Введение к работе
Актуальность проблемы
В клетке химические реакции выполняют бесчисленное множество разных задач. Производство энергии, синтез всех без исключения клеточных структур, выполнение большинства физиологических функций — все связано с разнообразными химическими, а точнее с биохимическими, реакциями. Каждую биохимическую реакцию катализирует специальный фермент. Ферментов в клетке — многие сотни. Все ферментативные реакции протекают контролируемым образом. Скорость каждой реакции управляется в строгом соответствии с выполняемой ферментом задачей. Это управление осуществляется разными молекулами, взаимодействующими с ферментом и меняющими его состояние. Выяснение закономерностей такой регуляции является предметом ферментативной кинетики. Знание того, каковы кинетические свойства каждого фермента, абсолютно необходимо для понимания функциональных возможностей отдельных внутриклеточных подсистем и клетки в целом.
Важную роль в ферментативной кинетике играет ее теоретическая основа —
формальный аппарат, применяемый для описания механизмов ферментативных
реакций. Огромное разнообразие молекулярных и внутримолекулярных
механизмов, которые описывают протекание ферментативных реакций,
и в сотни раз большее количество таких реакций диктуют создание
унифицированных способов анализа и применения однотипных реакций
и механизмов. Назрела необходимость классификации реакций
и математического их описания в виде формул, применимых в готовом виде, и систематизация таких реакций и формул. В основу такой классификации может быть положен анализ взаимодействия ферментов с субстратами и другими эффекторами. Для каждого конкретного способа молекулярных взаимодействий может быть выведена формула, которая описывает кинетику любой реакции, протекающей в соответствии с данной схемой превращений.
Сегодня биоинформатика ставит задачи создания «электронной клетки» — компьютерной модели целостной функционирующей биологической клетки. В этой сверхсложной проблеме роль ферментативной кинетики является одной из ключевых. Информация об отдельных реакциях является базовой для таких работ, и спрос на такую информацию быстро растет. Если раньше изучением одного фермента занимались многие лаборатории в течение многих лет, то теперь речь идет об одновременном изучении сотен и тысяч ферментов. И для каждого из них необходимо описание кинетики.
Цель и задачи работы
Цели данной работы состояли в исследовании и анализе механизмов наиболее распространенных ферментативных реакций и в систематизации и классификации этих механизмов с единых позиций.
В соответствии с целями работы были поставлены следующие задачи.
Провести теоретическое исследование кинетики ферментативных реакций, представленных в литературе.
Провести анализ и с единых позиций описать существующие механизмы этих реакций,
Для каждого из механизмов вывести уравнение стационарной скорости реакции.
На основе полученных данных систематизировать и классифицировать механизмы рассмотренных реакций.
Научная новизна
Проанализированы и с единых позиций систематизированы и классифицированы 50 механизмов ферментативных реакций, наиболее часто встречающихся в биохимии Для большинства из них впервые выведены математические формулы, описывающие кинетическое поведение реакции в зависимости от концентраций субстратов и продуктов этих реакций
Практическая ценность
Эта работа должна быть интересна всем, кто занимается исследованием кинетики конкретных ферментативных реакций В ней определена практическая возможность изучения функционирования метаболических, или полиферментных, систем с помощью приведенной систематики кинетических механизмов.
Представленные данные могут быть применены для экспериментальных и теоретических исследований в области энзимологии, биохимии и других науках, изучающих механизмы действия ферментов. Использование полученных данных существенно облегчит идентификацию механизма и кинетических параметров ферментативной реакции.
Результаты работы могут быть полезны в качестве учебного пособия для студентов, специализирующихся в математическом моделировании в медико-биологических направлениях.
Апробация работы и публикации
Результаты диссертационной работы докладывались на Городской научной конференции молодых ученых (Пущино, Московской области, 15-17 мая 1996 г), международном симпозиуме «Power-Law Modelling of Biological Systems» (Оэраш, Португалия, 4-7 октября 1998 г), международной конференции «Theory and Mathematics in Biology and Medicine» (Амстердам, Голландия, 29 июня - 3 июля 1999 г). На основе положений диссертации была издана монография «Ферментативная кинетика: справочник по механизмам реакций».
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, список которых помещен в конце автореферата.
Стотстура диссертационной работы'
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения полученных результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Объем рукописи составляет 118 страниц, содержит 32 рисунка и \_ таблицу.
