Катализ (каталитикалық  реакциялар)

 

256 

 

катализде  көбіне  катализатор  жеке  фазада  (мысалы,  қатты  дене) 

болады да, реакция сол фаза бетінде жүреді. 

Каталитикалық процестерде катализатор тепе-теңдік жағдайын 

өзгертпейді, ол реакция жылдамдығын арттырады немесе кемітеді. 

Егер  реакция  жылдамдығы  артса,  оны  оң  катализ,  егер  кемісе, 

теріс катализ деп атайды. Оң катализде реакция жылдамдығының 

артуы 

реакцияның 

активтендіру 

энергиясының 

кемуінің 

нәтижесінде болады. 

Гомогендік катализде реакция жылдамдығы катализ мөлшеріне 

тура 

пропорционал 

болады. 

Катализатордың 

реакция 

жылдамдығына  әсері  меншікті  каталитикалық  активтілік  (МКА) 

арқылы  сипатталады.  Гомогендік  катализде  МКА  катализатордың 

бірлік  массасындағы  реакция  жылдамдығымен,  гетерогендік 

катализде  -  катализатор  бетінің  бірлік  ауданындағы  реакция 

жылдамдығымен анықталады. 

Катализатордың  әсер  ету  механизмін  оның  реакцияға  түсетін 

заттардың біреуімен аралық қосылыс түзуімен түсіндіруге болады. 

Мысалы, А + К → АК* реакция өнімдері реакциясын қарастырсақ, 

мұнда катализатор қатысуында  реакция  былай  жүруі   мүмкін: 

А + К → АК 

АК+В→К  +  реакция  өнімдері.  Мұндағы:  К-катализатор, 

немесе: 

А+В+К→АВК→К  +  реакция  өнімдері.  Бұдан  реакция 

жылдамдығының катализатор мөлшеріне тура пропорционал екенін  

көруге болады. 

Газ  фазасында  гомогендік катализдің  мысалы  ретінде  дибутил 

және  диэтил  эфирдің,  ацеталдегидтің  және  азот  (1)  оксидінің  йод 

буының қатысында ыдырау реакцияларын айтуға болады. 

Ерітіндідегі  гомогендік  катализде  көп  жағдайда  реакция 

жылдамдығы  сутек  және  гидроксид  иондарының  қатысуында 

артады. Ерітіндідегі гомогендік катализдің мысалы ретінде канттың 

инверсиясы  күрделі  эфирлер  мен  амидтердің  су  қатысында 

ыдырауларын  және  т.б.  көптеген  реакцияларды  қарастыруға 

болады. 

Гетерогендік  катализде  катализатор  мен  реакцияға  түсетін 

заттар әр түрлі агрегаттық күйде болады. Көп жағдайда катализатор 

қатты  күйінде,  ал  реакцияға  түсетін  заттар  сұйық  немесе  газ 

күйінде 

болып 

келеді. 

Гетерогендік 

катализде 

реакция 

 

257 

 

катализатордың бетінде жүретіндіктен, катализатор бетінің ауданы 

мен оның химиялық құрамының рөлі зор. 

Бұл жағдайда катализатордың әсері адсорбциямен байланысты. 

Реакцияға  түсетін  заттардың  біреуі  немесе  бірнешеуі  катализатор 

бетінде  адсорбцияланып  тұрақсыз  аралық  қосылыс  түзеді  немесе 

олардың 

молекулаларының 

байланыстары 

әлсірейді. 

Ал, 

адсорбцияланған  молекулалар  реакцияға  енгенде,  олардың 

активтендіру энергиясы аз болады. 

Катализатордың тағы бір ерекшілігі - олардың талғампаздығы 

(селективтілігі).  Ол  егер  алғашқы  заттардың  арасында  бірнеша 

түрлі реакциялар жүретін болса, катализатор солардың тек біреуін 

ғана  жылдамдататынын  көрсетеді.  Катализатордың  табиғатына 

байланысты  әр  түрлі  бағыттағы  реакциялардың  кез  келгені 

жылдамдауы  мүмкін.  Мысалы,  этил  спиртінің  түрленуін 

қарастырайық: 

 

 

 

 

CH

3

CHO + H

2

 (Cu, Ni: 200-250°) 

 

 

 

C

2

H

3

 + H

2

O (Al

2

O

3

 немесе ThO

2

, 350°) 

C

2

H

5

OH-   

(C

2

H

5

)

2

 + H

2

O (Al

2

O

3

 немесе ThO

2

, 250°) 

 

 

 

CH

3

COOC

2

H

5

 (активті мыс) 

 

    

         CH

2

 = CH –CH = CH

2

 + (ZnO 

 немесе Cr

2

O

3

, 400-450°) 

Мұнда жақша ішінде катализатор мен температура көрсетілген. 

Осы  жағдайға  байланысты  этил  спиртінің  түрленуі  бес  бағытта 

жүреді екен. 

Осы сияқты мысалдарды органикалық химиядан көптеп табуға 

болады. 

Катализаторлардың  әсері  олардың  физикалық  күйіне  (тығыз, 

ұнтақ  т.б.)  басқа  да  заттардың  қатысуына  байланысты  болады. 

Промоторлар  деп  аталатын  заттар  өздері  реакция  жылдамдығын 

өзгертпесе  де  олардың  қатысуына  катализатордың  әсері күшейеді. 

Мысалы: NН

3

-тың  синтезделу  реакциясында  Ғе  катализатор  болса, 

К

2

О -промотор. 

Ал  басқа  бір  заттар  -  каталитикалық  улар  -  катализатордың 

активтілігін кемітеді, яғни катализаторды уландырады. Оларға S, Р, 

Рb, Аs т.б. элементтердің қосылыстары  жатады. 

Катализаторға  басқа  бір  заттар  қосып,  оның  активтілігін 

өзгерту  жалпы  жағдайда  катализаторды  модификациялау  деп 

аталады. 

 

258 

 

 

9.1 Гетерогендік катализ теориялары 

Қазіргі  кезде  кез  келген  реакцияға  оның  жылдамдығын 

арттыратын катализаторды таңдай алатындай катализдің ешқандай 

жалпы 

теориясы 

жоқ. 

Алайда 

күрделі 

каталитикалық 

қатынастардың дербес жағдайын қарастыратын теориялар аз емес. 

Соның ішінде көбірек таралған үш теорияға тоқталайық. 

I. А. А. Б а л а н д и н н і ң   м у л ь т и п л е т т і к  т е о р и я с 

ы.  Бұл  теория  бойынша  катализатор  бетіндегі  активті 

бөлімшелердегі  атомдардың  орналасуы  мен  реакцияға  түсетін 

заттардың  молекулаларының  құрылысы  арасында  белгілі  бір 

құрылыстық  (немесе  геометриялық)  сәйкестілік  болу  керек.  Бұл  -

құрылыстық сәйкестілік принципі. Мультиплеттік теория бойынша 

беттегі  активтілік  орталықтар  -  мультиплеттер  болады.  Егер 

активтік  орталық  екі  атомнан  тұрса  -  дуплет,  үш  атомнан  тұрса  - 

триплет,  алты  атомнан  тұрса  -  секстет  деп  аталады.  Жалпы 

алғанда оларды мультиплет деп атайды. 

Катализатордың  әсері  реакцияға  түсетін  молекулалардың 

индекстік  тобындағы  атомдар  арақашықтығы  мен  активтік 

орталықтағы  атомдардың  арақашықтығының  қарым-қатынасына 

байланысты 

болады. 

Тәжірибелер 

циклопарафиндердің 

дегидрогендеу  реакциясы  үшін  катализатор  болуға  тек  бет 

жағындағы  атомдары  тең  бүйірлі  үшбүрыш  сияқты  тор  түрінде 

орналасқан  металдардың  жарайтынын  көрсетті.  Оның  үстіне  осы 

атомдардың  мынадай  аралықта:  2,47  Å  (Nі)  және  2,47  Å  (Рt)  болу 

керек  екенін  көрсетті.  Мысалы,  этил  спиртінің  дегидрогендеу 

процесі  мультиплеттік  теория  бойынша  дуплетте  жүреді.  Онда 

дуплеттің  бір  атомына  (К

1

)  СН

2

  және  ОН  топтарының  сутек 

атомдары тартылады да, оттек атомы мен СН тобындағы көміртек 

дуплеттің екінші атомына (К

2

) тартылады. Осының нәтижесінде С-

Н және О-Н байланыстары үзіліп, сірке альдегиді мен сутекте С=О 

және Н-Н байланыстары түзіледі. 

 

Мұндағы нүктелер - катализатор бетіндегі дуплеттің атомдары. 

Егер дуплеттегі атомдар арақашықтығы басқаша болса, онда басқа 

процесс жүруі мүмкін: СН

3

  тобындағы  сутек  және  оттек  атомдары 

 

259 

 

дуплеттің бір атомына, ал екі көміртек атомдары дуплеттің екінші 

атомына  тартылады.  Соның  нәтижесінде  реакция  өнімдері  этилен 

және су балады. 

Бұл  мысалдан  катализатор  әсерінің  активтілік  ортадағы 

атомдар  арақашықтығы  мен  реакцияға  түсетін  молекулалардың 

қарым-қатынасына байланысты болатыны көрініп тұр. 

Бұл  теория  бойынша  промоторлардың  әсерлері  олардың 

атомдарының  мультиплетке  еніп,  оның  құрылысын  өзгертуімен 

түсіндіріледі.  Ал  каталитикалық  улар  мультиплетке  күшті 

адсорбцияланып,  олардың  бір  немесе  бірнеше  атомдарын  жабады 

да, құрылыстық сәкестілікті бұзады. 

Бұл теориянын тағы бір қағидасы - энергетикалық сәйкестілік 

принципі.  Бұл  принцип  бойынша  индекстік  топтағы  атомдардың 

мултиплет атомдарымен байланысу энергиясы реакцияның ең кіші 

активтену энергиясына сәйкес келу керек. Реагенттердің индекстік 

топтарындағы  атомдары  мультиплет  атомдарымен  мультиплеттік 

комплекс түзеді. 

Катализатордың  ең  үлкен  активтілігі  осы  комплекстің  белгілі 

бір энергиясына, яғни комплекстің түзілу жылдамдығы мен бұзылу 

жылдамдығы өзара тең болғанына сәйкес келеді. 

2. Н. И. К о б о з е в т і ң  а к т и в т і к  а н с а м б л ь д е р   т е о 

р  и  я  с  ы.    Бұл  теорияны  1939  жылы  Н.  И.  Кобозев  ұсынған 

болатын. Осы теория бойынша каталитикалық активтіктің орталық 

рөлін  қатты  дене  бетінің  жеке  бөлімшелеріндегі  катализатордың 

бос  атомдарының  жиынтығы  (ансамблі)  атқарады.  Беттің  жеке 

блокке  бөлінуі  реал  дененің  бетінде  болатын  әртектіліктер, 

қоспалар,  микроскопиялық  жарықшақтар  түзілуінен  болады.  Бұл 

теория бойынша катализатордың қалған атомдары кристалдық фаза 

түзіп, каталитикалық активтілік көрсетпейді. 

Көптеген  тәжірибелер  адсорбциялық  катализатордың  активті 

бетінде  тасымалдағыш  атомдарының  мөлшері  көбейген  сайын 

белгілі  бір  шекке  дейін  артып,  сонан  соң  қайтадан  төмендейтінін 

көрсетті.  Бетті  катализатор  атомдарының  толтыру  дәрежесіне 

байланысты  катализатор  активтілігінің  максимум  түзуін  әрбір 

реакцияға  белгілі  бір  атомдар  жиынтығына  сәйкес  болатын 

ансамбльдер санының өзгеруімен түсіндіруге болады. 

Активтік  ансамбльдер  теориясы  тәжірибелік  мәліметтер 

активтік  орталықтардың  құрамы  мен  олардың  активтілігін 

есептеуге  мүмкіндік  береді.  Тотығу  процестерінде  -  бір  атомдық, 

 

260 

 

гидрлену  реакцияларында  -  екі  атомдық  және  сол  сияқты 

ансамбльдердің 

активтілік 

көрсететіні 

анықталған. 

Беттің 

құрамының  және  беттік  шамасының  өзгеруі  қоспаның  еруінен, 

термиялық өңдеу және рекристализация нәтижелерінде болады. Бұл 

ансамбльдегі  атомдар  санын  өзгертеді.  Осы  жағдай  арқылы 

катализатордың  даярлау  тәсілдерінің  оның  активтілігіне  әсерін, 

промоторлау және олардың әсерін түсіндіруге болады. 

Алайда  активтік  ансамбльдер  теориясы  катализатор  мен 

реакцияға  түсетін  заттардың  химиялық  табиғатын  есепке 

алмайтынын айта  кеткен  жөн. 

3.  Катализдің  электрондық  теориясы.  Қатты  денелердің 

электрондық 

қасиеттері 

мен 

олардың 

каталитикалық 

активтіліктерінің  арасында  белгілі  бір  байланыс  болатынын  алғаш 

рет  Л.  В.  Писаржевский  көрсеткен  болатын.  Металдардың 

кристалдық торларындағы электрондардың каталитикалық реакция 

үшін  маңызды  рөл  атқаратыны  туралы  көп  мәліметтер  бар. 

Ауыспалы 

валенттілік 

көрсететін 

металдардың 

жоғары 

каталитикалық  касиет  көрсетулері  жартылай  өткізгіштердің 

каталитикалық 

активтіліктері, 

заттардың 

каталитикалық 

активтіліктері  мен  олардың  кейбір  электрөткізгіштік,  электрон 

шығу  жұмысы  сияқты  қасиеттерінің  арасындағы  байланыстар 

жоғарыда  айтылған  мәселеге  мысал  болып  табылады.  Сутектің 

пероксидінің  мыс  және  никель  катализаторларында  ыдырауын 

қарастыратын 

болсақ 

осы 

металдардың 

каталитикалық 

активтіліктері  мен  электрон  шығу  жұмысы  арасында  белгілі  бір 

байланыс  бар.  Осы  реакцияның  бір  сатысы  -  сутек  пероксиді 

молекуласының диссоциациялануы: 

Н

2

О

2

  +  ē → ОН  +  0Н

-

 

Бұл сатыға керек электронды металл яғни катализатор береді. 

Бұдан  неғұрлым  металдың  электрон  шығу  жұмысы  аз  болса, 

соғұрлым  ол  электронды  жеңілірек  береді.  Тәжірибе  мәліметтері 

осы  реакция  үшін  никельден  гөрі  мыс  активті  катализатор  екенін 

көрсетеді. Шын мәнінде мыстың электрон шығу жұмысы (4,1  ЭВ) 

никельдікінен  (4,9  ЭВ)  аз,  сол  себептен,  жоғарыда  айтылғандай, 

оның активтілігі никельдікінен артық болып тұр. 

Электрондық 

теория 

тұрғысынан 

алғанда 

барлық 

каталитикалық 

реакцияларды 

тотығу-тотықсыздану 

және 

қышқылдық-негіздік  әрекеттесу  деп  екіге  бөлуге  болады.  Бірінші 

топтағы  реакция  барысында  электрон  не  реагенттерден 

 

261 

 

катализаторға, не катализатордан реагенттерге ауысады. Ал екінші 

топтағы  реакциялар  кезінде  катализатор  мен  реагенттер  арасында 

қышқылдық-негіздік әрекеттесулер болады. 

Бір  реакциялар  үшін  алынған  катализатор  негіздік  қасиет 

көрсетсе,  екінші  бір  реакциялар  үшін  қышқылдық қасиет  көрсетуі 

мүмкін. 

Көп  жағдайда  катализатордың  меншікті  каталитикалық 

активтілігі,  яғни  катализатордың  бірлік  бетінің  активтілігі  белгілі 

бір  жағдайда  жуық  шамамен  тұрақты  болып,  ол  тек  осы 

катализатордың  химиялық  құрамымен  анықталады  (Боресков 

ережесі).  Г.  К.  Боресков  катализаторлардың  активтілігі  олардың 

алу  тәсілдеріне  байланыстылығын  осы  катализатордың  беттік 

ауданының өзгеруімен  түсіндірді. 

Жартылай өткізгіштердегі  электрондық  теорияны жасауда Ф. 

Ф.  Волькенштейн  жұмыстарының  рөлі  зор.  Бұл  теория  бойынша 

жартылай  өткізгіш  катализатор  инертті  газдардың  электрондық 

бұлттарынан  тұратын  иондардан  құралған  идеал  кристалл  ретінде 

қарастырылады,  Абсолют  нөлден  басқа  температурада  осында 

кристалдың  өткізгіштік  аймақтарында  бетте  бос  валенттілік 

тудыратын электрондар болады. Осы электрондар адсорбцияланған 

бөлшектер  мен  катализатор  бетінің  арасындағы    байланыстарға 

қатысады.  Соның  нәтижесінде  үш  түрлі  байланыс  түзіледі:  1) 

адсорбцияланатын  атомдардың  біреуінің  валенттілік  электроны 

кристалдың  өткізгіштік  аймағына  тартылуына  байланысты  әлсіз 

гомополярлық  байланыс;  2)  адсорбция  нәтижесінде  кристалдың 

жабық  аймағында  пайда  болатын  адсорбцияланатын  атомның 

электроны  мен  кристалдың  электронының  арасындағы  күшті 

гетерополярлық байланыс; 3) адсорбцияланған атомның валенттілік 

электронының  кристалл  торына  өту  нәтижесіндс  болатын  иондық 

байланыс.  Осы  үшеуінің  реакцияға  түсу  белсенділігі  - 

алғашқысында  ең  көп,  яғни  қанықпаған  валенттілігін  көрсететін 

 

Ә

лсіз гетерополярлық байланыс. 

Реагенттердің 

молекулалары 

катализатордың 

бос 

валенттіліктерімен әрекеттесіп, бос атомдар немесе радикалдар түзе 

адсорбцияланады. 

Адсорбцияланған 

бөлшектер 

катализатор 

бетімен байланысуы жиі өзгертіп отырады. Адсорбцияланған және 

бетпен  әлсіз  байланысқан  бөлшектер  өзара  әрекеттесіп  реакция 

өнімдерін түзуі де мүмкін. 

 

 

262 

 

9.2 Ферментативтік катализ 

Тірі  организмдердің  (жануарлар  мен  өсімдіктердің)  өмірінде 

каталитикалық  процестердің  маңызы  зор.  Олардың  бойында  әр 

түрлі  химиялық  реакциялар  жүріп  жатады.  Атап  айтқанда, 

белоктар, майлар, көмірсулар мен т.б. заттардың синтезделуі және 

олардың  ыдырауы.  Мұндай  биохимиялық  реакциялар  белгілі  бір 

жағдайларда  -рН-тың  мәні  бейтарапқа  жуық  болып,  температура 

шамамен  300°  К  болғанда  ғана  жүреді.  Міне,  осындай  жағдайда 

ферменттер  қатысуында  жүретін  биохимиялық  реакцияларда 

ферментативтік 

реакциялар 

деп 

атайды. 

Ферменттердің 

активтілігі өте зор екендігін  көрсететін мысалдар көп-ақ. 

Қазіргі кезде 2 мыңнан астам ферменттер белгілі. Оның 260-тан 

астамын  таза  кристалдық  күйде  алуға  болады.  Белгілі  ферменттер 

олардың қатысуында жүретін химиялық түрленулерге байланысты 

жіктеледі.  Осыған  байланысты  оларды  үлкен  үш  топқа    бөлуге 

болады. 

1.    Гидролаздар  -  яғни  гидролиз  процестеріндегі  реакция 

жылдамдығын арттыратын ферменттер. Бұған асқазан шырынының 

құрамындағы пепсин, трипсин, химотрипсин және аминопептидаза, 

гипаза, фосфатаза  сияқты ферменттер жатады. Бұл ферменттердің 

активтілігі ортаның рН-на байланысты болып, белгілі бір рН-та ең 

үлкен  максимал  мәнін  көрсетеді.  Көпшілік  ферменттердің 

активтілігінің  ең  үлкен  мәні  олардың  изоэлектрлік  жағдайына 

сәйкес келеді. 

2. Биологиялық нысандардағы  әр түрлі атомдар топтарын және 

сутекті 

тасымалдайтын 

ферменттер. 

Ферраза 

тобындағы 

ферменттер  фосфор  қышқылының  қалдығы  мен  метилдік  топты 

басқа қосылыстарға тасымалдайды. Биосинтез өнімдерінің әр түрлі 

болуы осы топтағы ферменттердің функциясына байланысты. 

3.  Заттардың  алмасу  процестерінде  реакция  жылдамдықтарын 

арттыратын  ферменттер.  Мысалы,  молекулалардың  қайта  құрылу 

реакцияларында  молекулалардың  жоғары  молекулалы  табиғаты 

белоктық  болатын  биологиялық  катализаторлардың  көмегімен 

жүреді.  Бұл  катализаторлардың  яғни  ферменттердің  кәдімгі 

катализаторлардан  айырмашылығы  мынада:  біріншіден,  олар 

талғамды  болады,  екіншіден,  олардың  активтілігі  өте  жоғары 

болады.  Кей  жағдайда  фермент  тек  бір  ғана  реакцияның 

жылдамдығын  арттырып,  басқа  реакцияларға  әсер  етпейді. 

Мысалы,  каталаза  деген  фермент  белоктарды  ыдыратады  да, 

 

263 

 

керісінше,  тотығу  процестерінің  жылдамдығына  әсер  етпейді.  Бұл 

сияқты 

мысалдарды 

жалғастыра 

беруге 

болады. 

Олар 

ферменттердің  талғамдылығын  көрсетеді.  Ферменттердің  екінші 

бір ерекшелігі - олардың өте активті болатындығы. 

Мысалы,  1  моль  каталаза  ферменті  1  секундта  273  К 

температурасында  200000  моль  сутек  пероксидін  ыдыратса,  ең 

активті бейорганикалық катализатор - платина қарасының 1 грамм 

атомы  сол  уакыттың  ішінде  293 К  температурасында небәрі 10-80 

моль  сутек  пероксидін  ыдыратады.  Тағы  бір  мысал  келтірейік, 

алкогольдегидрогеназа  бөлмелік  температурада  1  секундта  720 

моль  спиртті  сірке  альдегидіне  түрлендірсе,  дәл  осы  процесті 

өндірістік катализатор - мыс 473 К температурасында 1 секундта 1 

моль спиртті ғана түрлендіреді. Міне, осындай мысалдарды көптеп 

келтіруге болады. 

Соңғы жылдары ферменттер  әсірінің молекулалық механизмін 

зерттеуде ғалымдар біршама жетістіктерге жетіп отыр. Ферменттер 

молекуласының бәрі емес, тек белгілі бір бөлігі ғана каталитикалық 

активтілік  көрсетеді  екен.  Оны

 

активтік  орталық  деп  атайды. 

Ферменттердің  белоктардан  тұратынын  айттық.  Ферменттердің 

белоктық  емес  бөлшектеріне  металл  иондары  мен  кейбір 

органикалық  заттар  кіреді.  Егер  олар  ферменттің  активтік 

орталығына еніп,  каталитикалық активтілік көрсететін  болса, онда 

оларды  коферменттер  деп  атайды.  Ферменттердің  активтілік 

орталығы  реагенттермен  әрекеттесіп  тұрақсыз  аралық  қосылыс 

түзеді де, одан әрі түрленетін болады. Әрине, активтік орталық кез 

келген  молекуламен  емес,  кұрылысы  өзіне  ұқсас  молекулалармен 

ғана  әрекеттеседі.  Бұл  -  ферменттердің  талғамдылығын көрсететін 

жай. Ферменттердің активтілігі көптеген факторларға байланысты. 

Атап  айтқанда,  олар-ортаның  рН-ы,  ферменттің  концентрациясы, 

температура  және т.б. 

Сонымен  ферментативтік  катализде  де  басқа  ферментативтік 

емес катализдегі (гомогендік және гетерогендік) сияқты ферменттің 

әсер  етуінің  алғашқы  сатысы  -  оның  субстраттың  молекуласымен 

аралық қосылыс түзуінде. 

Оны сұлба түрінде былай  көрсетуге болады: 

                         K

1

 

K

3

 

                      Е  +  S 

←

→

  Е S →   Е +  Р.ө.   

                     (69) 

                              K

2 

 

264 

 

Мұндағы S - субстрат; Е - фермент (энзим), яғни биологиялық 

катализатор; Р. ө. - реакция өнімдері. Е S-аралық қосылыс. 

Стационарлық  концентрациялар  тәсілін  пайдаланып  мына 

өрнекті жазуға болады: 

                            dC

ES

/dt=К

1

С

E

С

S

–К

2

С

ES

–К

3

С

P

Ө

                            

(70) 

Мұндағы  С

E

+С

ES

=С

Eo 

болғандықтан  (С

Eo

-  ферменттің  активтік 

орталығының  бастапқы  концентрациясы): 

                                     

С

ES

=С

E

/[1+(К

2

+К

3

)/K

1

C

3

]                              (71) 

Бұдан  реакция  өнімінің  алыну  жылдамдығы  мынаған  тең 

болады: 

         d

 

С

PӨ

 

/ dt = К

3

С

ES  

/ [1+ (К

2

 + К

3

) / K

1

C

3 

] =

2

С

E

О

С

S

   

/ С + К

M

   (72) 

(К

2

+К

1

)/К

1

 өрнегі Михаэлис тұрақтысы (К

M

 деп аталады. Егер 

С

S

  <  <К

М

  болса,  онда  реакция  өнімінің  түзілу  жылдамдығы  С

S

  -ке 

тура  пропорционал.  Егер  С

S

  >>К

M

  болса,  онда  жылдамдық  С

S

  -ке 

байланыссыз болып, максималдық мәнін алады: 

                                                      Vmax=К

3

С

Ео

                                  (73) 

Бұл 

екі 

жағдайда 

да 

жылдамдық 

катализатордың 

концентрациясына  байланысты  бірінші  реттілікті  болады.  Бұл 

тендеудің  физикалық  мәні  мынада:  реагенттің  бастапқы 

концентрациясында  (яғни  реагенттің  концентрациясы  өте  көп 

болғанда  катализатор  (фермент)  аралық  қосылыстың  құрамына 

енеді  (ЕS),  ал  оның  концентрациясы  өзінің  шектік  мәніне  С

Е

О

 

жетеді.

 

Ендеше  реакция  өнімін  алу  жылдамдығы  да  осы  фермент 

үшін белгілі бір шектік мәнге жетеді (Vmax). Жоғарыда соңғы екі 

теңдеуді еске алып, Михаэлис-Ментен теңдеуі  деп  аталатын мына 

теңдеуді жазуға болады: 

                               V=dСр/dt=VmaxСs/(Сs+К

M

)                               (74) 

Михаэлис-Ментен  теңдеуі  ферментативтік  реакциялардың 

кинетикасын  сипаттау  үшін  қолданылады.  Әдетте  ферменттің 

реакция  өнімімен  әрекеттесуінің  әсерін  болдырмау  үшін 

эксперимент  арқылы  реакцияның  бастапқы  жылдамдығын  (К

о

) 

анықтайды.  Сонда:  С

S

=Сs

0

-С

CS

=Сs

0

.  Мұндағы  С

S0

-  реагенттің 

бастапқы  концентрациясы,  ол  ферменттің  концентрациясынан 

алдеқайда көп (Сs

0

>>С

E0

).

 

Тәжірибелер Сs

0

-дің әр түрлі мәндерінде 

жүргізіледі. 

Vтах  мен  Км  -  ді  анықтау  үшін  Михаэлис-Ментен  теңдеуін 

төмендегідей етіп жазған ыңғайлы: 

                               1/V

0

 = 1/V

max 

+ Км /V

max 

1/ С

S                      

(75)  

 

265 

 

Бұдан 1/V

ө

 - /(1/ С

Sө

) координаттарында немесе Лайнуивер-Берк 

координаттарында түзу сызықты байланыс болады. (8.9 а-сурет). 

Бұл  түзудің  көлбеу  бұрышының  тангенсі  tg =Км/Vтах 

ордината  осіне  қиылысқанда  пайда  болған  кесінді  -  1/Vтах,  ал 

абцисса өсіне қиылысқандағы кесінді - 1/Км болады.  

Эксперименттік  мәліметтерді  басқаша  да  өңдеуге  болады. 

Мысалы, Михаэлис-Ментен теңдеуін ортақ бөлімге келтіріп, С

Sо

-ге 

бөліп, мына теңдеуді аламыз. 

   

 

 

              Vо=Vтах-К

M

∙Vо/С

Sо

                          (76) 

Бұл жағдайда K

M

-ді V

о

 мен Vо/С

Sо

-дік сызықтық байланысынын 

көлбеу бұрышының тангенсімен анықтауға болады (8.9, ә-сурет). 

Теңдеудің  (75)  екі  жағын  да  С

Sо

  -ге  көбейтсек,  С

S

  /  V  мен  С

Sо

 

арасында  тағы  да  сызықтық  байланыс  болады  (8.9,  б-сурет).  Бұл 

жағдайда да Км мен Vтах -ды 8.9 б-суретте көрсетілгендей табуға 

болады. 

Vтах-ды 

мәнінен 

ферменттің  концентрациясы 

белгілі  жағдайда  К

S

-ті,  яғни 

фермент-субстраттық 

комплекстің  (ЕS)  ыдырау 

жылдамдығының  тұрақтысын 

есептеуге болады.  

Михаэлис  тұрақтысы  Км 

әр  түрлі  жүйелер  үшін  1-ден 

10

-8

 

моль/л 

аралығында 

өзгереді. 

Субстраттың 

табиғатынан  басқа  ол  рН-қа, 

температура 

және 

басқа 

факторларға 

байланысты 

болады. 

Сол  себептен  Михаэлис 

тұрақтысының  мәнін  белгілі 

бір 

жағдайда 

берілген 

субстрат-фермент 

жүйесін 

сипаттау үшін береді. 

  Жоғарыда 

көрсетілген 

Михаэлис-Ментен 

теңдеуі 

барлық  ферментативтік  емес, 

тек  олардың  кейбіреулерінің 

 

 

жүктеу/скачать 3,84 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: