32. Механизмы ферментативного катализа на примере работы сериновых протеаз.
В общем виде механизм ферментативного катализа представлен несколькими стадиями:
Сериновые протеазы катализируют процесс расщепления пептидной связи. Без участия фермента реакция идёт через промежуточное состояние тетраэдрического комплекса. Это состояние характеризуется высоким уровнем свободной энергии и для протекания реакции в отсутствии фермента необходимо преодоление высокого энергетического барьера.
Сериновые протеазы стабилизируют переходное состояние и таким образом снижают энергетический барьер.
Активный центр состоит из каталитического центра, непосредственно осуществляющего химическую трансформацию и из субстрат-связывающего центра, обеспечивающего правильное расположение субстрата в пространстве относительно каталитического центра.
Главным каталитическим центром является боковая цепь серина(195), от которой отщепляется протон, расположенным рядом остатком гистидина, при участии аспартата. Углеродный атом пептидной связи образует временную ковалентную связь с активным центром, переходя в тетраэдрическую форму. Но образующийся тетраэдрический комплекс имеет меньшую свободную энергию, так как "–" заряд карбоксильной группы втягивается в оксианионовую дыру(протоны, образующие водородные связи), а донором протона является гистидин, удобно расположенный в пространстве, благодаря неспецифической пептид-связывающей площадке, ориентирующей пептидную связь относительно активного центра. Всё это снижает неопределённость системы, уменьшает энтропию и свободную энергию системы.
В общем случае эффект действия ферментов обеспечивается эффектами:
-
сближения фермента и субстрата, что эквивалентно увеличению их концентрации.
-
ориентации участников реакции в пространстве друг относительно друга.
-
стабилизации промежуточного продукта реакции.
-
поляризации и перераспределения электронной плотности субстрата.
-
индуцированного соответствия фермента и субстрата.
- Биофизика
- 1. Биофизика как наука. Предмет, задачи и объект исследования биофизики. Философские проблемы биофизики.
- 5. Химическая реакция с обратной связью. Построение простейшей математической модели. Определение координат особых точек, их типа и степени устойчивости.
- 6. Модель "Хищник – Жертва". Определение координат особых точек, их типа и степени устойчивости.
- 7. Мультистационарность. Понятие о биологических триггерах. Способы переключения в триггерных системах. Понятие о бифуркациях.
- 8. Автоколебательные процессы в биологических системах. Их свойства и условия возникновения.
- 10. Динамический хаос. Его характеристика. Динамический хаос и самоорганизующиеся системы. Значение динамического хаоса для самоорганизующихся систем.
- 11. Первый и второй законы термодинамики. Их формулировка и физический смысл. Обратимые и необратимые процессы.
- 12. Понятие термодинамического равновесия. Равновесные и неравновесные системы. Критерии эволюции системы к состоянию термодинамического равновесия.
- 13. Принципы экстремумов в термодинамике. Их сущность и значение.
- 14. Энтропия. Её физический смысл с позиций термодинамики и молекулярной физики. Связь энтропии и информации.
- 15. Изменение энтропии в открытых системах. Определение скорости продукции энтропии в открытых системах.
- 16. Понятие термодинамического равновесия. Общие свойства систем вблизи термодинамического равновесия.
- 17. Сравнительная характеристика стационарного состояния и термодинамического равновесия. Критерии эволюции системы к стационарному состоянию. Теорема Пригожина.
- 19. Скорость продуцирования энтропии вблизи стационарного состояния системы. Теорема Пригожина.
- 20. Общие свойства систем вдали от термодинамического равновесия.
- 21. Диссипативные структуры: их классификация. Условия возникновения диссипативных структур. Характеристика отдельных видов диссипативных структур.
- 22. Информация в биологии.
- 23. Феномен белка в биофизике. Уникальность строения и свойств белка.
- 24. Элементарные взаимодействия в белках. Их виды. Ковалентные, координационные связи и силы Ван-дер-Ваальса. Их характеристика.
- 25. Элементарные взаимодействия в белках. Водородные связи и гидрофобные взаимодействия. Их характеристика.
- 26. Первичная структура белка. Пептидная связь и её свойства. Пространственная конфигурация полипептидной цепи. Факторы её определяющие. Карты Рамачандрана.
- 27. Вторичная структура белка. Типы вторичной структуры, их особенности. Образование вторичной структуры белка.
- 28. Третичная структура белка. Классификация белков по типу третичной структуры.
- 29. Физическая теория фазовых переходов. Понятие фазового перехода. Типы фазовых переходов. Образование и разрушение пространственной структуры белка с позиции теории фазовых переходов.
- 30. Денатурация белка. Её термодинамическая характеристика. Этапы денатурации белка. Механизмы денатурации. Способы денатурации.
- 32. Механизмы ферментативного катализа на примере работы сериновых протеаз.
- 33. Конформационные изменения в белке. Их значение для работы белка.
- 34. Внутримолекулярная динамика белка. Изменения конформации гемоглобина при оксигенации. Роль аллостерических регуляторов.
- 35. Прогнозирование и дизайн белковых структур.
- 37. Законы поглощения электромагнитного излучения веществом. Спектрофотометрия, её физические основы.
- 38. Спектроскопические методы в биофизике. Их физические основы, задачи спектроскопии, классификация спектроскопических методов.
- 39. Метод электронного парамагнитного резонанса. Физические принципы и применение в изучении биополимеров.
- 40. Метод ядерного магнитного резонанса. Физические принципы и применение в изучении биополимеров.
- 41. Метод мессбауэровской спектроскопии. Его физические принципы и использование в изучении биополимеров.
- 42. Использование поляризованного света в изучении биополимеров.
- 43. Рентгеноструктурный анализ. Его физические принципы и использование при изучении биополимеров.
- 45. Фазовые переходы в биологических мембранах. Их характеристика и функциональное значение.
- 46. Свободнорадикальное окисление в биологических мембранах. Характеристика процесса и его значение для клетки.
- 47. Транспорт веществ через мембраны. Термодинамическая характеристика процесса. Ионное равновесие в мембранных системах. Уравнение Нернста для равновесного потенциала.
- 48. Электродиффузионная теория пассивного транспорта. Уравнение Нернста-Планка. Его вывод и решение.
- 49. Пассивный транспорт неполярных веществ. Уравнение Нернста-Планка для транспорта неполярных веществ. Закон Фика. Механизмы транспорта неполярных соединений.
- 50. Уравнение Гольдмана. Его вывод и физический смысл. Понятие проницаемости и проводимости мембраны.
- 51. Классификация транспорта веществ через мембраны. Термодинамическая и биологическая характеристика отдельных видов транспорта.
- 52. Ионный транспорт через каналы. Основные свойства ионных каналов. Общий план строения ионного канала. Физические принципы работы ионного канала.
- 53. Регуляция работы ионных каналов. Механизмы регуляции. Фармакологическая блокада ионных каналов.
- 54. Облегчённая диффузия. Характеристика процесса.
- 55. Мембранный потенциал покоя. Его механизмы. Расчёт величины мембранного потенциала.
- 56. Мембранный потенциал действия. Механизмы и общие свойства мембранного потенциала действия. Расчёт величины мембранного потенциала действия.
- 57. Модель Ходжкина-Хаксли. Её характеристика и значение для биофизики клетки.
- 58. Молекулярные механизмы сопряжения окисления и фосфорилирования.
- 59. Молекулярные механизмы активного транспорта.
- 60. Молекулярная организация сократительного аппарата миофибрилл.
- 61. Мостиковая гипотеза мышечного сокращения. Рабочий цикл мостика, его этапы. Механизмы механохимического сопряжения в сократительном аппарате.
- 62. Механика и энергетика мышечного сокращения.
- 63. Миграция энергии и электронов в биологических структурах.
- 64. Фотобиологические процессы. Их значение для живой материи. Классификация фотобиологических процессов. Общие закономерности фотобиологических процессов.
- 65. Фотопревращения бактериородопсина. Их характеристика.
- 66. Фотоинформационные и фоторегуляционные процессы.
- 67. Фотодеструктивные процессы. Их общая характеристика. Фотосенсибилизация, её виды и механизмы. Основные типы фотодеструктивных изменений в биологических молекулах.
- 69. Фотодеструктивные процессы. Действие ультрафиолетового излучения на нуклеиновые кислоты. Механизмы фотореактивации и фотозащиты.
- 70. Фотодеструктивные процессы. Их общая характеристика. Действие ультрафиолетового излучения на белки.
- 71. Виды ионизирующих излучений. Их физическая характеристика. Понятие дозы ионизирующего излучения. Виды дозиметрических показателей.
- 72. Действие ионизирующего излучения на вещество.
- 75. Действие ионизирующего излучения на биологические макромолекулы. Механизмы радиационного повреждения макромолекул. Модификация радиочувствительности.
- 76. Действие ионизирующего излучения на клеточном уровне.