Spalting av hydrogenperoksid med enzymet katalase

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hydrogenperoksid, $H_{2} O_{2}$ , dekomponerer til vann, $H_{2} O$ , og oksygengass, $O_{2}$ . Reaksjonsligningen er

2 H_{2} O_{2} (a q) \to 2 H_{2} O (l) + O_{2} (g)

Entalpiendringen for reaksjonen er $Δ H = - 98 k J / m o l$ .

Begrunn hvorfor denne reaksjonen er spontan.

$H_{2} O_{2}$ er et oksiderende stoff som dannes i kroppens stoffskifte. Enzymet katalase spalter giftig $H_{2} O_{2}$ i kroppens celler og forhindrer dermed skader på DNA. I figur 1 ser vi grafen for entalpiendringen i dekomponeringen av $H_{2} O_{2}$ UTEN bruk av katalase.

Figur 1: Energidiagram med energi mot tid for dekomponering av hydrogenperoksid uten katalase, med markert aktiveringsenergi og entalpiendring

Tegn av figur 1 i besvarelsen din, og skisser hvordan grafen vil se ut når katalase tilsettes. Bruk grafen din til å begrunne hvilken betydning katalase har for reaksjonsfarten.

Spaltingen av $H_{2} O_{2}$ med katalase skjer hurtigst når temperaturen i kroppen er $37 ° C$ og pH er lik 7.

Forklar hvordan egenskapene og strukturen til katalase påvirkes hvis enten pH blir for lav eller temperaturen blir for høy. (Velg enten pH eller temperatur.)

Fasit

$Δ H < 0$ og $Δ S > 0$ fordi det dannes gass. Da er $Δ G = Δ H - T Δ S < 0$ ved alle temperaturer, og reaksjonen er spontan.

Med katalase blir toppen lavere (lavere aktiveringsenergi), mens start- og sluttnivået er uendret. Flere støt fører til reaksjon, så reaksjonsfarten øker.

Temperatur: Svake bindinger mellom sidekjedene brytes, og proteinet denaturerer. Det aktive setet endrer form, så katalase mister virkningen sin.

LøsningsforslagKI-generert

En reaksjon er spontan når $Δ G = Δ H - T Δ S < 0$ .

Entalpiendringen er negativ, $Δ H = - 98 k J / m o l$ . Reaksjonen er eksoterm.

Entropien øker. Fra $2 m o l$ løst stoff dannes $2 m o l$ væske og $1 m o l$ gass. En gass har mye større uorden enn en væske eller et løst stoff, så $Δ S > 0$ .

Da er både $Δ H$ og $- T Δ S$ negative. Det gir $Δ G < 0$ ved alle temperaturer, og reaksjonen er spontan.

At reaksjonen er spontan, sier ingenting om hvor fort den går. Uten katalysator går den langsomt.

Energidiagram for dekomponering av hydrogenperoksid med og uten katalase

Katalase er en katalysator. Enzymet gir en alternativ reaksjonsvei med lavere aktiveringsenergi. Derfor blir toppen på grafen lavere med katalase.

Start- og sluttnivået er de samme. Katalase endrer ikke energien til reaktantene eller produktene, så $Δ H$ er fortsatt $- 98 k J / m o l$ .

For at et støt mellom partikler skal føre til reaksjon, må partiklene ha minst like mye energi som aktiveringsenergien. Når aktiveringsenergien er lavere, har en større andel av molekylene nok energi. Flere støt blir effektive, og reaksjonsfarten øker.

Vi velger temperatur.

Katalase er et protein. Funksjonen avhenger av den tredimensjonale formen (tertiærstrukturen). Formen holdes på plass av bindinger mellom sidekjedene: hydrogenbindinger, ionebindinger, van der Waals-krefter og disulfidbroer. Formen gir enzymet et aktivt sete som passer til substratet $H_{2} O_{2}$ .

Når temperaturen blir for høy, beveger molekylene seg kraftigere. De svake bindingene mellom sidekjedene brytes. Det er hydrogenbindinger, ionebindinger og van der Waals-krefter. Proteinkjeden folder seg ut, og katalase denaturerer. Kovalente bindinger, som peptidbindinger og disulfidbroer, består vanligvis. Primærstrukturen er derfor den samme.

Når formen endres, får også det aktive setet en annen form. $H_{2} O_{2}$ binder seg ikke lenger til enzymet, og katalase mister evnen til å spalte $H_{2} O_{2}$ . Denatureringen er ofte irreversibel.

Ved for lav pH tar karboksylatgrupper ( $– C O O^{-}$ ) i sidekjedene opp $H^{+}$ og mister ladningen. Da brytes ionebindinger, og proteinet denaturerer også.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2023, del 1, oppgave 4
Del: Del 1, uten hjelpemidler, med vedlegg — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Skrivesaker og linjal
Vedlegg i oppgavesettet
Ingen kalkulator eller digitale verktøy. Vedleggene i oppgavesettet kan brukes på begge deler.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Termodynamikk, Enzymer, Proteiner

Spalting av hydrogenperoksid med enzymet katalase

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Spalting av hydrogenperoksid med enzymet katalase

Lov på eksamen

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Spalting av hydrogenperoksid med enzymet katalase

Spalting av hydrogenperoksid med enzymet katalase

Lov på eksamen

Temaer