Бионеорганическая химия. Особенности биохимический процессов. (Лекция 1)

Неорганическая биохимия (в 2 томах)
Ред. Эйхгорн Гюнтер, 1978
Основы химии живого
Слесарев В.И., 2000
Биометаллоорганическая химия
Ред. Жерар Жауен, 2010
Бионеорганическая химия
http://vk.com/club66508377
Вместо предисловия

Что такое бионеорганическая химия
Биохимия + неорганическая химия?
Бионеорганическая
химия
Неорганическая
химия
Физическая
химия
Биохимия
Органическая
химия
Молекулярная
биология
Медицинская
химия
Биомиметический катализ
Химия окружающей среды
Бионеорганическая химия - междисциплинарная химическая наука, задачей
которой является изучение роли химических элементов и их неорганических соединений в разнообразных процессах жизни.

Что такое бионеорганическая химия
Задачи бионеорганической химии
Изучение роли металлов и их соединений в живых организмах
и окружающей среде
Изучение реакционной способности ионов металлов и их соединений
по отношению к биологическим субстратам
Моделирование металл-содержащих ферментов (металлопротеинов)
и процессов с их участием
Направленный синтез биологически активных соединений металлов
Создание фармакологических препаратов и биоматериалов

Биоэнергетика
Организм – открытая система
Δm≠0 ΔE≠0
Процессы в организме
изобарные р = const
изотермические T = const
Синтез метаболитов (химическая работа)
Сокращение мышц (механическая работа)
Перенос веществ через мембраны
против градиента концентрации
(активный транспорт)
Передача информации (нервные импульсы)
ΔG > 0!
эндэргонические реакции
Выход: энергетическое сопряжение биохимических реакций

Биоэнергетика
Принцип энергетического сопряжения
«Источники» энергии
АТФ
креатинфосфат
фосфоенолпируват

Биоэнергетика
Химическое равновесие и стационарное состояние
ΔG = 0
Химическое равновесие
Процессы не протекают
Джозайя Гиббс
(Gibbs)
«Transactions of the Connecticut Academy of Sciences»
Якоб Вант-Гофф
(van't Hoff)
Нобелевская премия по химии, 1901
Изотерма Вант-Гоффа

Биоэнергетика
│ΔGi │ ≤ 10 кДж
Биохимические процессы – обратимы!
Стационарное состояние – v (ввода m, E) = v (вывода m, E)
постоянство термодинамических величин,
но их значения неравновесны
Сопряженные процессы

Биоэнергетика
Теорема Пригожина (1947) – стационарному состоянию системы в условиях, препятствующих достижению равновесия, соответствует минимальное значение энтропии
Нобелевская премия по химии, 1977
Гомеостаз – относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды организма, обуславливающее устойчивость его физиологических функций
Пригожин И. Р.

Ферментативный катализ
Активный центр
Аллостерический центр
Кофактор
Простетическая
группа
Кофермент
Строение фермента (энзима)
Белковая молекула
Изоферменты – энзимы, катализирующие одну и туже реакцию в разных тканях, имеют отличия в составе белкового компонента

Ферментативный катализ
Особенности ферментативного катализа
Размер. М(фермента) = 105÷107 г/моль → коллоидные системы, микрогетерогенность
Высокая каталитическая эффективность. Скорость процессов возрастает в ~1010
Строго определенные условия: pH (изменение конформации, ионизация отдельных групп)
T (изменение конформации, вязкости)
Активаторы ферментов – Mg2+, Zn2+, K+
Ингибиторы ферментов – Pb2+, Cd2+, As3+, белки

Ферментативный катализ
Высокая специфичность
Модель индуцированной приспособляемости
Эмиль Фишер
(Fischer), 1890
Даниел Кошланд
(Koshland), 1958
химотрипсин
Модель «ключ- в-замке»

Ферментативный катализ
Уравнение Михаэлиса-Ментен
Леонор Михаэлис
(Michaelis)
Мод Ментен
(Menten)

Автоколебательные процессы
Автокатализ – самоускорение реакции из-за каталитического действия промежуточного или конечного продукта
Всегда есть автоингибирование!
Б.П. Белоусов
А.М. Жаботинский
Реакция Белоусова-Жаботинского
автокатализ

Реакция Белоусова-Жаботинского
LA + Ce4+ ? ADCA + Ce3+ (медленно)
Сe3+ + BrO3- ? Ce4+ + Br- (оч. медленно, НО
автокатализ!)
Br- + BrO3- ? Br2 (быстро)
Br2 + ADCA ? Br- + другие продукты (быстро)
NB!
Br- ингибирует реакцию (2)
ADCA «нейтрализует» бром