مقالات

7.3: المعادلة الكيميائية


أهداف التعلم

  • حدد المواد المتفاعلة والمنتجات في أي تفاعل كيميائي.
  • تحويل المعادلات الكلامية إلى معادلات كيميائية.
  • استخدم الرموز الشائعة ، ( left (s right) ) ، ( left (l right) ) ، ( left (g right) ) ، ( left (aq right) ) و ( rightarrow ) بشكل مناسب عند كتابة تفاعل كيميائي.

في التغيير الكيميائي ، تتشكل مواد جديدة. من أجل حدوث ذلك ، تنكسر الروابط الكيميائية للمواد ، وتنفصل الذرات التي تتكون منها وتعيد ترتيب نفسها إلى مواد جديدة ذات روابط كيميائية جديدة. عندما تحدث هذه العملية ، نسميها تفاعل كيميائي. أ تفاعل كيميائي هي العملية التي يتم فيها تغيير مادة واحدة أو أكثر إلى مادة جديدة أو أكثر.

المتفاعلات والمنتجات

لوصف تفاعل كيميائي ، نحتاج إلى الإشارة إلى المواد الموجودة في البداية والمواد الموجودة في النهاية. يتم استدعاء المواد الموجودة في البداية المتفاعلات والمواد الموجودة في النهاية تسمى منتجات.

في بعض الأحيان ، عندما يتم وضع المواد المتفاعلة في وعاء التفاعل ، يحدث تفاعل لإنتاج المنتجات. المواد المتفاعلة هي مواد البداية ، أي كل ما لدينا كمكونات أولية. المنتجات هي فقط - ما يتم إنتاجه - أو نتيجة لما يحدث للمواد المتفاعلة عندما نجمعها معًا في وعاء التفاعل. إذا فكرنا في خبز كعكات رقائق الشوكولاتة ، فإن المواد المتفاعلة لدينا ستكون الدقيق والزبدة والسكر والفانيليا وصودا الخبز والملح والبيض ورقائق الشوكولاتة. ماذا ستكون المنتجات؟ بسكويت! سيكون وعاء التفاعل هو وعاء الخلط الخاص بنا.

[ underbrace { text {Flour} + text {Butter} + text {Sugar} + text {Vanilla} + text {Baking Soda} + text {Eggs} + text {Chocolate Chips}} _ { text {Ingredients = Reactants}} rightarrow underbrace { text {Cookies}} _ { text {Product}} nonumber ]

كتابة المعادلات الكيميائية

عند إضافة ثاني أكسيد الكبريت إلى الأكسجين ، يتم إنتاج ثالث أكسيد الكبريت. ثاني أكسيد الكبريت والأكسجين ، ( ce {SO_2} + ce {O_2} ) ، عبارة عن مواد متفاعلة وثالث أكسيد الكبريت ، ( ce {SO_3} ) ، هو المنتج.

[ underbrace { ce {2 SO2 (g) + O2 (g)}} _ { text {Reactants}} rightarrow underbrace { ce {2SO3 (g)}} _ { text {Products}} لا يوجد رقم]

في التفاعلات الكيميائية ، توجد المواد المتفاعلة قبل الرمز " ( rightarrow )" وتوجد المنتجات بعد الرمز " ( rightarrow )". المعادلة العامة للتفاعل هي:

[ text {Reactants} rightarrow text {Products} nonumber ]

هناك بعض الرموز الخاصة التي نحتاج إلى معرفتها من أجل "التحدث" باختصار كيميائي. يوجد في الجدول أدناه ملخص للرموز الرئيسية المستخدمة في المعادلات الكيميائية. يعرض الجدول ( PageIndex {1} ) قائمة بالرموز المستخدمة في المعادلات الكيميائية.

الجدول ( PageIndex {1} ): الرموز المستخدمة في المعادلات الكيميائية
رمزوصفرمزوصف
(+)تستخدم لفصل المواد المتفاعلة أو المنتجات المتعددة ( يسار (ق يمين) )المتفاعل أو المنتج في الحالة الصلبة
(السهم الأيمن)علامة العائد يفصل المتفاعلات من المنتجات ( يسار (ل يمين) )المتفاعل أو المنتج في الحالة السائلة
( rightleftharpoons )يستبدل علامة العائد للتفاعلات العكسية التي تصل إلى التوازن ( يسار (ز يمين) )المتفاعل أو المنتج في حالة الغاز
( ظرف { ce {Pt}} { rightarrow} )تُستخدم الصيغة المكتوبة فوق السهم كعامل مساعد في التفاعل ( يسار (عبد القدير يمين) )مادة متفاعلة أو منتج في محلول مائي (مذاب في الماء)
( overet { Delta} { rightarrow} )يشير المثلث إلى أن التفاعل يتم تسخينه

للكيميائيين اختيار طرق لوصف تفاعل كيميائي.

1. يمكنهم رسم صورة للتفاعل الكيميائي.

2. يمكنهم كتابة معادلة كلمة للتفاعل الكيميائي:
"يتفاعل جزيئين من غاز الهيدروجين مع جزيء واحد من غاز الأكسجين لإنتاج جزيئين من بخار الماء."

3. يمكنهم كتابة المعادلة باختصار كيميائي.

[2 ce {H_2} left (g right) + ce {O_2} left (g right) rightarrow 2 ce {H_2O} left (g right) ]

في المعادلة الرمزية ، تُستخدم الصيغ الكيميائية بدلاً من الأسماء الكيميائية للمواد المتفاعلة والمنتجات ، بينما تُستخدم الرموز للإشارة إلى مرحلة كل مادة. يجب أن يكون واضحًا أن طريقة الاختزال الكيميائي هي أسرع وأوضح طريقة لكتابة المعادلات الكيميائية.

يمكننا أن نكتب أن محلولًا مائيًا من نترات الكالسيوم يضاف إلى محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم لإنتاج هيدروكسيد الكالسيوم الصلب ومحلول مائي من نترات الصوديوم. أو باختصار يمكننا أن نكتب:

[ ce {Ca (NO_3) _2} left (aq right) + 2 ce {NaOH} left (aq right) rightarrow ce {Ca (OH) _2} left (s right) + 2 ce {NaNO_3} يسار (aq يمين) ]

ما مدى سهولة قراءة ذلك؟ دعونا نجربها في الاتجاه المعاكس. انظر إلى رد الفعل التالي باختصار واكتب معادلة كلمة للتفاعل:

[ ce {Cu} left (s right) + ce {AgNO_3} left (aq right) rightarrow ce {Cu (NO_3) _2} left (aq right) + ce {Ag } يسار (s يمين) ]

قد تقرأ معادلة الكلمة لهذا التفاعل شيئًا مثل "يتفاعل النحاس الصلب مع محلول مائي من نترات الفضة لإنتاج محلول من نترات النحاس (II) مع الفضة الصلبة".

لتحويل المعادلات الكلامية إلى معادلات رمزية ، نحتاج إلى اتباع الخطوات المحددة:

  1. حدد المواد المتفاعلة والمنتجات. سيساعدك هذا في معرفة الرموز التي تظهر على كل جانب من السهم وأين تذهب علامات (+ ).
  2. اكتب الصيغ الصحيحة لجميع المركبات. سوف تحتاج إلى استخدام القواعد التي تعلمتها في الفصل 5 (بما في ذلك جعل جميع المركبات الأيونية متوازنة).
  3. اكتب الصيغ الصحيحة لجميع العناصر. عادة ما يتم إعطاء هذا مباشرة من الجدول الدوري. ومع ذلك ، هناك سبعة عناصر تعتبر ثنائية الذرة ، مما يعني أنها توجد دائمًا في أزواج في الطبيعة. وهي تشمل تلك العناصر المدرجة في الجدول.
جدول ( PageIndex {1} ): العناصر ثنائية الذرة
اسم العنصرهيدروجيننتروجينالأكسجينالفلورالكلورالبروماليود
معادلة (H_2 ) (N_2 ) (O_2 ) (F_2 ) (Cl_2 ) (Br_2 ) (أنا_2 )

مثال ( PageIndex {1} )

انقل المعادلات الرمزية التالية إلى معادلات كلامية أو معادلات كلامية إلى معادلات رمزية.

  1. ( ce {HCl} left (aq right) + ce {NaOH} left (aq right) rightarrow ce {NaCl} left (aq right) + ce {H_2O} left ( ل حق) )
  2. يحترق البروبان الغازي ( ce {C_3H_8} ) في غاز الأكسجين لينتج ثاني أكسيد الكربون الغازي والماء السائل.
  3. يتفاعل غاز فلوريد الهيدروجين مع محلول مائي من كربونات البوتاسيوم لإنتاج محلول مائي من فلوريد البوتاسيوم والماء السائل وثاني أكسيد الكربون الغازي.

حل

أ. يتفاعل محلول مائي من حمض الهيدروكلوريك مع محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم لإنتاج محلول مائي من كلوريد الصوديوم والماء السائل.

ب. المتفاعلات: البروبان ( ( ce {C_3H_8} )) والأكسجين ( ( ce {O_2} ))

المنتج: ثاني أكسيد الكربون ( ( ce {CO_2} )) والماء ( ( ce {H_2O} ))

[ ce {C_3H_8} left (g right) + ce {O_2} left (g right) rightarrow ce {CO_2} left (g right) + ce {H_2O} left ( l right) nonumber ]

ج. المتفاعلات: فلوريد الهيدروجين وكربونات البوتاسيوم

المنتجات: فلوريد البوتاسيوم والماء وثاني أكسيد الكربون

[ ce {HF} left (g right) + ce {K_2CO_3} left (aq right) rightarrow ce {KF} left (aq right) + ce {H_2O} left ( l right) + ce {CO_2} left (g right) nonumber ]

تمرين ( PageIndex {1} )

انقل المعادلات الرمزية التالية إلى معادلات كلامية أو معادلات كلامية إلى معادلات رمزية.

  1. يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز النيتروجين لإنتاج الأمونيا الغازية.
  2. ( ce {HCl} left (aq right) + ce {LiOH} left (aq right) rightarrow ce {NaCl} left (aq right) + ce {H_2O} left ( ل حق) )
  3. يتم تسخين معدن النحاس بغاز الأكسجين لإنتاج أكسيد النحاس الصلب (II).
الإجابة أ
(H_2 (g) + N_2 (g) rightarrow NH_3 (g) )
الجواب ب
يتفاعل محلول مائي من حمض الهيدروكلوريك مع محلول مائي من هيدروكسيد الليثيوم لإنتاج محلول مائي من كلوريد الليثيوم والماء السائل.
الجواب ج
(Cu (s) + O_2 (g) rightarrow CuO (s) )

ملخص

  • التفاعل الكيميائي هو العملية التي يتم من خلالها تحويل مادة أو أكثر إلى مادة جديدة أو أكثر.
  • يتم تمثيل التفاعلات الكيميائية بواسطة المعادلات الكيميائية.
  • تحتوي المعادلات الكيميائية على متفاعلات على اليسار ، وسهم يُقرأ على أنه "ينتج" والمنتجات على اليمين.

المساهمات والسمات


حمض ديكاربوكسيليك

أ حمض ديكاربوكسيليك هو مركب عضوي يحتوي على مجموعتين وظيفيتين كربوكسيل (−COOH). يمكن كتابة الصيغة الجزيئية العامة للأحماض ثنائية الكربوكسيل كـ H O2C − R − CO2H ، حيث يمكن أن يكون R أليفاتيًا أو عطريًا. بشكل عام ، تُظهر الأحماض ثنائية الكربوكسيل سلوكًا كيميائيًا وتفاعلًا مشابهًا للأحماض أحادية الكربوكسيل. تستخدم الأحماض ثنائية الكربوكسيل أيضًا في تحضير البوليمرات المشتركة مثل البولي أميد والبوليستر. حمض ثنائي الكربوكسيل الأكثر استخدامًا في الصناعة هو حمض الأديبيك ، وهو مادة سليفة تستخدم في إنتاج النايلون. تشمل الأمثلة الأخرى للأحماض ثنائية الكربوكسيل حمض الأسبارتيك وحمض الجلوتاميك ، وهما من الأحماض الأمينية في جسم الإنسان. يمكن اختصار الاسم إلى حمضي.


ما هي المعادلة الكيميائية للتنفس الخلوي؟

المعادلة الكيميائية العامة (غير المتوازنة) للتنفس الخلوي هي:

# "C" _6 "H" _12 "O" _6 + "O" _2 → "CO" _2 + "H" _2 "O" + "طاقة" #

تفسير:

# "C" _6 "H" _12 "O" _6 + "6O" _2 → "6CO" _2 + "6H" _2 "O" + "energy" #

المعادلة المعبر عنها بالكلمات ستكون:

# "جلوكوز + أكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + ماء + طاقة" #

تتم صياغة المعادلة من خلال الجمع بين العمليات الثلاث التالية في معادلة واحدة:

تحلل السكر - تفكك شكل جزيء الجلوكوز إلى جزئين من ثلاثة كربون أي البيروفات (حمض البيروفيك).

ال دورة حمض الكربوكسيل أو دورة كريبس - يتم تفكيك قطع الكربون الثلاثة شيئًا فشيئًا لتحرير الطاقة المخزنة في تلك الروابط التساهمية. هذا هو المكان الذي يتكون فيه معظم # "CO" _2 #.

ال سلسلة نقل الإلكترون و الفسفرة التأكسدية - يتطلب هذا التسلسل # "O" _2 # وينتج معظم الطاقة. تأتي هذه الطاقة على شكل # "ATP" # أو أدينين ثلاثي الفوسفات.

# C_6H_12O_6 # + 6 # O_2 # - & gt 6 # CO_2 # + 6 # H_2O # + ATP

تفسير:

من المهم معرفة أن المعادلة المذكورة أعلاه هي معادلة موجزة. تتضمن عملية التنفس الخلوي العديد من الخطوات (التفاعلات) المختلفة لتحطيم الجلوكوز باستخدام الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة في شكل ATP.

ال 6 كربون الذرات الموجودة في جزيء الجلوكوز تجعل من الممكن تكوينها 6 ـ ثاني أكسيد الكربون الجزيئات.

ال 12 هيدروجين الذرات في الجلوكوز تجعل من الممكن تشكيل 6 ماء الجزيئات.

لتحقيق التوازن بين ذرات الأكسجين للجانب المتفاعل ، تحتاج إلى حساب 6 ذرات من الجلوكوز. من أجل تكوين 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون و 6 جزيئات من الماء ، سيكون لديك إجمالي 18 ذرة أكسجين على جانب المنتج (6 * 2) + (6 * 1) = 18. من أجل الحصول على 18 ذرة أكسجين في الجانب المتفاعل ، تحتاج إلى 12 ذرة أكسجين إضافية من الأكسجين # O_2 # لموازنة الأرقام.

ستنتج عملية التنفس الخلوي 36 جزيء ATP في حقيقيات النوى (نباتي / حيواني وما إلى ذلك) لكل جزيء جلوكوز واحد. ستنتج العملية 38 جزيء ATP لكل جلوكوز في بدائيات النوى (البكتيريا).

السبب الذي يجعل حقيقيات النوى تنتج كمية أصغر من ATP هو أنها تحتاج إلى استخدام الطاقة لتحريك البيروفات (من تحلل السكر) اللازم لدورة كريبس إلى الميتوكوندريا.

يقدم هذا الفيديو مراجعة سريعة للتنفس ويناقش المختبر الذي يختبر كيف يمكن لدرجة الحرارة أن تغير معدل التنفس في الخميرة. تتم العملية بسرعة أكبر في الظروف الدافئة بسبب زيادة حركة الجزيئات.

يقدم هذا الفيديو مناقشة أكثر تفصيلاً لموضوع التنفس الخلوي.


كيف تعمل حاسبة الببتيد؟

آلة حاسبة الببتيد هي واحدة من أكثر الأدوات المفيدة لكيميائي الببتيد لحساب الوزن الجزيئي للببتيد وأكثر من ذلك. باستخدام آلة حاسبة الببتيد وسهولة استخدامها ، يمكن لعلماء الببتيد الوصول إلى آلة حاسبة للوزن الجزيئي للببتيد وآلة حاسبة للأحماض الأمينية ، والنقطة الكهربية ، وحاسبة شحنة الببتيد الصافية عند درجة الحموضة المحايدة ، ومتوسط ​​قابلية الماء ، والنسبة المئوية للأحماض الأمينية المحبة للماء ، و مؤامرة الشحنة الصافية مقابل الرقم الهيدروجيني وآلة حاسبة كارهة للماء معروضة في قطعة أرض.

لحساب الميزات المختلفة للببتيد ، ستطبق حاسبة الببتيد الصيغ الموضحة أدناه:

بالنسبة لآلة حساب الوزن الجزيئي للببتيد وحاسبة الوزن الجزيئي للأحماض الأمينية ، يتم تطبيق الصيغة التالية:

م: الوزن الجزيئي لتسلسل الأحماض الأمينية

مينيسوتا: الوزن الجزيئي للنهاية N.

مولودية: الوزن الجزيئي للنهاية C

ني: عدد بقايا الأحماض الأمينية

مي: الوزن الجزيئي لبقايا الأحماض الأمينية

بالنسبة إلى حاسبة الأحماض الأمينية ذات الوزن الجزيئي ، يمكنك إدخال الرمز المكون من حرف واحد أو ثلاثة أحرف للحمض الأميني المطلوب ، وستوفر الأداة القيمة بنفس الطريقة التي تحسب بها الوزن الجزيئي للببتيد.

تعتمد حاسبة الشحن الصافي للببتيد عند درجة حموضة معينة على الصيغة أدناه:

ض: صافي شحنة تسلسل الببتيد

ني: عدد بقايا الأرجينين والليسين والهيستيدين والنهاية N

pKai ، pKa: قيم الطرف N ومخلفات الأرجينين والليسين والهيستيدين

نيوجيرسي: عدد بقايا حمض الأسبارتيك وحمض الجلوتاميك والسيستين والتيروزين والطرف C

pKaj ، pKa: قيم الطرف C وحمض الأسبارتيك وحمض الجلوتاميك ومخلفات السيستين والتيروزين

الرقم الهيدروجيني: قيمه الحامضيه

قيم pKa للسيستين (pKa = 8.33) ، حمض الأسبارتيك (pKa = 3.86) ، حمض الجلوتاميك (pKa = 4.25) ، الهيستيدين (pKa = 6.0) ، ليسين (pKa = 10.53) ، أرجينين (pKa = 12.48) ، التيروزين ( pKa = 10.07) ، N-terminal (pKa = 9.69) و C-terminal (pKa = 2.34) تستند إلى مبادئ الكيمياء الحيوية ، Lehninger (1982).

توفر آلة حاسبة النقطة المتساوية درجة الحموضة التي تكون عندها صافي شحنة الببتيد صفرًا. يتم حساب النقطة المتساوية الكهربية بالتقريب (الدقة ± 0.01).

يعتمد حساب متوسط ​​ألفة الماء للببتيد على بيانات من Hopp & ampWoods. يشار إلى قيمة المحبة للماء لكل حمض أميني في تسلسل الببتيد في رسم بياني شريطي. تم الإبلاغ عن نسبة المخلفات المحبة للماء إلى العدد الإجمالي للأحماض الأمينية في٪.

لمزيد من المعلومات حول آلة حاسبة الببتيد ، يرجى قراءة وثيقة التفاصيل الخاصة بنا.


البرنامج التعليمي للحلول الحمضية ، الأساسية ، المحايدة

من فضلك لا تمنع الإعلانات على هذا الموقع.
لا توجد إعلانات = لا توجد أموال لنا = لا توجد أشياء مجانية لك!

تقرير ما إذا كان الحل محايدًا

يكون المحلول متعادلًا إذا كان تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول هو نفس تركيز أيونات الهيدروكسيد في المحلول.

حامضيتمركز
اسم
معادلة
حامض الهيدروكلوريك
حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير)
هيدروكسيد الصوديوم
هيدروكسيد الصوديوم(عبد القدير)
مولات كل
= التركيز (مول L -1) وحجم مرات (L)
0.02 مرات 0.050
= 0.0010 مول
0.04 مرات 0.025
= 0.0010 مول
الخضوع ل حامض قوي قاعدة قوية
معادلة التفكك حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير) & rarr H + (عبد القدير) + Cl - (عبد القدير) هيدروكسيد الصوديوم(عبد القدير) & rarr Na + (عبد القدير) + أوه - (عبد القدير)
الشامات H + و OH - مولات H + = مولات حمض الهيدروكلوريك
= 0.0010 مول
المولات OH - = المولات هيدروكسيد الصوديوم
= 0.0010 مول
بافتراض عدم حدوث رد فعل:
تركيزات المحلول النهائي
= الشامات وقسمة الحجم الكلي (L)
[H + (عبد القدير)]
= 0.0010 & قسمة (0.050 + 0.025)
= 0.013 مول L -1
[أوه - (عبد القدير)]
= 0.0010 & قسمة (0.050 + 0.025)
= 0.013 مول L -1
قارن [H + (عبد القدير)]
و [أوه - (عبد القدير)] في الحل النهائي
[H + (عبد القدير)] = [أوه - (عبد القدير)]
قرر ما إذا كان الحل النهائي محايدًا الحل النهائي محايد لأن [H + (عبد القدير)] = [أوه - (عبد القدير)]
محلول حمضي مائيمحلول أساسي مائي
درجة الحموضة عند 25 درجة مئوية 2.0 12.0
حساب التركيزات ذات الصلة للمحلول الحمضي والمحلول الأساسي [H + (عبد القدير)] = 10 -pH
= 10 -2.0 = 0.010 مول L -1
[أوه - (عبد القدير)] = 10 (14 درجة حموضة)
= 10 - (14-12) = 0.010 مول لتر -1
حساب الشامات ذات الصلة لكل حل
المولات = التركيز وحجم الوقت
الشامات (H + (عبد القدير)) = 0.010 مرات 1
= 0.010 مول
الشامات (OH - (عبد القدير)) = 0.010 مرات 1
= 0.010 مول
بافتراض عدم حدوث رد فعل:
تركيزات في المحلول النهائي
= المولات وقسمة الحجم الكلي
[H + (عبد القدير)] = 0.010/(1 + 1)
= 0.005 مول لتر -1
[أوه - (عبد القدير)] = 0.010/(1 + 1)
= 0.005 مول لتر -1
قارن التركيزات [H + (عبد القدير)] = [أوه - (عبد القدير)]
قرر ما إذا كان الحل النهائي سيكون محايدًا الحل محايد لأن [H + (عبد القدير)] = [أوه - (عبد القدير)]

تحديد ما إذا كان المحلول حمضيًا

يكون المحلول حامضيًا إذا كان تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول أكبر من تركيز أيونات الهيدروكسيد في المحلول.

حامضيتمركز
اسم
معادلة
حامض الهيدروكلوريك
حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير)
هيدروكسيد الصوديوم
هيدروكسيد الصوديوم(عبد القدير)
مولات كل
= التركيز (مول / لتر) وحجم مرات (لتر)
0.20 × 0.100
= 0.020 مول
0.04 مرات 0.025
= 0.0010 مول
الخضوع ل حامض قوي قاعدة قوية
معادلة التفكك حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير) & rarr H + (عبد القدير) + Cl - (عبد القدير) هيدروكسيد الصوديوم(عبد القدير) & rarr Na + (عبد القدير) + أوه - (عبد القدير)
الشامات H + و OH - مولات H + = مولات حمض الهيدروكلوريك
= 0.020 مول
المولات OH - = المولات هيدروكسيد الصوديوم
= 0.0010 مول
بافتراض عدم حدوث رد فعل:
تركيزات المحلول النهائي
= الشامات وقسمة الحجم الكلي (L)
[H + (عبد القدير)]
= 0.020 & قسمة (0.100 + 0.025)
= 0.016 مول L -1
[أوه - (عبد القدير)]
= 0.0010 & قسمة (0.100 + 0.025)
= 0.008 مول لتر -1
قارن [H + (عبد القدير)]
و [أوه - (عبد القدير)] في الحل النهائي
[H + (عبد القدير)] & gt [أوه - (عبد القدير)]
قرر ما إذا كان المحلول النهائي حمضيًا المحلول النهائي حمضي لأن [H + (عبد القدير)] & gt [أوه - (عبد القدير)]
محلول حمضي مائيمحلول أساسي مائي
درجة الحموضة عند 25 درجة مئوية 3.0 9.0
حساب التركيزات ذات الصلة للمحلول الحمضي والمحلول الأساسي [H + (عبد القدير)] = 10 -pH
= 10 -3.0 = 0.0010 مول لتر -1
[أوه - (عبد القدير)] = 10 (14 درجة حموضة)
= 10 - (14-9) = 0.000010 مول لتر -1
حساب الشامات ذات الصلة لكل حل
= التركيز وحجم الأوقات (L)
مول (H + (عبد القدير)) = 0.0010 مرات 2
= 0.0020 مول
مول (OH - (عبد القدير)) = 0.000010 مرات 2
= 0.000020 مول
بافتراض عدم حدوث رد فعل:
حساب التركيزات النهائية
= المولات وقسمة الحجم الكلي
[H + (عبد القدير)] = 0.0020/(2 + 2)
= 0.0005 مول L -1
[أوه - (عبد القدير)] = 0.000020/(2 + 2)
= 0.000005 مول لتر -1
قارن التركيزات [H + (عبد القدير)] & gt [أوه - (عبد القدير)]
قرر ما إذا كان المحلول النهائي سيكون حامضيًا المحلول حامضي لأن [H + (عبد القدير)] & gt [أوه - (عبد القدير)]

تحديد ما إذا كان الحل أساسيًا

يكون المحلول أساسيًا إذا كان تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول أقل من تركيز أيونات الهيدروكسيد في المحلول:

حامضيتمركز
اسم
معادلة
حامض الهيدروكلوريك
حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير)
هيدروكسيد الصوديوم
هيدروكسيد الصوديوم(عبد القدير)
مولات كل
= التركيز (مول / لتر) وحجم مرات (لتر)
0.20 × 0.100
= 0.020 مول
0.09 مرات 0.250
= 0.0225 مول
الخضوع ل حامض قوي قاعدة قوية
معادلة التفكك حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير) & rarr H + (عبد القدير) + Cl - (عبد القدير) هيدروكسيد الصوديوم(عبد القدير) & rarr Na + (عبد القدير) + أوه - (عبد القدير)
الشامات H + و OH - مولات H + = مولات حمض الهيدروكلوريك
= 0.020 مول
المولات OH - = المولات هيدروكسيد الصوديوم
= 0.0225 مول
بافتراض عدم حدوث رد فعل:
تركيزات في المحلول النهائي
= الشامات وقسمة الحجم الكلي (L)
[H + (عبد القدير)]
= 0.020 & قسمة (0.100 + 0.250)
= 0.057 مول لتر -1
[أوه - (عبد القدير)]
= 0.0225 & قسمة (0.100 + 0.250)
= 0.064 مول L -1
قارن [H + (عبد القدير)]
و [أوه - (عبد القدير)] في الحل النهائي
[H + (عبد القدير)] & lt [أوه - (عبد القدير)]
قرر ما إذا كان الحل النهائي أساسيًا الحل النهائي أساسي لأن [H + (عبد القدير)] & lt [أوه - (عبد القدير)]
محلول حمضي مائيمحلول أساسي مائي
درجة الحموضة عند 25 درجة مئوية 3.0 13.0
حساب التركيزات ذات الصلة
لكل حل
[H + (عبد القدير)] = 10 -pH
= 10 -3.0 = 0.0010 مول لتر -1
[أوه - (عبد القدير)] = 10 (14 درجة حموضة)
= 10 - (14-13) = 0.10 مول لتر -1
حساب الشامات ذات الصلة
= التركيز وحجم الأوقات (L)
الشامات (H + (عبد القدير)) = 0.0010 × 0.5
= 0.0005 مول
الشامات (OH - (عبد القدير)) = 0.10 × 0.5
= 0.05 مول
بافتراض عدم حدوث رد فعل:
تركيزات في المحلول النهائي
= المولات وقسمة الحجم الكلي
[H + (عبد القدير)] = 0.0005/(0.5+0.5)
= 0.0005 مول L -1
[أوه - (عبد القدير)] = 0.05/(0.5+0 .5)
= 0.05 مول L -1
قارن التركيزات [H + (عبد القدير)] & lt [أوه - (عبد القدير)]
قرر ما إذا كان الحل النهائي سيكون أساسيًا الحل أساسي لأن [H + (عبد القدير)] & lt [أوه - (عبد القدير)]

أمثلة مع الحلول العملية

السؤال 1. من المعروف أن المحلول يحتوي على 1.23 × 10 -3 مول لتر -1 أيونات الهيدروجين و 1.23 × 10-4 مول لتر -1 أيونات هيدروكسيد.
هل المحلول حمضي أم قاعدي أم متعادل؟

السؤال 2. عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ، يضاف 10 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي إلى 100 مل من محلول حمض الإيثانويك المائي (أسيتيك).
الرقم الهيدروجيني للحل الناتج هو 3.4.
هل المحلول حمضي أم قاعدي أم متعادل؟

السؤال 3. يضاف 0.15 جم من هيدروكسيد الصوديوم الصلب إلى 0.025 لتر من 0.020 مول L -1 حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير).
هل المحلول الناتج حمضي أم أساسي أم متعادل؟

السؤال 4. 28.0 مل من 0.012 مول لتر -1 حمض الهيدروكلوريك(عبد القدير) يضاف إلى 22.0 مل من 0.015 مول L -1 هيدروكسيد الصوديوم(عبد القدير).
هل المحلول الناتج حمضي أم أساسي أم متعادل؟

1. نظرًا لأننا نستخدم تعريف Arrhenius للأحماض والقواعد والتحييد ، فمن المقبول تمامًا استخدام H + (أو H + (عبد القدير)) لتمثيل أيون الهيدروجين.

2. إذا كان المحلول مائيًا ، فيمكننا استخدام المصطلحات القلوية بدلاً من القاعدية والقلوية بدلاً من الأساسية.


CH103: كيمياء الصحة المساعدة

تم نشر هذا النص بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. للإشارة إلى هذا العمل ، الرجاء النقر هنا .

7.1 ما هو التمثيل الغذائي؟

7.2 الأنواع الشائعة للتفاعلات البيولوجية

7.3 تفاعلات الأكسدة والاختزال وإنتاج ATP

7.4 رد الفعل العفوية

7.5 التفاعلات بوساطة الإنزيم

7.6 مقدمة في علم الأدوية

7.7 ملخص الفصل

7.8 المراجع

7.1 ما هو التمثيل الغذائي؟

التمثيل الغذائي هي مجموعة التفاعلات الكيميائية التي تحافظ على الحياة في الكائنات الحية. لقد رأينا أمثلة على عمليات التمثيل الغذائي في المستقلبات الأولية والثانوية المشمولة في الفصل 6. وعمومًا ، فإن الأغراض الرئيسية الثلاثة لعملية التمثيل الغذائي هي: (1) تحويل الغذاء إلى طاقة لتشغيل العمليات الخلوية (2) تحويل الغذاء / الوقود لبنات البناء للبروتينات والدهون والأحماض النووية والكربوهيدرات و (3) التخلص من النفايات. تسمح هذه التفاعلات المحفزة بالإنزيم للكائنات بالنمو والتكاثر ، والحفاظ على هياكلها ، والاستجابة لبيئاتها. (يمكن أن تشير كلمة التمثيل الغذائي أيضًا إلى مجموع جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية ، بما في ذلك الهضم ونقل المواد داخل الخلايا المختلفة وفيما بينها ، وفي هذه الحالة تسمى مجموعة التفاعلات الموضحة أعلاه داخل الخلايا التمثيل الغذائي الوسيط. )

يمكن تصنيف التفاعلات الأيضية على أنها الهدم& # 8211 ال انهيار من المركبات (على سبيل المثال ، تكسير البروتينات إلى أحماض أمينية أثناء الهضم) أو الابتنائية & # 8211 ال ينشئ (تخليق) المركبات (مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية). عادةً ما يطلق الهدم الطاقة ، ويستهلك التمثيل الغذائي الطاقة.

الشكل 7.1 التفاعلات التقويضية والابتنائية. تتضمن التفاعلات التقويضية تكسير الجزيئات إلى مكونات أصغر ، في حين أن التفاعلات الابتنائية تبني جزيئات أكبر من جزيئات أصغر. عادةً ما تطلق التفاعلات التقويضية الطاقة بينما تتطلب عمليات الابتنائية الطاقة عادةً.

يتم تنظيم التفاعلات الكيميائية لعملية التمثيل الغذائي في مسارات التمثيل الغذائي ، حيث يتم تحويل مادة كيميائية واحدة من خلال سلسلة من الخطوات إلى مادة كيميائية أخرى ، يتم تسهيل كل خطوة بواسطة إنزيم معين. تعتبر الإنزيمات ضرورية لعملية التمثيل الغذائي لأن الإنزيمات تعمل كمحفزات & # 8211 تسمح للتفاعل بالمضي قدمًا بسرعة أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توفر الإنزيمات آلية للخلايا لتنظيم معدل التفاعل الأيضي استجابة للتغيرات في بيئة الخلية أو للإشارات من الخلايا الأخرى ، من خلال تنشيط أو تثبيط نشاط الإنزيمات. يمكن أن تسمح الإنزيمات أيضًا للكائنات الحية بتوجيه التفاعلات المرغوبة التي تتطلب طاقة لن تحدث من تلقاء نفسها ، عن طريق اقترانها بتفاعلات عفوية تطلق الطاقة. شكل الإنزيم أمر بالغ الأهمية لوظيفة الإنزيم لأنه يحدد الارتباط المحدد للمتفاعل. يمكن أن يحدث هذا عن طريق أ نموذج القفل والمفتاح حيث يكون المتفاعل هو الشكل الدقيق لموقع ارتباط الإنزيم ، أو بواسطة نموذج مناسب مستحث، حيث يتسبب ملامسة المادة المتفاعلة مع البروتين في تغيير شكل البروتين من أجل الارتباط بالمتفاعل.

الشكل 7.2 آليات ربط الركيزة الإنزيمية. (أ) في نموذج القفل والمفتاح ، تتلاءم الركائز مع الموقع النشط للإنزيم دون أي تعديلات أخرى على شكل الإنزيم المطلوب. (ب) في نموذج الملاءمة المستحث ، يتسبب تفاعل الركيزة مع الإنزيم في تغيير شكل الإنزيم ليناسب الركيزة بشكل أفضل والتوسط في التفاعل الكيميائي.

تم تعديل الشكل 7.2A من Socratic وتم تعديل الشكل 7.2B من المفاهيم في علم الأحياء

7.2 الأنواع الشائعة للتفاعلات البيولوجية

يوجد داخل الأنظمة البيولوجية ستة فئات رئيسية من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تتوسط فيها الإنزيمات. وتشمل هذه تفاعلات النقل الجماعي ، وتشكيل / إزالة الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون ، وتفاعلات الأزمرة ، وتفاعلات الارتباط ، وتفاعلات التحلل المائي ، وتفاعلات الأكسدة والاختزال. سيعطيك هذا القسم مقدمة موجزة عن هذه الأنواع الستة من التفاعلات ، ثم سيركز القسم التالي بمزيد من العمق على تخفيضات الأكسدة ومدى أهميتها لتكوين الشكل الرئيسي للطاقة الخلوية ، الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) . لاحظ أن جميع أنواع التفاعل هذه تتطلب محفز إنزيم (عادة بروتين معين) لتسريع معدل التفاعلات داخل الأنظمة البيولوجية.

تفاعلات نقل المجموعة

في ردود فعل نقل المجموعة، سيتم نقل مجموعة وظيفية من جزيء يعمل كجزيء مانح إلى جزيء آخر سيكون الجزيء المستقبِل. يعتبر نقل مجموعة وظيفية أمين من جزيء إلى آخر مثالًا شائعًا لهذا النوع من التفاعل ويظهر في الشكل 7.3 أدناه.

الشكل 7.3 نقل مجموعة وظيفية أمين. تفاعل نقل المجموعة الشائع في الأنظمة البيولوجية هو تفاعل يستخدم لإنتاج الأحماض الأمينية ألفا التي يمكن استخدامها بعد ذلك لتخليق البروتين. في هذا التفاعل ، يعمل أحد الأحماض الأمينية α كجزيء مانح وحمض α-keto (تحتوي هذه الجزيئات على مجموعة وظيفية من حمض الكربوكسيل ومجموعة وظيفية كيتون مفصولة بكربون ألفا واحد) بمثابة المستقبل. في جزيء المستقبل ، يتم استبدال الأكسجين الكربوني بالمجموعة الوظيفية الأمينية ، بينما في الجزيء المانح ، يتم استبدال المجموعة الوظيفية الأمينية بأكسجين مكونًا مجموعة وظيفية جديدة من الكيتون.

تشكيل / إزالة روابط الكربون والكربون المزدوجة

التفاعلات التي تتوسط في تكوين وإزالة الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون شائعة أيضًا في الأنظمة البيولوجية ويتم تحفيزها بواسطة فئة من الإنزيمات تسمى ليات. يتم أيضًا استخدام تكوين أو إزالة الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون في تفاعلات الكيمياء العضوية الاصطناعية لإنشاء الجزيئات العضوية المرغوبة. أحد هذه الأنواع من ردود الفعل يسمى أ تفاعل الهدرجة، حيث جزيء الهيدروجين (H2) عبر رابطة C-C مزدوجة ، مما يقللها إلى رابطة CC واحدة. إذا تم ذلك باستخدام زيوت غير مشبعة ، يمكن تحويل الدهون غير المشبعة إلى دهون مشبعة (الشكل 7.4). يتم إجراء هذا النوع من التفاعل بشكل شائع لإنتاج زيوت مهدرجة جزئيًا وتحويلها من سوائل في درجة حرارة الغرفة إلى مواد صلبة. يتم تصنيع السمن النباتي المصنوع من الزيت النباتي بهذه الطريقة. لسوء الحظ ، يمكن أن يكون المنتج الثانوي لهذا التفاعل هو تكوين TAGS المحتوي على عبر سندات مزدوجة. بمجرد التعرف على المخاطر الصحية لاستهلاك الدهون المتحولة ، فرضت إدارة الغذاء والدواء (FDA) حظرًا على إدراج عبر الدهون في المنتجات الغذائية. تم سن هذا الحظر في صيف عام 2015 ومنح صانعي الطعام ثلاث سنوات لإلغاء الإمدادات الغذائية ، مع موعد نهائي هو 18 يونيو 2018.

الشكل 7.4 هدرجة الزيوت لإنتاج السمن. يمكن أن يتم هدرجة الزيوت غير المشبعة جزئيًا أو كليًا لإنتاج الأحماض الدهنية المشبعة لإنتاج السمن النباتي الذي يظل صلبًا في درجة حرارة الغرفة. تظهر إضافة ذرات الهيدروجين الجديدة لتكوين الهيدروكربونات المشبعة باللون الأصفر في المنتج النهائي.

الصورة العلوية مقدمة من زيت بذرة القطن والصورة السفلية مقدمة من Littlegun

تفاعلات الأزمرة

في تفاعلات الأزمرة يتم إعادة ترتيب الجزيء الفردي بحيث يحتفظ بنفس الصيغة الجزيئية ولكن لديه الآن ترتيب ارتباط مختلف للذرات التي تشكل هيكلًا أو إيزومرًا فراغيًا. يعد تحويل الجلوكوز 6-فوسفات إلى الفركتوز 6-فوسفات مثالًا جيدًا على تفاعل الأزمرة ويظهر في الشكل 7.5

الشكل 7.5 أزمرة الجلوكوز 6 فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات.

تفاعلات الربط

تفاعلات الربط استخدام طاقة ATP لربط جزيئين معًا. مثال على هذا النوع من التفاعل هو انضمام الحمض الأميني مع جزيء نقل الحمض النووي الريبي (tRNA) أثناء تخليق البروتين. أثناء تخليق البروتين ، تجلب جزيئات الحمض الريبي النووي النقال كل من الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم حيث يمكن دمجها في تسلسل البروتين المتنامي حديثًا. للقيام بذلك ، يجب أولاً ربط جزيئات الحمض النووي الريبي بالحمض الأميني المناسب. تتوفر إنزيمات محددة تسمى amino acyl & # 8211 tRNA synthetases التي تتوسط هذا التفاعل. تستخدم إنزيمات synthetase طاقة ATP لربط الحمض الأميني تساهميًا بجزيء tRNA. يظهر رسم تخطيطي لهذه العملية في الشكل 7.6. لكل من الأحماض الأمينية العشرين ، هناك جزيء محدد من الحمض النووي الريبي (tRNA) وإنزيم تركيبي معين يضمن الارتباط الصحيح للحمض الأميني الصحيح بجزيء الحمض الريبي النووي النقال الخاص به.

الشكل 7.6 تفاعل الارتباط الذي يعلق تساهميًا مع الميثيونين مع الحمض الريبي النووي النقال المناسب. يقوم إنزيم synthetase amino-acyl tRNA الخاص بالميثيونين (كما هو موضح باللون الأزرق) بربط الميثيونين تساهميًا (وردي فاتح) مع جزيء methionine tRNA (وردي غامق). يتطلب هذا التفاعل الطاقة التي يتم توفيرها من انهيار جزيء ATP إلى AMP ، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة مع انهيار روابط الفوسفات إلى اثنين من أيونات الفوسفات غير العضوية (2 Pi).

تفاعلات التحلل المائي

تصنيف تفاعلات التحلل المائي تشمل التفاعلات الأمامية التي تتضمن إضافة الماء إلى جزيء لتفتيته أو التفاعل العكسي الذي يتضمن إزالة الماء لربط الجزيئات ببعضها البعض ، وهو ما يسمى تخليق الجفاف (أو التكثيف)(الشكل 7.7) .عندما يضاف الماء إلى جزيء لتفتيته إلى جزيئين يسمى هذا التفاعل التحلل المائي. المصطلح & # 8216تحلل& # 8216 يعني التفكك ، والمصطلح & # 8216 هيدرو& # 8216 يشير إلى الماء. وهكذا ، فإن المصطلح التحلل المائي يعني أن تتفكك بالماء. يتضمن عكس هذا التفاعل إزالة الماء من جزيئين لربطهما معًا في جزيء أكبر. نظرًا لأن الجزيئين يفقدان الماء ، فإنهما موجودان مجفف. وبالتالي ، يُعرف تكوين الجزيئات من خلال إزالة الماء باسم التوليف الجفاف. نظرًا لأن الماء هو أيضًا منتج ثانوي لهذه التفاعلات ، يُشار إليها أيضًا باسم تفاعلات التكثيف. كما رأينا في الفصل السادس ، يتكون تكوين الفئات الرئيسية من الجزيئات الكبيرة في الجسم (البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية) من خلال التوليف الجفافحيث تتم إزالة الماء من الجزيئات (الشكل 7.x). أثناء الهضم الطبيعي لجزيئات الطعام ، يتم تقسيم الجزيئات الكبيرة الرئيسية إلى كتل بنائية من خلال عملية التحلل المائي.

الشكل 7.7 التحلل المائي وتخليق الجفاف. تتوسط تفاعلات التحلل المائي في تكسير البوليمرات الكبيرة إلى كتل بنائها الأحادية بإضافة الماء إلى الجزيئات. عكس التفاعل هو تخليق الجفاف ، حيث تتم إزالة الماء من كتل بناء المونومر لإنشاء هيكل بوليمر أكبر.

كما تعلمت في الفصل 6 ، يتم بناء الجزيئات الكبيرة الرئيسية عن طريق تجميع وحدات فرعية مونومر متكررة من خلال عملية تخليق الجفاف. ومن المثير للاهتمام ، أن الوحدات الوظيفية العضوية المستخدمة في عمليات تخليق الجفاف لكل نوع من أنواع الجزيئات الكبيرة لها أوجه تشابه مع بعضها البعض. وبالتالي ، من المفيد النظر إلى التفاعلات معًا (الشكل 7.8)

الشكل 7.8 التفاعلات التخليقية للجفاف المتضمنة في تكوين الجزيء الكبير. التفاعلات العضوية الرئيسية المطلوبة للتخليق الحيوي للدهون والأحماض النووية (DNA / RNA) والبروتينات والكربوهيدرات معروضة. لاحظ أنه في جميع التفاعلات ، توجد مجموعة وظيفية تحتوي على مجموعتين من مجموعات سحب الإلكترون (حمض الكربوكسيل وحمض الفوسفوريك ونصفي كل ذرتين من الأكسجين مرتبطة بكربون مركزي أو ذرة فوسفور). يشكل هذا ذرة مركزية إيجابية جزئيًا تفاعلية (كربون في حالة حمض الكربوكسيل ونصفي ، أو فوسفور في حالة حمض الفوسفوريك) يمكن مهاجمتها بواسطة الأكسجين الكهربية أو النيتروجين من مجموعة وظيفية كحولية أو أمين.

يتشكل تكوين الإسترات والمركبات ذات الصلة ، والأميدات ، والفوسفويستر ، والأسيتال عن طريق تخليق الجفاف ، بما في ذلك فقدان الماء. آليات التفاعل لكل من هذه التفاعلات متشابهة جدًا. دع & # 8217s نلقي نظرة على تشكيل ارتباط استر كمثال (الشكل 7.9).

الشكل 7.9 آلية التفاعل لتكوين الإستر. (1) تم إعداد آلية التفاعل هذه من خلال طبيعة المجموعة الوظيفية لحمض الكربوكسيل. يخلق وجود الأكسجين الكربوني ومجموعات الكحول الوظيفية حالة سحب الإلكترون ، حيث تسحب ذرات الأكسجين الكهربية الإلكترونات بعيدًا عن ذرة الكربون المركزية. هذا يخلق حالة قطبية للغاية ، حيث يكون للكربون المركزي طابع إيجابي جزئي قوي. (2) تجذب الخاصية الإيجابية الجزئية القوية لذرة الكربون المركزية للحمض الكربوكسيل إحدى مجموعات الإلكترون المنفردة من مجموعة الكحول الوظيفية ، الموضحة باللون الأحمر. يتيح ذلك تكوين رابطة تساهمية جديدة بين مجموعة الكحول الوظيفية ومجموعة حمض الكربوكسيل الوظيفية. ينتج عن هذا وسيط به خمس روابط مرتبطة بالكربون المركزي وثلاث روابط متصلة بذرة الأكسجين للكحول الوارد. (3) الوسيط مع خمس روابط للكربون المركزي غير مستقر ولن يتشكل بشكل طبيعي ، ومع ذلك فإن وجود الأكسجين الكربوني يجعل التفاعل أكثر ملاءمة. سيكون قادرًا على امتصاص إمكانات الإلكترون الإضافية حول ذرة الكربون المركزية مؤقتًا ، نظرًا لطابعه الكهربية ، وسوف تتحول الرابطة المزدوجة مؤقتًا إلى الأكسجين المركزي لتشكيل زوج واحد وسيط. (4) يتحول الزوج الوحيد الإضافي الموجود على الأكسجين الكربوني إلى أسفل لإصلاح الرابطة المزدوجة مع الكربون المركزي. (5) يتسبب هذا في انتقال زوج الإلكترون المشترك بين ذرة الكربون المركزية ومجموعة الكحول الأصلية الوظيفية إلى الكحول ، مما يؤدي إلى كسر الرابطة التساهمية. (6) يأخذ الزوج الوحيد الإضافي من الإلكترونات في مجموعة الكحول الحرة البروتون من مجموعة الكحول الواردة الجديدة التي تشكل جزيءًا من الماء وهيكل الإستر النهائي.

جميع تفاعلات تخليق الجفاف الموضحة للجزيئات الكبيرة لها آلية تفاعل مماثلة لتلك الموضحة لتكوين رابطة الإستر. لاحظ أن عكس التفاعلات يظهر التوسط في التحلل المائي لرابط الرابطة عن طريق إضافة جزيء الماء عبر الرابطة. هذا يعيد المجموعات الوظيفية الأصلية ، وحمض الكربوكسيل والكحول في حالة الإستر.

تفاعلات الأكسدة والاختزال

ان تفاعل الأكسدة والاختزال هو نوع من التفاعل الكيميائي الذي يتضمن نقل الإلكترونات بين ذرتين أو مركبين. يقال إن المادة التي تفقد الإلكترونات تتأكسد ، بينما يقال إن المادة التي تكتسب الإلكترونات قد تقلصت. الأكسدة والاختزاليجب أن تحدث التفاعلات دائمًا معًا. إذا تأكسد جزيء ما ، فيجب تقليل جزيء آخر (على سبيل المثال ، لا تظهر الإلكترونات من الهواء الرقيق لإضافتها إلى مركب ، فيجب دائمًا أن تأتي من مكان ما!).

يمكن تقييم التغيير في تكوين الإلكترون في تغيير حالة الأكسدة (أو العدد)من ذرة. لذلك ، فإن تفاعل الأكسدة والاختزال هو أي تفاعل كيميائي تتغير فيه حالة (عدد) الأكسدة لجزيء أو ذرة أو أيون باكتساب أو فقدان إلكترون. سوف نتعلم كيفية تقييم حالة الأكسدة للجزيء في هذا القسم. بشكل عام ، تعتبر تفاعلات الأكسدة والاختزال شائعة وحيوية لبعض الوظائف الأساسية للحياة ، بما في ذلك التمثيل الضوئي ، والتنفس ، والاحتراق ، والتآكل أو الصدأ.

كما هو مبين في الشكل 7.10 ، فإن الذاكرة سهلة لمساعدتك على تذكر أي عضو يكتسب إلكترونات وأي عضو يفقد الإلكترونات هو & # 8216LEO الأسد يقول GER & # 8217 ، حيث LEO تمثل إلأوز هالمحاضرات = اxidized و جير تمثل جيعين هالمحاضرات = صمتعلم.

الشكل 7.10. قواعد الأكسدة والاختزال. يقول الأسد إن ذاكري LEO هو طريقة مفيدة لتذكر المفاهيم الرئيسية لتفاعلات الأكسدة والحد من الأكسدة ، مشيرًا إلى أنه عندما يكون الجزيء إلoses هالمحاصرين هو عليه اxidized (LEO) وعندما يكون الجزيء جيعين هالمحاضرات هو عليه صمتعلم (جير).

قواعد لتعيين حالات الأكسدة

ال حالة الأكسدة من عنصر يتوافق مع عدد الإلكترونات ، e & # 8211 ، التي تفقدها الذرة أو تكتسبها أثناء الرابطة الأيونية ، أو يبدو أنها تفقد / حبيبة عند الانضمام في روابط تساهمية مع ذرات أخرى في المركبات. لتحديد حالة أكسدة الذرة ، هناك سبعة إرشادات يجب اتباعها:

  1. حالة أكسدة الذرة في شكلها الأولي هي 0. (وهذا يشمل الأشكال الأولية التي تحدث كجزيئات ثنائية الذرة. على سبيل المثال ، كل أكسجين في جزيء O2، لديها حالة أكسدة = 0.)
  2. حالة الأكسدة الكلية لجميع الذرات في أ الأنواع المحايدة هو 0 وفي أيون يساوي شحنة الأيونات. (على سبيل المثال ، حالة الأكسدة الإجمالية لـ NaCl = 0 ، على الرغم من أن حالة أكسدة Na + في هذه الرابطة هي +1 وحالة أكسدة ذرة الكلور ، Cl & # 8211 ، هي -1. عند إضافتها معًا إنها تساوي 0. في حالة الأيون ، يشار دائمًا إلى الشحنة الكلية. على سبيل المثال ، الشحنة الإجمالية لأيون OH & # 8211 هي -1 ، بينما الأكسجين في OH & # 8211 له حالة أكسدة -2 والهيدروجين له حالة أكسدة +1.)
  3. تحتوي معادن المجموعة 1 على حالة أكسدة قدرها +1 والمجموعة 2 حالة أكسدة تبلغ +2 عندما تشارك في الترابط الأيوني.
  4. حالة أكسدة الفلور هي -1 في المركبات
  5. يحتوي الهيدروجين بشكل عام على حالة أكسدة +1 في المركبات
  6. للأكسجين عمومًا حالة أكسدة -2 في المركبات
  7. في مركبات المعادن الثنائية ، تحتوي عناصر المجموعة 17 (أو 7 أ) على حالة أكسدة -1 ، والمجموعة 16 (أو 6 أ) من -2 ، والمجموعة 15 (أو 5 أ) من -3.
  8. يتم حساب حالات الأكسدة للذرات الأخرى بناءً على القواعد 1-7.

الإحتراق تفاعلات غالبًا ما تشتمل على الأكسجين في شكل O2، ودائمًا تقريبًا طارد للحرارة، مما يعني أنها تنتج الحرارة. يشار إلى التفاعلات الكيميائية التي ينبعث منها الضوء والحرارة بالعامية باسم & # 8220burning. & # 8221 يؤدي الاحتراق الكامل لمركبات الكربون إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO).2) والماء (H2س). لاحظ أن الكربون يمكن أن يوجد في مجموعة من حالات الأكسدة ، عادةً من -4 إلى +4. إن حرق الوقود الذي يوفر الطاقة للحفاظ على حضارتنا وعملية التمثيل الغذائي للأطعمة التي تمدنا بالطاقة التي تبقينا على قيد الحياة يشتملان على تفاعلات الأكسدة والاختزال.

جميع تفاعلات الاحتراق هي أيضًا تفاعلات الأكسدة والاختزال. الصيغة العامة لرد فعل الاحتراق هي:

ج x ح ذ + س 2 → C O 2 + ح 2 ا

أحد الأمثلة المحددة هو حرق الأسيتيلين (C2ح2) في المشاعل:

2 ج2ح2 + 5O2 → 4CO2 + 2 ح2ا

الأكسجين (في شكله الأولي) هو مادة متفاعلة حاسمة في تفاعلات الاحتراق ، وهو موجود أيضًا في المنتجات. يمكن تقييم تفاعلات الاحتراق لإمكانية الأكسدة والاختزال عن طريق تعيين أرقام أكسدة لكل عنصر في التفاعل:

بشكل عام في تفاعلات الاحتراق ، يتأكسد الهيدروكربون (في هذه الحالة ، الأسيتيلين) بواسطة الأكسجين الجزيئي لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. في هذه العملية ، يتم تقليل الأكسجين.

في عملية التنفس ، وهي العملية الكيميائية الحيوية التي يقوم من خلالها الأكسجين الذي نستنشقه في الهواء بأكسدة المواد الغذائية لثاني أكسيد الكربون والماء ، توفر تفاعلات الأكسدة والاختزال الطاقة للخلايا الحية. تفاعل الجهاز التنفسي النموذجي هو أكسدة الجلوكوز (C6ح12ا6) ، سكر بسيط.

ج6ح12ا6 + 6O2 → 6CO2 + 6 ح2ا

داخل الجسم ، يتم التحكم في التفاعل لحصاد الطاقة المنبعثة بحيث يمكن استخدامها لإنتاج ATP. تُستخدم بعض الطاقة المنبعثة أيضًا لتوليد الحرارة للكائن الحي ، ولكن ليس في الشكل السريع لتفاعل الاحتراق الذي ينتج عنه حريق. لاحظ أنه في تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تشتمل على الهيدروكربونات ، عادةً ما تتم إزالة الهيدروجين مع الإلكترونات. وبالتالي ، يمكن استخدامها كمؤشر للجزيئات التي تتأكسد والتي يتم تقليلها. على سبيل المثال ، في التفاعل فوق جزيء الجلوكوز (C6ح12ا6) يفقد الهيدروجين عند تحويله إلى ثاني أكسيد الكربون. نظرًا لأن الجلوكوز يفقد الهيدروجين ، فإنه يفقد أيضًا الإلكترونات ، وبالتالي يكون الجلوكوز هو المكون المؤكسد. وبالمثل ، يتم تحويل الأكسجين الموجود على الجانب المتفاعل إلى ماء في جانب المنتج حيث يكتسب الهيدروجين ، ويكتسب أيضًا إلكترونات. وهكذا ، في هذا التفاعل ، يتم اختزال الأكسجين إلى ماء.

لاحظ أن تصنيفات التفاعل يمكن أن تتداخل أيضًا وتندرج في أكثر من فئة واحدة. على سبيل المثال ، ملف تفاعل الهدرجة الموضح أعلاه في إزالة الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون هو أيضًا مثال على تفاعل الأكسدة والاختزال. في هذا التفاعل ، تكتسب الهيدروكربونات الهيدروجين وكذلك الإلكترونات ، حيث تتم إزالة الروابط المزدوجة لتشكيل الهيدروكربونات المشبعة. وبالتالي ، يتم تقليل TAGs في هذا التفاعل. في هذه الحالة ، فإن المكون المؤكسد (H2) بالكامل في هذه العملية.

7.3 تفاعلات الأكسدة والاختزال وإنتاج ATP

كما رأينا أعلاه ، تمتلك الجزيئات العضوية التي تحتوي على الكثير من روابط الكربون والهيدروجين إمكانات طاقة عالية وقدرة على التأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون2 و الماء. من بين جميع الجزيئات الكبيرة ، تحتوي الدهون على أعلى محتوى هيدروكربوني ، وبالتالي فهي تحتوي على أكبر طاقة محتملة (9 كالوري / جم). تحتوي البروتينات والكربوهيدرات على العديد من الذرات غير المتجانسة ، مثل الأكسجين والنيتروجين المدمجين في هياكلها ولديها إمكانات طاقة أقل (4 كالوري / جرام لكل من البروتينات والكربوهيدرات). في هذا القسم ، سنغطي إمكانات الأكسدة للجزيئات العضوية بمجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين.

المجموعات الوظيفية للكحول

تحتوي المجموعات الوظيفية للكحول على أكبر جهد مؤكسد لجميع المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين. تعتمد تفاعلات الكحول على عدد ذرات الكربون المرتبطة بذرة الكربون المحددة المرتبطة بمجموعة -OH. يمكن تصنيف الكحوليات في ثلاث فئات على هذا الأساس.

  • الكحول الأساسي (1 درجة) هو الذي ترتبط به ذرة الكربون (باللون الأحمر) مع مجموعة OH واحد ذرة كربون أخرى (باللون الأزرق). صيغته العامة هي RCH2أوه.

  • الكحول الثانوي (2 °) هو الذي ترتبط به ذرة الكربون (باللون الأحمر) مع مجموعة OH اثنين ذرات كربون أخرى (باللون الأزرق). صيغته العامة هي R2CH أوه.

  • الكحول الثلاثي (3 درجات) هو الذي يتم فيه ربط ذرة الكربون (باللون الأحمر) مع مجموعة OH ثلاثة ذرات كربون أخرى (باللون الأزرق). صيغته العامة هي R3COH.

يمكن لبعض الكحوليات أن تخضع لتفاعلات الأكسدة. تذكر في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، أن مكون التفاعل الذي يتأكسد يفقد الإلكترونات (LEO) بينما يتم تقليل الجزيء الذي يستقبل الإلكترونات (GER). في التفاعلات العضوية ، يتبع تدفق الإلكترونات عادةً تدفق ذرات الهيدروجين. وبالتالي ، فإن الجزيء الذي يفقد الهيدروجين عادة ما يفقد الإلكترونات وهو المكون المؤكسد. يتم تقليل اكتساب الجزيء للإلكترونات. بالنسبة للكحوليات ، يمكن أن تتأكسد الكحولات الأولية والثانوية. من ناحية أخرى ، لا يمكن أكسدة الكحولات الثلاثية. في العديد من تفاعلات الأكسدة ، يظهر العامل المؤكسد فوق سهم التفاعل على شكل [O]. يمكن أن يكون العامل المؤكسد معدنًا أو جزيءًا عضويًا آخر. في التفاعل ، العامل المؤكسد هو الجزيء الذي يتم اختزاله أو قبوله للإلكترونات.

في تفاعلات أكسدة الكحول ، تتم إزالة الهيدروجين من الكحول والهيدروجين المرتبط بالكربون المرتبط بالكحول ، جنبًا إلى جنب مع إلكتروناتهما ، من الجزيء بواسطة عامل مؤكسد. ينتج عن إزالة الهيدروجين وإلكتروناتها تكوين مجموعة وظيفية من الكربونيل. في حالة الكحول الأساسي ، تكون النتيجة تكوين ألدهيد. في حالة وجود كحول ثانوي ، تكون النتيجة تكوين كيتون. لاحظ أنه بالنسبة للكحول الثلاثي ، فإن الكربون المرتبط بمجموعة الكحول الوظيفية لا يحتوي على ذرة هيدروجين مرتبطة به. وبالتالي ، لا يمكن أن تخضع للأكسدة. عندما يتعرض كحول ثالث لعامل مؤكسد ، لن يحدث أي تفاعل.

لاحظ أنه بالنسبة للكحول الأولي الذي يخضع للأكسدة ، فإنه لا يزال يحتفظ بذرة هيدروجين مرتبطة بكربونيل الكربون في الألدهيد الجديد. يمكن أن يخضع هذا الجزيء لتفاعل أكسدة ثانوي مع عامل مؤكسد وماء ، لإضافة ذرة أكسجين أخرى وإزالة ذرة هيدروجين الكربونيل. ينتج عن هذا تكوين حمض الكربوكسيل.

مثال مشكلة:

اكتب معادلة لأكسدة كل كحول. استخدم [O] أعلى السهم للإشارة إلى عامل مؤكسد. إذا لم يحدث أي رد فعل ، اكتب "لا يوجد رد فعل" بعد السهم.

حل

تتمثل الخطوة الأولى في التعرف على صنف كل كحول على أنه أساسي أو ثانوي أو ثالث.

يحتوي هذا الكحول على مجموعة OH على ذرة كربون مرتبطة فقط واحد ذرة كربون أخرى ، لذلك فهي كحول أساسي. تشكل الأكسدة أولاً ألدهيد ، وتشكل المزيد من الأكسدة حمض الكربوكسيل.

يحتوي هذا الكحول على مجموعة OH على ذرة كربون متصلة بثلاث ذرات كربون أخرى ، لذلك فهو كحول ثلاثي. لا يحدث رد فعل.

يحتوي هذا الكحول على مجموعة OH على ذرة كربون متصلة بذرتين كربون أخريين ، لذا فهي عبارة عن أكسدة كحول ثانوية تعطي كيتون.

مزيد من الممارسة:

اكتب معادلة لأكسدة كل كحول. استخدم [O] أعلى السهم للإشارة إلى عامل مؤكسد. إذا لم يحدث أي رد فعل ، اكتب "لا يوجد رد فعل" بعد السهم.

المجموعات الوظيفية للألدهيد والكيتون

كما هو موضح أعلاه في قسم الكحول ، يمكن أن تخضع الألدهيدات للأكسدة لإنتاج حمض كاربوكسيليك. وذلك لأن ذرة كربونيل الكربون لا تزال تحتفظ بذرة هيدروجين يمكن إزالتها واستبدالها بذرة أكسجين. من ناحية أخرى ، لا تحتوي الكيتونات على ذرة هيدروجين مرتبطة بذرة الكربونيل. وبالتالي ، لا يمكنهم الخضوع لمزيد من الأكسدة. كما هو مذكور أعلاه ، لن يكون للكيتونات التي تتعرض لعامل مؤكسد أي تفاعل.

تفاعلات الاختزال

تؤدي تفاعلات الاختزال مع الألدهيدات والكيتونات إلى تحويل هذه المركبات إلى كحولات أولية في حالة الألدهيدات والكحولات الثانوية في حالة الكيتونات. هم في الأساس ردود الفعل العكسية لتفاعلات أكسدة الكحول.

على سبيل المثال ، مع الألدهيد ، تحصل على الكحول الإيثيلي الأساسي ، الإيثانول:

لاحظ أن هذه معادلة مبسطة حيث [H] تعني & # 8220 هيدروجين من عامل اختزال & # 8221. بعبارات عامة، يؤدي تقليل الألدهيد إلى كحول أولي.

إن تقليل الكيتون ، مثل البروبانون ، سوف يعطيك كحولًا ثانويًا ، مثل 2-بروبانول:

الحد من الكيتون يؤدي إلى كحول ثانوي.

لصحتك: التأثيرات الفسيولوجية للكحوليات

الميثانول سام جدا للإنسان. يمكن أن يتسبب تناول ما لا يقل عن 15 مل من الميثانول في الإصابة بالعمى ، ويمكن أن يتسبب تناول 30 مل (1 أونصة) في الوفاة. ومع ذلك ، فإن الجرعة القاتلة المعتادة هي 100 إلى 150 مل. السبب الرئيسي لسمية الميثانول هو أن لدينا إنزيمات الكبد التي تحفز أكسدة الفورمالديهايد ، وهو أبسط عضو في عائلة الألدهيد:

يتفاعل الفورمالديهايد بسرعة مع مكونات الخلايا ، ويخثر البروتينات بنفس الطريقة التي يتخثر بها الطهي البيضة. هذه الخاصية من الفورمالديهايد مسؤولة عن الكثير من سمية الميثانول.

يتم كتابة المعادلات العضوية والكيميائية الحيوية بشكل متكرر لإظهار المواد المتفاعلة والمنتجات العضوية فقط. بهذه الطريقة ، نركز الانتباه على مادة البداية العضوية والمنتج ، بدلاً من موازنة المعادلات المعقدة.

يتأكسد الإيثانول في الكبد إلى أسيتالديهيد:

يتأكسد الأسيتالديهيد بدوره إلى حمض الأسيتيك (HC2ح3ا2) ، وهو مكون طبيعي للخلايا ، ثم يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن الأسيتالديهيد مادة سامة ويمكن أن تتراكم إلى مستويات خطيرة مع الاستخدام المزمن المرتفع للكحول. الكبد هو الموقع الرئيسي لعملية التمثيل الغذائي للكحول ، وبالتالي ، فإن الشرب المزمن يمكن أن يؤدي إلى تليف الكبد ، وهو مرض خطير يحول أنسجة الكبد الطبيعية إلى نسيج ندبي لم يعد يعمل.

يمكن أن يكون الإيثانول نفسه سامًا للإنسان. إن التناول السريع لـ 1 قرش (حوالي 500 مل) من الإيثانول النقي سيقتل معظم الناس ، ويقتل التسمم الحاد بالإيثانول عدة مئات من الأشخاص كل عام - غالبًا أولئك الذين يشاركون في نوع من مسابقة الشرب. يعبر الإيثانول بحرية إلى الدماغ ، حيث يؤدي إلى تثبيط مركز التحكم في الجهاز التنفسي ، مما يؤدي إلى فشل عضلات الجهاز التنفسي في الرئتين وبالتالي الاختناق. يُعتقد أن الإيثانول يعمل على أغشية الخلايا العصبية ، مما يتسبب في تناقص الكلام والفكر والإدراك والحكم.

في حين أن الاستخدام المفرط للكحول يزيد من خطر الإصابة بأمراض الكبد وبعض أشكال السرطان ، فإن بعض التقارير تشير إلى أن تناول الكحول باعتدال (لا يزيد عن مشروب واحد في اليوم للنساء من أي عمر والرجال الذين تبلغ أعمارهم 65 عامًا أو أكبر لا يزيد عن 2) المشروبات للرجال تحت سن 65) يمكن أن يكون لها بعض الفوائد في الحد من مخاطر الإصابة بأمراض القلب والسكتة الدماغية. لمزيد من المعلومات ، لدى Mayo Clinic موقع ويب مفصل يوضح المخاطر والفوائد المحتملة لاستهلاك الكحول.

عادة ما يكون الكحول المحمر عبارة عن محلول مائي بنسبة 70٪ من كحول الأيزوبروبيل. له ضغط بخار مرتفع ، وتبخره السريع من الجلد ينتج عنه تأثير تبريد. وهي مادة سامة عند تناولها ولكن ، بالمقارنة مع الميثانول ، يتم امتصاصها بسهولة من خلال الجلد وبالتالي يمكن استخدامها موضعياً لتقرح العضلات.

بشكل عام ، تعتبر عمليات الأكسدة والاختزال ضرورية للحياة. وذلك لأن أكسدة جزيئات الطعام لدينا توفر طاقة كافية للخلايا في أجسامنا لإعادة تدوير المصدر الرئيسي للطاقة لعملية التمثيل الغذائي الخلوي والتفاعلات النشطة الأخرى اللازمة للحياة ، أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) (الشكل 7.11). هذا أيضًا هو لبنة أساسية للتخليق الحيوي للحمض النووي الريبي. عندما يتم تحلل روابط الفوسفات لإنتاج ADP والماء ، يكون هناك إطلاق كبير للطاقة. إن قدرة روابط الفوسفويستر ATP على الخضوع للتحلل المائي هي السبب في كونها مصدرًا رائعًا للطاقة! يطلق التحلل المائي لآخر رابطة فوسفاتية أكبر قدر من الطاقة ويقترن بشكل شائع بتفاعلات أخرى تتطلب طاقة (كما يظهر في عمليات مضخة Na + / K + ATPase أثناء توليد جهد الراحة السالب في الخلايا العصبية في الفصل 3). بمجرد تقسيم جزيء ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) ، يجب إعادة تدويره مرة أخرى إلى جزيء ATP. عادة ما يستخدم الإنسان العادي وزن جسمه في ATP كل يوم (60-75 كجم) !! ومع ذلك ، فإن كمية ATP / ADP داخل الإنسان المتوسط ​​هي فقط حوالي 0.10 مول. هذا يعني أنه يجب إعادة تدوير كل جزيء ATP بين 500-750 مرة كل يوم! يتطلب هذا مدخلات طاقة كبيرة تأتي من الإلكترونات (e-) والبروتونات (H +) التي يتم حصادها أثناء أكسدة جزيئات الطعام لدينا (الشكل 7.11).

الشكل 7.11 إعادة تدوير ATP / ADP. ATP هو مصدر الطاقة الرئيسي داخل الجسم. يطلق انقسام روابط الفوسفات عالية الطاقة كميات كبيرة من الطاقة المستخدمة لوظيفة الخلايا العصبية وتقلص العضلات وعمليات التمثيل الغذائي الأخرى في الجسم. في الواقع ، هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة لتشغيل جسم الإنسان بحيث يجب إعادة تدوير كل جزيء ATP بمعدل 500-750 مرة في اليوم.

سؤال الفكر 1: إذا كان هناك 0.1 مول من ATP في الجسم في أي وقت ، كم عدد جزيئات ATP الموجودة في جسم الإنسان؟ إذا تم إعادة تدوير كل من هذه الجزيئات 750 مرة (في يوم نشط بشكل خاص) ، كم عدد التفاعلات الكيميائية التي تحدث فقط لتجديد مصدر الطاقة هذا؟

سؤال الفكر 2: إذا كان هناك 0.1 مول من ATP في الجسم في وقت واحد والكتلة المولية لـ ATP 507.181 جم / مول ، ما هي الكتلة بالجرامات الموجودة في الجسم؟

يتم إعادة تدوير الجزء الأكبر من جزيئات ATP داخل الميتوكوندريا. الميتوكوندريا هي عضيات صغيرة داخل الخلية يعتقد أنها نشأت كمتعايش بكتيري داخل الخلية (الشكل 7.12). تحتوي الميتوكوندريا على غشاء مزدوج ، حيث يكون الغشاء الداخلي شديد الالتواء والمطوي ، مما يوفر مساحة كبيرة لبروتينات الغشاء المدمجة. تحتوي الميتوكوندريا أيضًا على حمضها النووي الدائري الذي يذكرنا بأصلها البكتيري.

الشكل 7.12 الهيكل الأساسي للميتوكوندريا. تُعرف الميتوكوندريا عمومًا بأنها قوة الخلية ، حيث أن هذا هو الموقع الأساسي حيث يتم إعادة تدوير ADP إلى ATP.

عندما يتم تناول الطعام ، يتم هضم الجزيئات الكبيرة (البروتينات والكربوهيدرات والدهون) في وحدات المونومر الخاصة بهم. يتم تسليم وحدات المونومر ، مثل الجلوكوز من النشا أو الأحماض الدهنية من TAGs ، إلى الخلايا حيث يمكن استخدامها كمصدر للطاقة لإعادة توليد ATP من ADP. تسمى عملية التجديد هذه الفسفرة التأكسدية. يستخدم مصطلح مؤكسد لأن جزيئات الطعام تتأكسد بالكامل إلى ثاني أكسيد الكربون (CO2) أثناء عملية إطلاق الطاقة. الفسفرة هي عملية إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء. في هذه الحالة ، يتم استخدام الطاقة التي يتم حصادها من أكسدة جزيئات الطعام ، وتحديدًا الإلكترونات والبروتونات ، لفسفرة ADP مرة أخرى إلى ATP (الشكل 7.13).

تحدث معظم تفاعلات الأكسدة في تحلل جزيئات الطعام في داخل الميتوكوندريا ، والتي تسمى مصفوفة.يتم نقل الإلكترونات (e-) والبروتونات (H +) التي يتم حصادها في هذه العملية بواسطة الجزيئات الحاملة إلى الغشاء الداخلي للميتوكوندريا (الشكل 7.13). بمجرد وصولها إلى الغشاء الداخلي ، يتم توصيل الإلكترونات إلى سلسلة من بروتينات مضخة البروتون.باستخدام طاقة الإلكترونات ، تحرك مضخات البروتون H + ضد تدرج تركيزها في الفضاء بين الغشاء الميتوكوندريا. ال الفضاء بين الغشاء هي المنطقة الواقعة بين غشاءين من الميتوكوندريا (الغشاء الداخلي والغشاء الخارجي).

عندما يمتلئ الفضاء بين الغشاء بالبروتونات ، فإن هذا يخلق a احتمال التدرج. يمكنك التفكير في ملف احتمال التدرجبنفس الطريقة التي يستخدم بها البشر طاقة المياه في السدود لتوليد الكهرباء. تحتفظ مياه السدود بالطاقة الكامنة عندما يكون هناك ارتفاع في المياه في السد. عندما يتم فتح السد بطريقة خاضعة للرقابة للسماح بتدفق المياه ، يتم استخدام طاقة المياه المحصورة التي تنتقل من منطقة عالية التركيز إلى منطقة ذات تركيز منخفض لتحويل التوربينات التي يمكنها توليد الكهرباء. وبالمثل ، في الميتوكوندريا ، تمتلك البروتونات التي تتركز في الفضاء بين الغشاء أيضًا طاقة كامنة. يتم استخدام الطاقة من هذا التدرج البروتوني لإنتاج ATP من خلال بروتين قناة بروتون يسمى سينسيز ATP. عندما يرتبط سينسيز ATP بـ ADP وأيون الفوسفات (PO4 3-) ، تفتح القناة للسماح لتدفق أيونات H + بالتحرك عبر القناة. تؤدي حركة أيونات H + عبر البروتين إلى تحول البروتين مثل عجلة مسننة أو توربين. تمكن عملية التحول هذه ADP و PO4 3- يتم ضمها معا لتشكيل ATP.

تنتهي الإلكترونات التي تم استخدامها لتوليد التدرج البروتوني بتقليل الأكسجين الجزيئي (O2) في الماء (H2س). الأكسجين الذي يتم توفيره لهذه العملية هو الأكسجين الذي نتنفسه عبر الرئتين. وبالتالي ، فإن عملية الفسفرة المؤكسدة تُعرف أيضًا باسم التنفس الخلوي. هذا ، في الواقع ، هو سبب أهمية التنفس لبقائنا على قيد الحياة. بدون إمداد ثابت من الأكسجين لقبول الإلكترونات التي تتحرك عبر سلسلة نقل الإلكترون لمضخات البروتون ، فإن الإلكترونات ستعود وتعلق داخل مضخات البروتون مثل الازدحام المروري ، مما يمنع حركة البروتونات الإضافية في الفضاء بين الغشاء. بدون التدرج البروتوني ، لن يكون إنتاج ATP ممكنًا. أول عضو ينفد من ATP أثناء نقص الأكسجين هو الدماغ. إذا منعت مرور الدم الحامل للأكسجين إلى المخ ، فسوف يخرج الشخص في أقل من 5 & # 8211 10 ثوان!

يظهر ملخص لعملية الفسفرة المؤكسدة في الشكل 7.13.

الشكل 7.13 الفسفرة المؤكسدة في الميتوكوندريا. (1) يتم نقل الإلكترونات من جزيئات الطعام إلى مضخات البروتين في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. (2) باستخدام طاقة الإلكترونات ، تقوم مضخات البروتين بنقل البروتونات (H +) إلى الفضاء بين الغشاء ، حيث تتركز البروتونات. (لاحظ أن البروتونات جاءت أيضًا من جزيئات الطعام أثناء عملية الأكسدة & # 8211 الهيدروجين والإلكترونات غالبًا ما تتحرك معًا أثناء الأكسدة!). (3) يتم تمرير الإلكترونات عبر جميع المضخات حتى يتم إنفاق معظم الطاقة الموجودة فيها. ثم يتم استخدامها مع البروتونات لتقليل الأكسجين (O2) في الماء (H2س). (4) يحمل التدرج H + إمكانات الطاقة ، تمامًا مثل المياه التي تم سدها. عندما يتدفق عبر بروتين سينسيز ATP ، يتحول البروتين مثل عجلة مسننة ويكون قادرًا على تجديد ATP.

تم اقتباس هذا الشكل من: جيرالدين أديل لويس

7.4 عفوية التفاعل

في الأقسام السابقة ، تعلمت نصيحة أساسية مهمة حول التفاعلات الكيميائية: في جميع أنواع التفاعلات الكيميائية ، يتم تكسير الروابط وإعادة تجميعها في منتجات جديدة. لقد تعلمت أيضًا أن الطاقة مخزنة في روابط كيميائية. هذه هي طاقة التجاذب بين الذرات المشاركة في الرابطة الكيميائية وتسمى طاقة الرابطة. وبالتالي ، لكسر رابطة كيميائية يتطلب طاقة (أي يجب التغلب على جاذبية الذرات لبعضها البعض من أجل تفكيكها). وبالمثل ، عندما يتم تكوين روابط جديدة ، يتم إطلاق الطاقة لأن تكوين الرابطة يخلق حالة أكثر استقرارًا لكل من الذرات المشاركة في الروابط. شاملة،

كسر الروابط = يتطلب طاقة

تكوين روابط = يطلق الطاقة

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه لا يتم إنشاء جميع الروابط الكيميائية بشكل متساوٍ. لقد تعلمنا في الفصول السابقة أن بعض الذرات تميل إلى تكوين روابط أيونية حيث ستتبرع أو تقبل الإلكترونات بين الذرات المشاركة في الرابطة. يشكل البعض الآخر روابط تساهمية حيث يتشاركون الإلكترونات بين الذرات وأحيانًا تكون هذه المشاركة غير متكافئة مما يخلق رابطة تساهمية قطبية. وهكذا ، بالنسبة لكل نوع من أنواع الروابط الكيميائية ، فإن طاقة الرابطة سوف تكون مختلفة. سيكون لكل جزيء طاقات الرابطة المميزة الخاصة به. العوامل الأخرى التي تؤثر على الطاقة الكلية المطلوبة للتفاعلات هي الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمنتجات (أي الصلبة أو السائلة أو الغازية) ودرجة حرارة التفاعل وكميات المواد المتفاعلة والمنتجات الموجودة. وبالتالي ، عند تقييم ما إذا كان رد الفعل سيستمر أم لا بطريقة عفوية، من الضروري تحديد أي جانب من طاقة المعادلة سيكون مطلوبًا أو سيتم إطلاقه. إذا كان التفاعل يتطلب طاقة أكبر لكسر الروابط الموجودة على الجانب المتفاعل أكثر مما يتم تكوينه على جانب المنتج ، يُقال أن التفاعل إندرجونيك وسوف تتطلب مدخلات من الطاقة. هذا النوع من رد الفعل سوف لا تكن عفوية. إذا كان التفاعل الناتج عن تكوين روابط جديدة على جانب المنتج أكبر من الطاقة المطلوبة لكسر الروابط الكيميائية على الجانب المتفاعل من المعادلة ، فإن التفاعل ستطلق الطاقةويقال أن يكون قوي. ردود الفعل المفرطة سوف تحدث بشكل عفوي. يمكن تقييم عفوية التفاعل بيانياً لتفاعل كيميائي باستخدام مخطط الطاقة الحرة Gibb & # 8217s (الشكل 7.14). عن طريق قياس التغييرات في طاقة جيبس ​​الحرة (ΔG) بين المنتجات والمواد المتفاعلة للتفاعل من الممكن تحديد كمية الطاقة الحرة المتاحة للقيام بعمل مفيد. إذا كان ΔG سلبي رد الفعل عفوية، وإذا كان ΔG كان إيجابيا رد الفعل ليس تلقائيا. إذا ΔG = 0 رد الفعل في حالة توازن ، بمعنى أن التفاعل الأمامي يحدث بمعدل مساوٍ للتفاعل العكسي ولا يوجد ربح أو خسارة صافية للمواد المتفاعلة والمنتجات.

لاحظ أن تلقائية التفاعل لا تعتمد على وجود أو عدم وجود إنزيم (أي وجود إنزيم لا تستطيع تغيير رد الفعل غير العفوي إلى رد فعل عفوي.)

الشكل 7.14 مخططات الطاقة الحرة جيبس. عندما تكون التفاعلات عفوية وتحرر طاقة (طاقة خارجية) ، فإن ΔG ستكون سالبة (الرسم البياني الأيسر) ، بينما عندما لا تكون التفاعلات عفوية وتتطلب طاقة لتضاف إلى التفاعل (endergonic) فإن ΔG سيكون موجبًا (الرسم البياني الأيمن).

7.5 التفاعلات بوساطة الإنزيم

الخاصية الأكثر أهمية للإنزيمات هي القدرة على زيادة معدل التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية ، وهي خاصية تعرف باسم النشاط التحفيزي. تعمل الإنزيمات على تسريع معدل التفاعلات لأنها تقلل الطاقة اللازمة للوصول إلى الحالة الانتقالية للتفاعل. الحالة الانتقالية للتفاعل عبارة عن بنية وسيطة غير مستقرة تتشكل أثناء عملية التفاعل. على سبيل المثال ، في الشكل 7.9 الذي يوضح آلية التفاعل لتكوين الإستر ، تمثل الخطوة 3 التي تحتوي على 5 روابط لذرة الكربون المركزية حالة الانتقال غير المستقرة لهذا التفاعل. تتميز حالة الانتقال بأعلى طاقة للتفاعل ويتم ملاحظتها في مخطط الطاقة الحرة في جيبس ​​باعتبارها ذروة & # 8216 hill & # 8217 التي تحدث بين المواد المتفاعلة وطاقات المنتج (الشكل 7.15). عند وجود الإنزيمات أو المحفزات ، يتم خفض طاقة الحالة الانتقالية والتي بدورها لها تأثير أسي على معدل التفاعل (الشكل 7.15). وبالتالي ، يمكن أن تزيد الإنزيمات من معدل التفاعل بعدة أوامر من حيث الحجم.

الشكل 7.15 مخطط الطاقة الحرة جيبس ​​لتفاعل إنزيم بوساطة. تظهر طاقة التفاعل لتفاعل غير محفز باللون الأحمر. لاحظ أن الحالة الانتقالية للتفاعل هي أكثر جزء غير مستقر من التفاعل ، وبالتالي فهي الموضع على الرسم البياني الذي يحتوي على أعلى طاقة حرة. يُطلق على الفرق في الطاقة بين الحالة الانتقالية والمتفاعلات اسم طاقة جيبس ​​الحرة للتنشيط ، والمعروفة باسم طاقة التنشيط (Δ G ‡) . في وجود إنزيم (الخط الأزرق) تنخفض طاقة التنشيط مما يؤدي إلى زيادة أسية في معدل التفاعل. لاحظ أن وجود الإنزيم لا يغير طاقة جيبس ​​الحرة للمواد المتفاعلة أو للمنتجات. وبالتالي ، وجود أو عدم وجود إنزيم لا تحديد عفوية التفاعل.

نظرًا لأن معظم الإنزيمات عبارة عن بروتينات ، فإن نشاطها يتأثر بالعوامل التي تعطل بنية البروتين ، وكذلك بالعوامل التي تؤثر على المحفزات بشكل عام. تشمل العوامل التي تعطل أو تفسد بنية البروتين عوامل درجة الحرارة ودرجة الحموضة التي تؤثر على المحفزات بشكل عام تشمل تركيز المادة المتفاعلة (الركيزة) وتركيز الإنزيم. يمكن قياس نشاط الإنزيم من خلال مراقبة معدل اختفاء الركيزة أو معدل تكوين المنتج.

تركيز الركيزة

في وجود كمية معينة من الإنزيم ، يزداد معدل التفاعل الإنزيمي مع زيادة تركيز الركيزة حتى الوصول إلى المعدل المحدد ، وبعد ذلك لا ينتج عن الزيادة الإضافية في تركيز الركيزة أي تغيير كبير في معدل التفاعل (الجزء (أ) من الشكل 7.16. في هذه المرحلة ، يوجد الكثير من الركيزة بحيث ترتبط جميع مواقع الإنزيم النشطة بشكل أساسي بها. وبعبارة أخرى ، تكون جزيئات الإنزيم مشبعة بالركيزة. ولا يمكن لجزيئات الركيزة الزائدة أن تتفاعل حتى ترتبط الركيزة بالفعل للإنزيمات التي تفاعلت وتم إطلاقها (أو تم إطلاقها دون رد فعل).

الشكل 7.16 التركيز مقابل معدل التفاعل (أ) يوضح هذا الرسم البياني تأثير تركيز الركيزة على معدل التفاعل الذي يتم تحفيزه بواسطة كمية ثابتة من الإنزيم. (ب) يوضح هذا الرسم البياني تأثير تركيز الإنزيم على معدل التفاعل في الأنظمة البيولوجية عند مستوى ثابت من الركيزة. لاحظ أنه في الأنظمة البيولوجية يكون تركيز الإنزيم أصغر بكثير من كمية الركيزة الموجودة. وبالتالي ، فإن زيادة تركيز الإنزيم لن تصل أبدًا إلى نقطة التشبع في النظم البيولوجية.

دعونا نفكر في القياس. تنتظر عشر سيارات أجرة (جزيئات الإنزيم) في موقف سيارات الأجرة لنقل الأشخاص (الركيزة) في رحلة مدتها 10 دقائق إلى قاعة الحفلات الموسيقية ، راكبًا واحدًا في كل مرة. في حالة وجود 5 أشخاص فقط في المنصة ، يكون معدل وصولهم إلى قاعة الحفلات 5 أشخاص في 10 دقائق. إذا زاد عدد الأشخاص الموجودين في الجناح إلى 10 ، يرتفع المعدل إلى 10 أشخاص قادمون في 10 دقائق. مع وجود 20 شخصًا في المنصة ، سيظل المعدل 10 أشخاص قادمين في 10 دقائق. سيارات الأجرة "مشبعة". إذا كان بإمكان كل سيارة أجرة نقل 2 أو 3 ركاب ، فسيتم تطبيق نفس المبدأ. سيكون المعدل أعلى ببساطة (20 أو 30 شخصًا في 10 دقائق) قبل أن يستقر.

تركيز الانزيم

عندما يكون تركيز الإنزيم أقل بكثير من تركيز الركيزة (كما يحدث في الأنظمة البيولوجية) ، فإن معدل التفاعل المحفز بالإنزيم يعتمد بشكل مباشر على تركيز الإنزيم [الجزء (ب) من الشكل 7.16]. هذا صحيح بالنسبة لأي محفز يزيد معدل التفاعل مع زيادة تركيز المحفز.

درجة حرارة

القاعدة العامة لمعظم التفاعلات الكيميائية هي أن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية يضاعف معدل التفاعل تقريبًا. إلى حد ما ، تنطبق هذه القاعدة على جميع التفاعلات الأنزيمية. بعد نقطة معينة ، مع ذلك ، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض معدل التفاعل ، بسبب تمسخ بنية البروتين وتعطيل الموقع النشط [الجزء (أ) من الشكل 7.17]. بالنسبة للعديد من البروتينات البشرية ، يحدث التمسخ بين 45 درجة مئوية و 55 درجة مئوية. لاحظ أن جسم الإنسان يحافظ على درجة حرارة ثابتة تبلغ 37 درجة مئوية ، وبالتالي ، فإن معظم البروتينات قد تطورت لتكون لها أقصى نشاط حول درجة الحرارة هذه. في درجات الحرارة المرتفعة ، تذوب الإنزيمات وتتغير طبيعتها مما يؤدي إلى فقدان الوظيفة ، بينما في درجات الحرارة المنخفضة ، لا يمكن للبروتين أن يتحرك بسرعة حركية للتوسط في التفاعل. الأنواع الأخرى ، مثل تلك الموجودة في الفتحات الحرارية لأعماق البحار ، سيكون لديها إنزيمات متخصصة لتلك البيئات ولها نطاقات مختلفة من درجات الحرارة المثلى.

الشكل 7.17 درجة الحرارة ودرجة الحموضة مقابل معدل التفاعل (أ) يوضح هذا الرسم البياني تأثير درجة الحرارة على معدل التفاعل الذي يتم تحفيزه بواسطة كمية ثابتة من الإنزيم. (ب) يوضح هذا الرسم البياني تأثير الأس الهيدروجيني على معدل التفاعل الذي يتم تحفيزه بواسطة كمية ثابتة من الإنزيم.

عند 0 درجة مئوية و 100 درجة مئوية ، يكون معدل التفاعلات المحفزة بالإنزيم تقريبًا صفرًا. هذه الحقيقة لها العديد من التطبيقات العملية. نقوم بتعقيم الأشياء عن طريق وضعها في الماء المغلي ، مما يؤدي إلى تغيير طبيعة إنزيمات أي بكتيريا قد تكون موجودة فيها أو عليها. نحافظ على طعامنا بتبريده أو تجميده ، مما يبطئ نشاط الإنزيم. عندما تدخل الحيوانات في حالة السبات الشتوي ، تنخفض درجة حرارة أجسامها ، مما يقلل من معدلات عمليات التمثيل الغذائي لديها إلى المستويات التي يمكن الحفاظ عليها من خلال كمية الطاقة المخزنة في احتياطيات الدهون في أنسجة الحيوانات.

تركيز أيون الهيدروجين (pH)

نظرًا لأن معظم الإنزيمات عبارة عن بروتينات ، فهي حساسة للتغيرات في تركيز أيون الهيدروجين (H +) أو درجة الحموضة. يمكن تغيير طبيعة الإنزيمات بواسطة المستويات القصوى من أيونات الهيدروجين (سواء كانت عالية أو منخفضة) أي التغيير في الرقم الهيدروجيني ، حتى لو كان صغيرًا ، يغير درجة تأين المجموعات الجانبية الحمضية والأساسية للإنزيم ومكونات الركيزة أيضًا. يجب أن تحتوي المجموعات الجانبية القابلة للتأين الموجودة في الموقع النشط على شحنة معينة للإنزيم لربط ركائزه. تحييد حتى واحدة من هذه الشحنات يغير النشاط التحفيزي للإنزيم.

يُظهر الإنزيم أقصى نشاط على نطاق الأس الهيدروجيني الضيق الذي يوجد فيه الجزيء في شكله المشحون بشكل صحيح. تسمى القيمة المتوسطة لنطاق الأس الهيدروجيني هذا الرقم الهيدروجيني الأمثل للإنزيم [الجزء (ب) من الشكل 7. 17]. مع استثناء ملحوظ لعصير المعدة (السوائل التي تفرز في المعدة) ، فإن معظم سوائل الجسم لها قيم أس هيدروجيني بين 6 و 8. وليس من المستغرب أن معظم الإنزيمات تظهر النشاط الأمثل في نطاق الأس الهيدروجيني هذا. ومع ذلك ، تحتوي بعض الإنزيمات على قيم pH مثالية خارج هذا النطاق. على سبيل المثال ، الرقم الهيدروجيني الأمثل للبيبسين ، وهو إنزيم نشط في المعدة ، هو 2.0.

7.6 مقدمة في علم الأدوية

علم العقاقير هو فرع من فروع الطب يهتم باستخدامات وأنماط وآليات عمل جزيئات الدواء. على المدى آلية العمل (وزارة الزراعة) يشير إلى التفاعل الكيميائي الحيوي المحدد الذي من خلاله تنتج مادة دوائية تأثيرها الدوائي. تتضمن آلية العمل عادةً ذكر الأهداف الجزيئية المحددة التي يرتبط بها الدواء ، مثل الإنزيم أو المستقبل. تحتوي مواقع المستقبلات على ارتباطات محددة للأدوية بناءً على التركيب الكيميائي للدواء ، بالإضافة إلى الإجراء المحدد الذي يحدث هناك. تنتج الأدوية التي لا ترتبط بالمستقبلات تأثيرها العلاجي المقابل ببساطة عن طريق التفاعل مع الخواص الكيميائية أو الفيزيائية في الجسم. ومن الأمثلة الشائعة على الأدوية التي تعمل بهذه الطريقة مضادات الحموضة والملينات. بالمقارنة، طريقة عمل (MoA)يصف التغيرات الوظيفية أو التشريحية ، على المستوى الخلوي ، الناتجة عن تعرض كائن حي لمادة.

سيركز هذا القسم بشكل أساسي على MOAs العقاقير الشائعة. يمكن أن تعمل الأدوية على الأهداف الجزيئية من أي من مجموعات الجزيئات الكبيرة الرئيسية أو من خليط من المجموعات المختلفة. غالبًا ما يشكل الحمض النووي والحمض النووي الريبي معقدات تحتوي على بروتينات ويتم تعديل العديد من المستقبلات الخلوية بهياكل كربوهيدراتية مكونة كلاً من البروتينات السكرية والجليكوليبيدات. يمكن أن يكون للأدوية تأثيرات من خلال ربط الأهداف الجزيئية وهي مواقع محددة جدًا في الخلية كما هو موضح في الشكل 7.18

الشكل 7.18 أهداف الأدوية الخلوية. يمكن لجزيئات الدواء أن تربط أنواعًا مختلفة من الأهداف الخلوية للتوسط في تأثيراتها. يشار إلى العديد في الرسم البياني أعلاه.

الخصوم

يمكن تقسيم المضادات إلى فئات فرعية بناءً على آلية تثبيطها. وتشمل هذه مثبطات تنافسية وغير تنافسية ولا رجعة فيها(الشكل 7.19) مثبطات تنافسيةسوف يرتبط بشكل عكسي بنفس مشهد الربط مثل ligand العادي / الركيزة. سوف ينتقلون داخل وخارج الموقع النشط للتنافس مع ارتباط الركيزة الطبيعية وبالتالي تقليل النشاط الكلي للمستقبل / الإنزيم. نظرًا لأن المثبطات التنافسية لا تغير شكل الهدف الدوائي ولا تحجب الموقع النشط للهدف الدوائي بشكل دائم ، يمكن التغلب على التثبيط الذي تسببه عن طريق إضافة ركيزة إضافية.

أ مثبط غير تنافسي سوف يرتبط بشكل عكسي بهدف دوائي في موقع بعيد عن الموقع النشط ويسبب تغييرًا توافقيًا يمنع ارتباط أو تنشيط الهدف بواسطة الركيزة العادية. نظرًا لأن المثبطات غير التنافسية تسبب تغييرات توافقية على الهدف الدوائي ، لا يمكن التغلب على التثبيط الذي تسببه بإضافة المزيد من الركيزة العادية. ومع ذلك ، لن يتم تغيير الهدف الدوائي بشكل دائم. بمجرد استقلاب المثبط ، سيستعيد العقار المستهدف شكله الصحيح وسيحتفظ بنشاطه. يُعرف هذا النوع من التغيير التوافقي والملزم باسم ربط خيفي. ان موقع ربط خيفي هو أي موقع ملزم بعيدًا عن الموقع النشط للهدف الدوائي.

أخيرا، مثبطات لا رجعة فيهاسوف يرتبط بشكل تساهمي بهدف الدواء ويغير بشكل دائم إما الموقع النشط مباشرة ، أو الشكل المطابق لهدف الدواء بحيث لا يعمل.

الشكل 7.19 آليات منع المخدرات المستهدفة. في التثبيط التنافسي ، يرتبط المضاد بالموقع النشط لهدف الدواء ويمنع بشكل عكسي ارتباط الركيزة الطبيعية. في التثبيط غير التنافسي ، يرتبط المضاد في موقع خيفي على هدف الدواء حيث يتسبب في تغيير توافقي في شكل هدف الدواء ويمنع الركيزة الطبيعية إما من الارتباط بهدف الدواء (كما هو موضح أعلاه) أو أنه يؤثر على الفعالية من الركيزة العادية عن طريق تقليل تنشيط هدف الدواء بواسطة الركيزة العادية. ترتبط المثبطات غير التنافسية بشكل عكسي بهدف الدواء ولا تغير هدف الدواء بشكل دائم. ترتبط المثبطات التي لا رجعة فيها بشكل تساهمي بهدف الدواء وتغير نشاطه بشكل دائم.

تم اقتباس هذا الرقم من BioNinja

7.7 ملخص الفصل

التمثيل الغذائي هي مجموعة التفاعلات الكيميائية التي تحافظ على الحياة في الكائنات الحية. يمكن تصنيف التفاعلات الأيضية على أنها الهدم - ال انهيار من المركبات ، أو الابتنائية - ال ينشئ (تخليق) المركبات.تتطلب معظم التفاعلات الأيضية في الجسم نشاط محفز الانزيم. شكل الإنزيم أمر بالغ الأهمية للعمل. تقوم Enyzmes بربط ركائزها عبر ملف القفل ونموذج المفتاحأو ال النموذج المناسب المستحث.

تشمل الأنواع الشائعة من التفاعلات الأنزيمية التي تحدث في الجسم ما يلي: تفاعلات نقل المجموعةالتي بوساطة إنزيمات الترانسفيراز ،تشكيل أو إزالة روابط الكربون والكربون المزدوجةبواسطة لياز الإنزيمات ،تفاعلات الأزمرةبوساطة إنزيمات الايزوميراز ،تفاعلات الربطالتي تجمع بين ركيزتين معًا وتتوسطهما إنزيمات الليجاز ،تفاعلات التحلل المائيالتي تنطوي على إدخال أو إزالة الماء من الركائز ويتوسط فيها أ إنزيم هيدرولاز ، و تفاعلات الأكسدة والاختزالالتي تنطوي على حركة الإلكترونات من مركب إلى آخر بواسطة أوكسيدوروكتاز.

يستخدم تخليق الجفاف (بوساطة إنزيمات الهيدرولاز) لصنع كل الجزيئات الكبيرة في الجسم. الدهونيتم تشكيلها عن طريق الجمع بين الجلسرين والأحماض الدهنية مع سندات استر(حمض الكربوكسيل + كحول= استر).الكربوهيدراتتتشكل عن طريق الجمع بين مونومرات السكر معًا جليكوسيد سندات(نصفي + كحول= أسيتال).البروتينات تتشكل عن طريق الجمع بين الأحماض الأمينية معًا في السندات الببتيد(حمض الكربوكسيل + أمين =الأميد).الأحماض النووية (DNA / RNA)تتشكل عن طريق ربط النيوكليوتيدات معًا في روابط الفوسفوديستر(حمض الفوسفوريك + كحولأ الفوسفويستر).

تشتمل تفاعلات الأكسدة والاختزال العضوية عادةً على مركبات تحتوي على أكسجين. فيما يتعلق بالأكسدة ، الكحولات الأوليةيمكن أن يتأكسد ل الألدهيداتوالتي يمكن أن تتأكسد أكثر ل الأحماض الكربوكسيلية.الكحولات الثانويةيمكن أن يتأكسد ل الكيتونات.الكحولات الثلاثية والكيتوناتلا تستطيع تتأكسد. فيما يتعلق بالتخفيض ، الألدهيداتيمكن اختزالها إلى الكحولات الأولية.الكيتوناتيمكن اختزالها إلى الكحولات الثانوية.

ATP هي عملة الطاقة الرئيسية داخل الخلية. يوجد داخل جسم الإنسان بتركيزات منخفضة جدًا (

250 جم) ومع ذلك ، فإن الإنسان العادي سيستخدم وزنه (50-75 كجم) في ATP كل يوم! وبالتالي ، يجب إعادة تدوير ATP باستمرار داخل جسم الإنسان بالتناوب بين ADP و ATP. يتم إعادة تدوير ATP في الميتوكوندريا في عملية تسمى الفسفرة التأكسدية. في هذه العملية ، يتم أخذ الطاقة من جزيئات الطعام من خلال الأكسدة. يمكن استخدام الإلكترونات التي يتم سحبها من جزيئات الطعام كمصدر للطاقة لصنع ATP عن طريق فسفرة ADP. على وجه التحديد ، تُستخدم الإلكترونات من الطعام في سلسلة نقل الإلكترون لإنشاء a بروتون (H+) الانحدارفي الفضاء بين الغشاء للميتوكوندريا. يتدفق التدرج البروتوني مثل النهر عبر قناة بروتين سينسيز ATP ويدفع إنتاج ATP.

الروابط الكيميائية بين الذرات تخزن الطاقة المعروفة باسم طاقة الرابطة. كل جزيء له طاقة الرابطة المميزة الخاصة به. وبالتالي ، عند كسر رابطة كيميائية ، يجب إضافة الطاقة للتغلب على طاقة الرابطة بين الذرتين. عندما تتشكل روابط جديدة فإنها تطلق الطاقة.

ليكون تفاعل كيميائي من تلقاء نفسها، يجب أن يكون رد الفعل قوي، أو إطلاق الطاقة كنتيجة للتفاعل. إذا كان التفاعل يتطلب مدخلات طاقة ، فيقال إنه كذلك إندرجونيك و لن يحدث بشكل عفوي. يمكن قياس العفوية باستخدام التغيير في الطاقة الحرة جيبس ​​(G). يمكن أيضًا تمثيل هذا بيانياً. إذاΔG سلبي، سيتم إطلاق الطاقة و يكون رد الفعل عفويًا، بينما إذاΔG هو إيجابي، رد الفعل يتطلب مدخلات الطاقة وهو ليست عفوية. إذاΔG = 0 ، يكون التفاعل في حالة توازنولا توجد حركة صافية في أي من الاتجاهين.

ستؤثر العديد من العوامل على معدل التفاعل الكيميائي الذي يتوسطه محفز إنزيم. وتشمل هذه:

  • تركيز الركيزة - زيادة الركيزة ستزيد من معدلات التفاعل حتى يتشبع كل الإنزيم بالركيزة.
  • تؤدي زيادة تركيز الإنزيم إلى زيادة معدل التفاعل
  • سيؤدي تغيير درجة الحرارة أو الرقم الهيدروجيني إلى تغيير معدلات تفاعل تفاعل محفز بالإنزيم. إن طي الإنزيم وحركته يتأثران بكل من هذه المعلمات. وبالتالي ، فإن الإنزيمات لها نطاقات درجة الحموضة ودرجة الحرارة المثلى.

علم العقاقير يدرس طرق وآليات عمل جزيئات الدواء. يمكن لجزيئات الدواء أن تعمل عبر عدة آليات مختلفة داخل الخلية ، تُعرف باسمها آلية العمل (MOA). يمكن للأدوية أن تتوسط في آثارها من خلال التصرف بصفتها منبهات (التي تحاكي آليات التفاعل الطبيعي للجسم) أو الخصوم (التي تمنع آليات التفاعل الطبيعي للجسم). دواء التقارب يشير إلى مدى جودة ارتباط الدواء بالجزيء المستهدف ، بينما فعالية هو مقياس لمدى فعالية الدواء في تنشيط هدفه.

الخصومتمنع التفاعلات باستخدام ثلاث آليات رئيسية.

  • تثبيط المنافسة
  • تثبيط غير تنافسي
  • تثبيط لا رجوع فيه

في تثبيط المنافسة،يرتبط المثبط بشكل عكسي بالموقع النشط للإنزيم ويمكن التغلب عليه بإضافة المزيد من الركيزة. مثبطات غير تنافسية ،من ناحية أخرى ، ربط بامتداد موقع allostericمن الإنزيم بعيدًا عن الموقع النشط. لذلك ، لا يمكن التغلب عليها بإضافة المزيد من الركيزة. كل من هذه الآليات هي عمليات مثبطة عكسية. مثبطات لا رجعة فيهايرتبط تساهميًا بالإنزيم ويغير الشكل والوظيفة بشكل دائم.


7.3: المعادلة الكيميائية

ملاحظات مهمة يجب تذكرها: (1) لا شيء من المعادلات متوازنة !! و (2) تأكد من كتابة الصيغ الصحيحة. لا تقم فقط بنسخ الاشتراكات من المواد المتفاعلة إلى المنتجات.

أثناء الاستبدال الفردي ، يحل عنصر واحد محل عنصر آخر في المركب. هناك احتمالان مختلفان:

1. كاتيون واحد يحل محل آخر. مكتوبًا باستخدام رموز عامة ، فهو:

حل العنصر Y محل A (في المركب AX) لتكوين مركب جديد YX والعنصر الحر A. تذكر أن A و Y كلاهما كاتيونات (أيونات مشحونة بشكل أساسي) في هذا المثال.

لاحظ كيف ، عندما يتم إزاحة الهيدروجين ، أكتبه على أنه ثنائي الذرة. أفعل ذلك لأن عنصر الهيدروجين ثنائي الذرة. لا تنسى ذلك !!

2. أنيون واحد يحل محل الآخر. مكتوبًا باستخدام رموز عامة ، فهو:

حل العنصر A محل Y (في المركب XY) ليشكل مركبًا جديدًا XA والعنصر الحر Y. تذكر أن A و Y كلاهما أنيونات (أيونات سالبة الشحنة) في هذا المثال.

الأمثلة الوحيدة التي يعرفها فريق ChemTeam تتضمن الهالوجينات ، لذا إليك مثالين:

في الاستبدال الفردي ، يكون المتفاعل الواحد دائمًا عنصرًا. لا يهم إذا كان العنصر مكتوبًا أولاً أو ثانيًا على الجانب المتفاعل. سيكون المتفاعل الآخر مركبًا.

عادةً ، سيتم إعطاؤك الجانب الأيسر (الجانب المتفاعل) وسيُطلب منك تقديم المنتجات للتفاعل. يجب أن تكون قادرًا على التعرف على تفاعلات الاستبدال الفردية وأن تكون قادرًا على تقسيم الصيغة إلى كاتيونات وأنيونات مناسبة وكذلك كتابة الصيغ الصحيحة

فيما يلي العديد من الأمثلة التي تم حلها أدناه:

كيفية معرفة الجانب الصحيح (أو جانب المنتج):

(1) قرر ما إذا كان العنصر المتفاعل (O2 في هذه الحالة) تكون عادة موجبة أو سلبية. (إنها قيمة سالبة 2. فقط استخدم O وليس O2.)

(2) حدد الجزء المشحون المعاكس (من الخطوة الأولى) من المركب وشحنته. (شحنة Zn +2.)

(3) اكتب معادلة باستخدام المعلومات من الخطوة الأولى والثانية. (ZnO منذ Zn = +2 و O = -2.)

(4) اكتب العنصر الأيسر على هيئة حاصل الضرب الثاني. اكتبه على أنه ثنائي الذرة إذا كان كذلك. (في هذه الحالة ، كل ما تكتبه هو S ، لأن الكبريت ليس ثنائي الذرة. الآن ، إذا كنت تعرف المزيد من الكيمياء ، فستكتب الكبريت كـ S8. سنتركه كـ S في الوقت الحالي.)

لذا فإن الإجابة النهائية تبدو كالتالي:

كيفية معرفة الجانب الصحيح (أو جانب المنتج):

(1) حدد ما إذا كان العنصر المتفاعل (K في هذه الحالة) يكون عادةً موجبًا أم سالبًا. (إنها علامة موجبة 1.)

(2) حدد الجزء المشحون المعاكس (من الخطوة الأولى) من المركب وشحنته. (شحنة OH هي سالب 1.)

ملاحظة خاصة عن الماء - الكاتيونات +1 ، الكاتيونات +2 والألومنيوم + سوف تطرد هيدروجين واحد فقط ، تاركة الهيدروكسيد (OH & # 175) وراءها

(3) اكتب معادلة باستخدام المعلومات من الخطوة الأولى والثانية. (KOH منذ K = +1 و OH = -1.) ضع في اعتبارك أن OH & # 175 متورطة ، وليس O 2-

(4) اكتب العنصر الأيسر على هيئة حاصل الضرب الثاني. اكتبه على أنه ثنائي الذرة إذا كان كذلك. (في هذه الحالة بما أن الهيدروجين ثنائي الذرة ، نكتب H2.)

لذا فإن الإجابة النهائية تبدو كما يلي:

كيفية معرفة الجانب الصحيح (أو جانب المنتج):

(1) حدد ما إذا كان العنصر المتفاعل (Fe في هذه الحالة) يكون عادةً موجبًا أم سالبًا. (يمكن أن يكون +2 أو +3. يعتمد الأيون الناتج على ظروف مثل التركيز أو درجة الحرارة. تحقق مع معلمك حول كيفية التعامل مع كاتيونات الشحن المتعددة. ضع في اعتبارك أن هذا لكي يكون آمنًا - خاصة إذا كان معلمك غير واضح بشأن ما يجب فعله - قد ترغب في إجراء جميع الإجابات الممكنة. سأستخدم +3 في هذا المثال.)

(2) حدد الجزء المشحون المعاكس (من الخطوة الأولى) من المركب وشحنته. (شحنة Cl لديها سالب 1.)

(3) اكتب معادلة باستخدام المعلومات من الخطوة الأولى والثانية. (FeCl3 منذ Fe = +3 و Cl = -1.)

(4) اكتب العنصر الأيسر على هيئة حاصل الضرب الثاني. اكتبه على أنه ثنائي الذرة إذا كان كذلك. (في هذه الحالة بما أن الهيدروجين ثنائي الذرة ، نكتب H2.)

لذا فإن الإجابة النهائية تبدو كالتالي:

كيفية معرفة الجانب الصحيح (أو جانب المنتج):

(1) حدد ما إذا كان العنصر المتفاعل (Br في هذه الحالة) يكون عادةً موجبًا أم سالبًا. (إنها سالب 1.)

(2) حدد الجزء المشحون المعاكس (من الخطوة الأولى) من المركب وشحنته. (تكلفة Na هي +1.)

(3) اكتب معادلة باستخدام المعلومات من الخطوة الأولى والثانية. (NaBr منذ Na = +1 و Br = -1.)

(4) اكتب العنصر الأيسر على هيئة حاصل الضرب الثاني. اكتبه على أنه ثنائي الذرة إذا كان كذلك. (في هذه الحالة بما أن اليود ثنائي الذرة ، نكتب أنا2.)

لذا فإن الإجابة النهائية تبدو كالتالي:

مشاكل الممارسة

لاحظ أن أيا من الأمثلة المذكورة أعلاه متوازنة. قد يطلب معلمك ذلك ، لكن ChemTeam سيقدم فقط بعض الإجابات التالية متوازنة. الباقي متروك لك !!

اكتب الصيغ الصحيحة للمنتجات في تفاعلات الاستبدال الفردية هذه.

مجرد تذكير: ربما لن يكون لديك أنواع ردود الفعل المختلفة المحددة في الاختبار الذي يجب عليك إجراؤه في النهاية. لذا فأنت تواجه عملية من خطوتين - تحديد نوع التفاعل ثم معرفة صيغ المنتج.


7.3: المعادلة الكيميائية

  1. ستختلف الإجابات ، ولكن يمكن أن تشمل الأفكار الرئيسية من الملخص أو فكرة رئيسية واحدة من كل قراءة (2).
  2. تختلف إجابات الطلاب المترادفة ولكنها قد تكون مشابهة لـ: مراجعة = خصائص إعادة قراءة = خصائص مادة = مادة دليل = دليل ، تشير = عرض حدث = حدث.
  3. يفصل السهم في المعادلة الكيميائية المواد المتفاعلة (المواد الأولية) عن المنتجات ويظهر حدوث تغيير كيميائي.
  1. قد تتعدد الاجابات. نموذج الإجابة: يعتبر تكوين الصدأ على الظفر مثالاً على تغير كيميائي لأن الحديد الموجود في الظفر قد تفاعل مع الماء لتكوين مركب جديد ، أكسيد الحديد. يشير وجود تغير في اللون على الظفر إلى حدوث تفاعل كيميائي.
  2. الإجابة (ب) صحيحة.
  3. قد تتعدد الاجابات. نموذج للإجابة: في التغيرات الجسدية ، يتم استخدام الطاقة لتغيير حجم المادة إلى قطع أصغر وتغيير حالة المادة. على سبيل المثال ، أنت تستخدم الطاقة لاستخدام السكين لتقطيع الخضار وتزيد الطاقة في مادة ما عندما تذوب أو تتحول من سائل إلى غاز. في التغيرات الكيميائية ، تشارك الطاقة في تكسير وتشكيل الروابط الكيميائية.
  4. الإجابات هي:
    1. تتشكل مواد كيميائية جديدة وينتج غاز (CO 2)
    2. من الناحية المادية ، يتغير حجم القلعة الرملية وشكلها
    3. مادة كيميائية ، يتغير لون بياض البيض حيث يتم تغيير طبيعة البروتينات
    4. فيزيائيًا ، يحدث تغيير في الحجم
    5. مادة كيميائية ، يتغير لون الخبز المخبوز مع استخدام الحرارة لخبزه
    6. جسدي - بدني. يصبح الماء السائل بخار ماء
    1. قانون حفظ الكتلة هو مبدأ ينص على أن الكتلة الكلية للمواد المتفاعلة تساوي الكتلة الكلية للمنتجات في تفاعل كيميائي. يستخدم هذا المبدأ "لموازنة" معادلة كيميائية لتفاعل كيميائي بحيث يساوي عدد كل نوع من الذرات على جانب المواد المتفاعلة عدد كل نوع من الذرات على جانب المنتجات. عندما تكون معادلة كيميائية متوازنة ، يمكنك عمل تنبؤات حول كمية مادة متفاعلة معينة مطلوبة لصنع كمية معينة من المنتج الذي تريده.
    2. لفهم أنواع المنتجات المتكونة في التفاعل ومقدار الإنتاج ، تحتاج إلى حاوية مغلقة (نظام مغلق) حتى تتمكن من التقاط المنتجات. في نظام مفتوح ، يمكن أن تتسرب منتجات مثل الغازات بسهولة ويصعب تحديد كميتها.
    3. 10 جرام - 9.3 جرام = 0.7 جرام ، تم إنتاج 0.7 جرام من الأكسجين في هذا التفاعل.
    4. نموذج للإجابة: يشير الرمز السفلي إلى عدد ذرات عنصر في صيغة كيميائية. يشير المعامل إلى كمية الجزيء أو المركب الموجود في معادلة كيميائية.
    5. الإجابات:
      1. 2KClO غير متوازن 3 2KCl + 3O 2
      2. غير متوازن 2Fe + O 2 2FeO
      3. متوازن 2Li + Cl 2 2 ليكل
      4. متوازن NH 3 + HCl NH 4 Cl
      1. 2BaO 2 (ق) 2BaO (ق) + O 2 (ز)
      2. يتفاعل جزيئين من بيروكسيد الباريوم الصلب لإنتاج جزيئين من أكسيد الباريوم الصلب وجزيء واحد من غاز الأكسجين.

      العلم في فمك ص 190

      التغيير الذي يحدث عندما يضع الطالب ملحًا في فمه هو مثال على تغيير كيميائي. يعد تغير المذاق مؤشرًا على ذلك وينتج عندما يقوم إنزيم هضمي (أميليز) في الفم بتغطية النشا (أميلوز) في الملح إلى كربوهيدرات سكرية بسيطة (جلوكوز).

      عينة من إجابة الطالب: لا ، عدد الذرات على جانب المواد المتفاعلة وجانب النواتج غير متطابقين. على جانب المواد المتفاعلة ، توجد ذرة كربون واحدة ، وأربع ذرات هيدروجين ، واثنين من ذرات الأكسجين. من ناحية المنتجات ، توجد ذرة كربون واحدة ، وذرتان هيدروجين ، وثلاث ذرات أكسجين. لجعل الأرقام متطابقة ، يبدو أنني بحاجة إلى إضافة المزيد من الأكسجين إلى جانب المتفاعلات ولكني لست متأكدًا من كيفية جعل عدد ذرات الهيدروجين متطابقًا. [سيتعلم الطلاب في القسم التالي كيفية موازنة المعادلات الكيميائية.]

      التوصيل: مركبات تعمل بالهيدروجين

      مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية

      الاحتراق الداخلي
      مركبات المحرك

      انبعاثات العادم = الماء فقط

      تشمل انبعاثات أنبوب العادم أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروز وأحماض الكبريتيك والمياه.

      المحرك يعمل بالكهرباء

      محرك يعمل بالاحتراق الداخلي للبنزين.

      يمكن أن تتسبب المركبات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين في زيادة غازات الاحتباس الحراري والملوثات الجوية (مثل مركبات محرك الاحتراق الداخلي) إذا كانت طريقة إنتاج الهيدروجين لا تعتمد على & quot؛ تنظيف & quot مصادر الطاقة مثل الرياح أو الطاقة الشمسية.

      النشاط: إثبات حفظ الكتلة

      أ. - هـ. & # 9 نظرًا لأن تجارب الطلاب ستختلف ، ففكر في وضع الدرجات باستخدام نموذج تقييم أو اطلب من الطلاب تقييم أنفسهم باستخدام نموذج تقييم من تصميمهم الخاص. يمكن العثور على نموذج لمعيار التقييم في الصفحة 250 من هذا الدليل.

      1. الإجابات هي:
        1. صيح
        2. غير صحيح. يعتبر تبخر الماء مثالاً على التغيير المادي.
        3. صيح.
        4. غير صحيح. تتضمن التغيرات الكيميائية تفاعلات كيميائية وطاقة.
        5. صيح.
        6. غير صحيح. يتسبب قلي بيضة في مقلاة في حدوث تغير كيميائي في البيضة.
        1. عينة من إجابة الطالب: من المحتمل أن تكون نتائج التجربة صحيحة. ومع ذلك ، فإن المشكلة هي أن التجربة ربما أجريت في حاوية مفتوحة. عند تكرار التجربة ، يجب إجراؤها في حاوية مغلقة لتتبع جميع المنتجات المتكونة. في هذا التفاعل المحدد ، يتم إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون والذي ربما تسرب قبل أن يتم تحديد كتلته.
        2. الإجابات هي:
          1. المفاعلات = منتجات C 6 H 12 O 6 (صلبة) و O 2 (غاز) = CO 2 (غاز) و H 2 O (سائل)
          2. السهم يعني "ينتج" أو "ينتج".
          3. نعم رد الفعل متوازن. يحتوي كل جانب على 6 ذرات كربون و 12 ذرة هيدروجين و 18 ذرة أكسجين.
          1. تُستخدم الطاقة في تقطيع الخضار التي توضع فوق البيتزا. هذا مثال على التغيير المادي. يتم استخدام الطاقة حيث يتم كسر الروابط وإعادة تشكيلها أثناء التغييرات الكيميائية أثناء صنع البيتزا. على سبيل المثال ، تنتج الخميرة غاز ثاني أكسيد الكربون في عجينة البيتزا. هذا تغيير كيميائي.
          2. ينص قانون حفظ الكتلة على أن كتلة المادة في الحاوية ستبقى كما هي.
          1. الإجابات هي:
            1. جسدي - بدني. في هذه الحالة ، تكون الفقاعات ناتجة عن تحول الماء السائل إلى بخار ماء. يحدث تغيير في الحالة.
            2. المواد الكيميائية. هذا وصف لتفاعل إزاحة مزدوجة حيث يشير الراسب إلى وجود مركب جديد.
            3. المواد الكيميائية. هناك تغير في اللون من السكر الأبيض إلى مادة سوداء ومركب جديد هو الماء.
            4. جسدي - بدني. حدث تغيير في الحجم. لقد تحول الدورق من كونه كاملًا إلى مجموعة من القطع الأصغر.
            1. كانت كتلة الأكسجين 3.20 جرام. تم تحديد ذلك بطرح 3.91 جرام من 7.11 جرام. وفقًا لقانون حفظ الكتلة ، فإن كتلة المواد المتفاعلة (3.20 جرام + 3.91 جرام) تساوي كتلة المنتجات (7.11 جرام).
            2. الجواب (ج).
            3. الإجابات هي:
              1. الكل 2 + 2Br 2Cl + Br 2
              2. Na 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO 4 + 2NaCl
              3. 2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2
              4. الكل 2 + 2KBr 2KCl + Br 2
              5. H 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O

              مشروع - كيمياء في جسم الانسان

              لا يلبي التوقعات

              يحدد أقل من تغيرين فيزيائيين في الطعام أثناء الهضم

              يحدد تغييرين فيزيائيين في الطعام أثناء الهضم

              يحدد أكثر من تغيرين فيزيائيين في الطعام أثناء الهضم

              يحدد أقل من مادتين كيميائيتين في الطعام أثناء الهضم

              يحدد مادتين كيميائيتين في الطعام أثناء الهضم

              يحدد أكثر من مادتين كيميائيتين في الطعام أثناء الهضم

              تفتقد المخططات إلى واحد أو أكثر مما يلي:

              إظهار الهضم من البداية إلى النهاية

              تحديد مجالات التغيرات الفيزيائية والكيميائية في الغذاء

              قم بتضمين تسميات متصلة بخطوط بأجزاء من الرسم التخطيطي

              المخططات
              إظهار الهضم من البداية إلى النهاية

              تحديد مجالات التغيرات الفيزيائية والكيميائية في الغذاء

              قم بتضمين تسميات متصلة بخطوط بأجزاء من الرسم التخطيطي

              المخططات تلبي جميع التوقعات المدرجة و

              قم بتضمين مناظر أو مخططات متعددة لبنية الجسم المهمة في عملية الهضم


              كيف يتم تبادل المواد الكيميائية في الجسم

              تتبادل جميع خلايا الجسم المواد الكيميائية باستمرار (على سبيل المثال ،المغذيات ومنتجات النفايات والأيونات) مع السائل الخارجي المحيط بها (الشكل 2). هذا السائل الخارجي ، بدوره ، يتبادل المواد الكيميائية مع الدم الذي يتم ضخه في جميع أنحاء الجسم.طريقة التبادل السائدة بين هذه السوائل (السائل الخلوي ، السائل الخارجي ، والدم) هو الانتشار عبر قنوات الغشاء ، بسبب تدرج التركيز المرتبطة بمحتويات السوائل. (تذكر تجربتك مع تدرجات التركيز في تجربة & quot الأغشية والبروتينات وغسيل الكلى & quot.) ومن ثم ، فإن التركيب الكيميائي للدم (وبالتالي السائل الخارجي) مهم للغاية بالنسبة للخلية. على سبيل المثال ، إذا كان الرقم الهيدروجيني للدم والسوائل الخارجية منخفضًا جدًا (عدد كبير جدًا من أيونات H +) ، فإن زيادة أيونات H + ستدخل الخلية. كما ذكر أعلاه ، فإن الحفاظ على درجة الحموضة المناسبة أمر بالغ الأهمية للتفاعلات الكيميائية التي تحدث في الجسم. من أجل الحفاظ على التركيب الكيميائي المناسب داخل الخلايا ، التركيب الكيميائي للسوائل في الخارج يجب أن تبقى الخلايا ثابتة نسبيًا. يُعرف هذا الثبات في علم الأحياء باسم التوازن.

              الشكل 2

              هذا رسم تخطيطي يوضح تدفق الأنواع عبر الأغشية بين الخلايا والسائل خارج الخلية والدم في الشعيرات الدموية.

              يمتلك الجسم مجموعة واسعة من الآليات للحفاظ على التوازن في الدم والسائل خارج الخلية. الطريقة الأكثر أهمية للحفاظ على درجة الحموضة في الدم ثابتة نسبيًا هي عن طريق الذوبان في الدم. تساعد الأعضاء الأخرى على تعزيز الوظيفة الاستتبابية للمخازن المؤقتة. تساعد الكلى على إزالة المواد الكيميائية الزائدة من الدم ، كما تمت مناقشته في البرنامج التعليمي لغسيل الكلى. الكلى هي التي تزيل (من الجسم) أيونات H + والمكونات الأخرى لمخازن الأس الهيدروجيني التي تتراكم بشكل زائد. يُعرف الحماض الناتج عن فشل الكلى في أداء وظيفة الإخراج هذه الحماض الأيضي. ومع ذلك ، فإن إفراز الكلى هو عملية بطيئة نسبيًا ، وقد تستغرق وقتًا طويلاً لمنع الحماض الحاد الناتج عن الانخفاض المفاجئ في درجة الحموضة (على سبيل المثال ، خلال ممارسة الرياضة). توفر الرئتان طريقة أسرع للمساعدة في التحكم في درجة حموضة الدم. تساعد استجابة التنفس المتزايدة للتمرين على مواجهة تأثيرات خفض درجة الحموضة للتمرين عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون2، أحد مكونات عازلة الأس الهيدروجيني الرئيسية في الدم. الحماض الناتج عن فشل الرئتين في التخلص من ثاني أكسيد الكربون2 يُعرف بأسرع ما يتم إنتاجه بـ الحماض التنفسي.

              أسئلة حول التغيرات الكيميائية في الدم أثناء التمرين وكيف يتم تبادل المواد الكيميائية في الجسم

              • لماذا يولد التمرين H +؟
              • كيف يمكن أن يؤثر H + المتولد في خلايا العضلات أثناء التمرين على درجة الحموضة في الدم في جميع أنحاء الجسم (أي كيف يؤثر تركيز H + في خلايا العضلات على تركيز H + في الدم)؟

              7.3: المعادلة الكيميائية

              الحمض الضعيف هو أي حمض يتفاعل مع الماء (يتبرع بأيونات H +) إلى حد صغير جدًا ، عادة أقل من 5-10٪. يتكون المحلول المائي لحمض ضعيف في حالة توازن بشكل أساسي من الشكل الموحد للحمض ، وكمية صغيرة فقط من أيونات الهيدرونيوم والأنيون (القاعدة المترافقة) للحمض الضعيف. المعادلة التي تمثل تأين أي حمض ضعيف HA وتعبير التوازن K.أ، موضحة أدناه.

              ملاحظة: هذا التعبير ، K.أ، على أساس الشكل العام لـ Kج. التعيين Kأ يستخدم للإشارة إلى أنه ثابت التوازن لتفاعل حمض مع الماء.

              • معادلة تفاعل الحمض مع الماء
              • تعبير التوازن ، K.أ، لرد الفعل
              • تركيز التوازن لكل نوع (مولارية أو مولات لكل لتر) أو لديها وسيلة للحصول عليها

                اكتب معادلة التوازن بين الأسبرين والماء.

              3O +] = 10 -pH = 10 -2.24 = 0.0057 م

              لتوضيح أهمية الألوان المختلفة انقر هنا.

              حساب تركيزات التوازن في محلول مائي لحمض ضعيف


              شاهد الفيديو: موازنة المعادلات الكيميائية 1. التفاعلات الكيميائية والحسابات الكيميائية المعتمدة على التفاعل (شهر اكتوبر 2021).