سرعت واکنش شیمیایی به عوامل زیادی از جمله ماهیت واکنش دهنده ها ، غلظت واکنش دهنده ها ، دما و وجود کاتالیزورها بستگی دارد. بیایید این عوامل را در نظر بگیریم.

1). ماهیت واکنش دهنده ها... اگر بین مواد دارای پیوند یونی فعل و انفعالی وجود داشته باشد ، واکنش سریعتر از ماده با پیوند کووالانسی انجام می شود.

2.) غلظت واکنش دهنده ها... برای انجام یک واکنش شیمیایی ، برخورد مولکول های مواد واکنش دهنده ضروری است. یعنی مولکول ها باید آنقدر به یکدیگر نزدیک شوند که اتم های یک ذره عملکرد میدان های الکتریکی ذره دیگر را تجربه کنند. فقط در این حالت انتقال الکترون و بازآرایی مجدد اتمها امکان پذیر خواهد بود ، در نتیجه مولکولهای مواد جدید تشکیل می شوند. بنابراین ، سرعت واکنشهای شیمیایی متناسب با تعداد برخوردهایی است که بین مولکولها رخ می دهد ، و تعداد برخوردها ، به نوبه خود ، متناسب با غلظت مواد واکنش دهنده است. دانشمندان نروژی Guldberg و Vaage و بطور مستقل از آنها دانشمند نروژی بر اساس این ماده تجربی قانون اساسی سینتیک شیمیایی را در سال 1867 تنظیم کردند - قانون اقدام جمعی(ZDM): در دمای ثابت ، سرعت واکنش شیمیایی مستقیماً متناسب با محصول غلظت واکنش دهنده ها در توان ضرایب استوکیومتری آنها است. برای حالت کلی:

قانون اقدام توده ای شکل زیر را دارد:

سابقه قانون اقدام جمعی برای این واکنش نامیده می شود معادله اصلی جنبشی واکنش... در معادله جنبشی اساسی ، k ثابت سرعت واکنش است که به ماهیت مواد واکنش دهنده و دما بستگی دارد.

اکثر واکنشهای شیمیایی برگشت پذیر هستند. در طی چنین واکنش هایی ، محصولات آنها ، همانطور که جمع می شوند ، با تشکیل مواد اولیه با یکدیگر واکنش نشان می دهند:

سرعت واکنش به جلو:

نرخ بازخورد:

در لحظه تعادل:

از این رو ، قانون اقدام جمعی در حالت تعادل شکل زیر را خواهد گرفت:

جایی که K ثابت تعادل واکنش است.

3) تأثیر دما بر سرعت واکنش... به عنوان یک قاعده ، سرعت واکنشهای شیمیایی با افزایش دما افزایش می یابد. بیایید این مورد را با استفاده از مثال تعامل هیدروژن با اکسیژن در نظر بگیریم.

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

در دمای 20 درجه سانتیگراد ، سرعت واکنش عملاً صفر است و 54 میلیارد سال طول می کشد تا تعامل 15 درصد عبور کند. در دمای 500 درجه سانتیگراد 50 دقیقه طول می کشد تا آب تشکیل شود و در دمای 700 درجه سانتیگراد واکنش فوراً ادامه می یابد.

وابستگی سرعت واکنش به دما بیان می شود قانون هاف نیست: با افزایش دما 10 درجه ، سرعت واکنش 2 تا 4 برابر افزایش می یابد. قانون Van't Hoff نوشته شده است:

4) اثر کاتالیزورها... سرعت واکنشهای شیمیایی را می توان با استفاده از تنظیم کرد کاتالیزورها- موادی که سرعت واکنش را تغییر می دهند و پس از واکنش بدون تغییر می مانند. تغییر سرعت واکنش در حضور کاتالیزور را کاتالیز می نامند. تمیز دادن مثبت(سرعت واکنش افزایش می یابد) و منفی(سرعت واکنش کاهش می یابد) تجزیه و تحلیل. گاهی اوقات در هنگام واکنش کاتالیزور تشکیل می شود ، به چنین فرآیندهایی اتوکاتالیست گفته می شود. بین تجزیه و تحلیل همگن و ناهمگن تشخیص دهید.

چه زمانی همگنبا کاتالیز ، کاتالیزور و واکنش دهنده ها در یک مرحله قرار دارند. مثلا:

چه زمانی ناهمگونکاتالیز ، کاتالیزور و واکنش دهنده ها در مراحل مختلف هستند. مثلا:

تجزیه و تحلیل ناهمگن با فرایندهای آنزیمی مرتبط است. تمام فرآیندهای شیمیایی موجودات زنده توسط آنزیم ها ، پروتئین هایی با عملکردهای خاص خاص ، کاتالیز می شوند. در محلولهایی که فرایندهای آنزیمی در آنها اتفاق می افتد ، به دلیل عدم وجود یک رابط کاملاً مشخص ، هیچ محیط ناهمگنی معمولی وجود ندارد. از چنین فرآیندهایی به عنوان تجزیه و تحلیل میکرو ناهمگن یاد می شود.

