1) Увеличивают скорость химических реакций, при этом сами не расходуются.

2) Ферменты и неорганические катализаторы ускоряют энергетически возможные реакции.

3) Энергия химической системы остается постоянной.

4) В ходе катализа направление реакции не изменяется.

 Различия между ферментами и неорганическими катализаторами:

1) Скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых неорганическими катализаторами.

2) Ферменты обладают высокой специфичностью к субстрату.

3) Ферменты по своей химической природе белки, катализаторы - неорганика.

4) Ферменты работают только в опрделенном диапазоне температур (обычно в районе 37 град. С плюс/минус 2-3 град. С). , а скорость неорганического катализа возрастает в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 10 град. С по линейной зависимости (правило Вант-Гоффа) .

5) Ферменты подвержены регуляции (есть активаторы и ингибиторы ферментов) , неорганические катализаторы работают нерегулируемо.

6) Ферменты обладают конформационной лабильностью - способностью к небольшим изменениям своей структуры за счет разрыва и образования новых слабых связей.

7) Ферментативные реакции протекают только в физиологических условиях, т. к. работают внутри клеток, тканей и организма (это определенные значения температуры, давления и рН).

 Для каждой ферментативной реакции промежуточной стадией является присоединение к активному центру фермента молекулы субстрата. Образование фермент-субстратного комплекса приводит к перераспределению электронов в молекуле субстрата, что уменьшает прочность разрываемых связей и приводит к уменьшению энергии активации.

При данной концентрации фермента скорость зависит от концентрации субстрата. При низких концентрациях субстрата реакция имеет первый порядок о субстрату, а при высоких - нулевой. Достижение реакцией предельной скорости объясняется наличием в среде определенной концентрации фермента и тем, что его активные центры заняты. Дальнейший рост концентрации субстрата уже не будет вызывать изменения фермент-субстратного комплекса в системе.

Где Км = к1+к2/к1 Км – константа Михаэлиса, k-1 - константы скоростей прямой и обратной реакций образования фермент-субстратного комплекса; k2 - константа скорости образования продукта, S – концентрация субстрата.

18. Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства воды, обусловливающие ее уникальную роль как единственного биорастворителя.Автопротолиз воды. Константа автопротолиза воды.

Организм человека на 60% состоит из воды, из них 42 приходится на внутриклеточную жидкость, а остальная часть на внеклеточную.

Вода – компонент высокоорганизованных процессов, универсальный растворитель.

Свойства воды:

1) высокое поверхностное натяжение(σ = 7,6 10^-3Н \ м)

2) низкая вязкость

3) обладает большой теплотой испарения

4) высокая теплоемкость

5) высокий дипольный момент, связан со строением воды.

На двух гибридных орбиталях находятся по 2 неподеленных пары электронов, что обуславливает сильный отрицательный заряд, электронная плотность водорода смещается к кислороду, что обеспечивает положительный заряд на атоме водорода.

6.имеет аномально высокие температуры кипения и плавления – способность образовывать водородные связи.

7.Высокая диэлектрическая проницаемость (ξ = 78,8)

Водородная связь – связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы (F,O,N,Cl,S).

Водородная связь широко распространена и играет важную роль при ассоциации молекул и в процессе диссоциации

Энергия водородной связи = 20 – 25 кДж \ моль

Наряду с межмолекулярной водородной связью существует внутримолекулярная водородная связь.

Именно внутримолекулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей.

Водородная связь определяет вторичную и третичную структуру белков, а также устройство двойной спирали ДНК.

2.3. Автопротолиз воды

Все растворители условно можно разделить на две большие группы: апро-тонные и протолиты (или протонные растворители). Первые не обладают кислот­но-основными свойствами (углеводороды, бензол, CS₂, СС1₄ и др.), а вторые (Н О, С₂Н₅ОН, СН₃СООН, HF, NH₃, H₂S0₄ и др.) - участники реакций протолиза.

Н₂0 - основной растворитель в биологических системах, является амфолитом, способным самопроизвольно подвергаться слабой электролитической дис­социации или реакции автопротолиза:

н₂о + н₂о ирн- + н₃о⁺

кис. осн. сопр. осн. сопр. кис.

Константа этого протолитического равновесия в соответствии с законом действующих масс равна:

К_с = [ОН-]-[Н₃0⁺]/[Н₂0]². Равновесная концентрация растворителя [Н₂0] практически является вели­чиной постоянной, т. к. концентрация молекул Н₂0, распавшихся на ионы, по сравнению с концентрацией недиссоциированных молекул, как правило, очень мала. Поэтому две константы К_с и [Н₂0] объединяют в одну константу K_s = К_с • [Н₂0]², отсюда K_s = [ОН" ] • [Н₃0⁺]. Индекс "s" - первая буква английского слова solvent - растворитель, дляводы принят индекс "в" - вода.

Величину K_sназывают ионным произведением растворителя или кон­стантой автопротолиза растворителя.

Для воды = K_s = [ОН-] • [Н₃0⁺] = 1 • Ю-¹⁴ при t = 25°С. Автопротолиз воды процесс эндотермический.

I *

Н₂0 + Н₂0 Ц ОН" + Н₃0⁺; DH = 55,9 кДж/моль

кис. осн. сопр. осн. сопр. кис.

В обычных условиях (t=25°) К_в = 1 • Ю^-14 (моль/л)², а т. к. в чистой воде [ОН^-] = [Н₃0⁺], то концентрация каждого из ионов при 25°С будет равна:

(К_в)^1/2 = (10-¹⁴)^1/2= Ю-⁷ моль/л

Следовательно, в чистой воде, где [ОН" ] = [Н₃0⁺] = 1*10"⁷моль/л, среда будет нейтральной. Исходя из этого ясно, что при:

[Н₃0⁺] > [ОН" ], т. е. 10~⁶... 10"¹ моль, среда будет кислой.

[Н₃0⁺] < [ОН^- ], т. е. 10~⁸... 10"¹⁴ моль, среда будет щелочной. Так как отрицательные степенные выражения неудобны в количественных расчетах, их заменяют логарифмическими функциями, которые называются по­казателями, таким образом:

рН - водородный показатель, это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:

_PH=-lg[H+]

рОН - гидроксильный показатель, отрицательный десятичный логарифм концен­трации гидроксид-ионов:

_PH=-lg[OH-], рК^ - показатель ионного произведения воды.

Для чистой воды: рК^рН + рОН = 14 или рН = рОН =7 - среда нейтраль­ная.

В кислых растворах: [Н₃0⁺] > Ю^-7; рН < 7- среда кислая.

В щелочных растворах: [Н₃0⁺] < Ю^-7; рН > 7- среда щелочна

Автопротолиз воды – обратимый процесс образования равного числа катионов и анионов из незаряженных молекул жидкого вещества за счет передачи протона от одной молекулы к другой.

Понятие автопротолиза вытекает из протонной теории кислот и оснований Бренстеда-Лоури.

2 Н2О =Н3О⁺+ОН^-

Также легко проходит и обратный процесс:

Н3О⁺+ОН^-₌2 Н2О или упрощенно

     Н2О = Н⁺+ОН^-

Константа данного равновесия при 22 градусах равна:

Ка = [H+] [OH-] / [H2O] = 1.82 *10 ^-16