Informație

3.3: Cinetica Enzimatică - Biologie

3.3: Cinetica Enzimatică - Biologie



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Spre deosebire de reacțiile necatalizate (dar care apar ușor), în care viteza reacției depinde doar de concentrația reactanților, viteza reacțiilor catalizate de enzime este limitată de numărul de molecule de enzime disponibile. Această rată maximă de rotație de la substrat la produs este o funcție de viteza enzimei și de numărul de molecule de enzimă. (V_{max}), această viteză sau reacție maximă teoretică, este abordată atunci când există o concentrație atât de mare de molecule de substrat încât nu numai că fiecare enzimă disponibilă este ocupată la un moment dat, ci de îndată ce o enzimă termină de transformare a substratului de produs, acesta leagă imediat un nou substrat. Un alt termen, Km, este legat de (V_{max}) prin aceea că (K_m) (constanta Michaelis) este concentrația de substrat la care rata de reacție semimaximală (V_{max}/2) apare. Acești doi termeni sunt legați în ecuația Michaelis-Menten, care descrie viteza de reacție (v) în raport cu concentrația substratului [S].

[v = frac { V _ { max } [ mathrm { S } ] } { mathrm { K } _ { mathrm { M } } + [ mathrm { S } ] } label{Michaelis-Menten }]

Ecuația Michaelis-Menten a fost derivată de Leonor Michaelis și studenta sa absolventă Maud Menten în 1913, pe baza lucrărilor lui Victor Henri, și este aplicabilă numai cineticii enzimatice simple în care există un singur substrat care este schimbat imediat într-un produs în timpul reacție fără a forma niciun compus intermediar, enzima în cauză nu prezintă alostericitate, iar reacția este unidirecțională.

Trebuie remarcat faptul că viteza de reacție v este de fapt viteza de reacție inițială la o anumită concentrație de substrat și uneori este desemnată vo. În mod natural, pe măsură ce reacția continuă, concentrația substratului scade, împreună cu viteza de reacție.

Ecuația Michaelis-Menten presupune o reacție simplă de forma:

[ce{E + S <=> ES -> E +P}]

unde (E) este o enzimă, (S) este substratul și (P) este produsul. Observați formarea complexului intermediar enzimă-substrat, ES, care este o stare de tranziție (amintim Figura (PageIndex{2})) în care substratul este instabil și asociat cu enzima. De fapt, (ES) ar putea fi la fel de ușor considerat (EP), deoarece această stare este, în esență, punctul de vârf între conversia de la substrat la produs. În această construcție, Michaelis constantă, (K_M), a unei reacții catalizate de enzime este (k2 + k3)/k1. Aceasta este rata de disociere ES peste rata de asociere ES. (K_M), desigur, variază nu numai în funcție de enzimă, ci și în funcție de identitatea substratului. Unele enzime pot lucra cu mai multe substraturi, iar (K_M) acelei enzime pentru diferitele substraturi este de obicei diferită. Deoarece curba de saturație din figura (PageIndex{5}) poate fi dificil de lucrat, s-au dezvoltat linearizări ale ecuației Michaelis-Menten (Ecuația ef{Michaelis-Menten}). Cel mai comun este complot dublu reciproc, mai cunoscut sub numele de complotul Lineweaver-Burk. Pe acest tip de reprezentare grafică a cineticii enzimelor, inversul concentrației substratului este reprezentat grafic în raport cu inversul vitezei de reacție. Aceasta generează o dreaptă în care intersecția cu x-ul este atunci (-1/K_m), intersecția cu y este (1/V_{max}), iar panta dreptei este (K_m/V_{ max}).

Complotul Lineweaver-Burk

Obținerea (V_{max}) și (K_m) dintr-o diagramă directă a v față de [S] poate fi dificilă deoarece chiar și la concentrații foarte mari de substrat, datele experimentale pot fi încă semnificativ sub (V_{max} ). Acest lucru duce la subestimarea Vmax.

Complotul Lineweaver-Burk abordează această problemă, dar are unele deficiențe proprii. Deoarece este mai ușor să obțineți date la concentrații mari, majoritatea punctelor de date sunt aproape de 0 și mai puține puncte de date sunt disponibile mai departe (în partea dreaptă a graficului). Deoarece acestea sunt reciproce, în aceste condiții scăzute [S], erori mici în valorile măsurate de (v) se transformă în erori mari în 1/vși, prin urmare, erori mari în (K_M) și Vmax. Acest lucru este evident la examinarea ecuației Lineweaver-Burk:

[frac { 1 } { v } = left( frac { K _ { M } } { V _ { max } } ight) frac { 1 } { [ S ] } + frac { 1 } { V _ { max } }]


Cinetica Michaelis-Menten

Stan A. Napper , Roy W. Schubert , în Inginerie Biomedicală I , 1982

ABSTRACT

Rata de consum de oxigen a modelului cinetic Michaelis-Menten este investigată ca o ipoteză de modelare într-un studiu matematic al transportului de oxigen către țesutul cardiac. Modelul este derivat din geometria clasică a cilindrului de țesut capilar Krogh și se bazează pe experimente fiziologice în inimi de pisici perfuzate, izolate, fără celule. Acest model este comparat cu un model de bază simplificat și cu date reale de distribuție a oxigenului. Cinetica Michaelis-Menten s-a dovedit a fi o îmbunătățire față de modelul de bază pentru potrivirea histogramelor de date reale. Cu toate acestea, ipotezele de modelare suplimentare vor trebui studiate, deoarece acest efect nu se potrivește complet cu datele reale.


Abstract

Conspect

Locul activ al unei enzime este înconjurat de un mediu fluctuant de stări conformaționale de proteine ​​și solvent, iar un calcul realist al vitezei de reacție chimică și al efectelor izotopilor cinetici ale reacțiilor catalizate de enzime trebuie să țină cont de această diversitate a mediului. Teoria stării de tranziție variațională cu medie de ansamblu cu tunel multidimensional (EA-VTST/MT) a fost dezvoltată ca o modalitate de a efectua astfel de calcule. Această teorie încorporează medierea ansamblului, energiile vibraționale cuantificate, energia, tunelul și reîncrucișarea suprafețelor de divizare a stării de tranziție într-un mod sistematic. A fost aplicat cu succes într-un număr de reacții de transfer de hidrogen, protoni și hidrură. Teoria expune, de asemenea, setul de efecte care ar trebui luate în considerare în calculele constante ale ratei de încredere.

Mai întâi trecem în revistă teoria de bază și etapele de calcul. Un rol cheie îl joacă profilul de activare generalizat al energiei libere, care se obține prin cuantificarea potențialului clasic al forței medii în funcție de coordonatele de reacție deoarece fluxul unidirecțional prin suprafața de divizare a stării de tranziție poate fi scris în termeni de energia liberă generalizată de activare. Un coeficient de transmisie de reîncrucișare ține seama de diferența dintre fluxul unidirecțional prin suprafața de divizare a stării de tranziție alese și fluxul net, iar un coeficient de transmisie de tunel transformă mișcarea clasică de-a lungul coordonatei de reacție în mișcare mecanică cuantică. Calculul tunelului este multidimensional, ținând cont de modificarea frecvențelor vibraționale de-a lungul căii de tunel și scurtarea căii de tunel în raport cu calea energiei minime (MEP), așa cum este promovată de curbura căii de reacție. Energia liberă generalizată de activare și coeficienții de transmisie implică ambele medii pe un ansamblu de căi de reacție și conformații, iar aceasta include cuplarea mișcărilor proteinelor la rearanjarea legăturilor chimice într-un mod statistic corect mecanic. Abaterile standard ale coeficienților de transmisie oferă informații despre diversitatea distribuției căilor de reacție, barierelor și conformațiilor proteinelor de-a lungul membrilor unui ansamblu de căi de reacție care trec prin starea de tranziție.

Mai întâi ilustrăm teoria discutând aplicația atât la tipul sălbatic, cât și la mutant Escherichia coli dihidrofolat reductază și hipertermofil Thermotoga maritima dihidrofolat reductază (DHFR) DHFR prezintă un interes deosebit deoarece modificările conformaționale ale proteinei au fost studiate pe scară largă. Apoi prezentăm discuții mai scurte despre mai multe alte aplicații ale EA-VTST/MT pentru transferul de protoni, atomi de hidrogen și ionii de hidrură și analogii lor deuterati. Sistemele discutate includ transferul de hidrură în alcool dehidrogenază, xilozoizomeraza și timidilat sintază, transferul de protoni în metilamindehidrogenază, transferul de atom de hidrogen în metilmalonil-CoA mutaza și substituția nucleofilă în haloalcan dehalogenază și potențialele bidimensionale ale forței medii și potențial cuplate de proton. transferul de hidrură în β-oxidarea butiril-coenzimei A catalizată de acil-CoA dehidrogenază cu catenă scurtă și în transformarea piruvat în lactat catalizată de lactat dehidrogenază.

Emisiune specială

Publicat ca parte a Conturile cercetării chimice număr special „Protein Motion in Catalysis”.


CE 3.3.2.9

Alte nume): microzomal oxiran/oxetan hidrolază epoxid hidrază (ambigu) microzomal epoxid hidrază (ambigu) epoxid hidrază microzomal epoxid hidrază aren-oxid hidrază (ambigu) benzo[A]piren-4,5-oxid hidrază benzo(a)piren-4,5-epoxid hidrază aril epoxid hidrază (ambiguu) cis-epoxid hidrolază mEH EPHX1 (numele genei)

Nume sistematic: cis-stilben-oxid hidrolază

Comentarii: Aceasta este o enzimă hepatică cheie care catalizează deschiderea inelului hidrolitic al oxiranilor (epoxizilor) și oxetanilor pentru a da diolii corespunzători. Enzima este implicată în metabolismul a numeroase substraturi, inclusiv deschiderea inelului hidrolitic stereoselectiv al 7-oxabiciclo[4.1.0]hepta-2,4-dienelor (oxizi de arenă) la nivelul corespunzător. trans-dihidrodioli. Reacția are loc printr-un mecanism de triadă și implică formarea unui intermediar hidroxialchil-enzimă. Până în prezent, la vertebrate au fost identificate cinci enzime epoxid-hidrolază: EC 3.3.2.6 (leucotrien-A4 hidrolază), EC 3.3.2.7 (hepoxilin-epoxid hidrolază), EC 3.3.2.9 (epoxid hidrolază microzomală), EC 3.3.2.10 (epoxid hidrolază solubilă) și EC 3.3.2.11 (colesterol-5,6-oxid hidrolază).

Legături către alte baze de date: BRENDA, EXPASY, KEGG, MetaCyc, numărul de înregistrare CAS:

1. Oesch, F. și Daly, J. Solubilizarea, purificarea și proprietățile unei epoxid hidrazei hepatice. Biochim. Biophys. Acta 227 (1971) 692-697. [PMID: 4998715]

2. Jakoby, W.B. și Fjellstedt, T.A. Epoxidaze. În: Boyer, P.D. (Ed.), Enzimele, edn a III-a, voi. 7, Academic Press, New York, 1972, pp. 199-212.

