Реферат химиялық кинетиканың заңдылықтары және ағзаның тіршілігіндегі ферментативті катализдің рөлі
жүктеу/скачать 40,6 Kb.
|
1 2
- Бұл бет үшін навигация:
- Орындаған
|
Қазақстан – Ресей Медициналық Университеті РЕФЕРАТ Химиялық кинетиканың заңдылықтары және ағзаның тіршілігіндегі ферментативті катализдің рөлі Орындаған: Еркинбекова Асель Мамандық: Фармация Группа: 101-Б Химиялық реакцияның жылдамдығын және оған әсер ететін факторларды (температура, концентрация, қысым, жанасу бетінің аумағы, катализатор) зерттейтін химияның саласы химиялық кинетика деп аталады. Химиялық термодинамика – реакция жүруінің принципті мүмкіндігін болжайды Химиялық кинетика – бұл өзгерудің қай уақытта жүретінін анықтайды Химиялық реакциялар жылдамдығы түрліше болуы мүмкін. Мысалы қопарылыс секундтың мыңнан бір бөлігіндей мерзімде жүрсе, ал кейбір реакциялар бірнеше сағат, тәулік, жыл, ғасырлар бойында жүреді. Айталық, кәдімгі темір құрғақ ауада ұзақ уақыт таттанбайды. Ал енді осы темірдің бір бөлігін ылғалды ауада ұстаса бір тәулікте, суға салса бірер сағатта-ақ тотықтанады. Сол сияқты тау жыныстары мен топырақ құрамындағы реакциялар ондаған жылдар бойында жүрсе, мұнай, газ, көмір сияқты заттар бірнеше ондаған, жүздеген ғасырлар бойында жүретін күрделі химиялық реакциялар нәтижесінде пайда болады. Химиялық кинетиканың негізгі міндеті – химиялық реакциялардың жүру механизмі мен реакция жылдамдығын зерттеу болып табылады. Химиялық кинетика 19 ғасырдың орта кезінен бастап дамыды. 1850 жылы неміс химигі Л.Вильгельми (1812 — 1864) қамыс қанты инверсиясының, 1862 — 63 жылы француз 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 ғалымы Я.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 кинетикада реакцияларды молекулярлығы және реті бойынша екі топқа бөледі. Реакцияның молекулярлығы химиялық өзгеріс кезінде элементар актіге қатысатын атомдардың молекулярдың немесе иондардың санымен анықталады. Элементарлық актіге қатысатын бөлшектердің санына байланысты реакцияларды мономолекулярлы, бимолекулярлы, үшмолекулярлы деп топтайды. Мономолекулярлы реакцияларға элементарлық актіге бір ғана молекула қатысатын реакциялар жатады. Мысалы: I2 жеке атомдарға диссосациялануы, кейбір ядролық реакцияларды алуға болады. Бимолекулярлы реакцияларда элементарлық актіге екі молекула қатысуы керек. Мысалы иодсутек түзілу үшін сутектің және иодтың молекулаларын өзара соқтығысуы керек. (H2+I2=2HI). Үш молекулярлы реакцияларда элементар актіге үш малекула қатысады. Әдетте, практикада үшмолекулярлы реакциялар өте аз кездеседі, себебі бір мезетте үш бірдей молекуланың өзара соқтығысуы оңай емес. ал, үштен жоғары молекулярлы реакциялар кездеспейді. Көптеген реакциялар бірнеше элементарлық актіден (сатыдан) тұрады. Бұл жағдайда реакция жылдамдығы ең баяу жүретін сатының жылдамдығымен анықталады да, молекулярлығы осы сатыға қатысатын бөлшектердің санымен анықталады. Осындай күрделі реакцияларды сипаттау үшін химиялық реакциялардың реті туралы түсінік енгізілген. Реакция реті реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттардың концентрациясына тәуелділігін көрсететін теңдеумен анықталады. Реакция реті осы теңдеуге кіретін зат концентрацияларының дәреже көрсеткіштерінің қосындысына тең. Химиялық реакцияларды нолінші, бірінші, екінші, үшінші және бөлшек ретті деп топтайды. Көпшілік жағдайда реакция реті 0- 3-дейін өзгереді. Қарапайым реакциялар үшін мономолекулярлы реакциялар – бірінші ретті, биомолекулярлы реакциялар – екінші ретті болады. ал күрделі реакциялардың молекулярлығы мен реті сәйкес келе бермейді. Химиялық реакциялардың кинетикалық жіктелуі. Әрекеттесуші заттардың концентрациясын әдетте ерітіндінің белгілі бір көлемінде еріген затты моль санымен көрсетеді, ал уақытты секундпен немесе минутпен көрсетеді. Химиялық реакцияның жылдамдығын реакцияға қатысатын заттардың біреуінің концентрациясының азаюы арқылы да көрсетуге болады. Химиялық реакцияның жылдамдығын реакцияға қатысқан заттардың табиғатына (еріткіштің табиғатына), реагенттердің концентрациясына, температураға және катализатордың қатысуы қатыспауына тікелей тәуелді болады.Реакцияға қатысатын заттардың агрегаттық күйіне байланысты химиялық реакция гомогендік және гетерогендік болып екі топқа бөлінеді. Әрекеттесетін және түзілетін заттар бірдей агрегаттық күйде болатын химиялық реакцияны гомогендік деп, ал қатысатын не түзілетін заттардың агрегаттық күйлері әртүрлі болатын реакцияны гетерогендік деп атайды. Гомогенді реакция гетерогенді реакцияға қарағанда жылдамырақ жүреді.Гетерогенді реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттардың жанасу беткейінің көлеміне, дисперсиялық дәрежесіне тікелей байланысты. Егер әрекеттесуші заттар газ күйінде болса, химиялық реакцияның жылдамдығы қысымға тікелей байланысты болады, себебі қысымның өзгеруіне байланысты әрекеттесуші заттардың концентрациясы да өзгермейді. Химиялық реакция жүруі үшін әрекеттесуші заттардың молекулалары бір-бірімен соқтығысуы қажет. Бірақ әрбір соқтығысқан сайын бөлшектер әрекеттесе бермейді. Гетерогенді катализ деп әрекеттесетің реагент пен ондағы ка-тализатор әр түрлі фазада болатын реакцияларды айтады. Гете-рогенді катализде катализатор қатты зат, ал реагенттер не сұйық, не газды күйде болады. Мұндай реакциялар екі фаза аралығын-да, ягңи фазалық бетте, катализатордың бетінде жүреді. Гетерогенді катализде катализатор болатын заттың қасиеті, табиғи ерекшелігі мен құрылысы, химиялық құрамы мен беттік сипатынын, маңызы зор. Мысалы, платина пластинасын сутек пероксидіне батырса, онда ешбір өзгеріс байқалмайды. Ал осы пластина бетін қырып, сосын сутек пероксидіне батырса, реакцияның едәуір жылдам жүретіні соншама, оттектің бөлінгені көпіршік түрінде көрінеді. Платинаны ұсақтап қолданса, реакция жылдамдығы күрт жоғарылайды. Енді сутек пероксидіне платинаны коллоидты өлшемдегідей етіп ұнтақтап салса, реакция қопарылыспен аяқталады. Әдетте барлық гетерогенді каталиттік реакциялар олар өте карапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқылы жүреді. әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; молекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытталуы, әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалардың химиялық өзгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнің катализатор бетінен алыстауы. Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активтілігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реагенттер мен катализатордық химиялық құрамына, тагы да басқаларға байланысты болады (олар таңдамалы қасиетпен әсер етеді). Қазір жүздеген, мыңдаған каталиттік реакциялар кеңінен зерттеліп, сипаты жағынан топтастырылған, олардың біразы өндірісте негізгі технологиялық процестерде қолданылады. Гетерогенді катализдің механизмі мен себептерін түсінуде көптеген тәжірибе кезінде жинақталған мәліметтерге негізделген екі жайдың маңызы зор: катализатор бетіне (үстіне) әрекеттесетін реагенттің адсорбциялануы; каталиттік реакцияларға катализатордың беті түгелдей қатынаспай, тек активті орталық деп аталатын жекеленген шағын бөлшектерден түратын, аса көп емес бөлігінің ғана әрекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден-бір маңызды, негізгі сатылардын, бірі екен. Осындай адсорбция кезінде катализатордың беткі қабатында орналасқан молекулалардың структуралық қүрамы өзгеріп, олардың реакцияға түсу қабілеті артады. Мұндай катализатор бетіне адсорбцияланған молекулалардың химиялық байланыстары әлсіреп, өздерінін, кұрылымын өзгертуі хемосорбция кезінде байқалады. Олай болса, осындай жағдайдағы гетерогенді катализдің механизмін хемосорбция анықтайды екен. Катализатордың беткі қабатына хемосорбцияланған реагенттін, мономолекуладан түратын қабаты ерекше сипатталатын аралық қабат ретінде қарастырьілады және ол өте тұрақсыз болғандықтан да реакцияға түсуге қабілеті жоғары болады. Осылайша гетерогенді катализ кезінде катализатордың беткі қабатында аралык қосылыстар пайда болып тұрады. Активті орталықтардың болуы тікелей және жанама алынған деректер арқылы дәлелденеді. Катализаторлардын, улануы үшін удың өте аз мөлшері жеткілікті. Катализатор бетінің тегіс активті емес екені уланған бөліктердің түрінен де, рентгенографиялық әдістің талдауынан да, электронды микроскоп мәліметінен де анық көрінеді. Осы активті орталықтарда аса күшті теңестірілмеген электр