Н.М. Эмануэль, Д.Г. Кнорре - Курс химической кинетики (1134457), страница 71
Текст из файла (страница 71)
случае ферментов. на ендропереннсью третичного Например, фенилукеусная и феоутхвла, наталпанруемой но - нилпропионовая кислоты содержат пленсом Ч"', от нонцептрацнн карбоксильную группу и ароматиче. гндроперекнсн а координатах о, ой (по ланным Гоулда) скОс кольцо на расстоянии, близком к расстоянию этих же групп в остатках ароматических аминокислот, поэтому они могут взаимодействовать со связывающим (контактным) участком фермента карбокснпептидазы (см. с.
325). Онн не подвергаются каталитическому превращению, так как не содержат пептидных связей, но конкурируют с пептидами за контактный участок фермента. и тормозят о Й 0,1 — (Н!. ЗЗ! [1п][Е] 3 [с] [Е[п] [Е[п]' где ! — общая концентрация ингибитора, Предполагается, что ю')) е„и количеством ингибнтора, связанного в комплекс Е]хо можно пренебречь по срав- НЕНИЮ С 3'. (Ч[.25) следует заменить на [Е1+ [ЕЗ]+ [Е!п] =ео (Н1.341 Поскольку вследствие (Ъ'1.33) и (Н],34) связь между [Е] и (ЕЭ] дается выражением Рнс.
01, Зависимость скоростн гндролнва адо ноаннтрнфосфата, наталнанруемого мноам ноч, от нонцентрацнн еденоаннтрнфосфата а координатах о, пух (по данным Леддлера) [Е! (1+ 3)Кв)+ [ЕЗ] =ее то в квазпстационарном приближении (Н].29) принимает вид ео — [ЕБ! ххх — '. — (Д 3+хо! [ЕЗ! =О, 1+ ОКе откуда следует, что ЛХХЕО ВЗВХХ и=.+Км(1+ 1К,) ' """ '=.+Км(1+1]к)' Это уравнение можно записать в виде 1 ! Кьх I — = — + — 1. '+ — ] —.
о о охвх ~ввх 1 Ке Величина К, характеризует количественно эффективность ингибитора, причем чем эффективнее ингибитор, т. е, чем сильнее он тормозит каталитический процесс, тем меньше Ки Зная зависимость ! хц от ]та при заданной концентрации ингпбитора и в неингибироваиной реакции, можно графически определить Км (! + 1НК„) и Км и, следовательно, вычислить Кь Каждая серия опытов должна проводиться при постоянной концентрации фермента. На рис. 92 приведена зависимость 1/о от ! 3э для гидролнза пептндной связи карбобенэилоксиглицилфенилаланина, катализируемого карбоксипептидазой1 ЗЗ1 каталптическую рсакшио отщеплсния О-концевого аминокиспотного остатка.
Такие соединения получили название еенгибиторхо Ф р. юп. Для описания кинетики каталитической реакции в присутствии .пнгибитора ([и) необходимо дополнить уравнения (Ч].23) — (Н].26) соотно- шением Я,б м т,т 1 а 4,8 а В 24 9,0 Е б,б о 2,0 н н 20 40 бо 80 пз,м ' 20 40 бо 80 Нг. М Рнс. 93. Завнснмость скорости гндролиза нарбобензнлонснглнцнлфеннлаланина под действием нарбокснпептндазы от концентрации субстрата без ннгнбнтора (Г), в прнсутствнн 0,002 М фенилунсусной кислоты (2); в присутствии 0,002 М феннлпропноновой кислоты (3) (по данным Кауфмана н Нейрата) Рас.
92, Завнснмость скорости гидро. Лиза карбобензнлоаснглнцнлфеннлаланана под действнем карбоаснпептндазы от концентрации субстрата в ноордннатах! Дч )К (по данным Кауф. мана н Нейрата) Ог Р~ Н Н ОН сн,— о — с — кн — сн,— с — нн-сн-соон + н,о С3- ---— Ь вЂ” )~ — сн, — о — с — нн-сн, — соон + н,н-си †со Из наклона прямой линии находят А'и/о „=- 97,2 с; отрезок, от- секаемый на оси ординат, 1/и,„,„=-!800 с М ', откуда /т/и =. 97,2: 1800 = 0,054 М. На рис.
93 приведена аналогичная зависимость для той же реакции в присутствии 0,002 М фенилуксусной кислоты (прямая 2) и в присутствии 0,002 М фенилпропионовой кислоты (прямая 3). Для фенилуксусной кислоты Км (1 +1/К,)/р,а = 530 с, откуда Км (1 + (/К;) 530: 1800 = 0,294 М (величина цмяз =* й,еа на заннсиг от присутствия ингибитора). Следовательно, М, 0,002 0,054 Кз= = — 0 -— — 4Ь 10яМ. 0,294 — К 0,240 Аналогично для фенилпропионовой кислоты можно получить г(4 ° =0,74 !О' М. Описанный тип ингибирования обычно называют конкдргнглнвск ингибироаанием, так как при этом имеет место конкуренция между молекулами ингибитора и субстрата за присосдрненпе к активному центру фермента. Известны и другие типы ингибпрования ферментативных реакций, рассмотрение которых выходит за рамки этого курса. Специфический каталин кислотами и осиоввииями В простеишем случае катализ кислотами обусловлен тем, что реакционноспособной формой субстрата является протонированная форма.
Присоединение протона к субстрату резко повышает его электрофильность, делая возможным его взаимодействие со слабыми нуклеофилами. Например, гидратация карбодиимндов Х вЂ” Н =С= )Ч вЂ” Х-1-Нзо Х Нн — СО ь/Н Х в нейтральных растворах проходит медленно, поскольку требует атаки слабо нуклеофильной молекулы воды на слабо электрофильный атом углерода. В кислой среде в результате присоединения протона к одному из атомов азота карбодиимид приобретает положительный заряд, .что резко повышает электрофильность атома углерода. В результате происходит быстрая гидратацня по схеме Х вЂ” Н=С=- Н вЂ” Х+ Н' Я Х вЂ” ЙН=С=-Ы вЂ” Х Х вЂ” йн=-С=-К вЂ” Х -г Н,О- Х вЂ” 1ЧН вЂ” С=8 — Х (лнз1нтнрующая стадия) Х вЂ” МН вЂ” С= Н вЂ” Х -ь Х вЂ” НН вЂ” в=)ь — Х -ь Х вЂ” МН вЂ” СΠ— Мн — Х Здесь активная промежуточная частица образуется в результате реакции 8+Н,О' фстьН О (у!.35) (для определенности предполагается, что процесс идет в водном растворе) .
Иногда активная промежуточная частица образуется при присоединении к молекуле субстрата двух протонов, т. е. в результате двух последовательных реакций э+Н Ое ЗНе+НяО ЗН++Н О' 'ЗН!'+НзО Наконец, возможно образование активной промежуточной формы в результате отщепления молекулы воды от протонированной , формы субстрата. Для этого исходная молекула должна содержать гидрокснл, и ее можно обозначить как КОН. В этом случае актив- ная про..ежуточиая частица образуется в результате двух послеялн нательных реакций: КоН,+н,о+ йОНае+Нао кОНй ~ не+ Н,О Примером реакции с таким механизмом кислотного катализа является реакция декарбонилирования бензоилмуравьиной кислоты, которая поотекает по схеме о о + ! н с чйч ц,л Π— +ВО ' 1( 51 'й~, ~~ ~он г--" со ен о г —..
Вр 48 Ф~ъ-б" + Н Н Таким образом, во всех случаях в кислой среде исходное вещество присутствует в нескольких формах, из которых только одна является реакционноспособной. Скорости их взаимных переходов велики, н можно считать, что на протяжении всего процесса эти формы присутствуют в термодинамически равновесных концентрациях.
Лимитирующей стадией кислотно-каталитического процесса, как правило, является превращение активной промежуточной формы в продукты реакции. Константу скорости этой стадии принято называть истинной константой скорости кислотно-каталитического превращения. Если обозначить активную промежуточную форму исходного вещества 5 через 5", то скорость кислотно-каталитического процесса равна а=-й (а*1, сали 5 превращается мономолекулярно, илп а=й(Ю 151 если 5 превращается в продукты реакции при взаимодействии 1 а с молекулой другого субстрата 5,. Здесь (5 1 — термодинамически равновесная концентрация 5"', составляющая некоторую долю а от суммарной концентрации 8 вещества 5.
В дальнейшем всюду для упрощения записей будет предполагаться, что 5 превращается мономолекулярно. Концентрация 15 "1 пропорциональна з, т. е. Ос ие зависит от 8 н определяется только свойствами среды. Если в ходе процесса среда не изменяется, то (и'1.37) можно записать в виде (к'(.ай1 а =- йаа = й ваяй где й,~~ — постоянная на протяжении всего процесса величина. Эна называется аффективной кснснаншсй скорости н может быть пегко определена из данных по кинетике расходования 5 каким-либо из методов, описанных в $2 гл.
1Ч. Истинная константа скорости может быть найдена, если известна доля ос активной промежуточной формы 5а вещества 5. 1(анцентрация 5" может быть в ряде случаев определена спектроскопически, так как часто различные формы 5 отлича1отся своими спектрами. Например, превращение о-бензоилбензойной кислоты в антрахинон идет через промежуточное образование дегидратированной протонированиой формы с.бензоилбензойной кислоты: ОО='" О О-О ае1 лс1 " ои а а, и и !ааи,'1 пк щ (а'1 Рис. 94. Зависимости к~Фективной константы скорости превранзеиия а бепзаилбензойиой кислоты в аптракинон при 35 'С от даян дегидратировапной протонираванной формы (по данным М. Р!. Винника Р И Рябовой) Форма К' обладает характерным спектром поглощения с максимумом поглощения при 410 нм, таким образом, концентрация ее может быть определена спектроскопически. На рис.
94 приведена зависимость эффективной константы скорости превращения о.бензоилбепзойной кислоты в антрахинои в сер- 20 ! ной кислоте разная концентрации от доли и формы К'в среде. Видно, что м эти величины пропорциональны друг л 10 другу, ка 05 С повышением концентрации кислоты концентрация активной проме- 0 ОД 0,4 О,б 0,8 к ж у точ н о й формы, ка к правило, возр встает, и в и р едел е, и р и достаточно большой кон цеп тр аци и кислоты, м становится р а в и ой единице, т . е . и р а ктически асе 5 оказываются в форме 5а В этой области концентраций кислоты эффективная константа скорости становится равной истинной константе скорости, таким образом, последняя может быть определена непосредственно из данных по кинетнке реакции. На рис.
95 приведена зависимость эффективной константы сьо. рости превращения с-бензоилбензойной кислоты в антрахпнон от концентрации серной кислоты. Видно, что н„ва растет с ростом концентрации серной кислоты до некоторого предельного значения. Это предельное значение дает непосредственно истинную константу скорости кислотно-каталитического процесса. Таким способом истинная константа скорости может быть определена и в случаях, когда не существует методов определения концентрации активной промежуточной формы. Как правило, однако, при столь больших иоп- т 5,6 и 4,4 я Т 5,2 Если процесс протекает при высоких концентрациях кислоты, то необходимо более детальное термодинамическое рассмотрение. Концентрация протонированной формы в водных растворах определяется равновесием (У).35) с константой равновесия: Ози аа И аО к = аяан о, тле а — активности компонентов реакции; Ка — константа основ- ности субстрата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
