- Артикул:00-01049802
- Автор: С.Д. Варфоломеев, К.Г. Гуревич
- ISBN: 5-8183-0050-1
- Тираж: 5000 экз.
- Обложка: Твердая обложка
- Издательство: Гранд-Фаир (все книги издательства)
- Город: Москва
- Страниц: 720
- Формат: 60х90 1/16
- Год: 1999
- Вес: 973 г
- Серия: Учебное пособие для ВУЗов (все книги серии)
Развернуть ▼
В книге анализируются вопросы, связанные с применением математических моделей для описания развития биологических процессов во времени. Рассматриваются основы химической кинетики, ферментативного катализа, молекулярной рецепции, фармакокинетики и клеточного роста. Обсуждаются аспекты прикладного и теоретического характера. Основные теоретические положения проиллюстрированы примерами.
Книга рассчитана на студентов, аспирантов и специалистов в области химии, физико-химической биологии и медицины.
Содержание
Предисловие
Глава 1. Введение в химическую кинетику
§ 1.1. Кинетический эксперимент
История химической кинетики. Современные представления о механизме химической реакции. Биокинетика. Кинетический эксперимент. Параметры кинетического эксперимента. Кинетические кривые. Основные участки кинетических кривых. Интегральные и дифференциальные кинетические кривые. Скорость химической реакции. Закон действующих масс. Константа скорости химической реакции. Порядок химической реакции. Обратимые химические реакции.
§ 1.2. Определение константы скорости и порядка реакции
Универсальный метод определения порядка и константы скорости химической реакции. Определение порядка реакции по начальным скоростям. Определение константы скорости реакции первого порядка. Время полупревращения. Определение константы скорости произвольного порядка. Метод Гуттенгейма. Определение порядка обратимых реакций. Заключение.
§ 1.3. Кинетика сложных реакций
Кинетика последовательных реакций. Кинетика параллельных реакций.
§ 1.4. Влияние различных факторов на скорость химической реакции
Влияние температуры на скорость химических реакций. Зависимость константы скорости химической реакции от температуры. Теория абсолютных скоростей реакции. Определение термодинамических параметров переходного состояния. Изокинетические зависимости. Влияние pH на скорость химических реакций. Определение параметров pH-зависимостей.
§ 1.5. Регистрация, ошибки и первичная обработка данных в кинетическом эксперименте
Основные виды ошибок кинетического эксперимента. Непрерывные и дискретные кинетические кривые. Применение вычислительной техники в кинетическом эксперименте.
§ 1.6. Краткое содержание главы
§ 1.7. Логика кинетического исследования
Экспериментальное изучение. Кинетические модели (кинетические схемы). Дискриминация моделей и сопоставление с экспериментальными данными. Определение численных значений параметров кинетической модели. Молекулярная модель.
Глава 2. Ферментативный катализ
§ 2.1. Кинетические схемы и механизм ферментативной реакции
Фермент-субстратный комплекс. Последовательный и параллельный маршрут реакции. Возможно ли различить эти схемы?. Насколько схема Михаэлиса единственна? Определение параметров Vm и Km из экспериментальных данных. Метод графов при анализе кинетических схем. Определение концентраций активных центров. Скоростьопределяющие стадии
§ 2.2. Типичные зависимости начальной стационарной скорости реакции от концентрации субстрата
Ингибирование и активация избытком субстрата. Кривые с максимумом. Разностный метод определения параметров Km и KSi. Аллостерические эффекты. Уравнение Хилла. Модель Моно-Уаймена-Шанжё.
§ 2.3. Многосубстратные реакции
Механизм образования тройного комплекса. Необратимая стадия между реакциями взаимодействия с субстратами (пинг-понг-механизм). Сравнение механизма образования тройного комплекса и пинг-понг-механизма. Основные схемы многосубстратных реакций. Заключение. Дискриминация механизмов многосубстратных реакций.
§ 2.4. Нестационарная кинетика ферментативных реакций. Лабильные промежуточные соединения в механизме катализа. Методы «быстрой» кинетики
Ацилферменты в механизме катализа сериновыми протеазами. Определение кинетических параметров. Структура и реакционная способность ацилферментных производных а-химотрипсина. Молекулярная модель катализа а-химотрипсином. Предстационарная кинетика многостадийной ферментативной реакции. Экспериментальные методы исследования нестационарной кинетики. Нестационарная кинетика ферментативных реакций при переменной концентрации субстрата. Кинетические закономерности реакции с участием одного промежуточного соединения. Каталаза и пероксидаза.
§ 2.5. Релаксационная кинетика ферментативных реакций
«Химическая релаксация» при комплексообразовании фермента с субстратом или эффектором. Кинетика комплексообразования с одним промежуточным соединением. Релаксационная кинетика многостадийной фермент-субстратной реакции. Экспериментальные методы исследования релаксационной кинетики. Аспартатаминотрансфераза, рибонуклеаза.
§ 2.6. Влияние температуры и pH на скорость ферментативных реакций
Влияние температуры на скорость ферментативных реакций. Зависимость кинетических и равновесных параметров ферментативных реакций от температуры. Изучение термодинамики конформационных изменений активных центров ферментов. Влияние pH на скорость ферментативных реакций. pH-зависимость двусубстратной ферментативной реакции. Определение параметров pH-зависимости ферментативной реакции в случае ионизации субстрата.
§ 2.7. Ингибирование ферментативных реакций
Необратимое ингибирование. Аспирин - медленный необратимый ингибитор (инактиватор) PGH-синтетазы. Обратимое ингибирование. Индометацин и вольтарен - медленные, обратимые ингибиторы PGH- синтетазы. Обратимое ингибирование односубстратных реакций. Бруфен, напроксен, бутадион, анальгин - быстрые, обратимые ингибиторы PGH-синтетазы. Обратимое ингибирование многосубстратных ферментативных реакций. Нестероидные противовоспалительные препараты - конкурентные вытеснители арахидоновой кислоты из активного центра PGH-синтетазы. Классификация нестероидных противовоспалительных соединений - ингибиторов PGH-синтетазы. Двухкомпонентное ингибирование. Взаимозависимые и взаимонезависимые ингибиторы. Двухкомпонентное ингибирование для случая одновременного влияния обратимого и необратимого ингибитора. Двухкомпонентное ингибирование - инактивация в открытой системе, в режиме «расхода» ингибитора и инактиватора.
§ 2.8. Инактивация ферментов
Схемы инактивации, описываемые экспоненциальной функцией. pH-зависимость инактивации. Схемы инактивации, описываемые суммой двух экспонент. Диссоциативный механизм инактивации ферментов. Инактивация фермента в процессе реакции. Кинетическое описание и дискриминация механизмов. Мономолекулярная инактивация свободной формы фермента. Мономолекулярная инактивация фермента, протекающая через фермент-субстратный комплекс. Бимолекулярная инактивация при взаимодействии фермента с субстратом. Бимолекулярная инактивация при взаимодействии фермента с продуктом реакции. Дискриминация механизмов инактивации и определение кинетических характеристик реакции. Кинетика и механизм инактивации эндопероксидпростагландинсинтетазы - лимитирующего фермента синтеза простагландинов. Регуляторная роль инактивации фермента в процессе реакции. Инактивация ферментных систем.
§ 2.9. Полиферментные системы.
Сопряженные ферментные реакции
§ 2.10. Кинетика действия ферментов в открытых системах
Основные принципы описания кинетики каталитических реакций в открытых по субстрату системах. Реактор идеального вытеснения. Проточный реактор с перемешиванием. Кинетические закономерности в нестационарных режимах. Импульсное введение субстрата. Кинетические закономерности при непрерывной подаче субстрата. Стационарная кинетика. Осложняющие эффекты. Сравнение эффективности действия проточных реакторов. Регуляция полиферментных открытых систем. Конкурентный и неконкурентный ингибиторы. Ингибирование продуктом (317). Кинетические закономерности регуляции фермента в открытой системе с субстратзависимой инактивацией в процессе реакции. Системы с субстратнезависимым линейным оттоком фермента. Системы с субстратзависимым оттоком фермента (субстратиндуцируемая инактивация фермента в процессе реакции).
§ 2.11. Краткое содержание главы
Глава 3. Молекулярная рецепция
Глава 3. Молекулярная рецепция
§ 3.1. Основные понятия
История развития представлений о механизмах действия лекарственных веществ. Современные представления о механизме лиганд-рецепторного взаимодействия. Химическое строение рецепторов и лигандов. Агонисты и антагонисты. Принцип структурной комплиментарности. Механизм лиганд-рецепторного взаимодействия. Определение кинетических параметров связывания лигандов с рецепторами. Кинетика диссоциации лиганд-рецепторных комплексов. Определение концентрации рецепторов и их аффинности.
§ 3.2. Молекулярные механизмы проведения и усиления рецепторного сигнала
Основные теории рецепции. Вторичные мессенджеры. Классификация рецепторов по их сопряжению со вторичными мессенджерами. Строение и функционирование G-белок сопряженных рецепторов. Механизмы проведения и усиления рецепторного сигнала. Инактавация рецепторного сигнала. Основные свойства рецепторных систем проведения и усиления сигнала.
§ 3.3. Дискриминация моделей и определение параметров рецепторного связывания
Взаимодействие соизмеримых концентраций лиганда и рецептора. Концентрация лиганда много меньше концентрации рецепторов. Изменение суммарной концентрации лиганда или рецептора. Дискриминация процессов изменения концентрации лиганда и рецептора. Диффузия лиганда. Кинетика ассоциации лиганда с рецептором при наличии нескольких нескольких связывающих мест. Связывание нескольких молекул лиганда с одной молекулой рецептора. Кооперативное лиганд-рецепторное взаимодействие. Дискриминация моделей рецепторного связывания. Метод преобразования координат Хилла. Метод преобразования координат Бьеррума. Заключение.
§ 3.4. Взаимодействие нескольких лигандов с одним центром связывания
Неконкурентное связывание лигандов. Метод двойных обратных координат . Бесконкурентное связывание лигандов. Антагонизм. Конкурентное связывание лигандов. Конкурентное связывание лигандов. Кинетика процесса образования. Время установления равновесия в системе в случае конкуренции двух лигандов за один тип рецепторов. Равновесное связывание в случае конкуренции двух лигандов за один тип рецепторов. Определение кинетических констант конкурентными методами. Определение равновесных констант конкурентными методами. Конкурентные методы анализа. Чувствительность конкурентных методов анализа. Специфичность и кросс-реактивность при конкурентном анализе.
§ 3.5. Влияние различных факторов на связывание лигандов с рецепторами
Влияние ионов металлов на рецепторное связывание. Влияние ионов щелочно-земельных и переходных металлов на рецепцию [D-Ala-2,0-Leu-5]-энкефалина. Определение механизма влияния ионов металлов на процессы комплексообразования [D-Ala-2,0-Leu-5]-энкефалина с рецепторами. Влияние pH на параметры рецепторного связывания. Механизм влияния ионов металлов на процесс комплексообразования [D-Ala-2,0-Leu-5]-энкефалина с ?-опиоидными рецепторами. Механизм влияния ионов металлов на процесс взаимодействия [D-Ala-2, D-Leu-5]-энкефалина с ?-опиоидными рецепторами. Ионы цинка как ингибиторы связывания [D-Ala-2,D-Leu-5]-энкефалина с ?-опиоидными рецепторами. Механизм регуляции двух- и трехвалентными ионами металлов связывания морфина с опиоидными рецепторами . О природе катионсвязываюхцих групп опиоидных рецепторов. Влияние температуры на лиганд-рецепторное взаимодействие. Зависимость свойств рецепторов от температуры.
§ 3.6. Радиорецепторный метод
История развития радиорецепторного метода. Основные преимущества и недостатки радиорецепторного метода. Принцип радиорецепторного метода. Схема радиорецепторного метода. Закономерности влияния неспецифического связывания на специфическое. Некоторые предварительные замечания. Радиорецепторный метод. Количественный анализ. Чувствительность радиорецепторного анализа. Радиорецепторный метод. Качественный анализ. Использование лиофилизированных мембран в радиорецепторном анализе опиоидных пептидов. Радиорецепторный метод. Практические вопросы и ответы.
§ 3.7. Применение метода имитационного моделирования для определения концентрации рецепторов и их аффинности
Взаимодействие одного лиганда с N местами связывания. Метод имитационного моделирования.
§ 3.8. Краткое содержание главы
Критерии выбора модели лиганд-рецепторного взаимодействия. Основные методы преобразования координат.
§ 3.9. Вероятностное описание системы «лиганд-рецептор»
Вероятностное описание кинетики диссоциации лиганд-рецепторных комплексов. Кинетика ассоциации.
§ 3.10. Феномен колебаний рецепторного связывания Модель вынужденных колебаний рецепторного связывания.
Глава 4. Введение в фармакокинетику
§ 4.1. Математические модели фармакокинетики
Фармакокинетика. История фармакокинетики. Основные понятия фармакокинетики. Однокамерные фармакокинетические модели. Время полувыведения лекарственного вещества. Однокамерные фармакокинетические модели с всасыванием. Двухкамерные фармакокинетические модели. Двухкамерные фармакокинетические модели с всасыванием. Нелинейные фармакокинетические модели. Перфузионные фармакокинетические модели.
§ 4.2. Фармакокинетическая оптимизация лечения
Основные задачи фармакокинетической оптимизации лечения. Определение индивидуальных фармакокинетических параметров. Фармакокинетическая оптимизация лечения.
§ 4.3. Краткое содержание главы
§ 4.4. Фармакокинетика морфина и нейропептидов энкефалинового ряда в организме животных и человека
Фармакокинетика морфина в плазме крови собак. Фармакокинетика Tyr-D-Ala-Gly-Phe-Leu-Aig в плазме крови собаки и человека.
§ 4.5. Кинетический анализ анальгетического эффекта опиатов
Закономерности формирования анальгетического эффекта при введении опиатов. Влияние ионов металлов на анальгетический эффект морфина .
Глава 5. Клеточный рост
§ 5.1. Кинетические особенности роста клеточной культуры
История изучения процессов роста клеточных популяций. Клеточный цикл. Типичная кривая роста клеточной культуры.
§ 5.2. Экспоненциальная фаза роста клеточных культур
Определение параметров роста клеточной культуры. Многосубстратные процессы. Ингибирование и активация клеточного роста. Влияние pH на кинетику клеточного роста.
§ 5.3. Интегральная форма уравнения роста клеточной популяции
Замедление скорости роста клеточной культуры при большой плотности популяции. Интегральная форма уравнения роста клеточной культуры в условиях лимитирования по субстрату. Приближенный анализ интегральной кривой роста клеточной популяции. Разностный метод анализа полных кинетических кривых роста клеточных популяций.
§ 5.4. Ингибирование роста популяции избытком субстрата и продуктами ферментации
Ингибирование избытком субстрата. Кинетические модели роста с ингибированием субстратом. Определение параметров роста клеточной популяции при субстратном ингибировании. Анализ полной кинетической кривой роста клеточной популяции при субстратном ингибировании. Ингибирование роста клеточных популяций продуктами ферментации. Простейшая кинетическая схема ингибирования роста клеточных популяций продуктами их жизнедеятельности. Определение механизма ингибирования из вида кинетической кривой роста клеточной популяции.
§ 5.5. Периоды индукции на кинетических кривых роста
Трансформация пресубстрата в субстрат. Адаптационный процесс. Расходуемый ингибитор роста. Дискриминация механизмов и определение кинетических параметров.
§ 5.6. Остановка роста, апоптоз и гибель клеток
История изучения процессов клеточной гибели. Ограничения роста соматических клеток в культуре. Апоптоз, теломеры и теломераза. За-висимость скорости роста от концентрации лимитирующего субстрата и параметров клеточного цикла. Старение клетки в процессе роста. Многостадийность клеточного цикла. Старение клетки в процессе роста. Кинетические модели апоптоза.
§ 5.7. Культивирование генно-инженерных штаммов микроорганизмов. Кинетика репликации плазмид
Переходные процессы при периодическом культивировании. Потеря плазмид в процессе роста клеточной популяции.
§ 5.8. Культивирование клеток в режиме хемостата
Неосложненный рост. Определение параметров роста культуры из данных по стационарным состояниям компонентов процесса. Ингибирование субстратом. Ингибирование продуктом. Ингибирование ионами водорода.
§ 5.9. Компьютерное моделирование кинетики роста клеточных популяций. Уравнения роста в безразмерных переменных
Численное интегрирование уравнения скорости роста клеточной популяции. Уравнение скорости роста в безразмерных переменных. Метод двойного зеркального отражения. Ингибирование субстратом. Ингибирование продуктом. Рост культуры при наличии процесса лизиса клеток.
§ 5.10. Популяции, взаимодействующие по принципу хищник-жертва. Модель Лотки-Вольтерры
Численное решение системы уравнений. Периодические колебания численности хищника и жертвы в рамках модели Лотки-Вольтерры. Средняя численность популяций.
§ 5.11. Компьютерные модели кинетики роста клеточных популяций. Ассоциации микроорганизмов
Ассоциации двух микроорганизмов. Ассоциации трех микроорганизмов. Симбиотрофная метангенерируюшая ассоциация.
§ 5.12. Общие законы развития популяций
§ 5.13. Краткое содержание главы
Глава 6. Некоторые математические методы биокинетики
§ 6.1. Элементы математической статистики
Введение в биометрию. Введение в теорию погрешностей. Нормальный закон распределения. Выявление выбросов. Специальные методы математической статистики.
§ 6.2. Графический метод определения числа экспонент и их параметров
§ 6.3. Использование метода Прони для определения числа экспонент и их параметров
§ 6.4. Решение дифференциальных уравнений методом неопределенных коэффициентов
§ 6.5. Применение преобразований Лапласа для решения линейных дифференциальных уравнений
§ 6.6. Теорема Тихонова
Рекомендуем
