Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической





НазваниеОтчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической
страница8/17
Дата публикации02.03.2015
Размер2.25 Mb.
ТипОтчет
100-bal.ru > Физика > Отчет
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   17

1.3.2 Подбор условий оптимизации экспериментальных моделей ЭМкрахмал и ЭМжелатин
Ранее в экспериментальных моделях ЭМкрахмал и ЭМжелатин осуществляли выбор оптимального по вязкости микроокружения для фермент-субстратных комплексов. С этой целью изучали эффективность работы люциферазы (Л) и НАДН:ФМН-оксидоредуктазы (Р) в гелевом окружении различной вязкости и имеющем различную химическую природу.

Рассматривали два варианта стабилизации ферментов в экспериментальных моделях ЭМкрахмал и ЭМжелатин: в первом случае были иммобилизованы только НАДН:ФМН-оксидоредуктаза и люцифераза, во втором, проводили совместную иммобилизацию ферментов вместе с субстратом и кофактором – алифатическим альдегидом (C14) и НАДН.

В ходе эксперимента были исследованы характеристики биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза–люцифераза (Л+Р), иммобилизованной в гели, приготовленные из картофельного, рисового и кукурузного крахмалов и желатина различных концентраций. Показано, что выход активности иммобилизованных в гели ферментов зависит от вязкости среды и природы используемого полимерного геля (табл. 1.3.1).

Максимальная активность наблюдалась у биферментной системы Л+Р, иммобилизованной в 3 % гель на основе картофельного крахмала. Максимальный выход активности ферментов, иммобилизованных в крахмальный гель, составил 60 %.

В желатиновом геле эффективность работы биферментной системы существенно ниже по сравнению с крахмальным гелем. Присутствие желатина даже в низких концентрациях (0,1 % и 0,05 %), соответствующих значениям вязкости живых клеток, вызывает существенное снижение активности биферментной системы: по сравнению с буферным раствором в выбранных модельных средах интенсивность свечения биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза уменьшается в 3 раза, хотя спектральные характеристики биферментной системы не изменялись. Максимальный выход активности биферментной системы, иммобилизованной в желатиновый гель и предварительно высушенной в течение 8 часов на лавсановой пленке, наблюдался при использовании 4 % желатинового геля и составил около 17 % (табл. 1.3.1).
Таблица 1.3.1.

Выход активности биферментной системы НАДН:ФМН- оксидоредуктаза- люцифераза иммобилизованной в крахмальный и желатиновый гели.

Носитель для иммобилизации биферментной системы

Концентрация геля, %

3

3,5

4

5

6

Выход активности биферментной системы, %

Картофельный крахмал

60

44

25

18

-

Рисовый крахмал

51

-

32

22

-

Кукурузный крахмал

17

-

26

14

-

Желатин

-

-

17

7

6

«-» - измерения не проводили
Для улучшения характеристик биолюминесцентной биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза по сравнению с растворимыми системами осуществляли выбор оптимального соотношения компонентов биолюминесцентных реакций в прототипах экспериментальных моделей ЭМкрахмал и ЭМжелатин. С этой целью варьировали содержание ферментов в иммобилизованных дисках. Измерения активности иммобилизованных препаратов ферментов, предварительно высушенных в течение 8 часов при температуре 40С, сравнивали с активностью растворимых ферментов, используемых в качестве контрольных образцов. Количество люциферазы в растворе и иммобилизованном реагенте одинаково для каждого отдельного опыта.

Уменьшение содержания люциферазы в дисках или растворе приводит к существенному снижению максимальной интенсивности свечения (Табл. 1.3.2). Максимальный выход активности иммобилизованных ферментов - 60 % - достигался при содержании люциферазы в диске 0,33 мкг. Минимальное содержание люциферазы, при котором наблюдалось значительное по сравнению с фоновым свечение биферментной системы, составило 0,2 мкг.
Таблица 1.3.2.

Зависимость параметров биолюминесценции биферментной системы НАДН:ФМН- оксидоредуктаза-люцифераза в ЭМкрахмал от содержания люциферазы

Содержание люциферазы, мкг

I макс, усл.ед.

Выход активности, %

Л+Р

Растворимые

Л+Р

ЭМкрахмал

0,33

480420 ± 36618

290411±28628

60

0,24

444048 ± 58811

42587 ± 18919

9,6

0,2

348526 ± 49150

22728 ± 1623

6,5


Для улучшения характеристик ЭМкрахмал путем стабилизации работы ферментов исследовали зависимость параметров биолюминесценции иммобилизованных ферментов Л+Р от концентрации дитиотрейтола (ДТТ) и меркаптоэтанола, используемых в качестве стабилизаторов SН-групп ферментов. Активность ферментов, иммобилизованных совместно со стабилизаторами или без них, сравнивали с активностью растворимых ферментов в присутствии стабилизаторов или их отсутствии (контроль). Показано, что дополнительное внесение 10-4 М ДТТ увеличивает выход активности ферментов до 76 % (Табл. 1.3.3).

Таблица 1.3.3.

Зависимость параметров биолюминесценции биферментной системы НАДН:ФМН- оксидоредуктаза-люцифераза в ЭМкрахмал от содержания стабилизаторов

Концентрация, стабилизатор

I макс, усл.ед.

Выход активности, %

Растворимые Л+Р

Л+Р

ЭМкрахмал

-

38832 ± 4264

22728 ± 1623

58,5

10-4, ДТТ

50583 ± 12291

38498 ± 4820

76,1

10-5, ДТТ

38533 ± 4507

15267 ± 776

39,6

10-4, меркаптоэтанол

46885 ± 6999

33195 ± 539

70,8

10-5, меркаптоэтанол

67020 ± 8067

20889 ± 1449

31,2

«-» - стабилизаторы не вносили
В дальнейшем оптимизацию ЭМкрахмал и ЭМжелатин проводили путем совместной иммобилизации ферментов и их субстратов.

Многокомпонентную иммобилизацию люциферазы и НАДН:ФМН- оксидоредуктазы со стабилизаторами и субстратами в 3 % крахмальный гель проводили, варьируя концентрацию НАДН и добавляя разные стабилизаторы ферментов в иммобилизованный реагент. В готовый крахмальный гель, непрерывно помешивая, добавляли последовательно растворы ферментов (КРАБ), тетрадеканаля, НАДН и раствор калий – фосфатного буфера, содержащий стабилизаторы ферментов. Количество ферментов и субстратов рассчитывали таким образом, чтобы количество люциферазы и стабилизаторов в одном диске соответствовало количеству люциферазы в растворе (контроль) при единичном измерении.

При использовании ферментов, иммобилизованных совместно с субстратами, реакционная смесь состояла из диска, раствора ФМН и буферного раствора. Количество люциферазы в растворе (контроль) и иммобилизованном реагенте одинаково и составило 0,2 мкг; концентрация тетрадеканаля в многокомпонентном иммобилизованном препарате составляла 0,0002 %; концентрации ДТТ или меркаптоэтанола - 10-4 М.


Рисунок 1.3.12 - Зависимость выхода активности биферментной системы от концентрации НАДН и стабилизаторов ферментов в многокомпонентном иммобилизованном препарате.
Лучший результат достигается при использовании дисков, содержащих совместно иммобилизованные ферменты и субстраты, и предварительно высушенные на лавсане. Без стабилизаторов выход активности составляет от 5 до 18 %, при добавлении ДТТ выход активности достигает 55 % (рис. 1.3.12).

Выход активности биферментной системы, иммобилизованной совместно с 10-4 М раствором меркаптоэтанола, практически не отличается от выхода активности биферментной системы, иммобилизованной без добавления стабилизаторов.

Время выхода свечения на максимум для многокомпонентного реагента существенно меньше, по сравнению с иммобилизованными ферментами: 20-110 с в зависимости от концентрации НАДН и используемого стабилизатора. Скорость падения интенсивности свечения многокомпонентного препарата не отличалась от таковой для растворимых ферментов.

Таким образом, в ходе работы были оптимизированы прототипы экспериментальных моделей Эмкрахмал и ЭМжелатин. Были подобраны оптимальные соотношения компонентов биолюминесцентных реакций в прототипах экспериментальных моделей. Многокомпонентный иммобилизованный препарат должен содержать 0,2 мкг люциферазы, концентрация тетрадеканаля в одном диске должна составлять 0,0002 %, концентрация НАДН - 2∙10-4 М.

Оптимальным по вязкости микроокружением для фермент-субстратных комплексов следует признать 3 % крахмальный гель. Дополнительное внесение 10-4М ДТТ позволяет существенно увеличить выход активности биферментной системы Л+Р в экспериментальной модели ЭМкрахмал.

По-видимому, существенным фактором, снижающим эффективность работы ферментов в ЭМкрахмал и ЭМжелатин, является их предварительное высушивание. Окончательная экспериментальная модель функционирования ферментов в клетке на примере ферментов светящихся бактерий может быть получена при исключении из процедуры иммобилизации стадии высушивания геля.
1.3.3 Исследование механизмов влияния вязкости на ферментативные системы

Инактивация ферментов под влиянием температуры сопряжена со многими структурными изменениями молекулы. Следовательно, изменение каталитической активности ферментов в результате температурных воздействий может дать весьма полезную информацию для изучения тонких структурных изменений молекулы белка в процессе ее инактивации и денатурации, а также указать на механизмы стабилизации белковых молекул и эффективности функционирования ферментативных метаболических цепей в клетке.

В настоящее время установлено, что процессы со сложной кинетикой, отвечающей достаточно разнообразным механизмам, встречаются чаще, чем процессы инактивации по первому порядку (V(t) = V(0)exp(-kt), где V(t) – скорость реакции в момент времени t). Интересно, что даже для белков без четвертичной структуры инактивация, описываемая уравнением первого порядка, наблюдается далеко не при всех условиях.

На основании совокупности применения физических и кинетических методов можно указать, по крайней мере, на четыре кинетических типа инактивации ферментов.

  1. Необратимая инактивация первого порядка

Е → Еден,

где Е и Еден соответственно каталитически активная и неактивная формы фермента. Процесс перехода между этими формами фермента в условиях данного кинетического эксперимента можно считать кинетически необратимым. Из графика, построенного в координатах уравнения первого порядка, легко вычислить константу скорости денатурации kд = tgα (рис. 1.3.13 а).

  1. Инактивация по системе последовательных превращений первого порядка (рис.1.3.13 б)

Естаб ↔ Енестаб → Еден.

  1. Инактивация по механизму последовательно-параллельных реакций первого порядка (Рис. 1.3.13, в).

Е ↔ Е’стаб ↔ Е”стаб

↓ ↓

Еден Еден

  1. Диссоциативный механизм термоинактивации, учитывающий предварительный распад на субъединицы

Е2 ↔ 2Е1 → Еден,

где Еден – продукт необратимого изменения субъединиц белка, а Е2 и Е1 соответственно димерная и мономерная формы. Поскольку диссоциативный процесс в данном случае второго порядка, кинетические кривые термоинактивации не имеют протяженных строго линейных участков в координатах уравнения первого порядка, хотя иногда их можно представить как кривую с «изломом», фактически разделяющим две асимптоты к реальной кинетической кривой. Схематически это показано на рисунке 1.3.13, в.

Иммобилизация фермента может не изменять химический механизм термодеградации, но она влияет на кинетику процесса. Во-первых, могут измениться численные значения каталитических постоянных. Во-вторых, если каждая из субъединиц фермента независимо связана с носителем, то при диссоциации субъединицы оказываются локализованы в одном месте, что облегчает обратный процесс ассоциации. Простейшая кинетическая схема в этом случае имеет вид

Е2актив ↔ Е2неактив → 2Еден.
а – необратимая инактивация первого порядка; б – инактивация по системе последовательных превращений первого порядка; в – инактивация по механизму последовательно-параллельных реакций первого порядка
Рисунок 1.3.13 - Кинетические кривые термоинактивации ферментов, соответствующие различным механизмам.
Еще одна весьма существенная характеристика фермента с точки зрения его практического применения – это его термостабильность. Как и другие химические процессы, ферментативные реакции ускоряются при повышении температуры. Однако с повышением температуры начинает заметно протекать процесс термоинактивации фермента, и наблюдаемая скорость ферментативной реакции падает. Именно этим обусловлен колоколообразный вид зависимости скорости большинства ферментативных процессов от температуры.

В результате химического присоединения к носителям повышается стабильность самых разных ферментов при использовании разнообразных носителей и методов пришивки. Надо полагать, что главной причиной стабилизации является образование связей между ферментом и носителем, причем степень стабилизации определяется количеством образованных связей. Таким образом, иммобилизация ферментов предоставляет новые возможности в их практическом применении.

В работе выявлены факторы, повышающие термостабильность ферментов, в том числе варьирование микроокружения путем изменения вязкости среды (добавлением гелей различной природы), внесением стабилизатора SH-групп ферментов (дитиотрейтола). Получены температурные зависимости констант инактивации ферментов в различном микроокружении, рассчитаны коэффициенты стабилизации биферментной системы по сравнению с контролем.

В ходе работы было исследовано влияние микроокружения на характеристики растворимой биолюминесцентной системы светящихся бактерий НАДН:ФМН–оксидоредуктаза–люцифераза. Проведено сравнение кинетических и термодинамических характеристик биферментной системы НАДН:ФМН- оксидоредуктаза-люцифераза в присутствии буферного раствора, крахмального и желатинового гелей. Также исследовано изменение этих характеристик при добавлении в реакционную смесь стабилизатора ферментов дитиотрейтола. Методами спектрального анализа исследована зависимость скорости расходования НАДН в биолюминесцентных реакциях, катализируемых люциферазой и оксидоредуктазой, от микроокружения.



Термостабильность и термоинактивация биферментной системы светящихся бактерий НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза в крахмальном геле



Интенсивность свечения биферментной системы НАДН:ФМН- оксидоредуктаза-люцифераза зависит от окружающей её среды. Для исследования термостабильности и термоинактивации биферментной системы в присутствии ДТТ и 2 % крахмального геля варьировали время предварительной инкубации ферментов (0,5-30 минут) при различных температурах (15-50°С).

Из рис. 1.3.14 и 1.3.15 видно, что при изменении микроокружения ферментов расширения температурного оптимума не происходит, однако наблюдается изменение его значения. Температурный оптимум сдвигается в область более высоких температур и составляет 33°С в крахмальном геле, и геле с добавлением ДТТ. Тот факт, что в крахмальном геле ферменты более активны при более высоких температурах, можно объяснить тем, что увеличение вязкости приводит к тому, что максимальная скорость реакции достигается при более высоких температурах.



а – контрольное измерение; б – контрольное измерение с добавлением ДТТ
Рисунок 1.3.14 – Зависимость интенсивности свечения биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза от температуры при инкубации ферментов в буферном растворе в течение 0, 0,5, 1, 5, 10, 20, и 30 минут.




а – измерение в геле; б - измерение в геле с добавлением ДТТ
Рисунок 1.3.15 – Зависимость интенсивности свечения биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза от температуры при инкубации ферментов в крахмальном геле в течение 0, 0,5, 1, 5, 10, 20, и 30 минут.
По тангенсу угла наклона зависимости максимальной интенсивности свечения биферментной системы от времени инкубации ферментов в гелевом растворе при различных температурах (Рис. 1.3.16) рассчитывали константы термоинактивации биферментной системы (Табл. 1.3.4).


а – 180С, б - 230С, в - 280С, г - 330С, д -380С, е - 430С

Рисунок 1.3.16 – Зависимость интенсивности свечения биферментной системы от времени инкубации ферментов с добавлением геля и ДТТ при различных температурах.

Из рис. 1.3.16 видно, что при температурах выше 350С зависимость интенсивности свечения биферментной системы светящихся бактерий от времени инкубации ферментов носит нелинейный характер. Этот эффект связан с тем, что при высоких температурах происходит термоинактивация второго порядка. Термоинактивация второго порядка означает, что реально протекают 2 процесса инактивации, предположительно это: денатурации ферментов и диссоциация люциферазы на отдельные субъединицы. В табл. 1.3.4 для температур выше 350С представлены значения констант термоинактивации для обоих процессов.
Таблица 1.3.4

Константы термоинактивации биферментной системы в 2% крахмальном геле и в присутствии ДТТ

T, °С

k, мин-1

Буфер

Буфер + ДТТ

Крахмальный гель

Крахмальный гель + ДТТ

18

0,04

0,035

0,028

0,01

23

0,046

0,052

0,044

0,027

28

0,064

0,056

0,059

0,02

33

0,062

0,053

0,072

0,064

38

0,645

0,014

1,529

0,004

1,32

0,007

1,633

0,007

43

0,53

0,101

0,482

0,081

1,161

0,008

0,922

0,005


Из табл. 1.3.4 видно, что при температурах менее 350С при добавлении ДТТ константа инактивации практически не меняется по сравнению с контрольным измерением. В то же время, крахмальный гель оказывает стабилизирующее действие на биферментную систему. Наибольший стабилизирующий эффект наблюдался при одновременном внесении в реакционную смесь крахмального геля и ДТТ: в этом случае термоинактивация ферментов происходит с наименьшей скоростью. Особенно хорошо этот эффект заметен в случае, когда температура инкубации ферментов выше 350С.

По соотношению констант термоинактивации в буферном растворе и гелевом окружении вычислили коэффициенты стабилизации биферментной системы (табл. 1.3.5). Из таблицы 1.3.5 видно, что крахмальный гель, действительно оказывает стабилизирующий эффект на биферментную систему. Крахмальный гель с добавлением ДТТ оказывает более ощутимый стабилизирующий эффект на биферментную систему. Этот эффект обусловлен тем, что дитиотрейтол предохраняет SH-группы ферментов от окисления. Однако, при внесении ДТТ в буферный раствор, стабилизации биферментной системы светящихся бактерий не наблюдается.

Из табл. 1.3.4 -1.3.5 видно, что при температуре выше 35°С как добавление ДТТ, так и крахмального геля приводит к снижению скорости денатурации ферментов, но увеличивает скорость диссоциации люциферазы на отдельные субъединицы. Наибольший стабилизирующий эффект оказывает крахмальный гель с добавлением ДТТ: скорость денатурации ферментов при 35°С в 20 раз меньше по сравнению со скоростью денатурации ферментов в буферном растворе.
Таблица 1.3.5

Коэффициент стабилизации биферментной системы в 2% крахмальном геле и в присутствии ДТТ

T, °С

Коэффициент стабилизации S




Буфер + ДТТ

Крахмальный гель

Крахмальный гель + ДТТ







18

1,14

1,43

4,00







23

0,88

1,05

1,70







28

1,14

1,08

3,20







33

1,17

0,86

0,97







38

0,42

3,50

0,49

2,00

0,39

2,00







43

1,10

1,25

0,46

12,63

0,57

20,20








Энергию активации биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза- люцифераза определяли по тангенсу угла наклона прямой, построенной в координатах Аррениуса по экспериментальным данным для диапазона температур, при которых зависимость интенсивности свечения биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза от времени инкубации ферментов имеет линейный характер (рис. 1.3.17). Для расчета энергии активации при более высоких температурах, когда наблюдается термоинактивация второго порядка, необходимы более сложные расчеты, в данной работе они не приводятся.

Из рисунка 1.3.18 видно, что энергия активации биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза зависит от микроокружения ферментов. При добавлении ДТТ энергия активации не изменяется по сравнению с контрольным значением (равным 24 кДж) и равна 20 кДж. В крахмальном геле энергия активации для этого процесса увеличивается до 46 кДж, а с добавлением ДТТ – до 78 кДж, то есть для термоинактивации ферментов в крахмальном геле с добавлением ДТТ требуются дополнительные затраты энергии.


Рисунок 1.3.17 - Зависимость натурального логарифма константы инактивации биферментной системы НАДН:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза от температуры (координаты Аррениуса).



Рисунок 1.3.18 – Значения энергии активации биферментной системы в крахмальном геле в присутствии дитиотрейтола.

Таким образом, показано, что изменение вязкости среды (добавлением крахмального геля), внесение стабилизатора SH-групп ферментов (дитиотрейтола) являются факторами, повышающими термостабильность ферментов.
Оценка эффективности взаимодействия люциферазы и НАДН:ФМН-оксидоредуктазы в различных условиях
В работе исследовали влияние крахмального геля на активность НАДН:ФМН-оксидоредуктазы. Проводили сравнение скоростей неферментативного окисления НАДН, окисления НАДН оксидоредуктазой в отсутствии люциферазы и при ее добавлении (в составе препарата КРАБ). Кроме того, определяли скорость окисления НАДН эндогенным ФМН в составе люциферазы, в этом случае в реакционную смесь вносили только люциферазу.

Из таблицы 1.3.6 видно, что скорость расходования НАДН зависит от микроокружения ферментов. Внесение стабилизатора снижает скорость ферментативных реакций окисления НАДН, катализируемых оксидоредуктазой. В то же время внесение ДТТ повышает скорость ферментативных реакций, катализируемых люциферазой, в 1,7 раза. Снижение скорости реакции, катализируемой оксидоредуктазой, и увеличение скорости реакции, катализируемой люциферазой, может объясняться тем, что ДТТ может осуществлять реакцию восстановления ФМН вместо НАДН. При использовании оксидоредуктазы или двух ферментов одновременно (в виде реагента КРАБ) стабилизирующий эффект не проявляется - скорость окисления НАДН не изменяется при внесении ДТТ.

Таким образом, при добавлении ДТТ в реакционную смесь сложно оценить эффект, который он оказывает на биферментную систему светящихся бактерий, так как ДТТ может не только стабилизировать ферменты, но и восстанавливать ФМН, тем самым увеличивая скорость реакций, катализируемых люциферазой. Поэтому мы не можем точно сказать, какой процесс при этом вносит больший вклад в увеличение скорости реакций.

Крахмальный гель обладает существенно большим стабилизирующим эффектом по сравнению с ДТТ, скорость реакций, катализируемых оксидоредуктазой и люциферазой, увеличивается по сравнению с реакциями в буферном растворе в 2,5 и 2,2 раз, соответственно. Так же стабилизирующим действием обладает крахмальный гель и ДТТ, скорость реакций, катализируемых оксидоредуктазой и люциферазой, увеличивается по сравнению с реакциями в буферном растворе в 2,1 и 2,2 раз, соответственно.

Кроме того, из таблицы 1.3.6 видно, что при использовании биферментной системы (препарата КРАБ) скорость окисления НАДН в крахмальном геле существенно увеличивается, причем дополнительное внесение ДТТ уменьшает ее, однако это значительно больше по сравнению со скоростью реакции окисления НАДН оксидоредуктазой. Подобный эффект может служить подтверждением гипотезы о том, что НАДН-оксидоредуктаза и люцифераза не могут создавать комплекс. Кроме того, существуют литературные данные, свидетельствующие против существования такого комплекса.
Таблица 1.3.6

Зависимость скорости окисления НАДН и коэффициент Kv изменения скорости окисления НАДН от состава реакционной смеси

Используемые фермент

Буфер

Буфер+ДТТ

Крахмал

Крахмал+ДТТ

V, мкМ/мин

V, мкМ/мин

Kv

V, мкМ/мин

Kv

V, мкМ/мин

Kv

Отсутствие ферментов

0,08

0,87




1,06




0,60




Оксидоредуктаза

0,63

0,53

0,8

1,60

2,5

1,30

2,1

Люцифераза

1,75

2,90

1,7

3,92

2,2

3,90

2,2

КРАБ

2,70

2,46

0,9

5,00

1,9

3,70

1,4


Таким образом, методами спектрального анализа подтверждено, что увеличение вязкости микроокружения путем добавления крахмального геля приводит к существенной стабилизации люциферазы, снижая скорость ее тепловой денатурации.
Активность биферментной системы в растворе желатина
В ходе работы были получены зависимости интенсивности свечения биферментной системы светящихся бактерий от температуры в присутствие в реакционной смеси различных концентраций желатина: 0.5%, 1%, 1.5%, 5% (Рис. 1.3.19).

Видно, что при низких концентрациях желатина (0.5%) активность биферментной системы снижается на всем интервале исследованных температур. При увеличении концентрации желатина (1% и более) наблюдается высокая интенсивность свечения при температуре ТТг. Кроме того, изменение интенсивности свечения при Т≈Тг становится более выраженным при увеличении концентрации желатина.


а)

б)

в)

г)

а – 0.5% раствор желатина; б – 1% раствор желатина; в – 1.5% раствор желатина; г – 5% раствор желатина.
Рисунок 1.3.19 - Зависимость интенсивности свечения биферментной системы от температуры в растворах желатина разной концентрации.
Температура гелеобразования Тг в данном случае введена формально, для удобства описания полученных результатов. Согласно литературным данным (Джеймс, 1980) Тг≈27°С. Падение интенсивности свечения наблюдалось вблизи именно этой температуры, но дополнительных экспериментов, доказывающих или опровергающих наличие гелеобразного состояния желатина ниже и его разрушение выше указанной температуры, проведено не было. Тем не менее, в качестве одной из гипотез можно выдвинуть предположение о наличии взаимосвязи между резким изменением интенсивности свечения и нарушением гелевой структуры желатина.

В таком случае, из полученных результатов следует, что ферменты, помещенные в гелевую матрицу, работают стабильнее, чем ферменты в растворе. Возможно, это связано с тем, что молекулы ферментов включаются в структуру (матрицу), образованную спиральными цепями желатина, благодаря электростатическим, гидрофобным взаимодействиям или путем образования водородных связей. Образованные связи стабилизируют фермент, препятствуя его инактивации, о чем свидетельствует высокий выход активности.

При температуре выше температуры гелеобразования поперечные связи между молекулами разрушаются и полипептдные цепи желатина начинают двигаться независимо друг от друга. Молекулы ферментов, скорее всего, тоже разрывают свои связи с желатином, а постоянное хаотическое движение больших молекул желатина мешает нормальной работе ферментов и способствует их инактивации.

Снижение интенсивности свечения в растворе желатина низкой концентрации на всём диапазоне исследованных температур, вероятно, связано с тем, что такой концентрации не достаточно для образования геля.

1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   17

Похожие:

Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconТема: Ферменты как биологичексие катализаторы. Кинетика ферментативных реакций
Цель: Установить основные принципы обнаружения ферментов в биологических объектах (на примере амилазы и уреазы). Ознакомиться с основными...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconРеферат Разработка метода оценки физического состояния спортсменов...
Разработка метода оценки физического состояния спортсменов с использованием биолюминесцентной системы светящихся бактерий
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconМетаболизм: фазы и стадии. Общий путь катаболизма
Формирование представлений о метаболизме как совокупности взаимосвязанных ферментативных реакций в клетке, специфических и общей...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconРабочая программа моделирование транспортных процессов направление...
Моделирование транспортных процессов: рабочая программа / авт сост. В. Б. Вилков, спб.: Ивэсэп, 2013. – 21 с
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconАгентно-ориентированное моделирование поведения сложных систем в среде интернет
Представлена реализация среды моделирования на основе системы моделирования дискретных событий, позволившая комплексировать агентно-ориентированное...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconМатематическое моделирование экономических систем
«Основы математического моделирования экономических систем» должно способствовать развитию у студентов более глубокого понимания...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconПримерной программы дисциплины Компьютерное моделирование систем...
Срс) различного назначения, в том числе систем мобильной связи (смс) и систем радиодоступа (срд), а также обеспечить развитие...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconРабочая программа по дисциплине опд. Ф. 08 Моделирование и оптимизация...
Курс «Моделирование и оптимизация технологических процессов» является прикладной наукой, занимающейся вопросами моделирования рациональных...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconРабочая программа по дисциплине опд. Ф. 08 Моделирование и оптимизация
Курс «Моделирование и оптимизация технологических процессов» является прикладной наукой, занимающейся вопросами моделирования рациональных...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconОтчет по проекту №38: Разработка рекомендаций по реализации Болонского...
Программы: Научно-методическое обеспечение функционирования и модернизации системы образования
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconКвантово-химическое моделирование нелинейно-оптических характеристик...
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте органической и физической химии
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconТема Бактерии
Бактерии. Многообразие бактерий. Строение и жизнедеятельность бактерий. Размножение бактерий
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconНормальная физиология
Обучение системному подходу в процессе изучения физиологических механизмов и процессов, лежащих в основе функционирования органов...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconПрограмма научного семинара " Моделирование и оптимизация бизнес процессов "
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 080500. 68 Бизнес-информатика...
Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconПрограмма предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину,...

Отчет по проекту №2 2/5309 «Моделирование процессов функционирования сопряженных ферментативных систем в клетке на примере ферментов светящихся бактерий» аналитической  iconРабочая программа учебной дисциплины проектирование информационных...
Целью дисциплины является: изучение методологии структурного анализа, моделирование информационных систем в стандарте idef, проектирование...


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск