Раздел 4. Задачи к коллоквиумам и тестам

Задача 4.1. Фермент проявляет относительную специфичность. Определите, исходя из величины Км тот субстрат, который будет подвеграться каталитическому превращению с наибольшей скоростью при концентрации субстрат а, равной : а) Км= 2*10^-1М; б) Км= 2*10^-3М;в) Км= 2*10^-4М; г) Км= 2*10^-6М.

Задача 4.2. При изучении кинетики гидролиза ацетилхолина, катализируемого ацетилхолинэстеразой, было показано, что ферментативная реакция ингибируется субстратом с константой диссоциации неактивного тройного комплекса ЕS₂, равной 3,2 10^-2 М. Найти значение концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции достигает максимального значения в условиях эксперимента, если величина константы Михаэлиса, найденная при использовании низких концентраций субстрата, равна 2,6 х·10^-4 М.

Задача 4.3. Фермент имеет константу Михаэлиса, равную 0,035 М. Скорость реакции при концентрации субстрата, равной 0,110 моль/л, равна 1,15*10^-3 моль/(л*с). Найдите максимальную скорость этой реакции.

Задача 4.4. Ферментативная реакция (Км = 2,7*10^-3 М) подавляется конкурентным игибитором (К_I = 3,1*10^-5 М). Концентрация субстрата равна 3,6*10^-4 моль/л. Сколько ингибитора потребуется для подавления реакции на 65%? Во сколько раз надо повысить концентрацию субстрата, чтобы уменьшить степень ингибирования до 25%?

Задача 4.5. Проанализируйте уравнение Михаэлиса-Ментен и ответьте на следующие вопросы:

а) При какой концентрации субстрата фермент, для которого максимальная скорость превращения субстрата составляет 30 мкмолей/мин мг, а величина К_М равна 0,005 М, будет работать со скоростью, равной 1/4 максимальной? б) Определите, какую долю V_MAX , будет составлять скорость реакции при концентрациях субстрата, равных 1/2 К_М, 2К_М и 10Км.

Задача 4.6. Вирус иммунодефицита кодирует протеазу, которая необходима для внедрения и созревания вируса. Протеаза катализирует гидролиз субстрата (пентапептид) с начальной скоростью 0,0035 моль/с. Концентрация пентапептида равна 0,045 М. Константа Михаэлиса фермента для данного субстрата равна 0,075 М. Производное пентапептида, в котором пептидная связь замещена на –СН₂NH, не гидролизуется протеазой и является ингибитором. В присутствии 2,5 мкМ ингибитора максимальная скорость равнялась 0,0093 моль/с, а начальная скорость составила 0,0030 моль/с. Определите тип ингибирования.

Задача 4.7. Вирус иммунодефицита кодирует протеазу, которая необходима для внедрения и созревания вируса. Протеаза катализирует гидролиз субстрата (пентапептид) с начальной скоростью 0,0035 моль/с. Концентрация пентапептида равна 0,045 М. Константа Михаэлиса фермента для данного субстрата равна 0,075 М. Определите V_MAX фермента для пентапептида.

Задача 4.8. Гидролиз п-нитрофенилфосфата фосфатазой можно определить, измеряя скорость образования продукта п-нитрофенола. Используя стандартные условия (рН 7,0 и 25⁰С) с суммарным объемом инкубационной среды, равной 5 мл, которая содержала 1 мкмоль фосфатазы, были определены Км и Vmax. Они были равны, соответственно, 2,0 мМ и 5 мМ/мин. Определите величину скорости реакции, когда 10 мкмоль п-нитрофенилфосфата присутствуют в инкубационной пробе. Сходный субстрат, о-нитрофенилфосфат имеет Км, равную 4 мМ при стандартных условиях. К какому из субстратов, п-нитрофенилфосфату или о-нитрофенилфосфату фермент имеет большее сродство?

Задача 4.9. Каталитическое расщепление пептидной связи в маленьких пептидах под действием фермента эластазы показало следующие результаты:

Субстрат	Км (М)	Число оборотов моль S/с*моль фермента
РАРА-G	4,0	26
PAPA-A	1,5	37
PAPA-F	0,64	18

Определите пептид, который расщепляется наиболее быстро и наиболее медленно, если все субстраты были взяты в концентрации 0,5 М.

Задача 4.10. Гидролиз п-нитрофенилфосфата фосфатазой можно определить, измеряя скорость образования продукта п-нитрофенола. Используя стандартные условия (рН 7,0 и 25⁰С) с суммарным объемом инкубационной среды, равной 5 мл, которая содержала 1 мкмоль фосфатазы, были определены Км и Vmax. Они были равны, соответственно, 2,0 мМ и 5 мМ/мин. Определите величину скорости реакции, когда 10 мкмоль п-нитрофенилфосфата присутствуют в инкубационной пробе. Сходный субстрат, о-нитрофенилфосфат имеет Км, равную 4 мМ при стандартных условиях. К какому из субстратов, п-нитрофенилфосфату или о-нитрофенилфосфату фермент имеет большее сродство?

Задача 4.11. Карбоангидраза эритроцитов, имеющая молекулярную массу 30000, - один из самых активных ферментов, известных в настоящее время. Она катализирует обратимую реакцию гидратации СО₂

Н₂О + СО₂ ↔ Н₂СО₃,

которая играет важную роль в транспорте СО₂ из тканей в легкие. Рассчитайте число оборотов карбоангидразы, если при оптимальных условиях 10 мкг чистой карбоангидразы катализируют гидратацию 0,30 г СО₂ в 1 мин при 37⁰С.

Задача 4.12. При изучении кинетики гидролиза ацетилхолина, катализируемого ацетилхолинэстеразой, было показано, что ферментативная реакция ингибируется субстратом с константой диссоциации неактивного тройного комплекса ЕS₂, равной 3,2 10^-2 М. Найти значение концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции достигает максимального значения в условиях эксперимента, если величина константы Михаэлиса, найденная при использовании низких концентраций субстрата, равна 2,6 х·10^-4 М.

Задача 4.13. После инкубации с п-хлормеркурибензоатом связывание фермента с субстратом не изменилось по сравнению с необработанным ферментом, но каталитическая активность фермента уменьшилась на 40%. Какой вывод можно сделать из этого наблюдения.

Задача 4.14. Гидролиз ацетилхолина, катализируется ацетилхолинэстеразой, число оборотов которой составляет 25000 с^-1. Сколько времени потребуется ферменту для расщепления одной молекулы ацетилхолина?

Задача 4.15. Фермент имеет константу Михаэлиса, равную 0,035 М. Скорость реакции при концентрации субстрата, равной 0,110 моль/л, равна 1,15*10^-3 моль/(л*с). Найдите максимальную скорость этой реакции.

Задача 4.16. Ферментативная реакция (Км = 2,7*10^-3 М) подавляется конкурентным игибитором (К_I = 3,1*10^-5 М). Концентрация субстрата равна 3,6*10^-4 моль/л. Сколько ингибитора потребуется для подавления реакции на 65%? Во сколько раз надо повысить концентрацию субстрата, чтобы уменьшить степень ингибирования до 25%?

Задача 4.17. Используя график для уравнения 1.3, изобразите завтсимость скорости реакции от [S]. Используйте значения Vmax = 100 мкмоль с^-1 и Км = 10 мкМ. Как сильно возрастет v₀ при удвоении значения [S] от 0,2 до 0,4 мкМ? Чему равно v₀ при [S] = 10 мкМ? Как увеличится v₀ при увеличении [S] от 100 до 200 мкМ? Обратите внимание на изменение вида графика при двукратном увеличении или уменьшении значений Vmax или Км. Используя уравнение лайнутвера-Берка постройте зависимость в координатах двойных обратных величин для всех случаев перечисленных в вышеприведенных заданиях.

Библиографический список

1. Варфоломеев С.Д. Химическая энзимология: Учебник. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 480 с.

2. Березин И.В., Клёсов А.А. Практический курс химической и ферментативной кинетики. – М.: Изд-во МГУ, 1978. – 320 с.

3. Биохимия с упражнениями и задачами: Учебник / под ред. чл.-корр. РАН, проф. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 384 с.

4. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты. В 3-х тт. – М.: Мир, 1982. – 1120 с.

5. Доис Э. Количественные проблемы биохимии. – М.: Мир, 1983. – 376 с.

6. Ершов Ю.А., Мушкамбаров Н.Н. Кинетика и термодинамика биохимических и физиологических процессов.- М.: Медицина, 1990. – 208 с.

7. Келети Т. Основы ферментативной кинетики. – М.: Мир, 1990. – 348 c.

8. Керридж Д., Типтон К. Биохимическая логика. – М.: Мир, 1974. -327с.

9. Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. – М.: Мир, 1979. – 277 с.

10. Курганов Б.И. Аллостерические ферменты. – М.: Наука, 1978. - 198 с.

11. Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т. Т.1 ; пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. – 604 с.

12. Price N.C., Stevens L. Fundamental of Enzymology. The Cell and Molecular Biology of Catalytic Proteins. Third Edition. – Oxford, University Press, 2003. – 478 p.

Электронные ресурсы

1. www.virginia.edu.

2. www.dehydrogenase.com.

3. www.ncbi.nlm.nih.gav.

4. www.molbiol.ru.

5. www. high.stanford.edu.

6. www.wikipedia.org.