مکانیسم های وقوع تحولات شیمیایی و میزان آنها توسط سینتیک شیمیایی بررسی می شود. فرآیندهای شیمیایی به موقع و با سرعت های مختلف انجام می شوند. بعضی از آنها به سرعت ، تقریباً بلافاصله اتفاق می افتند ، و ادامه کار برای دیگران بسیار طولانی است.

در تماس با

واکنش سرعت- سرعت مصرف معرف ها (غلظت آنها کاهش می یابد) یا محصولات واکنش در واحد حجم تشکیل می شوند.

عواملی که می توانند سرعت واکنش شیمیایی را تحت تأثیر قرار دهند

عوامل زیر می توانند در سرعت تعامل شیمیایی تأثیر بگذارند:

• غلظت مواد ؛
• ماهیت معرف ها ؛
• درجه حرارت؛
• حضور یک کاتالیزور ؛
• فشار (برای واکنش در جو گاز).

بنابراین ، با تغییر شرایط خاص برای روند یک فرآیند شیمیایی ، می توان بر سرعت روند کار تأثیر گذاشت.

در روند فعل و انفعالات شیمیایی ، ذرات مواد واکنش دهنده با یکدیگر برخورد می کنند. تعداد چنین تصادفی متناسب با تعداد ذرات مواد موجود در حجم مخلوط واکنش دهنده است و بنابراین متناسب با غلظت های مولر معرف است.

قانون اقدام جمعیوابستگی سرعت واکنش را به غلظت های مولی مواد متقابل توصیف می کند.

برای یک واکنش ابتدایی (A + B → ...) ، این قانون با فرمول بیان می شود:

υ = k ∙ С A ∙ С B ،

k k ثابت نرخ است ؛ C A و C B - غلظت های مولری معرف ها ، A و B.

اگر یکی از مواد واکنش دهنده در حالت جامد باشد ، پس فعل و انفعال در رابط اتفاق می افتد و بنابراین غلظت ماده جامد در معادله قانون جنبشی توده های فعال وارد نمی شود. برای درک معنای فیزیکی ثابت سرعت ، لازم است C ، A و C B برابر 1 شود. سپس مشخص می شود که ثابت سرعت برابر با سرعت واکنش در غلظت های واکنش دهنده برابر با واحد است.

ماهیت معرف ها

از آنجا که در روند فعل و انفعالات پیوندهای شیمیایی مواد واکنش دهنده از بین رفته و پیوندهای جدیدی از محصولات واکنش تشکیل می شود ، طبیعت پیوندهای درگیر در واکنش ترکیبات و ساختار مولکول های مواد واکنش دهنده نقش نقش مهم.

سطح تماس واکنشگرها

چنین مشخصه ای به عنوان سطح تماس واکنش دهنده های جامد ، در بعضی مواقع ، به طور قابل توجهی بر روند واکنش تأثیر می گذارد. آسیاب کردن یک ماده جامد به شما امکان می دهد سطح تماس واکنش دهنده ها را افزایش داده و در نتیجه روند را تسریع کنید. سطح تماس مواد محلول به راحتی با حل شدن ماده افزایش می یابد.

دمای واکنش

با افزایش دما ، انرژی ذرات برخورد کننده افزایش می یابد ؛ بدیهی است که با افزایش دما ، فرآیند شیمیایی نیز شتاب می گیرد. داده های آورده شده در جدول را می توان نمونه ای روشن از چگونگی تأثیر افزایش دما بر روند اثر متقابل مواد در نظر گرفت.

جدول 1. تأثیر تغییر دما بر میزان تشکیل آب (О 2 + 2Н 2 → 2Н 2 О)

برای توصیف کمی چگونگی تأثیر دما بر میزان تأثیر متقابل مواد ، از قانون Van't Hoff استفاده می شود. قانون Van't Hoff این است که وقتی دما 10 درجه افزایش می یابد ، شتاب 2-4 برابر وجود دارد.

فرمول ریاضی توصیف قانون Van't Hoff به شرح زیر است:

جایی که γ ضریب دما از میزان واکنش شیمیایی است (γ = 2−4).

اما معادله آرنیوس وابستگی به دما را با دقت بسیار بیشتری توصیف می کند:

در جایی که R ثابت گاز جهانی است ، A عاملی است که با توجه به نوع واکنش تعیین می شود ، E ، A انرژی فعال سازی است.

انرژی فعال سازی ، انرژی است که یک مولکول برای ایجاد تحول شیمیایی باید بدست آورد. یعنی نوعی مانع انرژی است که برای توزیع مجدد پیوندها باید با برخورد مولکولهای در حجم واکنش برطرف شود.

انرژی فعال سازی به عوامل خارجی بستگی ندارد ، بلکه به ماهیت ماده بستگی دارد. مقدار انرژی فعال سازی تا 40 - 50 کیلوژول در مول ، به مواد اجازه می دهد تا نسبتاً فعال با یکدیگر واکنش نشان دهند. اگر انرژی فعال سازی بیش از 120 کیلوژول در مول باشد، سپس مواد (در دماهای طبیعی) بسیار کند واکنش نشان می دهند. تغییر دما منجر به تغییر در تعداد مولکولهای فعال می شود ، یعنی مولکولهایی که به انرژی بیشتر از انرژی فعال سازی رسیده اند و بنابراین قادر به تبدیلات شیمیایی هستند.

عمل کاتالیزور

کاتالیزور ماده ای است که می تواند روند کار را تسریع کند ، اما بخشی از محصولات آن نیست. کاتالیز (تسریع در تحول شیمیایی) به · همگن ، · ناهمگن تقسیم می شود. اگر واکنش دهنده ها و کاتالیزور در یک حالت تجمع یکسان باشند ، آنگاه تجزیه را همگن می نامند ، اگر در حالت مختلف باشد ، ناهمگن است. مکانیسم های عملکرد کاتالیزورها متنوع و نسبتاً پیچیده هستند. علاوه بر این ، لازم به ذکر است که کاتالیزورها با انتخاب اثر عمل می کنند. یعنی همان کاتالیزور در عین سرعت بخشیدن به یک واکنش ، ممکن است به هیچ وجه سرعت واکنش دیگر را تغییر ندهد.

فشار

اگر مواد گازی در تغییر شکل شرکت کنند ، در نتیجه تغییر فشار در سیستم بر روند فرآیند تأثیر می گذارد ... این بخاطر این است که، که برای معرفهای گازی ، تغییر فشار منجر به تغییر غلظت می شود.

تعیین تجربی میزان واکنش شیمیایی

با بدست آوردن اطلاعاتی در مورد چگونگی تغییر غلظت مواد یا محصولات واکنش دهنده در واحد زمان ، می توان میزان تحول شیمیایی را به صورت آزمایشی تعیین کرد. روش های بدست آوردن چنین داده هایی به تقسیم می شوند

• شیمیایی ،
• فیزیکی و شیمیایی

روش های شیمیایی ساده ، مقرون به صرفه و دقیق هستند. با کمک آنها ، سرعت با اندازه گیری مستقیم غلظت یا مقدار ماده ای از معرف ها یا محصولات تعیین می شود. در صورت واکنش کند ، نمونه هایی برای کنترل نحوه مصرف معرف گرفته می شود. سپس محتوای معرف در نمونه تعیین می شود. با گرفتن نمونه در فواصل منظم ، می توان داده هایی را در مورد تغییر مقدار ماده در طی اثر متقابل بدست آورد. متداول ترین نوع تجزیه و تحلیل ، تیترومتری و گرانش است.

اگر واکنش به سرعت ادامه یابد ، برای گرفتن نمونه باید متوقف شود. این را می توان با خنک سازی انجام داد ، حذف ناگهانی کاتالیزور، همچنین می توانید یکی از معرف ها را به حالت غیرفعال رقیق یا منتقل کنید.

روشهای تجزیه و تحلیل فیزیکوشیمیایی در سینتیک تجربی مدرن بیشتر از روشهای شیمیایی استفاده می شود. با کمک آنها ، می توانید تغییر غلظت مواد را در زمان واقعی مشاهده کنید. در این حالت نیازی به توقف واکنش و گرفتن نمونه نیست.

روشهای فیزیکوشیمیایی مبتنی بر اندازه گیری یک ویژگی فیزیکی است که به مقدار کمی یک ترکیب خاص در سیستم بستگی دارد و با گذشت زمان تغییر می کند. به عنوان مثال ، اگر گازها در واکنش نقش داشته باشند ، بنابراین چنین خاصیتی ممکن است فشار باشد. آنها همچنین رسانایی الکتریکی ، ضریب شکست ، طیف جذب مواد را اندازه گیری می کنند.

برخی از واکنشهای شیمیایی تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد (انفجار مخلوط اکسیژن و هیدروژن ، واکنش تبادل یونی در محلول آبی) ، واکنش دوم - سریع (احتراق مواد ، اثر متقابل روی با اسید) و برخی دیگر - به آرامی (زنگ زدگی آهن ، پوسیدگی باقیمانده های آلی). چنین واکنش های آهسته شناخته شده است که فرد به سادگی نمی تواند آنها را متوجه شود. به عنوان مثال ، تبدیل گرانیت به ماسه و خاک رس طی هزاران سال انجام می شود.

به عبارت دیگر ، واکنش های شیمیایی می توانند به روش های مختلفی پیش بروند. سرعت.

اما این چیه واکنش سرعت؟ تعریف دقیق این کمیت و از همه مهمتر بیان ریاضی آن چیست؟

سرعت واکنش تغییر مقدار ماده در واحد زمان در یک واحد حجم است. از نظر ریاضی ، این عبارت به صورت زیر نوشته می شود:

جایی که n 1 و n 2آیا مقدار ماده (mol) به ترتیب در زمان t 1 و t 2 در سیستم حجم است V.

اینکه کدام علامت بعلاوه یا منفی در مقابل بیان سرعت قرار داشته باشد ، به این بستگی دارد که آیا ما به دنبال تغییر مقدار ماده مورد نظر هستیم - یک محصول یا یک معرف.

بدیهی است که در طول واکنش ، مصرف معرف ها اتفاق می افتد ، یعنی مقدار آنها کاهش می یابد ، بنابراین ، برای معرف ها ، بیان (n 2 - n 1) همیشه مقداری کمتر از صفر دارد. از آنجا که سرعت نمی تواند منفی باشد ، در این حالت باید علامت منفی در مقابل عبارت قرار گیرد.

اگر به تغییر مقدار محصول و نه معرف نگاه کنیم ، قبل از بیان برای محاسبه سرعت نیازی به علامت منفی نیست ، زیرا عبارت (n 2 - n 1) در این مورد همیشه مثبت است ، زیرا مقدار محصول در نتیجه واکنش فقط می تواند افزایش یابد.

نسبت مقدار ماده nبه حجمي كه اين مقدار ماده در آن قرار دارد ، غلظت مولي گفته مي شود از جانب:

بنابراین ، با استفاده از مفهوم غلظت مولی و بیان ریاضی آن ، می توانید نسخه دیگری از تعیین سرعت واکنش را بنویسید:

سرعت واکنش تغییر غلظت مولی یک ماده در نتیجه واکنش شیمیایی در یک واحد زمان است:

عوامل موثر بر میزان واکنش

معمولاً دانستن اینکه چه چیزی سرعت واکنش خاص را تعیین می کند و چگونه می توان آن را تحت تأثیر قرار داد بسیار مهم است. به عنوان مثال ، صنعت تصفیه به معنای واقعی کلمه برای هر نیم درصد اضافی محصول در واحد زمان ضرب و شتم است. به هر حال ، با توجه به مقدار زیاد روغن تصفیه شده ، حتی نیم درصد به سود مالی سالانه زیادی می رسد. در برخی موارد ، کاهش سرعت هرگونه واکنش ، به ویژه خوردگی فلزات ، بسیار مهم است.

بنابراین چه چیزی سرعت واکنش را تعیین می کند؟ به اندازه کافی عجیب ، به پارامترهای مختلف بستگی دارد.

برای درک این موضوع ، اول از همه ، بیایید تصور کنیم که در نتیجه یک واکنش شیمیایی چه اتفاقی می افتد ، به عنوان مثال:

معادله فوق فرآیندی را منعکس می کند که در آن مولکول های مواد A و B ، در برخورد با یکدیگر ، مولکول های مواد C و D را تشکیل می دهند.

بدین ترتیب ، بدون شک ، برای عبور واکنش ، حداقل برخورد مولکول های مواد اولیه ضروری است. بدیهی است که اگر تعداد مولکولها را در واحد حجم افزایش دهیم ، تعداد برخوردها به همان روشی که فرکانس برخورد شما با مسافران در یک اتوبوس شلوغ نسبت به یک نیمه خالی افزایش می یابد ، افزایش می یابد.

به عبارت دیگر، سرعت واکنش با افزایش غلظت واکنش دهنده ها افزایش می یابد.

در مواردی که یکی از واکنش دهنده ها یا چندین بلافاصله گاز باشند ، سرعت واکنش با افزایش فشار افزایش می یابد ، زیرا فشار گاز همیشه با غلظت مولکول های تشکیل دهنده آن متناسب است.

با این وجود ، برخورد ذرات برای ادامه واکنش یک شرط لازم ، اما اصلاً کافی نیست. واقعیت این است که ، طبق محاسبات ، تعداد برخورد مولکول های مواد واکنش دهنده در غلظت مناسب آنقدر زیاد است که همه واکنش ها باید در یک لحظه اتفاق بیفتند. با این حال ، در عمل این اتفاق نمی افتد. موضوع چیه؟

نکته این است که هر برخورد مولکول های واکنش لزوماً مثر نخواهد بود. بسیاری از برخوردها الاستیک هستند - مولکول ها مانند توپ از یکدیگر می پرند. برای ادامه واکنش ، مولکول ها باید انرژی جنبشی کافی داشته باشند. حداقل انرژی که مولکول های مواد واکنشی باید داشته باشند تا بتوانند واکنش را عبور دهند ، انرژی فعال سازی نامیده می شود و به عنوان E a نشان داده می شود. در سیستمی متشکل از تعداد زیادی مولکول ، توزیع مولکول در انرژی وجود دارد ، برخی از آنها دارای انرژی کم ، برخی دارای انرژی زیاد و متوسط ​​هستند. از بین تمام این مولکول ها ، تنها بخش کوچکی از مولکول ها دارای انرژی بیش از انرژی فعال سازی هستند.

همانطور که از دوره فیزیک می دانید ، دما در واقع اندازه گیری انرژی جنبشی ذرات سازنده ماده است. یعنی هرچه ذرات سازنده ماده سریعتر حرکت کنند ، درجه حرارت آن نیز بالاتر می رود. بنابراین ، بدیهی است که با افزایش دما ، ما اساساً انرژی جنبشی مولکول ها را افزایش می دهیم ، در نتیجه کسری از مولکول ها با انرژی بیش از E a افزایش می یابد و برخورد آنها منجر به یک واکنش شیمیایی می شود.

واقعیت تأثیر مثبت دما بر سرعت واکنش توسط شیمی دان هلندی Van't Hoff به طور تجربی در قرن نوزدهم ثابت شد. بر اساس تحقیقات خود ، او قانونی را تدوین کرد که هنوز نام او را یدک می کشد ، و این به نظر می رسد:

سرعت هرگونه واکنش شیمیایی با افزایش 10 درجه ای دما 2-4 برابر افزایش می یابد.

نمایش ریاضی این قانون به صورت زیر نوشته شده است:

جایی که V 2و V 1آیا سرعت به ترتیب در دمای t 2 و t 1 است و γ ضریب دمایی واکنش است که مقدار آن اغلب در محدوده 2 تا 4 قرار دارد.

غالباً با استفاده از سرعت بسیاری از واکنشها افزایش می یابد کاتالیزورها.

کاتالیزورها موادی هستند که روند هرگونه واکنش را تسریع می کنند و همزمان مصرف نمی شوند.

اما چگونه کاتالیزورها می توانند سرعت واکنش را افزایش دهند؟

اجازه دهید انرژی فعال سازی را به یاد بیاوریم مولکول هایی با انرژی کمتر از انرژی فعال سازی در غیاب کاتالیزور نمی توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند. کاتالیزورها مسیری را که در طی آن واکنش نشان می دهد تغییر می دهند ، همانطور که یک راهنمای باتجربه مسیر اعزام را نه از طریق کوه ، بلکه با استفاده از مسیرهای انحرافی پرداخت می کند ، در نتیجه حتی آن ماهواره هایی که انرژی کافی برای صعود به کوه را ندارند کوه قادر خواهد بود به سمت دیگر خود حرکت کند.

علی رغم این واقعیت که کاتالیزور در طی واکنش مصرف نمی شود ، با این وجود در آن فعالانه فعالیت می کند و ترکیبات میانی را با واکنش دهنده ها تشکیل می دهد ، اما با پایان واکنش به حالت اولیه خود برمی گردد.

علاوه بر عوامل فوق موثر بر میزان واکنش ، اگر واسطی بین واکنش دهنده ها وجود داشته باشد (واکنش ناهمگن) ، سرعت واکنش نیز به منطقه تماس واکنش دهنده ها بستگی خواهد داشت. برای مثال ، تصور کنید که یک گرانول آلومینیوم فلزی به یک لوله آزمایش حاوی محلول آبی اسید کلریدریک پرتاب شود. آلومینیوم یک فلز فعال است که می تواند با اسیدها به عنوان عوامل غیر اکسید کننده واکنش دهد. با اسید کلریدریک ، معادله واکنش به شرح زیر است:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

آلومینیوم یک جامد است ، به این معنی که واکنش با اسید کلریدریک فقط در سطح آن انجام می شود. بدیهی است که اگر با غلتاندن گرانول آلومینیوم به داخل فویل ، سطح آن را افزایش دهیم ، بدین ترتیب تعداد بیشتری اتم آلومینیوم موجود برای واکنش با اسید فراهم می کنیم. در نتیجه ، سرعت واکنش افزایش خواهد یافت. به طور مشابه ، می توان با پودر کردن سطح ماده جامد ، سطح آن را افزایش داد.

همچنین ، میزان واکنش ناهمگن ، که در آن یک ماده جامد با یک گاز یا مایع واکنش نشان می دهد ، اغلب تحت تأثیر هم زدن تأثیر مثبت می گذارد ، این به این دلیل است که در نتیجه هم زدن ، مولکول های تجمع یافته محصولات واکنش از منطقه واکنش و بخش جدیدی از مولکول های واکنش "وارد" می شود.

مورد دوم باید تأثیر بسیار زیاد بر میزان واکنش و ماهیت معرف را نیز یادآوری کند. به عنوان مثال ، هرچه فلز قلیایی در جدول تناوبی کمتر باشد ، سریعتر با آب واکنش نشان می دهد ، فلوئور در میان همه هالوژن ها با هیدروژن گازی سریعتر واکنش نشان می دهد و غیره.

به طور خلاصه همه موارد بالا ، سرعت واکنش به عوامل زیر بستگی دارد:

1) غلظت معرف ها: هر چه بیشتر باشد ، سرعت واکنش بیشتر خواهد بود.

2) دما: با افزایش دما ، سرعت هر واکنش افزایش می یابد.

3) منطقه تماس واکنش دهنده ها: هرچه سطح تماس واکنش دهنده ها بیشتر باشد ، سرعت واکنش بالاتر است.

4) هم زدن ، اگر واکنش با یک ماده جامد و مایع یا گاز رخ دهد ، هم زدن می تواند آن را تسریع کند.

§ 12. سینتیک واکنشهای آنزیمی

سینتیک واکنشهای آنزیمی دانش میزان واکنشهای آنزیمی ، وابستگی آنها به عوامل مختلف است. میزان واکنش آنزیمی با توجه به مقدار شیمیایی بستر واکنش داده شده یا محصول واکنش حاصل در واحد زمان در واحد حجم تحت شرایط خاص تعیین می شود:

که در آن v سرعت واکنش آنزیمی است ، تغییر در غلظت بستر یا محصول واکنش است ، t زمان است.

سرعت واکنش آنزیمی به ماهیت آنزیم بستگی دارد که فعالیت آن را تعیین می کند. هرچه فعالیت آنزیم بیشتر باشد ، سرعت واکنش نیز بیشتر خواهد بود. فعالیت آنزیم با سرعت واکنش کاتالیز شده توسط آنزیم تعیین می شود. اندازه گیری فعالیت آنزیم یکی از واحدهای استاندارد فعالیت آنزیم است. یک واحد استاندارد فعالیت آنزیمی ، میزان آنزیمی است که تبدیل 1 میکرومول بستر را در 1 دقیقه کاتالیز می کند.

در طی واکنش آنزیمی ، آنزیم (E) با بستر (S) برهم کنش می کند و در نتیجه یک کمپلکس آنزیم-بستر تشکیل می شود ، سپس با آزاد شدن آنزیم و محصول (P) واکنش تجزیه می شود:

سرعت واکنش آنزیمی به فاکتورهای زیادی بستگی دارد: به غلظت بستر و آنزیم ، دما ، pH محیط ، وجود مواد تنظیم کننده مختلف که می توانند فعالیت آنزیم ها را کم یا زیاد کنند.

جالب است بدانید! از آنزیم ها در پزشکی برای تشخیص بیماری های مختلف استفاده می شود. با سکته قلبی در اثر آسیب و تحلیل رفتن عضله قلب در خون ، محتوای آنزیم های آسپارتات ترانس آمیناز و آلانین آمینوترانسفراز به شدت افزایش می یابد. آشکار کردن فعالیت آنها به شما امکان می دهد این بیماری را تشخیص دهید.

تأثیر غلظت سوبسترا و آنزیم بر میزان واکنش آنزیمی

بیایید تأثیر غلظت بستر را بر میزان واکنش آنزیمی در نظر بگیریم (شکل 30). در غلظت های کم بستر ، میزان آن مستقیماً با غلظت آن متناسب است ؛ سپس با افزایش غلظت ، سرعت واکنش کندتر افزایش می یابد و در غلظت های بسیار زیاد بستر ، سرعت عملاً از غلظت آن مستقل است و به حداکثر مقدار خود می رسد (حداکثر V ) در چنین غلظت های بستر ، تمام مولکول های آنزیم بخشی از مجموعه آنزیم-بستر هستند و اشباع کامل مراکز فعال آنزیم حاصل می شود ، به همین دلیل است که سرعت واکنش در این مورد عملا از غلظت بستر مستقل است.

شکل. 30. وابستگی به سرعت واکنش آنزیمی به غلظت بستر

نمودار وابستگی فعالیت آنزیم به غلظت بستر توسط معادله Michaelis - Menten توصیف شده است ، که به افتخار دانشمندان برجسته L. Michaelis و M. Menten ، که سهم بزرگی در مطالعه سینتیک واکنش های آنزیمی ،

که v سرعت واکنش آنزیمی است ؛ [S] غلظت بستر است. K M - Michaelis ثابت است.

معنی فیزیکی ثابت مایکلئیس را در نظر بگیرید. به شرطی که v = ½ V max ، K M = [S] بدست آوریم. بنابراین ، ثابت مایکلئیس برابر با غلظت بستر است که در آن سرعت واکنش نصف حداکثر است.

سرعت واکنش آنزیمی نیز به غلظت آنزیم بستگی دارد (شکل 31). این رابطه سرراست است.

شکل. 31. وابستگی به سرعت واکنش آنزیمی به غلظت آنزیم

تأثیر دما بر میزان واکنش آنزیمی

وابستگی به دما از میزان واکنش آنزیمی در شکل نشان داده شده است. 32

شکل. 32. وابستگی به سرعت واکنش آنزیمی به دما.

در دماهای پایین (تا حدود 40-50 درجه سانتیگراد) ، افزایش دما برای هر 10 درجه سانتیگراد مطابق با قانون Van't Hoff با افزایش 2-4 برابر سرعت واکنش شیمیایی همراه است. در دمای بالا بیش از 55 - 60 درجه سانتیگراد ، فعالیت آنزیم به دلیل دناتوراسیون حرارتی آن به شدت کاهش می یابد و در نتیجه ، کاهش شدیدی در میزان واکنش آنزیمی مشاهده می شود. حداکثر فعالیت آنزیم ها معمولاً در محدوده 40 تا 60 درجه سانتی گراد مشاهده می شود. به دمایی که در آن فعالیت آنزیم بیشتر باشد ، بهینه دما گفته می شود. دمای مطلوب برای آنزیم های میکروارگانیسم های گرما دوست در منطقه دمای بالاتر است.

