иво только при насыщении субстратом, т. е. в условиях, когда концентрация субстрата достаточно высока, чтобы» практически весь фермент перевести в промежуточное соединение ES. Рассматриваемый процесс не является реакцией первого порядка, так как исчезающий комплекс ES вновь образуется из свободного фермента. Однако константа скорости k может быть сопоставлена с константами-скорости первого порядка, которые мы рассматривали в предыдущем разделе, и является мерой скорости работы фермента. Если концентрация [E]t выражена в молях активных центров на 1 л (т. е. через фактическую молярную концентрацию фермента, умноженную на число активных центров в молекуле фермента), то константу k называют числом* оборотов или молекулярной активностью [6].

Число оборотов можно измерить только для чистых ферментов.. Отчасти 'по этой причине активность фермента чаще выражается в единицах активности на 1 мг белка (удельная активность). Одна международная единица представляет такое количество фермента, которое-катализирует образование 1 мкмоль продукта в 1 мин при стандартных (обычно оптимальных) условиях. В настоящее время Международный-биохимический союз [7] рекомендует новую единицу—катал (кат), представляющую собой количество фермента, которое катализирует превращение 1 моль субстрата в продукт за 1 с.

I кат=6«Ю7 международных единиц,

I международная единица = 16,67 нкат (нанокаталов).

Если фермент является чистым и насыщен субстратом, а также выполнены стандартные условия определения активности, то для числа оборотов справедливы следующие соотношения:

Число оборотов=кат/(моль активных центров) —

« (нкат/мг) ? MB • Ю"*/п «

да (международные Шщщм1^шШ-Ш9^01ги.

где MB — молекулярный вес фермента, п — число активных центров на молекулу. Поскольку активность фермента зависит от температуры и рН, эти параметры должны быть точно заданы.

Число оборотов для ферментов варьируют от ~1 до ~106 с-1. Трипсин, химотрипсин и многие внутриклеточные ферменты имеют число оборотов ~ 102 с-1. К наиболее быстро действующим ферментам относятся каталаза, которая катализирует превращение Н202 в НгО и О* (гл. 10, разд. Б, 6), карбоангидраза [8], катализирующая установление равновесия НгСОз^НгО+СОг, и А5-3-кетостероидизомераза [9]. Для этих ферментов максимальные значения числа оборотов составляют 2-Ю5 с-1. Сопоставьте эти скорости реакций с теми, которые наблюдаются при проведении типичного органического синтеза в лаборатории. Для ускорения процесса в последнем случае зачастую приходится нагревать реакционную смесь в течение нескольких часов (&«<10_3 с-1).

Скорости ферментативных реакций нередко более чем в 106 раз превышают скорости реакций, протекающих в отсутствие фермента при близких значениях температуры и рН. Поскольку при связывании со специфическими центрами (активными центрами) ферментов двух или большего числа субстратов происходит сближение последних, ферментативный каталитический процесс протекает с высокой скоростью даже в том случае, когда реагенты присутствуют в реакционной смеси в малых концентрациях.

3. Реакции второго ^порядка

Чтобы произошла химическая реакция

А + В Р, (6-7)

молекулы А и В должны встретиться и столкнуться. Скорость реакции (6-7) характеризуется константой скорости второго порядка и пропорциональна произведению концентраций реагентов А и В:

о=МА][В]. (б'8]

Константа k% имеет размерность М-1-с-1. Заметим, что при [В] = 1 скорость реакции равна k2 [А], т. е. имеет размерность с-1. Таким образом, когда концентрация второго реагента (В) равна единице, константу скорости второго порядка можно сопоставлять с константами скорости первого порядка. Во многих реальных ситуациях реагент В присутствует в большом избытке, и его концентрация практически не меняется. В таком случае экспериментально наблюдаемая константа скорости равна й2[В]—кажущейся константе скорости реакции первого порядка для псевдоунимолекулярной реакции. Константа скорости второго порядка &2 может быть получена делением кажущейся константы на величину [В].

4. Обратимые химические реакции

Для любого обратимого процесса необходимо рассматривать константы скорости как прямой, так и обратной реакций. В равновесные условиях скорости прямой и обратной реакций в точности равны ъ в системе не происходит никаких изменений концентраций компонентов При этом константа равновесия и константа скорости связаны определенным соотношением. Например, для обратимой реансцин

A+R Ч=|* Р

(6-9

константа равновесия имеет вид

К - W _ h [А] [В] — *а

Здесь k\ — это константа скорости второго порядка для -прямой реакции, a k% — константа скорости первого порядка для обратной реакции0. Из уравнений (6-2) и (6-8) легко показать, что для реакции (6-9) константа равновесия действительно равна отношению k\\k*.

Как связаны экспериментально наблюдаемые скорости с константами k\ н k2 для обратимой реакции? Рассмотрим сначала простейший случай:

А В. (6-10)

*?

Если А—'Это чистое вещество, находящееся в растворе, то концентрация его бу