б) SO2(г) + 1/2 O2(г) = SO3(г)

Na(т)

в) 2С2Н5ОН(ж) = С4Н9ОН(ж) + Н2О(ж)

Н2О(ж)

г) 3 І2(т) + 2Al(т) = 2AlІ3(т)

І2(г)

д) СН3СООН(г) = CH4(г) + СО(г)

3) Указать, в чем суть избирательности (специфичности) действия ферментов.

а) в способности ускорять только определенную конкретную реакцию; б) в способности ускорять реакции данного типа (окисления, гидролиза, присоединения); в) в способности ускорять любую реакцию данного субстрата;

г) в способности ускорять все реакции, протекающие при определенном значении рН.

4) Объяснить отличие последствий значительного повышения температуры для активности неорганических катализаторов и ферментов.

а) активность неорганических катализаторов преимущественно увеличивается, а ферментов - уменьшается; б) активность неорганических катализаторов преимущественно увеличивается, а ферментов - прекращается;

в) активность и неорганических катализаторов и ферментов увеличивается; г) активность неорганических катализаторов не изменяется, а ферментов - сначала увеличивается, а потом прекращается.

5) Указать, как зависит активность фермента от изменения рН среды.

а) изменение рН среды не влияет на активность фермента; б) уменьшение рН увеличивает активность фермента; в) изменение рН среды приводит к инактивации фермента;

г) изменение рН среды может увеличить или уменьшить активность фермента в зависимости от строения и природы фермента.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

1) Правильный ответ в).

Суть действия катализатора, с современной точки зрения, в том, что он ведет реакцию новым путем (наиболее часто вследствие образования промежуточного соединения между катализатором и одним из реагирующих веществ), для которого энергия активации значительно ниже. Экспериментально доказано, что для разложения перекиси водорода на водород и кислород без катализатора нужно 75,3 кДж/моль энергии. При применении коллоидной платины как катализатора энергия активации снижается до 49,9 кДж/моль, а при действии фермента каталазы - до 23 кДж/моль.

2) Правильные ответы а), в), г).

При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах, между ними существует поверхность раздела фаз, на которой и происходит реакция. Реакции гомогенного катализа б) и д) проходят в газовой фазе, и взаимодействие проходит во всем объеме.

73

3) Правильный ответ а).

Характерной особенностью катализаторов является их избирательность или специфичность - способность ускорять только конкретную реакцию. Особенно ярко проявляется избирательность у ферментов. Так, фермент, катализирующий гидролиз сахарозы, не катализирует гидролиз крахмала, несмотря на то, что и сахароза, и крахмал - углеводы и в состав их молекул входит фрагмент Д -глюкозы. Разные катализаторы или ферменты контролируют образование разных продуктов из одних и тех же исходных веществ. Так из этилового спирта можно получить до 40 различных веществ. В организме человека действуют свыше 100 разных ферментов. Они образуют сложные ферментные системы, обеспечивающие ряд последовательных и согласованных между собою преобразований. Отсутствие высокой специфичности ферментов привело бы к полному разладу систем организма, распаду всех веществ в клетках.

4) Правильный ответ б).

Исследования показывают, что неорганические катализаторы увеличивают активность при повышении температуры. Большинство из них отлично работает в условиях высокой температуры (100-500°С). Ферменты способны работать в нешироком температурном диапазоне, преимущественно 10-60°С, причем оптимальная температура для них - это приблизительно 40°С. При дальнейшем повышении температуры активность ферментов падает, а при температуре выше 70°С ферменты теряют активность, преимущественно вследствие денатурации белковой структуры.

5) Правильный ответ в).

Ферменты проявляют свою активность в довольно узком диапазоне значений рН. Так, уреаза активна при рН = 6,7, пепсин - при рН = 1,5-2,0, аргиназа - в интервале рН 9,5-9,9. Значительное изменение величины рН, а тем более, изменение среды приведет к инактивации фермента. Влияние реакции среды на активность фермента объясняется зависимостью существования определенной структуры фермента, обеспечивающего его каталитическую активность, от величины рН, поскольку подавляющее большинство ферментов имеет белковую природу.

8. УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ СТУДЕНТОВ НА ЗАНЯТИИ.

8.1.Восстановление перманганата калия в присутствия катализатора.

Налить в пробирку до половины объема раствор серной кислоты (w = 30 %), прибавить три капли раствора КМnO4 (молярная концентрация эквивалента 0,1 моль/л). Раствор перемешать и, если он приобрел розовую окраску, разлить в три пробирки.

В первую пробирку прибавить 1 каплю раствора КNO3, а затем в первую и во вторую пробирки внести по кусочку цинка. Третья пробирка остается для сравнения окраски. Сравнить скорость обесцвечивания раствора в первой и второй пробирках и сделать вывод, указав, какое вещество является катализатором. Составить уравнение реакции по схеме:

Ζn + КМnO4 + Н2SO4 ® ZnSO4 + К2SO4 + MnSO4 + H2O

8.2. Каталитическое восстановление роданида железа (III).

В две пробирки налить по 3 мл раствора KCNS или NH4CNS и по 3 капли раствора FeCl3. Образуется роданид железа (III) по реакции:

3КСNS + FeСl3 = Fe(CNS)3 + 3КСl

74

В одну из пробирок прибавить 2 капли раствора CuSO4, а потом в обе пробирки - по 3 мл раствора тиосульфата натрия. Сравнить скорость обесцвечивания растворов в пробирках и сделать вывод, какое вещество является катализатором и какой это вид катализа.

Составить уравнение реакции по схеме:

Fe(CNS)3 + Na2S2O3 ® Fe(CNS)2 + Na2S4O6 + NaCNS

8.3. Разложение перекиси водорода в присутствия гетерогенного катализатора.

К 2 мл раствора перекиси водорода прибавить небольшое количество порошка РbO2 или МnO2. Наблюдать бурное выделение кислорода.

Написать уравнения реакции каталитического разложения перекиси водорода.

8.4. Автокаталитическое восстановление перманганата калия в кислой среде.

В коническую колбу налить 10 мл раствора щавелевой кислоты Н2С2O4 (w = 5%), 5 мл раствора Н2SO4 (С = 0,1 моль/л). Потом равными порциями (по 0,2-0,5 мл) прибавлять из бюретки, или пипетки разбавленный раствор перманганата калия, определяя время обесцвечивания каждой порции.

Сравнить время обесцвечивания первой порции перманганата калия со следующими и сделать вывод, указав, что является катализатором.

Составить ионное уравнение реакции по схеме:

H2C2O4 + MnO4- + H+ ® CO2 + Mn2+ + H2O

8.5. Оформление протокола лабораторной работы.

В тетради записать необходимые уравнения реакций, сделать выводы по каждому опыту.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. К., Высшая школа, 1986, с. 149-157

2.Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., Высшая школа, 1979, с. 67-70, 73-79.

3.Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975, с. 118-129.

4.Глинка Н.Л. Общая химия. – Ленинград: Химия, 1984.

ЗАНЯТИЕ № 4.

1.ТЕМА. Химическое равновесие. Произведение растворимости.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Жизнедеятельность организмов базируется на протекании большого количества биохимических процессов. Большинство этих реакций являются равновесными, а отдельные стадии сложных процессов - обратимыми реакциями. Например, в соответствии с современной теорией кинетики ферментативных реакций, образование фермент-субстратного комплекса и его разложение на фермент и продукт реакции являются обратимыми процессами. Четкое понимание особенностей равновесия важно для понимание понятия "стационарное состояние открытой системы”, которой является живой организм. Знание теории химического равновесия необходимо для изучения действия в организме человека лекарственных средств и вредных веществ. Представление о химическом равновесии, константе равновесия, влиянии разных факторов на равновесие необходимы студенту-медику для понимания других видов равновесия в биологических системах.

75