تأثیر pH بر میزان واکنش آنزیمی

نمودار وابستگی فعالیت آنزیمی به pH در شکل نشان داده شده است. 33

شکل. 33. تأثیر PH بر میزان واکنش آنزیمی

نمودار pH در مقابل نمودار زنگ شکل است. به مقدار pH که فعالیت آنزیم در آن حداکثر است گفته می شود pH بهینهآنزیم مقادیر بهینه pH برای آنزیم های مختلف بسیار متفاوت است.

ماهیت وابستگی واکنش آنزیمی به pH توسط این واقعیت تعیین می شود که این شاخص تأثیر می گذارد:

الف) یونیزاسیون باقیمانده اسید آمینه درگیر در تجزیه ،

ب) یونیزاسیون بستر ،

ج) ترکیب آنزیم و مرکز فعال آن.

مهار آنزیم

سرعت واکنش آنزیمی را می توان با عملکرد تعدادی از مواد شیمیایی موسوم به کاهش داد بازدارنده ها... برخی از مهارکننده ها برای انسان سم هستند ، به عنوان مثال سیانورها ، در حالی که برخی دیگر به عنوان دارو استفاده می شوند.

بازدارنده ها را می توان به دو نوع اصلی طبقه بندی کرد: برگشت ناپذیرو برگشت پذیر... بازدارنده های برگشت ناپذیر (I) با تشکیل یک کمپلکس به آنزیم متصل می شوند ، تجزیه آن با بازیابی فعالیت آنزیم غیرممکن است:

مثالی از یک بازدارنده برگشت ناپذیر دی ایزوپروپیل فلوئورفسفات (DFP) است. DPP آنزیم استیل کولین استراز را که نقش مهمی در انتقال تکانه های عصبی دارد ، مهار می کند. این مهار کننده با سرین محل فعال آنزیم ارتباط برقرار می کند و از این طریق فعالیت دومی را مسدود می کند. در نتیجه ، توانایی فرآیندهای سلولهای عصبی سلولهای عصبی برای هدایت یک تکانه عصبی مختل می شود. DFF یکی از اولین عوامل عصبی است. بر اساس آن ، تعدادی نسبتاً غیر سمی برای انسان و حیوانات ایجاد شده است. حشره کش ها -مواد سمی برای حشرات.

بازدارنده های برگشت پذیر ، برخلاف عوامل غیرقابل برگشت ، تحت شرایط خاص به راحتی از آنزیم جدا می شوند. در این حالت ، فعالیت دوم بازیابی می شود:

در میان بازدارنده های برگشت پذیر ، وجود دارد رقابتیو غیرقابل رقابتبازدارنده ها

یک بازدارنده رقابتی ، به عنوان یک آنالوگ ساختاری بستر ، با مرکز فعال آنزیم ارتباط برقرار می کند و بنابراین دسترسی بستر به آنزیم را مسدود می کند. در این حالت ، بازدارنده دچار تغییرات شیمیایی نمی شود و برگشت پذیر به آنزیم متصل می شود. پس از تفکیک کمپلکس EI ، آنزیم می تواند یا به بستر متصل شود و آن را تبدیل کند ، یا به بازدارنده (شکل 34). از آنجا که هر دو بستر و بازدارنده برای یک سایت در محل فعال با یکدیگر رقابت می کنند ، این مهار را رقابت پذیر می نامند.

شکل. 34. مکانیسم عملکرد یک بازدارنده رقابتی.

از داروهای مهار کننده رقابت در پزشکی استفاده می شود. برای مبارزه با بیماری های عفونی ، داروهای سولفا قبلاً به طور گسترده استفاده می شد. از نظر ساختار نزدیک به هم هستند اسید پارا آمینوبنزوئیک(PABA) ، یک فاکتور رشد ضروری برای بسیاری از باکتری های بیماری زا است. PABA پیش ماده اسید فولیک است که به عنوان یک فاکتور برای تعدادی از آنزیم ها عمل می کند. آماده سازی های سولفانیل آمید به عنوان یک بازدارنده رقابتی آنزیم ها برای سنتز اسید فولیک از PABA عمل می کنند و در نتیجه رشد و تولید مثل باکتری های بیماریزا را مهار می کنند.

از نظر ساختاری ، مهارکننده های غیررقابتی مشابه زیرلایه نیستند و در طول تشکیل EI ، آنها نه با مرکز فعال بلکه با یک سایت دیگر از آنزیم تعامل دارند. اثر متقابل بازدارنده با آنزیم منجر به تغییر در ساختار دومی می شود. تشکیل کمپلکس EI برگشت پذیر است ؛ بنابراین ، پس از تخریب ، آنزیم دوباره قادر به حمله به بستر است (شکل 35).

شکل. 35. مکانیسم عملکرد یک بازدارنده غیر رقابتی

سیانید CN - می تواند به عنوان یک مهار کننده غیرقابل رقابت عمل کند. این ماده به یونهای فلزی متصل می شود که بخشی از گروه های پروتز هستند و فعالیت این آنزیم ها را مهار می کند. مسمومیت با سیانور بسیار خطرناک است. آنها می توانند کشنده باشند.

آنزیم های آلوستریک

اصطلاح "آلوستریک" از کلمات یونانی allo - دیگر ، استریو - سایت آمده است. بنابراین ، آنزیم های آلوستریک ، همراه با مرکز فعال ، مرکز دیگری به نام دارند مرکز آلوستریک(شکل 36) موادی که می توانند فعالیت آنزیم ها را تغییر دهند به مرکز آلوستریک متصل می شوند ، به این مواد گفته می شود اثرات آلوستریک... م areثرها مثبت هستند - آنزیم را فعال می کنند و منفی می کنند - بازدارنده ، یعنی کاهش فعالیت آنزیم. برخی از آنزیم های آلوستریک می توانند تحت تأثیر دو یا چند اثر دهنده قرار بگیرند.

شکل. 36. ساختار آنزیم آلوستریک.

تنظیم سیستم های چند آنزیمی

برخی از آنزیم ها به صورت هماهنگ عمل می کنند و در سیستم های چند آنزیمی ترکیب می شوند که در آن هر آنزیم مرحله خاصی از مسیر متابولیسم را کاتالیز می کند:

در سیستم چند آنزیمی ، آنزیمی وجود دارد که سرعت کل دنباله واکنش ها را تعیین می کند. این آنزیم ، به عنوان یک قاعده ، آلوستریک است و در ابتدای مسیر متابولیسم قرار دارد. این توانایی دریافت سیگنال های مختلف ، هم افزایش و هم کاهش سرعت واکنش کاتالیز شده را دارد ، در نتیجه سرعت کل فرایند را تنظیم می کند.

سوال 1. به چه موادی کاتالیزور گفته می شود؟

به موادی که سرعت واکنش شیمیایی را تغییر دهند و در پایان آن بدون تغییر باقی بمانند ، کاتالیزور گفته می شود.

سوال 2. آنزیم ها چه نقشی در سلول دارند؟

آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند که واکنش های شیمیایی سلول زنده را تسریع می کنند. مولکول برخی از آنزیم ها فقط از پروتئین تشکیل شده است ، برخی دیگر شامل یک پروتئین و ترکیبی از طبیعت غیر پروتئینی (یون های آلی - کوآنزیم یا غیر آلی فلزات) هستند. آنزیم ها کاملاً خاص هستند: هر آنزیم نوع خاصی از واکنش ها را که در آن انواع خاصی از مولکول های بستر نقش دارند ، کاتالیز می کند.

س 3.ال 3. چه عواملی می توانند بر میزان واکنشهای آنزیمی تأثیر بگذارند؟

میزان واکنشهای آنزیمی تا حد زیادی به غلظت آنزیم ، ماهیت ماده ، دما ، فشار و واکنش محیط (اسیدی یا قلیایی) بستگی دارد.

در بسیاری از آنزیم ها ، تحت شرایط خاص ، به عنوان مثال ، در حضور مولکول های مواد خاص ، پیکربندی مرکز فعال تغییر می کند ، که به آنها امکان می دهد بیشترین فعالیت آنزیمی را ارائه دهند.

سوال 4. چرا بیشتر آنزیم ها در دماهای بالا خاصیت کاتالیزوری خود را از دست می دهند؟

به عنوان یک قاعده ، دمای زیاد محیط باعث تخریب پروتئین می شود ، به عنوان مثال ، نقض ساختار طبیعی آن است. بنابراین ، در دماهای بالا ، بیشتر آنزیم ها خاصیت کاتالیزوری خود را از دست می دهند.

س 5.ال 5. چرا کمبود ویتامین می تواند باعث اختلال در روند حیاتی بدن شود؟

بسیاری از ویتامین ها در آنزیم ها یافت می شوند. بنابراین ، کمبود ویتامین در بدن منجر به ضعیف شدن فعالیت آنزیم ها در سلول ها می شود و بنابراین می تواند باعث اختلال در فرآیندهای حیاتی شود.

1.8 کاتالیزورهای بیولوژیکی

جستجو شده در این صفحه:

• آنزیم ها چه نقشی در سلول دارند
• چه موادی کاتالیزور نامیده می شوند
• چرا بیشتر آنزیم ها در دمای بالا
• چه عواملی ممکن است بر سرعت واکنشهای آنزیمی تأثیر بگذارد
• چرا بیشتر آنزیم ها در دمای بالا از دست می روند