Химиялы? реакцияларды? кинетикалы? жіктелуі.Ферменттік катализ.Ферменттерді? ?сер ету ерекшеліктері СРС


Қарағанды Мемлекеттік Медицина Университеті Химия және Фармакология кафедрасы СӨЖ Тақырыбы:Химиялық реакциялардың кинетикалық жіктелуі.Ферменттік катализ.

Орындаған:Абулов Ш.Р.
117 топ
Тексерген:Сәрсенбекова А.Ж.
Қарағанды 2011
Жоспар
Кіріспе
Негізгі бөлім
Химиялық реакциялардың кинетиканын тарихы
. Химиялық реакциялардың кинетикалық жіктелуі
3.Реакция жылдамдығына катализатордың (өршіткінің) әсері
4.Ферменттер және олардың құрылысы туралы жалпы түсінік
5.Фермент қасиеттерінің ерекшеліктері. Ферменттік реакциялардың кинетикасы және теңдеуі.
Қорытынды
Пайдаланылган әдебиеттер.
Химиялық кинетика 19 ғасырдың орта кезінен бастап дамыды.1850 жылы неміс химигіЛ.Вильгельми (1812 — 1864) қамысқанты инверсиясының, 1862 — 63 жылыфранцуз химигі М.Бертло (1827 — 1907) этерификация реакциясы жылдамдықтарын зерттеп, 1882 — 90 жылы Ресей химигі Н.А. Меншуткин (1842 — 1907) заттың реакцияға бейімділігі мен құрылысының арасындағы тәуелділікті анықтады.Нидерланд ғалымыЯ.Вант-Гофф (1852 — 1911) және швед химигі С.Аррениус (1859 — 1927) қарапайым химиялық реакциялардың жүру заңдылықтарын ашты.20 ғасырдың 30-жылдарында Химиялық кинетиканың кванттық механика, т.б. физиканың жаңа салаларының табыстарына негізделген теориялар пайда болды.Күрделі химиялық процестердің кинетикасын зерттеуде аралық өнімнің және аралық реакциялардың шешуші рөлі жөніндегі көзқарастар дамыды.
Химиялық реакциялардың кинетикалық жіктелуі
Химиялық реакциялар молекулалардың санына және реакциялардың ретіне байланысты жіктеледі.
Бір мезгілде әрекеттесетін молекулалардың санына баланысты реакциялар моно-, би- және үшмолекулалық болып бөлінеді.
Реакцияның реті кинетикалық теңдеу бойынша әрекеттесуші заттардың концентрацияларының дәреже көрсеткіштерінің қосындысымен анықталады. Химиялық реакциялар нөлінші, бірінші, екінші және үшінші ретті болып бөлінеді.
Нөлінші ретті реакцияның жылдамдығы тұрақты болады, яғни = K (const).
Мысалы:
С6H12O6(к) → 2C2H5OH + 2CO2
Бұл реакция моно молекулалық және нөлінші ретті болып есептеледі (V = K), себебі химиялық кинетиканың негізгі заңы бойынша қатты заттың концентрациясы өзгермейтіндіктен есепке алынбайды.
C12H22O11(c) + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
Реакция бимолекулалық және бірінші ретті, себебі = K[C12H22O11]. Судың концентрациясы өте аз мөлшерде өзгеретін болғандықтан есепке алынбайды.
С6H12O6(c) + C6H22O6(c) → C12H22O11 + H2O
реакция би молекулалық және екінші ретті, себебі:
= K [С6H12O6] [C6H12O6]
Үш молекулалық және үшінші ретті реакцияға мына процесті жатқызуға болады:
2 NO(г) + О2(г) → 2NO2(г)
= K [NO]2[O2]
Гомогенді және гетерогенді
Химиялық реакциялар әрекеттесуші заттардың түріне қарай гомогенді және гетерогенді болып екіге бөлінеді.Газ фазасындағы гомогенді реакциялардың кинетикасы жақсы зерттелген.Химиялық кинетиканың негізгі түсінігі — реакция жылдамдығы.Гомогенді реакциялар жылдамдығы әрекеттесуші заттардың табиғатына, қойыртпалылығына, температураға, қысымға, катализатор қатысына, алгетерогенді реакциялардың жылдамдығы бұлайтылғандардан басқа фазаның жүктелген жеке бөліктерінің күйіне, жылу және масса алмасу жағдайларына, т.б. тәуелді. Химиялық реакциялардың жылдамдығы белгілі уақыт ішінде әрекеттесуші заттар концентрациясының өзгеруімен өлшеніп, әрекеттесуші массалар заңына бағынады.
Жай және күрделі
Химиялық реакциялар жай және күрделі болып екіге жіктеледі.Жай реакциялар стехиометрлік теңдеуге сәйкес бір сатыда жүреді.Күрделі реакциялар жай реакциялардың жиынтығы.Оларға қайтымды параллель, сатылы, ілеспелі, тізбекті реакциялар жатады.Қайтымды реакциялар — реакция өнімдері бір-бірімен әрекеттесіп, бастапқы заттарды қайтадан түзетін реакциялар. Қлеспелі реакцияларда бірінің қатысуынсыз екіншісі жүрмейді.Ең көп таралған реакциялар — тізбекті реакциялар.Оларға тотығу, галогендеу, полимерлену, т.б. гомогенді реакциялар жатады.Тізбекті реакциялар үш сатыда жүреді: тізбектің туындауы, өрістеуі және үзілуі. Тізбек жарық, жылу, радиоактивті сәулелердің әсерінен туындауы мүмкін.Бұл кезде түзілген босрадикалдар немесе атомдар бастапқы зат молекуласымен әрекеттесіп, реакция өнімін және жаңа активті бөлшек түзеді.Ол тағыда бастапқы зат молекуласымен әрекеттеседі.Осының нәтижесінде реакция жылдамдығы еселеп өсіп, қопарылыс береді.Кейде бір актив бөлшек өзінен басқа бірнеше актив бөлшектерді тудыруы мүмкін, оларды тармақталған тізбекті реакциялар деп атайды.Тізбекті реакциялар бос радикалдар немесе атомдар қатысуымен жүзеге асады.
Молекулалық және иондық
Бұлардан басқа жүру механизміне қарай молекулалық және иондық реакциялар болады.Валенттілігі қаныққан молекулалар арасындағы химиялық реакциялар өте қиын жүреді, өйткені молекуладағы атомдар арасындағы байланысты үзу үшін энергия жұмсау керек. Молекулалық реакциялар мономолекулалық, бимолекулалық және үшмолекулалық деп ажыратылады.Ол бірмезгілде өзара әрекеттесуге қатысатын молекулалар санын көрсетеді.Мысалы, Қ2=2Қ мономолекулалық, ҺҚ+ҺҚ=Һ2+Қ2 — бимолекулалық., 2НО+О2=2НО2 — үшмолекулалық реакцияларға жатады. Иондар арасындағы реакциялар ерітінділерде жүзеге асады, олардың жылдамдығы еріткішке тәуелді.Өйткені еріген демолекулалардың иондарға ыдырауы еріткіштің табиғатына байланысты. Сондықтан ерітіндідегі реакцияларды зерттегенде полюсті топтардың әсерін, молекулаларар асындағы едәуір тартылу күші болатынын, еріткіш әсерінің түрлерін ескереді.Бұл реакциялардың жүру механизмі күрделі.Химиялық кинетиканың ғылыми және практикалық маңызы зор.Қазіргі кездегі химия мен химиялық технологияның басты бағыттарының дамуы химиялық реакциялар кинетикасын зерттеуменбайланысты жүзеге асырылуда.
ХИМИЯЛЫҚ КИНЕТИКА
Химиялық реакциялар жылдамдығы және оның әр түрлі факторларға тәуелділігін зерттеумен химияның ерекше бөлімі химиялық кинетика шұғылданады.
Химиялықреакцияның жылдамдығын кесімді уақыт ішінде (секунд, сағат, жыл) әрекеттесуші заттардың концентрациясының өзгеруімен өлшейді.
Концентрация дегеніміз көлем бірлігіндегі заттың мөлшері көбінесе 1 литрдей моль саны. Мысалы, реакция басталмас бұрын заттың концентрациясы Со (3 моль), реакция басталғанына t(5) минут өткеннен кейін өлшегенімізде Сt (2 моль) болсын, сонда реакцияның жылдамдығы:

Химиялық реакцияның жылдамдығына әрекеттесуші заттардың табиғи қасиеттерден басқа, реакция жүруіне туғызған жағдай да әсер етеді. Реакция жағдайының бастылары: әрекетесуші заттардың табиғаты, қысым, температура, әрекеттесуші заттардың концентрациясы және катализатор.
Осы жағдайлардың әсерлеріне тәуелді химиялық реакцияның жылдамдығының өзгеруін, химиялық кинетика бөлімі зерттейді.
Химиялық реакция жылдамдығына әрекеттесуін
заттардың табиғатының әсер етуі
Заттың табиғатының химиялық реакцияның жылдамдығына әcepi үлкен.
Бұрын айтып кeткeнiмiздей кейбір реакциялар өте тез өтеді, басқалары тіпті баяу, айлап, жылдап өтеді. Мысалы:
а)2Rb + 2Н2О = 2RbOH + Н2 (қопарылыс болады)
б) Ag + Н2О → реакция өте баяу жүреді, айлап, жылдап өтeдi.
Заттардың өзара әpeкеттесулерi үшін олардың бөлшектері (молекула, атом, ион) бip-бipiмeн соқтығысуы қажет. Соқтығысу нәтижесінде бөлшектердің электрон бұлттарының тығыздықтары өзгepiп, жаңа химиялық байланыстар түзіледі. Жылдамдықтың температураға тәуелділігін Вант-Гоффтың эмпирикалық ережесімен бағалауға болады: «температура әрбір 100С-қа артқанда реакцияның жылдамдығы 2-4 есе өседі».
Вант-Гофф ережесінің математикалық теңдеуін реакцияның жылдамдық константаларының не жылдамдықтарының арақатынасы арқылы өрнегі:

мұнда х - жылдамдықтың температуралық коэффициенті, жоғарыда айтылғандай оның мәні 2-4 аралығында жатады. Бұл теңдеулер жуықтап орындалатынына қарамастан көптеген процестердің температураға теуеділігін білуде маңызды роль атқарады.
Реакция жылдамдығына концентрацияның әcepi
Химиялық реакцияның тез жүруі үшін әрекеттесуші заттардың молекулалары жиі түйісулері қажет екендігі анықталады. Түйісуді жиелендіру үшін алдымен әрекеттесуші молекулалардың санын, демек концентрациясын өcipy керек. Мысалы:
Н2 + С12 = 2НС1
реакциясын алайық; реакцияның жылдамдығы минутына 0,001 моль әрекеттесуіне тең болсын. Енді әрекетесуші заттардың бірінің, айталық йодтың концентрациясын 3 есе өсірсек, сонда йод пен сутек молекулаларының бip минут ішінде түйісулерінің саны үш есе артады, демек олардың арасындағы реакцияның жылдамдығы да үш есе артады; тіпті екі газдың да концентрациясын біреуінікін 3 есе, екіншісінікін 2 есе өсірсек, онда реакцияның жылдамдығы алты есе артып, минутына 0,001·3·2=0,006 моль болады.
Химиялық реакцияның жылдамдығы реакцияласушы заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал.
Мұны әрекеттесуші массалар заңы деп атайды. Бұл занның математикалык теңдеуін жазу үшін, реакцияны жалпы түрде былай жазайық:
А+В=С
А және В затыныңконцентрациясын [А] жэне [В], реакцияныңжылдамдығындепбелгілесек болады;
=k[A]·[B]
мұндағы k — пропорционалдық коэффициент.
Егер теңдеуде [А]=1 жене [В]=1 болса, онда,демек, - әрекеттесуші заттардың концентрациясы бipre тең, (1 моль/л) болған жағдайдағы реакцияның жылдамдығы. Бұлшамасы әpбip реакция үшін тұрақты шама, ол тек әрекеттесуші заттардың табиғатына және температураға тәуелді өзгереді, сондықтан оны реакцияның жылдамдық константасы деп те атайды.
Егер реакцияға заттың бip емес бірнеше молекуласы түсетін болса, онда реакция жылдамдығының теңдеуі, мысалы, былай жазылады:
2A+B=D, немесе A+A+B=D
Бұл реакцияның жүруі үшін А затының екі молекуласы мен В затының бip молекуласы бip мерзім ішінде түйісyi қажет. Ал реакция жылдамдығының теңдеуінде Азатыныңконцентрациясыекіреталынады:
=k[A][A][B]=k[A]2[B]
Жалпы айтқанда, А затының m молімен В затының n молі реакцияласса онда:
mА + nВ = Г
реакциясының жылдамдығының теңдеуі мына түрге келеді:
= k [A]m[B]n,
мысалы:
СО+С12=СОС12= k [СО][С12]
2Н2+О2=2Н2О= k [Н2]2[О2]
Егер реакцияға қатты заттар түсетін болса олар бүкіл массасымен емес, сыртқы беттік қабатымен реакцияласады, сондықтан реакцияның жылдамдығын аныктағанда заттың концентрациясы есепке алынбайды, тек газ және сұйық затардың ғана концентрациясы есептеледі Мысалы,
С+СО2=2СО
Реакциясыныңжылдамдығы былайжазылады:
=k[CО2]
Әрине, қатты заттың сыртқы бетінің ауданы неғұрлым үлкен болса, мысалы, көмір ұсатылған болса, реакция тезірек жүреді, бipaқ сонда да көмір есепке алынбайды.
Реакция жылдамдығына катализатордың (өршіткінің) әсері
Катализатор деп — реакцияның жылдамдығын өзгертіп, бipaқ реакция нәтижесінде өздері химиялық өзгермей қалатын заттарды айтамыз.
Реакция жылдамдығына үлкен әсерін тигізетін заттар - катализаторлар. Олар реакция жылдамдығын арттырып (кейде нөлден өте үлкен шамаларға дейін), өздері өнімдер құрамына кірмейді. Реакция жылдамдығын катализаторлар әсерімен арттыру катализ деп аталады. Көп жағдайларда катализаторлар әрекеттесуші заттардың біркуімен аралық қосылыс түзеді, ал екінші бастапқы затпен әрекеттесіп, нәтижесінде өнім алынады және катализатор босап шығады.
Кей жағдайда әр түрлі катализатор қолдану арқылы бip заттан түрлі өнімдер алуға болады. Айталық, этил спиртімен катализатор алюминий оксиді болса этилен алынады:
C2H5OH=C2H4+H2O↓
Кейде тepic әсер етуші катализаторлар ингибиторларколданылады, олар керісінше, қажеті жоқ химиялық реакцияларды бәсеңдетеді (мысалы, металдар коррозиясын).
Ферменттер және олардың құрылысы туралы жалпы түсінік
Организм үшін маңызды қызмет атқаратын белоктар тобына биокатализатор болып есептелетін ферменттер жатады. Ферменттердің қатысуымен клеткаларда жүретін, бір-бірімен тығыз байланыста болатын химиялық реакциялардың жиынтығы зат алмасу деп аталады.
Ферменттер қарапайым және күрделі болып екіге бөлінеді. Қарапайым ферменттер бір компонентті болып келеді, олар белок молекуласынан ғана тұрады. Күрделі ферменттер екі компоненттен тұрады, олар белоктың қасиеті жоқ әр алуан заттармен (нуклеотидтер, ауыр металлдардың иондары, комплексті қосылыстар, витаминдер, т.б.) біріккен белок молекуласы болып табылады.
Био катализдік процесс белок молекуласының белгілі бір шағын бөлігінде ғана жүреді және бұл бөлік активті орталық деп аталады. Реакция кезінде активті орталыққа субстрат молекуласы келіп қосылады. Фермент әсер ететін зат субстрат деп аталады. Реакция кезінде активті орталыққа субстрат молекуласы келіп қосылады. Фермент әсер ететін зат субстрат деп аталады. Мысалы, амилоза ферменті үшін крахмал, пепсин ферменті үшін белок субстратың ролін атқарады. Ферменттің субстратқа жасаған әсерінен пайда болған зат өнім деп аталады.
Биокатализаторлардың бейорганикалық катализаторлардың айырмашылығы, олар тірі организмдерде жүретін процестерге қатысады.
Ферменттердің тағы бір ерекшелігі олар активтендіру энергиясын (Еакт.) төмендетеді. Мысалы, сахарозаның гидролизі сахароза ферментінің қатысуымен жүргенде активтендіру энергиясы үш есе төмендейді.
Фермент қасиеттерінің ерекшеліктері
Ферменттердің ерекше қасиеттеріне олардың термолабильдігі, ортаның реакциясын сезгіштігі және талғампаздығы жатады.
Ферменттердің температура өзгерісін сезгіштік қасиеті термолабильділік деп аталады. Ферменттердің ең жоғарғы активтілігі байқалатын температура температуралық оптимум деп аталады. Адам организмінің ферменттері үшін температуралық оптимум 37-410С аралығында болады. Температура жоғарылағанда (80-1000С) ферменттердің активтілігі төмендейді, реакция жүрмейді, себебі 100 оС-та фермент белоктар денатурацияға, яғни 2-, 3-ретті құрылымдары бұзылады.
Температура төмендегенде (00С және одан да төмен) ферменттердің әсері бәсендейді, бірақ молекулалық құрылымдары өзгермейді.
Ферменттердің активтілігі ортаның рН-ына да байланысты, яғни белгілі бір рН шамасында олардың активтілігі өте жоғары болады. Мысалы, пепсин ферменті рН=2, фосфатаза ферменті үшін рН = 10, амилаза ферменті үшін рН =7 активті орта болып табылады.
Ферменттердің белгілі бір реакцияны ғана активтендіру қасиеті талғампаздық деп аталады. Мысалы, пепсин белоктарға, липаза майларға, карбогидраза көмірсуларға, фосфатаза фосфоэфирлерге ғана әсер етеді.
Ферменттік реакциялардың кинетикасы және теңдеуі
Биокатализаторлар – ферменттердің атысуымен жүретін биохимиялық реакциялардың жылдамдығын ферменттік реакциялардың кинетикасы зерттейді. Ферменттік процестер химиялық реакция кинетикасының жалпы заңдылықтарына бағынады.
Ферменттік реакцияның жылдамдығы фермент пен субстрат концентрацияларының, яғни әрекеттесуші заттардың концентрациясына тәуелді болады. Ферменттің концентрациясы жоғарылаған сайын реакцияның жылдамдығы да артады. Ферменттік реакцияның жылдамдығы реакцияға түсуші субстраттың мөлшеріне де байланысты болады. Субстраттың концентрациясы жоғарылағанда реакция жылдамдығы концентрацияға тура пропорционал өзгереді. Кинетикалық теңдеу бойынша=K∙C, яғни бірінші ретті реакция болып есептеледі.
Реакция жылдамдығының субстрат мөлшеріне сәйкес артуы белгілі бір денгейге дейін ғана көтеріледі, одан әрі субстраттың мөлшеріне тәуелді болмайды, = max=K, яғни реакция нөлінші ретті болады.
Максимальды жылдамдықтың жартысына тең субстрат концентрациясы = max/2 Михаэлис константасы (Km) деп аталады.
Ферменттік реакцияның теңдеуін былай көрсетуге болады:

Мұндағы: Е – фермент;
S – субстрат:
Р – өнім.
Реакция жылдамдығының субстрат концентрациясына тәуелділігі Михаэлис-Ментен теңдеуімен өрнектеледі.
ϑ=ϑmax∙субстратKm+субстратKm=K-1+K+2K+1Ферменттертуралығылым (энзимология) медицинадакеңіненқолданылады. Ферменттердің жетіспеуінен әр түрлі аурулар пайда болады. Мысалы, ғалымдар фенилангидроксидаза ферментінің жетпеушілігінен болатындығын анықтады. Соңғы жылдарда ферменттер кейбір ауруларды емдеу үшін қолданылуда. Мысалы, тканьдердің қалыпты жұмыс істеуіне жиналып, шоғырланып қалған белоктар кедергі келтіреді. Әсіресе мұндай жағдай күйікте, іріңді жара, өкпе іріңдеп, қабынғанда жиі кездеседі. Осындай шоғырланған белокты ыдырату үшін трипсин секілді ферменттер пайдаланылады. Ферменттер аса қатерлі ісік (рак) аруының кейбір түрлерін емдеу үшін де қажет. Мысалы, бактериядан алынған аспаргиназа ферменті лейкоздың кейбір түрлеріне қолданылады. Қан тамырларында пайда болатын қан ұйындыларын жою үшін трипсин, стриптаза т.б. ферменттердің мүмкіндігі үлкен. Ферменттің көмегімен жұқпалы гепатитті анықтауға болады. Гепатит басталғанда плазмадағы трансаминаза ферментінің мөлшері 50 есеге жуық артады.
Қорытынды
Химиялық кинетика, химиялық реакциялар кинетикасы — химияның химиялық процестердің жылдамдығын және жүру заңдылықтарын қарастыратын бір саласы.
Әдебиеттер:
Негізгі:
1Бірімжанов Б.А. Жалпы химия. Алматы, 2002
2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия М., 2001.
3. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. С -Пб.: Химиздат, 2001.
4. Ершов Ю.А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М.: ВШ, 2003.
5. Асанбаева Р.Д., Илиясова М.И. Теоретические основы строения и реакционной способности биологически важных органических соединений. Алматы, 2003.
6.http://www.google.ru/
7.Глинка Н.Г. Общая химия. М., 2003.

Приложенные файлы

  • docx 532636
    Размер файла: 603 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий