2. Нестационарная кинетика ферментативных реакций. Скорости "элементарных стадий"

Изучение кинетики и механизмов действия ферментов значительный период времени проводилось при использовании традиционных методов стационарной кинетики. Это определялось тем, что экспериментальные и теоретические методы нестационарной кинетики были развиты сравнительно слабо. Последние два десятилетия характеризуются интенсивным использованием нестационарных методов для изучения механизмов действия ферментов. Теоретические и экспериментальные методы нестационарной кинетики являются в настоящее время наиболее плодотворными подходами к изучению механизмов каталитических, в том числе ферментативных, реакций. Исследование кинетики реакций с участием лабильных промежуточных соединений в нестационарных режимах позволяет идентифицировать кинетический механизм реакции для сложных многостадийных процессов, выявить и описать свойства лабильных интермедиатов, получить кинетические характеристики отдельных "элементарных" стадий процесса.

В работах [15, 252, 254, 267-269] проведено последовательное изучение кинетических особенностей ферментативных реакций. Развиты и обобщены формально-кинетические и экспериментальные методы анализа механизмов ферментативных реакций в нестационарных режимах. Для реакции с участием промежуточных соединений формально-кинетически задача сводится к анализу решений базовой системы уравнений в различных приближениях и при различных начальных условиях.

(2.13)

В работе [254] анализируется нестационарная кинетика ферментативных реакций при переменной концентрации субстрата для реакций с участием одного и двух промежуточных соединений, предстационарная кинетика для реакций с различными числами промежуточных соединений, обсуждается исследование механизмов ферментативных реакций релаксационными методами (табл. 15).

Таблица 15. Основные уравнения нестационарной кинетики ферментативных реакций

Экспериментальные методы нестационарной кинетики включают в себя методики, основанные на быстром смешивании реагентов (струевые методы), и релаксационные методы, использующие быстрое изменение внешних параметров системы. В работах [267-269] развит подход, основанный на использовании метода импульсного фотолиза для изучения быстрых, нелимитирующих стадий ферментативных реакций. Исследование кинетики и механизма ферментативной реакции обычно ведется на уровне анализа характеристических времен (показателей экспонент кинетических уравнений, времен релаксации (см. табл. 15) как функций концентраций компонентов реакции. В настоящее время изучены детальные кинетические механизмы действия ряда ферментов (α-химотрипсин, трипсин, пероксидаза, каталаза, аспартатаминотрансфераза, рибонуклеаза). Обзор кинетических механизмов действия этих ферментов дан в работах [252, 254]. Исследование кинетики действия указанных ферментов, а также ряда других дает определенное представление о свойствах лабильных промежуточных соединений и кинетических характеристиках отдельных стадий. Ниже дан анализ элементарных стадий ферментативных реакций.