(G, Е или Н\ QHH откладывают.

сколько переходных состояний (каждое из которых соответствует определенной стадии), разделенных «ямами» (соответствующими промежуточным соединениям, в некоторых случаях весьма нестабильным). Переход от исходных реагентов к продуктам в ходе ферментативной реакции можно уподобить путешествию с преодолением горных хребтов различной высоты, которое заканчивается выходом на равнину.

2. Количественная теория переходного состояния [46, 47]])

В 80-х годах прошлого столетия Аррениус показал, что зависимость 'константы скорости химической реакции (k) от температуры имеет тот же вид, что и температурная зависимость константы равновесия, а именно

k=Ae~r»'RT (6-67)

[проинтегрируйте уравнение (3-37) и сопоставьте полученный результат с приведенным выражением]. Величина Еа называется энергией активации, а константа А — предэксионенциальньш множителем. Наблюдения Аррениуса, а также результаты исследования влияния солей на скорости реакций и факт существования количественной зависимости меж-д\ константами скорости и константами равновесия свидетельствовали о том, что константа скорости реакции может быть представлена в виде произведения постоянного члена, почти не зависящего от температуры, нм константу Кф, обладающую свойствами константы равновесия для процесса образования переходного состояния [46]. Количественное соотношение такого рода было получено Эйрингом:

k=*QLl(T, (6-68)

где &в — константа Больцмана, h — постоянная Планка. При выводе

эюго соотношения Эйринг исходил из предположения, что все переходные состояния распадаются с одной и той же константой скорости, равной kBT/h. Уравнение (6-68) используют иногда в модифицированной

форме, содержащей в правой части в качестве сомножителя трансмиссионный коэффициент х, который для большинства реакций, как полагают, близок к единице. Выражение (6-68) для константы скорости можно переписать в следующем виде: ^

few i|^e-AG+/«rt (6.69)

где AG свободная энергия активации. (При 25°С AG* = 5,7i lg fe+ + 73,0 кДж-моль ', причем k имеет размерность с-1.) Соотношение (6-69) является приближенным; более строгое соотношение можно получить с помощью статистической механики [46]. Из уравнений (6-68) и (3-14) следует, что

k ~ \h^ebS*IRT^e-bH*/RTt (6-70)

Отсюда видно, что величина А//^ приблизительно равна энергии активации Еа. Для реакций в растворе имеет место следующее более строгое

" Читателя, несомненно, заинтересует прекрасный сборник статей, в которых изложены общие подходы к изучению механизмов биохимических процессов, основанные на применении теории переходного состояния: Transition states of biochemical processes, Candour R. D and Schowen R. L. (Eds), New York and London, Plenum Press, 1978.—

П гл ч *1 r> n /•> /:» соотношение: ДЯ* =ЕЛ—RT. Поскольку величина RT при 25 °С составляет всего 2,5 кДЖ'Моль-1, АН* часто принимают равной ?а- Из соотношения (6-70) видно, что лредэкспонеициальный множитель, стоящий в скобках, определяется главным образом величиной AS* — изменением энтропии, сопровождающим образование переходного состояния. Для ферментативных реакций иногда определяют величины AG* t АН* и AS*, однако извлечь полезную информацию из значений этих величин довольно трудно.

Факторы, приводящие к стабилизации переходного состояния (т. е. к уменьшению AG*), повышают -скорость реакции. Вообще говоря, роль катализатора именно в том и состоит, чтобы способствовать образованию переходного состояния, обладающего меньшей энергией (более стабильного), чем переходное состояние для (некатализируемой реакции. Стабилизация переходного состояния реакции ферментом означает, что фермент проявляет более высокое сродство к переходному состоянию, чем к субстрату или продуктам. Эта идея была впервые сформулирована Полингом [48]: «Я думаю, что ферменты 'представляют собой молекулы, которые комплементарны по структуре активированным комплексам, образующимся в ходе реакций, которые они «катализируют. Притягивание активированного комплекса молекулой фермента должно, таким образом, приводить к уменьшению его энергии и, следовательно, к уменьшению энергии активации реакции и повышению ее скорости».

3. Ингибиторы, структурно подобные переходному состоянию [49, 49а]!)

Рассмотрим химическое превращение соединения S, протекающее с константой скорости &n через стадию образования переходного состояния Т. Пусть К%— константа равновесия для образования Т. Предположим, что фермент Е образует комплекс с субстратом, характеризующийся константой диссоциации Kas, и комплекс с состоянием Т, характеризующийся (константой диссоциации Кйт:

к*

N

S

ть

Е

Прод> кт

(6-71)

dS

^dT

А"*

ES

ЕТ

Продукт

Если допустить, что все четыре стадии на схеме, обозначенные двойными стрелками, являются равновесными, то легко показать справедливость следующего соотношения:

dT«

(6-72)

Если трансмиссионный коэффициент 1, то, согласно теории 'переходного состояния, Т и ЕТ должны превращаться в продукты с одной и той же скоростью. Таким обра