معلومة

هل من الممكن الحصول على (تقدير) معدلات التفاعل من ثابت ميكايليس؟

هل من الممكن الحصول على (تقدير) معدلات التفاعل من ثابت ميكايليس؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أريد تطبيق خوارزمية Gillespie على نظام بيولوجي لذلك أحتاج إلى معرفة معدلات التفاعل للتفاعلات ذات الصلة. ومع ذلك ، بالنسبة لجميع ردود الفعل هذه ، فأنا أعرف فقط ثابت Michaelis $ K_M $ والمعدل الأقصى $ V_ {max} $ (راجع Wikipedia). هل من الممكن اشتقاق (تقدير) معدلات التفاعل $ k_f $ و $ k_r $ و $ k_ {cat} $ (انظر الصورة أدناه) مقابل $ K_M $ و $ V_ {max} $؟ إذا كان الأمر كذلك، كيف يمكن أن يتم ذلك؟


$ K_M $ هو نسبة و QSSA هو $ dfrac {k_ {cat} + k_r} {k_f} $ وللتوازن التقريبي يكون $ dfrac {k_r} {k_f} $.

يتضح من الصيغة أنه لا يمكنك الحصول على جميع الثوابت في وقت واحد. إذا كنت تعرف اثنين (في حالة QSSA) يمكنك الحصول على الثالث.


12.1 معدلات التفاعل الكيميائي

أ معدل هو مقياس لكيفية اختلاف بعض الممتلكات مع مرور الوقت. السرعة معدل مألوف يعبر عن المسافة التي يقطعها جسم في فترة زمنية معينة. الأجر هو معدل يمثل مقدار المال الذي يكسبه شخص يعمل لفترة زمنية معينة. وبالمثل ، فإن معدل التفاعل الكيميائي هو مقياس لمقدار المادة المتفاعلة المستهلكة ، أو مقدار المنتج الذي يتم إنتاجه ، من خلال التفاعل في فترة زمنية معينة.

ال نسبة التفاعل هو التغير في كمية المادة المتفاعلة أو المنتج لكل وحدة زمنية. لذلك يتم تحديد معدلات التفاعل عن طريق قياس الاعتماد الزمني لبعض الخصائص التي يمكن أن تكون مرتبطة بكميات المادة المتفاعلة أو المنتج. معدلات التفاعلات التي تستهلك أو تنتج مواد غازية ، على سبيل المثال ، يتم تحديدها بسهولة عن طريق قياس التغيرات في الحجم أو الضغط. بالنسبة للتفاعلات التي تحتوي على مادة ملونة واحدة أو أكثر ، يمكن مراقبة المعدلات عن طريق قياسات امتصاص الضوء. بالنسبة للتفاعلات التي تشتمل على إلكتروليتات مائية ، يمكن قياس المعدلات من خلال التغيرات في توصيل المحلول.

بالنسبة للمواد المتفاعلة والمنتجات في المحلول ، يتم استخدام كمياتها النسبية (التركيزات) بشكل ملائم لأغراض التعبير عن معدلات التفاعل. إذا قمنا بقياس تركيز بيروكسيد الهيدروجين ، فإن H2ا2، في محلول مائي ، نجد أنه يتغير ببطء بمرور الوقت مثل H2ا2 يتحلل ، وفقًا للمعادلة:

يمكن التعبير عن معدل تحلل بيروكسيد الهيدروجين من حيث معدل تغير تركيزه ، كما هو موضح هنا:

هذا التمثيل الرياضي للتغير في تركيز الأنواع بمرور الوقت هو معدل التعبير لرد الفعل. تشير الأقواس إلى التركيزات المولية ، ويشير الرمز دلتا (Δ) إلى "التغيير في." وهكذا ، [اللاتكس] [ text_2 نص_2]_[/ لاتكس] يمثل التركيز المولي لبيروكسيد الهيدروجين في وقت ما ر1 وبالمثل ، [اللاتكس] [ text_2 نص_2]_[/ لاتكس] يمثل التركيز المولي لبيروكسيد الهيدروجين في وقت لاحق ر2 و Δ [H2ا2] يمثل التغير في التركيز المولي لبيروكسيد الهيدروجين خلال الفترة الزمنية Δر (هذا هو، ر2ر1). نظرًا لأن تركيز المادة المتفاعلة ينخفض ​​مع استمرار التفاعل ، فإن Δ [H2ا2] هي كمية سالبة نضع علامة سالبة أمام التعبير لأن معدلات التفاعل هي ، حسب الاصطلاح ، كميات موجبة. يقدم الشكل 1 مثالاً للبيانات التي تم جمعها أثناء تحلل H.2ا2.

شكل 1. معدل تحلل H.2ا2 في محلول مائي ينخفض ​​مع تركيز H2ا2 النقصان.

للحصول على النتائج المجدولة لهذا التحلل ، تم قياس تركيز بيروكسيد الهيدروجين كل 6 ساعات على مدار اليوم عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 40 درجة مئوية. تم حساب معدلات التفاعل لكل فترة زمنية عن طريق قسمة التغيير في التركيز على الزيادة الزمنية المقابلة ، كما هو موضح هنا لأول فترة 6 ساعات:

لاحظ أن معدلات التفاعل تختلف مع الوقت ، وتتناقص مع استمرار التفاعل. نتائج آخر 6 ساعات تسفر عن معدل تفاعل:

يشير هذا السلوك إلى أن رد الفعل يتباطأ باستمرار مع مرور الوقت. يؤدي استخدام التركيزات في بداية ونهاية الفترة الزمنية التي يتغير فيها معدل التفاعل إلى حساب المعدل المتوسط لرد الفعل خلال هذه الفترة الزمنية. في أي وقت محدد ، يُعرف المعدل الذي يسير فيه التفاعل باسمه المعدل الفوري. المعدل اللحظي للتفاعل عند "الوقت صفر" ، عندما يبدأ التفاعل ، يكون هو معدل الأولي. ضع في اعتبارك تشبيه سيارة تبطئ وهي تقترب من علامة توقف. سيكون المعدل الأولي للسيارة - المماثل لبداية تفاعل كيميائي - هو قراءة عداد السرعة في اللحظة التي يبدأ فيها السائق بالضغط على الفرامل (ر0). بعد لحظات قليلة ، السعر الفوري في لحظة معينة - أطلق عليه ر1- سيكون أبطأ إلى حد ما ، كما يتضح من قراءة عداد السرعة في تلك النقطة الزمنية. مع مرور الوقت ، سيستمر المعدل اللحظي في الانخفاض حتى يصل إلى الصفر ، عندما تتوقف السيارة (أو رد الفعل). على عكس السرعة اللحظية ، لا تتم الإشارة إلى متوسط ​​سرعة السيارة بواسطة عداد السرعة ولكن يمكن حسابها كنسبة المسافة المقطوعة إلى الوقت المطلوب لإيقاف السيارة بالكامل (Δر). مثل السيارة المتباطئة ، فإن متوسط ​​معدل التفاعل الكيميائي سينخفض ​​في مكان ما بين معدلاته الأولية والنهائية.

يمكن تحديد المعدل الفوري للتفاعل بإحدى طريقتين. إذا سمحت الظروف التجريبية بقياس تغيرات التركيز على فترات زمنية قصيرة جدًا ، فإن متوسط ​​المعدلات المحسوبة على النحو الموصوف سابقًا يوفر تقديرات تقريبية جيدة بشكل معقول للمعدلات اللحظية. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام إجراء رسومي ينتج عنه ، في الواقع ، النتائج التي يمكن الحصول عليها إذا كانت قياسات الفترات الزمنية القصيرة ممكنة. إذا رسمنا تركيز بيروكسيد الهيدروجين مع الوقت ، فإن معدل تحلل الهيدروجين اللحظي2ا2 في أي وقت ر يُعطى بميل الخط المستقيم المماس للمنحنى في ذلك الوقت (الشكل 2). يمكننا استخدام حساب التفاضل والتكامل لحساب ميل هذه الخطوط المماس ، لكن إجراء ذلك خارج نطاق هذا الفصل.

الشكل 2. يوضح هذا الرسم البياني مخططًا للتركيز مقابل الوقت لـ 1.000 م حل H.2ا2. المعدل في أي لحظة يساوي عكس ميل خط مماس لهذا المنحنى في ذلك الوقت. يتم عرض الظلال في ر = 0 ساعة ("المعدل الأولي") وعند ر = 10 ساعات ("معدل لحظي" في ذلك الوقت بالذات).

معدلات التفاعل في التحليل: شرائط الاختبار لتحليل البول

غالبًا ما يستخدم الأطباء شرائط الاختبار التي تستخدم لمرة واحدة لقياس كميات المواد المختلفة في بول المريض (الشكل 3). تحتوي شرائط الاختبار هذه على العديد من الكواشف الكيميائية ، المضمنة في منصات صغيرة في مواقع مختلفة على طول الشريط ، والتي تخضع لتغييرات في اللون عند التعرض لتركيزات كافية من مواد معينة. غالبًا ما تؤكد تعليمات الاستخدام الخاصة بشرائط الاختبار على أن وقت القراءة المناسب أمر بالغ الأهمية للحصول على أفضل النتائج. يشير هذا التركيز على وقت القراءة إلى أن الجوانب الحركية للتفاعلات الكيميائية التي تحدث على شريط الاختبار هي اعتبارات مهمة.

يعتمد اختبار الجلوكوز البولي على عملية من خطوتين ممثلة بالمعادلات الكيميائية الموضحة هنا:

المعادلة الأولى تصور أكسدة الجلوكوز في البول لإنتاج الجلوكولاكتون وبيروكسيد الهيدروجين. يؤكسد بيروكسيد الهيدروجين الناتج لاحقًا أيون يوديد عديم اللون لإنتاج اليود البني ، والذي يمكن اكتشافه بصريًا. تحتوي بعض الشرائط على مادة إضافية تتفاعل مع اليود لإحداث تغيير أكثر وضوحًا في اللون.

ردود الفعل الاختبارية الموضحة أعلاه بطيئة للغاية ، ولكن معدلاتها تزداد بواسطة إنزيمات خاصة مدمجة في وسادة شريط الاختبار. هذا مثال على الحفز، وهو موضوع نوقش لاحقًا في هذا الفصل. يتطلب استخدام شريط اختبار الجلوكوز النموذجي مع البول حوالي 30 ثانية لإكمال تفاعلات تكوين اللون. قد تؤدي قراءة النتيجة في وقت مبكر جدًا إلى استنتاج أن تركيز الجلوكوز في عينة البول أقل مما هو عليه بالفعل (أ سلبي خطأ نتيجة). قد يؤدي الانتظار طويلاً لتقييم تغير اللون إلى ظهور ملف إيجابية كاذبة بسبب الأكسدة البطيئة (غير المحفزة) لأيون اليوديد بمواد أخرى موجودة في البول.

الشكل 3. تُستخدم شرائط الاختبار بشكل شائع للكشف عن وجود مواد معينة في بول الشخص. تحتوي العديد من شرائط الاختبار على العديد من الفوط التي تحتوي على كواشف مختلفة للسماح باكتشاف مواد متعددة على شريط واحد. (الائتمان: إقبال عثمان)


الملخص

توفر معادلة Michaelis-Menten تنبؤًا عمره مائة عام والذي بواسطته أي زيادة في معدل فك الركيزة ستؤدي إلى تقليل معدل دوران الأنزيم. والمثير للدهشة أن هذا التنبؤ لم يتم اختباره تجريبيًا ولم يتم فحصه باستخدام الأدوات النظرية الحديثة. نوضح هنا أن فك الارتباط قد يؤدي أيضًا إلى تسريع دوران الإنزيم - مما يسلط الضوء على حقيقة أن دوره الفعلي في التحفيز الإنزيمي لا يزال يتعين تحديده تجريبيًا. من خلال إنشاء مساحة مرحلة فك الارتباط بشكل تحليلي ، نحدد أربع فئات متميزة من فك الارتباط: المثبط ، والإثارة ، والإثارة الفائقة ، والتصالحية. الانتقال الذي يتغير فيه تأثير فك الارتباط من المثبط إلى الإثارة مع زيادة تركيزات الركيزة ، والمفاضلة بين سرعة وكفاءة التفاعلات الأنزيمية ، يتم الكشف عنها بشكل طبيعي نتيجة لذلك. تحفز النظرية المقدمة هنا ، وتسمح بتفسير ، التجارب الرائدة التي سيتم فيها تكييف تقنيات معالجة الجزيء الفردي الحالية لغرض قياس معدل الدوران الأنزيمي في ظل تباين محكوم لمعدلات فك الارتباط. كما نوضح هنا ، لن تسلط هذه التجارب الضوء الأول على دور فك الارتباط فحسب ، بل ستسمح أيضًا بتحديد توزيع الوقت المطلوب لإكمال الخطوة التحفيزية بمعزل عن بقية دورة دوران الأنزيم.

يتكون كل تفاعل إنزيمي من خطوتين أساسيتين: (أنا) الارتباط القابل للانعكاس لجزيء الركيزة بالإنزيم و (ثانيا) خطوة تحفيزية تؤدي إلى تكوين المنتج (1). يتم تحقيق الاختلاف المتحكم فيه لمعدل الارتباط الفعال إلى إنزيم حر عن طريق تغيير تركيز الركيزة. يمكن قياس معدل تكوين المنتج ، المعروف أيضًا باسم معدل الدوران ، كدالة لهذا التركيز لإظهار الاعتماد القطعي المميز (2 ⇓ –5). يتم استخدام معادلة Michaelis-Menten لتبرير هذه الملاحظة وتفسير النتائج (2 ، 6).

جعلت التطورات الحديثة في التحليل الطيفي أحادي الجزيء من الممكن تدريجيًا متابعة النشاط العشوائي للأنزيمات الفردية على مدى فترات زمنية طويلة (7 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –19). ومن المثير للاهتمام أن الاعتماد الزائدي للدوران على تركيز الركيزة يظل صالحًا حتى على مستوى الجزيء المفرد (12 ، 14). من منظور نظري ، كانت هذه النتيجة محيرة في البداية ولكنها تعتبر الآن عالمية تقريبًا بمعنى أنه يمكن إظهارها تحت مجموعة واسعة من افتراضات النمذجة (20 ، 21). وهكذا يمكن للمرء أن يقول بأمان أن دور الارتباط في تفاعلات ميكايليس مينتين الأنزيمية مفهوم جيدًا. في هذه الورقة ، نعتبر دور فك الارتباط.

تشير التطورات السريعة في الجبهة التكنولوجية للجزيء الواحد إلى أن التكيف مع تقنيات معالجة الجزيء الفردي الحالية (12 × 14 ، 18 ، 22 ، 23) للسماح بقياس معدل الدوران الأنزيمي في ظل تباين محكوم لمعدلات فك الارتباط أصبح الآن في متناول اليد . تسمح مقاربات الجزيء المفرد لحركية التفاعل الجزيئي الحيوي (24 –26) بالقياسات المباشرة لمعدلات الربط وفك الارتباط (27 –29). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجمع بين الإزهار أحادي الجزيء (16 ، 18) مع التحليل الطيفي لقوة الجزيء الفردي (23 ، 30) يمثل نفسه كأداة واعدة بشكل خاص في دراسات فك الارتباط لأنه من المتوقع أن ترتبط قراءة التألق للنشاط التحفيزي بالانتقائية. ، بفعل القوة ، تغييرات في حاجز التنشيط لفك الارتباط (23 ، 30). كما تبين أن التلاعب المباشر بالركيزة نفسها ، عن طريق الفحص المجهري للقوة الذرية (13 × 15) ، ممكن أيضًا ، مما قد يسمح بإنهاء مبكر مفاجئ للعملية التحفيزية عن طريق فك الارتباط الناتج بالقوة. ومع ذلك ، فإن الإحباط الشديد للشروع في رحلة طويلة يبدو أن عواقبها قد تم التنبؤ بها بالفعل ، مما يقلل بشدة من الدافع لمتابعة خط التحقيق المذكور أعلاه - تنص معادلة ميكايليس مينتين بوضوح على أن أي زيادة في معدل فك الارتباط يجب أن تكون يرافقه انخفاض في معدل دوران الأنزيمية.

هنا ، نظهر أن التفاعل بين معدل الدوران وفك الارتباط ثري وأكثر تعقيدًا مما كان يُعتقد سابقًا. ومن المثير للاهتمام أن المشكلة قابلة للتحليل من الناحية التحليلية وتسمح باستخلاص مجموعة من الاستنتاجات البسيطة بعيدة المدى والتي تمت صياغتها في شكل مغلق رياضيًا. الأهم من ذلك ، نظهر أنه يمكن تسريع معدل الدوران عن طريق زيادة معدل فك الارتباط عندما تنطبق الشروط التالية: (أنا) تركيزات الركيزة عالية (ثانيا) معدل فك الارتباط منخفض و (ثالثا) معامل الاختلاف المرتبط بتوزيع أوقات التحفيز أكبر من الوحدة.

ومن المثير للاهتمام ، أنه تم قياس توزيع وقت الدوران لأنزيم β-galactosidase ، ووجد أنه وظيفة متزايدة بشكل رتيب لتركيز الركيزة (بلغت ذروتها عند قيمة ∼) (12). يتزامن توزيع وقت الدوران مع توزيع وقت التحفيز في حدود تركيزات الركيزة العالية ومعدلات فك الارتباط المنخفضة ، مما يشير إلى توزيع وقت التحفيز من β-galactosidase. علاوة على ذلك ، أدى تحليل البيانات الدقيق إلى قيام المؤلفين السابقين باستبعاد العديد من مخططات التفاعل التي من أجلها واستنتجوا أن β-galactosidase يعرض ديناميكيات غير Poissonian بدرجة عالية (31 ، 32). تتوافق هذه النتائج مع أ ، وبينما لم يتم تأكيد ذلك بعد ، فإننا نسمح لأنفسنا بقدر محسوب من التفاؤل فيما يتعلق بإمكانية ملاحظة "تأثير التعجيل غير الملزم" في هذا النظام بالذات.

في ما يلي ، نحدد الخلفية لدراستنا ونطرح السؤال الأساسي فيما يتعلق بدور فك الركيزة. نقوم بعد ذلك ببناء مساحة مرحلة غير ملزمة توفر إجابة على هذا السؤال ، وتشير إلى الآثار المترتبة ، وتنتهي بالمناقشة والتوقعات.


معدل ثابت من معادلة أرهينيوس

يمكن أيضًا التعبير عن ثابت المعدل باستخدام معادلة أرهينيوس:

هنا ، A ثابت لتكرار تصادم الجسيمات ، Ea هو طاقة تنشيط التفاعل ، R هو ثابت الغاز العام ، و T هي درجة الحرارة المطلقة. من معادلة أرهينيوس ، من الواضح أن درجة الحرارة هي العامل الرئيسي الذي يؤثر على معدل التفاعل الكيميائي. من الناحية المثالية ، يمثل ثابت المعدل جميع المتغيرات التي تؤثر على معدل التفاعل.


هل من الممكن الحصول على (تقدير) معدلات التفاعل من ثابت ميكايليس؟ - مادة الاحياء

تحديد معدلات التفاعل

يتم التعبير عن معدل التفاعل بثلاث طرق:

تحديد متوسط ​​المعدل من التغير في التركيز خلال فترة زمنية

نحسب متوسط ​​معدل التفاعل خلال فترة زمنية بقسمة التغيير في التركيز خلال تلك الفترة الزمنية على الفترة الزمنية. بالنسبة للتغيير في تركيز المادة المتفاعلة ، تكون المعادلة ، حيث تعني الأقواس "تركيز" ، هي

ملاحظة: نستخدم علامة الطرح قبل النسبة في المعادلة السابقة لأن المعدل هو رقم موجب. لا نحتاج إلى علامة الطرح عند حساب متوسط ​​الأسعار من المنتجات.

تحديد المعدل الفوري من مخطط التركيز مقابل الوقت

المعدل الآني هو المعدل في لحظة معينة. المعدل اللحظي هو المعدل التفاضلي: -d [المتفاعل] / dt أو d [المنتج] / dt.

نحدد معدلًا فوريًا في الوقت t:

    من خلال حساب سالب منحدر منحنى تركيز مادة متفاعلة مقابل الوقت في الوقت t.


قم بالتسجيل للحصول على السبق في المنح وفرص العمل. استخدم Siyavula Practice للحصول على أفضل الدرجات الممكنة.

فكر في كل من ردود الفعل التالية:

(تلميح: انظر إلى كتابك الدراسي للصف 11 لتذكيرك بهذه العمليات)

  • التآكل (مثل صدأ الحديد)
  • البناء الضوئي
  • تجوية الصخور (مثل الصخور الكلسية التي تتآكل بفعل المياه)
  • الاحتراق (مثل احتراق البروبان في ( نص_<2>))

لكل من التفاعلات المذكورة أعلاه ، اكتب معادلة كيميائية متوازنة للتفاعل الذي يحدث.

اختيار الحديد كمثال على المعدن الصدأ:

بالنسبة لتجوية الصخور ، سنستخدم الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) كمثال:

رتب ردود الفعل هذه بالترتيب من الأسرع إلى الأبطأ.

الاحتراق هو الأسرع والعوامل الجوية هي الأبطأ. ترتيب التفاعل من الأسرع إلى الأبطأ هو: الاحتراق ، التمثيل الضوئي ، الصدأ ، التجوية.

كيف قررت أي رد فعل كان الأسرع وأيها كان الأبطأ؟

يمكن أن تشمل الإجابات ذكر حقيقة أن الفحم والورق يحترقان بسرعة ، في حين أن الصخور لا تختفي بين عشية وضحاها. تستخدم النباتات أيضًا التمثيل الضوئي لصنع الطعام ويجب أن تحدث هذه العملية بسرعة نسبيًا ولكن ليس بسرعة كبيرة.

فكر في بعض الأمثلة الأخرى للتفاعلات الكيميائية. ما مدى سرعة أو بطء كل ​​من هذه التفاعلات ، مقارنةً بتلك المذكورة سابقًا؟

تحلل بيروكسيد الهيدروجين ، سريع نسبيا

تركيب الماء ، سريع جدا

أي إجابات أخرى معقولة

هذا الفيديو هو شرح بسيط لكيفية التغيير في مساحة السطح يمكن أن تؤثر على متوسط ​​معدل التفاعل.

يمكنك معرفة مدى سرعة احتراق الوقود عند انتشاره على الطاولة. فكر في مقدار الوقود الذي ستحتاجه لطهي وجبة إذا كنت قد انتشرت على مساحة كبيرة بدلاً من الاحتفاظ بها في وعاء بمساحة سطح صغيرة.

ما هو معدل التفاعل؟ (ESCMY)

في تفاعل كيميائي ، تسمى المواد التي تخضع للتفاعل المتفاعلات، بينما تسمى المواد التي تتشكل نتيجة التفاعل بـ منتجات. ال معدل التفاعل يصف مدى سرعة أو بطء حدوث التفاعل. إذن كيف نعرف ما إذا كان رد الفعل بطيئًا أم سريعًا؟ تتمثل إحدى طرق المعرفة في النظر إما إلى مدى سرعة ملف تستخدم المتفاعلات أثناء التفاعل أو مدى سرعة شكل المنتجات. على سبيل المثال ، يتفاعل الحديد والكبريت وفقًا للمعادلة التالية:

في هذا التفاعل ، يمكننا أن نلاحظ سرعة التفاعل عن طريق قياس المدة التي يستغرقها ذلك قبل عدم ترك الحديد أو الكبريت في وعاء التفاعل. بمعنى آخر ، تم استخدام المواد المتفاعلة. بدلاً من ذلك ، يمكن للمرء أن يرى مدى سرعة تكوين كبريتيد الحديد (المنتج).نظرًا لأن كبريتيد الحديد يبدو مختلفًا تمامًا عن أي من المتفاعلات الخاصة به ، فمن السهل القيام بذلك.

في هذه الحالة ، يعتمد معدل التفاعل على السرعة التي يتم بها استخدام المواد المتفاعلة (غاز الأكسجين والمغنيسيوم الصلب) ، أو السرعة التي يتشكل بها المنتج (أكسيد المغنيسيوم).

يصف متوسط ​​معدل التفاعل مدى السرعة تستخدم المتفاعلات أو كيف بسرعة يتم تشكيل المنتجات خلال تفاعل كيميائي.

يتم التعبير عن متوسط ​​معدل التفاعل في صورة عدد مولات المادة المتفاعلة المستخدمة ، مقسومًا على وقت التفاعل الإجمالي ، أو بعدد مولات المنتج المتكون مقسومًا على إجمالي وقت التفاعل.


هل من الممكن الحصول على (تقدير) معدلات التفاعل من ثابت ميكايليس؟ - مادة الاحياء

لقد لوحظ على نطاق واسع أن الأنسجة السرطانية تميل إلى تراكم الحديد المحتمل في جميع أنواع السرطان [1]. الفهم الحالي هو أنه في مواقع الالتهاب المزمن حيث تكون حالة الأكسدة عالية ، قد تتأكسد أغشية البلازما الخاصة بها وتتأكسد لخلايا الدم الحمراء ، مما يؤدي إلى الشيخوخة المبكرة بسبب افتقارها لقدرات إصلاح الأغشية والابتلاع بواسطة الضامة. سيتم نقل بعض المكواة التي يحملونها من البلاعم إلى الخلايا المحلية [2]. من النتائج المهمة لتراكم الحديد في بيئة عالية تركيز H2O2 حدوث تفاعل فنتون: Fe2 + + H2O2 -> Fe3 + +؟ OH + OH- [3]. إذا كانت البيئة أيضًا غنية بالجزيئات التي يمكن أن تقلل Fe3 + إلى Fe2 + ، فإن تفاعل فنتون سيستمر في إنتاج الجذور الأكثر تفاعلًا ، جذور الهيدروكسيل (OH) التي يمكن أن تولدها الخلايا البشرية. على عكس الجذور الأخرى مثل الأكسيد الفائق أو أكسيد النيتريك ، لا تحتوي جذور الهيدروكسيل على كاسح طبيعي مشفر في الجينوم الخاص بنا ، وبالتالي قد تستخدم الخلايا البشرية المتأثرة بمثل هذه التفاعلات أي جزيئات قريبة مثل ¡° تضحية ± لاستهلاك الجذور وحماية العناصر الأكثر أهمية المكونات من التلف C بالطبع ، يتم تحقيق ذلك من خلال الانتقاء الطبيعي. ذكرت العديد من الدراسات ملاحظات حول تفاعلات فنتون في السرطان [4-7]. هذا أمر متوقع ، مع العلم أن السرطانات تميل إلى أن يكون لها حالات أكسدة عالية مقرونة بتراكم الحديد. حددت الدراسات المنشورة Fe2 + في مجموعات الحديد والكبريت (كمجالات بروتينية) كمصدر مشترك لـ Fe2 + لتفاعل فينتون [8]. يمكن لمجموعة متنوعة من الجزيئات أن تقلل Fe3 + إلى Fe2 + ، مثل الجلوتاثيون ، و NADH ، وحمض الأسكوربيك ، و S2- في نفس مجموعات الحديد والكبريت من الحديد ، مما قد يؤدي إلى تفاعلات فنتون المستمرة. بين منتجي تفاعلات فنتون ، OH و OH- ، ركزت جميع الدراسات المنشورة تقريبًا على تأثير جذور الهيدروكسيل ، والتي يمكن أن تلحق الضرر بالدهون والبروتين والحمض النووي والحمض النووي الريبي والجليكان. تتكهن هذه الدراسات عمومًا بأن أضرار الحمض النووي بسبب جذور الهيدروكسيل هي الصلة بين تفاعل فنتون والسرطان. على حد علمنا ، لم تبلغ أي من هذه الدراسات عن تأثير OH- وارتباطه المحتمل بالسرطان. للوهلة الأولى ، يبدو أن OH- ، الذي يتم إنتاجه في 1: 1 من قياس العناصر المتكافئة مع تفاعلات OH بواسطة Fenton ، غير ضار ، ولكن بكميات كبيرة ، يمكن أن يغير الحالات الخلوية الرئيسية ، وهي درجة الحموضة والحياد الكهربائي للخلية المضيفة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تغييرات أساسية في الكيمياء والفيزياء الخلوية ، بما في ذلك التغييرات في التكوينات المطوية للبروتينات ووظائفها. لقد أجرينا تحليلًا إحصائيًا ونمذجة لبيانات نصية لـ 14 نوعًا من السرطان ، وكلها من قاعدة بيانات TCGA ، والتي تمثل جميع أنواع السرطان في TCGA التي تحتوي على أعداد كبيرة بما فيه الكفاية من كل من الأنسجة السرطانية والسيطرة ، إلى جانب 16 نوعًا من أنواع السرطان المزمنة غير السرطانية الأمراض الالتهابية من قاعدة بيانات GEO (انظر الجدولين التكميليين S1 و S2) لمعالجة الأسئلة التالية: هل يمكننا أن نثبت بما لا يدع مجالاً للشك حدوث تفاعلات فنتون في أجزاء خلوية محددة في السرطان من خلال تحليلات بيانات النسخ؟ إذا كانت الإجابة بنعم (i) ، فكيف يتم امتصاص جزيئات OH و OH في الخلايا المتأثرة بتفاعل فنتون؟ كيف هي الاستجابات الخلوية ل OH و OH- المرتبطة بتطور السرطان؟

لقد لاحظنا أن جميع السرطانات قيد الدراسة لديها مستويات مرتفعة من H2O2 والحديد مقارنة بعناصر التحكم (انظر الأشكال التكميلية S1 و S2). يؤديان معًا إلى زيادة تفاعلات Fenton في العصارة الخلوية والميتوكوندريا والمصفوفة خارج الخلية (ECM) والفضاء في الخلايا السرطانية وبعض الأمراض الالتهابية المزمنة.

يتم تناول الأسئلة الثلاثة من خلال التأسيس الإحصائي لحدوث تفاعلات فنتون في مواقع خلوية محددة وربط الاستجابات الخلوية وظيفيًا بـ OH و OH- لتطور السرطان. الفكرة الأساسية في إنشاء مثل هذا الحدوث هي من خلال (1) التنبؤ ، لكل موقع ، بمصدر ومستوى Fe2 + الذي يمكن الوصول إليه لتفاعلات Fenton ، ومصدر ومستوى H2O2 ، وأحواض O ومستوياتها ، والجزيئات المحتملة لتقليل Fe3 + إلى Fe2 + وكمياتها (2) تقييم مستوى الاتفاق بين جانبي معادلة التفاعل ، باستخدام هذه الكميات المقدرة بناءً على تعبيرات الجينات ذات الصلة ومعادلة Michaelis-Menten و (3) تقييم الأهمية الإحصائية في تحقيق المستوى الملحوظ من الاتفاق. يركز الاستدلال الوظيفي على كيفية استجابة الخلايا لـ OH-. يلخص ما يلي المعلومات الأساسية لتحليلاتنا. حركة الحديد داخل العصارة الخلوية: يمكن تقسيم المكاوي الخلوية إلى ثلاث مجموعات: تلك الموجودة في المواقع الوظيفية للبروتينات ، وبركة الحديد القابلة للتغير (LIP) ، والفيريتينات ، حيث يحتوي كل موقع وظيفي ، أو كتلة الحديد والكبريت أو الهيم ، على عدد قليل من Fe2 + فيريتينات بروتينات تخزين الحديد ، كل منها يحتوي على ما يصل إلى 4500 Fe3 + أيون و LIP عبارة عن مجموعة من الحديد المخلّب ، في شكل Fe2 + أو Fe3 + [9]. LIP هو التجمع المرشح للمكاوي الوظيفية والتخزين المؤقت لـ Fe3 + ، حيث يتم استرداد أيونات Fe2 + ثم إضافتها إلى مواقع وظيفية للبروتينات عند الحاجة والتي توضع فيها الأيونات المؤكسدة. يتم نقل الحديد بين LIP والفيريتين على دفعات ، أي يتم نقل الفيريتينات الكاملة إلى الجسيمات الحالة وتدهورها عندما تكون هناك حاجة إلى أيونات Fe2 + إضافية في LIP ، ويتم إطلاق مكاويها في العصارة الخلوية بعد اختزالها إلى Fe2 + وخلابها [10] (انظر التكميلية) الشكل S3). يتم تقليل أيونات Fe3 + التي يتم إطلاقها من خلال التحلل الليزوزومي للفيريتين بواسطة جزيئات مثل الجلوتاثيون أو الأسكوربات أو الأكسيد الفائق (؟ O2-). بعض التفاعلات المختزلة قد تنتج كل منها H + ، أي عندما تكون عوامل الاختزال في شكل RH2 مثل أحماض الفوليك أو الأسكوربيك ولكن البعض الآخر لن يكون مثل Fe3 + +؟ O2-> Fe2 + + O2. حاليًا ، لا توجد بيانات متاحة لتقدير النسبة المئوية لحدوث كل نوع بين النوعين. لذلك نفترض أن كلاهما يقع في كسر كبير. عندما تتلف كتلة الحديد والكبريت بشكل مؤكسد ، سيتم استبدالها بمجموعة جديدة تحتوي على أيونات Fe2 +. وبالتالي ، يمكن أن تحدث تفاعلات فنتون في نفس البروتين بشكل متكرر. تفاعل واستجابات فنتون: بينما يمكن أن تحدث تفاعلات فنتون مع أيونات Fe2 + مخلبة في LIP كما تم الإبلاغ عنها ، فإننا نركز على التفاعلات التي تتضمن مجموعات من الحديد والكبريت فقط لأننا لا نملك طريقة موثوقة لتقدير مستوى تفاعل فنتون باستخدام بيانات النسخ. يشير تحليلنا إلى أن هذا التبسيط لا يغير النتائج الرئيسية للدراسة. في تفاعلات Fenton المتكررة مع مجموعات الحديد والكبريت التالفة التي تم استبدالها بأخرى جديدة ، سيحدث اختزال الحديد المؤكسد في مواقع مختلفة عن مواقع تفاعل Fenton ، أي الليزوزومات بطريقة متأخرة زمنيًا. ومن ثم ، يمكن أن يكون لـ OH- الناتج عن تفاعلات فنتون العصاري الخلوي مصيران محتملان: تحييده بواسطة H + الناتج عن تفاعل الاختزال المقابل كما تمت مناقشته أعلاه أو بواسطة بروتون في المخزن المؤقت للأس الهيدروجيني داخل الخلايا. يصبح الأخير ضغطًا عندما تكون كمية OH- كبيرة بما يكفي لتطغى على عازلة الأس الهيدروجيني. ومن هنا فإن السؤال هو: كيف تستجيب الخلايا السرطانية للإنتاج المستمر لمثل هذا OH-؟ وقد لوحظت ارتباطات قوية بين معدل إنتاج OH المقدر ومعدل تخليق ATP عن طريق تحلل السكر ، أو ببساطة تخليق ATP المتحلل للجلوكوز ، عبر جميع أنواع السرطان الأربعة عشر. تم الكشف عن مزيد من التحليلات ومراجعة الأدبيات: تخليق ATP الحال للجلوكوز: الجلوكوز + 2 ADP3- + 2 HPO42- -> 2 اللاكتات- + 2 ATP4- محايد الأس الهيدروجيني بينما توليف ATP القائم على التنفس: ADP3- + HPO42- -> ATP4- + OH - يستهلك كل واحد H +. ومن ثم فإن استهلاك كل ATP حال للجلوكوز يولد صافي H + ولكن ليس ATP الناتج عن التنفس ، حيث أن التحلل المائي ATP: ATP4- + H2O = ADP3- + HPO42- + H + يطلق H + [11]. بناءً على ذلك ، فإن فرضيتنا (I) هي: تحريض تخليق ATP الحال للجلوكوز واستهلاكه هو استجابة خلوية لإنتاج OH غير المتوازن عن طريق تفاعلات Fenton الخلوية. بالنسبة لتفاعلات فنتون للميتوكوندريا ، لوحظ وجود ارتباطات بين معدلات التفاعل المقدرة و سينسيز ATP عبر جميع أنواع السرطان الأربعة عشر. يؤدي OH- الناتج عن مثل هذه التفاعلات إلى تحييد H + داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، وبالتالي ينتج عنه تدرج H + على جانبي الغشاء دون استهلاك الجلوكوز أو العناصر الغذائية الأخرى. ومن ثم ، فإن فرضيتنا (II) هي: تفاعلات الميتوكوندريا فينتون تدفع توليفات ATP. كما لوحظ وجود ارتباطات قوية بين تفاعلات فنتون في العصارة الخلوية وكذلك المنطقة خارج الخلية وتطور دورة الخلية. أثبتت الدراسات السابقة أن (أ) يمكن لـ OH أن يتلف البروتينات وجليكان سطح الخلية والمصفوفة خارج الخلية (ب) التواجد الكلي ، وهي عملية تسمي البروتينات التالفة لتحلل البروتينات البروتينية ، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالتحكم في دورة الخلية [12] ، و زيادة نشاط التواجد في كل مكان يمكن أن يؤدي إلى بعض مراحل تقدم دورة الخلية (ج) تعتبر ECMs التالفة إشارات مبكرة لإصلاح الأنسجة [13] و (د) الجليكان التالف على سطح الخلية المرتبط بـ O هو مُسبب للورم [14 ، 15]. من خلال دمج كل هذه العناصر ، نفترض (III): البروتينات التالفة وجليكان سطح الخلية و ECM بواسطة تفاعلات Fenton تولد إشارات لدفع تقدم دورة الخلية.

تفاعلات فنتون في العصارة الخلوية

تم التحقق من صحة الفرضية (I) من خلال (أ) إثبات حدوث تفاعلات فنتون العصاري الخلوي عن طريق نمذجة التفاعل باستخدام معادلة Michaelis-Menten وإظهار الأهمية الإحصائية في تلبية النموذج بالكميات ذات الصلة عالية و (ب) ربط ATP وظيفيًا بمحلول السكر. التوليف لتحييد تفاعل فنتون المتولد OH-. مع العلم أن Fe2 + لا تستهلكه تفاعلات Fenton المستمرة ، فإننا نعيد كتابة التفاعل على النحو التالي: RA + H_2 O_2¡ú + OH ^ - + X ^ + مع Fe2 + كمحفز ، حيث X + هو المؤكسد RA زائد H + في بعض الحالات نوقشت في وقت سابق. هدفنا هنا هو إظهار أن معدل إنتاج OH يمكن تقديره بشكل موثوق باستخدام [Fe2] و [H2O2] و [RA] ، كل منها مشتق باستخدام بيانات التعبير الجيني ، من خلال المعادلة الممثلة في معادلة Michaelis-Menten. نوضح أن (1) [؟ OH] المحسوبة باستخدام المعادلة أعلاه في اتفاق جيد مع [؟ OH] المقدرة باستخدام mRNAs من جينات تحلل البروتوزوم و mRNA ، وكلاهما خاضع للتنظيم بشكل كبير (الشكلان التكميليان 4 و 5) ( 2) الدلالة الإحصائية في تحقيق التوافق الملحوظ في (1) عالية و (3) الأهمية الإحصائية في الجينات المنظمة المستخدمة في النموذج عالية لجميع أنواع السرطان الأربعة عشر. يتم إعطاء نتيجة (1) في الجدول 1 (¡° متوسط ​​قيمة R2 ±) ويمكن رؤية (2) و (3) من الأعمدة الثانية والثالثة والخامسة من الجدول ، حيث الأهمية الإحصائية في ملاءمة كل منها يتم تقييم النموذج باستخدام اختبار التقليب على R2 لكل نموذج مُجهز. من الواضح أن قيم R2 والأهمية الإحصائية المرتبطة بها مرتفعة بالنسبة لجميع أنواع السرطان الأربعة عشر ، وتكون واحدة على الأقل من قيمتي الأهمية الإحصائية الأخريين عالية لكل نوع من أنواع السرطان. توفر هذه البيانات دليلًا قويًا على حدوث تفاعلات فنتون عصاري خلوي في جميع أنواع السرطان الأربعة عشر. لتقدير [OH-] بشكل موثوق ، بغض النظر عن تقدير [؟ OH] ، يمثل تحديًا. من حيث المبدأ ، يجب أن تكون [OH-] هي نفسها كمية ATPs المحللة للجلوكوز ، [GLY-ATP] ، وتحديداً البروتونات التي يتم إطلاقها عند استهلاك ATPs ، بناءً على الفرضية (I) ولكن البروتونات ، H + R ، أنتجت من خلال تقليل تفاعلات Fe3 + في تفاعلات Fenton الخلوية المقابلة ، تعقد الموقف لأن بعض التفاعلات المختزلة فقط (نسبة غير معروفة) تطلق البروتونات بطريقة متأخرة كما نوقش سابقًا. ومن ثم ، بشرط أن يتم إطلاق H + R بعد تحييد كل OH- ، يجب أن يكون لدينا [OH-]؟ [GLY-ATP] و [H + R]؟ [LAC] ، مع كون [LAC] هو كمية حمض اللاكتيك المُصنَّع. أي: يتم تحييد جميع OH- بواسطة H + المتولدة من خلال استهلاك GLY-ATPs عندما يتم إطلاق H + R ، ويتم تحييد OH المقابل لها ، وبالتالي يجب إفرازها ، ربما جنبًا إلى جنب مع اللاكتات ، للحفاظ على استقرار الأس الهيدروجيني داخل الخلايا . من ناحية أخرى ، إذا تم إطلاق كل H + R بشكل فوري مع توليد OH المقابل ، فيجب أن يكون لدينا [OH-]؟ [GLY-ATP] + [H + R]. في الحالة العامة ، إذا تم إطلاق X من H + R فورًا مع توليد OH المقابل ، فيجب أن يكون لدينا: [OH-]؟ [GLY-ATP] + [X] ، و [H + R] ¨C [X] = [LAC]. على الرغم من أننا لا نعرف [H + R] ولا [X] ، فإننا نلاحظ أن [OH-] (تم القياس باستخدام [؟ OH]) و [GLY-ATP] + [LAC] مرتبطان ارتباطًا وثيقًا (انظر الشكل التكميلي S6) . ومن ثم نتوقع: يتم استخدام تخليق ATP الحال للجليكوليت في الغالب لإنتاج H + لتحييد OH التي تولدها تفاعلات Fenton الخلوية والبروتونات المفرطة الإنتاج لهذا الغرض بسبب تأخر إطلاق البروتونات عن طريق تقليل Fe3 + ، يتم إفرازها خارج الخلية. أدلة متعددة تدعم هذا التنبؤ. على سبيل المثال ، تستخدم جميع أنواع السرطان الأربعة عشر تحلل السكر وتكوين السكر في وقت واحد ، والذي يرتبط بتفاعلات فنتون الخلوية المتوقعة. من المعروف أن التأثير الصافي للتنفيذ المتزامن لهاتين العمليتين هو استهلاك ATPs و GTPs ، أي إطلاق البروتونات فقط. أيضًا ، تتزامن زيادة تخليق ATP الحال للجليكوليت وتوليد البروتون عن طريق استهلاك ATPs مع انخفاض تعبيرات الجينات التي تشفر معدل دورة TCA الذي يحد من الإنزيمات ، ومستورد حمض اللاكتيك ومبادلات Na + / H + متعددة (انظر الشكل التكميلي S7). سؤالنا الآن هو: ما هي العمليات البيولوجية التي تستخدم ATPs الحال للجلوكوز بشكل عام في جميع أنواع السرطان الأربعة عشر. كشف تحليل التعبير المشترك أنها تشمل: تخليق aminoacyl tRNA ، وتخليق النيوكليوتيدات ، وإصلاح ختان القاعدة ، واستقلاب الغليوكسيلات و dicarboxylate ، الذي يشارك في الحفاظ على استقرار الأس الهيدروجيني (الجدول التكميلي S4). بالإضافة إلى ذلك ، قمنا أيضًا بفحص بيانات التعبير الجيني لـ 16 نوعًا من الأمراض الالتهابية المزمنة (انظر الجدول التكميلي S3) ، واكتشفنا تفاعلات Fenton الخلوية في ستة من 16. في هذه الأمراض الستة ، يرتبط الارتباط التالي بتحلل السكر: aminoacyl tRNA synthesis ، تخليق البيورين وإصلاح استئصال القاعدة والتمثيل الغذائي للجليوكسيلات والديكاربوكسيلات. وبالتالي ، هناك نمط ثابت من حيث العمليات التي يتم تنشيطها لاستهلاك ATPs التحلل للجلوكوز عبر تفاعلات Fenton التي تؤثر على العصارة الخلوية لكل من السرطان والأمراض الالتهابية المزمنة وتخليق النيوكليوتيدات. أحد التفسيرات المحتملة لـ ¡° لماذا تخليق النيوكليوتيدات؟ ¡± هو: إنه الأكثر تطلبًا لـ ATP ، وبالتالي فهو قادر على إطلاق البروتونات بسرعة عند استخدام ATPs المحللة للجليكوليوتيدات وله سعة كبيرة جدًا لمجمع النيوكليوتيدات ، أي قادر على التعامل مع أكبر. كميات النيوكليوتيدات المركبة. يجدر التأكيد على أن تخليق النوكليوتيدات هنا مدفوع بالحاجة إلى تحييد OH التي تنتجها تفاعلات فنتون. السؤال الطبيعي هو: أين تذهب النيوكليوتيدات المُصنَّعة باستمرار في النهاية؟ فرضيتنا هي: أن تراكم النيوكليوتيدات المُصنَّعة يلقي ضغطًا قويًا على الخلايا المضيفة ، والتي تستجيب لها الخلايا عن طريق توجيه النيوكليوتيدات نحو تخليق الحمض النووي وفي النهاية إزالة الحمض النووي إلى الخلايا الوليدة الجديدة من خلال انقسام الخلية. هذا ، كما هو موضح أدناه ، هو سبب رئيسي للتكاثر المستمر الملحوظ للخلايا في السرطان. في الإنسان ، انقسام الخلايا هو عملية من أعلى إلى أسفل مدفوعة برموز وراثية مبرمجة مسبقًا لنمو الأنسجة أو إصلاحها. على النقيض من ذلك ، فإن تكاثر الخلايا البكتيرية هو عملية تصاعدية ، مدفوعة بتوافر المغذيات القائمة على الكربون. لقد ثبت أن جميع الأحداث الرئيسية التي تؤدي إلى انقسام الخلية ، أي نمو حجم الخلية وتكاثر الكروموسومات وفصل الكروموسومات ، تكون مدفوعة بالمغذيات [16]. نتوقع أن الخلايا السرطانية (والخلايا المكونة للسرطان) ربما تكون قد استخدمت برنامجًا مشابهًا لتنشيط عملية انقسام الخلايا للتخلص من النيوكليوتيدات ، وربما بمساعدة الإشارات التي تمت مناقشتها في القسم 5. تشير الدراسات المنشورة إلى أن وفرة النيوكليوتيدات و ATPs يمكن دفع تكرار الحمض النووي دون إشارات من أعلى إلى أسفل لانقسام الخلايا البشرية. على سبيل المثال ، يمكن لبعض النيوكليوتيدات مثل dNTPs أن تدفع ¡° غير متحكم فيه ¡± تكرار الحمض النووي [17] يمكن أن تؤدي وفرة ATPs والنيوكليوتيدات إلى تكوين مركب Pre-RC اللازم لبدء تكرار الحمض النووي [18] وفتح الازدواج. يمكن للحمض النووي الخيطي [19] والحمض النووي المفرد الغني بالثيمين تنشيط الهلياز الصبغي الصبغي الصبغي و ATPase [20] ، وكلاهما يلعب دورًا رئيسيًا في تكرار الحمض النووي. ومع ذلك ، لا يزال هناك نقص في الفهم على مستوى الأنظمة لكيفية تأثير هذه الشروط ، وربما بالإضافة إلى تلك التي تمت مناقشتها في القسم 5 ، على تكاثر الحمض النووي. لاستكشاف هذه المشكلة بشكل أكبر ، أجرينا تحليلًا للتعبير المشترك بين تخليق النيوكليوتيدات وعدد قليل من مسارات المصب ، وهي إصلاح الحمض النووي ، وتكرار الحمض النووي ، وتوليف الحمض النووي الريبي بولي 1 ، وتوليف الحمض الريبي النووي النقال aminoacyl ودورة الخلية ، في الأمراض الالتهابية الستة المذكورة أعلاه وجميعها. 14 نوعًا من السرطان ، لاكتساب رؤى حول ما يمكن أن يكون المخارج الرئيسية للنيوكليوتيدات المركبة مع تطور المرض ، كما تم تلخيصه في الجدول التكميلي S5. تتضمن المعلومات الأساسية المكتسبة ما يلي: (1) توليف النوكليوتيدات لا يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتطور دورة الخلية في الأمراض الالتهابية المزمنة الستة (2) بينما هو أكثر ارتباطًا بدورة الخلية في السرطانات ، يتقلب مستوى الارتباط عبر أنواع مختلفة من السرطان وليس كذلك. تقريبًا بنفس قوة إصلاح الحمض النووي ، مما يشير إلى أن تخليق النوكليوتيدات وتخليق الحمض النووي وتطور دورة الخلية لا يتم تنسيقهما من خلال التنظيم كما هو الحال في الخلايا المتكاثرة الطبيعية و (3) يرتبط تخليق النيوكليوتيدات بشدة بإصلاح الحمض النووي في كل من الأمراض الالتهابية والسرطانات ، مما يشير إلى أن إصلاح الحمض النووي قد يكون محفزًا رئيسيًا لتخليق النيوكليوتيدات.

تفاعلات فنتون في الميتوكوندريا

لقد أثبتنا حدوث تفاعلات فنتون الميتوكوندريا عبر جميع أنواع السرطان الأربعة عشر بطريقة مشابهة لتلك الموجودة في القسم السابق. على وجه التحديد ، أظهرنا دلالة إحصائية قوية في المستوى الملحوظ للاتفاق بين مستوى تفاعلات فنتون المقدرة بناءً على تعبيرات جينات تحلل بروتين الميتوكوندريا والمستوى المحسوب باستخدام [Fe2] و [H2O2] و [RA] و Michaelis - معادلة مينتين.كما في السابق ، يتم تحديد جميع المعلمات على النحو الأمثل باستخدام انحدار غير خطي عبر ¡¼ [H_2 O¡½_2] و [Fe ^ (2+)] و [RA] مقابل [؟ OH] ، يتم تقدير كل منها على النحو المفصل في الطرق . يوضح الجدول 1 جودة تقديرنا لمستويات تفاعل فنتون والأهمية الإحصائية ذات الصلة عبر جميع أنواع السرطان الأربعة عشر. بشكل عام ، تشير البيانات بقوة إلى حدوث تفاعلات فنتون الميتوكوندريا. إن تقدير [OH-] والتنبؤ بالردود ذات الصلة أكثر انخراطًا. بمجرد أكسدة Fe2 + إلى Fe3 + بواسطة H2O2 في كتلة الحديد والكبريت ، يمكن اختزاله إلى Fe2 + بواسطة جزيئات مختلفة من ثلاثة أنواع على الأقل: (1) أكسيد الفائق (؟ O2-) من خلال التفاعل: Fe3 + +؟ O2- -> Fe2 + + O2 ، حيث يمكن تقدير مستوى O2 باستخدام مستوى mRNA لأكسيد الميتوكوندريا الفائق ديسموتاز SOD2 (2) NADH ، والذي يجب أن يكون متاحًا إذا كانت دورة TCA نشطة و (3) S2- في نفس كتلة الحديد والكبريت من خلال أي من ردود الفعل التالية. أو في كلتا الحالتين ، يتم تقليل Fe3 + إلى Fe2 + من خلال التفاعل المشترك التالي: تساهم كل حالة من الحالات الثلاث في تحييد بعض H + داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ولكن بطرق مختلفة. بالنسبة إلى (1) ، لا يولد الاختزال H + ، وبالتالي فإن OH- تحييد ميتوكوندريا H +. بالنسبة إلى (2) ، لا ينتج التفاعل بروتونات إما إذا تم التعامل مع NADH / NAD كنظام مغلق ، أي أن عدد الإلكترونات التي تدخل النظام هو نفسه عدد الإلكترونات التي تخرج منه ، وبالتالي لا توجد إلكترونات مستهلكة أو متولدة من قبلها. تطبيق. (3) حالة مثيرة للاهتمام. SO42- ضار بشكل كبير بالميتوكوندريا المضيفة ، وبالتالي يتم تصديره بعد تكوينه بواسطة مضاد (SLC25A10) ، والذي يستبدل SO42- بثنائي كربوكسيلات ، إما مالات أو سكسينات [21]. كلاهما شوارد أضعف مقارنة بالكبريتات. وبالتالي ، ينخفض ​​تركيز H + في الميتوكوندريا مع تفاعلات فنتون ويستمر هذا التبادل. من المحتمل أن يكون هناك تفاعلات مختزلة أخرى لـ Fe3 + ، كل منها ربما ينتج بروتونًا وبالتالي لا يساهم OH المقابل في تحييد H + الميتوكوندريا. تشير التحليلات في ما يلي إلى أن جزءًا كبيرًا من جزيئات OH الناتجة عن تفاعل فنتون لا يتم تحييده بواسطة هذه البروتونات. كما كان من قبل ، يمكن أن تستمر تفاعلات Fenton من خلال أي من الآليات المذكورة أعلاه أو من خلال وجود مجموعة جديدة من الحديد والكبريت لتحل محل التالفة. بشكل عام ، جزيئات OH التي تولدها تفاعلات فنتون للميتوكوندريا تخفض تركيز H + داخل الميتوكوندريا الداخلية ، وبالتالي تخلق تدرج H + على جانبي الغشاء الداخلي وتؤدي إلى تخليق ATP تمامًا مثل عملية التنفس العادية. والسبب هو: أن درجة الحموضة في العصارة الخلوية تظل في المعدل الطبيعي ، أي لا تزداد بتفاعلات فنتون الخلوية ، مع العلم أن جميع السرطانات تفرز باستمرار البروتونات مع اللاكتات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأس الهيدروجيني في المنطقة الواقعة بين الأغشية الداخلية والخارجية هو نفس الرقم الهيدروجيني الخلوي لأن البروتونات يمكن أن تمر عبر الغشاء الخارجي للميتوكوندريا بحرية. في حين أن التقدير الدقيق لمعدل إنتاج OH بواسطة تفاعلات Mitochondrial Fenton ليس واقعيًا مع البيانات التي لدينا ، فمن المناسب استخدام (3) (أي التعبير عن SLC25A10) أعلاه لتقدير المعدل لأنه حد أدنى من هذا OH-. كما هو متوقع ، يرتبط تعبير SLC25A10 بالتعبير الذي يعكس مستوى [؟ OH] (الجدول التكميلي S6). الجانب السلبي في استخدام هذا لتقدير [OH-] هو أنه يجعل قيم الارتباط في الجدول S6 أقل من القيم الفعلية. لإثبات أن OH- الناتجة عن تفاعلات Fenton قد تساهم في إنتاج ATP ، لاحظنا ارتباطات قوية بين المعدلات المقدرة لجينات توليف OH- و ATP ، كما هو مفصل في الجدول التكميلي S7 ونموذج في الشكل S9. البيانات الرئيسية الأخرى الداعمة لنموذجنا هي أن جميع أنواع السرطان الأربعة عشر قد زادت من التعبير عن بعض ناقلات UCP ، والتي تحرك H + إلى الداخل عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا دون إنتاج ATPs (الجدول التكميلي S8). يشير هذا بقوة إلى أنه يتم استهلاك كميات كبيرة من جزيئات H + داخل الميتوكوندريا الداخلية ، ومن هنا تأتي الحاجة إلى التجديد من الخارج. لقد تم التكهن سابقًا بأن السرطانات تحتوي على عدد غير محدود من ATPs [22 ، 23] على الرغم من عدم تحديد مصادر موثوقة لـ ATPs. يقدم نموذجنا شرحًا للمصدر المحتمل للكمية الكبيرة من ATPs. نتوقع أنه بينما تُستخدم ATPs الحال للجليكوليت في تخليق النوكليوتيدات ، فإن معظم احتياجات ATP من خلال الأنشطة الخلوية الأخرى يتم تلبيتها عن طريق تخليق ATP للميتوكوندريا عبر تفاعل Fenton و / أو التنفس. يمكن معالجة هذه الفرضية بدقة من خلال التحليلات التفصيلية للمصطلحات ذات الصلة باستخدام نماذج مثل معادلة Michaelis-Menten.

تفاعلات فنتون في المصفوفة خارج الخلية والفضاء

لوحظت أنشطة تخليق كبيرة للجلوكوزامينوجليكان وكولاجين من ECM ، وتدهور البروتين والجليكان على سطح الخلية بطريقة مرتبطة ، مما يشير بقوة إلى أن هذه الجزيئات قد تضررت من المصادر الشائعة (الجدولان التكميليان S9 و S10). يبدو أن هذا نمط شائع مع الخلايا المتأثرة بتفاعل فنتون ، حيث (تعيد) الخلايا تخليق الجزيئات الحيوية التي تضررت من تفاعلات فنتون كتضحية لمنع جذور الهيدروكسيل من إتلاف المكونات الأساسية للخلايا بشكل مباشر. لقد طبقنا نهجًا مشابهًا لتلك الموجودة في الأقسام السابقة لتحديد حدوث تفاعلات Fenton في المصفوفة خارج الخلية والفضاء وتقييم الأهمية الإحصائية المرتبطة بالاختلافات التالية: (1) ثبت أنه من الصعب تقدير التركيز خارج الخلية لـ تقليل العناصر [RA] ومن ثم لم نقم بتضمين [RA] في تحليلاتنا بافتراض أنها ليست مقيدًا للمعدل (2) من الصعب أيضًا العثور على جينات الواسم لتقدير [OH-] ومن ثم فإننا نعتبر تأثير؟ OH فقط ، مع العلم أن تأثير OH- ربما يكون محدودًا في الفضاء خارج الخلية حيث من المعروف أن الرقم الهيدروجيني منخفض (3) يتم استخدام نهج الانحدار بدلاً من معادلة Michaelis-Menten هنا مع الأخذ في الاعتبار بساطة المشكلة و (4) لا تم تحديد البروتينات المحتوية على الحديد في ECM التي لها ارتباطات قوية مع [؟ OH] ولكن المثير للاهتمام أنه تم العثور على بعض البروتينات المحتوية على النحاس لتكون ذات صلة بنحاس C أو أي معدن عابر يمكن أن يكون له تأثير Fenton ctions مثل الحديد عندما يكون H2O2 مرتفعًا. ومن ثم استخدمنا [Cu1 +] للحصول على حدوث تفاعل فنتون مثبتًا إحصائيًا ، كما تم تلخيصه في الجدول 1. التحليلات التفصيلية معطاة بالطرق. لقد فحصنا أيضًا جينات تخليق الجليكان على سطح الخلية ، المرتبط بـ O والمرتبط بـ N. في حين لوحظ وجود تنظيم كبير لجينات التوليف لكلا النوعين من الجليكان ، وبالتالي يشير إلى أضرارهما ، فإن هذه الجينات لا تظهر ارتباطًا بتفاعلات فنتون ECM المتوقعة ، مما يشير إلى تلف الجليكان من مصادر أخرى. اكتشف بحثنا عددًا من البروتينات المحتوية على الحديد في الفضاء خارج الخلية ولكن ليس المصفوفة ، التي ترتبط تعابيرها الجينية ارتباطًا وثيقًا بالتعبير الكلي لجينات توليف الجليكان المرتبط بـ O. ومن ثم نتوقع أن الأضرار التي لحقت بالجليكان المرتبط بـ O ترجع إلى تفاعلات Fenton المرتبطة بهذه البروتينات ، والتي ترتبط بجينات توليف الجليكان المرتبط بـ O عبر جميع أنواع السرطان الأربعة عشر (الجدول التكميلي S11). تم العثور على جينات تخليق الجليكان المرتبطة بـ N لا ترتبط بهذه البروتينات المحتوية على الحديد ، مما يشير إلى أنها تالفة من مصدر آخر. وجد بحثنا أنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتفاعلات فنتون الخلوية. على الرغم من المفاجأة ، فإن هذه النتيجة منطقية ، مع العلم أن الجليكان المرتبط بـ N يتم تصنيعه أولاً على سطح ER مشيرًا إلى العصارة الخلوية ثم إعادته إلى ER بعد الانتهاء من التوليف ، وتثبيته على بروتين مستهدف ووضعه على سطح الخلية . ومن ثم ، قد تكون هذه الجليكان قد تعرضت للتلف بسبب تفاعلات فنتون العصاري الخلوي عندما يتم تصنيعها ، مما أدى إلى إعادة تركيبها ، وقد لا تحدث أضرار أخرى بواسطة تفاعلات فنتون خارج الخلية فرقًا كبيرًا من حيث إعادة تصنيع هذه الجزيئات أم لا. يلخص الجدول التكميلي S11 والشكل S10 المعلومات ذات الصلة. جذور الهيدروكسيل ، تقدم دورة الخلية والسيتوكينات تم إجراء تحليل للتعبير المشترك ، مسترشدًا بالفرضية (III) ، على جينات تخليق: الهيبارين ، الكوندرويتين وكبريتات الكيراتين والكولاجين من ECM ، الجليكان المرتبط بـ O والمرتبط بـ N ، يوبيكويتين الجينات والجينات الواسمة لمراحل مختلفة من دورة الخلية. لفهم الأدوار المحتملة التي تؤديها الأضرار التي لحقت بهذه الجزيئات وإعادة تركيبها في تقدم دورة الخلية ، نراجع باختصار العلاقة بين الاثنين. يمكن أن يكون دخول دورة الخلية مدفوعًا بتوفر عوامل النمو أو التغيير في الحجم الخلوي [24] ، ويمكن أن يكون التقدم المستمر في دورة الخلية مدفوعًا بالتنظيم الأعلى لـ cyclin D ولكن يجب أن تجتاز الخلايا بنجاح بعض نقاط التفتيش لاستعدادها للتحرك إلى المرحلة التالية. عند نقطة تفتيش G1 / S ، تتحقق الخلايا من توفر العناصر الغذائية والمواد اللازمة لأنشطة التوليف في المرحلة S مع استمرار تنظيم cyclin E في تقدم دورة الخلية. يتم تمييز النجاح الناجح لنقطة التفتيش هذه من خلال التنظيم الأعلى لبروتين SKP2 ، الذي يحطّم cyclin E وينقل الخلايا إلى المرحلة S. يتكرر هذا الإجراء في المرحلتين S و G2 ، من خلال التنظيم التصاعدي للأعاصير A و B ، اللذان يحمل كل منهما تقدم الدورة عند نقطتي التفتيش S / G2 و G2 / M ، متبوعًا بتدهورهما بواسطة بروتينات SKP2 و BTRC ، على التوالي ، إذا نجحت. اجتياز كل نقطة تفتيش. في المرحلة M ، يتم الفصل بين السنتروميرات التي تربط مجموعتين من الكروموسومات بواسطة بروتين ACP. بشكل عام ، يلعب التوافر الغني لبروتينات SKP2 و BTRC و ACP أدوارًا رئيسية في تحريك دورة الخلية ، وكلها منظمة مدفوعة بأضرار متزايدة للبروتينات لأنها جزء من نظام الانتشار. بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن الاستجابات المناعية الفطرية تؤدي إلى تقدم دورة الخلية [25]. لقد ثبت جيدًا أن أجزاء من أحماض الهيالورونيك ECM التالفة والبروتيوجليكان (على سبيل المثال ، هيباران ، شوندرويتين وكبريتات الكيراتين) هي إشارات مبكرة لإصلاح الأنسجة [26] والكولاجين للتطور العام [27]. يمكن أن يكون الجليكان التالف المرتبط بـ N بمثابة إشارات نمو [28 ، 29]. حددت تحليلاتنا التعبيرات المشتركة القوية التالية بين الاستجابات لـ OH وتطور دورة الخلية: (1) جينات علامة G1 وجينات تخليق الجليكان والهيباران وشوندرويتين وكبريتات الكيراتين المرتبطة بـ N (2) جينات علامة S و SKP2 (3) جينات علامة G2 وجينات علامة SKP2 (4) M و BTRC و (5) جينات ACP والتوليف للجليكان المرتبط بـ O. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر جينات الكولاجين ارتباطات مع جينات العلامة لـ G2 و G2 / M ، على التوالي. انظر الجدول التكميلي S12 للحصول على التفاصيل. كشف التحليل أيضًا عن وجود ارتباطات قوية بين تعبيرات جينات يوبيكويتين والتعبير الكلي لمركب البروتيازوم. هذا أمر منطقي لأن البروتينات التالفة سيتم تمييزها بـ يوبيكويتين قبل أن تتحلل ، وبالتالي كلما زادت البروتينات التالفة ، زادت تعبيرات جينات اليوبيكويتين. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على جينات العلامة (CDC25) لحجم الخلية لتكون منظمة وترتبط بتطور دورة الخلية في السرطان بشكل عام. بشكل عام ، تشير تحليلاتنا بقوة إلى أن البروتينات التالفة ومكونات ECM وجليكان سطح الخلية نتجت عن تفاعلات Fenton في العصارة الخلوية والمصفوفة خارج الخلية والفضاء ، وتوفر إشارات رئيسية لقيادة تقدم دورة الخلية عندما لا توجد إشارات من أعلى إلى أسفل لانقسام الخلية. هناك ما يبرر المزيد من الدراسات فيما يتعلق بكيفية دمج هذه الإشارات مع التوافر الوفير للنيوكليوتيدات و ATPs في قيادة تقدم دورة الخلية.

[1] Torti SV، Torti FM. الحديد والسرطان: المزيد من الخامات ليتم تعدينها. نات ريف كانسر 201313: 342-55. [2] القاهرة G ، Recalcati S ، Mantovani A ، Locati M. الاتجار بالحديد والتمثيل الغذائي في الضامة: المساهمة في النمط الظاهري المستقطب. اتجاهات إمونول 201132: 241-7. [3] Imlay JA، Chin SM، Linn S. تلف الحمض النووي السام بواسطة بيروكسيد الهيدروجين من خلال تفاعل فنتون في الجسم الحي وفي المختبر. العلوم 1988240: 640-2. [4] Toyokuni S. دور الحديد في التسرطن: السرطان كمرض سام للحديد. علوم السرطان 2009100: 9-16. [5] فالكو إم ، رودس سي ، مونكول جي ، إيزاكوفيتش إم ، مازور إم ، الجذور الحرة والمعادن ومضادات الأكسدة في السرطان الناتج عن الإجهاد التأكسدي. التفاعلات الكيميائية البيولوجية 2006160: 1-40. [6] Toyokuni S. الحديد والتسرطن: من تفاعل فنتون إلى الجينات المستهدفة. تقرير الأكسدة والاختزال 20027: 189-97. [7] بابس CF. الجذور الحرة ومسببات سرطان القولون. الطب والبيولوجيا الجذرية الحرة 19908: 191-200. [8] جونسون دي سي ، دين دي آر ، سميث إيه دي ، جونسون إم كي. هيكل ووظيفة وتشكيل مجموعات بيولوجية من الحديد والكبريت. Annu Rev Biochem 200574: 247-81. [9] Kakhlon O، Cabantchik ZI. تجمع الحديد القابل للتسمية: التوصيف والقياس والمشاركة في العمليات الخلوية. علم الأحياء والطب الجذري المجاني 200233: 1037-46. [10] Veiga N و Torres J و Mansell D و Freeman S و Dominguez S و Barker CJ وآخرون. "تجمع الحديد المخلبي": إينوزيتول 1،2،3-تريسفوسفات يفي بالشروط المطلوبة ليكون مركبًا آمنًا من الحديد الخلوي. J Biol Inorg Chem 200914: 51-9. [11] Swietach P، Vaughan-Jones RD، Harris AL، Hulikova A. كيمياء ووظائف الأعضاء وعلم أمراض الأس الهيدروجيني في السرطان. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية 2014369: 20130099. [12] Nakayama KI، Nakayama K. Ubiquitin ligases: التحكم في دورة الخلية والسرطان. مراجعات الطبيعة للسرطان 20066: 369-81. [13] Midwood KS، Williams LV، Schwarzbauer JE. إصلاح الأنسجة وديناميات المصفوفة خارج الخلية. المجلة الدولية للكيمياء الحيوية وبيولوجيا الخلية 200436: 1031-7. [14] Hakomori S. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم 200299: 10231-3. [15] Dube DH، Bertozzi CR. الجليكان في السرطان والالتهابات - إمكانات العلاج والتشخيص. مراجعات الطبيعة اكتشاف الأدوية 20054: 477-88. [16] وانغ جيه دي ، ليفين با. التمثيل الغذائي ونمو الخلايا ودورة الخلية البكتيرية. مراجعات الطبيعة علم الأحياء الدقيقة 20097: 822-7. [17] ينظم تصنيع وتدمير ستيلمان ب. Proc Natl Acad Sci U S A 2013110: 14120-1. [18] Klemm RD، Bell SP. يعتبر ارتباط ATP بمركب التعرف على الأصل مهمًا لتشكيل preRC. Proc Natl Acad Sci U S A 200198: 8361-7. [19] وانغ جي سي. فتح وفتح بوابة الحمض النووي. Proc Natl Acad Sci U S A 2007104: 4773-4. [20] You Z ، Ishimi Y ، Mizuno T ، Sugasawa K ، Hanaoka F ، Masai H. Thymine الغنية بالثيمين DNA أحادي السلسلة ينشط Mcm4 / 6/7 هيليكس على Y-fork وركائز تشبه الفقاعة. مجلة EMBO 200322: 6148-60. [21] Mizuarai S ، Miki S ، Araki H ، Takahashi K ، Kotani H. تحديد حامل dicarboxylate Slc25a10 كناقل مالات في تخليق الأحماض الدهنية de novo. مجلة الكيمياء البيولوجية 2005280: 32434-41. [22] Zhou Y و Tozzi F و Chen J و Fan F و Xia L و Wang J وآخرون. تعد مستويات ATP داخل الخلايا من المحددات المحورية للمقاومة الكيميائية في خلايا سرطان القولون. الدقة السرطان 201272: 304-14. [23] Gottesman MM ، Fojo T ، Bates SE. مقاومة الأدوية المتعددة في السرطان: دور الناقلات المعتمدة على ATP. نات ريف كانسر 20022: 48-58. [24] Fingar DC، Blenis J. الهدف من الرابامايسين (TOR): مُكَوِّن لإشارات المغذيات وعوامل النمو ومنسق نمو الخلية وتطور دورة الخلية. الأورام 200423: 3151-71. [25] شي ح ، وانغ واي ، ولي إكس ، وزان إكس ، وتانغ إم ، وفينا إم ، وآخرون. إن تنشيط NLRP3 والانقسام الفتيلي هما حدثان متنافيان يتم تنسيقهما بواسطة NEK7 ، وهو مكون جديد للالتهاب. نات إمونول 201617: 250-8. [26] جيانغ د ، ليانغ جيه ، نوبل بي دبليو. Hyaluronan في إصابة الأنسجة وإصلاحها. Annu Rev Cell Dev Biol 200723: 435-61. [27] بيرج RA ، Silver FH ، Pachence JM. حبيبات مصفوفة الكولاجين لإصلاح الأنسجة الرخوة. براءات اختراع Google 1989. [28] Yayon A، Klagsbrun M، Esko JD، Leder P، Ornitz DM. سطح الخلية ، الجزيئات الشبيهة بالهيبارين مطلوبة لربط عامل نمو الخلايا الليفية الأساسي بمستقبلات التقارب العالية. الخلية 199164: 841-8. [29] Lau KS و Partridge EA و Grigorian A و Silvescu CI و Reinhold VN و Demetriou M et al. يتعاون عدد N-glycan المركب ودرجة التفرع لتنظيم تكاثر الخلايا وتمايزها. الخلية 2007129: 123-34. [30] فيشر K ، Hoffmann P ، Voelkl S ، Meidenbauer N ، Ammer J ، Edinger M ، وآخرون. التأثير التثبيطي للخلايا السرطانية - حمض اللاكتيك المشتق على الخلايا التائية البشرية. الدم 2007109: 3812-9. [31] Xu Y، Cui J، Puett D. المعلوماتية الحيوية للسرطان: Springer 2014.


كيف يمكن إيجاد معدل التفاعل الأولي من الرسم البياني للامتصاص مقابل الوقت؟

لدي رسم بياني للامتصاص مقابل الوقت وأحتاج إلى العثور على معدل التفاعل الأولي وأيضًا يجب أن تعود الإجابة على شكل. & # 9651A340 دقيقة -1. سأضع هنا روابط للرسم البياني ومعلومات حول الرسم البياني. إنني أقدر حقًا إذا ساعدني شخص ما لأنه مر أسبوعًا ولا أفهم شيئًا. شكرا مرة اخرى.

ليس هذا ما تبحث عنه؟ جرب & hellip

(المنشور الأصلي بواسطة إلينجيلبرت)
أهلا،

لدي رسم بياني للامتصاص مقابل الوقت وأحتاج إلى العثور على معدل التفاعل الأولي وأيضًا يجب أن تعود الإجابة على شكل. & # 9651A340 دقيقة -1. سأضع هنا روابط للرسم البياني ومعلومات حول الرسم البياني. إنني أقدر حقًا إذا ساعدني شخص ما لأنه مر أسبوعًا ولا أفهم شيئًا. شكرا مرة اخرى.

يجب أن يكون الرسم البياني منحنى ، لذا ارسم مماسًا في الوقت صفر واعثر على انحداره

الرسم البياني عبارة عن منحنى لأن معدل التفاعل يتناقص مع مرور الوقت منذ انخفاض تركيز المواد المتفاعلة


هل من الممكن الحصول على (تقدير) معدلات التفاعل من ثابت ميكايليس؟ - مادة الاحياء

تأثير تغيير الظروف في تحصيل إنزيم

تبحث هذه الصفحة في تأثير تغيير تركيز الركيزة ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة على التفاعلات التي تنطوي على الإنزيمات. يتبع من صفحة تصف بعبارات بسيطة كيف تعمل الإنزيمات كمحفزات. يرجى تذكر أن هذه السلسلة من الصفحات مكتوبة للأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 16 و 18 عامًا كيمياء الطلاب. إذا كنت تريد شيئًا أكثر تقدمًا ، فأنت تبحث في المكان الخطأ.

ملحوظة: تفترض هذه الصفحة أنك قد قرأت بالفعل الصفحة الخاصة بكيفية عمل البروتينات كإنزيمات. إذا وصلت إلى هذه الصفحة مباشرة عبر محرك بحث ، فعليك حقًا العودة وقراءة تلك الصفحة أولاً. في الواقع ، ما لم تكن لديك بالفعل معرفة جيدة بهيكل البروتين ، فقد تضطر إلى العودة إلى صفحة حول بنية البروتينات.

تأثير تركيز الركيزة على معدل التفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم

تذكر أنه في علم الأحياء أو الكيمياء الحيوية ، يُعرف المتفاعل في تفاعل الإنزيم باسم & quotsubstrate & quot.

ما يلي هو نظرة موجزة وبسيطة للغاية على موضوع معقد للغاية. أي شيء يتجاوز هذا هو مادة دورات درجة الكيمياء الحيوية!

تذكير حول تأثير التركيز على المعدل في التفاعلات الكيميائية العادية

إذا كنت قد قمت بأي عمل على معدلات التفاعل (خاصة إذا كنت قد نفذت أوامر تفاعل) ، فستكون قد صادفت حالات يكون فيها معدل التفاعل متناسبًا مع تركيز المادة المتفاعلة ، أو ربما مع مربع تركيزه.

ستكتشف ذلك عن طريق تغيير تركيز أحد المواد المتفاعلة ، والحفاظ على ثبات كل شيء آخر ، وقياس المعدل الأولي للتفاعل. إذا قمت بقياس المعدل بعد استمرار التفاعل لفترة من الوقت ، فإن تركيز المادة (المواد) المتفاعلة سيتغير وهذا يعقد الأمور فقط. هذا هو السبب في أن الأسعار الأولية مفيدة للغاية - فأنت تعرف بالضبط مقدار ما لديك من كل شيء.

إذا قمت برسم رسم بياني لمعدل التفاعل الأولي مقابل تركيز مادة متفاعلة ، فهناك احتمالات مختلفة اعتمادًا على العلاقة بين التركيز والمعدل.

إذا كان المعدل مستقلاً عن التركيز

وهذا ما يسمى برد الفعل الصفري.

إذا كان المعدل يتناسب مع التركيز

هذا يسمى رد الفعل من الدرجة الأولى.

إذا كان المعدل متناسبًا مع قوة معينة للتركيز أكبر من واحد

في هذه الحالة ، تحصل على منحنى. إذا كان المعدل متناسبًا مع مربع التركيز ، فهذا رد فعل من الدرجة الثانية.

من خلال التحكم في التفاعلات بواسطة الإنزيمات ، تحصل على نوع مختلف تمامًا من الرسم البياني.

رسم المعدلات الأولية للتفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم ضد تركيز الركيزة

يبدو الرسم البياني للتفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم كما يلي:

شيئين ثانويين يجب ملاحظتهما قبل مناقشته. . .

يتحدث علماء الكيمياء الحيوية عن سرعة التفاعل بدلاً من معدل التفاعل. إذا كنت قد قمت بأي فيزياء ، فستعرف أن هذه إساءة استخدام كاملة لكلمة & quotvelocity & quot! ولكن هذا ما ستجده في مصادر الكيمياء الحيوية ، وهذا ما سنضطر لاستخدامه.

فلماذا شكل الرسم البياني؟

بالنسبة لتركيزات الركيزة المنخفضة جدًا ، يكون الرسم البياني عبارة عن خط مستقيم تقريبًا - مثل الرسم البياني الثاني لمعدل الكيمياء أعلاه. بمعنى آخر ، عند تركيزات منخفضة جدًا ، يكون المعدل متناسبًا مع تركيز الركيزة.

ولكن مع زيادة التركيز ، يكون لزيادة التركيز تأثير أقل وأقل - وفي النهاية يصل المعدل إلى الحد الأقصى. زيادة التركيز لا تحدث فرقًا في معدل التفاعل.

إذا كنت تعرف أوامر رد الفعل ، فقد أصبح التفاعل الآن صفريًا فيما يتعلق بالركيزة.

السبب في ذلك واضح إلى حد ما إذا فكرت في الأمر. بعد الوصول إلى تركيز معين من الركيزة ، يعمل كل جزيء إنزيم موجود في الخليط بأسرع ما يمكن. إذا قمت بزيادة تركيز الركيزة مرة أخرى ، فلا توجد جزيئات إنزيم مجانية لمساعدة جزيئات الركيزة الإضافية على التفاعل.

هل هذا فريد من نوعه لردود الفعل التي يتحكم فيها الإنزيم؟ لا! يمكن أن يحدث في بعض حالات الكيمياء العادية أيضًا ، وعادةً ما تتضمن محفزًا صلبًا يعمل مع الغازات. عند ضغوط الغاز العالية جدًا (بمعنى آخر ، تركيزات عالية جدًا من جزيئات الغاز) ، يمكن أن يكون سطح المحفز ممتلئًا تمامًا بجزيئات الغاز. إذا قمت بزيادة كمية الغاز أكثر من ذلك ، فلن يكون هناك أي سطح متاح للالتصاق به والتفاعل معه.

يُعرف الحد الأقصى لمعدل تفاعل إنزيم معين الخامسالأعلى. (هذا هو V للسرعة - وهو أمر محير بعض الشيء للكيميائيين حيث يتم استخدام V دائمًا للحجم!)

يمكن قياس ذلك بسهولة عن طريق رسم خط على الرسم البياني:

يتم الإبلاغ عن هذا أحيانًا كرقم & quotturnover & quot ، ويتم قياسه على أنه عدد جزيئات الركيزة التي تتم معالجتها بواسطة جزيء إنزيم واحد في الثانية ، أو في الدقيقة.

كم يُعرف باسم ثابت Michaelis أو ثابت Michaelis-Menten (لأسباب لا تهمنا) ، وهو مقياس مفيد لكفاءة الإنزيم.

كم هو تركيز الركيزة في مول dm -3 الذي ينتج معدل تفاعل نصف فولتالأعلى. لذلك وجد مثل هذا. . .

قيمة منخفضة لـ Kم يعني أن التفاعل يسير بسرعة حتى عند تركيزات منخفضة من الركيزة. تعني القيمة الأعلى أن الإنزيم ليس بنفس الفعالية.

ملحوظة: ربما تتساءل لماذا عليك أن تتكبد مشكلة خفض الحد الأقصى للمعدل إلى النصف للحصول على هذه المعلومات. ألا يمكنك فقط إيجاد تركيز الركيزة التي تنتج المعدل الأقصى؟

إذا نظرت إلى شكل الرسم البياني ، فسيكون من المستحيل الحصول على أي قياس دقيق للتركيز الذي أنتج أولاً معدلًا أقصى. يقترب المنحنى تدريجياً أكثر فأكثر من الأفقي ، ولا توجد نقطة فاصلة واضحة يصبح عندها أفقيًا فجأة.

تأثير درجة الحرارة على معدل التفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم

تذكير حول تأثير درجة الحرارة على المعدل في التفاعلات الكيميائية العادية

تذكر أنه لكي تتفاعل الجزيئات ، يجب أن تتصادم مع طاقة تساوي أو تزيد عن طاقة التنشيط للتفاعل.

تسخين التفاعل يجعل الجزيئات تتحرك بشكل أسرع وبالتالي تتصادم أكثر. المزيد من الاصطدامات في وقت معين تعني رد فعل أسرع.

ولكن الأهم من ذلك بكثير ، أن زيادة درجة الحرارة لها تأثير كبير جدًا على عدد الاصطدامات بطاقة كافية للتفاعل. يمكن أن ينتج عن ارتفاع بسيط في درجة الحرارة زيادة كبيرة في المعدل.

كتقدير معقول للعديد من التفاعلات القريبة من درجة حرارة الغرفة (وإن لم تكن كلها) ، فإن زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية ستضاعف معدل التفاعل الكيميائي. هذا مجرد تقريب - قد يستغرق 9 درجة مئوية أو 11 درجة مئوية أو أيًا كان ، ولكنه يمنحك فكرة عما يمكن توقعه.

ملحوظة: إذا لم تكن متأكدًا من أي شيء من هذا ، فقم بإلقاء نظرة سريعة على الصفحة حول تأثير درجة الحرارة على معدلات التفاعل.

استخدم زر BACK في متصفحك للعودة إلى هنا بعد ذلك.

رسم معدلات التفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم ضد درجة الحرارة

لدرجات حرارة منخفضة تصل إلى حوالي 40 درجة مئوية ، تتصرف التفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم بنفس الطريقة التي تتوقعها من أي تفاعل كيميائي آخر. ولكن أعلى من 40 درجة مئوية (تختلف درجة الحرارة الدقيقة من إنزيم إلى إنزيم) ، هناك انخفاض كبير في معدل التفاعل.

قد يبدو الرسم البياني النموذجي للمعدل مقابل درجة الحرارة كما يلي:

تسمى درجة الحرارة التي يكون فيها المعدل الأسرع درجة الحرارة المثلى لهذا الانزيم.

الإنزيمات المختلفة لها درجات حرارة مثالية مختلفة. بعض الإنزيمات ، على سبيل المثال ، في الكائنات الحية المعروفة باسم الحرارة أو المتطرفة قادرة على العمل في درجات حرارة مثل 80 درجة مئوية أو أعلى.

تختلف درجة الحرارة المثلى لإنزيم معين اعتمادًا على المدة التي يتعرض فيها لدرجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن تتحمل الإنزيمات درجات حرارة أعلى من الحد الطبيعي المعتاد إذا تعرضت فقط لدرجات حرارة أعلى لفترة قصيرة جدًا.

شرح المعدل مقابل الرسم البياني لدرجة الحرارة

في درجات الحرارة المنخفضة ، يكون شكل الرسم البياني هو بالضبط ما تتوقعه لأي تفاعل. كل ما يحتاج إلى شرح هو سبب انخفاض المعدل فوق درجة الحرارة المثلى.

تذكر أن الإنزيم يعمل لأن ركائزه تتناسب مع الموقع النشط على جزيء البروتين. يتم إنتاج هذا الموقع النشط بسبب الطريقة التي يتم بها طي البروتين في هيكله الثالث.

إن تسخين الإنزيم يمنح سلاسل البروتين طاقة إضافية ويجعلها تتحرك أكثر. إذا تحركوا بدرجة كافية ، فإن الروابط التي تحمل الهيكل الثالث في مكانه سوف تتعرض لضغوط متزايدة.

سوف تنكسر الروابط الأضعف أولاً - تجاذبات فان دير فالس بين المجموعات الجانبية ، ثم الروابط الهيدروجينية. بمجرد كسر هذه الروابط التي تربط الهيكل الثالث معًا ، فمن المحتمل أن يفقد شكل الموقع النشط.

من الواضح أنه كلما طالت مدة بقاء الإنزيم في درجة حرارة أعلى ، زاد الوقت المتاح لتفكيك بنية الإنزيم. بالنظر إلى الوقت الكافي ودرجات الحرارة المرتفعة بدرجة كافية ، يتم كسر بنية الإنزيم بشكل دائم. يقال إن الإنزيم مشوه. على سبيل المثال ، فإن سلق بيضة لمدة 5 دقائق يفسد البروتينات الموجودة في البيضة. بمجرد حدوث ذلك ، لا يمكنك الغليان عن طريق تبريده!

تأثير الأس الهيدروجيني على معدل التفاعلات التي يتحكم فيها الإنزيم

بنفس الطريقة التي يتمتع بها كل إنزيم بدرجة حرارة مثالية ، فإن لكل إنزيم أيضًا درجة حموضة مثالية يعمل عنده بشكل أفضل.

على سبيل المثال ، يعتبر كل من التربسين والبيبسين من الإنزيمات في الجهاز الهضمي التي تكسر سلاسل البروتين في الطعام إلى أجزاء أصغر - إما إلى سلاسل ببتيد أصغر أو إلى أحماض أمينية فردية.

يعمل البيبسين في الظروف الحمضية الشديدة للمعدة. لديها درجة حموضة مثالية تبلغ حوالي 1.5.

من ناحية أخرى ، يعمل التربسين في الأمعاء الدقيقة ، والتي تحتوي أجزاء منها على درجة حموضة تبلغ حوالي 7.5. درجة الحموضة المثلى في التربسين هي حوالي 8.

إذا كنت تفكر في بنية جزيء الإنزيم ، وأنواع الروابط التي قد تتشكل مع ركائزه ، فليس من المستغرب أن يكون الرقم الهيدروجيني مهمًا.

لنفترض أن الإنزيم يحتوي على درجة حموضة مثلى حوالي 7. تخيل أنه عند درجة حموضة تبلغ حوالي 7 ، فإن الركيزة تلتصق بالإنزيم عبر رابطتين أيونيتين. في الرسم البياني أدناه ، تحدث المجموعات التي تسمح بالترابط الأيوني عن طريق نقل أيون الهيدروجين من مجموعة -COOH في السلسلة الجانبية لبقايا حمض أميني واحد إلى -NH2 المجموعة في السلسلة الجانبية للآخر.

في هذا المثال المبسط ، هذا صحيح أيضًا في كل من الركيزة والإنزيم.

فكر الآن فيما يحدث عند درجة حموضة أقل - بمعنى آخر في ظل الظروف الحمضية.

لن يؤثر على -NH3 + المجموعة ، لكن COO - ستلتقط أيون الهيدروجين.

ما سيكون لديك سيكون هذا:

لم يعد لديك القدرة على تكوين روابط أيونية بين الركيزة والإنزيم. إذا كانت هذه الروابط ضرورية لربط الركيزة وتنشيطها بطريقة ما ، فعند هذا الرقم الهيدروجيني المنخفض ، لن يعمل الإنزيم.

ماذا لو كان لديك درجة حموضة أعلى من 7 - بعبارة أخرى تحت الظروف القلوية.

هذه المرة ، لن تتأثر المجموعة -COO- ، ولكن -NH3 + ستفقد المجموعة أيون الهيدروجين.

مرة أخرى ، لا توجد إمكانية لتكوين روابط أيونية ، وبالتالي من المحتمل ألا يعمل الإنزيم هذه المرة أيضًا.

ملحوظة: إذا فكرت في الأمر ، فإن هذه الحجة تعمل فقط باستخدام الترابط الأيوني إذا كان للإنزيم درجة حموضة مثلى حوالي 7. في ظل الظروف الحمضية أو القلوية إلى حد ما ، ستكون جميع الشحنات الموجودة في الإنزيم والركيزة هي نفسها - كما في الأمثلة أعلاه.

في ظل هذه الظروف ، قد تبحث في أنواع أخرى من الترابط - الرابطة الهيدروجينية ، على سبيل المثال ، ربما تتضمن روابط هيدروجينية بين أيون على أحد الإنزيم والركيزة ، وذرة هيدروجين مناسبة أو زوج وحيد على الآخر.

المثال المعطى سهل المتابعة. لا تقلق بشأن المضاعفات في هذا المستوى. طالما يمكنك معرفة سبب تأثير تغيير الرقم الهيدروجيني في حالة بسيطة ، فهذا كل ما تحتاجه.

في درجات الحموضة القصوى ، يمكن أن يحدث شيء أكثر خطورة. تذكر أن البنية الثلاثية للبروتين مرتبطة جزئيًا ببعضها البعض بواسطة روابط أيونية تمامًا مثل تلك التي نظرنا إليها بين الإنزيم وركائزه.

عند درجة الحموضة العالية جدًا أو المنخفضة جدًا ، يمكن أن تتعطل هذه الروابط داخل الإنزيم ، ويمكن أن تفقد شكلها. إذا فقد شكله ، فمن المحتمل أن يتم فقد الموقع النشط تمامًا. هذا هو في الأساس نفس تغيير طبيعة البروتين عن طريق تسخينه أكثر من اللازم.

يستمر موضوع الإنزيم هذا في الصفحة الأخيرة حول مثبطات الإنزيم.

أسئلة لاختبار فهمك

إذا كانت هذه هي المجموعة الأولى من الأسئلة التي أجريتها ، فيرجى قراءة الصفحة التمهيدية قبل البدء. ستحتاج إلى استخدام زر "BACK BUTTON" الموجود في متصفحك للعودة إلى هنا بعد ذلك.


هل من الممكن الحصول على (تقدير) معدلات التفاعل من ثابت ميكايليس؟ - مادة الاحياء

يحفز الفوسفاتاز القلوي انقسام استرات حمض الفوسفوريك.

في هذه التجربة ، سيتم قياس حركية التحلل المائي لـ4-نيتروفينول فوسفات بواسطة الفوسفاتيز القلوي.

لقياس نشاط هذه الإنزيمات ، يمكن للمرء متابعة تحرير الفوسفات أو المنتج الآخر الناتج عن التحلل المائي. يمكن تبسيط الاختبار باستخدام ركيزة يكون منتجها الخالي من الفوسفات ملونًا بدرجة عالية. في هذه التجربة ، سوف نستخدم 4-نيتروفينيل فوسفات كركيزة ، والتي عند التحلل المائي تطلق الفوسفات إلى 4-نيتروفينولات تحت ظروف قلوية. 4-نيتروفينولات لها امتصاصية مولارية عالية عند 405 نانومتر (405 = 18.8 × 10 3 م -1 سم -1).

ستدرس هذه التجربة تأثيرات 1) تركيز الإنزيم ، 2) تركيز الركيزة ، و 3) مثبط لمعدل التحلل المائي المحفز بفوسفاتيز قلوي 4-نيتروفينيل فوسفات. يجب عليك مراجعة قسم حركية الإنزيم في كتاب الكيمياء الحيوية الخاص بك. سيعطي شرحًا جيدًا عن حركية Michaelis-Menten ، والمؤامرات التي ستصنعها ببياناتك ، وطريقة تحديد Vmax و Km من الفوسفاتيز القلوي من بياناتك ، وكيفية تفسير تأثيرات المثبط على الإنزيم الخاص بك.

الجزء 1. تأثيرات تركيز الانزيم على سرعة التفاعل.

1. & # 9 خذ 400 ميكرولتر من 1 ملغ / مل من محلول الفوسفاتيز القلوي الذي يتم توفيره وضعه في أنبوب الطرد المركزي الدقيق 1.5 مل. يحتوي هذا المحلول على 1 مجم / مل من الفوسفاتيز القلوي و 1 مجم / مل من BSA في الماء المقطر. يتم إضافة مساحة سطح الجسم لتثبيت الإنزيم.

2. & # 9 قم بعمل تخفيفين متسلسلين لمخزون الفوسفاتيز القلوي 1 مجم / مل في أنابيب الطرد المركزي الصغيرة 1.5 مل لعمل 0.5 و 0.25 مجم / مل من محاليل الفوسفاتيز القلوية. استخدم محلول 1 مجم / مل من BSA لتخفيف مخزونك. اقلب أنابيب أجهزة الطرد المركزي الصغيرة بدقة لتختلط. لا تهزه! هذا سوف يفسد البروتين. تشير الفقاعات أو الرغوة الموجودة في المحلول إلى أن لديك بروتين مفسد. يجب أن ينتهي بك الأمر مع ثلاثة محاليل تحتوي على 0.25 و 0.5 و 1 مجم / مل من الفوسفاتيز القلوي. سيحتوي كل محلول أيضًا على 1mg / mL BSA. يجب أن يكون لديك 200 ميكرولتر على الأقل من كل محلول فوسفاتيز قلوي. حافظ على حلول إنزيم على الجليد!

3. & # 9 سيتم توفير الحلول من 4 ملي فوسفات نيتروفينيل و 0.05 M أمديول العازلة درجة الحموضة 9.0. جعل 15 مل من 0.2 ملي ف نيتروفينيل فوسفات في 0.05 M أمديول المخزن المؤقت درجة الحموضة 9.0. احتفظ بالركيزة على الجليد حتى تكون جاهزًا لوضعها في مقياس الطيف الضوئي. سوف تتحلل الركيزة ببطء مع مرور الوقت في درجة حرارة الغرفة.

4. & # 9 اضبط درجة الحرارة على مقياس الطيف الضوئي Shimadzu إلى 20.0 درجة مئوية لحركية الإنزيم. انظر التوجيهات في نهاية هذا الإجراء لإعداد مقياس الطيف الضوئي لقياس الخواص الحركية.

5. & # 9 يحتوي مقياس الطيف الضوئي على 6 مسافات لحمل عينات الكوفيت ومساحة واحدة لحمل كفيت مرجعي. ضع 4 كوفيت في أول 4 مواضع للعينة و 1 كوفيت في الموضع المرجعي. امسح الأوعية باستخدام Kimwipe قبل وضعها في مقياس الطيف الضوئي لإزالة بصمات الأصابع. استخدم كوفيتات نظيفة.

6. & # 9 إلى cuvettes 1 - 4 (عينات cuvettes) ، أضف 2.94 مل من 0.2 ملي ف نيتروفينيل فوسفات في المخزن المؤقت أمديول. إضافة إلى الكوفيت المرجعي ، 2.94 مل من المخزن المؤقت 0.05 M أمديول و 60 ميكرولتر من 1 مجم / مل من جيش صرب البوسنة. دع الركيزة تصل إلى درجة حرارة الغرفة قبل إضافة الإنزيم (أي اتركها تحتضن في مقياس الطيف الضوئي لمدة 2-3 دقائق قبل إضافة الإنزيم).

7. & # 9 عندما تكون مستعدًا لبدء تفاعلات الإنزيم ، أضف

& # 9 & # 960 لتر من 1 ملجم / مل من مساحة سطح الجسم لأخذ عينات الكوفيت رقم 1

& # 9 & # 960 لتر من 1 ملغ / مل من الفوسفاتيز القلوي لأخذ عينات من الكوفيت # 2

& # 9 & # 960 <لتر من 0.5 ملغ / مل من الفوسفاتيز القلوي لأخذ عينات من الكوفيت # 3

& # 9 & # 960 لتر من 0.25 ملغ / مل من الفوسفاتيز القلوي لأخذ عينات من الكوفيت # 4.

& # 9 الإجراء المقترح لعمل الإضافات بسرعة:

& # 9 يضيف أحد الطلاب إنزيمًا إلى الكوفيت ويخلط الطالب الثاني العينات بعد إضافة الإنزيم.

& # 9 الطالب 1: أضف 60 لترًا من BSA إلى الكوفيت رقم 1. قم بإزالة طرف الماصة وأخذ طرفًا نظيفًا.

& # 9 الطالب 2: قم بخلط الحلول في الكوفيت رقم 1 بسرعة باستخدام قضيب التحريك البلاستيكي أو المزج عن طريق سحب المحلول داخل وخارج رأس الماصة 1 مل على ماصة مع ضبط الحجم على 1 مل. قم بتغيير الحافة قبل خلط الحل التالي.

& # 9 الطالب 1: باستخدام طرف الماصة النظيف ، أضف 60 ميكرولتر من 1 مجم / مل من الفوسفاتاز القلوي إلى الكوفيت رقم 2. قم بإزالة طرف الماصة واحصل على طرف نظيف.

& # 9 الطالب 2: اخلط الحلول بسرعة في الكوفيت رقم 2 كما كان من قبل.

& # 9 الطالب 1: باستخدام طرف الماصة النظيف ، أضف 60 لتر من 0.5 مجم / مل من الفوسفاتاز القلوي إلى الكوفيت رقم 3. قم بإزالة طرف الماصة واحصل على طرف نظيف.

& # 9 الطالب 2: اخلط الحلول بسرعة في الكوفيت رقم 2 كما كان من قبل.

& # 9 الطالب 1: باستخدام طرف الماصة النظيف ، أضف 60 لتر من 0.25 مجم / مل من الفوسفاتيز القلوي إلى الكوفيت رقم 4.

& # 9 الطالب 2: اخلط الحلول بسرعة في الكوفيت رقم 2 كما كان من قبل.

& # 9 قم بإجراء هذه الإضافات في أسرع وقت ممكن ثم ابدأ في قياس الخواص الحركية. اتبع رد الفعل لمدة 5 دقائق مع أخذ النقاط كل 30 ثانية. عند اكتمال ردود الفعل ، احصل على نسخة مطبوعة من بياناتك وقم بتسميتها بوضوح.

& # 9 بعد إضافة الإنزيم لبدء الخواص الحركية ، ستحتوي الكوفيت على ما يلي:

& # 9 المرجع والتسجيل 2.94 مل عازل أمديول + 60 لتر 1 ملجم / مل BSA

& # 9Sample # 1 & reg 2.94 mL 0.2 mM p-nitrophenylphosphate + 60 L 1 mg / mL BSA

& # 9Sample # 2 & reg 2.94 mL 0.2 mM p-nitrophenylphosphate + 60 L 1 mg / ml alkaline phosphatase

& # 9Sample # 3 & reg 2.94 mL 0.2 mM p- نيتروفينيل فوسفات + 60 لتر 0.5 مجم / مل فوسفاتيز قلوي

& # 9Sample # 4 & reg 2.94 mL 0.2 mM p-nitrophenylphosphate + 60 L 0.25 mg / mL الفوسفاتيز القلوي

& # 9 توفر العينة الموجودة في الكوفيت رقم 1 مقياسًا لمعدل التحلل غير الأنزيمي للركيزة. يجب طرح أي زيادة في قيم الامتصاص تم الحصول عليها من هذه العينة من قراءات الوقت المقابلة في تفاعلات الإنزيم المحفزة قبل إنشاء المخططات النهائية. سيسمح لك ذلك بتحديد معدل التحلل المائي للركيزة بسبب الإنزيم وحده.

ارسم على رسم بياني واحد ، ارسم الامتصاص عند 405 نانومتر مقابل الوقت للتفاعلات عند كل تركيز إنزيم. حدد السرعة لكل تفاعل إنزيم من هذه المخططات عن طريق تحديد الميل الأولي للخطوط على قطعة الأرض 1. لاحظ أن سرعة التفاعل تساوي التغير في الامتصاص مقسومًا على التغيير في الوقت.

الجزء 2. تأثيرات تركيز الركيزة على سرعة التفاعل وتأثير مثبط (الفوسفات) على سرعة التفاعل.

1. & # 9 الحصول على 10 مل من محلول مخزون من 4 مم p-nitrophenylphosphate الركيزة في 0.05 M الأمديول العازلة درجة الحموضة 9.0. ضعه في دورق حجمي سعة 50 مل وقم بتخفيفه إلى 50 مل باستخدام محلول أمديول 0.05 م درجة الحموضة 9.0.

2. & # 9 جعل 6 1/2 المسلسل التخفيفات من هذا المخزون عن طريق إضافة 25 مل من الركيزة المخففة المحضرة في الخطوة 1 مع 25 مل من 0.05 M أمديول المخزن المؤقت درجة الحموضة 9.0. يجب أن ينتهي بك الأمر بتخفيفات تحتوي على 0.4 و 0.2 و 0.1 و 0.05 و 0.025 و 0.125 ملي مولار من نيتروفينيل فوسفات في محلول أمديول.

3. & # 9 جعل 1.2 مل من الفوسفاتيز القلوية في أنبوب الطرد المركزي الدقيق 1.5 مل. استخدم نتائج الجزء الأول لتحديد تركيز الإنزيم المناسب للاستخدام. تذكر تخفيف الإنزيم بمحلول 1 مجم / مل من BSA.

4. & # 9 اجعل 1.2 مل من 8 ملي مولار Na 2 HPO 4 في الماء المقطر من محلول مخزون 150 ملي مولار Na 2 HPO 4 المقدم.

5. & # 9 قياس حركية التفاعل باستخدام 6 تخفيفات الركيزة (0.4 ، 0.2 ، 0.1 ، 0.05 ، 0.025 ، و 0.125 ملي ف نيتروفينيل فوسفات) التي قمت بإعدادها في الخطوة 2.

& # 9 قياس معدل التفاعل عند تخفيف الركيزة في غياب مثبط Na 2 HPO 4 وفي وجود مثبط Na 2 HPO 4. قم أيضًا بقياس معدل التفاعل غير الأنزيمي. قم بإجراء هذه القياسات & amp ؛ جنبًا إلى جنب & quot في كل تركيز ركيزة.

& # 9 سوف تحتاج إلى جميع حجرات العينات الست والمقصورة المرجعية. يمكنك تشغيل كل من التفاعلات الثلاثة بتركيزين مختلفين من الركيزة في جولة واحدة.

& # 9 للحصول على تفاعلات محفزة بالإنزيم مع عدم وجود مثبط ، ضع 2.94 مل من الركيزة + 60 لتر من الإنزيم + 60 لتر من الماء في الكوفيت.

& # 9 للحصول على تفاعلات محفزة بالإنزيم مع المانع ، ضع 2.94 مل من الركيزة + 60 لتر من الإنزيم + 60 ميلي لتر من 8 ملي مولار الصوديوم 2 HPO 4 في الكوفيت.

& # 9 لتفاعل التحكم غير الأنزيمية ، ضع 2.94 مل من الركيزة + 60 مل من 1 ملجم / مل BSA + 60 لتر من الماء في الكوفيت.

& # 9 للإشارة ، ضع 2.94 مل من المخزن المؤقت + 60 ميكرولتر من 1 مجم / مل BSA + 60 ميكرولتر من الماء في الكوفيت.

& # 9 أضف الإنزيم أخيرًا. استخدم الإجراء الذي استخدمته في الجزء الأول لخلط الإنزيم مع الركيزة بسرعة.

مثال على العينات الموضوعة في مقياس الطيف الضوئي:

مرجع & # 9 2.94 مل من المخزن المؤقت + 60 لتر من 1 ملجم / مل BSA + 60 لتر من الماء

عينة رقم 1 & # 92.94 مل 0.4 ملي فوسفات نيتروفينيل فوسفات 60 + L إنزيم + 60 لتر 8 ملي Na 2 HPO 4

العينة رقم 2 & # 92.94 مل 0.4 ملي فوسفات النيتروفينيل + 60 إنزيم لتر + 60 لتر ماء

العينة رقم 3 & # 92.94 مل 0.4 ملي فوسفات نيتروفينيل + 60 لتر 1 مجم / مل BSA + 60 لتر ماء

عينة رقم 4 & # 92.94 مل 0.2 ملي فوسفات نيتروفينيل + 60 إنزيم لتر + 60 لتر 8 ملي نا 2 HPO 4

عينة رقم 5 & # 92.94 مل 0.2 ملي فوسفات نيتروفينيل + 60 لتر إنزيم + 60 لتر ماء

العينة رقم 6 & # 92.94 مل 0.2 ملي فوسفات نيتروفينيل + 60 لتر 1 مجم / مل BSA + 60 لتر ماء

برنامج شيمادزو لحركية الإنزيم

    & # 9 & # 9N = 6 للجزء 2
    & # 9Cycle T = 30 ثانية (هذا هو الوقت بين القراءات)
    & # 9Lag T = 10 ثوانٍ (هذا هو الوقت بين البداية والقراءة الأولى)
    & # 9Cycle N = 11 (هذا هو عدد القراءات لكل خلية)
    & # 9 & # 9 & # 9 = لا للجزء 2 (استخدم المخزن المؤقت في الخلية المرجعية)

1. & # 9 لتحديد آثار تركيز الإنزيم على حركية التفاعل ، سوف تقيس معدل تفاعلات الإنزيم المحفزة بتركيز ثابت من الركيزة (0.2 ملي فوسفات نيتروفينيل).

    أ- & # 9 احسب الأحجام التي تحتاجها لصنع 15 مل من 0.2 ملي فوسفات نيتروفينيل في 0.05 م أمديول درجة الحموضة 9.0 (2-أمينو-2-ميثيل بروبان ديول) من محلول مخزون 4 ملي فوسفات نيتروفينيل في 0.05 M الأمديول العازلة درجة الحموضة 9.0.

ب & # 9 ما الذي يجب أن تستخدمه لتخفيف محلول مخزون فوسفات النيتروفينيل؟

ج. & # 9 احسب الكميات التي تحتاجها لعمل 200 ميكرولتر من 1/2 و 1/4 تخفيف من 1 مجم / مل من الفوسفاتيز القلوي في 1 مجم / مل من BSA. تأكد من إجراء التخفيفات باستخدام محلول 1 مجم / مل من BSA.

د. & # 9 ما هي تركيزات الإنزيم النهائية للتخفيفات التي قمت بإجرائها (بوحدات ملجم / مل)؟

2. & # 9 ما الذي تحتاجه لتخفيف الركيزة الخاصة بك في الجزء 2 حيث ستقيس معدلات التفاعل كدالة لتركيز الركيزة؟

3. & # 9 احسب أحجام 150 ملي مولار Na 2 HPO 4 والمقطر H 2 O التي تحتاجها لصنع 1.2 مل من 8 ملي مولار Na 2 HPO 4.

المؤامرات المراد تضمينها في التقارير:

قبل إنشاء مخططات لبيانات الامتصاص (المحور الصادي) مقابل الوقت ، تذكر تصحيح الزيادات في الامتصاص في التفاعلات المحفزة بالإنزيم لزيادة الامتصاص بسبب التفاعلات غير الإنزيمية. قم بتضمين نموذج حساب في تقارير المختبر للإشارة إلى كيفية القيام بذلك.

تأثيرات تركيز الانزيم على معدلات التفاعل.

1. & # 9A مؤامرة الامتصاصية عند 405 نانومتر (المحور الصادي) مقابل الوقت. ارسم بيانات التفاعلات التي تمت عند كل تركيز إنزيم على نفس الرسم البياني. أوجد سرعات التفاعل بقياس المنحدرات الأولية للخطوط. احتواء البيانات في المنطقة الخطية باستخدام الانحدار الخطي لحساب المنحدر. لاحظ أن سرعة التفاعل تساوي التغير في الامتصاص مقسومًا على التغير في الزمن (& # 8710A / & # 8710t) لأن الامتصاص يتناسب طرديًا مع تركيز المنتج. معامل الانقراض لـ p-nitrophenolate عند 405 نانومتر هو 18.8 × 10 3 م -1 سم -1.

2. & # 9 قم بعمل مخطط لنتائج المؤامرة رقم 1 عن طريق رسم سرعة التفاعل (المحور ص) مقابل تركيز الإنزيم.

آثار تركيز الركيزة على معدلات التفاعل.

3. & # 9: قم بتخطيط الامتصاص عند 405 نانومتر (المحور الصادي) مقابل الوقت لتفاعلات الإنزيم المحفزة عند كل تركيز ركيزة. يمكنك وضع جميع المؤامرات على نفس الرسم البياني ما لم يكن رسم جميع المخططات الست على نفس الرسم البياني يجعل من الصعب رؤية المخططات الفردية بوضوح. في هذه الحالة ، قد ترغب في عمل رسمين بيانيين بمخططات لثلاثة تركيزات مختلفة من الركيزة. حدد سرعات تفاعل الإنزيم المحفز لكل تركيز من الركيزة كما فعلت في المؤامرة رقم 1.

4. & # 9 سرعة القطعة (المحور ص) مقابل تركيز الركيزة. لا تنس الإشارة إلى السرعة في حالة عدم وجود ركيزة. وضح مكان وجود V max و K m في هذه القطعة.

5. & # 9 قم بعمل مخطط Lineweaver-Burk باستخدام السرعات التي حددتها في القطعة 3 وتركيزات الركيزة. استخدم هذا الرسم البياني لحساب قيم V max و K m. حدد المعادلات التي استخدمتها لإنشاء مخطط Lineweaver-Burke الخاص بك ولحساب V max و K m من هذه المؤامرة. اعرض نموذجًا حسابيًا.

تأثيرات المثبط على معدلات تفاعل الإنزيم المحفز.

6. & # 9: قم بتخطيط الامتصاص عند 405 نانومتر (المحور الصادي) مقابل الوقت للتفاعلات المحفزة بالإنزيم في وجود Na 2 HPO 4 في كل تركيز ركيزة. يمكنك وضع جميع المؤامرات على نفس الرسم البياني ما لم يكن رسم جميع المؤامرات الست على نفس الرسم البياني يجعل من الصعب رؤية المخططات الفردية بوضوح. في هذه الحالة ، قد ترغب في عمل رسمين بيانيين بمخططات لثلاثة تركيزات مختلفة من الركيزة. حدد سرعات تفاعل الإنزيم المحفز لكل تركيز من الركيزة كما فعلت في المؤامرة رقم 1.

7. & # 9 سرعة القطعة (المحور الصادي) مقابل تركيز الركيزة للتفاعلات المحفزة بالإنزيم في وجود المثبط (Na 2 HPO 4). في هذه المؤامرة نفسها ، ارسم السرعة مقابل تركيز الركيزة للتفاعلات مع عدم وجود مثبط (بيانات من قطعة الأرض رقم 4 أعلاه). لا تنس الإشارة إلى السرعة في حالة عدم وجود ركيزة. وضح مكان وجود V max و K m في هذه القطعة.

8. & # 9 قم بعمل مخطط Lineweaver-Burk باستخدام السرعات التي حددتها في القطعة 6 وتركيزات الركيزة للتفاعلات في وجود المانع (Na 2 HPO 4). ارسم أيضًا بيانات من قطعة الأرض رقم 5 للتفاعلات التي لا تحتوي على مثبط. استخدم هذا الرسم البياني لحساب قيم V max و K m. استخدم هذه المؤامرة لتحديد نوع التثبيط الذي يعرضه Na 2 HPO 4. ناقش كيف توصلت إلى هذا الاستنتاج. إذا كان Na 2 HPO 4 يعمل كمثبط تنافسي ، فاستخدم بياناتك لتحديد قيمة K i.

1. & # 9 كيف تتغير سرعة التفاعل كدالة لتركيز الإنزيم؟ هل ضعف تركيز الإنزيم يعطي ضعف السرعة؟

2. & # 9 هل تتغير سرعة رد الفعل مع مرور الوقت؟ إذا كان الأمر كذلك لماذا؟

3. & # 9 نظرا لرد الفعل التالي

& # 9 والمعادلة التالية للسرعة الابتدائية للتفاعل:

& # 9 (k cat هو معدل ثابت للتفاعل الذي يشكل المنتج من المركب ES) ، اشرح بكلمات لماذا السرعة تتناسب طرديًا مع كمية الإنزيم المضافة في وجود مستويات ركيزة مشبعة.

4. & # 9 لماذا K م رقم مهم؟

& # 9 أ) ما هي سرعة التفاعل عند [S] = K · m؟

& # 9 ب) ما هو جانب التفاعل الإنزيمي (الارتباط أو تكوين المنتج) الذي ترتبط به K m أكثر وتحت أي ظروف ستقيس K m ارتباط الركيزة

& # 9c) ما هي خطوة تحديد المعدل في تفاعل الإنزيم عندما يكون [S] أقل بكثير من K · m وعندما يكون [S] أكبر بكثير من K · m. اشرح أسبابك.


شاهد الفيديو: معمل العلوم #7 أثر سطح التفاعلات على سرعة التفاعل 3ع (شهر نوفمبر 2022).