Кроме того, для проведения химических реакций необходимо дополнительно подводить энергию в виде пара, высокого давления и т.п. В организме человека естественно такого нет

Поэтому в организме система управления биохимическими процессами создана на других принципах, законах и постулатах и мы это называем уже не химическими процессами, а биохимическими. Отличие биохимических процессов от химических состоит в том, что для их проведения используются специальные катализаторы - ферменты (энзимы), которые и управляют этими процессами.

11. Классификация реакций, применяющиеся в кинетике: реакции гомогенные, гетерогенные и микрогетерогенные, простые и сложные (параллельные, последовательные, сопряженные, цепные). Молекулярность элементарного акта реакции. Кинетические уравнения. Порядок реакции. Период полупревращения.

Микрогетерогенные реакции (посмотреть в методичке)

нулевой порядок реакции наблюдается при разложении твердых веществ,

когда площадь их поверхности практически не изменяется:

2Al(OH)3тв.

Т Al2O3 + 3H2O

V = k×[Al(OH)3]O = k; порядок реакции =0

• первый порядок реакции наблюдается для мономолекулярных реакций,

например, раскрытие цикла:

циклопропан Т пропилен V = k×[C3H6]1; порядок реакции = 1

или дегидрирование этана:

C2H6⇒ C2H4 + H2 V = k×[C2H6]1 порядок реакции = 1

• второй порядок реакции:

2HI ⇒ H2 + I2

V = k×[HI]2, порядок реакции = 2.

H+ + OH- ⇒ H2O

V = k×[H+]1×[OH-]1, суммарный порядок реакции = 2.

• третий порядок реакции характерен для так называемых медленных

реакций и встречается довольно редко:

2NO + O2 ⇒ 2NO2

V = k×[NO]2[O2]1, суммарный порядок реакции = 3.

Во всех вышеприведенных реакциях порядки реакций по компонентам и

общие порядки реакций определяются из кинетического уравнения скорости.

Это свидетельствует о том, что рассмотренные реакции являются

простыми, то есть протекают в одну стадию.

Индикатором порядка реакции может выступать период полупревращения,

а точнее его зависимость от начальной концентрации компонента (с0).

Для реакции первого порядка период полупревращения t1/2 ~ 1/k1, то есть

период полупревращения не зависит от с0. Для реакций второго порядка t1/2 ~1/соk2, третьего порядка t1/2 ~ 1/со² k2.

12. Предмет химической кинетики. Химическая кинетика как основа для изучения скоростей и механизма биохимических процессов. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических реакций. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Теория активных соударений. Понятие о теории переходного состояния.

Важным понятием химической кинетики является скорость химической реакции. Это величина определяет, как изменяется концентрация компонентов реакции с течением времени. Не менее важна и вторая задача, стоящая перед химической кинетикой – изучение механизма химических реакций, то есть детального пути превращения исходных веществ в продукты реакции.

Химическая кинетика является основой для количественной характеристики развития некоторых биохимических, в том числе ферментативных, и других биологических процессов (нормальный и злокачественный рост тканей, развитие лучевого поражения, кинетические критерии оценки эффективности лечения).

Гуморальные механизмы регуляции в организме осуществляются с помощью химических веществ, которые образуются в процессе различных биохимических реакций.

Биохимические процессы в организме основываются на молекулярном строении вещества, атомы которого соединены разными связями. При этом атомы одних веществ несут на себе положительный заряд, другие – отрицательный. При определенных условиях, делающих возможным течение химических реакций, молекулы веществ обмениваются своими составляющими (атомами или ионами). В результате комбинации атомов и молекул образуются тысячи новых химических веществ. При этом может создаться впечатление, что вещества в клетке находятся в относительном покое. Однако молекулы веществ, подобно персонажам какого-нибудь светского бала, перемещаются в заданных направлениях, периодически обмениваясь между собой партнерами. При рассмотрении функционирования клетки и ее составляющих (мембраны, цитоплазмы, органелл, ядра), в том числе генетического аппарата с биохимической точки зрения все происходящие в них процессы сводятся к разрыву одних химических связей и образованию других. Это дает возможность клетке поддерживать свою жизнедеятельность получая энергию, необходимую для поддержания подсистемы жизнеобеспечения, и выполняя специфические функции. Биохимические процессы являются основой обмена веществ – это совокупность процессов утилизации, превращения и выделения веществ и энергии живым организмом. Обмен веществ обеспечивает самосохранение, рост, развитие и самовоспроизведение клеток организма. Конечной целью всех биохимических реакций, протекающих в организме, является выполнение двух основных функций. Первая из них – обеспечение постоянства внутренней среды (гомеостаза), непосредственное поддержание стабильности “подсистемы жизнеобеспечения”. Вторая – выполнение специальных функций, заключающихся в реагировании на определенные внешние воздействия (например, проведение нервного импульса нейроном, выработка гормона, перенос кислорода эритроцитом, сокращение мышечной клетки). Многие реакции могут протекать и без помощи катализатора, но это займет колоссальное время (с учетом времени жизни конкретной клетки). А реакции в клетке идут с такими скоростями, которые недостижимы, при проведении их в пробирке. Здесь работает еще одно изобретение природы – ферменты, о которых мы упоминали, говоря о химическом строении клетки. Ферменты ускоряют протекание биохимических реакций в сотни тысяч или миллионы раз. интенсивность протекания биохимических реакций в клетке варьирует на различных этапах жизненного цикла клетки. Во время деления клетки она минимальна, в период активного функционирования клетки процессы метаболизма и энергетического обмена протекают с максимальной скоростью.

13. Понятие о кинетике сложных реакций: параллельных, последовательных, сопряженных, обратимых, цепных. Особенности кинетики гетерогенных реакций.

14. Обратимые и необратимые по направлению реакции. Понятие о химическом равновесии. Закон действующих масс. Уравнение изобары химической реакции. Смещение химического равновесия при изменении давления, температуры, концентрации. Принцип Ле-Шателье.

С течением времени изменяется скорость прямой и обратной реакций.

е

15. Термодинамические условия равновесия. Взаимосвязь изменения энергии Гиббса и константы химического равновесия. Использование в химии и медицине.

К общим закономерностям жизнедеятельности биологических систем в первую очередь относятся законы термодинамики биологических систем, определяющих основные принципы существования живой материи.

К настоящему времени известно два закона термодинамики биологических систем [ 2, 6 ].

Первый закон определяет принципиальное условие жизнедеятельности материи, заключающейся в том, что она всегда должна находиться в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии (неживая материя всегда находится в неустойчивом неравновесном термодинамическом состоянии).

Это закон сформулирован в следующей редакции [ 2 ]:

«Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях».

Второй закон термодинамики определяет, каким образом живыми системами обеспечивается устойчивость неравновесного термодинамического состояния. В соответствии с этим законом биологические системы обеспечивают устойчивость неравновесного термодинамического состояния путем непрерывных энергетических колебаний в виде циклов синтеза и расщепления АТФ в определенных пределах, совокупность которых на уровнях клеток, органов, систем и целостных организмов формируется в виде биоритмов.

Этот закон формулируется следующим образом [ 6 ]:

Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ соответственно

хорошо известно, что реакции организма на различные воздействия внешней среды всегда определяются его стремлением к гомеостазу

параметры любого организма стремятся к какому-то определенному состоянию, соответствующему окружающей обстановке, для всех очевиден, понятен и безусловен. Поэтому, несмотря на неточность и противоречивость формулировки термина гомеостаз, он стал быстро и широко использоваться в биологических науках. Неточность и противоречивость понятия гомеостаз исходит из его определения. Обычно под гомеостазом понимают «относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма человека, животных и растений»

Фактически же этот термин означает стремление живых организмов к устойчивости неравновесного термодинамического состояния в соответствии с первым и вторым законами термодинамики биологических систем.

16. Катализ и катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Механизм гомогенного и гетерогенного катализа. Основной катализ. Ферменты как биологические катализаторы.