Физическая химия биополимеров Лаврик О.И.

1. Физическая химия биополимеров Лаврик О.И. НГУ-2012

2. 4. Ингибирование ферментативных реакций. Методы описания и определения констант ингибирования. Применение элементов теории графов для вывода кинетических уравнений в стационарном режиме

3. Cкорость ферментативной реакции Взаимодействуя с ферментом, ингибиторы по тому или иному механизму тормозят катализ, и, таким образом, уменьшают скорость ферментативной реакции. v Ингибиторы подавляют каталитическую активность ферментов v Активаторы стимулируют каталитическую активность ферментов

4. Природные ингибиторы – продукты биохимической цепи Ингибитор Фумарат Сукцинат Малонат

5. АТР АDP Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-дифосфат Аллостерическое (от греч. "инопространственный") ингибирование В процессе окисления глюкозы происходит фосфорилирование АDР АТР, для накопления энергетических запасов клетки в виде АТР. При накоплении в системе достаточного количества АТР процесс целесообразно притормозить:

6. АТР АТР Аллостерическое (от греч. "инопространственный") ингибирование Каталитический центр АТР АТР Аллостерический центр Ингибирование фосфорилирования Фосфорилирование

7. Искусственные ингибиторы – лекарства, подавляющие активность вредных ферментов Противовирусный препарат азидотимидин – нуклеозид ингибирующего субстрата ревертазы ВИЧ, аналог природного субстрата

8. Связывание ингибитора с ферментом Обратимое Необратимое

9. Обратимое связывание ингибитора с ферментом

10. Необратимое связывание ингибитора с ферментом

12. Пример необратимого ингибитора – пара-хлормеркурийбензоат (р-ClHg-бензоат) р-ClHg-бензоат модифицирует фермент по функциональной группе в активном центре, ковалентно связываясь с SH-группой цистеина и блокируя активность фермента.

13. Пример обратимого ингибитора Обратимые ингибиторы, как правило – аналоги субстратов. Фенилаланинол Фенилаланин Фенилаланинол – аналог фенилаланина, конкурентный ингибитор фенилаланил-тРНК-синтетазы

14. Типы ингибирования 1. Конкурентное ингибирование, 2. Неконкурентное ингибирование, 3. Бесконкурентное ингибирование, 4. Смешанное ингибирование. k1,,k2,, k3,k4,k-1, k-2, k-3, k-4 – константы скорости соответствующих реакций, KS, KS', KI, KI' – константы диссоциации комплексов фермента с субстратом и/или ингибитором, γ, γ', δ – численные коэффициенты. Рассмотрен случай kβ= 0, то есть когда тройной комплекс ESI не распадается с образованием продукта. При этом скорость реакции образования продукта равна: v = kα[ES] (при [S]0, [I]0 >> [E]0).

15. V = Конкурентное ингибирование (δ = γ = 0)

16. V = Неконкурентное ингибирование (δ = γ = 1, KS = KS', KI = KI')

17. V = Смешанное ингибирование (δ = γ ≠ 1, KS ≠ KS', KI≠ KI')

18. V = Бесконкурентное ингибирование (δ = γ' = 0)

19. Графические методы определения кинетических параметров реакции в присутствии ингибитора На приведенных ниже схематически изображенных графиках: V – максимальная скорость реакции, К – эффективная константа, полученная экспериментально, KI– константа ингибирования; а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование.

20. V = V = V = V = Метод Лайнуивера-Берка 1/v (1/[S]) I2 > I1, -1/K =-1/KM(1+[I]/KI) 1/v 1/v 1/v 1/v 1/[S] а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование - [I]=0

21. V = V = V = V = МетодЭди-Хофсти v (v/[S]) I2 > I1, tg α = -K = -KM(1+[I]/KI) v v v v v/[S] а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование - [I]=0

22. V = V = V = V = МетодДиксона 1/v([I]) S2 > S1 1/v 1/v 1/v 1/v [I] а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование

23. V = V = V = V = МетодКорниш-Боуден [S]/v ([I]) S2 > S1 [S]/v [S]/v [S]/v [S]/v [I] а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование

24. Применение теории графов в ферментативной кинетике

25. A Теория графов Задача, положившая начало развитию теории графов: как пройти по всем семи мостам, не проходя ни по одному дважды. Теорема Эйлера: если сеть имеет не более двух «странных» (с нечетным количеством связей) вершин, есть по крайней мере один подобный путь. Граф Эйлера, 1736 г. B A D B D A C C Леонард Эйлер 1707-1783 Швейцарский и российский математик

26. Теория графов Задача: пройти через все вершины по одному разу (номера вершин указывают последовательность шагов, прохождение каждого ребране обязательно). Граф Гамильтона, 1859 г. Уильям Роуэн Гамильтон 1805-1865 Ирландский математик и физик

27. Теория графов Граф – это схематическое изображение некоторого множества элементов и их взаимосвязей. Граф состоит из вершин – узлов и соединяющих их линий. В применении к ферментативной кинетике узлам сопоставляются ферментные формы. Ветви графа – линии, соединяющие узлы, имеют направление. Ветвям графа сопоставляются элементарные стадии ферментативной реакции. Вес ветви – число, характеризующее ветвь графа, эквивалентно константе скорости реакции. Путь графа – непрерывная совокупность ветвей, в которой ни одна из вершин не встречается более одного раза, не замкнутая (не должно быть циклов). База– одна из вершин. Базовое дерево – совокупность ветвей, проходящих через все узлы и ведущих к базе. Определитель узла (базы) (D) – сумма величин (базовых) деревьев. Скорость ферментативной реакции можно выразить формулой: v = E0 , где kr– константа скорости реакции, приводящей к образованию продукта.

28. Теория графов. Пример 1: односубстратная ферментативная реакция Граф: kr= k2 Вес параллельных ветвей, ведущих от узла ES к узлу E, складывается: Dr = DES = k1S DE = k-1 + k2 v = E0

29. Граф: Теория графов. Пример 2: конкурентное ингибирование Определители (Di) и их деревья: DES = k-ik1S DEI = k-1kiI + kiIk2 DE = k-ik-1 + k-ik2 v = E0 Здесь константа ингибирования , а

30. Теория графов. Пример 3: бесконкурентное ингибирование Граф: Определители (Di) и их деревья: DES = k-ik1S DESI = k1SkiI DE = k-ik-1 + k-ik2 v = E0