Швидкість хімічної реакції залежить від багатьох факторів, включаючи природу реагуючих речовин, концентрацію реагуючих речовин, температуру, наявність каталізаторів. Розглянемо ці чинники.

1). Природа реагуючих речовин. Якщо йде взаємодія між речовинами з іонним зв'язком, то реакція протікає швидше, ніж між речовинами з ковалентним зв'язком.

2.) Концентрація реагуючих речовин. Щоб пройшла хімічна реакція, необхідно зіткнення молекул реагуючих речовин. Тобто молекули повинні настільки близько підійти один до одного, щоб атоми однієї частки відчували на собі дію електричних полів інший. Тільки в цьому випадку будуть можливі переходи електронів і відповідні перегрупування атомів, в результаті яких утворюються молекули нових речовин. Таким чином, швидкість хімічних реакцій пропорційна числу зіткнень, яке відбувається між молекулами, а число зіткнень, в свою чергу, пропорційно концентрації реагуючих речовин. На підставі експериментального матеріалу норвезькі вчені Гульдберг і Вааге і незалежно від них російський вчений Бекетов в 1867 році сформулювали основний закон хімічної кінетики - закон діючих мас (ЗДМ): при постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин в ступеня їх стехіометричних коефіцієнтів. Для загального випадку:

закон діючих мас має вигляд:

Запис закону діючих мас для даної реакції називають основним кінетичним рівнянням реакції. В основному кінетичному рівнянні k - константа швидкості реакції, яка залежить від природи реагуючих речовин і температури.

Більшість хімічних реакцій є оборотними. В ході таких реакцій продукти їх у міру накопичення реагують один з одним з утворенням вихідних речовин:

Швидкість прямої реакції:

Швидкість зворотної реакції:

У момент рівноваги:

Звідси закон діючих мас в стані рівноваги набуде вигляду:

де K - константа рівноваги реакції.

3) Вплив температури на швидкість реакції. Швидкість хімічних реакцій, як правило, при перевищенні температури зростає. Розглянемо це на прикладі взаємодії водню з киснем.

2Н 2 + О 2 \u003d 2Н 2 О

При 20 0 С швидкість реакції практично дорівнює нулю і знадобилося б 54 млрд.лет, щоб взаємодія пройшло на 15%. При 500 0 С для утворення води буде потрібно 50 хвилин, а при 700 0 С реакція протікає миттєво.

Залежність швидкості реакції від температури виражається правилом Вант-Гоффа: При збільшенні температури на 10 про швидкість реакції збільшується в 2 - 4 рази. Правило Вант-Гоффа записується:

4) вплив каталізаторів. Швидкість хімічних реакцій можна регулювати за допомогою каталізаторів - речовин, що змінюють швидкість реакції і залишаються після реакції в незмінній кількості. Зміна швидкості реакції в присутності каталізатора називається катализом. розрізняють позитивний (Швидкість реакції збільшується) і негативний (Швидкість реакції зменшується) каталіз. Іноді каталізатор утворюється в ході реакції, такі процеси називають автокаталитически. Розрізняють гомогенний і гетерогенний каталіз.

при гомогенному каталізі каталізатор і реагуючі речовини знаходяться в одній фазі. наприклад:

при гетерогенном каталізі каталізатор і реагуючі речовини знаходяться в різних фазах. наприклад:

Гетерогенний каталіз пов'язаний з ферментативними процесами. Всі хімічні процеси, що протікають в живих організмах, катализируются ферментами, які представляють собою білки з певними спеціалізованими функціями. У розчинах, в яких йдуть ферментативні процеси, немає типової гетерогенного середовища, в зв'язку з відсутністю чітко вираженої поверхні розділу фаз. Такі процеси відносять до Мікрогетерогенна каталізу.

Механізми протікання хімічних перетворень і їх швидкості вивчає хімічна кінетика. Хімічні процеси протікають у часі з різними швидкостями. Якісь відбуваються швидко, майже миттєво, для протікання інших потрібно досить тривалий час.

Вконтакте

Швидкість реакції - швидкість з якою витрачаються реагенти (їх концентрація зменшується) або утворюються продукти реакції в одиниці об'єму.

Фактори, здатні впливати на швидкість хімічної реакції

На те, наскільки швидко буде відбуватися хімічна взаємодія, можуть вплинути наступні фактори:

• концентрація речовин;
• природа реагентів;
• температура;
• присутність каталізатора;
• тиск (для реакцій в газовому середовищі).

Таким чином, змінюючи певні умови протікання хімічного процесу, можна вплинути на те, наскільки швидко буде протікати процес.

У процесі хімічної взаємодії частинки реагують речовин стикаються один з одним. Кількість таких збігів пропорційно числу частинок речовин в обсязі реагує суміші, а значить і пропорційно молярним концентрацій реагентів.

Закон діючих мас описує залежність швидкості реакції від молярних концентрацій речовин, що вступають у взаємодію.

Для елементарної реакції (А + В → ...) цей закон виражається формулою:

υ \u003d k ∙ З A ∙ З B,

де k - константа швидкості; З A і С B - молярні концентрації реагентів, А і В.

Якщо одне з реагуючих речовин знаходиться в твердому стані, то взаємодія відбувається на поверхні розділу фаз, в зв'язку з цим концентрація твердої речовини не включається в рівняння кінетичного закону діючих мас. Для розуміння фізичного змісту константи швидкості, необхідно прийняти С, А і С В рівними 1. Тоді стає зрозуміло, що константа швидкості дорівнює швидкості реакції при концентраціях реагентів, рівних одиниці.

природа реагентів

Так як в процесі взаємодії руйнуються хімічні зв'язки реагуючих речовин і утворюються нові зв'язки продуктів реакції, то більшу роль буде грати характер зв'язків, що беруть участь в реакції сполук і будова молекул реагуючих речовин.

Площа поверхні зіткнення реагентів

Така характеристика, як площа поверхні зіткнення твердих реагентів, на протікання реакції впливає, часом, досить значно. Подрібнення твердої речовини дозволяє збільшити площу поверхні зіткнення реагентів, а значить і прискорити протікання процесу. Площа зіткнення розчинних речовин легко збільшується розчиненням речовини.

температура реакції

При збільшенні температури енергія частинок, що стикаються зросте, очевидно, що з ростом температури і сам хімічний процес буде прискорюватися. Наочним прикладом того, як збільшення температури впливає на процес взаємодії речовин, можна вважати наведені в таблиці дані.

Таблиця 1. Вплив зміни температури на швидкість утворення води (О 2 + 2Н 2 → 2Н 2 О)

Для кількісного опису того, як температура може впливати на швидкість взаємодії речовин використовують правило Вант-Гоффа. Правило Вант-Гоффа полягає в тому, що при підвищенні температури на 10 градусів, відбувається прискорення в 2-4 рази.

Математична формула, що описує правило Вант-Гоффа, виглядає наступним чином:

Де γ - температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції (γ \u003d 2-4).

Але набагато більш точно описує температурну залежність константи швидкості рівняння Арреніуса:

Де R - універсальна газова стала, А - множник, який визначається видом реакції, Е, А - енергія активації.

Енергією активації називають таку енергію, яку повинна придбати молекула, щоб відбулося хімічне перетворення. Тобто вона є певним енергетичним бар'єром, який необхідно буде подолати стикаються в реакційному обсязі молекулам для перерозподілу зв'язків.

Енергія активації не залежить від зовнішніх чинників, а залежить від природи речовини. Значення енергії активації до 40 - 50 кДж / моль дозволяє речовин реагувати один з одним досить активно. Якщо ж енергія активації перевищує 120 кДж / моль, То речовини (при звичайних температурах) реагуватимуть дуже повільно. Зміна температури призводить до зміни кількості активних молекул, тобто молекул, які досягли енергії більшою, ніж енергія активації, а значить здатних до хімічних перетворень.

дія каталізатора

Каталізатором називають речовину, здатну прискорювати процес, але не входить до складу його продуктів. Каталіз (прискорення протікання хімічного перетворення) поділяють на · гомогенний, · гетерогенний. Якщо реагенти і каталізатор знаходяться в однакових агрегатних станах, то каталіз називають гомогенним, якщо в різних, то гетерогенним. Механізми дії каталізаторів різноманітні і досить складні. Крім того, варто відзначити, що для каталізаторів характерна вибірковість дії. Тобто один і той же каталізатор, прискорюючи одну реакцію, може бути не змінювати швидкість іншого.

тиск

Якщо в перетворенні беруть участь газоподібні речовини, то на швидкість протікання процесу буде впливати зміна тиску в системі . Це відбувається тому, Що для газоподібних реагентів зміна тиску призводить до зміни концентрації.

Експериментальне визначення швидкості хімічної реакції

Визначити швидкість протікання хімічного перетворення експериментально можна, отримавши дані про те, як в одиницю часу змінюється концентрація речовин, що вступають в реакцію, або продуктів. Методи отримання таких даних ділять на

• хімічні,
• фізико-хімічні.

Хімічні методи досить прості, доступні і точні. З їх допомогою швидкість визначають, безпосередньо визначаючи концентрацію або кількість речовини реагентів або продуктів. У разі повільної реакції, для контролю за тим, як витрачається реагент відбирають проби. Після чого визначають зміст в пробі реагенту. Здійснюючи відбір проб через рівні проміжки часу, можна отримати дані про зміну кількості речовини в процесі взаємодії. Найчастіше використовують такі види аналізу, як тітріметрія і гравіметрія.

Якщо реакція протікає швидко, то щоб відібрати пробу, її доводиться зупиняти. Це можна зробити за допомогою охолодження, різкого видалення каталізатора, Також можна зробити розведення або перевести один з реагентів в НЕ реакційно стан.

Методи фізико-хімічного аналізу в сучасній експериментальній кінетики використовуються частіше, ніж хімічні. З їх допомогою можна спостерігати зміну концентрацій речовин в реальному часі. При цьому реакцію немає необхідності зупиняти і відбирати проби.

Фізико-хімічні методи грунтуються на вимірі фізичного властивості, що залежить від кількісного вмісту в системі певного з'єднання і змінюється з часом. Наприклад, якщо в реакції беруть участь гази, то таку властивість може бути тиск. Також вимірюють електропровідність, показник заломлення, спектри поглинання речовин.

Деякі хімічні реакції відбуваються практично миттєво (вибух киснево-водневої суміші, реакції іонного обміну у водному розчині), другі - швидко (горіння речовин, взаємодія цинку з кислотою), треті - повільно (іржавіння заліза, гниття органічних залишків). Відомі настільки повільні реакції, що людина їх просто не може помітити. Так, наприклад, перетворення граніту в пісок і глину відбувається протягом тисяч років.

Іншими словами, хімічні реакції можуть протікати з різною швидкістю.

Але що ж таке швидкість реакції? Яке точне визначення цієї величини і, головне, її математичне вираз?

Швидкістю реакції називають зміну кількості речовини за одну одиницю часу в одній одиниці об'єму. Математично це вираз записується як:

де n 1 і n 2 - кількість речовини (моль) в момент часу t 1 і t 2 відповідно в системі об'ємом V.

Те, який знак плюс або мінус (±) буде стояти перед виразом швидкості, залежить від того, на зміну кількості якої речовини ми дивимося - продукту або реагенту.

Очевидно, що в ході реакції відбувається витрата реагентів, тобто їх кількість зменшується, отже, для реагентів вираз (n 2 - n 1) завжди має значення менше нуля. Оскільки швидкість не може бути від'ємною величиною, в цьому випадку перед вираженням потрібно поставити знак «мінус».

Якщо ж ми дивимося на зміну кількості продукту, а не реагенту, то перед виразом для розрахунку швидкості знак «мінус» не потрібно, оскільки вираз (n 2 - n 1) в цьому випадку завжди позитивно, тому що кількість продукту в результаті реакції може тільки збільшуватися.

Відношення кількості речовини n до обсягу, в якому це кількість речовини знаходиться, називають молярною концентрацією З:

Таким чином, використовуючи поняття молярної концентрації і його математичний вираз, можна записати інший варіант визначення швидкості реакції:

Швидкістю реакції називають зміну молярної концентрації речовини в результаті протікання хімічної реакції за одну одиницю часу:

Фактори, що впливають на швидкість реакції

Нерідко буває вкрай важливо знати, від чого залежить швидкість тієї чи іншої реакції і як на неї вплинути. Наприклад, нафтопереробна промисловість в буквальному сенсі б'ється за кожні додаткові піввідсотка продукту в одиницю часу. Адже з огляду на величезну кількість нафти, що переробляється, навіть піввідсотка випливає в крупну фінансову річний прибуток. У деяких же випадках вкрай важливо будь-яку реакцію уповільнити, зокрема корозію металів.

Так от чого ж залежить швидкість реакції? Залежить вона, як не дивно, від безлічі різних параметрів.

Для того щоб розібратися в цьому питанні насамперед давайте уявимо, що відбувається в результаті хімічної реакції, наприклад:

Написане вище рівняння відображає процес, в якому молекули речовин А і В, стикаючись один з одним, утворюють молекули речовин С і D.

Тобто, без сумніву, для того щоб реакція пройшла, як мінімум, необхідно зіткнення молекул вихідних речовин. Очевидно, якщо ми підвищимо кількість молекул в одиниці об'єму, число зіткнень збільшиться аналогічно тому, як зросте частота ваших зіткнень з пасажирами в переповненому автобусі в порівнянні з напівпорожнім.

Іншими словами, швидкість реакції зростає при збільшенні концентрації реагуючих речовин.

У разі, коли один з реагентів чи відразу кілька є газами, швидкість реакції збільшується при підвищенні тиску, оскільки тиск газу завжди прямо пропорційно концентрації складових його молекул.

Проте, зіткнення частинок є, необхідним, але зовсім недостатньою умовою протікання реакції. Справа в тому, що згідно з розрахунками, число зіткнень молекул реагуючих речовин при їх розумної концентрації настільки велике, що всі реакції повинні протікати в одну мить. Проте, на практиці цього не відбувається. У чому ж справа?

Справа в тому, що не всяке зіткнення молекул реагентів обов'язково буде ефективним. Багато зіткнення є пружними - молекули відскакують один від одного немов м'ячі. Для того щоб реакція пройшла, молекули повинні мати достатню кінетичну енергію. Мінімальна енергія, якою повинні володіти молекули реагуючих речовин для того, щоб реакція пройшла, називається енергією активації і позначається як Е а. В системі, що складається з великої кількості молекул, існує розподіл молекул по енергії, частина з них має низьку енергію, частина високу і середню. З усіх цих молекул тільки в невеликої частини молекул енергія перевищує енергію активації.

Як відомо з курсу фізики, температура фактично є міра кінетичної енергії частинок, з яких складається речовина. Тобто, чим швидше рухаються частинки, що становлять речовина, тим вище його температура. Таким чином, очевидно, підвищуючи температуру ми по суті збільшуємо кінетичну енергію молекул, в результаті чого зростає частка молекул з енергією, що перевищує Е а і їх зіткнення призведе до хімічної реакції.

Факт позитивного впливу температури на швидкість протікання реакції ще в 19м столітті емпірично встановив голландський хімік Вант Гофф. На підставі проведених ним досліджень він сформулював правило, яке до цих пір носить його ім'я, і \u200b\u200bзвучить воно наступним чином:

Швидкість будь-якої хімічної реакції збільшується в 2-4 рази при підвищенні температури на 10 градусів.

Математичне відображення даного правила записується як:

де V 2 і V 1 - швидкість при температурі t 2 і t 1 відповідно, а γ - температурний коефіцієнт реакції, значення якого найчастіше лежить в діапазоні від 2 до 4.

Часто швидкість багатьох реакцій вдається підвищити, використовуючи каталізатори.

Каталізатори - речовини, що прискорюють протікання будь-якої реакції і при цьому не витрачаються.

Але яким же чином катализаторам вдається підвищити швидкість реакції?

Згадаймо про енергію активації E a. Молекули з енергією меншою, ніж енергія активації під час відсутності каталізатора один з одним взаємодіяти не можуть. Каталізатори, змінюють шлях, по якому протікає реакція подібно до того, як досвідчений провідник прокладе маршрут експедиції не безпосередньо через гору, а за допомогою обхідних стежок, в результаті чого навіть ті супутники, які не мали достатньо енергії для сходження на гору, зможуть перебратися на іншу її сторону.

Не дивлячись на те що каталізатор при проведенні реакції не витрачається, проте він приймає в ній активну участь, утворюючи проміжні сполуки з реагентами, але до кінця реакції повертається до свого початкового стану.

