Гомогенно-каталитические реакции. Ферментативный катализ

Опыт 6. Гетерогенный и гомогенный катализ. Каталитическую активность гетерогенных катализаторов можно продемонстрировать на примере реакции разложения 3 %-ного раствора пероксида водорода при внесении в него гранулированных оксидов свинца (IV), марганца (IV), железа (III), меди (II). Ферментативный катализ демонстрируют на примере разложения пероксида водорода при внесении в него кусочка сырого мяса, содержащего в крови каталазу. Пероксид водорода можно использовать и для показа гомогенного катализа окисление индиго-кармина в присутствии хлорида железа [c.166]

Природа каталитического влияния в гомогенных, гетерогенных и ферментативных каталитических реакциях определяется природой химической связи. Однако каждый из этих процессов характеризуется некоторыми специфическими особенностями, обусловленными главным образом строением катализатора — молекулы, иона в гомогенном катализе атома, молекулы, фазы в гетерогенном катализе молекулы белкового происхождения в ферментативном катализе. Существенную роль играют также особенности взаимодействия реагентов и катализатора с окружающей средой. Как и обычные хими- [c.622]

Каталитические реакции разделяются на три основные группы реакции гомогенного, гетерогенного и микрогетерогенного катализа. Н. И. Кобозев считает, что современные каталитические теории вообще бессильны объединить эти три группы общим механизмом, так к ак они неверно трактуют природу активных центров и их строение. Главным препятствием к обобщению каталитических процессов является принимаемая всеми концепция кристаллической природы активных центров при гетерогенном катализе, что и пресекает пути перехода к гомогенным и ферментативным реакциям. [c.145]

Классификация каталитических реакций. Катализ делят на гомогенный и гетерогенный. Гомогенный катализ можно разделить на кислотно-основной (его вызывают кислоты и основания), окислительно-восстановительный (его вызывают соединения металлов переменной валентности), координационный (катализаторы — комплексные соединения), гомогенный газофазный (катализаторы — химически активные газы, такие, как N62, ВГз и т. д.) и ферментативный. Деление это не строго, так как одна и та же реакция, например гидролиз сложного эфира, может в зависимости от катализатора— кислоты, комплекса или фермента — попасть в ту или иную группу, [c.169]

Классификация каталитических процессов и реакций производится по ряду признаков. По фазовому состоянию реагентов и катализатора каталитические процессы разделяют на две основные группы — гомогенные и гетерогенные. При гомогенном катализе катализаторы и реагенты находятся в одной фазе — газе или растворе, а при гетерогенном — в разных фазах. В особую-группу следует выделить микрогетерогенный, в частности ферментативный катализ, происходящий в жидкой фазе с участием коллоидных частиц в качестве катализаторов. [c.106]

Наряду с катализом за счет свободной энергии сорбции (см. 1—4 этой главы) ферментативные реакции находят источник ускорения в том, что молекула субстрата подвергается химической атаке не одной каталитической группой (как это происходит в гомогенно-каталитических реакциях второго порядка), а сразу несколькими. Это связано с тем, что третичная структура белка позволяет сосредоточить в активном центре фермента значительное число электрофильных и нуклеофильных групп, таких как имидазольная, карбоксильная, сульфгид-рильная, аммонийная, фенольная и др. (см. гл. I), которые, как известно из гомогенного катализа, представляют собой общекислотные и общеосновные катализаторы. Именно поэтому в промежуточных фермент-субстратных комплексах в принципе возможна атака сорбированной субстратной молекулы по механизмам общего кислотноосновного катализа. [c.61]

Ферментативный катализ. Реакции, катализируемые ферментами, можно отнести к группе гомогенных каталитических реакций. Они выделяются в специальную группу яо происхождению катализаторов, [c.616]

Каталитические процессы можно разделить на две группы гомогенные и гетерогенные. В гомогенно-каталитических реакциях реагирующие вещества и катализатор составляют одну фазу, а в гетерогенно-каталитических реакциях — разные фазы. В особую группу выделены микрогетерогенные и ферментативные каталитические процессы. Микрогетерогенный катализ происходит в жидкой фазе с участием коллоидных частиц металлов в качестве катализаторов. Ферментативный катализ наблюдается в биологических системах с участием сложных комплексов (часто белковой природы), называемых ферментами. [c.95]

Катализатор снижает энергию активации со 198 до 134 кДж/моль. Все гомогенные каталитические реакции в растворах с известной степенью условности можно разделить на три группы 1) кислотноосновной катализ, 2) окислительно-восстановительный катализ (катализ комплексными соединениями или координационный катализ), 3) ферментативный катализ. [c.623]

Понятие гомогенный катализ объединяет в себе множество разнообразных каталитических процессов, протекающих в однородной жидкой среде. К ним относятся реакции кислотного и основного катализа, каталитические процессы с участием катионов непереходных металлов или с участием анионных частиц, реакции ферментативного катализа, реакции гомогенного металлокомплексного катализа и т.д. Здесь мы ограничимся вопросами, связанными с применением квантовохимических расчетов к исследованию каталитических реакций, в которых активными центрами являются комплексные соединения переходных металлов. [c.265]

Различают две большие группы каталитических реакций гомогенный и гетерогенный катализ. В первой группе реакций катализатор и субстрат образуют одну фазу, обычно жидкую. Во второй группе реакций катализатор является твердым, а субстрат — жидким или газообразным. Третья группа каталитических реакций — ферментативные реакции — охватывает процессы. [c.297]

Рассмотренные выше принципы относятся к катализу, протекающему в водной фазе, так называемому гомогенному катализу. Однако в клетках или тканях организма осуществляется значительное число реакций на границе раздела фаз по механизмам гетерогенного катализа. Естественно, что в данных условиях катализ и кинетика ферментативных реакций должны отличаться от традиционной ферментативной кинетики. В условиях гетерогенного катализа субстрат, как правило, неподвижен по отношению к ферменту, который находит его в начале каталитической реакции. Это связано с локализацией субстрата в мембранах или агрегацией его в тех или иных локусах клетки. Таким образом, в первой фазе каталитической реакции субстратом является не отдельная молекула, а неводная фаза того или иного агрегата. В литературе имеется даже соответствующий термин суперсубстрат , обозначающий матрицу, на которой иммобилизован конкретный субстрат для [c.79]

С другой стороны, образование связи Е-Н не в переходном состоянии, а в исходном (в комплексе ХЕ- НУ) играет отрицательную роль в катализе чем прочнее фермент-субстратный комплекс (чем более отрицательные значения принимает величина ДО ), тем меньше значение [НУ], равное концентрации субстрата, до которой ферментативный процесс (2.1) по скорости превалирует над гомогенно-каталитической реакцией (2.2), и тем меньше, как видно из (2.21), сам эффект ускорения. Все эти положения иллюстрирует рис. 13. [c.42]

В настоящей главе рассмотрены некоторые вопросы формальной кинетики гомогенных каталитических и ферментативных реакций. Поскольку кинетике химических и ферментативных реакций посвящено достаточно большое число общедоступных изданий, здесь будут кратко рассмотрены лишь общие вопросы. Большее внимание будет уделено разделам, непосредственно связанным со специфическими проблемами катализа. Теория элементарных актов химических и ферментативных процессов изложена в гл. 6, 8. [c.467]

Необычен и механизм ферментативного катализа. В отличие от огромного разнообразия типов гомогенных и гетерогенных каталитических реакций общие механизмы почти всех ферментативных реакций одинаковы. Речь идет о специфическом виде кислотно-основного катализа, осуществляемого путем построения ЦПС. Последние возникают в ферментативных глобулах за счет объединения каталитических групп и отдельных фрагментов субстратов и простетических групп и создают высокоэффективную систему перераспределения связей. Многообразие каталитических и простетических групп ферментов лишь иллюстрирует единство механизма их действия, поскольку необходимость в использовании тех или иных элементов активного центра определяется лишь возможностью построить эффективную цепь перераспределения связей. [c.282]

Для гомогенного и ферментативного катализа общую формулу скорости каталитической реакции можно записать в виде [c.162]

Полифункциональность ферментативного катализа объясняет, как нам представляется, значительный выигрыш и в энергии активации. Наличие в активном центре фермента и на определенном расстоянии друг от друга группировок, характеризующихся электрон-нодонорными и электронноакцепторными свойствами, приводит к тому, что при взаимодействии с соответствующими группировками субстратов образуются стабилизированные комплексы, и каталитическая реакция происходит внутримолекулярно, нередко по пуш-пульному механизму. Естественно, такие реакции требуют значительно меньшей энергии активации. В этом отношении механизмы действия ферментов в какой-то мере сходны с механизмами действия так называемых комплексных (координационно-ионных) катализаторов, приобретающих в последние годы важное значение в теории и практике гомогенного катализа. [c.29]

В-третьих, необходимо отметить, что механизмы ферментативных реакций, рассмотренных в гл. V—XII, удалось записать с помощью обычных уравнений органической химии, но это не должно маскировать необычность этих уравнений. Дело в том, что реакции, упоминаемые как отдельные процессы ферментативного катализа в гомогенных системах, как правило, протекают с неизмеримо меньшими скоростями и выходами или их не удается наблюдать совсем. Сходные химические символы для каталитических групп активного центра и для тех же соединений в гомогенных системах как бы относятся к объектам с сильно отличающимися свойствами. Фактически речь идет о том, что интересующие нас соединения в составе активных центров ферментов приобретаю новые химические свойства и теряют их вместе с разрушением нативной конформации белковой молекулы. [c.261]

Другая важная особенность ферментативных реакций (их отличие от модельных гомогенно-каталитических бимолекулярных процессов) заключается в том, что сорбированная молекула субстрата подвергается синхронному воздействию со стороны большого числа компонентов (электро-фильных и нуклеофильных групп) активного центра. Фактически речь идет о внутримолекулярном полифункциональном катализе, представ- [c.210]

Можно привести аналогичные примеры из области гомогенного катализа, в частности и ферментативного. Укажем здесь на следующий наглядный результат [29]. Дегидрогеназа глицеральдегид-З-фосфата в отсутствие каталитического превращения за 10 мин гидролизуется практически нацело, но если фермент ведет каталитическую реакцию, например окисление глицеральдегид- [c.325]

Подобного рода эффекты возможны также и в ферментативных реакциях, поскольку микросреда активного центра многих ферментов обнаруживает по своей полярности или диэлектрической проницаемости свойства скорее органических растворителей, чем воды (см. гл. I). По аналогии с э ектами, наблюдаемыми в нефермента-тиБных реакциях, десольватация реагирующих групп в активных центрах ферментов может дать ускорение более чем в 10 раз [291 (если сравнивать ферментативный процесс с гомогенно-каталитической реакцией, идущей в воде). В литературе пока не описаны системы, для которых было бы строго доказано участие сольватационных эффектов или электростатической стабилизации, в ферментативном катализе. [c.67]

Если же АО впутр О (и, следовательно, переходное состояние ферментативной реакции стабилизировано связью Е-К), из уравнения (2.21) следует, что всегда существует такой интервал концентраций субстрата, в котором VI /уи> 1, т. е. ферментативный процесс протекает быстрее гомогенно-каталитической реакции. Однако благоприятствующие катализу значения концентрации субстрата КУ не должны быть слишком большими, как видно из уравнения (2.21), причем верхняя граница этого интервала дана значением [c.42]

При достаточно высоких концентрациях субстрата скорость ферментативной реакции определяется превращением промежуточного фер-мент-субстратного комплекса (уравнение 2.8). Ч.тобы оценить эффективность катализа в этих условиях, запишем на основании (2.11) соотношение скоростей ферментативной и гомогенно-каталитической реакций (2.21) в ином виде [c.50]

Число примеров, которые можно использовать для иллюстрации отмеченных особенностей ферментов, равно общему числу изученных ферментов, поскольку для каждого из них свойства каталитически активных групп в той или иной мере отличаются от свойств гомогенных растворов аминокислот или соответствующих молекул—простетических групп ферментов. При этом речь идет о трех основных свойствах — уровне удельной (молекулярной) каталитической активности, способности избирательно участвовать в тех или иных химических реакциях и способности координационно связывать те или иные лиганды. Каталитические свойства ферментов являются суммарным результатом действия по крайней мере трех факторов — изменения химических свойств отдельных групп, способа взаимодействия этих групп в активном центре и изменения механизма каталитической реакции. По этой причине простое сопоставление активностей фермента и его изолированных составных частей или сравнение активностей ферментов и остг льных катализаторов мало что дает для понимания природы ферментативного катализа. [c.261]

Ферментативный катализ обусловлен специфическим связыванием одной или нескольких молекул субстрата на каталитическом центре фермента и химическим взаимодействием с этим центром, которое может непосред-ственно использовать силы связывания для понижения свободной энергии активации катализируемой реакции. Цель настоящего труда — рассмотрение с единых позиций некоторых фактов и принципов, касающихся реакций и взаимодействий в водных растворах и необходимых для понимания механизмов катализа в этом необычном растворителе. Обсуждение будет ограничено главным образом гомогенными ионными реакциями, почти не будет затрагиваться гетерогенный катализ и окислительно-восстановительные реакции. Несмотря на то что в качестве примеров приведены некоторые конкретные ферментативные реакции, главный упор сделан на основные принципы взаимодействия, а не иа частные свойства данного фермента по той я е причине, по которой многие исследователи полагают, что постижение причин заболевания раком скорее всего будет достигнуто в результате исследования механизмов репликации и дифференциации, а не путем изучения самой раковой ткани. Эти принципы сами по себе также интересны для студентов и исследователей, занимающихся механизмадхи и катализом неферментативных реакций в водном растворе. Но весь материал данной монографии имеет в настоящее время прямое отношение к ферментативному катализу. Однако он является частью остова и языка знаний, которые возникли за последние годы в результате накопления новых сведений и развития новых взглядов на механизмы химических реакций и которые, хотя бы частично, должны стать основой для понимания ферментативного катализа в будущем. Перефразируя слова Хиндемита, приведенные в конце его книги Традиционная гармония [1], можно сказать, что усвоение материала данной книги ничего еще не говорит о творческой способности читателя, 1м, с другой стороны, даже одаренный энзимолог, который не владеет этим материалом, вряд ли может считаться законченным специалистом. [c.7]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология