Температура є найважливішим чинником, що впливає каталітичну активність ферментів. Цей вплив дуже складний, що пояснюється цілою низкою причин. Як відомо, при підвищенні температури швидкість хімічних реакцій зростає, оскільки збільшується швидкість руху частинок, що реагують. Це й для ферментативних реакцій, але лише частково (рис. 44). У ході ферментативної реакції з підвищенням температури зростає частота зіткнень молекул ферменту та субстрату один з одним. В результаті збільшується ймовірність утворення фермент-субстратного комплексу та, як наслідок, продуктів реакції, що свідчить про зростання каталітичної активності ферменту. За певної температури, званої оптимальною, активність ферменту досягає свого максимуму. Для більшості ферментів температурний оптимум знаходиться в межах 40-50 ° С, причому для кожного ферменту його величина не є константою. Вона залежить, наприклад, тривалості реакції. При тривалих реакціях оптимальна температура зсувається у бік нижчих значень, і навпаки, при короткострокових реакціях температурний оптимум зсувається у бік вищих температур. При підвищенні температури вище оптимального значення, незважаючи на ще більше збільшення частоти зіткнень молекул Мал. 44. Вплив температури на активність ферменту ферменту та субстрату один з одним починається швидке зниження швидкості ферментативної реакції, а потім спостерігається її повне припинення.Це пояснюється насамперед денатурацією ферментного білка, в результаті якої порушується просторова структурна організація молекул ферменту, внаслідок чого руйнується структура активного центру ферменту. Найбільш чутливими до підвищення температури є водневі зв'язки та гідрофобні взаємодії. Отже, температура впливає як безпосередньо на швидкість ферментативних реакцій, а й у стабільність самих ферментів, що відрізняє їхню відмінність від неорганічних каталізаторів. Іншим фактором, що дуже сильно впливає на каталітичну активність ферментів, є pH середовища. Кожен фермент ефективно працює лише у певному діапазоні значень реакції середовища, всередині якого існує інтервал її оптимальних значень, коли фермент виявляє максимальну активність (рис. 45). До кожного ферменту існує своя область оптимальних значень pH середовища. Так, оптимум дії ферменту пепсину знаходиться при pH 1,5-2,0, солодової амілази - при pH 4,7-5,2, трипсину - при pH 7,5-9,0 (рис. 46). Оптимум pH середовища, як і температурний оптимум, не є константною величиною для дії ферменту і залежить від умов протікання реакції. У міру відхилення pH середовища від оптимальних для дії даного ферменту значень в кислу або лужну сторону його каталітична активність починає швидко слабшати, а потім повністю припиняється. Вплив рН середовища на ферментативну активність обумовлено насамперед іонізацією ферменту. Зміна реакції середовища викликає зміну ступеня дисоціації та протонування раз- Мал. 45.
Вплив pH середовища на активність ферменту Мал. 4Б.Залежність дії різних ферментів від pH середовища особистих хімічних груп молекули ферментного білка і, отже, її сумарного заряду, що спричиняє зміну конформації поліпептидного ланцюга. Це позначається на можливості ферменту приєднувати субстрат. Особливо сильний вплив на цей процес змінює заряд хімічних груп, розташованих в активному центрі ферменту. Таким чином, кожен фермент може існувати в декількох різних іонних форм, переходять один одного при змінах pH середовища. При цьому каталітична активність має лише одна з можливих іонних форм ферменту, оскільки його взаємодія з субстратом може відбуватися лише при якомусь певному стані іонізації ферментного білка. Тому навіть невеликі зрушення реакції середовища у бік від його оптимальних значень викликають уповільнення швидкості ферментативної реакції, оскільки вони призводять до зниження частки каталітично активної форми ферменту. Зміна pH середовища впливає не тільки на з'єднання ферменту з субстратом та утворення комплексу ES, але і на розщеплення цього комплексу на фермент і продукт реакції, яке може відбуватися лише при якомусь певному стані іонізації фермент-субстратного комплексу. Нарешті, при екстремальних значеннях pH середовища може порушуватись стабільність молекул ферменту внаслідок денатурації просторової структурної організації поліпептидних ланцюгів. У разі ферменти повністю втрачають свою каталітичну активність. Тим не менш, існують ферменти, адаптовані до роботи в умовах екстремальних значень реакції середовища. Одним із таких ферментів є пепсин, що зберігає свою структуру в умовах високої кислотності.Як відомо, денатурація білків у умовах викликана безліччю позитивних зарядів з їхньої поверхні, взаємне відштовхування яких призводить до розгортання глобул. З молекулою пепсину цього немає, оскільки у ній майже повністю відсутні хімічні групи, здатні набувати у кислому середовищі позитивний заряд. Таким чином, криві, зображені на рис. 45 і 46 є відображенням складного характеру впливу pH середовища на сукупність факторів, від яких залежить швидкість ферментативної реакції. Текст: М.М. До. Гулів, канд. біол. наук, доц., Таджицький державний медичний університет імені Абуалі ібні Сіно; н. Х. Норкулов, канд. біол. наук, від. наук. співр., до. Партоїв, д-р с.-г. наук, зав. лабораторією генетики та селекції, Інститут ботаніки, фізіології та генетики рослин Національної академії наук (НАН) Таджикистану
Природні стресові фактори, зокрема посуха, висока температура, засолення ґрунту та інші, провокують у клітинах рослин надмірне вироблення активних форм кисню. З цієї причини для регулювання процесу зростання, розвитку та фізіологічної активності, закладеної в генотипі культури, можна використовувати особливості її толерантності до впливу довкілля.
Антиокислювальна система є одним із механізмів захисту рослин від несприятливих факторів, проте різні організми неоднаково реагують на зміни навколишніх умов. Наприклад, при високій температурі коріння може швидко використати весь наявний кисень, що призведе до його нестачі або навіть повної відсутності — аноксії. У свою чергу, цей процес впливає на фізіологію або інколи зумовлює загибель посадок. Для багатьох країн особливе значення має температурний фактор, що насамперед впливає на гомеостаз у клітинах рослин багатьох культур, у тому числі картоплі. Як відомо, оптимальний водний режим створює сприятливі умови для біохімічних реакцій, що забезпечують високу продуктивність рослин. Недостатнє та надмірне зволоження ґрунту негативно позначається на перебігу низки фізіолого-біохімічних процесів. Наприклад, при сильному дефіциті води у ґрунті затримується біосинтез органічних сполук та посилюється гідроліз, внаслідок чого порушуються ростові стадії. У відповідь на водний дефіцит синтезуються білки, що сприяють утриманню внутрішньоклітинної рідини, що беруть участь у трансмембранному перенесенні молекул води, та активуються антиоксидантні системи, що перешкоджають розвитку окислювального стресу. У зв'язку з цим особливої актуальності набуває вивчення фізіологічної адаптивності рослин до природних стресових факторів. Одним з показників біологічної стійкості рослин до умов зовнішнього середовища, що постійно змінюються, є зміна активності антиоксидантних ферментів. Так, під впливом водного стресу відбувається посилене утворення активних форм кисню (АФК) в організмі, зокрема супероксид-радикала (О2–), гідроксил-радикала (ОН–) та перекису водню Н2О2, що стимулюють ферменти. Роль останньої речовини при стресі подвійна. У багатьох випадках воно бере участь у передачах сигналів як вторинний месенджер, що оберігає рослину від стресу, включаючи синтез антиоксидантів. Для захисту від впливу вільних радикалів у клітинах є інші компоненти антиокислювальної системи, що підтримують рівень АФК у тканинах.Найбільш важливими з активних форм кисню є супероксиддисмутази (СОД), які дисмутують із утворенням перекису. При цьому каталаза (КАТ) і пероксидаза (ПЗ) розщеплюють Н2О2 на воду і молекулярний кисень, тоді як ПЗ руйнує Н2О2 шляхом окислення ряду субстратів - фенолів та/або антиоксидантів. З метою вивчення динаміки активності антиоксидантної системи захисту рослин картоплі та форм кисню, що беруть участь у детоксикації, в умовах високої температури та водного дефіциту фахівцями були проведені наукові дослідження. Як їх об'єктів використовувався колекційний матеріал картоплі Інституту ботаніки, фізіології та генетики рослин Академії наук Республіки Таджикистан. Робота здійснювалася за умов Хуросонського району, розташованого на висоті 550 м над рівнем моря, де середньодобова температура повітря під час вегетації становила 27–29ºС. Сортоподібні вирощувалися на основі загальноприйнятої агротехніки. Застосовувалися три сорти - Файзабад, Таджикистан та Нілуфар. У фазі цвітіння аналізувалася активність антиоксидантних ферментів - супероксиддисмутази, каталази та аскорбатпероксидази (АПО). У першому випадку показники визначалися за здатністю СОД інгібувати фотохімічне відновлення нітросиного тетразолію. За одиницю активності приймали кількість ферменту, здатного придушити реакцію відновлення тетразолію на 50%. Для цього отримана оптична щільність максимальної освіти формазану ділилася на два і приймалася за 50% інгібування, або 0,5 одиниці. Розрахунок проводився за формулою: а = 1 – ((Dобр.×0,5) / (Dформазана/2)). Активність СОД вираховувалася згідно з виразом А = (а×V×X) / (m×L).У цьому випадку A була дієвістю ферменту, а відносною одиницею активності відповідно до попередньої формули, V обсягом отриманої витяжки в мілілітрах, X кінцевим розведенням витяжки в кюветі, L товщиною шару в міліметрах, m масою сирої навішування в міліграмах. Активність СОД встановлювалася у грамах сирої маси. Активність каталази визначалася за швидкістю розкладання Н2О2. Для цього порція листя масою 200 мг гомогенізувалася в калійсульфатному буфері об'ємом 2 мл при рН, що дорівнює 6,8 одиниці. Отримана речовина центрифугувалась при 12 тис. об/хв протягом 10 хвилин. Супернатант використовувався як ферментний препарат. До його кількості 0,1 мл додавали 0,9 мл калійфосфатного буфера, після чого реакція запускалася додаванням 100 мкл перекису водню, потім негайно фіксувалися зміни екстинкції при 240 нм через кожні п'ять секунд на спектрофотометрі Ultrospec-II. Як контроль застосовувався калійфосфатний буфер. Активність проби розраховувалася за формулою: A = (Е240 нм×n)/(39,4×m) і виражалася в мМ перекису водню на грам сирої маси за хвилину. Активність аскорбатпероксидази встановлювалася за швидкістю зменшення аскорбату. До 200 мг листя додавали 2 мл 50 мМ калійфосфатного буфера при рН, що дорівнює 7,8 одиниці. Потім 10 хвилин проводилися гомогенізація та центрифугування при 15 тис. об/хв. Супернатант використовувався як ферментний препарат. Реакційна суміш містила 100 мкл ферментного екстракту, 50 мкл аскорбінової кислоти, 50 мкл ЕДТА та 0,8 мл калійфосфатного буфера, а загальний обсяг становив 1 мл. Реакція починалася з додаванням 100 мкл Н2О2, вимірювання здійснювалися за 290 нм на тому ж спектрофотометрі.Контролем були проби без препарату. Активність ферменту розраховувалася за формулою: А = (Е290×V)/(m×2,8) у мМ. В цьому випадку А позначало вміст аскорбату на грам сирої маси рослини в хвилинах, E290 - оптичну щільність розчину, V - обсяг реакційного середовища в мілілітрах, m - масу сирої навішування, а 2,8 - коефіцієнт аскорбату. Крім того, визначався водний дефіцит сортів у листі. Статистична обробка даних проводилася з використанням комп'ютерної програми Microsoft Excel 2007 та Б. А. Доспіхову. Ключовим антиоксидантним ферментом, який бере участь у процесі детоксикації активних форм кисню, є супероксиддисмутаза. Результати дослідження показали, що температура повітря по-різному впливає її активність. Так, високі значення цього показника для СОД спостерігалися у стійкого сорту Таджикистан - 238 мкм/г сирої маси, тоді як у картоплі Файзабад відзначалася середня величина - 137,2 мкм/г. Порівняно низький параметр у цих умовах фіксувався у клону Нілуфар – 34,6 мкм/г. Така залежність від високої температури було зареєстровано в іншого ферменту — каталази. Антиоксидантні ферменти взаємопов'язані, тому активність КАТ та АПО, що беруть участь у перетворенні перекису водню у воду та молекулярний кисень, корелювала з показниками СОД, зайнятою у формуванні Н2О2. При цьому передбачалося, що підвищення дієвості компонентів захисту було обумовлено надмірним накопиченням АФК у клітинах рослин, що перебувають в умовах стресу. Слід зазначити, що активність антиоксидантних ферментів залежала від ступеня схильності до культури негативного впливу.Так, у клітинах більш стійких сортів картоплі при стресовому впливі дані параметри у супероксиддисмутази та каталази виявилися вищими, ніж у не толерантних сортів. Порівняльний аналіз показав, що більша активність каталази спостерігалася у резистентного сорту Таджикистан: за високої температури повітря вона досягала 6,42 ммоль/г сирої маси. У картоплі Файзабад та клону Нілуфар ця величина була набагато нижчою — 4,34 та 3,32 ммоль/г відповідно. Інша закономірність у вивчених зразків спостерігалася для активності аскорбатпероксидази при дії високих температур, що зумовлено генотиповими особливостями. Аналіз результатів дослідження показав, що АПО вносила внесок у репарацію рослин під час окислювального стресу, спровокованого спекою. При цьому зі зростанням температури повітря у стійкого сорту Таджикистан відзначалося зниження активності даного ферменту. У листі картоплі Файзабад дієвість АПО порівняно зі значеннями для інших сортів була максимальною – 4,876 ммоль/г сирої маси. При впливі стресу у клону Нілуфар та сорту Таджикистан спостерігалася низька активність аскорбатпероксидази – 1,035–2,81 ммоль/г. Можливо, у цей період висока температура повітря посилювала синтез de novo інших антиоксидантних ферментів, наприклад ізоформи каталази, що викликало зменшення концентрації перекисів і, отже, захист клітин від окислювального стресу. Вплив підвищених температурних значень, які часто супроводжуються посухою, зумовлював тривалий дефіцит води через недостатнє її надходження з ґрунту. Цей чинник по-різному вплинув на генотипи картоплі.Високі показники нестачі рідини спостерігалися у клону Нілуфар — 25,06%, тоді як у сортів Файзабад та Таджикистан, навпаки, вони були порівняно нижчі — 20,41 та 17,65% відповідно, що свідчило про їхню стійкість до спеки. Таким чином, на основі отриманих у ході досліджень результатів було зроблено висновок, що висока температура повітря збільшує активність усіх трьох антиоксидантних ферментів у вивчених генотипів картоплі – СОД, КАТ та АПО. Відмінності спостерігаються залежно від ступеня сприйнятливості стресу. У стійкого сорту Таджикистан зареєстровані значні показники активності супероксиддисмутази та каталази на тлі низьких цифр для аскорбатпероксидази. Зменшення значень цього ферменту в даному випадку може бути пов'язане з тим, що він високоспецифічний до аскорбату і швидко втрачає активність. Необхідно відзначити, що в стресових умовах стійкість сортів, що вивчаються, була пов'язана з істотною активністю каталази, що брала участь у детоксикації активних форм кисню в клітинах рослин. На основі отриманих наукових результатів можна припускати, що СОД і КАТ у генотипів, що аналізуються, доповнювали один одного в процесі адаптації до негативного зовнішнього впливу. Висока температура повітря як така постає як стресовий чинник і водночас призводить до водного дефіциту, цим негативно впливаючи на активність антиоксидантних ферментів картоплі. Порівняльний аналіз отриманих даних показав, що при збільшеній дієвості таких ферментів рослин цієї культури спостерігався невисокий недолік рідини. Навпаки, за низьких параметрів відзначалося зростання рівня нестачі води.Таким чином, активність СОД, КАТ та АПО сприяла посиленню адаптивної реакції в умовах стресового впливу та стійкості генотипів картоплі до проявів жаркого клімату. Традиційно перекис водню застосовують зовні як антисептичний засіб. Препарат посилює тромбоутворення, зупиняє дрібні капілярні кровотечі. Лікар медичних наук, професор І.П. Неумивакін пропонує методики, як приймати препарат внутрішньо. Авторитетний лікар, тісно пов'язаний із космічною медициною, стверджує, що препарат надає всебічну дію на організм. Провівши низку експериментів та випробувавши речовину на собі, Іван Павлович зробив висновки про профілактичні властивості препарату та пояснює, навіщо його метод варто використовувати в медицині. Лікування по Неумивакіну застосовують при патологіях серцево-судинної, травної систем, хворобах органів дихання для зміцнення імунітету. На думку професора, лікувальні властивості H2O2 (Перекису водню) унікальні. Препарат відновлює баланс між біоенергетичним полем та фізіологічним станом людини, лікує хвороби внутрішніх органів. Користь перекису водню для організму людини: Така широка дія обумовлена тим, що препарат забезпечує організм додатковим киснем, покращуючи всі фізіологічні процеси. Список патологій, при яких H2O2 корисна і ефективна, широка. Лікар І. П. Неумивакін пропонує кілька варіантів застосування препарату. Основа будь-якого лікування – прийом всередину. В інструкції із застосування, згідно з Неумивакіном, перекис рекомендують у лікувальних цілях приймати як питво, у вигляді ін'єкцій, зовнішньо (ванни, примочки, компреси), для клізм, спринцювання. Використовують лише 3% розчин H2O2. Пити препарат з водою призначають за різних хвороб. Важливо дотримуватися точного дозування. Схема прийому: 1-й прийом – 1 крапля на 1 ст. води при великій вазі пацієнта показані 2 краплі на 2 ст.л. води. Вживати 2-3 рази на добу. Щоденно дозу необхідно збільшувати на 1 краплю. Поступово довести одноразовий прийом до 10 кап. Максимально допустимий добовий обсяг ліків становить 30 кап. Як правильно пити: вода з перекисом водню призначається з ранку натще і протягом усього дня виключно на порожній шлунок. Після їди має пройти дві години. При взаємодії із продуктами препарат втрачає свої лікувальні властивості. Після вживання розчину можна їсти через 40-60 хвилин. Рекомендації для застосування з лікувальною метою: правильно пити препарат курсами по 10 днів, потім зробити перерву 5 днів. Наступний курс слід починати відразу з дозування 10 кап. Категорично не можна перевищувати запропоновану дозу, оскільки це викликає хімічні опіки слизових оболонок верхніх відділів ШКТ. Показання для застосування: очищення товстого кишечника при бродильній та гнильній диспепсії, геморой. Спосіб приготування: 20-30 крапель на склянку води. Якщо клізма очищувальна, температура розчину не повинна перевищувати 25 °C, якщо лікувальна (для зняття запалення гемороїдальних вузлів), вода повинна бути тепла, 32-34 °C. Обсяг порції клізми з H2O2 водню для чищення кишечника трохи більше 1 літра. У терапевтичних цілях клізму ставиться на ніч, об'єм рідини, що вводиться 60-100 мл.Бажано, щоб розчин залишався у кишечнику до ранкового акта дефекації. Курс лікування 3-5 днів. Дія розчину: розм'якшує кал, сприяє м'якому та безболісному спорожненню кишечника, попереджає травматизацію слизової під час акту дефекації, зупиняє кровотечу з вузлів, знезаражує та перешкоджає приєднанню інфекції, знімає біль, свербіж та подразнення. Пропорції клізми для чищення кишечника повинні суворо дотримуватися, щоб уникнути ускладнень. Перекис водню призначають як внутрішньовенних ін'єкцій. Цей метод незамінний, коли потрібно надати термінову допомогу пацієнтові. Потрапляючи в кров, миттєво насичує її киснем, що є поштовхом для нормалізації роботи внутрішніх органів. Використовують розчин, виготовлений з NaCl 0,9% і перекису водню 3%. Спосіб застосування: 1-а ін'єкція - 20 мл фізрозчину на 0,3-0,4 мл перекису. Весь обсяг вводиться внутрішньовенно повільно протягом 3 хвилин. Це період, протягом якого організм повинен пристосуватися до атомарного кисню у високих дозах. Поступово частку H2O2 потрібно збільшувати на 0,1 мл щодня і довести до 1 мл. Метод застосовують при патології серця, нервової системи. Використання препарату для водолікування надає розслаблюючу дію на нервову та судинну системи, знімає спазм гладкої мускулатури органів травлення. Кисневі ванни корисні при ураженнях шкіри, підвищеному тиску, захворювання суглобів. Позитивно впливають психологічний стан пацієнтів. Ванна з перекисом по Неумивакіну готується за кількома рецептами: Рецепт №1. На одну ванну взяти 5-15 флаконів H2O2 об'ємом 100 мл, розбавити у теплій воді (температура не вище 38 °C). Тривалість ванни 15-20 хвилин. Рецепт №2 (з масажним ефектом). Склад: харчова сода (100 г), сульфат міді або мідний купорос (2,5 г), 30% розчин H2O2 (200мл). Усі складові перемішати у ванній до розчинення і дати настоятися протягом 10 хв. Ванна готова, температура води 38 ° C, скільки приймати ванну, потрібно визначати за самопочуттям, але не більше 20 хв. Використовують розчин з метою знезараження після незахищеного статевого акту, при запальних процесах у піхву, для лікування грибкових уражень слизової оболонки. Спосіб прийому: на 300-400 мл теплої води взяти 50 мл H2O2, ретельно змішати. Спринцювання проводити двічі, вранці та ввечері, курс лікування – тиждень, при необхідності терапію продовжують до 10 днів. Процедура відновлює pH піхви, запобігає розвитку кольпіту. Усі процедури виконуються виключно після консультації спеціаліста! Як пити перекис водню по Неумивакіну, а також використовувати розчин для полоскань, примочок у побуті при поширених хворобах: Препарат призначають внутрішньо у профілактичних цілях для очищення печінки та кишечника від шлаків, а судин від бляшок холестерину. Водний розчин п'ють для виведення токсинів, посилення обміну клітин. Застосування перекису водню по Неумивакіну може приносити як користь, а й шкода. Це відбувається в тому випадку, коли грубо порушуються дозування, час та кількість прийомів. Суперечливі відомості щодо прийому розчину при вагітності. Лікарі не рекомендують приймати перекис водню внутрішньо, тому дія препарату на плід не вивчена, можливі незворотні побічні реакції.З огляду на властивості ліки, зовнішнє застосування дозволено, крім теплих ванн. Не можна застосовувати перекис по Неумивакіну пацієнтам, які перенесли трансплантацію внутрішніх органів, щоб не викликати відторгнення тканини. Водний розчин перекису не є альтернативою основної терапії, хоча й допомагає вилікувати багато недуг. Його можна поєднувати з багатьма методиками, тим самим посилюючи лікувальний ефект фармакологічних препаратів.Вплив температури та pH середовища на активність ферментів
Активність ферментів - фактор успішного обробітку картоплі
ВАЖЛИВІ КОМПОНЕНТИ
ДОСВІДІ З РЕЧОВИНАМИ
ХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ
ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ
ЗАХИСТ КЛІТИН
ВЗАЄМОДІЯ В ПРОЦЕСІ
Як приймати перекис водню внутрішньо по Неумивакіну: схема лікування
Як перекис впливає на організм людини
У яких випадках показано лікування по Неумивакіну
Методики застосування перекису водню
Прийом усередину
Клізма
Ін'єкції
Ванни
Спринцювання
Самостійне лікування найпоширеніших захворювань
Протипоказання