17. Скорость химических реакций и сущность явления катализа. Теоретические основы и особенности ферментативного катализа. Термодинамические и кинетические характеристики ферментативного катализа.
Скорость химической реакции, величина, характеризующая интенсивность реакции химической. Скоростью образования продукта реакции называется количество этого продукта, возникающее в результате реакции за единицу времени в единице объёма (если реакция гомогенна) или на единице площади поверхности (если реакция гетерогенна). Для исходных веществ аналогичным образом определяется скорость их расходования. Количества веществ выражают в молях. Катализ - изменение скорости химических реакций в присутствии веществ (катализаторов), вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с реагирующими веществами, но восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав. Реакции с участием катализаторов называются каталитическими. Основным фактором, определяющим скорость химического превращения, является энергия активации (Е) — разность энергий активного комплекса и исходных реагирующих молекул. Если предположить, что реакция не нарушает равновесного распределения энергии между молекулами, то вероятность образования активного комплекса, а следовательно, и скорость реакции в первом приближении пропорциональна exp (—E/RT), где R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура. Отсюда следует, что скорость реакции тем больше, чем меньше Е, и вследствие экспоненциальной зависимости возрастает значительно даже при небольшом снижении Е.
ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ (биокатализ), ускорение биохим. р-ций при участии белковых макромолекул, называемых ферментами (энзимами). Ферментативный катализ- разновидность катализа, хотя термин "ферментация" (брожение)известен с давних времен, когда еще не было понятия хим. катализа. В простейшем случае ур-ние р-ции с участием фермента имеет вид: E+S-->ES-->E+P где E - фермент, S - субстрат, ES - фермент-субстратный комплекс (т. наз. комплекс Михаэлиса), P- продукт р-ции.
Км
– константа Михаэлиса.
Общие свойства ферментов и химических катализаторов небелковой природы:
1) Ф. не входят в состав конечных продуктов реакции и не тратятся в процессе катализа, выходя из реакции в неизменном виде; 2) Ф. только ускоряют реакции протекающие и без них, не могут возбудить реакций, противоречащих законам термодинамики; 3) Ф. не смещают положение равновесия, а лишь ускоряют его достижение. Отличительные признаки ферментативного и химического катализа:
1) Скорость ферментативных реакций на много порядков выше, чем у небиологических катализаторов. 2) Ферменты обладают высокой специфичностью; 3) Ферментативные процессы не дают побочных реакций, для них характерен 100% выход целевого продукта. 4) Ферменты катализируют реакции в мягких условиях организма (р, t°, рН), однако весьма чувствительны к сдвигам рН среды и изменению температуры. 5) Белки-ферменты термолабильны и чувствительны к денатурирующим агентам; 5) Активность ферментов контролируется (генетически на уровне строения и различными биорегуляторами), они могут изменять свою активность под воздействием ряда факторов, изменяя количественные выходы продуктов. 6) В организме, как правило, действуют полиферментные системы.