معلومة

المحاضرة 08: تفاعلات الأكسدة والاختزال - علم الأحياء

المحاضرة 08: تفاعلات الأكسدة والاختزال - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

التمثيل الغذائي في BIS2A

يمثل التمثيل الغذائي الخلوي ما يقرب من ثلث منهج BIS2A. سوف تتعلم عن بعض التحولات الكيميائية الشائعة المرتبطة بتحول اللبنات الأساسية الجزيئية للحياة وحول الأنماط الأساسية المختلفة لنقل الطاقة التي ستواجهها غالبًا في علم الأحياء. ستصبح قصة الطاقة ونماذج تحدي التصميم المقدمة سابقًا ذات أهمية متزايدة في هذه الوحدات القليلة التالية وما بعدها.

ماذا تعلمنا؟ كيف سترتبط بعملية التمثيل الغذائي؟

  1. لقد ركزنا على تحديد الخصائص الكيميائية للمجموعات الوظيفية البيولوجية الشائعة. بينما نغوص في عملية التمثيل الغذائي ، سيساعدك هذا على التعرف على الطبيعة الكيميائية / تفاعل المركبات التي لم ترها من قبل وأحيانًا حتى التنبؤ بها.
  2. لقد تدربنا على التعرف على الجزيئات وتصنيفها إلى أربع مجموعات وظيفية رئيسية. سيساعدك هذا عندما نبدأ في مناقشة كيفية بناء وتفكيك هذه الجزيئات.
  3. لقد تعلمنا بعض الديناميكا الحرارية الأساسية ، مما أعطانا مجموعة مشتركة من المفاهيم التي يمكن من خلالها مناقشة ما إذا كان من المحتمل حدوث تفاعل أو عملية كيميائية حيوية ، وإذا كان الأمر كذلك ، في أي اتجاه ومدى السرعة. سيكون هذا أمرًا بالغ الأهمية عندما نبدأ في النظر في بعض الأنواع الرئيسية من التفاعلات التي تحدث في عملية التمثيل الغذائي.
  4. لقد تعلمنا وتدربنا على عنوان قصة الطاقة. سيسمح لنا هذا أيضًا بفحص التفاعلات والعمليات الكيميائية الحيوية الجديدة بشكل منهجي ومناقشتها بلغة مشتركة ونهجًا متسقًا ويعزز الدروس التي تعلمناها حول الديناميكا الحرارية.

لمحة موجزة عن هذا القسم

  • سوف تتعرف على مفهوم هام يسمى إمكانية التخفيض وستتاح لك الفرصة لاستخدام برج الأكسدة والاختزال. هناك أيضًا مناقشة حول كيمياء الأكسدة والاختزال في دليل المناقشة الخاص بك. تأكد من استخدام كلا المصدرين.
  • سوف تتعرف على لاعبين رئيسيين في التمثيل الغذائي ، ATP و NADH. يُتوقع منك التعرف على هياكلها إذا تم عرضها في الامتحان.
  • سيتم تغطية تحلل السكر في المسار الأيضي بالتفصيل. ضع في اعتبارك أننا نريدك أن تكون قادرًا على النظر إلى أي تفاعل وإخبارنا بقصة طاقة عن هذا التفاعل. لا ينبغي بأي حال من الأحوال قضاء الوقت في محاولة حفظ هذه المسارات (على الرغم من أنه سيساعد بشكل كبير على تذكر بعض الأشياء ذات الصورة الكبيرة - سيتم التأكيد عليها). غالبًا ما نعطيك المسار كشخصية في الامتحانات. ينتج التحلل السكري في النهاية 2 ATP عبر عملية تسمى الفسفرة على مستوى الركيزة ، 2 NADH و 2 من مركبات البيروفات.
  • سنستخدم تفاعلات دورة TCA لإنشاء أمثلة متعددة لقصص الطاقة. ستنتج دورة TCA أيضًا المزيد من ATP و NADH وتؤكسد الجلوكوز تمامًا في CO2.
  • سننظر في مسار بديل لمسار دورة TCA ، التخمير. في التخمير لأول مرة سنرى NADH يستخدم كمتفاعل في تفاعل التمثيل الغذائي.
  • سوف نتبع NADH حتى نهاية رحلتها ، حيث تتبرع بإلكتروناتها إلى سلسلة نقل الإلكترون (ETC). في هذه الوحدة ، ستحتاج إلى أن تكون قادرًا على استخدام برج الأكسدة والاختزال. ينتج ETC تدرج بروتون. لا يتم إنشاء ATP مباشرة في هذه العملية. ومع ذلك ، يتم استخدام التدرج البروتوني من قبل الخلية (من بين أشياء أخرى) لتشغيل إنزيم يسمى سينسيز ATP الذي يحفز التفاعل ADP + Pi -> ATP. ينتج عن طريقة إنتاج ATP (تسمى التنفس التأكسدي) إنتاج المزيد من ATP أكثر من عملية الفسفرة على مستوى الركيزة.
  • وأخيرًا ، سوف نمر بعملية التمثيل الضوئي.

تفاعلات الأكسدة والاختزال

في هذا الفصل سوف نركز عليه تفاعلات الأكسدة والاختزال المرتبطة بيولوجيا. تحدث غالبية التفاعلات التي نناقشها في سياق المسارات الأيضية (مجموعات متصلة من التفاعلات الأيضية) حيث يمكن للخلية أن تستهلك المركبات ، وتنقسم إلى أجزاء أصغر ثم يعاد تجميعها إلى جزيئات كبيرة.

لنبدأ ببعض ردود الفعل العامة

ينتج عن نقل الإلكترونات بين مركبين فقدان أحد هذين المركبين إلكترونًا ، ويكتسب أحد المركبات إلكترونًا. على سبيل المثال ، انظر إلى الشكل أدناه. إذا استخدمنا نموذج تقييم قصة الطاقة لإلقاء نظرة على التفاعل الكلي ، فيمكننا مقارنة خصائص المواد المتفاعلة والمنتجات قبل وبعد. ماذا يحدث للمادة (الأشياء) قبل وبعد التفاعل؟ يبدأ المركب A كمحايد ويصبح مشحونًا بشكل إيجابي. يبدأ المركب B كمحايد ويصبح سالبًا. نظرًا لأن الإلكترونات مشحونة سالبًا ، يمكننا متابعة حركة الإلكترونات من المركب A إلى B من خلال النظر إلى التغير في الشحنة. يفقد A إلكترونًا (يصبح شحنة موجبة) ، وبذلك نقول إن A قد أصبح مؤكسدًا. أكسدةيرتبط بفقدان الإلكترون (الإلكترونات). يكتسب B الإلكترون (يصبح سالبًا) ، ونقول أن B قد انخفض. تخفيضيرتبط باكتساب الإلكترونات. نعلم أيضًا ، نظرًا لحدوث شيء ما ، يجب نقل الطاقة و / أو إعادة تنظيمها في هذه العملية وسننظر في ذلك قريبًا.

نتوقع منك في Bis2A التعرف على هذه المصطلحات. حاول تعلمها وتعلم كيفية استخدامها في أسرع وقت ممكن - سنستخدم المصطلحات بشكل متكرر ولن يكون لدينا الوقت لتعريفها في كل مرة.

شكل 1. تفاعل عام الأكسدة والاختزال. رد الفعل الكامل هو أن A + B يذهب إلى A+ + ب-. يظهر رد الفعل النصفين في المربع الأزرق. يتأكسد A بالتفاعل ويقلل B بالتفاعل.

عندما يفقد الإلكترون أو الجزيء مؤكسد، يجب أن ينتقل الإلكترون (الإلكترونات) بعد ذلك إلى جزيء آخر. يقال إن الجزيء الذي يكتسب الإلكترون هو انخفاض. يتم دائمًا إقران تفاعلات الأكسدة والاختزال فيما يعرف باسم تفاعل الأكسدة والاختزال (يسمى أيضًا تفاعل أحمر / ثور).

للتأكيد: في Bis2a نتوقع منك التعرف على هذه المصطلحات. حاول تعلمها وتعلم كيفية استخدامها في أسرع وقت ممكن - سنستخدم المصطلحات بشكل متكرر ولن يكون لدينا الوقت لتعريفها في كل مرة.

تذكر التعاريف:

رد الفعل النصف

لإضفاء الطابع الرسمي على فهمنا المشترك لتفاعلات الأحمر / الثور ، نقدم مفهوم نصف رد الفعل. مطلوب نصفي رد الفعل لعمل رد فعل كامل أحمر / ثور. يمكن اعتبار كل نصف تفاعل على أنه وصف لما يحدث لأحد الجزيئين المتورطين في تفاعل الأحمر / الثور. هذا موضح أدناه. في هذا المثال ، يتم أكسدة المركب AH بواسطة المركب B+؛ تتحرك الإلكترونات من AH إلى B.+ لتوليد أ+ و BH. يمكن اعتبار كل تفاعل على أنه تفاعلان نصفيان: حيث يتأكسد AH وتفاعل ثان حيث B+ يتم تخفيضه إلى BH. تعتبر ردود الفعل هذين مقرون، وهو مصطلح يشير إلى أن هذين التفاعلين يحدثان معًا في نفس الوقت.

الشكل 2. تفاعل أحمر / ثور عام حيث يتم أكسدة المركب AH بواسطة المركب B+. يمثل كل نصف تفاعل نوعًا واحدًا أو مركبًا إما لفقد أو اكتساب إلكترونات (وبروتون لاحق كما هو موضح في الشكل أعلاه). في رد الفعل النصف # 1 ، تفقد AH بروتونًا وإلكترونين: في النصف الثاني من التفاعل ، B+ يكتسب 2 إلكترون وبروتون. في هذا المثال يتأكسد HA إلى A.+ بينما ب+ يتم تقليله إلى BH.

مناقشة ممكنة

إذا كنت تفكر في تفاعل الأكسدة والاختزال العام وعادت إلى المحاضرات الديناميكية الحرارية ، فما العامل الذي سيحدد ما إذا كان تفاعل الأكسدة والاختزال سيذهب في اتجاه معين تلقائيًا وما الذي قد يحدد معدله؟

إمكانية التخفيض

وفقًا للاتفاقية ، نقوم بتحليل ووصف تفاعلات الأحمر / الثور فيما يتعلق بـ إمكانات التخفيض، وهو مصطلح يصف كميًا "قدرة" المركب على اكتساب الإلكترونات. يتم تحديد قيمة إمكانية الاختزال هذه تجريبيًا ولكن لغرض هذه الدورة التدريبية ، نفترض أن القارئ سيقبل أن القيم المبلغ عنها صحيحة بشكل معقول. يمكننا تجسيد إمكانات الاختزال بالقول إنها مرتبطة بالقوة التي يمكن للمركب من خلالها "جذب" أو "سحب" أو "التقاط" الإلكترونات. ليس من المستغرب أن يرتبط هذا بالسلبية الكهربية ولكنه لا يتطابق معها.

ما هي هذه الخاصية الجوهرية لجذب الإلكترونات؟

المركبات المختلفة ، بناءً على بنيتها وتكوينها الذري ، لها عوامل جذب جوهرية ومميزة للإلكترونات. هذه الجودة تسمى إمكانية التخفيض أو E0 'وهي كمية نسبية (مقارنة ببعض "اساسي" تفاعل). إذا كان لمركب الاختبار "جاذبية" أقوى للإلكترونات من المعيار (إذا تنافس الاثنان ، فإن مركب الاختبار "سيأخذ" الإلكترونات من المركب القياسي) ، فإننا نقول إن مركب الاختبار لديه إمكانية تخفيض موجبة يتناسب حجمها مع فكم بالحري الذي يريده من الإلكترونات أكثر من المركب القياسي. يتم قياس القوة النسبية للمركب مقارنة بالمعيار والإبلاغ عنها بوحدات فولت (V)(تكتب أحيانًا على هيئة إلكترون فولت أو eV) أو مللي فولت (بالسيارات). المركب المرجعي في معظم أبراج الأكسدة والاختزال هو H2.

مناقشة ممكنة

أعد الصياغة بنفسك: كيف تصف أو تفكر في الفرق بين مفهوم الكهربية وإمكانية الأكسدة والاختزال؟

برج الأكسدة

يمكن لجميع أنواع المركبات المشاركة في تفاعلات الأكسدة والاختزال. تم تطوير أداة لجدولة بيانية نصف تفاعلات الأكسدة والاختزال بناءً على E.0' القيم ولمساعدتنا على التنبؤ باتجاه تدفق الإلكترون بين المتبرعين والمقبلين للإلكترون المحتملين. يعتمد ما إذا كان مركب معين يمكن أن يعمل كمتبرع للإلكترون (مختزل) أو متقبل للإلكترون (مؤكسد) بشكل حاسم على المركب الآخر الذي يتفاعل معه. عادةً ما يصنف برج الإلكترون مجموعة متنوعة من المركبات الشائعة (تفاعلاتها النصفية) من معظم E سالب0'، المركبات التي تتخلص بسهولة من الإلكترونات ، إلى الموجبة E الأكثر0'والمركبات الأكثر احتمالاً لقبول الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، تتم كتابة كل نصف تفاعل بالاتفاق مع الشكل المؤكسد على اليسار / متبوعًا بالصيغة المختصرة على يمين الشرطة المائلة.
على سبيل المثال رد الفعل النصف للحد من NAD+ إلى NADH هو مكتوب:
NAD+/ NADH. في البرج أدناه ، يتم أيضًا سرد عدد الإلكترونات التي يتم نقلها. على سبيل المثال الحد من NAD+ ل NADH يتضمن إلكترونين ، مكتوبين في الجدول كـ 2e-.

يظهر برج الإلكترون أدناه.

الشكل 3. برج الثور الأحمر الشائع المستخدم في Bis2A. وفقًا للاتفاقية ، تتم كتابة تفاعلات نصف البرج بالشكل المؤكسد للمركب على اليسار والشكل المختزل على اليمين. تم العثور على المركبات التي تجعل مانحًا ممتازًا للإلكترون في الجزء العلوي من البرج. تعتبر المركبات مثل الجلوكوز وغاز الهيدروجين مانحين ممتازين للإلكترون. لاحظ أنه تم العثور عليها على الجانب الأيمن من تفاعلات نصف زوج الثور / الأحمر. في الطرف الآخر من البرج توجد المركبات التي تصنع مستقبلات إلكترون نهائية ممتازة ، مثل الأكسجين والنتريت ، وتوجد هذه المركبات على الجانب الأيسر من الزوج الأحمر / الثور ولها E موجبة0' القيمة.

فيديو على برج الإلكترون

للحصول على فيديو قصير حول كيفية استخدام برج الإلكترون في مشاكل الأحمر / الثور ، انقر هنا. هذا الفيديو من صنع د. إيسلون لطلاب Bis2A. (هذا مفيد للغاية.)

ما هي العلاقة بين ΔE0' و ΔG?

يصبح السؤال الآن: كيف نعرف ما إذا كان أي تفاعل معطى للأكسدة والاختزال عفويًا بقوة أم لا (طارد للطاقة أو مفاقم الطاقة) وبغض النظر عن الاتجاه ، ما هو فرق الطاقة الحرة؟ تكمن الإجابة في الاختلاف في إمكانات الاختزال للمركبين. الفرق في احتمال الاختزال للتفاعل أو E0 ' لرد الفعل ، هو الفرق بين E.0' ل مؤكسد (المركب الذي يحصل على الإلكترونات ويسبب أكسدة المركب الآخر) و مختزل (المركب الذي يفقد الإلكترونات). في المثال العام أدناه ، AH هو الاختزال و B+ هو المؤكسد. تتحرك الإلكترونات من AH إلى B.+. باستخدام حرف E.0' من -0.32 للمختزل و 0.82 للمؤكسد ، التغيير الكلي في E0' أو ΔE0 ' هو 1.14 فولت.

الشكل 4. تفاعل الأكسدة والاختزال العام مع نصف تفاعلات مكتوبة بإمكانية الاختزال (E.0') من نصفي ردود الفعل المشار إليها.

التغيير في ΔE0' يرتبط بالتغييرات في طاقة جيبس ​​الحرة ، ΔG. بشكل عام كبير ΔE إيجابي0' يتناسب مع ΔG سالب كبير. ردود الفعل مفرطة وعفوية. لكي يكون التفاعل مفرط الطاقة ، يجب أن يكون للتفاعل تغير سلبي في الطاقة الحرة أو -ΔG، هذا سوف يتوافق مع الإيجابية ΔE0'. بعبارة أخرى ، عندما تتدفق الإلكترونات "إلى أسفل" في تفاعل أكسدة اختزال من مركب ذي قدرة اختزال أعلى (أكثر إيجابية) إلى مركب ثانٍ بإمكانية اختزال أقل (أقل إيجابية) ، فإنها تطلق طاقة حرة. كلما زاد الجهد ، ΔE0'بين المكونين ، كلما زادت الطاقة المتاحة عند حدوث تدفق الإلكترون. في الواقع ، من الممكن تحديد كمية الطاقة المجانية المتاحة. يتم إعطاء العلاقة بواسطة معادلة Nernst:

الشكل 5. ترتبط معادلة نرنست بالطاقة الحرة لتفاعل الأكسدة والاختزال إلى الاختلاف في جهد الاختزال بين المنتجات المختزلة للتفاعل والمتفاعل المؤكسد.
الإسناد: مارك T. Facciotti

أين:

  • ن هو عدد مولات الإلكترونات المنقولة
  • F هو ثابت فاراداي البالغ 96.485 كيلو جول / فولت. في بعض الأحيان يتم إعطاؤه بوحدات kcal / V وهي 23.062 kcal / V ، وهي كمية الطاقة (بالكيلو جول أو كيلو كالوري) التي يتم إطلاقها عندما يمر مول واحد من الإلكترونات عبر انخفاض محتمل قدره 1 فولت

ملحوظة

ما يجب أن تلاحظه هو أن ΔG و E لهما علاقة عكسية: عندما تكون G موجبة ، تكون E سالبة وعندما تكون G سالبة ، تكون E موجبة. للحصول على مراجعة إضافية ، راجع مناقشة الأكسدة والاختزال في دليل مناقشة Bis2A.

تحلل السكر: نظرة عامة

تحتاج الكائنات الحية ، سواء كانت أحادية الخلية أو متعددة الخلايا ، إلى إيجاد طرق للحصول على شيئين أساسيين على الأقل من بيئتها: (1) مادة أو مواد خام للحفاظ على خلية وبناء خلايا جديدة و (2) طاقة للمساعدة في عمل البقاء على قيد الحياة والتكاثر. قد تأتي الطاقة والمواد الخام من أماكن مختلفة. على سبيل المثال ، ستحصل الكائنات الحية التي تحصد الطاقة بشكل أساسي من ضوء الشمس على المواد الخام لبناء الجزيئات الحيوية من مصادر مثل ثاني أكسيد الكربون2. بالتعاقد ، تعتمد بعض الكائنات الحية على تفاعلات الأكسدة والاختزال مع جزيئات صغيرة و / أو معادن مختزلة للحصول على الطاقة والحصول على المواد الخام لبناء الجزيئات الحيوية من المركبات غير المتصلة بمصدر الطاقة. وفي الوقت نفسه ، تطورت بعض الكائنات الحية (بما في ذلك أنفسنا) للحصول على الطاقة والمواد الخام للبناء والصيانة الخلوية من مصادر مرتبطة في بعض الأحيان.

تحلل السكر هو الأول مسار التمثيل الغذائي تمت مناقشته في BIS2A ؛ المسار الأيضي عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية المرتبطة. نظرًا لوجودها في كل مكان في علم الأحياء ، يُفترض أن تحلل السكر كان على الأرجح أحد أقدم المسارات الأيضية التي تطورت (المزيد حول هذا لاحقًا). التحلل الجلوكوز هو مسار أيضي من عشر خطوات يتمحور حول معالجة الجلوكوز لكل من استخراج الطاقة من الوقود الكيميائي ومعالجة الكربون في الجلوكوز إلى جزيئات حيوية أخرى مختلفة (بعضها من السلائف الرئيسية للعديد من الجزيئات الحيوية الأكثر تعقيدًا) . لذلك سيتم فحص دراستنا لتحلل السكر باستخدام المبادئ الموضحة في نموذج تحدي الطاقة الذي يطلب منا التفكير رسميًا في ما يحدث لكل من المادة والطاقة في هذه العملية متعددة الخطوات.

قصة الطاقة وتحدي التصميم

يعتبر تحقيقنا في تحلل السكر فرصة جيدة لفحص عملية بيولوجية باستخدام كل من قصة الطاقة ونماذج تحديات التصميم ووجهات النظر.

سيحاول نموذج تقييم تحدي التصميم دفعك إلى التفكير بنشاط ، وعلى نطاق واسع وعلى وجه التحديد ، حول سبب دراستنا لهذا المسار - ما هو المهم جدًا فيه؟ ما هي "المشاكل" التي يسمح تطور مسار التحلل السكري للحياة بحلها أو التغلب عليها؟ سنريد أيضًا التفكير في طرق بديلة لحل نفس المشكلات ولماذا قد تكون قد تطورت أو لم تتطور. لاحقًا ، سنفحص فرضية لكيفية تطور هذا المسار - والمسارات الأخرى المرتبطة - بالفعل ، وسيصبح التفكير في استراتيجيات بديلة لتلبية القيود المختلفة مفيدًا حينها.

في سياق قصة الطاقة ، سنطلب منك التفكير في تحلل السكر كعملية يمكن من خلالها تعلم شيء ما من خلال تحليل ما يحدث لكل من المادة والطاقة. أي ، على الرغم من أنه مسار كيميائي حيوي من عشر خطوات ، فإننا نقترح أنه يمكن تعلم بعض البصيرة من خلال فحص العملية بعناية كمجموعة من مدخلات ومخرجات المادة والطاقة ، وهي عملية لها بداية ونهاية.

إذن ما هو تحلل السكر؟ لنبدأ في معرفة ذلك.

شكل 1. يتم عرض التفاعلات الكيميائية الحيوية العشرة لتحلل السكر. الإنزيمات موضحة باللون الأزرق. يتم تصوير بنية كل مركب مشتق من السكر كنموذج جزيئي ؛ يمكن اختصار المواد المتفاعلة والمنتجات الأخرى (على سبيل المثال ، ATP ، NAD + ، إلخ). يشير المربع المحيط بالتفاعل المحفز بواسطة glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase إلى أن هذا التفاعل له أهمية خاصة في الدورة التدريبية. الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

الجدول 1. يوضح هذا الجدول e glycolyticالإنزيمات و قياسات الطاقة في الحالة القياسية (G ° '/ (kJ / mol)) مقارنة بالقياسات المأخوذة من خلية حية (G / (kJ / mol)). في ظل ظروف درجة حرارة وضغط ثابتين ، (ΔG ° '/ (kJ / mol)) ، ستحدث التفاعلات في الاتجاه الذي يؤدي إلى انخفاض في قيمة طاقة جيبس ​​الحرة. يمكن أن تختلف القياسات الخلوية لـ ΔG بشكل كبير عن قياسات G ° بسبب الظروف الخلوية ، مثل تركيزات المستقلبات ذات الصلة وما إلى ذلك. هناك ثلاث قطرات كبيرة سلبية ΔG في الخلية في عملية تحلل السكر. تعتبر ردود الفعل هذه لا رجعة فيها وغالبًا ما تخضع للتنظيم.

إنزيمخطوةΔG / (كيلوجول / مول)ΔG ° '/ (كيلوجول / مول)
هيكسوكيناز1-34-16.7
ايزوميراز فسفوغلوكوز2-2.91.67
فسفوفركتوكيناز3-19-14.2
ألدولاز الفركتوز ثنائي الفوسفات4-0.2323.9
ثلاثي الفوسفات ايزوميراز52.47.56
جليسيرالديهيد 3-فوسفات ديهيدروجينيز6-1.296.30
كيناز فسفوغليسيرات70.09-18.9
طفرة الفوسفوجليسيرات80.834.4
إينولاس91.11.8
بيروفات كيناز10-23.0-31.7

بشكل عام ، يتكون مسار حال السكر من 10 خطوات محفزة بالإنزيم. المدخل الأساسي في هذا المسار هو جزيء واحد من الجلوكوز ، على الرغم من أننا سنكتشف أن الجزيئات قد تتغذى داخل وخارج هذا المسار في خطوات مختلفة. سنركز اهتمامنا على (1) نتائج العملية الشاملة ، (2) العديد من التفاعلات الرئيسية التي تسلط الضوء على أنواع مهمة من الكيمياء الحيوية ومبادئ الكيمياء الحيوية التي نريد المضي قدمًا في سياقات أخرى ، و (3) المصائر البديلة للوسطاء و منتجات هذا المسار.

ملاحظة للإشارة إلى أن تحلل السكر هو اللاهوائية معالجة؛ ليس هناك حاجة للأكسجين الجزيئي في تحلل السكر (غاز الأكسجين ليس متفاعلًا في أي من التفاعلات الكيميائية في تحلل السكر). يحدث تحلل السكر في العصارة الخلوية أو السيتوبلازم من الخلايا. للحصول على مقطع فيديو قصير (مدته ثلاث دقائق) على YouTube حول تحلل السكر ، انقر هنا.

النصف الأول من تحلل السكر: مرحلة استثمار الطاقة

يشار عادةً إلى الخطوات القليلة الأولى لتحلل السكر على أنها "مرحلة استثمار الطاقة" للمسار. ومع ذلك ، فإن هذا ليس له معنى بديهي (في إطار تحدي التصميم ؛ ليس من الواضح ما هي المشكلة التي يحلها استثمار الطاقة هذا) إذا نظر المرء فقط إلى تحلل السكر على أنه مسار "منتِج للطاقة" وحتى خطوات تحلل السكر. يتم وضعها في سياق التمثيل الغذائي الأوسع. سنحاول بناء هذه القصة مع تقدمنا ​​، لذا تذكر الآن أننا ذكرنا أن بعض الخطوات الأولى غالبًا ما ترتبط باستثمار الطاقة وأفكار مثل "الاصطياد" و "الالتزام" المذكورة في الشكل أدناه.

الخطوة الأولى من تحلل السكر:

تتمثل الخطوة الأولى في تحلل السكر ، الموضحة أدناه في الشكل 2 ، في تحفيز الجلوكوز بواسطة هيكسوكيناز ، وهو إنزيم ذو خصوصية واسعة يحفز الفسفرة للسكريات المكونة من ستة كربون. يحفز Hexokinase فسفرة الجلوكوز ، حيث يكون الجلوكوز و ATP ركائز التفاعل ، وينتج جزيء يسمى الجلوكوز 6 فوسفات و ADP كمنتجات.

الشكل 2. النصف الأول من تحلل السكر يسمى مرحلة استثمار الطاقة. في هذه المرحلة ، تنفق الخلية اثنين من ATPs في التفاعلات. Facciotti (عمل أصلي)

اقترح مناقشة

تنص الفقرة أعلاه على أن إنزيم هكسوكيناز له "خصوصية واسعة". هذا يعني أنه يمكن أن يحفز التفاعلات مع السكريات المختلفة ، وليس الجلوكوز فقط. من منظور جزيئي ، هل يمكنك شرح سبب حدوث ذلك؟ هل هذا يتحدى مفهومك عن خصوصية الإنزيم؟ إذا بحثت في محرك بحث Google عن مصطلح "اختلاط الإنزيم" (لا تقلق ؛ فهو آمن للعمل) ، فهل يمنحك هذا تقديرًا أوسع لانتقائية الإنزيم ونشاطه؟

يقلل تحويل الجلوكوز إلى الجلوكوز 6 فوسفات سالب الشحنة بشكل كبير من احتمالية مغادرة الجلوكوز الفسفوري للخلية عن طريق الانتشار عبر الجزء الداخلي الكارهة للماء لغشاء البلازما. كما أنه "يضع علامة" على الجلوكوز بطريقة تجعله مميزًا للعديد من المصائر المحتملة المختلفة (انظر الشكل 3).

الشكل 3. لاحظ أن هذا الرقم يشير إلى أن الجلوكوز 6-فوسفات يمكن ، اعتمادًا على الظروف الخلوية ، أن يتم توجيهه إلى مصائر متعددة. في حين أنه أحد مكونات مسار التحلل ، فإنه لا يشارك فقط في تحلل السكر ولكن أيضًا في تخزين الطاقة كجليكوجين (ملون باللون السماوي) وفي بناء جزيئات أخرى مختلفة مثل النيوكليوتيدات (الملونة باللون الأحمر). المصدر: Marc T. Facciotti (عمل أصلي)

كما يشير الشكل 3 ، فإن تحلل السكر ليس سوى مصير واحد محتمل للجلوكوز 6-فوسفات (G6P). اعتمادًا على الظروف الخلوية ، يمكن تحويل G6P إلى التخليق الحيوي للجليكوجين (شكل من أشكال تخزين الطاقة) ، أو قد يتم تحويله إلى مسار فوسفات البنتوز من أجل التخليق الحيوي للجزيئات الحيوية المختلفة ، بما في ذلك النيوكليوتيدات. هذا يعني أن G6P ، أثناء مشاركته في مسار التحلل السكري ، لا يتم تمييزه فقط للأكسدة في هذه المرحلة. ربما يساعد إظهار السياق الأوسع الذي يشارك فيه هذا الجزيء (بالإضافة إلى الأساس المنطقي القائل بأن وضع علامة على الجلوكوز بالفوسفات يقلل من احتمالية تركه للخلية) في تفسير التناقض الظاهر (إذا كنت تفكر فقط في تحلل الجلوكوز باعتباره "طاقة- سبب "عملية) لنقل الطاقة من ATP إلى الجلوكوز إذا كان سيتم أكسدة لاحقًا فقط - أي أن الجلوكوز لا تستخدمه الخلية فقط لتجميع الطاقة والعديد من المسارات الأيضية الأخرى تعتمد على نقل مجموعة الفوسفات.

الخطوة الثانية من تحلل السكر:

في الخطوة الثانية من تحلل السكر ، يتم إجراء ايزوميراز يحفز تحويل الجلوكوز 6-فوسفات إلى أحد أيزومراته ، الفركتوز 6-فوسفات. ان ايزوميراز هو إنزيم يحفز تحويل الجزيء إلى أحد أيزومراته.

الخطوة الثالثة من تحلل السكر:

الخطوة الثالثة من تحلل السكر هي فسفرة الفركتوز 6-فوسفات ، التي يتم تحفيزها بواسطة إنزيم فوسفوفركتوكيناز. يتبرع جزيء ATP ثانٍ بفوسفات للفركتوز 6-فوسفات ، وينتج الفركتوز 1،6-مكررالفوسفات و ADP كمنتجات. في هذا المسار ، يعد إنزيم الفسفوفركتوكيناز إنزيمًا يحد من المعدل ، ويتم تنظيم نشاطه بإحكام. إنها خيفي يتم تنشيطه بواسطة AMP عندما يكون تركيز AMP مرتفعًا وعندما يتم تثبيطه بشكل معتدل بواسطة ATP في نفس الموقع. السيترات ، مركب سنناقشه قريبًا ، يعمل أيضًا كسلبي خيفي منظم هذا الانزيم. بهذه الطريقة ، يراقب إنزيم الفسفوفركتوكيناز أو يستشعر المؤشرات الجزيئية لحالة الطاقة في الخلايا ويمكن أن يعمل استجابةً لمفتاح يعمل على تشغيل أو إيقاف تدفق الركيزة عبر بقية المسار الأيضي اعتمادًا على ما إذا كان هناك "كافٍ" ATP في النظام. يُشار أحيانًا إلى تحويل الفركتوز 6-فوسفات إلى فركتوز 1،6-بيسفوسفات كخطوة التزام من قبل الخلية بأكسدة الجزيء في بقية مسار التحلل عن طريق إنشاء ركيزة للمساعدة في دفع التالي بقوة خطوة من المسار شديدة التحمل (في ظل الظروف القياسية).

اقترح مناقشة

ناقشنا التنظيم الخيفي للإنزيم في وحدات سابقة لكننا فعلنا ذلك في سياق كان الإنزيم فيه "وحيدًا". الآن دعنا نفكر في الإنزيم في سياق مسار (مسارات) التمثيل الغذائي الممتد. هل يمكنك الآن التعبير عن سبب أهمية التنظيم الخيفي وظيفيًا وكيف يمكن استخدامه لتنظيم تدفق المركبات عبر مسار؟ حاول أن تعبر عن نفسك.

الخطوة 4 من تحلل السكر:

في الخطوة الرابعة في تحلل السكر ، يشق إنزيم ، ألدولاز الفركتوز-ثنائي الفوسفات ، 1.6-بيسفوسفات إلى اثنين من أيزومرين ثلاثي الكربون: ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات و جلايسيرالديهيد 3-فوسفات.

الشوط الثاني: مرحلة مردود الطاقة

إذا تم النظر إليه في غياب مسارات التمثيل الغذائي الأخرى ، فقد كلف التحلل السكري الخلية جزيئي ATP حتى الآن وأنتج جزئين صغيرين من جزيئات السكر ثلاثية الكربون: ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات (DAP) وغليسرالديهيد 3-فوسفات (G3P). عند النظر إليها في سياق أوسع ، فإن استثمار الطاقة هذا لإنتاج مجموعة متنوعة من الجزيئات التي يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من المسارات الأخرى لا يبدو مثل هذا الاستثمار السيئ.

يمكن أن يستمر كل من DAP و G3P خلال النصف الثاني من تحلل السكر. نحن الآن نفحص ردود الفعل هذه.

الشكل 4. النصف الثاني من تحلل السكر يسمى مرحلة مردود الطاقة. في هذه المرحلة ، تكتسب الخلية اثنين من ATP ومركبين NADH. في نهاية هذه المرحلة ، يتأكسد الجلوكوز جزئيًا لتكوين البيروفات. Facciotti (عمل أصلي).

الخطوة الخامسة من تحلل السكر:

في الخطوة الخامسة من تحلل السكر ، يقوم أيزوميراز بتحويل ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات إلى أيزومير ، جلايسيرالديهيد 3-فوسفات. لذلك تم الآن تحويل الجلوكوز المكون من ستة كربون إلى جزيئين من ثلاثة كربون فسفوريت من G3P.

الخطوة السادسة من تحلل السكر:

الخطوة السادسة أساسية وواحدة يمكننا من خلالها الاستفادة من فهمنا للأنواع المتعددة من التفاعلات الكيميائية التي درسناها حتى الآن. إذا كنت تركز على الطاقة ، فهذه أخيرًا خطوة في تحلل السكر حيث يتأكسد بعض السكر المخفض. يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين الجلسيرالديهيد 3-فوسفات. يحفز هذا الإنزيم تفاعلًا متعدد الخطوات بين ثلاث ركائز - جليسيرالديهيد 3-فوسفات ، العامل المساعد NAD+والفوسفات غير العضوي (صأنا) - وتنتج ثلاثة منتجات: 1.3-bisphosphoglycerate و NADH و H+. يمكن للمرء أن يفكر في هذا التفاعل كتفاعلين: (1) تفاعل أكسدة / اختزال و (2) تفاعل تكثيف يتم فيه نقل فوسفات غير عضوي إلى جزيء. في هذه الحالة بالذات ، تفاعل الأكسدة والاختزال ، انتقال الإلكترونات من G3P إلى NAD+، طارد للطاقة ، ويصادف أن يكون نقل الفوسفات مسببًا للطاقة. الشبكة اساسي تغيير الطاقة الحرة يحوم حول الصفر - المزيد عن هذا لاحقًا. يعمل الإنزيم هنا كجزيئي اقتران عامل لربط الطاقة الناتجة عن رد الفعل القوي بتفاعل تفاعل الطاقة ، وبالتالي دفع كلاهما إلى الأمام. تحدث هذه العمليات من خلال آلية متعددة الخطوات في الموقع النشط للإنزيم وتتضمن النشاط الكيميائي لمجموعة متنوعة من المجموعات الوظيفية.

من المهم ملاحظة أن هذا التفاعل يعتمد على توفر الشكل المؤكسد لحامل الإلكترون NAD+. إذا اعتبرنا أن هناك مجموعة محدودة من NAD+، يمكننا بعد ذلك أن نستنتج أن الشكل المختزل للناقل (NADH) يجب أن يتأكسد باستمرار إلى NAD+ من أجل استمرار هذه الخطوة. إذا NAD+ غير متوفر ، يتباطأ النصف الثاني من تحلل السكر أو يتوقف.

الخطوة السابعة من تحلل السكر:

في الخطوة السابعة من تحلل الجلوكوز ، المحفز بواسطة فوسفوجليسيرات كيناز (إنزيم يسمى للتفاعل العكسي) ، ينقل عنصر 1.3-بيسفوسفوجليسيرات الفوسفات إلى ADP ، مكونًا جزيء واحد من ATP وجزيء من 3-فوسفوجليسيرات. هذا التفاعل طارد للطاقة وهو أيضًا مثال على الفسفرة على مستوى الركيزة.

مناقشة ممكنة

إذا كان نقل الفوسفات من 1.3-BPG إلى ADP مفرط الطاقة ، فماذا يقول ذلك عن الطاقة الحرة للتحلل المائي للفوسفات من 1.3-BPG مقارنة بالطاقة الحرة للتحلل المائي للفوسفات الطرفي على ATP ؟

الخطوة الثامنة من تحلل السكر:

في الخطوة الثامنة ، تنتقل مجموعة الفوسفات المتبقية في 3-phosphoglycerate من الكربون الثالث إلى الكربون الثاني ، منتجة 2-phosphoglycerate (أيزومر 3-phosphoglycerate). الإنزيم الذي يحفز هذه الخطوة هو طفرة (إيزوميراز).

الخطوة التاسعة من تحلل السكر:

Enolase يحفز الخطوة التاسعة. يتسبب هذا الإنزيم في فقدان 2-phosphoglycerate للماء من بنيته ؛ هذا هو تفاعل الجفاف ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة مزدوجة تزيد من الطاقة الكامنة في رابطة الفوسفات المتبقية وتنتج فوسفينول بيروفات (PEP).

الخطوة العاشرة من تحلل السكر:

يتم تحفيز الخطوة الأخيرة في تحلل السكر بواسطة إنزيم بيروفات كيناز (يسمى الإنزيم في هذه الحالة للتفاعل العكسي لتحويل البيروفات إلى PEP) وينتج عن ذلك إنتاج جزيء ATP ثانٍ عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة ومركب حمض البيروفيك (أو شكله الملح ، البيروفات). تمت تسمية العديد من الإنزيمات في المسارات الأنزيمية للتفاعلات العكسية ، حيث يمكن للإنزيم تحفيز التفاعلات الأمامية والعكسية (قد يتم وصفها في البداية من خلال التفاعل العكسي الذي يحدث في المختبر ، في ظل ظروف غير فسيولوجية).

نتائج تحلل السكر

إليك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار:

تتمثل إحدى النتائج الواضحة لتحلل السكر في التخليق الحيوي للمركبات التي يمكن أن تدخل في مجموعة متنوعة من المسارات الأيضية. وبالمثل ، يمكن للمركبات القادمة من مسارات التمثيل الغذائي الأخرى أن تغذي تحلل السكر في نقاط مختلفة. لذلك ، يمكن أن يكون هذا المسار جزءًا من التبادل المركزي لتدفق الكربون داخل الخلية.

إذا استمر تحلل السكر لفترة طويلة بما فيه الكفاية ، فإن الأكسدة المستمرة للجلوكوز مع NAD+ يمكن أن تترك الخلية مع مشكلة: كيفية تجديد NAD+ من جزيئي NADH المنتج. إذا كان NAD+ لم يتم تجديده ، سيتم تحويل كل NAD الخاص بالخلية بالكامل تقريبًا إلى NADH. إذن كيف تقوم الخلايا بتجديد NAD+?

لا يتأكسد البيروفات تمامًا ؛ لا يزال هناك بعض الطاقة لاستخراجها. كيف يمكن أن يحدث هذا؟ أيضًا ، ماذا يجب أن تفعل الخلية بكل هذا NADH؟ هل هناك أي طاقة لاستخراجها؟

تم اقتراح مناقشة / تمرين بقوة

هل يمكنك كتابة قصة طاقة للعملية الشاملة لتحلل السكر؟ بالنسبة لمصطلحات الطاقة ، ما عليك سوى القلق بشأن وصف الأشياء من حيث ما إذا كانت طاردة للطاقة أو مفعمة بالطاقة. عندما أقول "العملية الشاملة" أعني العملية بأكملها: يجب إدراج الجلوكوز على جانب المادة المتفاعلة من السهم ، ويجب إدراج البيروفات على جانب المنتج من السهم.

الفسفرة على مستوى الركيزة (SLP)

إن أبسط طريقة لتركيب ATP هي الفسفرة على مستوى الركيزة. يتم إنشاء جزيئات ATP (أي ، يتم تجديدها من ADP) كنتيجة مباشرة لتفاعل كيميائي يحدث في مسارات تقويضية. تتم إزالة مجموعة الفوسفات من مادة متفاعلة وسيطة في المسار ، وتستخدم الطاقة الحرة للتفاعل لإضافة الفوسفات الثالث إلى جزيء ADP متاح ، مما ينتج عنه ATP. تسمى هذه الطريقة المباشرة جدًا للفسفرة الفسفرة على مستوى الركيزة. يمكن العثور عليه في مجموعة متنوعة من ردود الفعل التقويضية ، وعلى الأخص في تفاعلين محددين في تحلل السكر (والذي سنناقشه على وجه التحديد لاحقًا). يكفي أن نقول إن المطلوب هو وسيط عالي الطاقة يكون أكسدة كافية لدفع تخليق ATP.

الشكل 5. فيما يلي مثال واحد على الفسفرة على مستوى الركيزة التي تحدث في تحلل السكر. هناك نقل مباشر لمجموعة الفوسفات من مركب الكربون إلى ADP لتكوين ATP. Facciotti (العمل الخاص)

في هذا التفاعل ، تكون المواد المتفاعلة عبارة عن مركب كربون فسفري يسمى G3P (من الخطوة 6 من تحلل السكر) وجزيء ADP ، والمنتجات هي 1،3-BPG و ATP. يتم نقل الفوسفات من G3P إلى ADP لتكوين ATP في الموقع النشط للإنزيم الفسفرة على مستوى الركيزة. يحدث هذا مرتين في تحلل السكر ومرة ​​واحدة في دورة TCA (لقراءة لاحقة).

تخمر وتجديد NAD +

ملخص القسم

يناقش هذا القسم عملية التخمير. نظرًا للتركيز الشديد في هذه الدورة على التمثيل الغذائي للكربون المركزي ، فإن مناقشة التخمير تركز بشكل مفهوم على تخمر البيروفات. ومع ذلك ، فإن بعض المبادئ الأساسية التي نغطيها في هذا القسم تنطبق بنفس القدر على تخمير العديد من الجزيئات الصغيرة الأخرى.

