| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Переважна більшість реакцій, що протікають в живих організмах, є каталітичними. Вони здійснюються за участю білків - каталізаторів, які мають загальну назву ферменти.
-? Катализом називається селективне зміна швидкості хімічної реакції
речовиною, яке бере участь в реакції, але кількість і склад якого не
змінюється до моменту утворення кінцевих продуктів.
Речовина, що має зазначеними властивостями, називається каталізатором.
Характерною особливістю биокатализаторов - ферментів є їх специфічність. Під специфічністю ферменту розуміється його властивість змінювати швидкість реакцій одного типу і не впливати на багато інших реакції, що протікають в клітині.
Розрізняють два типи каталізу: 1) позитивний, коли швидкість реакції зростає; 2) негативний, коли швидкість реакції зменшується.
Реакції, швидкість яких змінюється під дією продукту, називаються
автокаталитично.
Зазвичай термін «каталіз» відносять до позитивного каталізу, і в цьому сенсі цей термін буде застосовуватися нижче.
Зокрема, пероксид водню Н2О2, що утворюється як побічний интермедиат при внутрішньому диханні клітин, руйнується типовим ферментом каталазой. За відсутності каталази Н2О2 розкладається повільно і накопичується в значних кількостях. Пероксид водню взаємодіє з біоорганічними речовинами клітини, окисляє їх, що в кінцевому рахунку призводить до загибелі клітини. Це властивість пероксиду використовується для знищення патогенних мікроорганізмів при обробці свіжих ран.
До складу каталази, як і до складу більшості ферментів, входить іон металу. Тому такі біологічні каталізатори називаються металлоферментов. Хімічний аналіз показує, що в кожній молекулі каталази є іон заліза Fe2+. Цей факт не є несподіваним, оскільки вище було показано, що саме іони Fe2* Прискорюють розкладання пероксиду водню. Але суттєва відмінність полягає в тому, що в присутності каталази пероксид розкладається набагато швидше, ніж при такій же кількості солі заліза (II).
розкладання пероксиду
Таблиця III
Вплив каталізатора на кінетику реакції 2Н202 -? 2Н20 + 02
|
катали затор |
концентрація Сщ, моль / л |
Константа швидкості з '1 |
Енергія активації? " кДж / чоль |
|
немає |
0,00 |
мо6 |
75 |
|
Fe2+ |
0,01 |
6 10 "2 |
40 |
|
каталаза |
0,01 |
4 -10-4 |
7 |
як в присутності зазначених каталізаторів, так і в їх відсутність протікає по закону першого порядку щодо Н2О2. У табл. 11.1 наведені відповідні значення констант швидкості першого порядку до при кімнатній температурі і концентрації каталізаторів 1 ммоль / л.
За даних умов розкладання пероксиду водню в присутності іонів Fe2'Протікає приблизно в 105 раз, а в присутності каталази в Ю10 раз швидше, чим не каталітичне розкладання.
Вивчення температурної залежності швидкості перетворення субстрату показує, що прискорює дію каталізаторів пов'язано з істотним зменшенням енергії активації Еа відповідного перетворення.
Так, наприклад, в разі Н2С2 (табл. 11.1) при некаталітичні розкладанні величина Еа = 75 кДж / моль. У присутності іонів Fe2"величина Еа = 1 кДж / моль, т. е. зменшується більш ніж в 10 разів у порівнянні з розкладанням пероксиду за відсутності каталізаторів. Зменшення енергії активації, як це випливає з рівняння Арреніуса (10.18). призводить до збільшення швидкості реакції. При кімнатній температурі зміна величини Еа на 6 кДж / моль відповідає зміні швидкості приблизно в 10 разів.
Виникає природне запитання, чим обумовлено зменшення енергії активації в присутності каталізатора. Щоб відповісти на це питання, необхідно більш детально розглянути особливості кінетики каталітичного перетворення речовин, зокрема ферментативного каталізу.