Стр. 58 - А.Я.Николаев - Биологическая химия (2004)

Упрощенная HTML-версия

Глава 2. Ферменты
каталитического процесса такая же, как скорость некаталитической реакции, то
после добавления катализатора общая скорость образования продукта возраста­
ет вдвое. Следовательно, можно сказать, что суть каталитических реакций не
столько в том, что скорость их велика (она может быть и небольшой), сколько в
том, что они заключают в себе циклический процесс, в котором один из реаген­
тов (катализатор) претерпевает попеременные превращения из одной формы в
другую, затем снова в первую и т. д., перерабатывая в каждом цикле по одной мо­
лекуле исходного вещества в продукт.
Скорость катализируемых реакций
В организмах в процессе биологической эволюции, а также в технике при разра­
ботке химических технологических процессов отбирались в качестве катализато­
ров такие вещества, реакции с которыми протекают очень быстро —в тысячи, в
миллионы, даже в IO10раз быстрее, чем соответствующие некаталитические реак­
ции. Такое различие скоростей позволяет вообще пренебречь некатализируемым
процессом и считать, что все вещество подвергается превращению при участии
катализатора. Рассмотренный выше каталитический процесс (4) составляет осно­
ву нитрозного метода получения серной кислоты; скорость этого процесса на­
столько выше скорости некаталитической реакции (I), что практически все мо­
лекулы SO2превращаются в молекулы SO4при участии NO9, т. е. вкладом реакции
(I) в образование продукта можно пренебречь. В организме человека ежесуточно
распадается около 0,5 кг глюкозы до CO9 и H 9O; в отсутствие катализаторов для
этого при тех же физических условиях потребовалось бы около 10 ОООлет. Таким
образом, и в этом случае можно считать, что практически вся глюкоза в организ­
ме распадается в катализируемых реакциях.
Рассмотренный выше пример катализа (синтез SO1) представляет собой кова­
лентный катализ: катализатор образует ковалентное соединение с исходным ве­
ществом. Существует и нековалентный катализ: в этом случае катализатор соеди­
няется с реагентами за счет слабых взаимодействий, например адсорбционных.
Однако во всех случаях общим для катализа является то, что катализатор откры­
вает новый путь превращения вещества через новые промежуточные состояния в
те же продукты, которые могут образоваться и без катализатора. В реакциях, ка­
тализируемых ферментами, в промежуточных продуктах возникают как ковален­
тные, так и нековалентные связи.
Катализ и энергия активации реакций
Скорость реакции чаще всего определяется ее энергией активации, т. е. той энер­
гией, которую нужно сообщить молекулам, чтобы началось химическое превраще­
ние (рис. 2.1).
Чем больше энергия активации, тем меньше скорость реакции. Энергия акти­
вации зависит от природы реагирующих молекул, от их внутреннего строения.
Например, энергия активации реакции SO2 с кислородом больше, чем энергия
активации реакции SO2 с NO9. Источником энергии активации обычно служит
тепловое движение молекул (поэтому при повышении температуры скорость ре­
акций увеличивается).