1.2.6. Кинетический эксперимент

Для того чтобы определить механизм любой химической реакции, проводят кинетический эксперимент, который заключается в измерении концентрации исследуемого вещества в зависимости от времени и ряда изучаемых параметров. Исследуемым веществом может быть: исходное вещество, промежуточное вещество, продукт реакции. Параметрами могут быть: начальная концентрация исходных веществ, условия эксперимента (температура, давление, пр.). Для проведения адекватного кинетического эксперимента: один параметр измеряется, один параметр меняется, остальные параметры фиксируются.

В реальном эксперименте при оцифровке сигнала происходит регистрация изучаемого параметра лишь в определенные (дискретные) промежутки времени. В результате кинетическая кривая носит дискретный характер. Теорема Найквистаутверждает, что для корректной дискретной регистрации непрерывного сигнала необходимо, чтобы частота цифрования (дискретизации)превышала более чем в два раза максимальную частотув Фурье-спектре исследуемого сигнала:

(1.13)

Основные источники ошибок в кинетическом эксперименте приведены на Рис.1.3.

Рис. 1.3. Основные ошибки кинетического эксперимента

Глава 2. Ферментативный катализ

2.1. Кинетические схемы и механизм ферментативной реакции

2.1.1. Схема Михаэлиса-Ментен

Считается, что механизмы ферментативных реакций выглядят следующим образом: субстратSобразует комплекс с активным центромфермента E, в комплексеXпроисходятфермент-субстратныеизменения, образуются продукты реакцииP, которые уходят из активного центра, освобождая его для взаимодействия с новой молекулой субстрата.

Схема Михаэлиса-Ментен (Michaelis, Menten, 1913):

(2.1)

кинетической схеме (2.1) соответствует следующее дифференциальное уравнение:

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Если пренебречь изменением концентрации субстрата (при его избытке или на небольших временах процесса), и при начальных условиях , решение дифференциального уравнения (2.2):

(2.5)

(2.6)

где

(константа Михаэлиса) (2.7)

В условиях стационарности по промежуточному соединению X() уравнение стационарной скорости:

(уравнение Михаэлиса) (2.8)

Где - максимальная скорость ():

(2.9)

Как правило, реальные механизмы включают большое число промежуточных соединений фермента с субстратом. Однако, уравнение Михаэлиса (2.8) феменологически описывает практически все ферментативные реакции. В этом заключается фундаментальность этого уравнения. Несмотря на кажущуюся сложность ферментативной реакции, вне зависимости от числа и природы интермедиантов, стационарная кинетика процесса описывается уравнением Михаэлиса (2.8). Для характеристики ферментативных реакций обычно определяют оба параметра: максимальную скорость и константу Михаэлиса. В качестве иллюстрации в табл.2.1. приведены примеры других кинетических схем, приводящих к уравнению Михаэлиса.

Табл.2.1. Некоторые кинетические схемы, приводящие к уравнению Михаэлиса

Схема	Wm	Km