ПРИМЕНЕНИЕ ТРИАДЫ ХИГГИНСА ДЛЯ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ

Ковалева Т. А., Бирюк Н. Д.
Воронежский госуниверситет, кафедра биофизики и биотехнологии, 394693 Воронеж
Исследование условий незатухающих колебаний в системе ферментативного катализа показало, что в число обязательных требований включаются изменение концентраций промежуточных продуктов и способность при определенной концентрации подавлять или активизировать биохимический процесс. Изучение кинетико-термодинамических аспектов реакции гидролиза крахмала, осуществляемой a-1,4-глюкангидролазой позволило установить, что она характеризуется субстратным ингибированием и изменением концентрации фермент-субстратного комплекса, и обеспечивает физическое ограничение реакции гидролиза полисахарида. Поэтому триада Хиггинса, являющаяся необходимым условием появления автоколебаний в биохимических процессах, применима для реакций гидролиза высокомолекулярных субстратов, которые осуществляются амилолитическими ферментами. Очень важным критерием автоколебательного процесса является перекрестное взаимодействие, когда субстрат накопления - продукт, а конечные продукты реакции гидролиза природных полисахаридов стимулируют накопление субстрата. Для повышения эффективности триады Хиггинса при качественной оценке протекания реакций гидролиза полисахаридов можно использовать аналогию с радиоэлектронными автогенераторами. Целесообразно применение мультивибраторов, простых и универсальных релаксационных генераторов, удобных для моделирования разнообразных автоколебательных процессов. В схеме мультивибратора анод первой лампы соединен через разделительный конденсатор с сеткой второй лампы, а анод второй - с сеткой первой лампы. Если анодные и сеточные сопротивления достаточно велики, так что усиление каждой из ламп превышает определенную величину, то мультивибратор не может находиться в статическом режиме. В этом случае неизбежно возникновение автоколебаний. Представим, что субстрату (А) соответствует напряжение сетки первой лампы, а конечному продукту (В) - второй лампы. Усиление каждой из ламп, превышающее пороговую величину аналогично увеличению концентрации промежуточных продуктов ферментативного катализа реакции гидролиза крахмала, обеспечивающих автоколебательный процесс. Причем колебания мультивибратора нетрудно визуализировать с помощью осциллографа и иметь наглядное представление о протекании ферментативной реакции. Таким образом, применение радиоэлектронных автогенераторов релаксационного типа позволяет повысить эффективность триады Хиггинса при оценке автоколебаний реакции гидролиза крахмала, осуществляемой a-1,4-глюкангидролазой. Используя теорию многофазных мультивибраторов можно моделировать и визуализировать многокомпонентные ферментативные процессы.