В ферментативной кинетике кроме уравнения Михаэлиса– Ментен существуют уравнения, учитывающие ингибирование субстратом:
(12.21)
где Ki – константа ингибирования.
Конкурентное и неконкурентное ингибирование вторым субстратом описывается уравнениями:
(12.22)
(12.23)
где Κ1 – константа Михаэлиса по субстрату S1; K2 – константа ингибирования по субстрату S2.
Конкурентное и неконкурентное ингибирование продуктом реакции выражается соотношениями:
(12.24)
(12.25)
где KS – константа Михаэлиса по субстрату; Kp – константа ингибирования по продукту.
Подобно кинетике микробиологических процессов в ферментативной кинетике учитывается влияние температуры и величины рН на скорость реакции.
Аналогично ферментации можно учитывать инактивацию продукта Р.
V = V(S, P) – KP. (12.26)
Есть особенность ферментативных реакций, связанная с деградацией самого фермента. При выводе уравнения Михаэлиса–Ментен эту особенность не учитывали. Но фермент – вещество лабильное, и оно подвергается старению и разложению. Особенно это касается протеолитических ферментов, т. е. ферментов, способствующих разложению белковых веществ. Наряду с «чужими» белками, протеолитические ферменты часто разрушают собственных «братьев» – белковые молекулы самих протеолитических ферментов.
Деградацию ферментов можно учитывать по выражению
(12.27)
где k – константа скорости деградации фермента.
Возможны и другие варианты кинетики деградации фермента:
(12.28) (12·29)
где К1 и K2 – кинетические константы.
Процессы биокатализа и биотрансформации могут быть периодическими, непрерывными, с подпиткой субстратом и с подпиткой ферментом.
Вместо очищенных ферментов в них могут использоваться ферменты, имеющие примеси, и даже убитые или неразмножающиеся клетки, сохранившие ферментативную активность.
Уравнения кинетики позволяют проводить расчет и оптимизацию подобных процессов.
Следует обратить внимание на одну важную особенность биокаталитических процессов. Условия, оптимальные для биокатализа (основного процесса), могут быть неоптимальны в отношении старения биокатализатора (фермента). Например, низкая температура хороша для предотвращения старения, но замедляет ход самого процесса биокатализа или биотрансформации.
То же и с величиной рН – значения оптимумов для процесса биокатализа и для предотвращения старения фермента могут различаться.
Компромисс между этими противоречивыми требованиями и должен обеспечивать оптимизационный расчет.