Билет № 18

1. Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

Изучение кинетики действия ферментов позволяет получить информацию о механизмах ферментативных реакций. Впервые кинетика действия ферментов была удовлетворительно объяснена, когда был выдвинут постулат о том, что фермент обратимо соединяется со своим субстратом, образуя промежуточный комплекс фермент– субстрат. Пионерами в этой области были Генри (1903) и Михаэлис и Ментен (1913), и их концепции подтвердились, когда с помощью спектроскопических методов было доказано образование постулированных комплексов при изучении каталазы и пероксидазы (1936–1937гг.) Позднее в ряде случаев оказалось возможным выделить ковалентные фермент–субстратные соединения в количестве, достаточном для их дальнейшего исследования. Образовавшийся комплекс фермент–субстрат может претерпевать далее различные превращения.

В любой ферментативной реакции можно выделить три стадии. На первой стадии фермент Е взаимодействует с субстратом S, в результате чего образуется комплекс фермент–субстрат ES. Это взаимодействие происходит настолько быстро, что его крайне трудно исследовать без специальных приборов. В общем случае, когда количество субстрата значительно больше количества фермента, убыль свободного субстрата на этой стадии обнаружить весьма нелегко. Концентрация комплекса ES увеличивается, достигая уровня, когда скорость его образования точно равна скорости его превращения в продукты реакции, т.е. достигается стационарное состояние, при котором ; оно соответствует второй стадии реакции.

Уравнение Михаэлиса–Ментен

Билет № 18

2. Пассивный транспорт молекул и ионов через биологические мембраны. Электродиффузионное уравнение Нернста-Планка.

Рассматривая равновесные мембранные потенциалы мы выяснили, что условием термодинамического равновесия ионов является постоянство электрохимического потенциала во всем доступном для ионов пространстве. Отсюда следует, что движущей силой потока служит градиент электрохимического потенциала в среде.

Даже это положение в случае клеточных мембран может оказаться лишь некоторым приближением, поскольку оно требует выполнения условия электронейтральности (электрохимический потенциал должен быть определен в каждой точке), так и условие теплового равновесия (согласно теории Эйнштейна коэффициент диффузии ).

Если электрохимический потенциал меняется вдоль одной координаты, например, вдоль оси х, то он является функцией двух переменных – t и x и его градиент равен частной производной по х:

Уравнение Нернста Планка

Первый член в первой части описывает только диффузию, второй – перемещение частиц в электрическом поле. Таким образом, дифференциальное уравнение электродиффузии Планка можно рассматривать как аналитическое выражение законов Фука и Ома одновременно.

Уравнение описывает плотность потока ионов j под действием диффузии и электрического поля, обычно его размерность ─моль на единицу поверхности за единицу времени.

Плотность электрического тока ─ умножить на , то есть на заряд переносимый каждым молем.