КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ
СПИСОК ТЕРМИНОВ
Актива́торы (от латинского activus — активный, деятельный) — белки, которые при
ассоциации с ДНК усиливают транскрипцию данного гена. Классический пример белкаактиватора — Gal8, который активирует гены, ответственные за усвоение галактозы
дрожжами. В свою очередь, белки, вызывающие подавление (репрессию) транскрипции
называются белки-репрессоры. Классическим примером репрессора служит LacI,
подавляющий экспрессию оперона утилизации лактозы у кишечной палочки.
Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды) — высокомолекулярные органические вещества,
состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью аминокислот. В живых
организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при
синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их
комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того,
аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям,
которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во
время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков
образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.
Биополиме́ры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде,
входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.
Биополимеры состоят из одинаковых (или разных) звеньев — мономеров. Мономеры
белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, в полисахаридах —
моносахариды.
Выделяют
два
типа
биополимеров —
регулярные
(некоторые
полисахариды) и нерегулярные (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).
Водоро́д — первый элемент периодической системы элементов. Широко распространён в
природе. Катион (и ядро) самого распространённого изотопа водорода 1H — протон.
Свойства ядра
1
H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе
органических веществ.
Гидроксильная группа (гидроксил) — функциональная группа OH органических и
неорганических соединений, в которой атомы водорода и кислорода связаны ковалентной
связью. В органической химии носит также название «спиртовой группы». Атом
кислорода обуславливает поляризацию молекулы спиртов. Относительная подвижность
атома водорода приводит к тому, что низшие спирты вступают в реакции замещения с
щелочными металлами. В неорганической химии входят в состав оснований, в том числе,
щелочей.
Гидрофобность (от гидро… и греч. phobos — боязнь, страх) - это физическое свойство
молекулы, которая «стремится» избежать контакта с водой[1]. Сама молекула в этом
случае называется гидрофобной. Гидрофобные молекулы обычно неполярны и
«предпочитают» находиться среди других нейтральных молекул и неполярных
растворителей. В воде такие молекулы часто кластеризуются с образованием мицелл.
Вода на гидрофобных поверхностях собирается в капли с низкими значениями угла
смачивания. Гидрофобными являются молекулы алканов, масел, жиров и других
подобных материалов. Гидрофобные материалы используются для очистки воды от
нефти, удалению разливов нефти и химических процессах разделения полярных и
неполярных веществ.
Глобулярные белки́ — белки, в молекулах которых полипептидные цепи плотно
свёрнуты в компактные шарообразные структуры — глобулы (третичные структуры
белка.
Глобулярная
структура
белков
обусловлена
гидрофобно-гидрофильными
взаимодействиями. К глобулярным белкам относятся ферменты, антитела, некоторые
гормоны и многие другие биологически активные белки.
Ингибитор — вещество, присутствие которого в небольших количествах в среде
приводит к предотвращению или замедлению некоторых нежелательных процессов
(напр., горения, коррозии). Снижает скорость химических реакций или подавляет их.
Ио́н (греч. ιόν — «идущий») — одноатомная или многоатомная электрически заряженная
частица, образующаяся в результате потери или присоединения одного или нескольких
электронов атомами или молекулами.
Ката́лиз (от греч. κατάλυσις, восходит к καταλύειν — разрушение) — явление изменения
скорости химической или биохимической реакции в присутствии веществ (катализаторов
или ингибиторов), которые многократно вступают в промежуточные взаимодействия и
восстанавливаются после цикла реакций. Термин «катализ» был введён в 1835 году
шведским учёным Йёнсом Якобом Берцелиусом. Явление катализа распространено в
природе (большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются
каталитическими) и широко используется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии, в
производстве серной кислоты, аммиака, азотной кислоты и др.). Большая часть всех
промышленных реакций — это каталитические.
Конформация (от лат. conformatio — форма, построение, расположение) молекул —
геометрические формы, которые могут принимать молекулы органических соединений
при вращении атомов или групп атомов (заместителей) вокруг простых связей при
сохранении неизменным порядка химической связи атомов (химического строения),
длины связей и валентных углов. Молекулы, отличающиеся только своей конформацией,
называют поворотными изомерами (конформерами). Примером могут служить несколько
плоских конформаций молекул пентана: СН3—СН2—СН2—СН2—СН3
Лига́нд (от лат. ligo — связываю) — атом, ион или молекула, непосредственно связанная с
одним или несколькими центральными (комплексообразующими) атомами металла в
комплексном соединении. Чаще всего такое связывание происходит с образованием так
называемой «координационной» донорно-акцепторной связи, где лиганды выступают в
роли основания Льюиса, то есть являются донорами электронной пары. При
присоединении
лигандов
к
центральному
атому
химические
свойства
комплексообразователя и самих лигандов часто претерпевают значительные изменения.
Макроэргические
молекулы —
биологические
молекулы,
которые
способны
накапливать и передавать энергию в ходе реакции. При гидролизе одной из связей
высвобождается более 20 кДж/моль. По химическому строения макроэрги — чаще всего
ангидриды фосфорной и карбоновых кислот, а также слабых кислот, какими являются
тиолы и енолы. Примеры макроэргических соединений — молекулы АТФ, ГТФ и НАД.
Мембра́на (или цитолемма, или плазмалемма, или плазматическая мембрана) отделяет
содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность; регулируют
обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на
специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых
поддерживаются определенные условия внутриклеточной среды.
Метаболи́зм (от греч. μεταβολή, «превращение, изменение»), обмен веществ — полный
процесс превращения химических веществ в организме, обеспечивающих его рост,
развитие, деятельность и жизнь в целом. В живом организме постоянно расходуется
энергия, причём не только во время физической и умственной работы, но и при полном
покое
(сне).
