МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра биохимии и биоинформатики

Реферат

по дисциплине «Иммобилизованные клетки и ферменты»

На тему:

«Температурные зависимости»

Подготовил:	Студентка 3 курса, группы 22БХ-1 Децук Валерия Петровна
Проверил:	Старший преподаватель Каленчук Татьяна Владимировна

Пинск 2024

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Температурные зависимости 4

1.1 Влияние температуры на активность 4

1.2 Влияние температуры на стабильность 4

1.3 Влияние температуры на кинетику реакций 4

1.4 Примеры 5

1.4.1 Иммобилизованные ферменты в биотехнологии: 5

1.4.2 Иммобилизованные клетки в биореакторах: 5

Глава 2. Факторы, определяющие температурную зависимость 6

Заключение 7

Список используемой литературы 8

Введение

Температура является одним из ключевых факторов, влияющих на биологические процессы и реакции. В биотехнологии и биомедицине иммобилизованные клетки и ферменты широко используются для различных применений, таких как производство биотоплива, фармацевтических препаратов и диагностика заболеваний.

Понимание температурных зависимостей этих биологических систем имеет важное значение для оптимизации их работы и повышения эффективности.

В данном реферате будут рассмотрены основные аспекты температурных зависимостей иммобилизованных клеток и ферментов, включая механизмы влияния температуры на их активность, стабильность и кинетику реакций. Особое внимание будет уделено практическим примерам и применению этих знаний в различных областях науки и промышленности.

Глава 1. Температурные зависимости

Температура играет важную роль в биологических процессах, влияя на активность, стабильность и кинетику реакций иммобилизованных клеток и ферментов.

1. Влияние температуры на активность

1. Оптимальная температура:

Каждая клетка и фермент имеют свою оптимальную температуру, при которой их активность максимальна. Например, многие ферменты человека наиболее активны при температуре около 37°C, что соответствует нормальной температуре тела.

2. Температурная зависимость:

- При повышении температуры до определенного предела скорость реакции увеличивается, так как молекулы получают больше энергии и сталкиваются чаще. Это описывается уравнением Аррениуса, которое показывает, что скорость реакции экспоненциально зависит от температуры.

1.2 Влияние температуры на стабильность

1. Денатурация:

- При слишком высоких температурах белки, включая ферменты, могут денатурировать, то есть терять свою трехмерную структуру. Это приводит к потере их активности, так как активный центр фермента изменяется и не может связываться с субстратом.

2. Термическая стабильность:

- Некоторые ферменты и клетки имеют высокую термическую стабильность и могут сохранять свою активность при высоких температурах. Например, термофильные бактерии, обитающие в горячих источниках, имеют ферменты, устойчивые к высоким температурам.

1.3 Влияние температуры на кинетику реакций

1. Энергия активации:

- Температура влияет на энергию активации реакции. При повышении температуры больше молекул достигают энергии активации, что ускоряет реакцию. Это особенно важно для ферментативных реакций, где ферменты снижают энергию активации и ускоряют реакции.

2. Фермент-субстратные комплексы:

- Температура влияет на образование фермент-субстратных комплексов. При оптимальной температуре эти комплексы образуются быстрее, что увеличивает скорость реакции. Однако при слишком высоких температурах ферменты могут денатурировать, что снижает скорость реакции.

1.4 Примеры

1.4.1 Иммобилизованные ферменты в биотехнологии:

В биотехнологии часто используются иммобилизованные ферменты, которые закреплены на твердых носителях. Это позволяет использовать их многократно и улучшает стабильность. Температурные зависимости таких систем тщательно изучаются для оптимизации процессов, таких как производство биотоплива и фармацевтических препаратов.

1.4.2 Иммобилизованные клетки в биореакторах:

Иммобилизованные клетки используются в биореакторах для производства различных продуктов, включая антибиотики и витамины. Температурные условия в таких системах тщательно контролируются для поддержания высокой активности и стабильности клеток.

Глава 2. Факторы, определяющие температурную зависимость

На температурную зависимость влияют такие факторы как:

• Свойства биокатализатора: В основе лежит классическая зависимость активности ферментов от температуры, с наличием оптимальной температуры, при которой активность максимальна. При температурах ниже оптимальной активность снижается из-за уменьшения скорости реакций, а при температурах выше оптимальной – из-за денатурации белка и потери каталитической активности. Для клеток, кроме этого, важно учитывать температурный оптимум роста и жизнедеятельности.

• Тип иммобилизации: Способ иммобилизации (адсорбция, ковалентное связывание, инкапсуляция в гель) существенно влияет на температурную устойчивость. Например, ковалентное связывание может стабилизировать структуру фермента и повысить его термостойкость, в то время как адсорбция может быть менее эффективной в этом плане. Инкапсуляция может создавать микроокружение, защищающее биокатализатор от резких изменений температуры.

• Характеристики матрицы: Свойства матрицы (пористость, гидрофильность/гидрофобность, химический состав) играют ключевую роль. Гидрофобные матрицы могут усиливать денатурацию при высоких температурах, а пористая структура может ограничивать доступ субстрата к активным центрам, что влияет на общую активность.

• Концентрация субстрата: Высокие концентрации субстрата могут снизить температурную зависимость, так как диффузия субстрата к активным центрам становится лимитирующим фактором.

• Взаимодействие с матрицей: Взаимодействие иммобилизованного биокатализатора с матрицей может изменять его конформацию, влияя на термостабильность. Это может приводить как к повышению, так и к понижению термостойкости.

Заключение

В заключение можно отметить, что температурные зависимости активности иммобилизованных клеток и ферментов представляют собой сложный феномен, определяемый множеством факторов, включая природу иммобилизующего материала, метод иммобилизации, вид клеток или ферментов, а также условия окружающей среды.

Хотя иммобилизация часто приводит к повышению термостабильности по сравнению со свободными клетками или ферментами, оптимальные температурные режимы работы варьируются в широких пределах.

Понимание этих зависимостей критически важно для разработки эффективных биокаталитических процессов, позволяя оптимизировать условия реакции и повысить производительность, стабильность и срок службы иммобилизованных биокатализаторов.

Дальнейшие исследования, направленные на изучение влияния различных параметров иммобилизации на температурную стабильность и активность,несомненно, приведут к созданию новых высокоэффективных биотехнологических систем.

Список используемой литературы

1. Энзиматическая инженерия [Электронный источник]. – Режим доступа: https://studfile.net/preview/9041390/page:2/. – Дата доступа: 07.10.2024

2. Дисперсные и ультрадисперсные материалы [Электронный источник]. – Режим доступа: [Электронный источник]. – Режим доступа: https://www.chem.msu.ru/rus/teaching/materials/3nano.pdf. – Дата доступа: 07.10.2024

3. Аль Меселмани, М.А. Иммобилизованные клетки и ферменты : 1-31 01 02 Биохимия, 6-05-0511-02 Биохимия, 1-31 01 01 Биология (по направлениям) [Электронный ресурс] : электронный учебно-методический комплекс / М.А. Аль Меселмани ; УО "Полесский государственный университет". – Пинск : ПолесГУ, 2023. – 132 с.

4. Юрин, В.М. Иммобилизованные клетки и ферменты : Учебно-методический комплекс / В.М. Юрин, Т.И. Дитченко. – Минск : БГУ, 2014 – 138 с.