Ферменты понижают энергию активации химической реакции

Распределение кинетической энергии среди популяции молекул при постоянной температуре представлено на рис. 8.1, а. При температуре Т₁энергия популяции молекул оказывается недостаточной для протекания специфической химической реакции; если, однако, температура повышается до Т₂, распределение энергии меняется, как показано на рисунке, и число столкновений между молекулами увеличивается, так что химическая реакция становится осуществимой. Таким образом,, увеличение скорости реакции при повышении температуры от Т₁ до Т₂является в основном результатом увеличения числа активированных молекул, т. е. доли молекул, обладающих необходимой энергией активации.

Рис. 8.1. а— распределение кинетической энергии в популяции молекул при температуре Т₁и при более высокой температуре Т₂Стрелка показывает минимальную энергию, необходимую для того, чтобы молекула вступила в реакцию; следовательно, реакция не происходит при Т₁но осуществляется при Т₂. б — кинетическая энергия популяции молекул субстрата при температуре Т₁. Стрелки показывают энергию, необходимую для осуществления реакции в отсутствие и в присутствии фермента. Обратите внимание на то, что в отсутствие фермента реакция не может осуществляться, но в присутствии фермента может протекать без повышения температуры.

На рис. 8.2 приведена очень упрощенная схема энергетического профиля реакции А В. В ходе реакции молекулы приобретают энергию, достаточную для активации, и оказываются в переходном состоянии; далее происходит образование продуктов. Энергию, необходимую для достижения переходного (активированного) состояния Е_а,принято называть энергией активации. Для любой: реально осуществляющейся реакции суммарная энергия исходных: веществ должна быть большей, чем для продуктов. Как показано на рис. 8.2, в ходе реакции затраченная энергия активации Е_авновь освобождается, и суммарное изменение энергии в результате реакции равно разности уровней энергии для А и В.

Координата реакции

Рис. 8.2. Профили энергии некатализируемой и катализируемой реакций В случае некатализируемой реакции молекулы А должны для активирования перейти на более высокий уровень, требуемый для достижения переходного состояния А•В*, в котором могут претерпевать превращение, образуя В. Энергия, необходимая для перевода молекул в активированное состояние, — это энергия активации Е_а; она определяется разностью уровней энергии молекул Аи активированного состояния А•В*, обозначенной цифрой 1.В катализируемой реакции энергия активации Е_а, необходимая для образования активированного комплекса ЕS и обозначенная цифрой 2, значительно меньше, чем для некатализируемой реакции (обозначена цифрой 1). Разница уровней энергии молекул А и В одинакова для катализируемой и некатализируемой реакций.

Ферменты, подобно всем катализаторам, ускоряют химические реакции, снижая энергию активации специфической для данного фермента реакции. На рис. 8.1б и 8.2 проиллюстрировано понижение энергии активации при ферментативных реакциях; рассмотрены запас энергии популяции молекул и уровни энергии исходных веществ и продуктов.

Поиск по сайту: