Химическая кинетика

Лекция №3. Химическая кинетика

Химическая кинетика

Раздел химии, изучающий скорость протекания и механизм химической реакции, называется химической кинетикой.

В организме человека химические превращения совершаются с различной скоростью. Скорости биохимических реакций сбалансированы. Это позволяют организму регулировать метаболизм и поддерживать состояние гомеостаза. Изменение скорости какой–либо реакции, обусловленное воздействием факторов окружающей среды или особенностями развития организма, может быть причиной развития патологии. Изменение скоростей реакции при воздействии неблагоприятных факторов лежит в основе защитной и компенсаторной функций организма. Корректировка биохимических процессов также связана в большинстве случаев с регуляцией скоростей биохимических реакций. Фармакотерапевтические методы лечения основаны на введении веществ, изменяющих условия протекания биохимических реакций и влияющих на их скорость. Теоретические положения химической кинетики лежат в основе фармакокинетики, которая рассматривает скорость, механизм действия и превращения лекарственных веществ в организме.

Основные понятия и терминология

Различают следующие виды химических реакций.

Гомогенные реакции – это реакции, протекающие в одной фазе (жидкой или газообразной), когда между реагирующими веществами нет границы раздела фаз. Например:

H2(г) + J2(г) = 2HJ (г) ;

AgNO3(р) + KJ(р) = AgJ(т) + KNO3(р) .

Гетерогенные реакции протекают на поверхности раздела фаз. Например:

Zn(т) + 2HCl(р) = H2(г) + ZnCl2(р).

Для реакций, протекающих в живом организме, не всегда просто решить, к какому типу она относится. Например, реакция образования оксигемоглобина ННвO2 из гемоглобина HНв и кислорода, поступающего в легкие в газообразном состоянии:

ННв(р) + O2(р) = ННвO2(р).

Эта реакция гомогенная, так как и гемоглобин, и кислород находятся в одной и той же клеточной жидкости эритроцитов в растворенном состоянии.

Многие биохимические превращения протекают внутри биологических мембран или на их поверхности. Например, отдельные стадии биоокисления глюкозы связаны с мембранами клеточных органелл – митохондрий. Реакция является гомогенной или гетерогенной в зависимости от того, к какой фазе относятся мембраны.

Необратимые реакции – это реакции, идущие в одном направлении.

Обратимые реакции идут и в прямом, и в обратном направлении.

Простые реакции – это реакции, протекающие в одну стадию.

Сложные реакции протекают в несколько стадий, каждая из которых является простой.

Большинство биохимических реакций являются сложным. Например, окисление глюкозы кислородом в процессе клеточного дыхания. В этом процессе углекислый газ и вода образуются из глюкозы и кислорода в результате более двух десятков простых реакций.

Сложные реакции подразделяются на:

1.     Последовательные – это реакции, протекающие через ряд промежуточных стадий: А→В→С→D→…

Общая скорость определяется наиболее медленной стадией, которая называется лимитирующей.

Почти все процессы метаболизма являются последовательными реакциями, например, гидролиз гликогена. Он протекает путем последовательного отщепления от исходной молекулы гликогена по одному остатку глюкозы.

Частный случай последовательных реакций – это цепные радикальные реакции. Они протекают по цепному механизму с участием радикалов.

В организме человека свободные радикалы возникают при обменных процессах, например, в процессе пероксидного окисления липидов биомембран.