Фрагмент

133. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Особенности биохимических реакций.

Скорость химической реакции зависит от температуры : при повышении температуры скорость реакции  увеличивается, при понижении температуры, скорость реакции как правило, замедляется.

Определит влияние температуры на скорость реакции  в первом приближении позволяет правило Вант-Гоффа. Я.Х. Вант-Гофф на основании множества экспериментов сформулировал следующее правило: При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два — четыре раза.

Уравнение, которое описывает это правило следующее:

Где υ₀ – скорость реакции при начальной температуре,  υ – скорость реакции при  изменении реакции, γ- температурный коэффициент.

Следует помнить, что правило Вант-Гоффа ограниченную область применимости. Ему не подчиняются многие реакции, например реакции, происходящие при высоких температурах, очень быстрые и очень медленные реакции. Правилу Вант-Гоффа также не подчиняются реакции, в которых принимают участие громоздкие молекулы , например белки в биологических системах. Температурную зависимость скорости реакции более корректно описывает уравнение Аррениуса.

k = Ae^–Ea/RT,

где k – константа скорости реакции, А – не зависящая от температуры константа (ее называют предэкспоненциальным множителем), Еа – энергия активации, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

Зависимость скорости реакции от температуры используют ,например, для определения сроков хранения лекарственных препаратов. Для этого лекарственную форму выдерживают при повышенной температуре определенное время , находят количество разложившегося препарата, и пересчитывают его на нормальные условия хранения ( 25⁰С).

Генеральная закономерность воздействия температуры на живые организмы выражается действием ее на скорость обменных процессов. Согласно общему для всех химических реакций правилу Вант-Гоффа, повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции. Разница заключается в том, что в живом организме химические процессы всегда идут с участием сложных ферментных систем, активность которых зависит от температуры. В результате ферментативного катализа возрастает скорость биохимических реакций и количественно меняется ее зависимость от внешней температуры.

Величину температурного ускорения химических реакций удобно выражать коэффициентом Q₁₀ , показывающим, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10⁰С:

Q₁₀ = K _t+10 / K _t

где K _t – скорость реакции при температуре t.

Коэффициент температурного ускорения Q₁₀ , в реакциях живых систем колеблется в довольно широких пределах даже для одних и тех же процессов, протекающих в разных диапазонах температур. Это объясняется тем, что скорость ферментативных реакций не является линейной функцией температуры. Так, у тропических растений при температуре менее 10⁰С коэффициент Q₁₀ приблизительно равен 3, но существенно уменьшается при возрастании температуры выше 25 – 30⁰‘С. У колорадского жука потребление кислорода в диапазоне 10 – 30⁰С характеризуется величиной Q₁₀ = 2,46, а при температуре 20 – 30⁰С Q₁₀ = 1,8. Зависимость метаболизма рыб и многих других водных животных от температуры выражается в изменении величины Q₁₀ от 10,9 до 2,2 в диапазоне температур от 0 до 30⁰С.

В одном и том же организме величина температурного ускорения биохимических реакций неодинакова для различных процессов.