Основы физической химии - Еремин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 23.1 Константы Михаэлиса некоторых ферментов
Фермент Субстрат Константа Михаэлиса Км, мкмоль-л-1
Химотрипсин Ацетил-Ь-триптофанамид 5 000
Лизоцим Гекса-Ы-ацетилглюкозамин 6
в-Галактозидаза Лактоза 4 000
Карбоангидраза 8 000
Пенициллиназа Бензилпенициллин 50
Пируваткарбоксилаза Пируват 400
НСО3- 1 000
АТФ 60
Аргинин-тРНК-синтетаза Аргинин 3
тРНК 0.4
АТФ 300
Глава 5. Химическая кинетика
333
Число оборотов некоторых ферментов Таблица 23.2
Фермент Число оборотов к2, с 1
Карбоангидраза 600 000
3-Кетостероидизомераза 280 000
Ацетилхолинэстераза 25 000
в-Амилаза 18 000
Пенициллиназа 2 000
Лактатдегидрогеназа 1 000
Химотрипсин 100
ДНК полимераза I 15
Триптофансинтетаза 2
Лизоцим 0,5
Уравнение (23.14) можно записать в других координатах, более удобных для обработки экспериментальных данных:
11 К м 1
- = — + — • т^т (23.16.а)
ГГшах Гтах 1-^1
(координаты Лайнуивера-Берка) или
г
г = гт — К Ы--
тах гоп • (23.16.6)
(координаты Иди-Хофсти, см. пример 23-2).
Для определения параметров КЫ и гтах по уравнениям (23.16.а) и (23.16.б) проводят серию измерений начальной скорости реакции от начальной концентрации субстрата и представляют экспериментальные данные в координатах 1/г0 - 1/[8]0 или г0 - г0/[8]0.
Иногда течение ферментативной реакции осложняется присутствием ингибиторов - веществ, способных образовывать комплексы с ферментом или фермент-субстратным комплексом. Различают конкурентное, неконкурентное и смешанное ингибирование.
При конкурентном механизме ингибитор (I) конкурирует с субстратом за активные участки фермента (рис. 23.2). Как только ингибитор занимает активный центр фермента, субстрат уже не может связаться с последним. Простейшая кинетическая схема данного процесса имеет вид:
к і к 2
Е + 8 === Е8 —^ Е + Р ,
Б + I ЕІ , Кі = [Е][І] / ([ЕІ]) .
334
Глава 5. Химическая кинетика
Рис. 23.2
(23.17.а)
(23.17.6)
Фермент Е и э Ей I Е и Эй I
Схемы конкурентного и неконкурентного ингибирования
Применение квазистационарного приближения к комплексу и квазиравновесного приближения к комплексу Е1 с учетом уравнений материального баланса [Е] + [ЕБ] + [Е1] = [Е]0 и [I] ~ [1]0 дает для скорости реакции уравнение типа (23.14):
г =-
К мМ + И
где эффективная константа Михаэлиса связана с исходной концентрацией ингибитора:
К,
к 2 + к-1
1+11!0
К
К „
1 +
К
Величину к = [Е][1] / [Е1], которая представляет собой константу диссоциации комплекса фермента с ингибитором, называют константой ингибирования. Таким образом, при конкурентном ингибировании увеличивается константа Михаэлиса, а максимальная скорость ферментативной реакции остается неизменной. Это объясняется тем, что при высоких концентрациях субстрата он вытесняет ингибитор из активных центров фермента.
Глава 5. Химическая кинетика
335
При неконкурентном механизме ингибитор обратимо связывает как фермент, так и промежуточный комплекс фермента с субстратом. Простейшая кинетическая схема данного процесса имеет вид:
E + S
ES
E + P .
E + I =^= EI , KI = [E][I] / ([EI]) ,
ES + I ESI , KI = [ES][I] / ([ESI]) .
где предполагается, что константы диссоциации комплексов EI и ESI одинаковы: [E][I] / [EI] = [ES][I] / [ESI] = KI. Связывание субстрата с ферментом уже не зависит от присутствия ингибитора, однако до тех пор, пока ингибитор связан с ферментом, реакция происходить не может (рис. 23.2).
Применение квазистационарного приближения к комплексу ES и квазиравновесного приближения к комплексам EI и ESI с учетом уравнений материального баланса [E] + [ES] + [EI] + [ESI] = [E]0 и [I] ~ [I]0 дает для скорости реакции уравнение типа (23.14):
r =-
[S]
К м + [Я]
где эффективная максимальная скорость связана с начальной концентрацией ингибитора выражением:
_ к2[Е]0 _ Гтах
і+Ш0
K т
K т
При неконкурентном ингибировании максимальная скорость реакции уменьшается, а константа Михаэлиса остается неизменной.
Смешанное ингибирование описывается более сложными кинетическими схемами. При смешанном ингибировании изменяются и константа Михаэлиса, и максимальная скорость ферментативной реакции.
(23.18)
(23.19.а)
(23.19.6)
r
Гетерогенный катализ
В каталитических реакциях, протекающих на поверхности твердого катализатора, можно выделить пять основных стадий:
1) диффузия вещества к поверхности катализатора;
2) обратимая адсорбция вещества;
3) реакция на поверхности, в адсорбционном слое;
4) обратимая десорбция продуктов с поверхности;
5) диффузия продуктов реакции от поверхности в объем.
Общая скорость каталитической реакции определяется скоростью самой медленной из этих стадий.
336
Глава 5. Химическая кинетика
Если не рассматривать диффузию и считать, что равновесие адсорбция ^ десорбция устанавливается быстро, то скорость каталитической реакции определяется скоростью реакции в адсорбционном слое, где роль реагента играют свободные адсорбционные центры. Простейший механизм гетерогенного катализа описывается схемой:
к адс к 1 к 2
8(газ) + адс. центр " 8(адс) —> Р(адс) —> Р(газ) .
