Курс химической кинетики. 4-е изд. - Эмануэль Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Из величины отах делением на концентрацию катализатора находят k2 = 0,44 с-1.
В тех же координатах на рис. 90 приведены аналогичные данные для реакции окисления циклогексана трет-бут л гидроперекисью, катализируемой комплексом ванадия (V) с ацетил ацетон ом и при-
329
водящей к образованию эпоксида циклогексена:
НаС-С/ C-CHj
о о
¦ \+/ /С(СН3)3
/ •-. чон
о о
/ \\
н,с—с с—сн3
н,с—с с—снп
0=Ж-оГС(СН^ + но о о
/ \\
HiC—Cv С-—сН.
В этой реакции образование координационной связи гидроперекиси с ванадием поляризует связь О—О гидроперекиси и облегчает гетеролитическое расщепление этой связи слабым нуклеофилом циклогексеном (лимитирующая стадия реакции)- Далее следуют быстрые стадии передачи протона от протонированной молекулы эпоксида алкоголят-иону, оставшемуся в составе комплекса, и замена в координационной сфере образовавшегося mpem-бутилового спирта на новую молекулу гидроперекиси.
Экспериментальные данные хорошо укладываются на прямую линию (рис. 90), из параметров которой нетрудно' найти итах = = 2,8-10'5 М-с"1 и Км = 0,085 М.
В качестве примера реакции, катализируемой ферментами, на рис. 91 приведена в координатах v, vis зависимость начальной
скорости гидролиза аденозннтрифос-фата до аденозиндифосфата и орто-фосфата, катализируемого ферментом миозином. В этом случае, как следует из приведенной зависимости, vmax =2,3-10"7 М -с'1, а Км =0,0143М.
Вещества, способные к образованию комплекса с катализатором, но не способные к каталитическому превращению, могут препятствовать образованию комплекса катализатор-субстрат и тем самым будут тормозить каталитическую реакцию. Это явление особенно широко изучено в случае ферментов.
Например, фенилуксусная и фе-нилпропионовая кислоты содержат карбоксильную группу и ароматическое кольцо на расстоянии, близком к расстоянию этих же групп в остатках ароматических аминокислот, поэтому они могут взаимодействовать со связывающим (контактным) участком фермента карбок-снпептидазы (см. с. 325). Они не подвергаются каталитическому превращению, так как не содержат пептидных связей, но конкурируют с пептидами за контактный участок фермента^ и тормозят
1,0 2,0 3,0 (иЛ)Т0\ с"1
Рис. 90. Зависимость скорости реакции окисления циклогексена гидроперекисью третичного бутила, катализируемой комплексом У+, от концентрации гидроперекиси в координатах V, у/б (по данным Гоулда)
330
каталитическую реакцию отщепления С-концевого аминокислотного остатка. Такие соединения получили название ингибиторов ферментов.
Для описания кинетики каталитической реакции в присутствии •ингибитора (1п) необходимо дополнить уравнения °Л (VI.23) — (У1.26) соотношением
Кг
Пп| [Е] ^ i [Е]
[Ein] [Ein]
(VI. 33)
где i — общая концентрация ингибитора. Предполагается, что i е0, и количеством ингибитора, связанного в комплекс Ein, можно пренебречь по сравнению с i.
(VI. 25) следует заменить на
6 10
(w/xHO3, о-1
Рис. 91. Зависимость скорости гидролиза ад«« нозинтрифосфата, катализируемого миози« ном, от концентрации аденозинтрифосфата ¦ координатах v, v/s (по данным Лейдлера) |E] + [ES]4-[EIn] = ?0. (VI.34)
Поскольку вследствие (VI.33) и (VI.34) связь между [Е] и [ES] дается выражением
[Ej(l-и/К,) + [ES] = ев, то в квазистационарном приближении (VI.29) принимает вид
*is ?Т,|Е^] -+*а) [ES] =0,
i+i/Ki
откуда следует, что
k.2se0
ИЛИ V =
Это уравнение можно записать в виде
+
' М 1
Величина К,- характеризует количественно эффективность ингибитора, причем чем эффективнее ингибитор, т. е. чем сильнее он тормозит каталитический процесс, тем меньше К,-.
Зная зависимость 1 /V от 1/5 при заданной концентрации ингибитора и в неингибированной реакции, можно графически определить Км (1 4- ПК,) и /<м и, следовательно, вычислить К;. Каждая серия опытов должна проводиться при постоянной концентрации фермента.
Нарис. 92 приведена зависимость- 1/ц от 1/5 для гидролиза пептидной связи карбобенэилоксиглицилфенилаланина, катализируемого карбоксипептидазой:
ч
331
\>--//
-сн,—о—с—ш—СН—С—Ш-СН-СООН -г- Н20
и )\—сн — о—с—ш—сн —соон + Н2Н-СН—соон
Из наклона прямой линии находят КмМпах =-' 97,2 с; отрезок, от-
__________л .._ ____ _________ 1 /.. _ 1 ОАО „ М-1 птимло к'.. =
секаемыи на оси ординат, = 97,2 : 1800 = 0,054 М
1800 с-М"1, откуда Км
2 6,0
20 40 60 80 І/*, М
Рис. 92. Зависимость скорости гидролиза карбобензилоксиглицилфенила-ланина под действием карбоксипепти-дазы от концентрации субстрата в координатах 1/о, 1/« (по данным Кауфмана и Нейрата)
0 20 40 60 80 1/1, М"1
Рис. 93. Зависимость скорости гидролиза карбобензилоксиглицилфенилала-вина под действием карбоксипептидазы от концентрации субстрата без ингибитора (/), в присутствии 0,002 М фени-луксусной кислоты (2); в присутствии 0,002 М фенилпропионовой кислоты (3) (по данным Кауфмана и Нейрата)
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 +'/К()/Отах = 530 с, откуда Км (1 + 1/Кд =- 530 : 1800 = 0,294 М (величина утах =¦ кле0 не зависит от присутствия ингибитора). Следовательно,
