химический каталог




ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ (биокатализ), ускорение биохимический реакций при участии белковых макромолекул, называемых ферментами (энзимами). ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗк.- разновидность катализа, хотя термин "ферментация" (брожение)известен с давних времен, когда еще не было понятия химический катализа.

Первое исследование ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ к. как химический процесса было выполнено К. Кирхгофом, который в 1814 продемонстрировал фер-ментативную конверсию крахмала в растворимые углеводы.

Заметный вклад в представление о природе ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ к. внесли работы И. Берцелиуса и Э. Мичерлиха, которые включили ферментативные реакции в категорию химический каталитических процессов. В кон. 19 в. Э. Фишер высказал гипотезу о специфичности ферментативных реакций и тесном стерич. соответствии между субстратом и активным центром фермента. Основы кинетики ферментативных реакций были заложены в работах Л. Михаэ-лиса (1913).

В 20 в. происходит интенсивное изучение химический основ ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ к., получение ферментов в кристаллич. состоянии, изучение структуры белковых молекул и их активных центров, исследование большого числа конкретных ферментативных реакций и ферментов.

В простейшем случае уравение реакции с участием фермента имеет вид:


где E - фермент, S - субстрат, ES - фермент-субстратный комплекс (так называемой комплекс Михаэлиса), P- продукт реакции.

Превращение субстрата в продукт происходит в комплексе Михаэлиса. Часто субстрат образует ковалентные связи с функциональных группами активного центра, в том числе и с группами кофермента (см. Коферменты). Большое значение в механизмах ферментативных реакций имеет основной и кислотный катализ, реализуемый благодаря наличию имидазольных групп остатков гистидина и карбоксильных групп дикарбоно-вых аминокислот.

Важнейшие особенности ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ к.- эффективность, специфичность и чувствительность к регуляторным воздействиям. Ферменты увеличивают скорость химический превращения субстрата по сравнению с неферментативной реакцией в 109-1012 раз. Столь высокая эффективность обусловлена особенностями строения активного центра. Принято считать, что активный центр комплементарен (см. Комплементарность)переходному состоянию субстрата при превращении его в продукт. Благодаря этому стабилизируется переходное состояние и понижается активац. барьер реакции.

Большинство ферментов обладает высокой субстратной специфичностью, т. е. способностью катализировать превращение только одного или несколько близких по структуре веществ. Специфичность определяется топографией связывающего субстрат участка активного центра.

Активность ферментов регулируется в процессе их биосинтеза (в т.ч. благодаря образованию изоферментов, которые катализируют идентичные реакции, но отличаются строением и каталитических свойствами), а также условиями среды (рН, температура, ионная сила раствора) и многочисленными ингибиторами и активаторами, присутствующими в организме. Ингибиторами и активаторами могут служить сами субстраты (в определенных концентрациях), продукты реакции, а также конечные продукты в цепи последоват. превращений вещества (см. Регуляторы ферментов).

Ферментативные реакции чувствительны к внешний условиям, в частности к ионной силе раствора и рН среды. Влияние температуры на скорость ферментативной реакции описывается кривой с максимумом, восходящая ветвь которой отражает обычную для химический реакций зависимость, выраженную уравением Аррениуса. Нисходящая ветвь связана с тепловой денатурацией фермента. Максимум кривой соответствует оптимальной температуре Tопт, значение которой для большинства ферментов лежит в пределах 40-50 0C. Для некоторых ферментов, особенно ферментов термофильных микроорганизмов, Tопт 80-90 0C. Подробнее о кинетике ферментативных реакций см. Ферментативных реакций кинетика.

Осн. направления современной исследований ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗк.- выяснение механизма, обусловливающего высокие скорости процессов, высокую селективность (специфичность действия ферментов), изучение механизмов контроля и регуляции активности ферментов. Оказалось, в частности, что реакции ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ к. включают большое число стадий с участием лабильных промежуточные соединение, времена жизни которых изменяются в нано- и миллисекундном диапазонах. На активных центрах ферментов протекают быстрые (нелимитирующие) стадии, в результате чего понижается энергетич. барьер для наиболее трудной, лимитирующей стадии.

Установлен механизм регулирования ферментативной активности путем действия ингибитора (или активатора) на специфичный центр белковой молекулы с опосредованной передачей воздействия на активный центр фермента через белоколо Обнаружены эффекты кооперативного взаимодействия несколько молекул субстрата на белковой матрице. Найден способ "жесткого" выведения фермента из процесса посредством индуцированной субстратом необратимой инактивации.

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ к.- основа многие современных химический технологий, в частности крупномасштабных процессов получения глюкозы и фруктозы, антибиотиков, аминокислот, витаминов и регуляторов, а также тонкого органическое синтеза. Разработаны методы, позволяющие проводить ферментативные реакции в органическое раствори-телях, обращенных мицеллах (см. Мицеллообразование). С ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗк. связаны перспективы развития иммуноферментного и биолюминесцентного анализа, применения биосенсоров. Созданы методы, позволившие придать каталитических активность антителам, обнаружена каталитических активность у рибонуклеи-новой кислоты (абзимы, рибозимы соответственно).

Литература: Б е r е з и н И. В., Исследования в области ферментативного катализа и инженерной этимологии, M., 1990. См. также лит. к ст. Биотехнология^ Генетическая инженерия, Ферментативных реакций кинетика, Ферменты.

С. Д. Варфоломеев.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
cermika konskie amsterdam
перестал холодить холодильник причина
Посуда Испанские купить
концерт кристины орбакайте в москве 2016 день рождения

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
(03.12.2016)