Большая Советская Энциклопедия (ФЕ)

концентрацию определяемого эфира.

  При Ф. м. а. часто используют комбинацию (сопряжение) нескольких ферментативных реакций. Например, концентрация глюкозы может быть определена с помощью ферментов глюкозооксидазы (ГО) и пероксидазы (ПО). Под действием ГО глюкоза превращается в глюконовую кислоту, при этом образуется перекись водорода, которая, в свою очередь, под влиянием ПО может окислить введённый в раствор ортодианизидин (или толидин) и давать окраску. Измеряя интенсивность окраски раствора, можно рассчитать исходную концентрацию глюкозы (чувствительность метода 5 мкг в пробе). Этот способ применяется для быстрого определения глюкозы в моче у больных диабетом с помощью индикаторной бумажки, пропитанной указанными реактивами.

  Разновидностью Ф. м. а. являются кинетические методы анализа, основанные на зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации анализируемых веществ (см. Ферментативный катализ ), которыми могут быть субстраты, активаторы или ингибиторы ферментов. Зная характер этой зависимости, можно, измеряя скорость ферментативной реакции, рассчитать концентрацию анализируемого вещества. Например, количественное определение фосфорорганических инсектицидов, являющихся сильными ингибиторами, фермента холинэстеразы производится путём измерения активности этого фермента в отсутствии и в присутствии ингибитора. Чувствительность метода определения, например диэтил-пара -нитрофенилфосфата, составляет 0,015 мкг в пробе, ионов магния (по активирующему их влиянию на фермент, окисляющий изолимонную кислоту) – 0,1 мкг.

  Широкое распространение получили Ф. м. а., основанные на использовании ферментов, прочно связанных с твёрдыми носителями, которыми могут быть полимеры, неорганические сорбенты, гели. Такие «твёрдые ферменты», помещенные на электрохимические датчики (стеклянные, платиновые и др. электроды), представляют собой ферментные электроды, служащие инструментами для измерения скорости ферментной реакции в растворе анализируемого вещества. С помощью ферментных электродов определяют мочевину, аминокислоты, пенициллин, глюкозу и т.д. с чувствительностью 0,1–0,01 мкг в пробе.

  Лит.: Березин И. В., Клесов А. А., Ферментные электроды, «Успехи химии», 1976, т. 45, в. 2: Methoden der enzymatische Analyse, Hrsg. Н. U. Bergmeyer, 3 Aufl., Bd 1–2, Weinheim, 1974.

  В. А. Яковлев.

Ферментативный катализ

Ферментати'вный ката'лиз, биокатализ, ускорение химических реакций под влиянием ферментов . В основе жизнедеятельности лежат многочисленные химические реакции расщепления питательных веществ, синтеза необходимых организму химических соединений и трансформации их энергии в энергию физиологических процессов (работа мышц, почек, нервная деятельность и т.п.). Все эти реакции не могли бы происходить с необходимой для живых организмов скоростью, если бы в ходе эволюции не возникли механизмы их ускорения с помощью Ф. к.

  Одно время считалось, что Ф. к. принципиально отличается от небиологического катализа , широко используемого в химическом производстве. Такое представление основывалось на трёх отличительных особенностях Ф. к.: исключительно высокой эффективности (увеличение скорости реакции в 10¹⁰ –10¹³ раз) и специфичности, т. е. избирательности (способности каждого фермента катализировать превращение строго определённых биологических субстратов, иногда лишь единственного вещества, в единственном направлении), не достижимых в небиологическом катализе. Особенностью Ф. к. является также его регулируемость – способность биокатализатора – фермента – увеличивать или уменьшать свою активность в зависимости от потребностей организма. Однако исследование механизма Ф. к. показывает, что к нему применимы законы и принципы, на которых основаны обычные химические реакции. Отличие реакций Ф. к. определяется сложностью структуры ферментов и химических превращений, которые совершают вещества в ходе катализа.

  Эффективность Ф. к. достигается в результате того, что химическая реакция разбивается на ряд энергетически более лёгких промежуточных реакций, в которых участвует фермент. Важнейшая для Ф. к. реакция – образование первичного фермент-субстратного комплекса даёт выигрыш энергии, достаточный для ускорения процесса в целом. Представления о необходимости образования такого комплекса следовали из изучения зависимости скорости ферментативной реакции (V) от концентрации фермента (Е ) и субстрата (S), которая описывается уравнением Михаэлиса – Ментен:

,

  где k ₃ и К_т – константы, характерные для каждой реакции.

  Эта зависимость, установленная экспериментально для многих ферментативных реакций, может быть теоретически выведена, если превращение субстрата в продукт реакции (Р) происходит по механизму образования и распада комплекса между ферментом и субстратом – ES- комплекса:

,

  где k₁ , k_-1 и k _{+ 2} – константы, характеризующие скорость указанных стрелками стадий процесса, причём соотношение (k_-1 + k _{+ 2} )/ k_-1 = К_т . Если в реакции участвует не один, а несколько (в большинстве случаев два) субстратов и ES -комплекс образует продукты реакции не в одну, а в несколько стадий, зависимость выражается более