өрісі болатындықтан, заттар негізінен осындай жерлерге адсорбцияланады. Адсорбциялы гетерогенді катализдің барлық теориялары ондағы активті орталықтың маңызы мен құрылысын, сондай-ақ ондағы молекулалардың энергетикалық күйін анықтауға бағытталады. Қатты катализаторлардың беткі қабатындағы активті орталықтардың пайда болуы оның беткі кабатының мүлдем тегіс болмауымен түсіндіріледі. Мысалы, өте мұқият тегістеліп әзірленген мыс, никель, күміс, алтын, платина сиякты металдардың бетін электронды микроскоп көмегімен әлденеше мыңдаған рет үлкейтіп, кескінін суретке түсіргенде, беттері биіктігі І0~9 м шамасындағы істік тісшелер мен бұдырлардан тұратыны байқалады. Мұндағы осы істік тісшелердің ұшына орналасқан қатты катализаторлардың атомдары тұрақсыздау болғандықтан, олар активті орталыққа айналып, ішкі кабат пен шұқыршаларға орналасқан атомдар тұрақты, оларға реагент әсер етпегендіктен де активсіз. Олай болса, осындағы активті атомдарда еркіндік күштің өрісі молырақ, болғандықтан, онда әрекеттесуші молекулалар адсорбцияланады. Химиялық езгерiстердiң маңызды реттегiшi катализаторлар болып табылады. Катализаторлар реакция компоненттерiмен аралық химиялық əрекеттесуге бiрнеше рет катысып, құрамын сол күйiнде сақтап қалуы нəтижесінде химиялық реакция жылдамдығын езгертетін заттар. Катализатор кызметi берiлген реакцияның активтендiру энергиясынтемендетiп, оның жаңа тиiмдi жолмен жүруiн қамтамасыз етедi. Егер А + В → АВ реакциясы Еа активтендiру энергиясын иемденсе (сурет 1), онда катализатор (к) аралық өнім А + К → AК түзуi арқылы Еа шамасын темендетедi. Онда АК комплекс В компонентпен əрекеттеседi. Бұл реакция Еа салыстырғанда активтендiру энергиясы төмен жағдайда журедi. Сонымен, əрекеттесудiң қосындысы нəтижесiнде АВ өнімі түзiлдi, ал катализатор реакциядан езгерiссiз қалады. Ферменттер ағзада журетiн химиялық реакциялардың катализаторлары болып табылады. қазiргi кезде 10000 жуық биохимиялық реакция белгiлi, олардың əрқайсысы ферменттердiң қатысуында жузеге асырылады. Ферменттердiң ерекше қасиетi – жоғарғы тиiмдiлiriнде. Мысалы, сутектiң aсқын тотығyының ыдырауы катализаторсыз активтендiру энергиясы 75 кДж/моль, гетерогендi катализде платинаның əcepiненактивтендiру энергиясы 48 кДж/мольге дейiн төмендейдi,ал фермент-каталазаның қатысуында активтендiру энергиясының шамасы небарi 23 кДж/мольге ие болады. Мұндай активтендiру энергиясының езгерiсi реакция жылдамдығын 20 000 жəне 3-1011 есе арттыруға əкелiп соқтыpaды. Aқшыл заттардың НСl əcepiнeн гидролизге ұшыpayы ушiн активтендiру энергиясы 80 кДж/моль болу кажет, ал ақазан сөлiнде кездесетiн фермент трипсиннiң қатысуында оның шамасы 50 кДж/моль болады, сөйтiп асқазанның ақшыл затты, тағамды сіңіруі іске асырылады. Бiр моль фермент 1000-100000 моль затты бiр секунд iшiнде тасымалдап ферментi жоқ реакцияның жылдамдығын 1010_101 есе арттырады. Ферменттiң мыдадай əcep кepceтyi, бiрiншiден-ферменттiң концентрациясына тəуелдi, яғни ферменттiң концентрациясы apтқaн сайын оның субстратты өзiне сорбциясы өсiп реакция жыдамдығын мың есе арттырады. Екiншiден-ферменттер кеңiстiктiк бағдарлану құбылысын танытады, ол реакция жылдамдығын шамамен мың есе арттырады. Осы құбылыс негiзiнде фермент пен субстрат кеңiстiкте оңтайлы туйiседi. Үшiншiден-ферменттер полифункциялық эффектке ие,ол олардың шешiмдi мацызын көрсетедi. Бұл эффектiң негiзiнде субстраттың молекуласына бiр уақытта бiрнеше шабуылдайтын ферменттер тобының əсерінде жатыр. Ферменттер адам өмiрiнде ерте кезден қолданылады. Ашыту, қышқылдау құбылыстары, жемiс-жидектердi өңдеу процестерiнiң негiзiнде ферментгiк катализ процестерi жатыр. Кейiнгi кездерi медициналық энзимология қарқынды түрде дамып келе жатыр, ол ферменттi дəрiлiк заттар ретiнде пайдаланумен шұғылданады, сонымен қaтap ферменттер көмeгiмeн диагностика əдiсiн ойлап табуда кең көлемдi жұмыстар жүргiзiлiп жатыр. Химиялық кинетика заңдылықтарының медицина ғылымына колдану табуы - фармокинетика жəне токсикинетика, оның мақсаты дəрiлiк затrардың жəне улы затгардың əcep ету жылдамдығы мен ағзадан шығарумен шұғылдану болып табылады. жүктеу/скачать 40,6 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2