3.4.1. Обратимое ингибирование

Тип 1: конкурентное ингибирование. Молекулы ингибитора, которыми могут быть чужеродные частицы I или обычно продукт реакции и молекулы субстрата конкурируют между собой за присоединение к активному центру катализатора.

Тип ингибитором является чужеродная частица, концентрация которой не зависит от времени:

Тогда

Графики зависимостей от от представляют собой идентичные прямые, тангенсы угла наклона которых увеличиваются с ростом Все прямые, отвечающие различным концентрациям ингибитора, пересекаются с ординатой в одной точке Эти прямые пересекают абсциссу в точках (рис. 3-4).

Тип 1б: ингибитором является продукт реакции:

Рис. 3-4. График Лайнуивера — Берка для конкурентного ингибирования чужеродной частицей I при

Поскольку , уравнение (3-33) принимает вид

Естественно, при такое ингибирование отсутствует и потому не определяется на графике зависимости от (тонкая пунктирная линия на рис. 3-5). Наклон графика, построенного в координатах зависит от так как Все прямые, каждая из которых отвечает определенной величине пересекают ординату в одной точке, положение которой зависит от отношения (рис. 3-5). Если эта точка лежит ниже абсциссы.

Тип 2: неконкурентное ингибирование. Катализатор имеет не один, а несколько центров, способных к комплексообразованию. Активный интермедиат сам может присоединиться к молекуле ингибитора, давая неактивный комплекс:

Следовательно,

Рис. 3-5. График Лайнуивера — Берка для конкурентного ингибирования продуктом при

Тип 2а: ингибитором является чужеродная частица. Тогда

Графики зависимости от от представляют собой идентичные прямые, которые пересекают ординату в точке а абсциссу в точке —К Поэтому при использовании различных концентраций ингибитора получаются параллельные прямые.

Тип 2б: ингибитором является продукт реакции. Здесь

Нетрудно заметить, что график Лайнуивера-Берка нелинеен, но становится линейным на последних стадиях реакции, т.е. когда практически весь реагент израсходован. Прямые части графиков для различных величин параллельны, их угловой коэффициент равен Как видно из рис. 3-6, это тот же самый угловой коэффициент, что и у зависимости от

Чисто неконкурентное игибирование наблюдается очень редко, так как сам ингибитор может присоединяться к активному центру катализатора. Это приводит к комбинации конкурентного и неконкурентного ингибирования, так называемому «перекрестному ингибированию».

Рис. 3-6. График Лайнуивера — Берка для неконкурентного ингибирования продуктом при

Тип 3: перекрестное ингибирование. Этот тип ингибирования, как упоминалось выше, объединяет типы 1 и 2. Различают три ситуации, в которых ингибитором является чужеродная частица, продукт реакции или сам субстрат. Последний случай так и называют «ингибирование субстратом». Тип за: ингибитором является чужеродная частица. Тогда

Таким образом, график Лайнуивера-Берка представляет собой прямую, наклон которой соответствует эта прямая пересекает ординату в точке а абсциссу в точке Все прямые, отвечающие разным концентрациям ингибитора, должны пересекаться в одной точке, лежащей либо в третьем, либо в четвертом квадранте в зависимости от отношения В частном случае, когда константы К равны, точка пересечения находится на абсциссе, отсекая отрезок, равный

Тип 3б: продукт реакции действует как ингибитор. Здесь

Рис. 3-7. График Лайнуивера — Берка для перекрестного ингибирования продуктами при

Комбинация типов 16 и 26 приводит к такому графику, как на рис. 3-7.

Тип 3в: ингибирование субстратом. Активный интермедиат связывает еще одну молекулу субстрата, что приводит к образованию неактивного комплекса:

В этом случае

С учетом последнего выражения уравнение скорости принимает вид

или, через обратные величины,

Благодаря квадратичному члену в знаменателе уравнения (3-42) кривая скорости может проходить через максимум во время уменьшения от начального значения до нуля (рис. 3-8,а). Дальнейший ход кривой зависит от того, ложатся ли экспериментальные точки на восходящую ветвь кривой,

Рис. 3-8. Ингибирование субстратом. Пунктирная линия в части а относится к реакции без ингибирования субстратом.

как обычно (т.е. слева от пика на рисунке), или на нисходящую. Имеются две возможности построения графика по уравнению (3-43) — зависимость от или от Оба графика представляют собой кривые, переходящие в прямую, как показано на рис. График зависимости двух обратных величин линеен до тех пор, пока тогда как график зависимости от сохраняет линейность в области, где

Приложение. До сих пор мы рассматривали различные типы обратимого ингибирования с помощью дифференциального метода. Однако (3-30) можно свести к стандартному уравнению

которое легко интегрируется, давая

Входящие в это уравнение коэффициенты можно вычислить путем обработки кинетических кривых, полученных в разных сериях экспериментов. В случае когда уравнение (3-45) преобразуется в уже упоминавшееся уравнение Генри [ср. с (3-21)]