16. Енергетика ферментативних процесів. Енергія активації. Рівняння Арреніуса та Вант-Гоффа; Лейдлера-Скетчарда та Бренстеда-б'єрума.

Енергетика ферментативних реакцій базується на розумінні хімічної реакції як процесу переходу субстрату в продукт. При чому, з енергетичної точки зору, енергетичний стан продукту більш вигідний, ніж субстрату. Але щоб субстрат перетворився в продукт необхідно щоб він пройшов фазу перехідного стану, яка потребує витрачання досить великої кількості енергії системою. Відповідно, простий перехід субстрату у продукт ускладнений через наявність етапу перехідного стану. Відповідно, сенс ензиматичного каталізу полягає в зниженні необхідної кількості енергії для переходу субстрату в продукт (зниження енергії прехідного стану). Але все ж певна енергія для переходу субстрату в продукт необхідна, такукількість енергї, яку потребує перехідний стан за умови ферментативного каталізу, і називають енергією активації ферментативної реакції.

Рівняння Ареніуса

Рівняння Арреніуса виражає залежність константи швидкості проходження реакції від температури (за експотенційним законом):

де к – константа швидкості, Еа – енергія активації, R– газова стала, Т – температура, А – фактор частоти реакції (константа, що виражає набуття правильної орієнтації молекул для їх взаємодії).

Рівняння Вант Гоффа виражає зміну константи рівноваги реакції від температури при певній ентальпії (теплоємності) системи..

де v2 - швидкість реакції при температурі T2, v1 — швидкість реакції при температурі T1, y — температурний коефіцієнт швидкості реакції (якщо він, наприклад, дорівнює 2, то швидкість реакції буде збільшуватись в 2 рази при збільшенні температури на 10 градусів).

З рівняння Вант-Гоффа температурний коефіцієнт вираховується за формулою:

співвідношення Бренстеда

Термін вживається стосовно будь-якого з рівнянь:

kHA/p = G(KHAq/p)

kA/q = G(KHAq/p)

(або їхніх логарифмічних форм), де α , β та G – константи для даного ряду реакцій (α і β називаються “експонентами Бренстеда”), kHA та kA – каталітичні коефіцієнти (або коефіцієнти швидкості) реакцій, швидкості яких залежать від концентрацій HA та/або A. KHA – кислотна константа дисоціації кислоти HA, p – кількість еквівалентних кислотних протонів у кислоті HA, q – кількість еквівалентних основних центрів у її спряженій основі A. Вибрані величини p і q повинні завжди зазначатися. (Приписування зарядів HA та A має винятково ілюстративний характер.) Співвідношення Бренстеда часто називають “законом каталізу Бренстеда” (або “законом каталізу”). Ця назва, хоч вона й має історичне обгрунтування, не рекомендується, оскільки співвідношення Бренстеда, як відомо, застосовуються до багатьох некаталізованих та псевдокаталізованих реакцій (наприклад, прості реакції перенесення протона (гідрона)). Термін “псевдоспіввідношення Бренстеда” іноді вживається для реакцій, які включають нуклеофільний каталіз замість кислотно-основного каталізу.

Уравнение Скэтчарда является уравнением для расчета константы афинности лиганда с белком.

где R представляет собой отношение концентрации связанного лиганда к общей доступной сайты связывания С концентрации свободного лиганда, и n число сайтов связывания в молекуле белка.

Ka – константа связывания (афинности)

координаты Скетчарда строятся так: B/F vs B

где B - количество связанного субстрата (лиганда),

F - свободный субтрат (лиганд); Определеятся как F=A-B, где A - концентрация лиганда в растворе.

Анализ Скэтчарда - метод линеаризации данных эксперимента связывания до насыщения? (saturation binding experiment) с целью определения константы связывания. Для этого создается "вторичный" графиг для связанного/свободного лиганда (ось У) и специфического связывания (ось Х).