Биологический каталог




Ферменты. Том 1

Автор М.Диксон, Э.Уэбб

личии этих данных искомые величины могут быть рассчитаны следующим образом: k+i/k~i дает константу равновесия для первой стадии, а величина свободной энергии выражается обычным уравнением - - ~

AGj0 — —RT In = —2,303 -RT\g -|±i-, (4.288)

где AG°i — стандартное изменение свободной энергии (т. е. изменение свободной энергииJ3 калДШль для реакции E + S—*-—hES в условиях, когда"*активности всех компонентов, Е, S и ES, равны 1); оно является положительной величиной, если образование ES представляет собой эндотермический1 процесс; R равно 1,986 кал/(моль-град).

По влиянию температуры на k+Jk-i можно определить тепловой эффект первой стадии процесса с помощью уравнения

АН* =2,303-RT*-^=±, (4.289)

а энтропию процесса A5°i можно найти, зная AG°i и АЯ°Ь по уравнению

ASt° =A//l°~ AGl". (4.290)

Наиболее удобный путь использования уравнения (4.289) состоит в построении графика зависимости lg (k+.ilk-\) от 1/Г; наклон полученной прямой будет при этом равен —A#V2,303 R. Если же построить график зависимости lg/Cs от 1/Г, то наклон будет равен +A#°i/2,303#.

Точнее — эндергонический. — Прим. перев.

Кинетика действия ферментов Соответствующие величины для второй и третьей стадий можно определить аналогичным путем с помощью отношений k+2/k-2 и к+зрТ-~$. Искомые величины для стадий обратной реакции равны тем же величинам для соответствующих стадий прямой реакции, >но взятым с обратным знаком. Алгебраическая сумма величин~А'7?'гдля""трех стадий равна общему тепловому эффекту превращения—субстрата в продукт, который может быть независимым~ггутем определен по термохимическим данным; подобного же рода суммирование можно провести и для величин -AG0 и AS0.

Далее ради удобства мы будем опускать индекс «нуль», который показывает, что соответствующие величины являются стандартными.

Для того чтобы определить величины энергий и энтропии активации, необходимо-и'спользовать теорию абсолютных скоростей реакции, разработанную Эйрингом [1293]. Центральное место в этой теории занимает положение, гласящее, что скорость реакции при данной температуре зависит только от концентрации 6^гат*о-Го~^ет№ией~активированного комплекса, который находится" в"~равновесииГс неактивированными молекулами. Согласно этой теории, все активированные комплексы распадаются со скоростью1, определяемой отношением k-вТ/п, в котором k-в — константа Больцмана (газовая постоянная в расчете на молекулу), h — постоянная Планка. Другими словами, скорость распада не зависит от природы комплекса.

Таким образом, константа скорости реакции k определяется выражением *

где К* — константа равновесия между активированным комплексом ц неактивированными молекулами. Звездочкой обозначены величины, относящиеся к процессу активации. К этому равновесию можно применить обычные термодинамические равнения, так что

AG* = AH* — TAS* = — RTlnK*. (4.292) Подставляя в уравнение (4.291) выражение для К*, получаем

AG* АЯ* , AS*

k=k*L е *т =[*|Le ят ¦ (4 293)

1 Мы опускаем трансмиссионный коэффициент х, который обычно принимается равным 1.

16' Глава 4

Допуская, что AS* не зависит от температуры, после логарифмирования и дифференцирования получаем

dink 1 . ЛЯ* АН* *rRT

AT Т ' RT2 RT2

(4.294)

Это выражение можно сравнить с эмпирическим уравнением Аррениуса

тг-т. <4-295>

где Е — энергия активации Следует отметить, что

E=AH*+RT. (4.296)

Многие исследователи приводят в своих работах величины теплот активации, которые в действительности являются величинами Е; в этих случаях требуется вносить поправку на величину RT, которая равна приблизительно 600 кал и которой поэтому нельзя пренебречь.

Наиболее удобный путь использования уравнения (4 294) состоит [как и для уравнения (4 289)] в построении графика зависимости \gk от 1/Г; это уравнение может быть представлено в следующем виде:

a,gR— 2.303Я T2 2,303tf \T )'

так что построенный график представляет собой прямую с наклоном — (ЛЯ*+RT)/2,303 R. Важно отметить, что при этом находят величину Е, а не АН*. Этот метод позволяет непосредственно определять скорости, выраженные в произвольных единицах, так как любая постоянная величина будет влиять лишь на положение кривой, но не на ее наклон.

AG*, т. е. свободную энергию активации, можно определить, зная k, с помощью уравнения (4.293); для этой цели k должно быть выражено в абсолютных едшжГахТ'Например, из уравнения (4.17) следует, что k+2=V/e; таким образом, в этом случае необходимо знать молярную концентрацию активных центров. При этом обычно предполагается использование чистых ферментов с известной молекулярной массой. AS* (энтропию активации) можно затем определить по уравнению (4.292).

Нетрудно заметить, что имеется определенная аналогия между теорией абсолютных скоростей реакций и михаэлисов-ской теорией действия ферментов, так как каждая из этих теорий предусматривает образование и распад активного комплекса, который находится в равновесии с исходными реагирующими веществами. Однако фермент-субстратный комплекс Михаэлиса и активированный комплекс Эйринга находятся з

Кинетика действия ферментов совершенно разных состояниях. Комплекс Михаэлиса не активирован в физическом смысле, для того чтобы прореагировать, он еще требует тепловой активации. В период соединения Е и S при образовании комплекса Михаэлиса должен образовываться переходный активированный комплекс, и именно эта ¦стадия определяет величину k+\. Аналогично этому комплекс EZ для диссоциации также требует тепловой активации. В рассматриваемой простой системе участвуют, таким образом, три активированных и два неактивированных комплекса.

Е + S ч—у ES* ¦<—> ES ¦<—у ЕХ* т.—> EZ -<—>- EZ* ¦<—>¦ Е 4- Z.

Энергетические взаимоотношения различных комплексов в этой системе может пояснить схема, приведенная на рис. 4.61, Л я Б [1555]. На этой схеме представлены величины АЯ, однако подобные же схемы могут быть составлены и для величин AG и AS. Связывание фермента с субстратом или продуктом может быть либо экзотермическим, либо эндотермическим процессом; на приведенных схемах образование ES считается экзотермическим, а связывадие_Е и Z — эндотермическим процессом. Рис. 4.61,Л относится к прямой реакции, а рис. 4.61,? — к обратной реакции, катализируемой тем же самым ферментом; в каждом случае отдельные стадии пронумерованы в том порядке, в каком они следуют друг за другом в ходе реакции Неактивированным комплексам соответствуют «ямы» на графиках, -а активированным~Тшмплекс&м—пики; высота ^каждого пика по отношению к глубине соседней "«ямы» характеризует теплоту акттаацйй~цли, другими словами, энергетический барьер, который должен быть преодолен на данной стадии. Величины АЯ одинаковы дл*-оббйх ^направлений реакции, изменяется только их знак. Величины же теплот активации различны. Сложение отдельных АЯ дает АН для суммарной реакции.

ЕХ* — активированный комплекс как для превращения ES в EZ, так и для обратной реакции; иными словами, мы принимаем, что один и тот же комплекс участвует в реакциях в обоих направлениях Для каждой из стадий разность между величинами АЯ* и АЯ равна величине АЯ* для процесса, идущего в обратном направлении. Разность между суммой величин АЯ* для прямой и обратной реакций равна .АЯ суммарной реакции.

Пути расчета всех рассматриваемых термодинамических величин по данным измерений отдельных констант скорости суммированы в табл. 4.11. По-видимому, нет такого фермента, для которого был бы определен столь полный набор термодинамических характеристик, хотя несколько весьма детальных исследований были проведены с некоторыми гидролазами, катализирующими практически необратимые реакции (см., наГлава 4

es

EZ

ГЁ + sT \ 1

e + z

ES

Рис. 4 61. Изменение H для типичной обратимой ферментативной реакции. А. Прямая реакция Б Обратная реакция

пример, [644, 2360, 4314, 4472]). Имеется настоятельная потребность в получении более полных данных такого рода, и это вполне можно сделать путем использования описанных выше методов при различных значениях температуры. Многие из опубликованных данных были получены с помощью определения влияния температуры на Км. и V, и в большинстве случаев

Таблица 4.11

Определение термодинамических величии по значениям коистаит скорости1'

Исполь- Способ определения Использо-

Величина Способ определения зованное Величина ванное

уравнение уравнение

= '-АНЬ

АН.

if

АН* AG,,

AG'

АН, АН1 AG.

if

2f

2/

2/

AG\f AH9f

AH'

»f

AG,

sf

AG'

»f

По влиянию T на равновесие суммарной реакции

По влиянию Т на /г+1//г_1 = 1/Л>

По влиянию Т на

По величине = 1/Л> ,

По величине fe+i

По влиянию Т на

По влиянию Т на

k + 2

По величине

k+2/k-2

По величине k+2 По влиянию Т на

k+i/k-3 = Ksb

По влиянию Т на По величине

k+zlk-Z — Ksb

По величине k+з

(4.289)

(4.289)

страница 54
< 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
(20.11.2018)