لإبطاء سرعة التفاعل الكيميائي يجب إضافة ؟

كتابة: أسماء صلاح آخر تحديث: 25 يناير 2023 , 11:55

لإبطاء سرعة التفاعل الكيميائي يجب إضافة

مُثبط كميائي .

تتكاتف كلًا من الحرارة، والعامل المساعد الحفاز أو المثبط، وكذلك طبيعة المواد المتفاعلة وتركيزاتها، على تحديد كلًا من سرعة واتجاه التفاعل الكميائي.

والمثبط الكميائي أو المادة المُثبطة بشكل عام (Reaction Inhibitor) عبارة عن مادة كميائية تعمل على إبطاء سرعة التفاعل الكميائي عن طريق شغل موقع ارتباط كلًا من المُتفاعلات الكميائية معًا،

أمثلة المواد المُثبطة شائعة الاستخدام

  • مثبطات التآكل.
  • المثبطات الإنزيمية. [1]

مثبطات التآكل (Corrosion inhibitors): وتعمل مثبطات التآكل على الحد من أكسدة المعادن، مثل اضافة الزيوت أو مثبطات التآكل البخاري (VCI) لمنعه من الصدأ عن طريق انبعاث أبخرة بالهواء. [2]

المثبطات الحيوية: وتعمل المُثبطات الحيوية على إبطاء التفاعلات الكيميائية الحادثة في إطار الكائنات الحية، وتعتمد فى نظام العمل الخاص بها على وجود إنزيمات حيوية تعمل على تثبيطها.

والإنزيمات عبارة عن مواد بروتينية حيوية تعمل على تحفيز تفاعل ما داخل الكائنات الحية، وتعمل المثبطات على إبطاء أو إيقاف التفاعلات الكميائية الحية عن طريق منع الإنزيم من إتمام العمل الخاص به، وتلعب عملية التثبيط دورً هامًا فى عملية التنظيم الحيوي داخل الكائن الحي.

وتنقسم المُثبطات وفقًا لطريقة العمل المُتبعة إلى مثبطات:

  • تنافسية (Competitive).
  • لاتنافسية (Noncompetitive).
  • غير قادرة ع التنافس المباشر(Uncompetitive).
  • متعددة الطرق.(Mixed Inhibitor).

كما تنقسم وفقًا للتأثير الناتج عنها إلى نوعين:

  • مثبطات عكسية (reversible interactions).
  • مثبطات لاعكسية. (irreversible inhibitor).

وتختلف المثبطات اللاعكسية عن المثبطات العكسية في عدد من النقاط:

  • تغير المُثبطات اللاعكسية من التركيب الكميائي للإنزيم عن طريق تكوين روابط تساهمية معه مما يعمل على تغيير طبيعته بلا رجعة، وبالتالى لايمكن عكس تأثيرها، على العكس، تقوم المُثبطات العكسية بتعطيل الإنزيم فقط عن عمله ويمكن عكس تأثيرها بسهولة
  • تعمل المُثبطات العكسية على إبطاء التفاعل بينما تعمل المُثبطات اللاعكسية على وقف التفاعل. [5] [4]

تأثير الإنزيمات على سرعة التفاعل الكيميائي

قبل البدء بفهم تأثير المُثبطات على التفاعل الكميائي لابد من التذكرة بعدد من النقاط الهامة واجبة التحصيل عن طريقة عمل الإنزيم كعامل محفز عكسي للتثبيط:

  • الإنزيمات عبارة عن مواد كميائية بروتينية تُنتج بشكل حصري داخل الإجسام الحية ويُمكن تصنيعها معمليًا.
  • تعمل الإنزيمات على زيادة سرعة التفاعل الكميائي عن طريق التحكم بطرفي المعادلة الكميائية وذلك من خلال زيادة معدل كسر الجزيئات الكبيرة، أو زيادة معدل التكوين وذلك لإنتاج متفاعلات جديدة أو نواتج.
  • تتميز الإنزيمات بالاختيار النوعي والتخصص(specificity)، ويعني التخصص الإنزيمي أن لكل انزيم مادة خاصة يتفاعل معها دون غيرها، وذلك تجنبًا لإنتاج مركبات ثانوية لاطائل منها.
  • يتميز الإنزيم بوجود موقع نشط (Active site) على سطحه يسمح بتفاعل المادة المُخصصة فقط بالإنزيم، حيث يعود التخصص الإنزيمي إلى وجود الموقع النشط.
  • تسمي المواد المٌتفاعلة مع الإنزيم بالركيزة (substrate).

نظريات تفسير عملية ارتباط الإنزيم بالركيزة

وهناك نظريات متعددة لتفسير عملية ارتباط الإنزيم بالركيزة ومن أشهر هذه النماذج:

  •  المفتاح والقفل.
  •  الملاءمة المُستحثة

 المفتاح والقفل (lock-and-key model): ويقترح هذا النموذج ثبات شكل الموقع النشط بالإنزيم ليلائم فقط شكل محدد من الركائز دون غيرها، وفي العادة يتم شرح عمل الإنزيم وفقًا لهذا النموذج.

 الملاءمة المُستحثة (induced-fit model): ويقترح هذا النموذج عدم ثبات شكل الموقع النشط بالإنزيم وإنما يُستحث من قبل الركيزة المناسبة له ليلائمها دون غيرها، كما يُفسر سبب الإرتباط القوي بين ركائز معينة دون غيرها بإنزيمات معينة. [3]

ماهي طريقة عمل الإنزيم

  • ترتبط الركيزة بالموقع النشط الخاص بالإنزيم.
  • يقوم الإنزيم باستيعاب الهدف من التفاعل من خلال المحتوى الجيني بالخلية.
  • ويقوم الإنزيم بتكسير الروابط بين أجزاء الركيزة الواحدة في حالة إستخراج المكونات الأولية للركيزة.
  • كما يعمل على الجمع بين ركيزتين مختلفتين لإنتاج مركب واحد ناتج.

ويسير التفاعل الكميائي الإنزيمي وفقًا لهذه المعادلة:

إنزيم (E)+ ركيزة (S) ← مركب وسطي(ES) ← النواتج (P) + إنزيم (E)

ويوضح المثال القادم طريقة عمل الإنزيم في حالة الجمع بين الركائز أو كسر ركيزة واحدة. [3]

طريقة عمل الإنزيم للتأثير على سرعة التفاعل الكميائي
طريقة عمل الإنزيم للتأثير على سرعة التفاعل الكيميائي

ماهي أنواع المثبطات المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي

  • تنافسية (Competitive).
  • لاتنافسية (Noncompetitive).
  • غير قادرة ع التنافس المباشر (Uncompetitive).
  • متعددة الطرق.(Mixed Inhibitor).

وتنقسم المُثبطات وفقًا لطريقة العمل المُتبعة لإبطاء التفاعل إلى مثبطات:

تنافسية (Competitive): تتافس المثبطات الركيزة الحيوية على الموقع النشط الخاص بارتباط الركائز.

لاتنافسية (Noncompetitive): لاتتنافس المثبطات مع الركيزة الحيوية على الموقع النشط الخاص بالإنزيم وإنما ترتبط بالإنزيم من مكان آخر خاص بها.

غير قادرة ع التنافس المباشر(Uncompetitive): يقوم هذا النوع من المُثبطات على تثبيط المركب الناتج من ارتباط الركيزة بالإنزيم عن طريق التفاعل معه، وتُعرف بالمُثبطات غير المباشرة.

متعددة الطرق(Mixed Inhibitor): وتعمل كمُثبطات لاتنافسية أو غير مباشرة.[5]

تأثير المثبطات التنافسية على سرعة التفاعل الكيميائي

تُعرف المثبطات التنافسية بـ (Competitive Inhibition)،وتتميز بتشابها الشديد مع الركائز المُتفاعلة مما يساعدها على مزاحمة الركائز على المواقع النشطة بالإنزيم مما يمنع من حدوث ارتباط بين الركيزة والإنزيم وبالتالي يقل مُعدل التفاعل وانتاج النتائج. [5]

تأثير المُثبطات التنافسية على سرعة التفاعل الكميائي
تأثير المُثبطات التنافسية على سرعة التفاعل الكيميائي

تأثير المثبطات اللاتنافسية على سرعة التفاعل الكيميائي

تُعرف المثبطات اللاتنافسية بــ (Non-competitive inhibitor)، وتتبع أسلوبًا معاكسًا تمامًا للمثبطات التنافسية، حيث ترتبط المثبطات اللاتنافسية بالإنزيم عن طريق موقع نشط خاص بها فقط ولا تُزاحم الركائز على المواقع النشطة الخاصة بها، ولكن تقوم بتغيير كمياء الإنزيم الخاصة به مما يحعله عاجزًا عن الإرتباط بالركيزة من الأساس.

وفي المثال القادم، نلاحظ كيف يقوم المُثبط بتغيير شكل الإنزيم عقب الإرتباط به وبالتالى لايرتبط بالركيزة الخاصة به. [5]

تأثير المُثبطات اللاتنافسية على سرعة التفاعل الكميائي
تأثير المُثبطات اللاتنافسية على سرعة التفاعل الكيميائي

تأثير المُثبطات غير المباشرة على سرعة التفاعل الكميائي

يُعرف هذا النوع من المُثبطات بــ (competitive inhibition)، ولا يستطيع التفاعل بشكل مباشر مع الإنزيم، وإنما ينتظر حتى تمام التفاعل بين كلًا من الركيزة والإنزيم، وعند تكون المركب الوسطي يقوم بالإرتباط به مما يمنع من تمام التفاعل وإنتاج النواتج.

ويمكن التغلب على هذا النوع من المثبطات عن طريق زيادة تركيز الركائز وبالتالي يتم اخراج النواتج بمعدل اكبر من المعتاد مع حساب فرق تأثير تفاعل المُثبطات مع المركبات الوسطية. [5]

تأثير المُثبطات غير المباشرة على سرعة التفاعل الكميائي
تأثير المُثبطات غير المباشرة على سرعة التفاعل الكيميائي

تأثير المثبطات متعددة الطرق على سرعة التفاعل الكيميائي

يجمع هذا النوع بين طريقة عمل كلًا من المثبطات اللاتنافسية والغير مباشرة حيث يمكنها التفاعل مع الإنزيم قبل ارتباطه بالركيزة أو عقب تكوين المركب الوسطي، مما لايدع فرصة تكوين نتائج بأي شكل من الأشكال، ويعرف هذا النوع من المُثبطات بــ ( Mixed inhibitors ) [5]

إشترك
نبّهني عن
guest
0 تعليقات
رد خطي
الإطلاع على كل التعليقات
زر الذهاب إلى الأعلى