3. Oesch, F. Hidrazele epoxidice de mamifere: enzime inductibile care catalizează inactivarea metaboliților cancerigeni și citotoxici derivați din compuși aromatici și olefinici. Xenobiotica 3 (1973) 305-340. [PMID: 4584115]

4. Oesch, F. Purificarea și specificitatea unei epoxid-hidrataze microzomale umane. Biochim. J. 139 (1974) 77-88. [PMID: 4463951]

5. Lu, A.Y., Ryan, D., Jerina, D.M., Daly, J.W. şi Levin, W. Liver microzomal expoxid hydrase. Solubilizare, purificare și caracterizare. J. Biol. Chim. 250 (1975) 8283-8288. [PMID: 240858]

6. Bellucci, G., Chiappe, C. și Ingrosso, G. Kinetics and stereochemistry of the microsomal epoxid hydrolaze-catalizated hydrolysis of cis-oxizi de stilben. Chiralitate 6 (1994) 577-582. [PMID: 7986671]

7. Fretland, A.J. și Omiecinski, C.J. Epoxid hidrolaze: biochimie și biologie moleculară. Chim. Biol. Interacționa. 129 (2000) 41-59. [PMID: 11154734]

8. Morisseau, C. și Hammock, B.D. Epoxid hidrolaze: mecanisme, modele de inhibitori și roluri biologice. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 45 (2005) 311-333. [PMID: 15822179]

9. Newman, J.W., Morisseau, C. și Hammock, B.D. Epoxid hidrolaze: rolurile și interacțiunile lor cu metabolismul lipidic. Prog. Lipid Res. 44 (2005) 1-51. [PMID: 15748653]

10. Toselli, F., Fredenwall, M., Svensson, P., Li, X.Q., Johansson, A., Weidolf, L. și Hayes, M.A. Substraturi de oxetan ale epoxid hidrolazei microzomale umane. Drug Metab. Dispos. 45 (2017) 966-973. [PMID: 28600384]

[EC 3.3.2.9 creat în 2006 (EC 3.3.2.3 creat în 1978, modificat în 1999, parțial încorporat în 2006), modificat în 2017]


Studii ale enzimei fumarază. I. Cinetică şi echilibru

Vizualizările articolelor reprezintă suma compatibilă cu COUNTER a descărcărilor de articole cu text integral din noiembrie 2008 (atât PDF, cât și HTML) în toate instituțiile și persoanele fizice. Aceste valori sunt actualizate în mod regulat pentru a reflecta utilizarea din ultimele zile.

Citările reprezintă numărul altor articole care citează acest articol, calculate de Crossref și actualizate zilnic. Găsiți mai multe informații despre numărul de citări Crossref.

Scorul Altmetric de Atenție este o măsură cantitativă a atenției pe care un articol de cercetare a primit-o online. Făcând clic pe pictograma gogoși, se va încărca o pagină la altmetric.com cu detalii suplimentare despre scor și prezența pe rețelele sociale pentru articolul dat. Găsiți mai multe informații despre Scorul de atenție Altmetric și despre cum este calculat scorul.

Notă: În loc de rezumat, aceasta este prima pagină a articolului.


Informatia autorului

Acești autori au contribuit în mod egal: Shufang Ji, Bing Jiang, Haigang Hao, Yuanjun Chen.

Afilieri

Departamentul de Chimie, Universitatea Tsinghua, Beijing, China

Shufang Ji, Yuanjun Chen, Zedong Zhang, Dingsheng Wang și Yadong Li

Centrul Experimental de Materiale Avansate, Școala de Știință și Inginerie a Materialelor, Institutul de Tehnologie din Beijing, Beijing, China

Bing Jiang, Demin Duan și Minmin Liang

Laboratorul de inginerie CAS pentru Nanozime, Institutul de Biofizică, Academia Chineză de Științe, Beijing, China

Ruofei Zhang, Qian Liang și Xiyun Yan

Colegiul de Chimie și Inginerie Chimică, Universitatea din Mongolia Interioară, Hohhot, China

Beijing Synchrotron Radiation Facility, Institutul de Fizică a Energiei Înalte, Academia Chineză de Științe, Beijing, China

Juncai Dong, Haijing Li și Shuhu Liu

Școala de Chimie și Inginerie Chimică, Universitatea din China de Sud, Hengyang, Hunan, Republica Populară Chineză

Materiale și aplicații ecologice, Școala de Știință și Inginerie a Materialelor, Institutul de Tehnologie din Beijing, Beijing, China

Shanghai Synchrotron Radiation Facilities, Shanghai Institutul de Fizică Aplicată, Academia Chineză de Științe, Shanghai, China

Laboratorul Național de Fizică a Materiei Condensate din Beijing, Institutul de Fizică, Academia Chineză de Științe, Beijing, China


Materiale și metode

Politopul metaboliților și funcțiile de cost al enzimelor

O rețea metabolică cu direcții date de flux, constante de echilibru și limite de metaboliți definește politop metabolit. Acest politop convex în spațiul log-concentrațiilor Xi = ln ci reprezintă setul de profiluri de metaboliți fezabile. Profilul de flux utilizat poate fi staționar (de exemplu, determinat de FBA sau 13 C MFA) sau nestaționar (de exemplu, din experimente de etichetare dinamică cu 13 C [66]). Dacă direcțiile de flux furnizate sunt termodinamic imposibil de realizat, politopul metabolitului va fi un set gol, . Fețele politopului metabolit provin din două tipuri de constrângeri de inegalitate. În primul rând, intervalele fizice ale nivelurilor de metaboliți definesc un politop în formă de cutie (delimitat de fețele P). Unele niveluri de metaboliți pot fi chiar limitate la valori fixe. În al doilea rând, fiecare reacție trebuie să disipeze energia liberă a lui Gibbs și, pentru a face acest lucru posibil, forțele motrice și fluxurile trebuie să aibă aceleași semne (Θlvl > 0), și astfel . Constrângerile rezultate definesc fețele E ale politopului metabolit (reprezentând stări de echilibru, Θl = 0). Aproape de aceste fețe, costul enzimelor merge la infinit.

Legile de viteză separabile și funcțiile de cost al enzimelor

Conform ecuației (3), legile vitezei reversibile pot fi factorizate în patru termeni: nivelul enzimei E, constantele sale catalitice directe și doi factori de eficiență [22]. În Fig 6 adăugăm un inhibitor alosteric necompetitiv X. În timp ce nivelul enzimei nu este direct afectat de concentrația metaboliților (deși poate varia în funcție de condiții precum pH-ul, puterea ionică sau aglomerarea moleculară în celule), factorii de eficiență sunt dependent de concentrație, fără unitate și poate varia între 0 și 1. Factorul de reversibilitate η rev depinde de forța motrice (și astfel, indirect, de nivelurile metaboliților), iar constanta de echilibru este necesară pentru calculul acesteia. Factorul de saturație η sat depinde direct de nivelurile metaboliților și conține KM valorile ca parametri. Reglarea alosterică generează termeni aditivi sau multiplicativi în numitorul legii ratei, care în exemplul nostru poate fi captat de un factor separat η reg . În general, η sat si η reg poate fi combinat într-un singur factor cinetic η kin, așa cum este descris în ecuația 6.

Pentru o reacție S ⇌ P cu cinetică reversibilă Michaelis-Menten, o forță motrice θ = −ΔrG′/RTși un prefactor pentru inhibiția alosterică necompetitivă, legea ratei poate fi scrisă ca și cu concentrația inhibitorului X. În exemplu, cu inhibiție alosterică necompetitivă, factorul cinetic η rudele ar putea fi chiar împărțite într-un produs η sat ⋅ η reg . Primii doi termeni din exemplul nostru, , reprezintă viteza maximă (rata la saturația completă a substratului, fără flux înapoi, activare alosterică completă), în timp ce următorii factori scad această viteză din diferite motive: factorul η rev descrie o scădere datorată fluxurilor înapoi (vezi Figura A din Textul S1) și factorul η kin descrie o scădere suplimentară din cauza saturației incomplete a substratului și a reglării alosterice (vezi Fig 1b). Inversul tuturor acestor termeni apare în ecuația pentru cererea de enzime, q, care este dat de nivelul enzimei înmulțit cu sarcina acelei enzime, hE.

A doua ecuație din fig. 6 descrie costul enzimei pentru un flux v, și conține termenii din legea ratei în formă inversă înmulțită cu sarcina enzimatică hE. Partea din stânga a ecuației, , definește un cost minim al enzimei, care este apoi crescut de următorii factori de eficiență. Din nou, 1/η rudele pot fi împărțite în 1/η sat ⋅ 1/η reg . Omițând unii dintre acești factori, se pot construi funcții simplificate de cost al enzimelor cu rate specifice mai mari sau cereri mai mici de enzime (comparați Figura 1b). Deoarece atât rata, cât și cererea de enzime sunt un produs al mai multor termeni, este convenabil să le descriem ca o sumă pe o scară logaritmică (Fig 7), unde funcțiile simplificate sunt văzute ca limite superioare/inferioare ale funcțiilor mai complexe de rată/cerere. .

(a) Pornind de la nivelul enzimei logaritmice (linia întreruptă în partea de sus), adăugăm termenii , log η rev și log η kin și obțineți o aproximare din ce în ce mai bună a ratei. În exemplul prezentat, are o valoare numerică mai mică decât 1. Aproximațiile mai precise (cu mai mulți termeni) dau rate mai mici. Săgețile EMC4 se referă la alte legi posibile ale ratei cu termeni suplimentari în numitor. (b) Cererea de enzime este modelată de aceiași factori (vezi Ec. (5)). Pornind de la un flux dorit (concluzie), cererea estimată crește pe măsură ce sunt luați în considerare mai mulți termeni.

Minimizarea costului enzimelor poate fi formulată ca o problemă de optimitate convexă pentru nivelurile de metaboliți

Minimizarea costului enzimatic (ECM) folosește o rețea metabolică, un profil de flux v, legile vitezei cinetice, sarcinile enzimelor și limitele nivelurilor de metaboliți pentru a prezice concentrațiile optime de metaboliți și enzime. Costul enzimatic al reacțiilor sau căilor este o funcție convexă pe politopul metabolitului (dovada în secțiunea 3.2 Textul S1), adică un vector metabolit la scară logică X, interpolată liniar între vectori XA și Xb, nu poate avea un cost mai mare decât costul interpolat al XA și Xb. Convexitatea este valabilă și pentru funcțiile de cost h(E) care sunt neliniare, dar convexe peste E. Unele funcții EMC sunt strict convex (adică, ecuația (S18) este valabilă cu un semn < în loc de ≤), în timp ce altele nu sunt (de exemplu, EMC2). Cele mai simplificate funcții EMC sunt de fapt constante (ca în EMC0 și EMC1). Pentru a găsi o stare optimă, alegem o funcție EMC și minimizăm costul total al enzimei în politopul metabolitului. Profilurile optime ale metaboliților, profilele enzimelor și costurile enzimelor sunt obținute prin rezolvarea problemei de minimizare a costurilor enzimatice (ECM) (7)

Costul total q(X, v) (definită în ecuația (6)) este suma costurilor enzimatice date de funcțiile EMC. De cand q(X) și politopul metabolit în sine sunt convexe, ECM este o problemă de optimizare convexă. Nivelurile optime de enzime depind de condițiile externe și trebuie recalculate după orice modificare a nivelurilor de metaboliți externi. Sunt cazuri în care q(X) este convex, dar nu strict convex și, prin urmare, Ec. (7) va avea un continuum de soluții optime de metaboliți. Acest lucru este valabil, în special, pentru scorurile EMC1, care sunt independente de nivelurile metaboliților, și pentru scorurile EMC2, care depind doar de energiile libere Gibbs de reacție, adică de unele combinații liniare ale nivelurilor metaboliților logaritmici. În astfel de cazuri, pentru a aplica o soluție unică, se poate adăuga un obiectiv lateral strict convex care punctează nivelurile log-metaboliți, de exemplu, o funcție pătratică care favorizează nivelurile de metaboliți apropiate de un vector de concentrație tipic, unde λ este un factor de cântărire mic, ales euristic (a se vedea secțiunea 3.3 Textul S1). Astfel de obiective suplimentare pot fi justificate biologic, de ex. presupunând că nivelurile intermediare de metaboliți dau celulelor mai multă flexibilitate pentru a se adapta la perturbări. Convexitatea strictă nu numai că simplifică calculele numerice, dar garantează și că problema de optimizare are o soluție unică. De fapt, politopul metabolitului și funcțiile de cost rămân convexe chiar și sub diferite modificări ale problemei. Când se adaugă constrângeri asupra nivelului total al metaboliților, asupra sumelor ponderate ale nivelurilor de metaboliți sau asupra sumelor ponderate ale nivelurilor de enzime, politopul metabolitului este intersectat cu varietăți curbe (deoarece avem de-a face cu concentrații la scară logaritmică), dar rămâne convex (secțiunea S1 Text). 3.4). În cele din urmă, putem lua în considerare problema mai complicată a expresiei enzimelor preventive, în care un profil enzimatic fix și inhibarea alosterică trebuie să permită unei celule să realizeze diferite distribuții de flux în condiții diferite. De asemenea, această problemă este convexă (S1 Text secțiunea 3.7). Dacă un model conține reacții non-enzimatice (sau procese non-enzimatice, cum ar fi difuzia metabolitului din celulă sau diluarea în celulele în creștere), fiecare astfel de reacție duce la o constrângere suplimentară asupra politopului metabolit (S1 Text secțiunea 3.8). Un flux cunoscut într-o reacție ireversibilă de difuzie sau diluare fixează concentrația unui metabolit. În prezența reacțiilor neenzimatice ireversibile cu legile vitezei de acțiune a masei, politopul este intersectat de un subspațiu. În ambele cazuri, sub-politopul rezultat poate fi gol, adică distribuția dată de flux nu va fi realizabilă.

Stări non-staționare și importanța metaboliților limită

Analiza echilibrului fluxului și modelele cinetice se bazează pe ipoteza că anumiți metaboliți sunt echilibrați în masă: în FBA, această ipoteză, împreună cu staționaritatea, definește setul de fluxuri în stare de echilibru în modelele cinetice, metaboliții echilibrați în masă sunt cei a căror dinamică. este descris de ecuațiile sistemului. ECM, în schimb, presupune ca fluxurile să fie date și nu face nicio presupunere cu privire la bilanţurile de masă. Dacă fluxurile din modelul nostru de cale conduc la un dezechilibru de masă într-un metabolit, putem presupune totuși că întreaga celulă este în stare staționară, dar că echilibrele de masă sunt atinse cu ajutorul altor căi care nu fac parte din modelul nostru. Alternativ, putem presupune că metabolitul nu este de fapt echilibrat de masă și că descriem o stare tranzitorie, non-staționară. În ambele cazuri, ECM este pe deplin aplicabilă atâta timp cât fluxurile metabolice sunt predefinite și fără bucle (pentru a fi realizabile printr-o stare consecventă termodinamic [67]).


3.3 Lipide

Lipidele includ un grup divers de compuși care sunt în mare parte nepolar în natură. Acest lucru se datorează faptului că sunt hidrocarburi care includ în mare parte legături nepolare carbon-carbon sau carbon-hidrogen. Moleculele nepolare sunt hidrofobe („se tem de apă”) sau insolubile în apă. Lipidele îndeplinesc multe funcții diferite într-o celulă. Celulele stochează energie pentru utilizare pe termen lung sub formă de grăsimi. Lipidele asigură, de asemenea, izolație față de mediu pentru plante și animale (Figura 3.12). De exemplu, ele ajută la menținerea uscată a păsărilor și mamiferelor acvatice atunci când formează un strat protector peste blană sau pene, datorită naturii lor hidrofobe hidrofuge. Lipidele sunt, de asemenea, elementele de bază ale multor hormoni și sunt un constituent important al tuturor membranelor celulare. Lipidele includ grăsimi, uleiuri, ceară, fosfolipide și steroizi.

Grăsimi și uleiuri

O moleculă de grăsime constă din două componente principale - glicerol și acizi grași. Glicerolul este un compus organic (alcool) cu trei atomi de carbon, cinci hidrogeni și trei grupări hidroxil (OH). Acizii grași au un lanț lung de hidrocarburi de care este atașată o grupare carboxil, de unde și numele de „acid gras”. Numărul de atomi de carbon din acidul gras poate varia de la 4 la 36, ​​cei mai frecventi sunt cei care conțin 12-18 atomi de carbon. Într-o moleculă de grăsime, acizii grași sunt atașați la fiecare dintre cei trei atomi de carbon ai moleculei de glicerol cu ​​o legătură ester printr-un atom de oxigen (Figura 3.13).

În timpul formării acestei legături esterice, sunt eliberate trei molecule de apă. Cei trei acizi grași din triacilglicerol pot fi similari sau diferiți. Grăsimile sunt numite și triacilgliceride sau trigliceride din cauza structurii lor chimice. Unii acizi grași au denumiri comune care specifică originea lor. De exemplu, acidul palmitic, un acid gras saturat, este derivat din palmier. Acidul arahidic este derivat din Arahis hypogea, denumirea științifică pentru arahide sau arahide.

Acizii grași pot fi saturați sau nesaturați. Într-un lanț de acizi grași, dacă există doar legături simple între atomii învecinați din lanțul de hidrocarburi, se spune că acidul gras este saturat. Acizii grași saturati sunt saturați cu hidrogen, cu alte cuvinte, numărul de atomi de hidrogen atașați la scheletul de carbon este maximizat. Acidul stearic este un exemplu de acid gras saturat (Figura 3.14)

Când lanțul de hidrocarburi conține o legătură dublă, se spune că acidul gras este nesaturat. Acidul oleic este un exemplu de acid gras nesaturat (Figura 3.15).

Majoritatea grăsimilor nesaturate sunt lichide la temperatura camerei și se numesc uleiuri. Dacă există o legătură dublă în moleculă, atunci este cunoscută ca grăsime mononesaturată (de exemplu, ulei de măsline), iar dacă există mai mult de o legătură dublă, atunci este cunoscută ca grăsime polinesaturată (de exemplu, ulei de canola).

Când un acid gras nu are legături duble, este cunoscut ca acid gras saturat deoarece nu mai poate fi adăugat hidrogen atomilor de carbon ai lanțului. O grăsime poate conține acizi grași similari sau diferiți atașați la glicerol. Acizii grași drepti lungi cu legături simple tind să se împacheteze strâns și sunt solizi la temperatura camerei. Grăsimile animale cu acid stearic și acid palmitic (frecvent în carne) și grăsimea cu acid butiric (obișnuit în unt) sunt exemple de grăsimi saturate. Mamiferele stochează grăsimi în celule specializate numite adipocite, unde globulele de grăsime ocupă cea mai mare parte din volumul celulei. În plante, grăsimea sau uleiul sunt stocate în multe semințe și sunt folosite ca sursă de energie în timpul dezvoltării răsadurilor. Grăsimile sau uleiurile nesaturate sunt de obicei de origine vegetală și conțin cis acizi grași nesaturați. Cis și trans indicați configurația moleculei în jurul dublei legături. Dacă hidrogenii sunt prezenți în același plan, se numește grăsime cis dacă atomii de hidrogen sunt pe două planuri diferite, se numește grăsime trans. The cis dubla legătură provoacă o îndoire sau o „îndoire” care împiedică acizii grași să se împacheteze strâns, menținându-i lichid la temperatura camerei (Figura 3.16). Uleiul de măsline, uleiul de porumb, uleiul de canola și uleiul de ficat de cod sunt exemple de grăsimi nesaturate. Grăsimile nesaturate ajută la scăderea nivelului de colesterol din sânge, în timp ce grăsimile saturate contribuie la formarea plăcii în artere.

Grăsimile trans

În industria alimentară, uleiurile sunt hidrogenate artificial pentru a le face semisolide și de o consistență de dorit pentru multe produse alimentare procesate. Pur și simplu vorbind, hidrogenul gazos este barbotat prin uleiuri pentru a le solidifica. În timpul acestui proces de hidrogenare, legăturile duble ale cis- conformația din lanțul de hidrocarburi poate fi transformată în duble legături în trans- conformație.

Margarina, unele tipuri de unt de arahide și shorteningul sunt exemple de grăsimi trans hidrogenate artificial. Studii recente au arătat că o creștere a grăsimilor trans în dieta umană poate duce la o creștere a nivelului de lipoproteine ​​cu densitate joasă (LDL) sau colesterol „rău”, care, la rândul său, poate duce la depunerea plăcii în artere, ducând la boala de inima. Multe restaurante fast-food au interzis recent utilizarea grăsimilor trans, iar etichetele alimentelor sunt necesare pentru a afișa conținutul de grăsimi trans.

Acizi Grași Omega

Acizii grași esențiali sunt acizi grași necesari, dar care nu sunt sintetizați de corpul uman. În consecință, acestea trebuie suplimentate prin ingestie prin dietă. Acizii grași Omega -3 (cum ar fi cel prezentat în Figura 3.17) se încadrează în această categorie și sunt unul dintre doar doi cunoscuți pentru oameni (celălalt fiind acidul gras omega-6). Aceștia sunt acizi grași polinesaturați și se numesc omega-3 deoarece al treilea carbon de la capătul lanțului de hidrocarburi este conectat cu carbonul vecin printr-o legătură dublă.

Cel mai îndepărtat carbon de grupa carboxil este numerotat ca omega (ω) carbon, iar dacă legătura dublă este între al treilea și al patrulea carbon de la acel capăt, este cunoscut ca un acid gras omega-3. Importanti din punct de vedere nutrițional, deoarece organismul nu le produce, acizii grași omega-3 includ acidul alfa-linoleic (ALA), acidul eicosapentaenoic (EPA) și acidul docosahexaenoic (DHA), toate fiind polinesaturate. Somonul, păstrăvul și tonul sunt surse bune de acizi grași omega-3. Cercetările indică faptul că acizii grași omega-3 reduc riscul de moarte subită din cauza atacurilor de cord, reduc trigliceridele din sânge, scad tensiunea arterială și previn tromboza prin inhibarea coagulării sângelui. De asemenea, reduc inflamația și pot ajuta la reducerea riscului unor cancere la animale.

La fel ca carbohidrații, grăsimile au primit multă publicitate proastă. Este adevărat că consumul în exces de prăjeli și alte alimente „grase” duce la creșterea în greutate. Cu toate acestea, grăsimile au funcții importante. Multe vitamine sunt solubile în grăsimi, iar grăsimile servesc ca formă de stocare pe termen lung a acizilor grași: o sursă de energie. De asemenea, asigură izolarea corpului. Prin urmare, grăsimile „sănătoase” în cantități moderate ar trebui consumate în mod regulat.

Ceară

Ceara acoperă penele unor păsări acvatice și suprafețele frunzelor unor plante. Datorită naturii hidrofobe a ceară, ele împiedică lipirea apei la suprafață (Figura 3.18). Cerurile sunt formate din lanțuri lungi de acizi grași esterificate în alcooli cu lanț lung.

Fosfolipide

Fosfolipidele sunt constituenții majori ai membranei plasmatice, stratul cel mai exterior al celulelor animale. Ca și grăsimile, acestea sunt compuse din lanțuri de acizi grași atașate de o coloană vertebrală de glicerol sau sfingozină. În loc de trei acizi grași atașați ca în trigliceride, există totuși doi acizi grași care formează diacilglicerol, iar al treilea carbon al scheletului glicerol este ocupat de o grupare fosfat modificată (Figura 3.19). O grupare fosfat în sine atașată la un diaglicerol nu se califică drept fosfolipide, ci este fosfatidat (diacilglicerol 3-fosfat), precursorul fosfolipidelor. Gruparea fosfat este modificată de un alcool. Fosfatidilcolina și fosfatidilserina sunt două fosfolipide importante care se găsesc în membranele plasmatice.

O fosfolipidă este o moleculă amfipatică, adică are o parte hidrofobă și una hidrofilă. Lanțurile de acizi grași sunt hidrofobe și nu pot interacționa cu apa, în timp ce gruparea care conține fosfat este hidrofilă și interacționează cu apa (Figura 3.20).

Capul este partea hidrofilă, iar coada conține acizi grași hidrofobi. Într-o membrană, un strat dublu de fosfolipide formează matricea structurii, cozile de acizi grași ale fosfolipidelor sunt orientate spre interior, departe de apă, în timp ce gruparea fosfat este orientată spre exterior, partea apoasă (Figura 3.20).

Fosfolipidele sunt responsabile pentru natura dinamică a membranei plasmatice. Dacă o picătură de fosfolipide este pusă în apă, aceasta formează spontan o structură cunoscută sub numele de micelă, unde capetele de fosfat hidrofil sunt orientate spre exterior, iar acizii grași sunt orientați spre interiorul acestei structuri.

Steroizi

Spre deosebire de fosfolipidele și grăsimile discutate mai devreme, steroizii au o structură inelară fuzionată. Deși nu seamănă cu celelalte lipide, sunt grupate cu acestea deoarece sunt și hidrofobe și insolubile în apă. Toți steroizii au patru inele de carbon legate și câteva dintre ele, precum colesterolul, au o coadă scurtă (Figura 3.21). Mulți steroizi au și grupa funcțională –OH, care îi plasează în clasificarea alcoolului (steroli).

Colesterolul este cel mai frecvent steroid. Colesterolul este sintetizat în principal în ficat și este precursorul multor hormoni steroizi precum testosteronul și estradiolul, care sunt secretați de gonade și glandele endocrine. De asemenea, este precursorul vitaminei D. Colesterolul este și precursorul sărurilor biliare, care ajută la emulsionarea grăsimilor și la absorbția ulterioară a acestora de către celule. Deși colesterolul este adesea vorbit în termeni negativi de către profani, acesta este necesar pentru buna funcționare a organismului. Este o componentă a membranei plasmatice a celulelor animale și se găsește în stratul dublu fosfolipidic. Fiind structura cea mai exterioară a celulelor animale, membrana plasmatică este responsabilă pentru transportul materialelor și recunoașterea celulară și este implicată în comunicarea celulă la celulă.

Link către Învățare

Pentru o perspectivă suplimentară asupra lipidelor, explorați animația interactivă „Biomolecule: Lipidele”


5) Enzime

Catalizator: este o substanță care crește viteza unei reacții chimice și nu este modificată de reacție.

Enzimă: este o proteină care funcționează ca un catalizator biologic.

Enzimele, cum ar fi catalizatorii, pot fi folosite din nou și din nou, deoarece nu sunt epuizate în timpul reacției și este necesară doar o cantitate mică pentru a accelera reacția.

The enzime și substrat moleculele au

complementar forme (ca piesele adiacente ale unui puzzle) astfel încât să se potrivească împreună.

Substratul: substanţa asupra căreia acţionează enzima.

Produse: moleculele produse.

Reacție anabolică: reacții în care moleculele mari se formează din molecule mai mici.

Reacție catabolică: reacții care împarte moleculele mari în molecule mai mici.

Complex enzima-substrat: se formează temporar când enzima se combină cu substratul.

Enzymes are specific, this means simply that an enzyme which normally acts on one substance will not act on a different one.

The enzyme has a shape called the site activ, which exactly fits the substances on which it acts.

The shape of the active site of the enzyme molecule and the substrate molecules are complementar.

The rate of an enzyme-catalysed reaction increases as the temperature increases. However, at high temperatures the rate decreases again because the enzyme becomes denatured and can no longer function as a biological catalyst.

As the temperature is increased, the molecules gain more kinetic energy, so they move faster and there is a greater chance of collisions happening. Therefore the rate of reaction increases.