Крім зазначених вище факторів, що впливають на швидкість реакції, якщо між реагують речовинами є межа розділу (гетерогенна реакція), швидкість реакції буде залежати також і від площі зіткнення реагентів. Наприклад, уявіть собі гранулу металевого алюмінію, яку кинули в пробірку з водним розчином соляної кислоти. Алюміній - активний метал, який здатний реагувати з кислотами неокислителях. З соляною кислотою рівняння реакції виглядає наступним чином:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

Алюміній являє собою тверду речовину, і це значить, що реакція з соляною кислотою йде тільки на його поверхні. Очевидно, що якщо ми збільшимо площу поверхні, попередньо розкотивши гранулу алюмінію в фольгу, ми тим самим надамо більшу кількість доступних для реакції з кислотою атомів алюмінію. В результаті цього швидкість реакції збільшиться. Аналогічним чином збільшення поверхні твердого речовини можна домогтися подрібненням його в порошок.

Також на швидкість гетерогенної реакції, в якій реагує тверда речовина з газоподібним або рідким, часто позитивно впливає перемішування, що пов'язано з тим, що в результаті перемішування досягається видалення із зони реакції скупчуються молекул продуктів реакції і «підноситься» нова порція молекул реагенту.

Останнім слід зазначити також величезний вплив на швидкість протікання реакції і природи реагентів. Наприклад, чим нижче в таблиці Менделєєва знаходиться лужної метал, тим швидше він реагує з водою, фтор серед усіх галогенів найшвидше реагує з газоподібним воднем і т.д.

Резюмуючи все вищесказане, швидкість реакції залежить від наступних факторів:

1) концентрація реагентів: чим вище, тим більше швидкість реакції.

2) температура: зі зростанням температури швидкість будь-якої реакції збільшується.

3) площа зіткнення реагуючих речовин: чим більше площа контакту реагентів, тим вище швидкість реакції.

4) перемішування, якщо реакція відбувається меду твердим речовиною і рідиною або газом перемішування може її прискорити.

§ 12. КІНЕТИКА ферментативної реакції

Кінетика ферментативних реакцій - наука про швидкостях ферментативних реакцій, їх залежності від різних факторів. Швидкість ферментативної реакції визначається хімічним кількістю прореагировавшего субстрату або утворився продукту реакції в одиницю часу в одиниці об'єму при певних умовах:

де v - швидкість ферментативної реакції, - зміна концентрації субстрату або продукту реакції, t - час.

Швидкість ферментативної реакції залежить від природи ферменту, яка визначає його активність. Чим вище активність ферменту, тим вище швидкість реакції. Активність ферменту визначають за швидкістю реакції, що каталізується ферментом. Мірою активності ферменту є одна стандартна одиниця активності ферменту. Одна стандартна одиниця активності ферменту - це така кількість ферменту, яке каталізує перетворення 1 мкмоль субстрату за 1 хвилину.

В процесі ферментативної реакції фермент (Е) взаємодіє з субстратом (S), в результаті утворюється фермент-субстратної комплекс, який потім розпадається з вивільненням ферменту і продукту (Р) реакції:

Швидкість ферментативної реакції залежить від багатьох чинників: від концентрації субстрату і ферменту, температури, рН середовища, наявності різних регуляторних речовин, здатних збільшувати або знижувати активність ферментів.

Цікаво знати! Ферменти використовуються в медицині для діагностики різних захворювань. При інфаркті міокарда внаслідок пошкодження і розпаду серцевого м'яза в крові різко зростає зміст ферментів аспартаттрансамінази і аланінамінотрансферази. Виявлення їх активності дозволяє діагностувати дане захворювання.

Вплив концентрації субстрату і ферменту на швидкість ферментативної реакції

Розглянемо вплив концентрації субстрату на швидкість ферментативної реакції (рис. 30.). При низьких концентраціях субстрату швидкість прямо пропорційна його концентрації, далі з ростом концентрації швидкість реакції збільшується повільніше, а при дуже високих концентраціях субстрату швидкість практично не залежить від його концентрації і досягає свого максимального значення (V max). При таких концентраціях субстрату все молекули ферменту знаходяться в складі фермент-субстратного комплексу, і досягається повне насичення активних центрів ферменту, саме тому швидкість реакції в цьому випадку практично не залежить від концентрації субстрату.

Мал. 30. Залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату

Графік залежності активності ферменту від концентрації субстрату описується рівнянням Міхаеліса - Ментен, яке отримало свою назву на честь видатних вчених Л. Міхаеліс і М.Ментен, які зробили великий внесок у дослідження кінетики ферментативних реакцій,

де v - швидкість ферментативної реакції; [S] - концентрація субстрату; K M - константа Міхаеліса.

Розглянемо фізичний зміст константи Міхаеліса. За умови, що v \u003d ½ V max, отримуємо K M \u003d [S]. Таким чином, константа Міхаеліса дорівнює концентрації субстрату, при якій швидкість реакції дорівнює половині максимальної.

Швидкість ферментативної реакції залежить і від концентрації ферменту (рис. 31). Ця залежність носить прямолінійний характер.

Мал. 31. Залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації ферменту

Вплив температури на швидкість ферментативної реакції

Залежність швидкості ферментативної реакції від температури представлена \u200b\u200bна рис. 32.

Мал. 32. Залежність швидкості ферментативної реакції від температури.

При низьких температурах (приблизно до 40 - 50 о С) підвищення температури на кожні 10 ° С відповідно до правила Вант-Гоффа супроводжується збільшенням швидкості хімічної реакції в 2 - 4 рази. При високих температурах понад 55 - 60 о С активність ферменту різко знижується через його теплової денатурації, і, як наслідок цього, спостерігається різке зниження швидкості ферментативної реакції. Максимальна активність ферментів спостерігається зазвичай в межах 40 - 60 о С. Температура, при якій активність ферменту максимальна, називається температурним оптимумом. Температурний оптимум ферментів термофільних мікроорганізмів знаходиться в області більш високих температур.

Вплив рН на швидкість ферментативної реакції

Графік залежності ферментативної активності від рН представлений на рис. 33.

Мал. 33. Вплив рН на швидкість ферментативної реакції

Графік залежності від рН має колоколообразную форму. Значення рН, при якому активність ферменту максимальна, називається рН-оптимумом ферменту. Значення рН-оптимуму для різних ферментів коливаються в широких межах.

Характер залежності ферментативної реакції від рН визначається тим, що цей показник впливає на:

a) іонізацію амінокислотних залишків, що беруть участь в каталізі,

b) іонізацію субстрату,

c) конформацию ферменту і його активного центру.

інгібування ферментів

Швидкість ферментативної реакції може бути знижена дією ряду хімічних речовин, званих інгібіторами. Деякі інгібітори є для людини отрутами, наприклад, ціаніди, інші - використовуються в якості лікарських препаратів.

Інгібітори можна розділити на два основних типи: незворотні і оборотні. Необоротні інгібітори (I) зв'язуються з ферментом з утворенням комплексу, дисоціація якого з відновленням активності ферменту неможлива:

Прикладом необоротного інгібітора є діізопропілфторфосфат (ДФФ). ДФФ пригнічує фермент ацетилхолінестеразою, що грає важливу роль в передачі нервового імпульсу. Цей інгібітор взаємодіє з серином активного центру ферменту, блокуючи тим самим активність останнього. Внаслідок цього порушується здатність відростків нервових клітин нейронів проводити нервовий імпульс. ДФФ є одним з перших речовин нервово-паралітичної дії. На його основі створено ряд щодо нетоксичних для людини і тварин інсектицидів -речовин, отруйних для комах.

Оборотні інгібітори, на відміну від незворотних, при певних умовах можуть бути легко відділені від ферменту. Активність останнього при цьому відновлюється:

Серед оборотних інгібіторів виділяють конкурентні і неконкурентні інгібітори.

Конкурентний інгібітор, будучи структурним аналогом субстрату, взаємодіє з активним центром ферменту і таким чином блокує доступ субстрату до ферменту. При цьому інгібітор не береться хімічним перетворенням і зв'язується з ферментом оборотно. Після дисоціації комплексу EI фермент може зв'язатися або з субстратом і перетворити його, або з інгібітором (рис. 34.). Оскільки і субстрат і інгібітор конкурують за місце в активному центрі, таке інгібування називається конкурентним.

Мал. 34. Механізм дії конкурентного інгібітору.

Конкурентні інгібітори використовуються в медицині. Для боротьби з інфекційними хворобами раніше широко застосовувалися сульфаніламідні препарати. Вони близькі за своєю структурою до пара-амінобензойної кислоти (ПАБК), необхідного фактору росту багатьох патогенних бактерій. ПАБК є попередником фолієвої кислоти, яка служить кофактором ряду ферментів. Сульфаніламідні препарати виступають в якості конкурентного інгібітору ферментів синтезу фолієвої кислоти з ПАБК і тим самим пригнічують ріст і розмноження патогенних бактерій.

Неконкурентні інгібітори по структурі не подібні з субстратом і при утворенні EI взаємодіють ні з активним центром, а з іншою ділянкою ферменту. Взаємодія інгібітора з ферментом призводить до зміни структури останнього. Освіта EI-комплексу є оборотним, тому після його розпаду фермент знову здатний атакувати субстрат (рис. 35).

Мал. 35. Механізм дії неконкурентного інгібітора

Як неконкурентного інгібітора може виступати ціанід CN -. Він зв'язується з іонами металів, що входять до складу простетичної груп і пригнічує активність цих ферментів. Отруєння ціанідами вкрай небезпечні. Вони можуть привести до летального результату.

аллостерічеськіє ферменти

Термін «аллостерічеський» походить від грецьких слів allo - інший, stereo - ділянку. Таким чином, аллостерічеськіє ферменти поряд з активним центром мають інший центр, званий аллостерічеський центр (Рис. 36). З аллостерическим центром зв'язуються речовини, здатні змінювати активність ферментів, ці речовини називають аллостеріческого ефекторами. Ефектори бувають позитивними - активують фермент, і негативними - ингибирующими, тобто знижують активність ферменту. Деякі аллостерічеськіє ферменти можуть зазнати впливу двох і більше ефекторів.

Мал. 36. Структура аллостеріческого ферменту.

Регуляція мультиферментних систем

Деякі ферменти діють узгоджено, об'єднуючись в Мультиферментний системи, в яких кожен фермент каталізує певну стадію метаболічної шляху:

У Мультиферментний системі є фермент, який визначає швидкість всієї послідовності реакцій. Цей фермент, як правило, буває аллостерическим і знаходиться на початку матаболітіческого шляху. Він здатний, отримуючи різні сигнали, як підвищувати, так і знижувати швидкість каталізуються реакції, тим самим регулюючи швидкість всього процесу.

Питання 1. Які речовини називаються каталізаторами?

Речовини, які змінюють швидкість хімічної реакції, залишаючись до кінця її незмінними, називаються каталізаторами.

Питання 2. Яку роль відіграють ферменти в клітці?

Ферменти - біологічні каталізатори, що прискорюють хімічні реакції в живій клітині. Молекули одних ферментів складаються тільки з білків, інші включають білок і з'єднання небілкової природи (органічне - кофермент або неорганічне - іони різних металів). Ферменти строго специфічні: кожен фермент каталізує певний тип реакцій, в яких беруть участь певні види молекул субстратів.

Питання 3. Від яких факторів може залежати швидкість ферментативних реакцій?

Швидкість ферментативних реакцій багато в чому залежить від концентрації ферменту, природи речовини, температури, тиску, реакції середовища (кислої або лужної).

У багатьох ферментів при певних умовах, наприклад в присутності молекул деяких речовин, змінюється конфігурація активного центру, що дозволяє їм забезпечувати найбільшу ферментативну активність.

Питання 4. Чому більшість ферментів при високій температурі втрачає каталітичні властивості?

Висока температура середовища, як правило, викликає денатурацію білка, т. Е. Порушення його природної структури. Тому при високій температурі більшість ферментів втрачає свої каталітичні властивості.

Питання 5. Чому нестача вітамінів може викликати порушення в процесах життєдіяльності організму?

Багато вітамінів входять до складу ферментів. Тому недолік в організмі вітамінів веде до ослаблення активності ферментів в клітинах, а отже, може викликати порушення в процесах життєдіяльності.

1.8. біологічні каталізатори

На цій сторінці шукали:

• яку роль відіграють ферменти в клітці
• які речовини називаються каталізаторами
• чому більшість ферментів при високій температурі
• від яких чинників може залежати швидкість ферментативних реакцій
• чому більшість ферментів при високій температурі втрачає