După cum se știe, viteza unei reacții chimice, conform regulii empirice a lui Van't Hoff, crește de 2-4 ori odată cu creșterea temperaturii cu 10 o. Totuşi, pentru reacţiile enzimatice se observă doar până la 50-60 o C. La temperaturi mai ridicate, enzima, care este o proteină, se denaturează, se modifică conformaţia, şi nu-şi mai poate îndeplini funcţiile catalitice. Prin urmare, dependența vitezei unei reacții enzimatice de temperatură are forma unei curbe cu un maxim (figura)

Maximul corespunde cu cel mai mare activitate enzimă, care se măsoară de obicei în mg, care catalizează 1 mgmol de substrat în 1 min. Activitate specifică măsurat la 1 mg de enzimă (mgmol/min). Activitate molară (rpm sau constanta catalitică) se calculează per mgmol de enzimă (mgmol/mgmol ∙×min), adică activitatea molară arată câte molecule de substrat sunt convertite în 1 minut de o moleculă de enzimă.

Pe lângă temperatură, activitatea enzimelor este afectată de pH-ul mediului și de prezența inhibitorilor.

Efectul pH-ului asupra vitezei de reacție enzimatică

Pentru majoritatea reacțiilor enzimatice, valoarea optimă a pH-ului mediului se află în intervalul 5-9. Curba dependenței vitezei unei reacții enzimatice de pH este o curbă cu un maxim (figura)

Acest tip de curbă se datorează faptului că există o stare optimă de ionizare a substratului și a moleculei de proteină enzimatică (reziduurile sale de aminoacizi), ceea ce asigură cea mai puternică legătură a acestora în centrul activ și, prin urmare, cea mai mare viteză de reacție.

Inhibitori de enzime

Acțiunea enzimelor poate fi slăbită sau complet suprimată folosind anumite substanțe - inhibitori. Acțiunea lor poate fi reversibilă și ireversibilă.

Inhibitori reversibile sunt de obicei asociate cu enzima prin legături necovalente și pot fi detașate cu ușurință de ele și există așa-numitele inhibitori reversibili competitivi, care au structuri similare cu substratul și fiecare se străduiește, în primul rând, să contacteze enzima la locul de legare a substratului al situsului activ. Dacă la enzima E se adaugă un inhibitor competitiv I și un substrat S, atunci se formează doi complexe conform reacțiilor:

E + S « ES ® P + E

E + I « E I ≠ P

Deoarece formarea complexului EI nu duce la formarea de produse de reacție, viteza de reacție a formării acestora scade, deoarece numărul de situsuri active ale enzimei capabile să interacționeze cu substratul scade. Deoarece un inhibitor competitiv se leagă de enzimă în mod reversibil, efectul său poate fi redus prin creșterea concentrației substratului, deoarece aceasta crește probabilitatea legării enzimei la substrat. Inhibitorul, interferând cu formarea complexului enzimă-substrat, crește constanta Michaelis K m, dar nu modifică V max.

Inhibitor reversibil necompetitiv nu este similară ca structură cu substratul, deci se poate lega de enzimă în prezența sau absența substratului și, de obicei, se leagă de enzimă nu la locul activ, ci în alt loc, de obicei la centrul de reglare. În acest caz, se formează un complex ternar: enzimă-inhibitor-substrat (ESI), care nu duce la formarea de produși de reacție:

E + S + I ® E I ≠ P

Cu acest tip de inhibiție, efectul inhibitorului nu poate fi depășit prin creșterea concentrației substratului. Un inhibitor reversibil necompetitiv reduce atât Vmax, cât și Km.

Inhibitori ireversibili Enzimele sunt compuși care formează legături puternice cu enzima, în special în centrul său activ. Prin legarea unor grupuri importante la locul de legare a substratului, acestea își schimbă ireversibil configurația. Așa acționează ireversibil ionii de metale grele Hg +2 și Pb +2 asupra enzimelor, ceea ce explică efectul lor toxic asupra organismului uman.

Acțiunea enzimelor este reglată de hormoni.

BIOCHIMIE DINAMICĂ

Setul de reacții chimice care au loc în celulele vii și care furnizează organismului substanțele și energia de care are nevoie se numește metabolism sau metabolism. Distinge catabolism și anabolism. Transformarea catabolică este descompunerea moleculelor complexe, atât a celor furnizate cu hrană, cât și a celor găsite în celulă; aceste procese sunt numite exogonice.

Procesele anabolice (procesele de biosinteză) vizează formarea și reînnoirea elementelor structurale ale celulelor, adică sinteza moleculelor complexe din cele simple. Procesele de biosinteză sunt procese de reducere și sunt însoțite de cheltuirea energiei libere; astfel de procese sunt numite endergonice. Ambele părți ale procesului sunt interconectate în timp și spațiu. Procesele catabolice și anabolice au loc în diferite organele celulare, unde sunt localizate diferite enzime intracelulare. Toate căile metabolice sunt interconectate, așa cum se arată în diagrama integrată a căilor metabolice.

Viteza de reacție enzimatică

Viteza unei reacții enzimatice este măsurată prin cantitatea de substrat convertită pe unitatea de timp sau cantitatea de produs format. Viteza este determinată de unghiul de înclinare al tangentei la curbă în stadiul inițial al reacției.

Orez. 2 Viteza de reacție enzimatică.

Cu cât panta este mai abruptă, cu atât viteza este mai mare. În timp, viteza de reacție scade de obicei, în mare parte ca urmare a scăderii concentrației substratului.

Factori care afectează activitatea enzimatică

Acțiunea lui F. depinde de o serie de factori: temperatură, reacția mediului (pH), concentrația de enzime, concentrația de substrat și prezența activatorilor specifici și a inhibitorilor nespecifici sau specifici.

Concentrația de enzime

La concentrații mari de substrat și alți factori care rămân constanți, viteza reacției enzimatice este proporțională cu concentrația enzimei.

Orez. 3 Dependența vitezei de reacție enzimatică de concentrația enzimei.

Cataliza are loc întotdeauna în condițiile în care concentrația de enzime este mult mai mică decât concentrația de substrat. Prin urmare, pe măsură ce concentrația de enzime crește, crește și viteza reacției enzimatice.

Temperatura

Efectul temperaturii asupra vitezei unei reacții enzimatice poate fi exprimat prin coeficientul de temperatură Q10: Q10 = (viteza de reacție la (x + 10)°C) / (viteza de reacție la x °C)

Între 0-40°C, Q10 al unei reacții enzimatice este 2. Cu alte cuvinte, pentru fiecare creștere cu 10°C a temperaturii, viteza reacției enzimatice se dublează.

Orez. 4 Influența temperaturii asupra activității unei enzime precum amilaza salivară.

Pe măsură ce temperatura crește, mișcarea moleculelor se accelerează și este mai probabil ca moleculele substanțelor care reacţionează să se ciocnească între ele. În consecință, crește probabilitatea ca o reacție între ele să apară. Temperatura care asigură cea mai mare activitate se numește optimă. Dincolo de acest nivel, viteza reacției enzimatice scade, în ciuda creșterii frecvenței de coliziune. Acest lucru se întâmplă din cauza distrugerii structurilor secundare și terțiare ale enzimei, cu alte cuvinte, datorită faptului că enzima suferă denaturare.

Orez. 5 Cursul reacției enzimatice la diferite temperaturi.

Când temperatura se apropie sau scade sub îngheț, enzimele sunt inactivate, dar denaturarea nu are loc. Odată cu creșterea temperaturii, activitatea lor catalitică este restabilită.

Deoarece proteinele în stare uscată sunt denaturate mult mai lent decât proteinele hidratate (sub formă de gel sau soluție proteică), inactivarea fosforului în stare uscată are loc mult mai lent decât în ​​prezența umidității. Prin urmare, sporii bacterieni uscați sau semințele uscate pot rezista la încălzire la temperaturi mult mai ridicate decât aceiași spori sau semințe în stare umedă.

Concentrarea substratului

Pentru o anumită concentrație de enzimă, viteza reacției enzimatice crește odată cu creșterea concentrației de substrat.

Orez. 6 Dependența vitezei de reacție enzimatică de concentrația substratului.

Viteza maximă de reacție teoretică V max nu este niciodată atinsă, dar vine un moment în care o creștere suplimentară a concentrației substratului nu mai implică nicio modificare vizibilă a vitezei de reacție. Acest lucru ar trebui explicat prin faptul că, la concentrații mari de substrat, centrele active ale moleculelor de fosfor sunt practic saturate în orice moment. Astfel, indiferent cât de mult exces de substrat este disponibil, acesta se poate combina cu enzima numai după ce complexul enzimă-substrat format anterior se disociază în produs și enzimă liberă.De aceea, la concentrații mari de substrat, viteza reacției enzimatice este limitată atât de concentrația substratului și timpul necesar disocierii complexului enzimă-substrat.

La o temperatură constantă, orice fosfor funcționează cel mai eficient într-un interval îngust de pH. Valoarea optimă a pH-ului este cea la care reacția se desfășoară la viteza maximă.

Orez. 7 Dependența activității enzimelor de pH.

La pH mai mare și mai mic, activitatea F. scade. Schimbarea pH-ului modifică sarcina grupurilor acide și bazice ionizate, de care depinde forma specifică a moleculelor de fosfor, ca urmare, se modifică forma moleculelor de fosfor și, în primul rând, forma centrului său activ. Dacă pH-ul se modifică prea puternic, F. se denaturează. Caracteristica optimă a pH-ului unui anumit fosfor nu coincide întotdeauna cu pH-ul mediului său intracelular imediat. Aceasta sugerează că mediul în care se află F. îi reglează activitatea într-o oarecare măsură.

Cinetica enzimatică studiază influența naturii chimice a substanțelor care reacţionează (enzime, substraturi) și a condițiilor de interacțiune a acestora (pH mediu, temperatură, concentrație, prezența activatorilor sau inhibitorilor) asupra vitezei unei reacții enzimatice. Viteza unei reacții enzimatice (u) este măsurată prin scăderea cantității de substrat sau creșterea produsului de reacție pe unitatea de timp.

La concentrație scăzută de substrat, viteza de reacție

este direct proporțională cu concentrația sa. La concentrații mari de substrat, când toate locurile active ale enzimei sunt ocupate de substrat ( saturarea enzimei cu substrat), viteza de reacție este maximă, devine constantă și independentă de concentrația substratului [S] și depinde complet de concentrația de enzimă (Fig. 19).

K S – constanta de disociere a complexului enzima-substrat ES, reciproca constantei de echilibru:

.

Cu cât valoarea K S este mai mică, cu atât este mai mare afinitatea enzimei pentru substrat.

Orez. 19. Dependența vitezei de reacție enzimatică de concentrația substratului la o concentrație constantă a enzimei

Relația cantitativă dintre concentrația substratului și viteza reacției enzimatice exprimă Ecuația Michaelis-Menten:

,

u este viteza de reacție, u max este viteza maximă a reacției enzimatice.

Briggs și Haldane au îmbunătățit ecuația prin introducerea constanta Michaelis K m, determinat experimental.

Ecuația Briggs-Haldane:

.

Constanta Michaelis este numeric egală cu concentrația substratului (mol/l), la care viteza reacției enzimatice este jumătate din maxim (Fig. 20). K m arată afinitatea enzimei pentru substrat: cu cât valoarea acesteia este mai mică, cu atât este mai mare afinitatea.

Valorile experimentale ale Km pentru majoritatea reacțiilor enzimatice care implică un substrat sunt de obicei 10 -2 -10 -5 M. Dacă reacția este reversibilă, atunci interacțiunea enzimei cu substratul reacției directe este caracterizată prin K m diferit din aceea pentru substratul reacţiei inverse.

G. Lineweaver și D. Burke au transformat ecuația Briggs–Haldane și au obținut ecuația dreptei: y = ax + b (Fig. 21):

.

Metoda Lineweaver–Burk oferă un rezultat mai precis.

Orez. 21. Definirea grafică a constantei Michaelis

conform metodei Lineweaver-Burk

PROPRIETĂȚI ALE ENZIMELOR

Enzimele diferă de catalizatorii convenționali într-un număr de proprietăți.

Labilitate termică, sau sensibilitate la temperatură crescută (Fig. 22).

Orez. 22. Dependenţa vitezei de reacţie enzimatică de temperatură

La o temperatură care nu depășește 45-50 °C, viteza majorității reacțiilor biochimice crește de 2 ori cu o creștere a temperaturii cu 10 °C conform regulii lui Van't Hoff. La temperaturi peste 50 °C, viteza de reacție este afectată de denaturarea termică a proteinei enzimatice, ducând treptat la dezactivarea completă a acesteia.

Temperatura la care activitatea catalitică a unei enzime este maximă se numește ea temperatura optima. Temperatura optimă pentru majoritatea enzimelor de mamifere este în intervalul 37-40 °C. La temperaturi scăzute (0 °C și mai jos), enzimele, de regulă, nu sunt distruse, deși activitatea lor scade la aproape zero.

Dependența activității enzimatice de valoarea pH-ului mediului(Fig. 23).

Pentru fiecare enzimă există o valoare optimă a pH-ului la care prezintă activitate maximă. pH optim acțiunea enzimelor în țesuturile animale se află într-o zonă îngustă de concentrație a ionilor de hidrogen corespunzătoare valorilor fiziologice ale pH-ului de 6,0-8,0 dezvoltate în procesul de evoluție. Excepție fac pepsina - 1,5-2,5; arginază – 9,5-10.

Orez. 23. Dependenţa vitezei de reacţie enzimatică de pH-ul mediului

Efectul modificărilor pH-ului mediului asupra moleculei de enzimă este de a afecta gradul de ionizare al grupelor sale active și, în consecință, structura terțiară a proteinei și starea centrului activ. pH-ul modifică, de asemenea, ionizarea cofactorilor, substraturilor, complexelor enzimă-substrat și a produselor de reacție.

Specificitate. Specificitatea ridicată a acțiunii enzimelor se datorează complementarității conformaționale și electrostatice dintre moleculele substratului și enzimei și organizării structurale unice a centrului activ, care asigură selectivitatea reacției.

Specificitate absolută - capacitatea unei enzime de a cataliza o singură reacție. De exemplu, ureaza catalizează reacția de hidroliză a ureei la NH3 și CO2, arginază - hidroliza argininei.

Specificitate relativă (de grup) - capacitatea unei enzime de a cataliza un grup de reacții de un anumit tip. De exemplu, enzimele hidrolitice peptidazele, care hidrolizează legăturile peptidice din proteine ​​și moleculele peptidice, și lipaza, care hidrolizează legăturile esterice din moleculele de grăsime, au specificitate relativă.

Specificitatea stereochimică posedă enzime care catalizează transformarea doar a unuia dintre izomerii spațiali. Enzima fumaraza catalizează conversia izomerului trans al acidului butendioic, acid fumaric, în acid malic și nu acționează asupra izomerului cis, acid maleic.

Specificitatea ridicată a acțiunii enzimelor asigură că între toate transformările posibile apar doar anumite reacții chimice.

CINETICA REACȚIEI ENZIMATIVE

studiază modelele de trecere a reacțiilor enzimatice în timp, precum și mecanismul acestora; capitol cinetica chimică.

catalitic ciclul de conversie a substanței S (substrat) în produs P sub acțiunea enzimei E continuă cu formarea intermediarilor. conn. X i:

Unde ki- constantele de viteză ale etapelor elementare individuale, formarea complexului enzimă-substrat X 1 (ES, complexul Michaelis).

La o anumită temperatură, viteza reacției depinde de concentrațiile enzimei, substratului și compoziția mediului. Există cinetice staționare, pre-staționare și de relaxare ale reacțiilor enzimatice.

Cinetica staționară.În stare staționară prin conexiuni intermediare. (dX i/dt= 0, i = 1, ..., n) și cu un exces de substrat, unde [S] 0 și, respectiv, [E] 0 sunt concentrațiile inițiale. substrat și enzimă, cinetica procesului este caracterizată printr-un nivel constant, invariant în timp al concentrațiilor. conn. și expresia pentru viteza procesului v 0, numit viteza inițială staționară, are forma (ecuația Michaelis-Menten):

(1)

unde valorile lui k cat și K m -> funcțiile constantelor de viteză ale etapelor elementare și sunt date de ecuațiile:

Valoarea lui k cat numit catalitic eficient constanta vitezei de proces, parametru K m -> Michaelis constantă. k valoarea pisicii determinat de cantitati max. etape lente ale catalitice raioane și uneori numite numărul de rotații ale enzimei (sistemul enzimatic); k pisica caracterizează numărul de catalitic cicluri efectuate de sistemul enzimatic pe unitatea de timp. Naib. comună, având valoarea k cat. pentru specific substraturi în intervalul 10 2 -10 3 s -1. Valorile tipice ale constantei Michaelis se află în intervalul 10 -3 - 10 -4 M.

La concentrații mari ale substratului, când, adică, viteza de circulație nu depinde de concentrația substratului și atinge o valoare constantă, numită. Max. viteză. Grafic, ecuația Michaelis-Menten este o hiperbolă. Poate fi liniarizat folosind metoda dublelor reciproce (metoda Linewere-Burk), adică construind dependența 1/v de 1/[S] 0 sau alte metode. Forma liniară a ecuației (1) are forma:

(2)

Vă permite să determinați grafic valorile K mşi v max (fig. 1).

Orez. 1. Graficul transformării liniare a ecuației Michaelis - Menten în reciproce duble (după Lineweaver - Burke).

Magnitudinea K m > este numeric egală cu concentrația substratului, la care viteza de circulație este, prin urmare, egală K m servește adesea ca măsură a afinității substratului și a enzimei, dar aceasta este valabilă numai dacă

Cantitati K m >Și variază în funcție de valorile pH-ului. Acest lucru se datorează capacității grupelor de molecule de enzime implicate în cataliză de a-și schimba starea de ionizare și, prin urmare, activitatea lor catalitică. eficienţă. În cel mai simplu caz, o modificare a pH-ului are ca rezultat protonarea sau deprotonarea a cel puțin două grupări ionizabile ale enzimei implicate în cataliză. Dacă, în acest caz, doar o formă a complexului enzimă-substrat (de exemplu, ESH) din trei forme posibile (ES, ESH și ESH 2) poate fi convertită într-un produs al soluției, atunci dependența de rata pH-ului este descrisă de formula:

Unde f = 1 + / Și f" = 1 + +K" b />-T. numit funcțiile pH ale lui Michaelis și Ka, KbȘi K" a, K" b -> constantele de ionizare ale grupelor a și bresp. gratuit enzima si complexul enzima-substrat. În coordonate lg - pH această dependență este prezentată în Fig. 2, iar tangentele unghiurilor de înclinare ale tangentelor la ramurile ascendente, independente de pH, și descendente ale curbei ar trebui să fie egale cu +1, 0 și, respectiv, -1. Dintr-un astfel de grafic puteți determina valorile pK a grupuri implicate în cataliză.