Above the optimum temperature the reaction slows down. This is because enzyme molecules are proteins. Proteins molecules start to lose their shape at higher temperatures, so the active site becomes deformed.

Substrate molecules cannot fit together with the enzyme, stopping the reaction. (Denaturation)

Changes in pH alter the shape of an enzyme’s active site. Diferite enzime funcționează cel mai bine la diferite valori ale pH-ului.

The optimum pH for an enzyme depends on where it normally works. For example, intestinal enzymes have an optimum pH of about 7.5, but stomach enzymes have an optimum pH of about 2.

Each enzyme has an optimum pH, if this pH changes, the shape of the active site of the enzyme is changed (Denatura), thus the substrate will not be able to fit in it, and the enzyme becomes useless


Enzyme Kinetics

This experiment was performed to determine the factors that influence enzyme reaction rates. Amylase enzyme activity was measured through its absorption rate in spectrophotometer, using light with a wavelength of 560 nm. We compared the absorbance rates by varying temperatures in one experiment and increasing levels of pH in another. The highest levels of absorbance were found in samples with a temperature of 55 deg C and in pH levels measuring 5.5. It was found that amylase and starch reaction rates were highest when the temperature and pH had the highest level of absorbance. .
Introducere.
"In living organisms, biochemical reactions are facilitated by catalyst, substances that accelerate reactions but are not consumed or permanently changed in the process (Vilet, 1993)." An enzyme is very specific in the reactions in which it undergoes: it contains an active site that allows only certain reactants to bind to it. In the experiment of enzyme kinetics, we examined the absorbance levels and rate of reactions of amylase and starch with varied temperature and pH levels. We hypothesized that environmental factors, temperature and pH level, increase reaction rates and thus we expected reaction rates to have a greater net conversion of substrates than those with a lower temperature and pH levels.
.
Now in order to maintain its specific function, an enzyme must retain the specialized shape of its active site. "Environmental factors such as temperature and pH levels have been known to alter the conformation of a protein (Neilands, 1955)." The goal of this is experiment is to find the optimum levels of temperature and pH that maximize the reaction rate between enzyme amylase and substrate starch without causing "instability or denaturation (Neilands, 1955)." .
.
Material si metode.
To calibrate the spectrophotometer at zero absorbance, a blank control tube prepared with 5 ml of distilled water and 0.

Essays Related to Enzyme Kinetics

1. Enzyme Kinetics - Alkaline Phosphatase

Introduction In this lab we studied how the enzyme alkaline phosphatase (AP) activity was influenced by time, the change of temperature and how the enzyme was affected by different substrate and inhibitor concentrations. . The purpose of the next experiment, experiment 3, was to characterise the enzyme by applying Michaelis-Menten kinetics. . At each of these temperatures we prepared a reaction containing enzyme and also a reaction which was used as a blank and contained no enzyme. . Experiment 3, determining the properties of AP by applying Michaelis-Menten kinetics. . Series D had no.

2. The Effects of 2-Aminoquinoline on SH3 Domain Proteins

Analysis of detachment kinetics yields the strength of synthetic ligand (2AQ) binding, and also simulates 'in vivo' results 'in vitro'. . Use EcoR1/Bam1 restriction enzymes on synthesized DNA, and on bacterial plasmid DNA, creating complementary sticky ends. Use two restriction enzymes so that the orientation of the synthesized DNA in the plasmid can be controlled. . Initially, increase SH3 protein concentration in presence of natural ligand, and measure association kinetics. . Gradually increase the competitor (natural ligand) concentration from zero, and measure t.

3. Enzyme Kinetics

Compounds that effect the ability of an enzyme that are not involved in the active site are called allosteric effectors. . Introduction ok but need sources for quotes Glycogen phosphorylase is a key enzyme in the regulation of glycogen metabolism. . The enzyme exists in two forms Glycogen phosphorylase a (active) and Glycogen phosphorylase b (inactive). . Crystallographic binding studies at 3.5 Å resolution show that NADH binds to the same sites on the enzyme as AMP. . Glycogen phosphorylase B was diluted 10X by 100um of a 1M enzyme stock with 1000 enzyme dilution buffer, 0.10.

4. Rates of Reaction Coursework - Hydrogen Peroxide and Catalas

The Catalysts which are found in living organisms are known as Enzymes. . The enzyme provides a surface for the reaction to take place on. . Enzymes have many different uses. . They are called Digestive enzymes. . Chemical Kinetics Chemical kinetics, the study of reaction rates, shows that three conditions must be met at the molecular level if a reaction is to occur: The molecules must collide they must be positioned so that the reacting groups are together in a transition state between reactants and products and the collision must have enough energy to form the transition st.

5. Chemical Reactions

Kinetics is one of these things. Kinetics decides The speed of the reaction and what is happening on a molecular level. . Lucifern, which the firefly makes naturally, is oxidized in the presence of luciferase, another natural enzyme, which acts as a catalyst in the reaction. .

  • Word Count: 1893
  • Approx Pages: 8
  • Has Bibliography
  • Grade Level: High School

6. reactions

Kinetics is one of these things. Kinetics decides The speed of the reaction and what is happening on a molecular level. . Lucifern, which the firefly makes naturally, is oxidized in the presence of luciferase, another natural enzyme, which acts as a catalyst in the reaction. .

7. Research review of parkinson's disease

Research review of Parkinson's disease Afflicting over one million Americans, Parkinson's disease is one of the most devastating neuro-degenerative diseases in the world. A British physician, James Parkinson, first discovered this disease while observing people on the streets of London. He not.


Priveste filmarea: Clase 2 De Cinetica Enzimatica 14 9 2021 1 1 (August 2022).