Практический курс химической и ферментативной кинетики - Березин И.В.
Скачать (прямая ссылка):
R\ [Ё] • [S] + ky [S] Д [Е] + kr |Ё] Д [S]
и
А_(в+1) [Ё]- [Р] + *_(я+1) [Pj Д [EJ + й_(я+1, [Ё] Д [Р].
Таким образом, бимолекулярные члены системы уравнений (9.2) становятся псевдомономолекулярными относительно переменных концентраций реагентов, и система становится линейной. Тогда кинетическое уравнение реакции можно записать в виде
иь. [X] _ д [X] , .
dt ~ т ’
где А [X] — отклонение концентрации реагента или продукта (по изменению концентрации которого производится регистрация кинетики) от равновесной; т — константа, характеризующая скорость достижения нового положения равновесия и называемая временем релаксации. Из выражения (9.5) очевидно, что время .релаксации— величина, обратная константе скорости псевдопервого порядка. Ее связь с кинетическими и равновесными параметрами изучаемой системы, а также с равновесными концентрациями реагентов определяется характером конкретной системы.
Следует отметить, что изменение внешних условий должно происходить так быстро, что скорость, с которой достигается новое равновесие в системе, должна значительно превышать скорости прямой и обратной реакций. На практике смещение равновесия производят обычно с помощью так называемых методов «температурного скачка» или «скачка давления». Например, пропустив через раствор импульс тока высокого напряжения, можно повысить температуру раствора на 10° менее чем за 10-е сек. Резкое изменение давления в системе можно производить или скачкообразно,
или в периодической форме при использовании ультразвуковых волн. Важное преимущество релаксационных методов по сравнению со струевыми состоит в том, что для них не требуется быстрого смешивания реагентов перед началом регистрации кинетики, а это в свою очередь позволяет намного уменьшить «мертвое время» установки. Применение релаксационных методов для изучения ферментативных реакций позволило достичь разрешения во времени порядка 0,01 мсек, что дает возможность еще более детально описать механизмы действия ферментов [8].
Задачи
9-1. На рисунке 90 приведен пример типичной кинетической кривой, полученной при изучении двухстадийного ферментативного процесса в начальный период времени
E + S;=bES—-Ч.Е + Р. (9.6)
Используя данные табл. 1, найти константы скоростей k\, k^i и k2.
Рис. 90. Зависимость концентрации продукта реакции от времени в начальный (предстационарный) период протекания двухстадийной ферментативной реакции
Рис. 91. Кинетическая кривая накопления продукта Pi (схема 9.8) в предстационарном (о) и стационарном (б) периодах ферментативной реакции. На оси ординат — оптическая плотность раствора
9-2. Кинетику реакции фицина с n-нитрофенилгиппуратом изучали методом остановленной струи в условиях [Е] [S]о- Было
найдено, что образование n-нитрофенола в начальный период реакции подчиняется кинетике первого порядка, причем эффективная константа скорости реакции зависит от концентрации фермента (табл. 2) и не зависит от концентрации субстрата [9]. Значения &кат и ^т(каж), найденные при изучении этой реакции в стационарном режиме, равны 5,0 сек-1 и 1,28 -10-4 М соответственно. Прини-
Зависимость кинетики двухстадийной ферментативной реакции от начальной концентрации субстрата. (Е]0 во всех случаях равно 1,0 10~6М
[Sol-ю5, м rs, сек 1 z'-107, ** М-сек 1
1,0 0,91 0,41
4,0 0,72 1,30
5,0 0,67 1,53
6,0 0,63 1,72
8,0 0,56 2,08
10,0 0,50 2,44
* Отрезок, отсекаемый на оси абсцисс продолжением стационарного участка кинетической крчвой (см. рис. 90).
** Величина стационарной скорости ферментативной реакции.
Таблица 2
Значения эффективных констант скоростей первого порядка образования п-нитрофенола в реакции n-нитрофенилгиппурата (5-10~6М) с фицином. Условия опыта: pH 3,9; 25° С
^эфф, сек ! [ГЬ-НХ, м
0,98 0,29
1,22 0,36
1,61 0,54
2,38 0.S9
3,45 1,50
I
мая, что механизм изучаемой реакции согласуется с трехстадийной схемой, определить значения констант k2, k3 и Ks'.
Е + S ES -4~>- ЕА —*¦ Е + Рг (9-7)
9-3. В таблице 3 приведены результаты кинетического исследования ацшшрочания папаина лг-нитрофениловым эфиром карбо-бензоксиглицина [Ю] в условиях [Е] о^> [S] о. При изучении этой реакции в стационарном режиме было найдено, что величина кажущейся константы Михаэлиса равна (1,89+0,17) ¦ 10-5 М, а величина ккат/Кщкат) равна (1,15+0,08) -105 Мсек-1. Принимая трехстадийную схему протекания ферментативной реакции (9.7), найти,
скорость которой из двух кинетических стадий — ацилирования или деацилирования — является лимитирующей.
Таблица 3
Кинетика реакции ацилирования папаина .м-нитрофениловым эфиром карбобензоксиглицина (1,0-10-бМ). Условия опыта: pH 6,8; 0,021 М фосфатный буфер; 25° С