Question

В клетке в процессе её жизнедеятельности образуются так называемые активные формы кислорода, обладающие повышенной реакционной способностью. Их избыточная продукция является причиной нарушения некоторых биологических структур и функций. В то же время в клетке существуют системы, разрушающие активные формы кислорода, тем самым нормализуя внутриклеточные процессы. Одной из активных форм кислорода является пероксид водорода. Его избыточное содержание в клетке оказывает на неё токсическое действие, поэтому избыток образовавшегося пероксида водорода в клетке разрушается. Этот процесс катализирует особый фермент — каталаза. Под его действием пероксид водорода распадается на воду и кислород: 2Н2О2 = 2Н2О + О2. Каталаза является одним из наиболее эффективно работающих ферментов: одна молекула каталазы за одну секунду разлагает 200 тыс. молекул пероксида водорода. Рассчитайте скорость химической реакции, протекающей при участии каталазы, в среде объёмом 5 см3, содержащей 1 мг каталазы и избыток пероксида водорода. Молярная масса каталазы равна 250 000 г/моль.

Answer 1

Дано:
- Объем среды (V) = 5 см³ = 5 * 10^-6 м³
- Масса каталазы (m_enzyme) = 1 мг = 1 * 10^-3 г
- Молярная масса каталазы (M_enzyme) = 250 000 г/моль
- Количество разлагаемых молекул H2O2 одной молекулой каталазы за одну секунду = 200 000 молекул

Найти:
- Скорость реакции.

Решение:

1. Сначала найдем количество молей каталазы:

n_enzyme = m_enzyme / M_enzyme
n_enzyme = (1 * 10^-3 г) / (250 000 г/моль) = 4 * 10^-9 моль

2. Теперь найдем, сколько молекул пероксида водорода разлагает каталаза за одну секунду.

Количество молекул пероксида водорода, разлагаемых одной молекулой каталазы в секунду, равно 200 000.

Следовательно, общее количество молекул H2O2, разлагаемых n_enzyme молекулами каталазы за одну секунду:

n_H2O2_per_second = n_enzyme * 200 000
n_H2O2_per_second = (4 * 10^-9 моль) * 200 000 ≈ 8 * 10^-4 моль

3. Переведем количество молей H2O2 в объем:

Скорость реакции определяется как количество вещества, разлагаемого за единицу времени на объем среды:

Скорость реакции = n_H2O2_per_second / V
Скорость реакции = (8 * 10^-4 моль) / (5 * 10^-6 м³) = 160 моль/м³·с

Ответ:
Скорость химической реакции, протекающей при участии каталазы, составляет 160 моль/м³·с.