Кинетическая классификация химических реакций. Ферментативный катализ. Особенности действия ферментов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Декабря 2012 в 20:01, реферат

Краткое описание

Презентация, 28 слайдов.
Ферменативный катализ, кинетика ферментативных реакций, роль ферментативного катализа.
имеется список использованной литературы.

Содержимое работы - 1 файл

СРО по химии. Цой Л., 142 ОМ.ppt

— 1.22 Мб (Скачать файл)

Структура ферментов и механизм  их действия

Как и все белки, ферменты  синтезируются в виде линейной  цепочки аминокислот, которая сворачивается  определённым образом. Каждая последовательность  аминокислот сворачивается особым  образом, и получающаяся молекула (белковая глобула) обладает уникальными  свойствами. Несколько белковых  цепей могут объединяться в  белковый комплекс. Третичная структура  белков разрушается при нагревании  или воздействии некоторых химических  веществ.

При образовании фермент-субстратных  комплексов в непосредственное  химическое взаимодействие вступают  лишь ограниченные фрагменты  аминокислотной последовательности  полипептидной цепи — «активный центр» — уникальная комбинация остатков аминокислот в молекуле фермента, обеспечивающая непосредственное взаимодействие с молекулой субстрата и прямое участие в акте катализа.

В активном центре условно  выделяют:

  • каталитический центр — непосредственно химически взаимодействующий с субстратом;
  • связывающий центр (контактная или «якорная» площадка) — обеспечивающий специфическое сродство к субстрату и формирование комплекса фермент-субстрат.

 

Чтобы катализировать реакцию, фермент должен связаться с  одним или несколькими субстратами. Белковая цепь фермента сворачивается  таким образом, что на поверхности  глобулы образуется щель, или  впадина, где связываются субстраты. Эта область называется сайтом  связывания субстрата. Обычно он  совпадает с активным центром  фермента или находится вблизи  него. Некоторые ферменты содержат  также сайты связывания кофакторов  или ионов металлов.

 

Фермент, соединяясь с субстратом:

  • очищает субстрат от водяной «шубы»
  • располагает реагирующие молекулы субстратов в пространстве нужным для протекания реакции образом
  • подготавливает к реакции (например, поляризует) молекулы субстратов.

Обычно присоединение фермента  к субстрату происходит за  счет ионных или водородных  связей, редко — за счет ковалентных. В конце реакции её продукт (или продукты) отделяются от фермента.

В результате фермент снижает  энергию активации реакции. Это  происходит потому, что в присутствии  фермента реакция идет по другому  пути (фактически происходит другая  реакция), например:

В отсутствие фермента:

  • А+В = АВ

В присутствии фермента:

  • А+Ф = АФ
  • АФ+В = АВФ
  • АВФ = АВ+Ф

где А, В — субстраты, АВ —  продукт реакции, Ф — фермент.

 

Ферменты не могут самостоятельно  обеспечивать энергией эндергонические  реакции (для протекания которых  требуется энергия). Поэтому ферменты, осуществляющие такие реакции, сопрягают  их с экзергоническими реакциями, идущими с выделением большего  количества энергии. Например, реакции  синтеза биополимеров часто сопрягаются  с реакцией гидролиза АТФ.

Основы ферментативного катализа

 

 

Несмотря на то, что сегодня  трудно количественно оценить  вклад отдельных каталитических  эффектов, решающим фактором считается  стабилизация переходного состояния  в активном центре фермента. При  этом наиболее существенным моментом  является прочное связывание  не столько субстрата, сколько  его переходного состояния. Данное  положение подтверждается крайне  высоким сродством многих ферментов  по отношению к аналогам переходного  состояния, что можно пояснить  простой механической аналогией: если хотят перекатить металлические  шарики (реагенты) с места EA (состояние  субстрата) в энергетически более  высокое переходное состояние, а  затем в EP (состояние продукта), нужно  расположить магнит (катализатор) таким  образом, чтобы сила притяжения  действовала не на EA (а), а на  переходное состояние (б).

Кинетика ферментативной реакции (т.е. зависимость скорости реакции от ее условий) определяется в первую очередь свойствами катализатора, вследствие чего она значительно сложнее, чем кинетика некаталитических реакций.

Модель Михаэлиса-Ментен

Полный математический анализ  ферментативной реакции приводит  к сложным уравнениям, не пригодным  для практического применения. Наиболее  удобной оказалась простая модель, разработанная в 1913 г. Она объясняет  характерную гиперболическую зависимость  активности фермента от концентрации  субстрата (1) и позволяет получать  константы, которые количественно  характеризуют эффективность фермента.

Модель Михаэлиса-Ментен исходит  из того, что вначале субстрат  А образует с ферментом E (З) комплекс, который превращается в продукт  В намного быстрее, чем в отсутствие  фермента. Константа скорости kкат (2) намного выше, чем константа некаталитической реакции k.

Уравнение содержит две величины (два параметра), которые не зависят  от концентрации субстрата [A], но  характеризуют свойства фермента: это произведение kкат[E] t , соответствующее максимальной скорости реакции V при высокий концентрации субстрата, и константа Михаэлиса Кm , характеризующая сродство фермента к субстрату. Константа Михаэлиса численно равна той концентрации субстрата [A]. при которой ν достигает половины максимальной величины V (если v = V/2, то [A] / (Кm + [A]) = 1/2, т.е. Km = [А]). Высокое сродство фермента к субстрату характеризуется низкой величиной Кm и наоборот.

Модель Михаэлиса-Ментен основывается  на нескольких не совсем реальных  допущениях, таких, как необратимое  превращение EA в E + В, достижение равновесия  между E, A и EA, отсутствие в растворе  других форм фермента, кроме E и EA. Только при соблюдении этих  гипотетических условий Km соответствует  константе диссоциации комплекса, а kкат — константе скорости peакции EA → E + В.

 

Роль ферментативного  катализа

 

  • Роль катализа в экологии

Огромную роль призван сыграть  катализ в решении актуальнейшей  проблемы - охраны окружающей среды. По словам Кусто, земной шар  напоминает “одиноко несущийся  в космическом пространстве автомобиль  без выхлопной трубы”. Химики-каталитики  настойчиво работают над этой  проблемой и уже добились некоторых  результатов. Разработаны специальные  устройства для дожигания выхлопных  газов автомобилей, работающие на  основе каталитического окисления  вредных компонентов газов. Подобраны  катализаторы и условия для  обезвреживания отходящих газов  химических производств. Каталитические  фильтры конструируются в виде  патронов, заполненных металлической  сеткой или керамическими материалами  с нанесенными на них каталитическими  агентами; работают эти фильтры  при 250-350° С.

 

  • Биологическая роль ферментов

Первый кристаллический фермент (уреаза – белок, катализирующий  гидролиз мочевины до диоксида  углерода и аммиака) выделен американским  биохимиком Д. Самнером в 1926 г. На  сегодняшний день известно свыше 3000 ферментов. Все они обладают  рядом специфических свойств, отличающих  их от неорганических катализаторов. Только в человеческом организме  ежесекундно происходят тысячи  ферментативных реакций. Ферменты  играют важнейшую роль во всех  процессах жизнедеятельности, направляя  и регулируя обмен веществ  организма.

Нужно также отметить, что вся  живая природа существует исключительно  благодаря биокатализу. Недаром  великий русский физиолог, нобелевский  лауреат И.П. Павлов назвал ферменты  носителями жизни.

Источники:

 

  • http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa
  • http://yanko.lib.ru/books/biolog/nagl_biochem/96.htm
  • Л. Г. Веренцова, Е. В. Нечепуренко "Неорганическая, физическая и коллоидная химия", 2009
  • http://chemistry.narod.ru/stati/katalyz.htm
  • http://ru.wikipedia.org/wiki/Катализ
  • http://ru.wikipedia.org/wiki/Ферменты

Информация о работе Кинетическая классификация химических реакций. Ферментативный катализ. Особенности действия ферментов