Orez. 2. Dependenta de catalitic constante de la pH la logaritmice. coordonate

Viteza reacției enzimatice nu respectă întotdeauna ecuația (1). Unul dintre cele mai frecvente cazuri este participarea alostericului la reacție. enzime (vezi regulatori ai enzimelor), pentru care dependenţa gradului de saturaţie al enzimei de [S] 0 este nehiperbolic. caracter (fig. 3). Acest fenomen se datorează cooperativității legării substratului, adică atunci când legarea unui substrat pe unul dintre situsurile macromoleculei enzimatice crește (cooperativitate pozitivă) sau scade (cooperativitate negativă) afinitatea pentru substratul altui situs.

Orez. H Dependența gradului de saturație a enzimei cu substratul de concentrația substratului cu cooperativitate pozitivă (I) și negativă (II), precum și în absența acestuia (III).

Cinetica pre-staționare. Cu amestecarea rapidă a soluțiilor de enzime și substrat în intervalul de timp de 10 -6 -10 -1 s, se pot observa procese tranzitorii care preced formarea unei stări staționare stabile. În acest mod pre-staționar, atunci când se utilizează un exces mare de substrat, sistemul diferențial. Ecuația care descrie cinetica proceselor este liniară. Soluția acestui tip de sistem diferențial liniar. Ecuația este dată de suma termenilor exponențiali. Deci, pentru cinetică schema prezentată mai sus, cinetica acumulării produsului are forma:

unde un eu ->, b și n -> funcții ale constantelor elementare de viteză; -rădăcinile caracteristicii corespunzătoare. nivel.

Mărimea reciprocă se numește caracteristică timpul procesului:

Pentru un râu care curge cu participarea nintervals. conexiune, puteți obține caracteristici. ori

Studiul cineticii reacției enzimatice într-un mod prestațional ne permite să ne facem o idee despre mecanismul detaliat al reacțiilor catalitice. ciclul și determinați constantele de viteză ale etapelor elementare ale procesului.

Experimental, cinetica reacției enzimatice în mod prestațional este studiată folosind metoda cu jet oprit (vezi. metode cinetice cu jet), permițând amestecarea componentelor soluției în 1 ms.

Cinetica de relaxare. Cu un efect perturbator rapid asupra sistemului (modificarea temperaturii, presiunii, câmpului electric), timpul necesar sistemului pentru atingerea unui nou echilibru sau stare staționară depinde de viteza proceselor care determină reacția catalitică. ciclu enzimatic.

Sistemul de ecuații care descriu cinetica procesului este liniar dacă deplasarea față de poziția de echilibru este mică. Soluția sistemului duce la dependențe ale concentrațiilor componentelor, dec. etape ale procesului sub forma unei sume de termeni exponențiali, ai căror exponenți au caracter de timpi de relaxare. Rezultatul studiului este un spectru de timpi de relaxare corespunzător numărului de intervale. conexiuni care participă la proces. Timpii de relaxare depind de constantele de viteză ale etapelor elementare ale proceselor.

Tehnici de relaxare cinetica face posibilă determinarea constantelor de viteză ale etapelor elementare individuale de transformare a intermediarilor. Metodele de studiu a cineticii relaxării variază. rezolutie: absorbtie ultrasunete - 10 -6 -10 -10 s, salt de temperatură - 1O -4 -10 -6 s, metoda electrică. impuls - 10 -4 -10 -6 s, salt de presiune - 10 -2 s. La studierea cineticii reacțiilor enzimatice, metoda saltului de temperatură a găsit aplicație.

Macrocinetica proceselor enzimatice. Dezvoltarea metodelor de producere a catalizatorilor eterogene prin imobilizarea enzimelor pe decomp. mass-media (vezi Enzime imobilizate) a necesitat analiza cineticii proceselor ținând cont de transferul de masă al substratului. Cinetica reacțiilor a fost studiată teoretic și experimental, ținând cont de efectele stratului de difuzie și pentru sistemele cu dificultăți de intradifuzie în timpul distribuției enzimei în purtător.

În condițiile în care cinetica procesului este afectată de transferul de difuzie al substratului, catalitic. eficiența sistemului scade. Factorul de eficiență este egal cu raportul dintre densitatea curgerii produsului în condiții de curgere enzimatică cu o concentrație de substrat redusă difuziv și debitul care ar putea fi realizat în absența restricțiilor de difuzie. În regiunea pur difuziei, când viteza procesului este determinată de transferul de masă al substratului, factorul de eficiență pentru sistemele cu inhibare a difuziei externe este invers proporțional cu modulul de difuzie:

Unde grosimea stratului de difuzie, D - coeficient. difuzia substratului.

Pentru sistemele cu inhibare a intradifuziei în regiunile de ordinul întâi

unde Ф T- modul adimensional (modul Thiele).

La analiza cinetică modelele din reactoare enzimatice sunt larg teoretice. și experimentează. Au fost dezvoltate modele de reactoare „ideale”: reactor cu flux (reactor cu flux cu amestec ideal), reactor cu flux cu deplasare ideală și reactor cu membrană.

Cinetica proceselor multienzimatice.În organism (celulă), enzimele nu acționează izolat, ci catalizează lanțuri de transformare a moleculelor. R-tions în sisteme multienzimatice cu cinetică. punctele de vedere pot fi considerate ca fiind consistente. procese, specifice O caracteristică a cărei caracteristică este enzimele fiecărei etape:

Unde , resp. max, viteza procesului și constanta Michaelis i respectiv etapa a raionului.

O caracteristică importantă a procesului este posibilitatea formării unei stări staționare stabile. Condiția pentru apariția acesteia poate fi inegalitatea > v 0 , unde v 0 este viteza treptei de limitare, caracterizată prin cea mai mică constantă de viteză și determinând astfel viteza a tot ceea ce urmează. proces. În starea de echilibru, concentrațiile metaboliților după stadiul de limitare sunt mai mici decât constanta Michaelis a enzimei corespunzătoare.

Specific grupul sistemelor multienzimatice este format din sisteme care realizează oxido-reducerea. r-tions cu participarea purtătorilor de electroni proteici. Transportatorii forme specifice structuri, complexe cu o succesiune deterministă de transfer de electroni. Cinetică. descrierea acestui gen de sisteme consideră starea circuitelor cu descompunere ca o variabilă independentă. gradul de populație de electroni.

Aplicație. F.r. K. este utilizat pe scară largă în practica cercetării pentru a studia mecanismele de acțiune ale enzimelor și sistemelor enzimatice. Un domeniu practic semnificativ al științei enzimelor este enzimologie de inginerie, operează cu conceptele lui F. r. pentru optimizarea biotehnologiei. proceselor.

Lit.: Poltorak O. M., Chukhrai E. S., Fundamentele fizico-chimice ale catalizei enzimatice, M., 1971; Berezin I.V., Martinek K., Fundamentele chimiei fizice ale catalizei enzimatice, M., 1977; Varfolomeev S. D., Zaitsev S. V., Metode cinetice în cercetarea biochimică, M.. 1982. S. D. Varfolomeev.

Enciclopedie chimică. - M.: Enciclopedia Sovietică. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

Vedeți ce este „CINETICA REACȚIEI ENZIMATIVE” în ​​alte dicționare:

catalitic radio ciclic un proces constând dintr-un număr de mișcări elementare, ale căror viteze sunt descrise de legea acțiunii în masă. Această lege are o formă simplă pentru amestecuri de gaze ideale, lichide ideale și straturi de suprafață ideale.... ... Enciclopedie chimică

Cinetica reacțiilor chimice, studiul proceselor chimice, legile apariției lor în timp, viteze și mecanisme. Cele mai importante domenii ale chimiei moderne și ale științei chimice sunt asociate cu studiile cineticii reacțiilor chimice... ... Marea Enciclopedie Sovietică

CINETICA CHIMICA- (din mișcarea greacă kinesis), un departament de chimie teoretică dedicat studiului legilor chimiei. reactii. Pot fi identificate mai multe tipuri de substanțe chimice. interacțiuni și, în primul rând, să distingem reacțiile care au loc într-un mediu omogen (omogen) de reacții... ... Marea Enciclopedie Medicală

- (biocataliza), accelerarea biochimice. rații cu participarea macromoleculelor proteice numite enzime. F. k. este un tip de cataliză, deși termenul de fermentație (fermentare) este cunoscut încă din cele mai vechi timpuri, când nu exista conceptul de chimie. cataliză. Mai întâi…… Enciclopedie chimică

- (din latinescul re prefix care înseamnă acțiune inversă, și acțiune actio), transformarea unora în (compuși inițiali) în altele (produse ale dietei) cu imuabilitatea nucleelor ​​atomice (spre deosebire de reacțiile nucleare). Compuși inițiali în R. x. numit uneori...... Enciclopedie chimică

- (din latinescul fermentum starter) (enzime), proteine ​​care actioneaza ca catalizatori in organismele vii. De bază funcțiile F. de a accelera conversia substanțelor care pătrund în organism și formate în timpul metabolismului (pentru a reînnoi structurile celulare, pentru a-i asigura ... Enciclopedie chimică

- (din grecescul pharmakon medicina si kinetikos punerea in miscare), studiaza cinetica. modele de procese care au loc cu lek. Miercuri vom în corp. De bază farmacocinetice procese: absorbție, distribuție, metabolism și excreție (eliminare).... ... Enciclopedie chimică

Aproape toate reacțiile biochimice sunt enzimatice. Enzime(biocatalizatorii) sunt substanțe proteice activate de cationi metalici. Sunt cunoscute aproximativ 2000 de enzime diferite, iar aproximativ 150 dintre ele au fost izolate, dintre care unele sunt folosite ca medicamente. Tripsina și chimotripsina sunt folosite pentru a trata bronșita și pneumonia; pepsină - pentru tratamentul gastritei; plasmină - pentru tratamentul atacului de cord; Pancreatina - pentru tratamentul pancreasului. Enzimele diferă de catalizatorii convenționali: (a) prin activitate catalitică mai mare; (b) specificitate ridicată, adică selectivitatea acțiunii.

Mecanismul unei reacții enzimatice cu un singur substrat poate fi reprezentat prin următoarea diagramă:

unde E este o enzimă,

S - substrat,

ES - complex enzima-substrat,

P este produsul de reacție.

Caracteristica primei etape a reacţiei enzimatice este constanta Michaelis (K M). K M este reciproca constantei de echilibru:

Constanta Michaelis (K M) caracterizează stabilitatea complexului enzimă-substrat (ES). Cu cât constanta Michaelis (K M) este mai mică, cu atât complexul este mai stabil.

Viteza unei reacții enzimatice este egală cu viteza etapei sale de limitare a vitezei:

unde k 2 este constanta vitezei, numită numărul de revoluții sau activitatea moleculară a enzimei.

activitatea enzimelor moleculare(k 2) este egal cu numărul de molecule de substrat care suferă transformări sub influența unei molecule de enzimă într-un minut la 25 0 C. Această constantă ia valori în intervalul: 1·10 4< k 2 < 6·10 6 мин‾ 1 .

Pentru ureaza, care accelerează hidroliza ureei, k 2 = 1,85∙10 6 min‾ 1 ; pentru adenozin trifosfataza, care accelerează hidroliza ATP, k 2 = 6,24∙10 6 min‾ 1 ; pentru catalază, care accelerează descompunerea H 2 O 2, k 2 = 5∙10 6 min‾ 1.

Cu toate acestea, ecuația cinetică a reacției enzimatice în forma în care este dată mai sus este practic imposibil de utilizat din cauza imposibilității determinării experimentale a concentrației complexului enzimă-substrat (). Exprimat în termeni de alte mărimi care sunt ușor de determinat experimental, obținem ecuația cinetică a reacțiilor enzimatice, numit prin ecuația Michaelis-Menten (1913):

,

unde produsul k 2 [E] total este o valoare constantă, care se notează (viteza maximă).

Respectiv:

Să luăm în considerare cazuri speciale ale ecuației Michaelis-Menten.

1) Prin urmare, la concentrație scăzută de substrat K M >> [S].

care corespunde ecuaţiei cinetice a reacţiei de ordinul întâi.

2) La concentrație mare de substrat K m<< [S], поэтому

care corespunde ecuaţiei cinetice a reacţiei de ordinul zero.

Astfel, la o concentrație scăzută de substrat, viteza reacției enzimatice crește odată cu creșterea conținutului de substrat din sistem, iar la o concentrație mare de substrat, curba cinetică atinge un platou (rata de reacție nu depinde de concentrația de substrat) (Fig. . 30).

Figura 30. - Curba cinetică a unei reacții enzimatice

Dacă [S] = K M, atunci

care vă permite să determinați grafic constanta Michaelis K m (Fig. 31).

Figura 31. - Definirea grafică a constantei Michaelis

Activitatea enzimelor este influențată de: (a) temperatură, (b) aciditatea mediului, (c) prezența inhibitorilor. Efectul temperaturii asupra vitezei unei reacții enzimatice este discutat în capitolul 9.3.

Influența acidității mediului asupra vitezei reacției enzimatice este prezentată în Figura 32. Activitatea enzimatică maximă corespunde valorii optime a pH-ului (pH opt).

Figura 32. - Efectul acidității soluției asupra activității enzimatice

Pentru majoritatea enzimelor, valorile optime ale pH-ului coincid cu valorile fiziologice (7,3 - 7,4). Există însă enzime a căror funcționare normală necesită un mediu puternic acid (pepsină - 1,5 - 2,5) sau suficient de alcalin (arginaza - 9,5 - 9,9).

Inhibitori de enzime- acestea sunt substanțe care ocupă o parte din centrii activi ai moleculelor enzimatice, în urma cărora viteza reacției enzimatice scade. Cationii de metale grele, acizii organici și alți compuși acționează ca inhibitori.

Cursul 11

Structura atomica

Există două definiții ale conceptului „atom”. Atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează proprietățile chimice.

Atom este un microsistem neutru din punct de vedere electric format dintr-un miez încărcat pozitiv și o înveliș de electroni încărcat negativ.

Doctrina atomului a parcurs o cale lungă de dezvoltare. Principalele etape ale dezvoltării atomismului includ:

1) etapa filozofică naturală - perioada de formare a conceptului de structură atomică a materiei, neconfirmată prin experiment (sec. V î.Hr. - secolul XVI d.Hr.);

2) stadiul formării ipotezei despre atom ca cea mai mică particulă a unui element chimic (secolele XVIII-XIX);

3) etapa creării de modele fizice care reflectă complexitatea structurii atomului și fac posibilă descrierea proprietăților acestuia (începutul secolului al XX-lea)

4) stadiul modern al atomismului se numește mecanică cuantică. Mecanica cuantică este o ramură a fizicii care studiază mișcarea particulelor elementare.

PLAN

11.1. Structura nucleului. Izotopi.

11.2. Modelul mecanic cuantic al învelișului de electroni a unui atom.

11.3. Caracteristicile fizico-chimice ale atomilor.

Structura nucleului. Izotopi

Nucleul atomic este o particulă încărcată pozitiv constând din protoni, neutroni și alte particule elementare.

Este general acceptat că principalele particule elementare ale nucleului sunt protonii și neutronii. Proton (p) – este o particulă elementară a cărei masă atomică relativă este 1 amu și sarcina ei relativă este + 1. Neutron (n) – Aceasta este o particulă elementară care nu are sarcină electrică și a cărei masă este egală cu masa unui proton.

99,95% din masa unui atom este concentrată în nucleu. Între particulele elementare există forțe nucleare speciale de extensie, care depășesc semnificativ forțele de repulsie electrostatică.

Caracteristica fundamentală a unui atom este încărca a lui miezuri, egal cu numărul de protoni și care coincide cu numărul atomic al elementului din tabelul periodic al elementelor chimice. Se numește o mulțime (tip) de atomi cu aceeași sarcină nucleară element chimic. Elementele cu numere de la 1 la 92 se găsesc în natură.

Izotopi- sunt atomi ai aceluiasi element chimic care contin in nucleu acelasi numar de protoni si numere diferite de neutroni.

unde numărul de masă (A) este masa nucleului, z este sarcina nucleului.

Fiecare element chimic este un amestec de izotopi. De regulă, numele izotopilor coincide cu numele elementului chimic. Cu toate acestea, au fost introduse denumiri speciale pentru izotopii de hidrogen. Elementul chimic hidrogen este reprezentat de trei izotopi:

Numărul p Numărul n

Protium N 1 0

Deuteriu D 1 1

Tritiu T 1 2

Izotopii unui element chimic pot fi atât stabili, cât și radioactivi. Izotopii radioactivi conțin nuclee care se descompun spontan, eliberând particule și energie. Stabilitatea unui nucleu este determinată de raportul neutron-protoni.

Odată ajunși în organism, radionuclizii perturbă cele mai importante procese biochimice, reduc imunitatea și condamnă organismul la boală. Organismul se protejează de efectele radiațiilor prin absorbția selectivă a elementelor din mediu. Izotopii stabili au prioritate față de izotopii radioactivi. Cu alte cuvinte, izotopii stabili blochează acumularea de izotopi radioactivi în organismele vii (Tabelul 8).

Cartea lui S. Shannon „Nutriția în era atomică” oferă următoarele date. Dacă o doză de blocare de ~100 mg de iod cu izotop stabil este luată nu mai târziu de 2 ore după ce I-131 intră în organism, absorbția iodului radioactiv în glanda tiroidă va fi redusă cu 90%.

Radioizotopii sunt utilizați în medicină

pentru diagnosticul anumitor boli,

· pentru tratamentul tuturor formelor de cancer,

· pentru studii fiziopatologice.

Tabelul 8 - Efectul de blocare al izotopilor stabili