химический каталог




Биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

ия реакции, основанную на предположении о трансформации энергии сорбции в энергию ФСК. Предположим, что структурное соответствие фермент — субстрат в ФСК приводит и белок, и малую молекулу В напряженное состояние («дыба»). Пусть длина нерастянутой молекулы субстрата равна /0, длина полости фермента, В которую вошел субетрат, /. Изменения длины молекул субстрата и фермента равны соответственно х ш у. Тогда х + у — I — 1ц и условие равенства упругих сил имеет вид

ksx = квУ,

(6.39)

где ks и &Е — коэффициенты упругости субстрата и фермента. Находим

(6.40)

Упругая энергия субстрата, определяющая понижение энергии

13 М. В. Волькенштейн 193

активации, равна

Д? = ./,М' = '/,к8(г^)'. (6.41>

Порядок кЕ отвечает произведению линейного размера глобулы на модуль упругости Le. Для белка L « 5 нм, е ~ 103 Дж • см-3-Следовательно, кЕ « 5 • Ю-2 Н/см. Наибольшая энергия упругой деформации сосредоточивается в наиболее слабом месте молекулы субстрата. Деформация валентных углов происходит значительно легче, чем валентных связей. Вместе с тем энергия,, запасенная на угловых степенях свободы молекулы, может перейти на валентную связь и уменьшить энергию активации ее разрыва. Коэффициент упругости ks, отвечающий низкочастотным деформационным колебаниям (v ~ 1013 с"1), равен примерно 0,15 Н/см. Допустим, что Д/? = 31,5 кДж/моль (при уменьшении энергий активации на такую величину скорость реакции увеличивается в 105 раз). Тогда ее « 0,08 нм, у ~ 0,23 нм, упругая энергия фермента 1/2кЕу2 ~ 88 кДж/моль. Значит, суммарная энергия, расходуемая при сорбции на упругую деформацию, составляет 171 кДж/моль. Эта величина не чрезмерна, если учесть, что сорбция происходит за счет многоточечного связывания,, т. е. образования многих химических и слабых связей между~ ферментом и субстратом. Наблюдаемая энергия сорбции представляет собой разность истинной энергии сорбции и энергии; упругой деформации фермента и субстрата.

Рассмотренная модель «дыбы» — статическая. Если предположить, что упругая система динамическая и возникает резонанс колебаний молекул субстрата и фермента, то для такого же ускорения реакции потребуется средняя упругая энергия,, в четыре раза меньшая, чем в статическом случае, так как биения периодически удваивают амплитуду колебаний.

В этой наглядной модели рассматриваются колебания атомных ядер, возникающие в результате образования ФСК, т. е. взаимодействия фермента с субстратом. При этом взаимодействии изменяются состояния электронных оболочек субстрата и атомных групп активного центра. Электронные оболочки испытывают возмущение вследствие взаимодействий в ФСК. Превращение субстратов в продукт есть химический процесс, т. е. изменение состояния электронных оболочек молекул. Как и в любой: иной химической реакции, при этом происходят перемещения: атомных ядер. Среди движений атомных ядер наименьшей энергии требуют низкочастотные деформационные колебания и повороты вокруг единичных связей, т. е. изменения конформации. В § 6.4 уже рассматривались конформационные изменения в ФСК. Важнейшее значение для ферментативного катализа имеют взаимодействия электронных и конформационных степеней свободы — электронно-конформационные взаимодействия (ЭКВ)^ ЭКВ рассмотрены в работах Волькенштейна, а также Блюмен-фельда, Чернявского и их сотрудников.

§ 6.6. Электронно-конформационные взаимодействия:

/1=3

п=2

п-1

(6.42)

Для понимания природы ЭКВ полезна наглядная модель взаимодействия электронов и атомных ядер — электроны в потенциальном ящике с бесконечно высокими подвижными стенками. Совокупность атомных ядер молекулы или ее функционального участка моделируется таким ящиком (рис. 6.10). Электроны помещаются в ящике, 2п электронов занимают п уровней. Возможные значения энергии электронов внутри ящика легко вычисляются, исходя из представления о стоячих волнах де Бройля с узлами на стенках. Если ширина ящика L, то стоячие волны имеют длины волн

X = 2L/n, п = 1, 2, 3,

(6,43)

Скорость электрона в ящике находится по соотношению де Бройля (те — масса электрона)

2meL'

h nh

V тек

Внутри ящика энергия электрона равна его энергии

кинетической

Е =

mev

2*2 П П

8meL

(6.44)

п h

1

Электрон оказывает на стенку давление, сила которого равна

dE

dL

(6.45)

В равновесии эти силы компенсированы внешними по отношению к ящику взаимодействиями. Изменение равновесия возникает либо вследствие возбуждения электронов в системе, либо вследствие добавления электронов. И то, и другое повышает давление. Не находящиеся более в равновесии стенки ящика перемещаются и переходят в новое равновесное положение на увеличенном расстоянии друг от друга L + AL. Иными словами, работа перемещения ядер /Д? производится за счет уменьшения энергии электронов — согласно (6.44) электронная энергия убывает при увеличении L.

Если рассматривать не прямоугольную потенциальную яму, а параболическую, т. е. воспользоваться моделью электрона-гар-монического осциллятора, то легко показать, как ЭКВ снижают активационный б

страница 74
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228

Скачать книгу "Биофизика" (6.44Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
ввиниловый сайдинг блокхаус
Rhythm CRH207NR06
tokio hotel dream machine tour
купить билет в театр москва без наценки на 25.10.16

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(02.12.2016)