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.