Реакции изотопного обмена кислорода в АТФазных системах различного функционального назначения : Na + , K +-АТФаза, Ca2+-АТФаза, нитрогеназа

• Автор: Скворцевич, Евгений Георгиевич
• Шифр специальности: 03.00.04, 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 212 с. : ил.

Оглавление
1. Введение

2. Обзор л итературы.

V 2.1. Фосфор в живых организмах.

2.1.1. Фосфаты

2.1.2. Органические фосфаты.

2.1.3. Макрозр ические фосфаты.

2.1.4. Биохимическая модификация биологически активных

соеди нений фосфор ил ирован ием

2.2. Биохимические реакции фосфорилирования и

дсфосфорилирования

2.2.1. ерснос фосфорила и фосфорсодержащих
остатков
2.3. Аденозинтрифосфатазы АТРазы
2.3.1. Функциональные системы клетки, связанные с
превращениями АТФ.
2.3.2. АТРзависимые ферменты.
2.3.3. Классификация АТФаз
2.3.4. Молекулярная организация АТФаз.
2.3.4.1. Структура активного центра.
2.3.4.2. Механизм гидролиза АТФ.
2.3.5. Реакции изотопного обмена как отражение промежуточных
этапов ферментативных процессов.
2.3.5.1. в биохимических исследованиях
2.3.5.2. Изотопный обмен и ферментные интермедиаты
2.3.5.3. Неферментативный гидролиз АТФ
3. Экспериментальная часть
3.1 Распределение О в продуктах ферментативного гидролиза
3.2. 0обменные реакции в системах транспортных АТФаз
3.2.1. НаКтАТФаза.
3.2.1.1. Молекулярная организация ИаКАТФазы
3.2.1.2. Ферментативные функции Ыа,КАТФазы.
3.2.2. Исследование распределения С в продуктах АТРазной реакции,
катализируемой Иа,К АТФазой.
3.2.2.1. Проведение гидролиза АТР в тяжелокислородной воде ОН.
3.2.2.2. Изотопный обмен кислорода Ообмен в системе .,К АТФазы.
3.2.3. Интермедиарный Ообмен в системе Иа ,К АТФазы.
3.2.4. Прямой 0 обмен в системе ИаКАТРазы.
3.2.4.1. Кинетические характеристики Ообмена
3.2.4.2. Влияние двухвалентных ионов на прямой 0обмсн в
системе КГ АТФазы.
3.2.4.Ь. Действие ингибиторов и модификаторов на Ообмен
3.2.4.А. Взаимосвязь прямого 0обмена и На, К4 АТРазной активности.
3.2.5. Взаимоотношение Иа,КАТФазы с функциональными
системами фоторецепции.
3.3. Реакции изотопного обмена кислорода в
системе Са2АТФазы
3.3.1. Биохимические характеристики Са2АТФазы
3.3.1.1. Молекулярная организация Са АТ Фазы.
3.3.1.2. Механизм действия Са АТФазы
3.3.2. Исследование активного и пассивного транспорта ионов Са в везикулах СР
3.3.2.1. Материалы и методы.
3.3.2.2. Исследования транспорта Са с помощью флюоресцентного зонда хлортетрациклина.
3.3.3. Характеристика Оизотопного обмена, катализируемого Са2 зависимой АТФазой.
3.3.3.1. Зависимость прямого Ообмена от условий проведения фермнтативной реакции
3.3.3.2. Зависимость 0обмена и соотношения ЕЕ2 форм
фермента.
3.3.3.3. Исследование 0изотопного обмена в протсолипосомах
3.4. Нитрогеназа.
3.4.1. Физикохимические и биохимические свойства питрогеназы и ее компонентов.
3.4.1.1. Молекулярная организация питрогеназы
3.4.1.2. Механизм действия нитрогеназы.
3.4.1.3. Частные реакции нитрогеназы.
3.4.1.4. Реакция гидролиза АТФ.
3.4.1.5. Ингибиторы нитрогеназы
3.4.2. Исследование реакций изотопного обмена кислорода в системе
нитрогеназы из АлДоЬасег упсапс.
3.4.2.1. Получение и характеристика ферментативных моделей
нитрогеназы
3.4.2.2. Проведение гидролиза АТФ в тяжеяокислородной .воде
1 н
3.4.2.3. Исследование суммарного включения О в Р.
3.4.2.4. Прямой 0обмен, катализируемый нитрогеназой
3.4.2.5. Прямой 0обмен в присутствии компонентов нифогеназы.
4. Обсуждение результатовзаключение
5. Выводы
6. Список литературы
1. Введение
Актуальность


Все эти соединения, включая АТФ, составляют группу так называемых макроэргов или соединий, содержащих макроэргическую связь по терминологии Липмана. АТФ является наиболее распространенным и универсальным активатором органических соединений клетки. Практически все энегозависимые прцессы в живых организмах опосредованы участием АТФ. Таким образом , АТФ является энергетическим посредником между процессами генерирования химической энергии и процессами потребления химической энергии для биологической работы биологической подвижности, генерирования электрохимических потенциалов, биолюминесценции , биосинтетических процессов. Аналогичными свойствами обладают и другие нуклеозидтрифосфаты ГТФ, УТФ, ЦТФ, однако синтез этих соединений в сою очередь происходит с участием АТФ и V сфера их действия значительно уже чем для АТФ. АТФ аденозинтрифосфорная кислота по химической природе представляет собой нуклеотид т. В реакциях переноса фосфор содержащих группировок принимает участие полифосфатный фрагмент молекулы схема 2. Ангидридная структура трифосфатной цепи молекулы АТФ определяет высокий потенциал переноса фосфорсодержащих групп фосфорила, пирофосфорила, аденила основных модификаторов органических молекулметаболитов, повышающих химический потенциал этих соединений. Реакционную способность и повышенную энергоемкость фосфорных ангидридов можно объяснить наличием конкурирующего резонанса в молекуле АТФ схема 2. Снятие конкуренции, например в результате реакции гидролиза, приводит к стабилизации продуктов реакции. При физиологических значениях 7, практически все четыре протона способны ионизироваться, отщепляясь от гидроксильных групп. Оставшийся без протона кислород приобретает отрицательный заряд. Схема 2. Наибольшее количество энергии выделяется при гидролитическом разрыве Р0 связи поскольку при этом образуются наиболее прочные производные с более низкой свободной энергией . При 7 Л в0, ,5 кДж моль1 8, ккал . В приведенном уравнении отражена реакция неферментативного гидролиза АТФ. В этом случае практически вся свободная энергия выделяется в виде тепла. Очевидно, что по этому механизму утилизация химической энергии АТФ в живых организмах не происходит. Существует еще один фактор, определяющий величину свободной энергии гидролиза АТФ. Последний связан с сольватацией продуктов и субстратов этой реакции. Возможно именно этот фактор играет решающую роль в обращении реакции гидролиза АТФ в активном центре АТФаз. Вторым важным обстоятельством является тот факт, что АТФ не лидер среди макроэргов по количеству энергии, выделяемой при гидролизе табл. Выбор того или иного макроэрга диктуется конкретным механизмом ферментативной реакцией и субстратами участниками реакции. На значение свободной энергии гидролиза ОРО связи оказывает влияние положение этой связи в молекуле АТФ. Так разрыв связи между 3 и у фосфатами 1 приводит к выделению кал . АТФ дает значение свободной энергии кал . На значение свободной энергии гидролиза АТФ влияют также ионный состав реакционной среды и концентрация ионов. Действие двухвалентных ионов на значения свободной энергии гидролиза зависит от среды. Таким образом, только знание ближайшего окружения молекулы АТФ в активном центре фермента позволяет судить как о механизме распада АТФ, так и о распределении химической энергии АТФ между участниками процесса. Таблица 2. Стандартные свободние энергии гидролиза органических фосфатов при 7. Фосфат кал. Фосфат ДС0, кал . Из сказанного выше следует, что синтез самой АТФ должен происходить с затратой энергии, либо с участием соединений с более высокими потенциалами переноса групп, либо с утилизацией небиологических форм энергии, например солнечной энергии и др. Химическая модификация биологически активных соединений фосфорилированием. Одним из основных способов активации клеточных метаболитов является их фосфорилирование. Фосфорилирование осуществляется либо в результате переноса фосфорила на молекулу акцептор вариант а, либо перенос химических групп на молекулу неорганического фосфата вариант б Схема 2. Яг0 1. . Схема 2.