Практикум по биохимии. Часть I. Физико-химические методы: Учебное пособие, страница 13

Порядок реакции по веществу A_i равен соответствующему стехиометрическому коэффициенту n_i.

В случае сложной реакции порядок реакции по реагирующему веществу не обязан быть равным соответствующему стехиометрическому коэффициенту, и может принимать как целочисленные, так и дробные значения.

Константа скорости k показывает, с какой скоростью идет реакция. Константа k зависит от температуры. В большинстве случаев эту зависимость  можно описать уравнением Аррениуса:

где А – предэкспонента, Е_А – энергия активации, R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура (по шкале Кельвина).

Для реакций в растворах, как правило, Е_А = 10 ё 30 ккал/моль. В случае мономолекулярных реакций А имеет смысл частоты колебаний по разрываемой связи, причем А ~ 10¹³ сек^–1. В случае бимолекулярных реакций А пропорционально числу соударений двух молекул.

Для определения энергии активации исследуют зависимость k от температуры. Наклон прямой в координатах ln k –1/T paвен E_A/R. Отсюда находят E_A, и далее по уравнению Аррениуса можно найти ln A. Значения Е_А и ln A не зависит от температуры.

Глубина реакции – разность между исходной и текущей концентрацией одного из реагентов. С помощью соотношений баланса можно выразить концентрацию каждого компонента через глубину. Вводя глубину х для реакции

А       +     2В         ®     С

находим кинетическое уравнение:

Реакцию называют необратимой, если она в условиях опыта проходит практически до конца. Подчеркивая необратимость, вместо знака равенства ставят стрелку слева направо. Когда наряду с прямой реакцией протекает обратная (справа налево), реакцию в целом называют обратимой. Обратимые реакции не доходят до конца, в системе устанавливается равновесие. Если фиксируют внимание на обратимости, вместо знака равенства ставят две стрелки, например, .

Иногда бимолекулярная реакция А + В ® С описывается уравнением первого порядка:

= .

Это случается, если вещество В взято в большом избытке и m_B  в ходе опыта не меняется. Такие реакции называют реакциями псевдопервого порядка.

Таким образом, не существует общей простой связи между стехиометрическими коэффициентами, порядком реакции и её молекулярностью. Определение порядка реакции еще не достаточно для выяснения её истинной молекулярности.

Для исследования кинетики реакций в растворах можно использовать, например, метод отбора проб, когда из реакционного сосуда пипеткой через определенные интервалы времени отбирают пробы. Для быстрого прекращения реакции пробы выливают в охлажденный растворитель или специальный раствор, который взаимодействует с одним из реагентов. Затем пробы анализируют и по полученным данным находят зависимость глубины превращения от времени.

Другие методы предусматривают слежение за изменением состояния реакционной системы по какому-либо суммарному физико-химическому свойству системы, зависящему от глубины реакции. Такие методы позволяют изучать кинетику непосредственно в реакционном сосуде.

Если исходные вещества или продукты реакции поглощают свет в ультрафиолетовой или видимой области спектра, применяется спектрофотометрический метод. Оптическая плотность раствора линейно зависит от концентрации поглощающих частиц и по ее изменению можно судить о ходе реакции.

В принципе, любой количественный аналитический или физический метод может быть использован с этой целью.

3.2. Кинетика необратимых реакций 1^го порядка.

Кинетическое уравнение для необратимой реакции 1^го порядка

А ® В

интегрируется

Имеем

,

Отсюда

Измеряя текущую концентрацию продукта В (m_B) и зная начальную концентрацию А, находят ряд значений k. Если реакция действительно первого порядка, все значения k в данном опыте будут равны. Так можно не только определить k, но и проверить корректность кинетического уравнения.

3.3. Кинетика ферментативных реакций

Большой вклад в теорию действия ферментов внесли Л. Михаэлис и М. Ментен. Они постулировали, что фермент Е сначала обратимо связывает субстрат с образованием фермент-субстратного комплекса ES, который далее необратимо превращается в продукт реакции Р с освобождением молекулы фермента: