АУТОКАТАЛИЗ

АУТОКАТАЛИЗ (греческий autos сам + катализ) — процесс, в котором ускорение данной химической или биохимической реакции осуществляется одним из ее продуктов. Примером аутокатализа может служить гидролиз амилацетата в водном растворе:

CH₃COOC₅H₁₁+H₂O=CH₃COOH+C₅H₁₁OH.

Продукт реакции — уксусная кислота (CH₃COOH) диссоциирует:

CH₃COOH ⇄ CH₃COO^- + H⁺;

ион водорода является катализатором данной реакции. Начальная стадия реакции протекает медленно, однако с увеличением количества продукта-катализатора скорость реакции соответственно возрастает. Таким образом, аутокаталитические реакции имеют тенденцию протекать с постоянно возрастающей скоростью. Истощение запаса субстрата приводит к замедлению реакции, а затем и к полной ее остановке. Преимущество реакций такого типа заключается в том, что они обеспечивают возможность быстрого образования каких-либо веществ, необходимых для организма в определенный момент. Так, при поступлении пищи в пищеварительный тракт возникает потребность в протеолитических ферментах, и в частности в трипсине — ферменте, который катализирует гидролитическое расщепление белков на пептиды внутри тонкой кишки. Трипсин секретируется поджелудочной железой в неактивной форме, известной под названием трипсиногена. Трипсиноген превращается в трипсин под действием фермента, отщепляющего от трипсиногена пептид (гексапептид или октапептид). Таким ферментом является сам трипсин. Следовательно, это аутокаталитическая реакция, в которой продукт реакции катализирует образование самого себя:

Первоначальное же образование трипсина происходит под действием другого фермента — энтерокиназы, вырабатываемой клетками слизистой оболочки тонкой кишки; выделение фермента инициируется поступлением пищи в желудочно-кишечный тракт. Сразу же после образования небольшого количества молекул трипсина реакция начинает ускоряться и ускоряется все больше и больше, пока весь трипсиноген не превратится в активный фермент. Таким образом, благодаря аутокаталитической реакции пищеварительные ферменты приводятся в действие как раз в тот момент, когда они необходимы организму.

Большое значение в процессах обмена веществ играют различные циклы реакций, среди которых важная роль принадлежит циклу Трикарбоновых кислот (см. Трикарбоновых кислот цикл). В нем небольшие количества лимонной, яблочной и других органических кислот могут катализировать окисление большого количества активной формы уксусной кислоты, так как при обороте каждого цикла окисляется ацетильный остаток одной молекулы ацетил-КоА, являющегося одним из промежуточных продуктов обмена веществ.

Частным случаем циклических реакций являются реакции с аутокаталитическими стадиями, в которых какой-либо продукт реакции ускоряющим образом влияет на одну из предыдущих стадий цикла.

Хиншелвудом (С. N. Hinshelwood, 1955) были рассмотрены случаи аутокатализа, когда реакции взаимно ускоряют друг друга, в результате чего максимальная скорость реакции А→В→С достигается при минимальной концентрации вещества С (см. Цепные реакции).

Аутокатализ играет важную роль в процессах, происходящих в живых организмах в норме, а также при патологии. Так, аутокаталитические реакции имеют место при разных видах поражения, сопровождающихся разрушениями биологических структур (Б. Н. Тарусов, 1954). Особенно велика роль этих реакций при лучевом поражении организмов. Под влиянием ионизирующих излучений в биологических объектах возникают различные реакции, однако значимость их для развития лучевого поражения неодинакова. Некоторые из них быстро затухают, другие, в ответ на один ионизационный акт, ограничиваются только превращениями в какой-нибудь одной молекуле. И только активные центры, зарождающие аутокаталитические реакции цепного типа (при которых в процесс вовлекаются тысячи молекул и которые по своей природе должны развиваться с самоускорением), имеют первостепенное значение в лучевом поражении. В клетках организма протекает несколько таких реакций; показано, в частности, что субстратом для них являются липопротеидные структуры мембранных образований клеток. За счет подобных реакций происходит быстрое развитие поражения в ответ на незначительные (в энергетическом отношении) повреждающие воздействия.

См. также Катализ.

Библиография: Биофизика, под ред. Б. Н. Тарусова и О. Р. Колье, М., 1968; Кондратьев В. Н. Кинетика химических газовых реакций, М., 1958; Пан-ченков Г. М.и Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ, М., 1961; Пасынский А. Г. Биофизическая химия, с. 87, М., 1963.

Ю. П. Козлов.