Определение скорости химической реакции. Катализ, страница 12

C другой стороны, эффективность ферментативного катализа сильно зависит от внешних условий, потому что активные центры существуют только постольку, поскольку сохраняется нативная конформация белка. Когда белок денатурирует, каталитическая активность снижается или вовсе исчезает. Поэтому, в частности, скорость ферментативного катализа увеличивается с увеличением температуры только до определенного предела, после которого она снижается из-за денатурации. У большинства ферментов существует оптимальная температура катализа около 40-50 °С.

Катализ ферментами можно рассматривать как гомогенный, поскольку белки в растворе находятся в молекулярно-дисперсном состоянии, и как гетерогенный, поскольку молекулы белков высокомолекулярны. В любом из этих подходов получаются одинаковые кинетические результаты.

Рассмотрим кинетические уравнения ферментативного катализа как гомогенного. В общем виде, реакцию обычно записывают так:

энзим + субстрат   энзим-субстратный комплекс  продукт + энзим

Или, в условных обозначениях:  

где С – энзим-субстратный промежуточный комплекс.

Чтобы в дальнейшем не путаться, введем обозначения концентраций с их граничными условиями:

Причем [E] = [E]_o - [C] в любой момент времени, так как Е расходуется только на образование энзим субстратный комплекс, обозначенного здесь для краткости С.

Запишем кинетические уравнения, учитывая каждый из маршрутов реакций, соответствующий константам скоростей k_, k_–1, k₂.

Скорость образования P:             (по маршруту 3)                             (7.19)

Скорость расходования S (по маршрутам 1 и 2):  

или                                                                     (7.20)

Скорость образования С по всем маршрутам:

                                      (7.21)

В этих уравнениях, искомым является скорость образования продукта, Р, как функция начальных концентраций E и S, и времени. Чтобы найти такую функцию, надо решить эту систему трех уравнений, что представляет очень сложную задачу. Однако, существует упрощение. Обратим внимание, что интересующая нас скорость явно зависит только от концентрации промежуточного продукта C. В начальный и конечный моменты реакции концентрация [C] равна нулю. Поэтому где-то в “середине” реакции, в момент времени t_c, концентрация промежуточного продукта, [C], достигает максимума. В действительности, в таких реакциях, концентрация [C] является довольно пологой функцией времени, приблизительно симметричной относительно точки максимума концентрации С.