Обмен
веществ
представляет
собой
комплекс
биохимических
и
энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд
организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических
веществах.
Михаэ́лиса-Ме́нтен уравне́ние — основное уравнение ферментативной кинетики,
описывает зависимость скорости реакции, катализируемой ферментом, от концентрации
субстрата и фермента. Простейшая кинетическая схема, для которой справедливо
уравнение Михаэлиса:
Уравнение имеет вид:
,
где
•
•
— максимальная скорость реакции, равная
;
— константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой
скорость реакции составляет половину от максимальной;
•
— концентрация субстрата.
Моле́кула (новолатинское molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) —
наименьшая частица химического вещества, обладающая всеми его химическими
свойствами Молекула состоит из двух или более атомов, характеризуется количеством
входящих в неё атомных ядер и электронов, а также определённой структурой.
Молекулярность реакции – число частиц реагентов, взаимодействующих друг с другом
в одной элементарной (простой) р-ции и превращающихся в продукты.
Прото́н (от др.-греч. πρ τος — первый, основной) — элементарная частица. Относится к
барионам, имеет спин 1/2, электрический заряд +1. В физике элементарных частиц
рассматривается как нуклон с проекцией изоспина +1/2 (в ядерной физике принят
противоположный знак проекции изоспина). Состоит из трёх кварков (один d-кварк и два
u-кварка). Стабилен (нижнее ограничение на время жизни — 2,9×1029 лет независимо от
канала распада, 1,6×1033 лет для распада в позитрон и нейтральный пион).
Субстра́т: I Субстрат (реакции) — исходный продукт, преобразуемый ферментом в
результате специфического фермент-субстратного взаимодействия в конечный продукт. II
Субстрат – питательная среда для растений, клеток и микроорганизмов. III Субстрат
(клеточная биология) – место (вещество для) прикрепления клеток при культивировании.
Тео́рия гра́фов — раздел дискретной математики, изучающий свойства графов. В общем
смысле граф представляется как множество вершин (узлов), соединённых рёбрами. В
строгом определении графом называется такая пара множеств G=(V,E), где V есть
подмножество любого счётного множества, а E — подмножество V×V.
Термодинамика (от греч. Therme — тепло + Dynamis — сила) — раздел физики,
изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные
дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические
превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.
Ферме́нты или энзи́мы (от лат. fermentum, греч. ζύμη,
νζυμον — дрожжи, закваска) —
обычно белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их комплексы,
ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. Реагенты в
реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся
вещества — продуктами. Ферменты специфичны к субстратам (АТФаза катализирует
расщепление только АТФ, а киназа фосфорилазы фосфорилирует только фосфорилазу).
Ферментативная активность может регулироваться активаторами и ингибиторами
(активаторы
—
повышают,
ингибиторы
—
понижают).
Белковые
ферменты
синтезируются на рибосомах, а РНК — в ядре.
Фибриллярные белки — белки, имеющие вытянутую нитевидную структуру, в которой
соотношение продольной и поперечной осей более 1:10. Полипептидные цепи многих
фибриллярных белков расположены параллельно друг другу вдоль одной оси и образуют
длинные
волокна
(фибриллы)
или
слои.
Большинство
фибриллярных
белков
нерастворимо в воде. К ним относятся, например, α-кератины (на их долю приходится
почти весь сухой вес волос, шерсти, рогов, копыт, ногтей, чешуи, перьев); коллаген —
белок сухожилий, хрящей; фиброин — белок шёлка). Большинство фибриллярных белков
обладают особым свойством — в формировании их пространственной структуры
участвуют, кроме слабых связей, ковалентные непептидные связи, тогда как в
глобулярных белках основной вклад в стабилизацию конформацию молекулы вносят
слабые нековалентные взаимодействия.
Физическая кинетика (др.-греч. κίνησις — движение) — микроскопическая теория
процессов в неравновесных средах. В кинетике методами квантовой или классической
статистической физики изучают процессы переноса энергии, импульса, заряда и вещества
в различных физических системах (газах, плазме, жидкостях, твёрдых телах) и влияние на
них внешних полей. В отличие от термодинамики неравновесных процессов и
электродинамики сплошных сред, кинетика исходит из представления о молекулярном
строении рассматриваемых сред, что позволяет вычислить из первых принципов
кинетические коэффициенты, диэлектрические и магнитные проницаемости и другие
характеристики сплошных сред. Физическая кинетика включает в себя кинетическую
теорию
газов
из
нейтральных
атомов
или
молекул,
статистическую
теорию
неравновесных процессов в плазме, теорию явлений переноса в твёрдых телах
(диэлектриках, металлах и полупроводниках) и жидкостях, кинетику магнитных
процессов и теорию кинетических явлений, связанных с прохождением быстрых частиц
через вещество. К ней же относятся теория процессов переноса в квантовых жидкостях и
сверхпроводниках и кинетика фазовых переходов.
Электрохимический
потенциал,
термодинамическая
функция,
характеризующая
состояние какого-либо компонента, состоящего из заряженных частиц (электронов,
ионов), в фазе данного состава. Э. п. может быть определён как приращение любого из
потенциалов термодинамических системы при введении в неё одной заряженной частицы
i-того компонента при неизменных всех остальных переменных, от которых зависит
рассматриваемый потенциал.
Энтропи́я (от греч.
ντροπία — поворот, превращение) — понятие, впервые введённое
Клаузиусом в термодинамике для определения меры необратимого рассеивания энергии,
меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма
приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при
обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно.