Биологический каталог




Ферменты. Том 1

Автор М.Диксон, Э.Уэбб

этой области кривая сливается с базовой линией, как следует из уравнения (4.238).

Для системы, существующей в трех различных формах, каждая из трех рН-функций содержит по три члена и по мере постепенного увеличения рН каждый из этих трех членов по очереди становится доминирующим. Если величины рК системы значительно различаются, то для каждого члена рН-функции может быть выделена область рН, в пределах которой двумя другими членами можно пренебречь. В случае, приведенном на рис. 4.46, А [уравнение (4.228)], при рН 3 второй член равен 100, что по сравнению с 1 рассматривается как большая величина; третий же член в этом случае равен Ю-7; следовательно, в этой области рН определяющим является второй член. При рН 7 второй и третий члены равны Ю-2 и 10~~3 соответственно и оба они малы по сравнению с 1; при рН 12 второй член равен Ю-7, а третий — 100, т. е. в сравнении с двумя другими членами его можно рассматривать как большую величину. Между этими областями имеются ограниченные участки, где значение рН-функции определяют одновременно два члена.

График зависимости —lgf~( = pf-1 = lg7^) от рН будет со-

стоять из прямолинейных отрезков, соответствующих тем областям, в которых существенное значение имеет только один из членов функции, и коротких криволинейных участков, соединяющих эти прямые и соответствующих областям, где значение функции определяют два члена. Наклон прямолинейных отрезков равен степени Н в соответствующем (играющем главную-роль в данной области) члене функции. Например, при рН 3,

н

когда основное значение имеет второй член, pf~ = —lgj- = pH—

р/Сь так что график зависимости р/~ от рН будет представлять, собой прямую с наклоном, равным 1; другими словами, в области, в которой главный член содержит Н в первой степени, pf~

Кинетика действия ферментов увеличивается на единицу при увеличении рН на единицу. При рН12 р/-=— lg ^| = р,/<2—рН и график имеет наклон —1, а в области рН 7 р/- не зависит от рН, как это видно на рис. 4.47. Легко показать, что если продолжить прямолинейные отрезки, то они пересекутся при значениях рН, равных рК, и что при переходе от одного рК к другому наклон прямой изменяется на единицу. Подобные рассуждения применимы, конечно, и к графикам, изображающим зависимость р/ и р/2- от рН; в этих двух случаях последние члены функций содержат Н во второй степени и, следовательно, наклон прямых будет равен двум единицам. Диксон [1106а, 1109] положил эти факты в основу объединенной теории при рассмотрении влияния рН на равновесия, имеющие место в реакциях переноса водорода и фосфатных групп, и на процессы соединения фермента с субстратом и фермента с ингибитором. Эта теория будет рассмотрена подробно в разделе, посвященном Км-

Возвращаясь к рН-функциям Михаэлиса для двухосновных кислот, отметим попутно недостаточную уясненность того обстоятельства (отмеченного Адамсом [32] еще в 1916 г.), что К\ и Кг относятся к первой и второй стадиям ионизации молекулы и не являются константами ионизации отдельных групп. Важность этого разграничения недостаточно очевидна для симметричных двухосновных кислот, рассмотренных Михаэлисом, так как в этих случаях образуется один и тот же анион, какая бы карбоксильная группа ни подвергалась ионизации. В этих условиях могут существовать только три формы вещества. Однако у асимметричной молекулы, такой, как

в которой можно различить две карбоксильные группы, обозначенные буквами х и у, могут существовать две промежуточные формы, а именно однозарядные анионы, образованные в результате ионизации х и (/-групп. Для такого вещества возможны не три, а четыре формы. При титровании совершенно

R-CH-СООН (х) СН2-СООН (у),

Рис. 4.47. График зависимости pf-=—lgf_ = lg 1/f- от_ рН для

системы, изображенной на рис. 4 46, А. 6 8

9 10 11 12

рН Глава 4

несущественно, какая именно группа подвергается ионизации,» так как количество потребляемой щелочи в обоих случаях одно и то же и обе промежуточные формы в этом смысле эквивалентны. Поэтому при титровании интересуются только стадиями ионизации и, следовательно, К\ и Кг- Весьма возможно, однако, что активность ферментов определяется именно состоянием ионизации определенных групп в активном центре. Более чем вероятно, что только одна из двух возможных промежуточных форм будет в этом случае активной, и, следовательно, мы> должны в первую очередь интересоваться константами ионизации отдельных групп, Кх и Ку-

Каждая группа может ионизироваться или из состояния не-диссоциированной молекулы, или из аниона, другими словами,, в первой и второй стадиях ионизации; поэтому для характеристики полной ионизации асимметричной двухосновной кислотьв необходимо знать четыре константы ионизации, а именно:

RCHCOO-Kix \~~ > I ¦ —ГТ к->и

1 \\ сн2соон-<--1| ад

RCHCOOH(x) R-CH-COO-

I I .4 2421

СН2-СООН(у) сн2-соо- v ' ;

к \ |__v R-сн СООН_f |

Kiyu- I < кгх

СН2-СОСГ

Если мы имеем дело с молекулой, у которой обе ионизирующиеся группы достаточно удалены друг от друга и поэтому не оказывают влияния одна на другую, то Ки = Кгх и Kiy — Кгу-

Обозначив две промежуточные формы, образуемые при ионизации групп х и у, соответственно через АН~Х и AH-j,, получим следующие выражения, определяющие четыре константы ионизации групп:

к [АН,-] Н „ _ [АНЛН к , [АМН Al*— [АН2] ' Aly [АН2] ' Аг* — [АН/] '

^=татЙт- (4-243>

Из этих уравнений следует, что

KlxK2y=Ki!fK2x. (4.244>

Соотношения между константами ионизации молекулы К\ и Кг и только что упомянутыми константами ионизации групп могут быть представлены следующим образом. Общая концентрация промежуточной формы равна сумме концентраций АН-*, и АН-у. Подставляя [АН-*] + [АН~у] вместо [АН~] в выра-

Кинетика действия ферментов

209-

жения, определяющие К\ и Кг [уравнения (4.232)], получаем (см. Адаме [32])

Kl=(mn + mfm=KixKi^ (4.245>

[AH2J

_ [А2-] Н 1 (4 246V

Д2~ [АНЛ + [АНЛ -_J_ + _i_-

В свете этих результатов интересно вновь рассмотреть случай диссоциации симметричной молекулы двухосновной кислоты. В этом случае Kix = K\y и Кгх = КгУ. Если мы предположим, что ионизирующиеся группы не влияют одна на другую, то все четыре константы ионизации групп будут равны. Тогда из уравнений (4.245) и (4.246) следует, что К\ = ^Кч- Более того, для симметричных кислот, рассмотренных Михаэлисом, из уравнения (4.245) следует, что первая константа ионизации молекулы К\ равна удвоенной истинной константе ионизации; карбоксильной группы (поскольку концентрация карбоксильных групп в 2 раза больше молекулярной концентрации кислоты). Действительно, если воспрепятствовать ионизации одной из карбоксильных групп, например путем этерификации, то К\ немедленно уменьшится до половины своего первоначального" значения (став теперь истинной константой ионизации группы), хотя карбоксильная группа остается такой же сильной кислотой, какой она была прежде. Адаме отмечает, что рассматриваемые теоретические положения вполне согласуются с результатами наблюдений; приведенные выше данные достаточны для того, чтобы показать важность разграничения между константами двух типов.

При рассмотрении асимметричной молекулы двухосновной-кислоты теперь потребуются четыре рН-функции, чтобы определить количество каждой из четырех форм существования молекулы. Подставляя выражения, которые определяют четыре константы ионизации групп [уравнения (4.243)], в уравнение

А< = [АНг] + [АНЛ + [АНу-] + [А*-] (4.247)

и используя уравнение (4.244), получаем новые рН-функцииг

f= 1 + *» + -^+ (4.248)

^I+-fc+/^+-Tf- (4-249>

^ = 1 + Ь + (4'250> ^1+Х-+ХХ-+Т^-- (4.251)

14-2277 Глава 4

Как и прежде, выражения, обратные этим функциям, будут характеризовать доли всего количества вещества, находящиеся в соответствующих состояниях ионизации.

Эти функции важны только в том случае, когда две ионизирующиеся группы не слишком отличаются друг от друга по степени ионизации, как это, вероятно, и бывает в активных центрах ферментов. Если же величины рК заметно различаются, то необходимости в использовании новых рН-функций не возникает. В этом можно убедиться, если принять в приведенных выше уравнениях /Си значительно большим, чем Kiy. Тогда мы увидим, что выражения для /, f~x и /2_ упрощаются до выражений, идентичных по форме трем функциям Михаэлиса (4.227) — (4.229), а величина f~y становится очень большой. Это означает, что концентрация АН-,, является ничтожной; следовательно, практически существует только одна промежуточная форма. Такой случай встречается, например, при диссоциации обычной аминокислоты, для которой, округлив, можно принять р/Cu (карбоксильной группы) равным 2 и pKiy (аминогруппы) равным 8. Единственной промежуточной формой оказывается здесь биполярный ион; количество же незаряженной формы ничтожно мало, и, следовательно, к этому случаю применимы выражения для рН-функций Михаэлиса.

Следует отметить, что (4.248) и (4.251) идентичны (4.227) и (4.229), если

страница 46
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88

Скачать книгу "Ферменты. Том 1" (3.77Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(10.12.2018)