الغرض من التخمير

أكسدة مجموعة متنوعة من المركبات العضوية الصغيرة هي عملية تستخدمها العديد من الكائنات الحية للحصول على الطاقة من أجل صيانة الخلايا ونموها. أكسدة الجلوكوز عن طريق تحلل السكر هو أحد هذه المسارات. تتضمن عدة خطوات رئيسية في أكسدة الجلوكوز إلى بيروفات تقليل مكوك الإلكترون / الطاقة NAD+ إلى NADH. في نهاية القسم 5.3 ، طُلب منك معرفة الخيارات التي قد تضطر الخلية بشكل معقول إلى إعادة أكسدة NADH إلى NAD+ من أجل تجنب استهلاك المسابح المتوفرة في NAD+ وبالتالي تجنب وقف تحلل السكر. بعبارة أخرى ، أثناء تحلل السكر ، يمكن للخلايا أن تولد كميات كبيرة من NADH وتستنفد ببطء إمداداتها من NAD+. إذا استمر تحلل السكر ، يجب أن تجد الخلية طريقة لتجديد NAD+، إما عن طريق التوليف أو عن طريق بعض أشكال إعادة التدوير.

في غياب أي عملية أخرى - أي إذا أخذنا في الاعتبار التحلل السكري وحده - فليس من الواضح على الفور ما يمكن أن تفعله الخلية. يتمثل أحد الخيارات في محاولة إعادة الإلكترونات التي تم تجريدها من مشتقات الجلوكوز إلى المنتج النهائي ، البيروفات ، أو أحد مشتقاته. يمكننا تعميم العملية من خلال وصفها بأنها عودة الإلكترونات إلى الجزيء الذي أزيلت منه ذات مرة ، عادةً لاستعادة تجمعات عامل مؤكسد. هذا باختصار التخمر. كما سنناقش في قسم مختلف ، يمكن لعملية التنفس أيضًا تجديد تجمعات NAD+ من NADH. قد تختار الخلايا التي تفتقر إلى سلاسل الجهاز التنفسي أو في الظروف التي يكون فيها استخدام السلسلة التنفسية غير مواتية التخمر كآلية بديلة للحصول على الطاقة من الجزيئات الصغيرة.

مثال: تخمير حمض اللاكتيك

من الأمثلة اليومية على تفاعل التخمير اختزال البيروفات إلى اللاكتات عن طريق تفاعل تخمير حمض اللاكتيك. يجب أن يكون رد الفعل هذا مألوفًا لك: فهو يحدث في عضلاتنا عندما نجهد أنفسنا أثناء التمرين. عندما نجهد أنفسنا ، تتطلب عضلاتنا كميات كبيرة من ATP لأداء العمل الذي نطلبه منهم. مع استهلاك الـ ATP ، تصبح خلايا العضلات غير قادرة على مواكبة الطلب على التنفس ، O2 يصبح مقيدًا ، ويتراكم NADH. تحتاج الخلايا إلى التخلص من الفائض وتجديد NAD+، لذلك يعمل البيروفات كمستقبل للإلكترون ، ويولد اللاكتات ويؤكسد NADH إلى NAD+. تستخدم العديد من البكتيريا هذا المسار كطريقة لإكمال NADH / NAD+ دورة. قد تكون على دراية بهذه العملية من منتجات مثل مخلل الملفوف والزبادي. التفاعل الكيميائي لتخمير حمض اللاكتيك هو كما يلي:

بيروفات + NADH حمض اللاكتيك + NAD+

شكل 1. يحول تخمير حمض اللاكتيك البيروفات (مركب كربوني مؤكسد قليلاً) إلى حمض اللاكتيك. في هذه العملية ، يتأكسد NADH لتشكيل NAD+. Facciotti (عمل أصلي)

قصة طاقة لتخمير البيروفات إلى اللاكتات

مثال (إذا كانت طويلة قليلاً) قصة الطاقة لتخمير حمض اللاكتيك هو ما يلي:

المتفاعلات هي البيروفات ، NADH ، والبروتون. المنتجات هي اللاكتات و NAD+. تؤدي عملية التخمير إلى تقليل البيروفات لتكوين حمض اللاكتيك وأكسدة NADH لتكوين NAD+. تُستخدم الإلكترونات من NADH والبروتون لتقليل البيروفات إلى اللاكتات. إذا فحصنا جدولًا لإمكانية الاختزال القياسية ، فإننا نرى في ظل الظروف القياسية أن نقل الإلكترونات من NADH إلى البيروفات لتكوين اللاكتات يكون طاردًا للطاقة وبالتالي تلقائيًا حراريًا. تقترن خطوات الاختزال والأكسدة للتفاعل وتحفز بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات.

مثال ثانٍ: التخمير الكحولي

عملية التخمير المألوفة الأخرى هي التخمر الكحولي ، الذي ينتج الإيثانول ، وهو كحول. تفاعل التخمير الكحولي هو كالتالي:

الشكل 2. يتألف تخمير الإيثانول من خطوتين. يتم تحويل البيروفات (حمض البيروفيك) أولاً إلى ثاني أكسيد الكربون وأسيتالديهيد. تقوم الخطوة الثانية بتحويل الأسيتالديهيد إلى إيثانول ويؤكسد NADH إلى NAD+. Facciotti (عمل أصلي)

في التفاعل الأول ، تتم إزالة مجموعة الكربوكسيل من حمض البيروفيك ، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون كغاز (قد يكون البعض منكم على دراية بهذا باعتباره مكونًا رئيسيًا للعديد من المشروبات). يزيل التفاعل الثاني الإلكترونات من NADH ، مكونًا NAD+ وإنتاج الإيثانول (مركب مألوف آخر - عادة في نفس المشروب) من الأسيتالديهيد ، الذي يقبل الإلكترونات.

اقترح مناقشة

اكتب قصة طاقة كاملة لتخمير الكحول.اقترح الفوائد المحتملة لهذا النوع من التخمير لكائن الخميرة وحيدة الخلية.

مسارات التخمير عديدة

في حين أن مسارات تخمير حمض اللاكتيك والتخمير الكحولي الموصوفة أعلاه هي أمثلة ، إلا أن هناك العديد من التفاعلات (كثيرة جدًا بحيث لا يمكن تجاوزها) التي تطورت الطبيعة لإكمال NADH / NAD+ دورة. من المهم أن تفهم المفاهيم العامة وراء ردود الفعل هذه. بشكل عام ، تحاول الخلايا الحفاظ على توازن أو نسبة ثابتة بين NADH و NAD+؛ عندما تصبح هذه النسبة غير متوازنة ، تعوض الخلية عن طريق تعديل ردود الفعل الأخرى للتعويض. المطلب الوحيد لتفاعل التخمير هو أنه يستخدم مركبًا عضويًا صغيرًا كمستقبل إلكتروني لـ NADH ويجدد NAD+. تشمل تفاعلات التخمير المألوفة الأخرى تخمر الإيثانول (كما في الجعة والخبز) ، والتخمير البروبيوني (وهو ما يصنع الثقوب في الجبن السويسري) ، والتخمير مالولاكتيك (وهو ما يعطي شاردونيه نكهة أكثر نعومة - وكلما زاد تحويل مالات إلى اللاكتات ، ليونة النبيذ). في الشكل 3 ، يمكنك رؤية مجموعة كبيرة ومتنوعة من تفاعلات التخمير التي تستخدمها البكتيريا المختلفة لإعادة أكسدة NADH إلى NAD+. تبدأ كل هذه التفاعلات مع البيروفات أو أحد مشتقات استقلاب البيروفات ، مثل أوكسالأسيتات أو فورمات. يتم إنتاج البيروفات من أكسدة السكريات (الجلوكوز أو الريبوز) أو غيرها من الجزيئات العضوية الصغيرة المختزلة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يمكن استخدام مركبات أخرى كركائز تخمير إلى جانب البيروفات ومشتقاته. وتشمل هذه تخمير الميثان ، تخمير الكبريتيد ، أو تخمير المركبات النيتروجينية مثل الأحماض الأمينية. لا يُتوقع منك حفظ كل هذه المسارات. ومع ذلك ، من المتوقع أن تتعرف على مسار يعيد الإلكترونات إلى منتجات المركبات التي تأكسد في الأصل لإعادة تدوير NAD+/ تجمع NADH وربط هذه العملية بالتخمير.

الشكل 3. يوضح هذا الشكل مسارات تخمير مختلفة باستخدام البيروفات كركيزة أولية. في الشكل ، يتم تقليل البيروفات إلى مجموعة متنوعة من المنتجات عبر تفاعلات مختلفة وأحيانًا متعددة الخطوات (تمثل الأسهم المتقطعة عمليات متعددة الخطوات محتملة). لم يتم عرض جميع التفاصيل عمدا. النقطة الأساسية هي إدراك أن التخمير مصطلح واسع لا يرتبط فقط بتحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك أو الإيثانول. Facciotti (عمل أصلي)

ملاحظة على الرابط بين الفسفرة على مستوى الركيزة والتخمير

يحدث التخمر في حالة عدم وجود الأكسجين الجزيئي (O2). إنها عملية لا هوائية. لاحظ عدم وجود O2 في أي من تفاعلات التخمير الموضحة أعلاه. العديد من هذه التفاعلات قديمة جدًا ، ويُفترض أنها من أوائل التفاعلات الأيضية لتوليد الطاقة التي تتطور. هذا منطقي إذا أخذنا في الاعتبار ما يلي:

  1. انخفض الغلاف الجوي المبكر بدرجة كبيرة ، مع توفر القليل من الأكسجين الجزيئي بسهولة.
  2. كانت الجزيئات العضوية الصغيرة شديدة الاختزال متاحة نسبيًا ، ناشئة عن مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية.
  3. توجد هذه الأنواع من التفاعلات والمسارات والإنزيمات في العديد من الأنواع المختلفة من الكائنات الحية ، بما في ذلك البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى ، مما يشير إلى أن هذه التفاعلات قديمة جدًا.
  4. تطورت العملية قبل وقت طويل من O2 تم العثور عليه في البيئة.
  5. كانت الركائز ، شديدة الاختزال ، جزيئات عضوية صغيرة ، مثل الجلوكوز ، متاحة بسهولة.
  6. المنتجات النهائية للعديد من تفاعلات التخمير هي أحماض عضوية صغيرة تنتج عن أكسدة الركيزة الأولية.
  7. تقترن العملية بتفاعلات الفسفرة على مستوى الركيزة. أي أن الجزيئات العضوية الصغيرة المختزلة تتأكسد ، ويتم إنشاء ATP أولاً عن طريق تفاعل الأكسدة والاختزال متبوعًا بالفسفرة على مستوى الركيزة.
  8. يشير هذا إلى أن تفاعلات الفسفرة والتخمير على مستوى الركيزة قد تطورت معًا.

اقترح مناقشة

إذا كانت الفرضية صحيحة وهي أن تفاعلات الفسفرة والتخمير على مستوى الركيزة قد تطورت معًا وكانت أول أشكال استقلاب الطاقة التي استخدمتها الخلايا لتوليد ATP ، فماذا ستكون عواقب مثل هذه التفاعلات مع مرور الوقت؟ ماذا لو كانت هذه هي الأشكال الوحيدة لاستقلاب الطاقة المتوفرة على مدى مئات الآلاف من السنين؟ ماذا لو تم عزل الخلايا في بيئة صغيرة مغلقة؟ ماذا لو لم يتم إنتاج الركائز الصغيرة والمختصرة بنفس معدل الاستهلاك خلال هذا الوقت؟

عواقب التخمير

تخيل عالماً يكون فيه التخمير هو الطريقة الأساسية لاستخراج الطاقة من الجزيئات الصغيرة. مع ازدهار السكان ، يتكاثرون ويستهلكون وفرة من الجزيئات العضوية الصغيرة المختزلة في البيئة ، مما ينتج الأحماض. إحدى النتائج هي تحمض (انخفاض درجة الحموضة) في البيئة ، بما في ذلك البيئة الخلوية الداخلية. هذا ليس جيدًا ، لأن التغيرات في الأس الهيدروجيني يمكن أن يكون لها تأثير عميق على الوظيفة والتفاعلات بين الجزيئات الحيوية المختلفة. لذلك ، لا بد من تطوير الآليات التي يمكن أن تزيل الأحماض المختلفة. لحسن الحظ ، في بيئة غنية بالمركبات المخفضة ، يمكن أن تنتج الفسفرة على مستوى الركيزة والتخمير كميات كبيرة من ATP.

من المفترض أن هذا السيناريو كان بداية تطور F0F1-ATPase ، آلة جزيئية تحلل جزيء ATP وتنقل البروتونات عبر الغشاء (سنرى هذا مرة أخرى في القسم التالي). مع F0F1-ATPase ، يمكن لـ ATP المنتج من التخمير الآن أن يسمح للخلية بالحفاظ على توازن الأس الهيدروجيني عن طريق اقتران الطاقة الحرة للتحلل المائي لـ ATP بنقل البروتونات خارج الخلية. الجانب السلبي هو أن الخلايا تضخ الآن كل هذه البروتونات في البيئة ، والتي ستبدأ الآن في التحمض.

اقترح مناقشة

إذا كانت الفرضية صحيحة ، فإن F0F1-ATPase أيضًا مع تفاعلات الفسفرة والتخمير على مستوى الركيزة ، فماذا سيحدث مع مرور الوقت للبيئة؟ في حين أن المركبات العضوية الصغيرة والمختصرة قد تكون وفيرة في البداية ، إذا "تقلع" التخمير في مرحلة ما ، فإن المركبات المختزلة سوف تنفد وقد يصبح ATP نادرًا أيضًا. هذه مشكلة. بالتفكير مع وضع نموذج تقييم تحدي التصميم في الاعتبار ، حدد المشكلة (المشكلات) التي تواجه الخلية في هذه البيئة المفترضة. ما هي الآليات أو الطرق المحتملة الأخرى التي يمكن أن تتغلب بها الطبيعة على المشكلة (المشكلات)؟


موارد ذات الصلة

يتم توفير المحتوى التالي بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. سيساعد دعمك MIT OpenCourseWare على الاستمرار في تقديم موارد تعليمية عالية الجودة مجانًا. لتقديم تبرع أو عرض مواد إضافية من مئات دورات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، قم بزيارة MIT OpenCourseWare على ocw.mit.edu.

البروفيسور: من فضلك استقر وألق نظرة على هذا السؤال. حسنًا ، لنأخذ 10 ثوانٍ. أعتقد أنه خطأ حسابي بسيط يقع بين واحد واثنين على الأقل. لذا ، فإن الحيلة هنا هي أنك تعرف p h و p k a وتريد إيجاد النسبة حتى تتمكن من الطرح وعمل السجل. لذلك ربما يكون لدينا هذا السؤال لاحقًا أو شيء مشابه ويمكننا تجربة هذا مرة أخرى.

لذلك سوف نتحدث عن المخازن المؤقتة مرة أخرى اليوم.

أشعر فقط بالحاجة إلى أخذ لحظة والتفكير في الأحداث التاريخية التي وقعت خلال الـ 24 ساعة الماضية ، والتحدث عن كيفية تأثيرها على الكيمياء. لذلك قد يكون البعض منكم قد صوت لأول مرة. ربما عمل بعضكم في حملة للمرة الأولى. ربما كان بعضكم نشيطًا جدًا في حملة للمرة الأولى ، سواء لصالح أوباما أو ماكين ، التي شاركت فيها. وفكرت فقط في وضع هذه الانتخابات في القليل من المنظور التاريخي من حيث كونك طالبًا جامعيًا أو طالبًا وتعمل في حملة سياسية أو أن تكون جزءًا من حركة سياسية.

لذلك ، كان والدي ناشطًا جدًا كطالب سياسي. لكن الفارق بين بعضكم وبين والدي هو أنه كان ناشطًا سياسيًا في جامعة هامبرج في ألمانيا في الثلاثينيات في ألمانيا هتلر. لذلك كان زعيم التنظيم الطلابي اليساري. كان هذا شيئًا يعرض حياة المرء للخطر لتولي هذا الدور في ذلك الوقت.

لذلك ، كانت الأمور تحتدم قليلاً وكان الجستابو يناقش بعض الأنشطة مع قادة الطلاب اليساريين في حرم الجامعات في ألمانيا. وبعضهم ، بعد المناقشات ، لم يعرف أحد إلى أين ذهبوا ، بدوا وكأنهم اختفوا. الآن كان والدي قلقًا للغاية بشأن هذا الأمر وقرر أن يظل منخفضًا لفترة من الوقت ، ولذا اعتقد أنني سأحضر فصلًا دراسيًا في جامعة أخرى. وأخبر والديه أنه إذا جاء الجستابو بحثًا عنه ، فعليهم أن يرسلوا إليه برقية تقول "عمتك ميلي مريضة". نظرًا لأنه لم يكن لديه عمة ميلي ، فقد علم أن ذلك سيعني الخروج الآن.

لذلك ذهب إلى جامعة أخرى وكان يقضي فصلًا دراسيًا هناك ، وأخبره شخص يعرفه أنك بحاجة حقًا للاختباء. لكنه لم يثق بهذا الشخص حقًا ، لذلك قمنا بتعبئة حقيبة بها بعض الملابس وبعض أدوات النظافة ، لكنه لم يغادر في الواقع. ثم عاد إلى المنزل في اليوم التالي وكانت هناك برقية تحت بابه. لذا ، يمكنك تخمين ما قالته البرقية. أمسك الحقيبة التي كانت معبأة بالفعل وتوجه إلى أسفل الدرج.

كان الجستابو يصعد السلالم. كان اسم والدي هاينز ليوبولد لوشينسكي وقال له الجستابو ، "هل تعرف هير لوشينسكي؟ وقال والدي ،" نعم ، بالطبع ، إنه يعيش في الطابق العلوي. "صعد الجستابو ، ونزل والدي ، ولم يعد إلى ألمانيا لمدة 30 عامًا. لذلك جاء إلى الولايات المتحدة كلاجئ سياسي وأصبح مواطنًا. لقد صوت في كل انتخابات ، وفي كل الاحتمالات ، كان نشيطًا للغاية. كانت عائلتي شديدة ، نشط جدا في السياسة ، كان يعطي المال كل عام لاتحاد الحريات المدنية الأمريكي لحماية الحريات المدنية ، كما أنه قدم المال لجمعية البندقية الأمريكية ، وكان دائما يحب أن يكون لديه خطة ب.

لذلك ، كان من التواضع في بعض الأحيان أن أكون الطفل الوحيد لهذا الرجل. كان في الخمسينيات من عمره عندما ولدت ، وفكرت كيف يمكنني أن أرتقي إلى شيء كهذا؟ هل سأخاطر بحياتي يومًا من أجل ما أؤمن به. إذا أعطيت هذا الخيار ، فهل سأفعل الشيء الصحيح؟ ولا أعرف ما إذا كنت سأحصل على إجابة على هذا السؤال ، لكنني تحدثت إلى والدي حول هذا الموضوع وقال إن كل ما علي فعله هو العمل الجاد ، والعثور على شيء أحب القيام به ، بطريقة ما يمكنني القيام به المساهمة ، وهذا هو المهم حقًا - المساهمة مهمة حقًا.

لذلك انجذبت إلى التدريس ، وأحب التدريس هنا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لأنكم جميعًا موهوبون وذكيون ، وإنه لشرف وامتياز حقًا أن أشارك في تعليمك. لكني أشعر أنه في آخر 24 ساعة ، تلقينا جميعًا مكالمة إضافية للخدمة. قال ذلك الرئيس المنتخب أوباما في حملته إن أهم أولوياته ستكون البحث العلمي ، والتوصل إلى تقنيات الطاقة النظيفة ، وتحسين الرعاية الصحية. دعا العلماء والمهندسين. والليلة الماضية قال الشعب الأمريكي نعم ، لقد أحببت هذه الرؤية ، وانتخبوه رئيسًا. لذلك تم استدعاؤنا ، لقد تم استدعائكم ، لقد تواصل مع الطلاب وقال ، طلاب العلوم والهندسة ، عليكم المساهمة. وقد مر وقت منذ أن دعا أي رئيس فعلاً إلى اتخاذ إجراء ، علماء ومهندسين. وآخر مرة حدث ذلك ، ذهب رجل إلى القمر. لذلك دعونا نرى ما يمكننا فعله هذه المرة.

التحدي التالي هو الطاقة النظيفة والرعاية الصحية. سيكون من المهم حقًا أن تشارك العلوم والمهندسون ، وفي جوهرها تقنيات الطاقة ، وفي صميم الطب الكيمياء. إذن أنت في المكان المناسب الآن. ستكون الجيل الذي يحتاج إلى حل هذه المشكلات ، لأنه إذا لم تحل مشكلة الطاقة ولم تتوصل إلى بدائل نظيفة ، فلن يتبقى الكثير من كوكب لجيل آخر حاول حل تلك المشاكل. لذلك ستكون وظيفتك وستبدأ وظيفتك الآن بالتعليم الذي يمكنك الحصول عليه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

لذلك ، من المثير للاهتمام إلى حد ما أنه اليوم ، في اليوم التالي لهذه الانتخابات ، سوف نتحدث عن إحدى الوحدات التي واجه الطلاب في هذا الفصل صعوبة أكبر في حلها على مر السنين ، وهي المعايرة على أساس الحمض. لقد كان هذا بمثابة التراجع عن بعض أفراد الكيمياء. لقد كان التراجع عن بعض درجات "أ" ، وربما كان ذلك بمثابة تراجع لبعض الاهتمام بالكيمياء. لكني أود أن أقول اليوم ، في هذه اللحظة ، لن يكون هذا هلاكك ، بل سيكون انتصارك.

كل عام أتحدى الطلاب للقيام بأفضل عمل على الإطلاق في المعايرة على أساس الحمض ، وكان أداء الناس جيدًا. قد تكون هذه آخر مرة أقوم فيها بالتدريس في الخريف. لقد حصلت بالفعل على أعلى الدرجات حتى الآن في هذا الفصل ، في تاريخ الفصل الذي أعرفه ، وهذا هو التحدي. لذا بعد هذه الانتخابات مباشرة ، فإن التحدي الخاص بك هو التغلب على الكيمياء بادئًا حامضًا واحدًا وقاعدة واحدة في كل مرة.

إذن ، هل أنت مستعد لإجراء بعض المعايرة على أساس الحمض؟ من هم الرافضون في هذا الحشد؟ فقط عدد قليل من الناس هناك. حسنا. يجب أن أخبركم أن ما سأخبركم به عن المعايرة على أساس الحمض سيبدو أنه منطقي جدًا كما أقول. لكن في كثير من الأحيان ، يخبرني الناس أنه عندما يذهبون فعليًا إلى حل المشكلات في الاختبار ، يكون الأمر أقل وضوحًا بشأن ما يفترض بهم القيام به. لذا فإن مفتاح المعايرة ذات الأساس الحمضي هو في الحقيقة حل المشكلات. ولذا فقد قمنا ، لمصلحتك ، بتعيين المشكلات لمجموعة المشكلات المستحقة يوم الجمعة. ولذا بعد اليوم ، يجب أن تكون مستعدًا لحل جميع المشكلات في مجموعة المشكلات. وفيما يتعلق بالمعايرة على أساس الحمض ، سوف تحتاج إلى الكثير من هذه المعرفة مرة أخرى في الكيمياء العضوية ، والكيمياء الحيوية ، إذا ذهبت إلى كلية الطب - اعتدت على طلاب الطب في TA ، لم يعرفوا كيفية القيام بذلك. وقلت "من علمك الكيمياء للطلبة الجدد؟" لذلك من الجيد أن نتعلم هذا الآن هنا اليوم ، مشاكل العمل ، إجراء الاختبار التالي ، والتأكد من أنه سيكون في النهائي مرة أخرى. لذا ستتعلمها الآن ، وستحصل على الكثير من النقاط ، في كل من الاختبار النهائي والاختبار الثالث. حسنًا ، المعايرة على أساس الحمض ، ليست بهذه الصعوبة ، لكن ليس هناك الكثير من المعادلات لاستخدامها ، وأعتقد أن الناس في الكيمياء معتادون على المعادلة التي أستخدمها. لا ، الأمر يتعلق حقًا بالتفكير فيما يحدث في المشكلة ، ومع تقدم المشكلة ، على سبيل المثال ، يتم إضافة قاعدة قوية ، تتغير المشكلة. لذلك فهو يكتشف مكانك في المعايرة بالتحليل الحجمي ومعرفة نوع الخطوات التي يجب تطبيقها.

إليك بعض منحنيات المعايرة بالتحليل الحجمي ، والشيء الوحيد الذي قد يُطلب منك القيام به هو رسم منحنى معايرة ، لذلك يجب أن تكون على دراية بالشكل الذي تبدو عليه. لذلك تحدثنا في المرة السابقة عن الأحماض القوية والقواعد القوية. لذلك إذا كان لديك قاعدة قوية ، فستحصل على الرقم الهيدروجيني الأساسي ، وبعد ذلك عندما تضيف الحمض القوي ، ستنتقل إلى نقطة التكافؤ ، نقطة التكافؤ عندما تضيف نفس كمية مولات الحمض مثل هناك قاعدة أو قاعدة حيث يوجد حمض ، عدد متساوٍ من الشامات. وعندما تخلط حمضًا قويًا في قاعدة قوية ، فإنك تشكل ملحًا ، ويكون الملح متعادلًا في درجة الحموضة ، لأن اقتران حمض قوي أو قاعدة قوية ، غير فعال ، ولا يؤثر على الرقم الهيدروجيني ، إنه متعادل . إذن لدينا p h 7 ، ثم نضيف ، في هذه الحالة ، حمض أقوى ، و p h ينخفض. بالنسبة للمعايرة الأخرى ، يكون الأمر متشابهًا إلى حد كبير ، باستثناء أنك تبدأ عند p h's الحمضية ، ثم تصعد إلى p h المحايد ، ثم تنتقل إلى الوضع الأساسي.

لذلك تحدثنا عن هذه المرة الأخيرة وعملنا على مشكلتين ، لكننا الآن سننتقل إلى نوع المشكلة الأكثر صعوبة قليلاً ، والذي يتعلق عندما يكون لديك حمض ضعيف أو قاعدة ضعيفة يتم معايرتها. فلنلق نظرة على فرق المنحنى لنبدأ به. إذن لدينا هنا الحمض القوي والقاعدة القوية ، وهنا لدينا حمض ضعيف وقاعدة قوية. شيء واحد قد تلاحظه على الفور هو أن نقطة التكافؤ لها p h مختلفة. إذاً ، حمض قوي وقاعدة قوية مرة أخرى ، امزج ، تشكل ملحًا محايدًا ، ph 7. ولكن إذا كنت تقوم بمعايرة حمض ضعيف في قاعدة قوية ، فإن اقتران القاعدة القوية سيكون غير فعال ، ولكن اقتران القاعدة القوية سوف يعمل الحمض الضعيف كقاعدة. إذن ، p h ، عند نقطة التكافؤ ، عندما تكون قد أضفت عددًا متساويًا من مولات قاعدتك القوية كما كان لديك حمض ضعيف ، فستكون القاعدة المترافقة حولها ، وستكون p h أكبر من 7.

لذا عند حل المسائل ، إذا حصلت على إجابة بهذا النوع من مسائل المعايرة التي تختلف عن تلك الخاصة بـ p h عند نقطة التكافؤ ، ستعرف أنك فعلت شيئًا خاطئًا ، عليك أن تعود وتراجع الرياضيات.

هناك اختلاف كبير آخر يتعلق بشكل المنحنى الموجود بالأسفل هنا ، ولذا تلاحظ فرقًا هنا أكثر من هناك. وفي المعايرة التي تتضمن حامضًا ضعيفًا في قاعدة قوية ، يكون لديك جزء من المنحنى يُعرف بمنطقة التخزين المؤقت ، ويكون p h مسطحًا إلى حد ما في منطقة التخزين المؤقت كما هو موضح أدناه. هذا على النقيض من ذلك ، لا توجد منطقة عازلة على هذا الجانب. إذن ، هنا سترتفع p h ، وستتوقف عن العمل ، ثم ترتفع مرة أخرى. وهذا ، بالنسبة للبعض منكم ، هو على الأرجح الإحباط من القيام بمعايرة أساسها الأحماض في المختبر ، لأنك تقوم بالإضافة ولا يحدث شيء ولا شيء يحدث ولا شيء يحدث ، وأنت في هذه المنطقة ، ثم فجأة تضيف فقط قليلا وأنت هنا.

لذا لاحظ مدى الانحدار هنا. لذلك في بعض الأحيان عندما تكون في منطقة التخزين المؤقت ، يبدو أنك لن تصل أبدًا إلى نهاية المعايرة بالتحليل الحجمي وبعد ذلك سيحدث ذلك بسرعة كبيرة. لذا ، تذكر منطقة التخزين المؤقت أن المخزن المؤقت هو شيء يحتوي على زوج مترافق وحمض ضعيف وزوج قاعدي ضعيف ، ثم في منطقة التخزين المؤقت ، تظل p h ثابتة إلى حد كبير في تلك المنطقة. إنه يعمل كمخزن مؤقت ، يحيد p h ، ويحافظ على p h من خلال كونه مصدرًا أو حوضًا للبروتونات ، وبالتالي هنا يبقى p h ثابتًا في منطقة التخزين هذه. هذه بعض الاختلافات بين نوع المنحنيات.

نقطة أخرى سأذكرها أو سأذكرها والتي لها علاقة بالحمض الضعيف في القاعدة القوية أو القاعدة الضعيفة في الحمض القوي هي مفهوم نقطة التكافؤ 1/2. إذن ، لقد أضفت 1/2 نقطة التكافؤ 1/2 مقدار القاعدة القوية التي تحتاجها للوصول إلى نقطة التكافؤ ، وهذا في منتصف منطقة التخزين المؤقت. هذه نقطة أخرى حيث سيُطلب منك حساب p h.

فلنلقِ نظرة الآن على نقاط مختلفة في المعايرة بالتحليل الحجمي. لذا ، دعنا أولاً نمر ونفكر فقط في ما يحدث. لذلك عندما نبدأ في هذه المعايرة لحمض ضعيف في قاعدة قوية ، قبل أن نضيف أيًا من القاعدة القوية ، كل ما لدينا هو حمض ضعيف. لذلك فهو حمض ضعيف في مشكلة نوع الماء. وهنا قمت بسحب حمضنا ، والحمض يحتوي على بروتونه ، والذي سيتوقف عندما تبدأ في إجراء المعايرة.هذا ما لدينا عند حجم صفر.

ثم نبدأ في إضافة قاعدتنا القوية ، وستتفاعل القاعدة القوية مع الحمض ، وهو مقياس متكافئ واحد لواحد ، إنه قاعدة قوية. سوف يسحب البروتونات من نفس عدد مولات الحمض القوي مثل عدد مولات القاعدة القوية التي تمت إضافتها. وبعد ذلك ، ستبدأ في الحصول على مزيج من اقتراناتك وحمضك الضعيف وقاعدتك المقترنة. إذن فالقاعدة هنا ناقص. وبالتالي إذا كان لديك خليط من حمض ضعيف في قاعدته المترافقة ، فهذا مخزون ، وبالتالي ستنتقل إلى منطقة التخزين المؤقت هنا. أي أن أي حجم أكبر من الصفر وأقل من نقطة التكافؤ سيكون موجودًا في تلك المنطقة.

ثم لدينا فئة خاصة لمنطقة التخزين المؤقت ، وهي عندما تقوم بإضافة الحجم للوصول إلى نقطة التكافؤ 1/2. وعندما تنتهي من ذلك ، ستكون قد قمت بتحويل 1/2 من الحمض الضعيف إلى قاعدته المترافقة ، لذلك سيكون لديك عدد مساوٍ من مولات حمضك الضعيف مثل عدد مولات القاعدة المترافقة - 1/2 كان محولة. ولذا فهذه فئة خاصة هناك.

ثم تصل إلى نقطة التكافؤ. عند نقطة التكافؤ ، قمت بإضافة نفس عدد مولات القاعدة القوية مثل عدد مولات الحمض الضعيف لديك ، لذلك قمت بتحويل كل حمضك الضعيف إلى قاعدته المترافقة. كل ما لديك الآن هو القاعدة المترافقة ، وهذا يتحكم في p h ، لذا يجب أن يكون p h أكبر من 7. لذا فهذه قاعدة ضعيفة في مسألة المياه.

وإذا واصلت المضي قدمًا ، فسينتهي بك الأمر بقاعدة قوية في مشكلة المياه. ستظل القاعدة الضعيفة موجودة ، لكنها ستؤثر بشكل مهم على p h مقارنة بحقيقة أنك تقوم بإلقاء حمض قوي في المعايرة. وهذا هو هذا الجزء من المنحنى.

لذلك ترى أنه في نوع واحد من المشاكل ، مشكلة معايرة واحدة ، لديك بالفعل الكثير من المشاكل الفرعية ، أو أنواع فرعية من المشاكل ، سيكون لديك عازل حمضي ضعيف ، فئة خاصة من المخزن المؤقت ، قاعدة مقترنة أو مشكلة ملح ، ثم قاعدة قوية. وهذا أحد الأشياء التي يواجهها الناس مشكلة في المعايرة ، لأننا قد لا نطلب منك القيام بكل النقاط ، قد نقفز نوعًا ما إلى مكان ما ، ونقول حسنًا ، ما هو الرقم الهيدروجيني في النقطة المعادلة ، وتحتاج إلى التفكير فيما حدث للوصول إلى نقطة التكافؤ. أو قد نقفز ونطلب منك منطقة ستكون في منطقة التخزين المؤقت ، وعليك أن تتذكر أنه في هذه المرحلة يجب أن يكون لديك بعض من الحمض الضعيف وكذلك بعض القواعد المترافقة التي يتم تشكيلها.

لذا ، يبدو أن هناك الكثير من الأشياء المختلفة ، لكن هناك خمسة أنواع فقط من المشاكل. ولكن في منحنى المعايرة بالتحليل الحجمي ، فإنك تواجه الكثير من تلك الأنواع المختلفة في نقاط مختلفة من المشكلة.

فلنذهب الآن إلى الاتجاه الآخر ونفكر في المعايرة لقاعدة ضعيفة بحمض قوي. إذن هذا هو الشكل الذي سيبدو عليه هذا المنحنى. ستبدأ أساسيًا ، بالطبع ، لأنك تبدأ بقاعدة ضعيفة ، ولم تقم بإضافة أي حمض قوي بعد. كلما أضفت حمضًا قويًا ، ستنخفض p h. نظرًا لكونها قاعدة ضعيفة ، فسوف تقوم بتكوين بعض من اقترانها عند إضافة الحمض القوي ، ومن ثم ستمر بمنطقة التخزين المؤقت مرة أخرى حيث سيكون المنحنى مسطحًا ، حيث سيكون الرقم الهيدروجيني متماثلًا إلى حد كبير بالنسبة لـ المنطقة الزمنية. ثم سينخفض ​​المنحنى مرة أخرى وستصل إلى نقطة التكافؤ. عند نقطة التكافؤ ، أضفت نفس الكمية من مولات حمض قوي كما كانت لديك قاعدة ضعيفة ، لذلك يتم تحويل كل قاعدتك الضعيفة إلى حمضها المتقارن ، وبالتالي يجب أن تكون حمضيًا عند نقطة التكافؤ ، ثم ينخفض ​​المنحنى.

لذا مرة أخرى ، يمكننا التفكير في هذا من حيث ما يحدث. في البداية ، إنها مجرد قاعدة ضعيفة في مشكلة المياه ، ولكن عندما تضيف حمضًا قويًا ، فإنك تنفخ بعضًا من قاعدتك وتشكل حمضها المتقارن هنا ، وستكون في منطقة التخزين المؤقت. بعد ذلك ، عند نقطة التكافؤ 1/2 ، أضفت عددًا كافيًا من مولات الحمض القوي لتحويل 1/2 القاعدة الضعيفة إلى مرافقه ، لذا فإن هذه ستكون مساوية لبعضها البعض - عدد مولات الضعيف القاعدة وعدد مولات حمضها المتقارن. عند نقطة التكافؤ ، قمت بتحويل كل القاعدة الضعيفة التي بدأت بها إلى حمضها المترافق ، لذلك سيكون حمض ضعيف في مشكلة الماء ، ثم في النهاية حمض قوي.

لذا فإن الحيلة تكمن في التعرف على نوع المشكلة التي يُطلب منك القيام بها ، وفي كثير من الأحيان إذا حصل الناس على سؤال وقاموا بكتابته ، في هذه المرحلة من منحنى المعايرة ، ستكون قاعدة ضعيفة في مشكلة المياه. وبمجرد تدوين ذلك ، في معظم الأوقات ، إذا وصلت إلى هذا الحد ، فأنت تفعل بقية المشكلة بشكل صحيح. لذا ، فإن مجرد تحديد النوع ، هناك 5 مشاكل فقط ، يمنحك شوطًا طويلاً للحصول على الإجابة الصحيحة.

لذلك دعونا نقدم مثالا. سنقوم بمعايرة حمض ضعيف بقاعدة قوية. لدينا 25 مللي من 0.1 حمض مولاري مع 0.15 مول من قاعدة قوية ، n a o h ، لدينا k a للحمض. نبدأ أولاً بإضافة 0 مل من القاعدة القوية. إذن ما نوع هذه المشكلة؟ إنها مشكلة حمض ضعيف.

لذلك نحن نعرف كيف نكتب معادلة حمض ضعيف أو لحمض في الماء. لدينا الحمض الموجود في الماء يذهب إلى أيونات الهيدرونيوم وقاعدة مقترنة. ضعيف جدا حامض. بالنسبة للحمض الضعيف ، سنستخدم k a ، وسنقوم بإعداد تعبير التوازن. إذن لدينا هنا 0.1 مولار من حمضنا. سنختفي بعضًا من ذلك في حالة التوازن ، ونشكل أيون الهيدرونيوم وبعض القواعد المترافقة ، وهكذا نعلم أن لدينا مقادير للتركيزات عند التوازن. ويمكننا استخدام k a، k a للحمض ، إنها مشكلة حمض ضعيف ، ويمكننا النظر إلى المنتجات على المواد المتفاعلة.

لذا ، انظر ، نحن نقوم الآن بمشكلة معايرة ، لكنك تعرف بالفعل كيفية حل هذه المشكلة لأننا رأينا حمضًا ضعيفًا في مشكلة المياه من قبل. إذن لدينا x تربيع على 0.10 ناقص x هنا. يمكننا أن نفترض أن x صغير ، ونتخلص من هذا ناقص x ، ثم نعود لاحقًا ونتحقق منه ، وهذا يجعل الحساب أسهل قليلاً. ويمكننا إيجاد قيمة x ثم التحقق - يمكننا أخذ هذه القيمة 0.00421 على 0.1 ومعرفة ما إذا كانت أقل من 5٪ ، إنها قريبة ولكنها قريبة. لذلك هذا الافتراض لا بأس به. إذا لم يكن كذلك ، فماذا علينا أن نفعل؟ معادلة من الدرجة الثانية.

حسنًا ، الآن ، هذا سؤال سيغ فيغ. أخبرني كم عدد التين sig الذي يمتلكه p h بالفعل. حسنًا ، 10 ثوانٍ.

إذن ، في الجزء الأول من المشكلة كان لدينا تركيز يحتوي على رقمين معنويين ، 0.10 مولار. في بعض الأحيان لاحقًا ، يكون لدى الأشخاص أرقام معنوية إضافية يحملونها معهم ، ولكن لدينا هذه الأرقام 2 ، وبالتالي سيكون لدينا 2 بعد العلامة العشرية ثم في إجابة p h. لذا مرة أخرى ، سيكون عدد الأرقام المهمة التي يتم تحديدها هو الرقم الذي يلي الفاصلة العشرية.

حسنًا ، لدينا قيمة p h واحدة ، وسننتقل الآن. لذا دعوني أضع قيمة واحد p h بالأسفل. لدينا حجم القاعدة القوية ، و p h هنا ، ونبدأ هنا بإضافة صفر مولات. لدينا p h للعدد 2. 38. إنه حمض ضعيف ، لذا يجب أن يكون p h الحمضية ، وهو كذلك.

حسنًا ، لننتقل الآن إلى مسألة المعايرة ، والآن 5. تمت إضافة 0 مليمتر من القاعدة القوية ، وعلينا إيجاد قيمة p h الآن. لذا فهي قاعدة قوية ، لذلك سوف تتفاعل بشكل كامل تقريبًا ، هذا هو افتراضنا. إذا كان قويا ، فإنه يذهب تماما. وبالتالي ، فإن عدد مولات القاعدة القوية التي نضيفها سيحول كل عدد مولات حمضنا نفسه إلى مرافقه. إذن يمكننا فقط إجراء عملية طرح.

أولًا ، علينا معرفة المولات الأولية للحمض التي كانت لدينا. كان لدينا 25 ميل ، 0.10 مولار. نحسب عدد مولات الهيدروكسيد المضافة ، وأضفنا 5 مللي ، وكان 0.15 مولارًا ، وبالتالي يمكننا حساب عدد مولات القاعدة القوية التي تمت إضافتها. لذا فإن القاعدة القوية سوف تتفاعل تمامًا مع نفس عدد مولات الحمض الضعيف. وسنفعل بعد ذلك - لدينا مولات الحمض الضعيف هنا ، مطروحًا منها عدد مولات القاعدة القوية التي أضفناها ، وبالتالي سيكون لدينا 1. 75 ضرب 10 إلى ناقص 3 مولات من الحمض الضعيف المتبقي. إذن ، كم عدد مولات القاعدة المترافقة التي سيتم تشكيلها من خلال هذا التفاعل؟ ماذا تعتقد؟

نفس الرقم. إذن ، 0.75 في 10 أس ناقص 3. لذلك تذكر دائمًا أنه في مسائل المعايرة بالتحليل الحجمي هذه ، لم تتم إضافة أي شيء حتى الآن ، لقد تمت إضافة صفر ميل. يجب أن يحدث قدر من بعض عمليات الطرح لأن شيئًا ما قد حدث. لقد قمت بتحويل شيء ما ، الأشياء مختلفة عما كانت عليه عندما بدأت.

حسنًا ، لدينا الآن حمض ضعيف ولدينا مولات مرافقه ، ما نوع هذه المشكلة؟ إذا كان لديك حمض ضعيف وقاعدته المترافقة - المخزن المؤقت ، صحيح. لذلك سنقوم بحل مشكلة عازلة ونحتاج إلى معرفة المولارية أولًا. إذن لدينا عدد مولات أكبر من الحجم - مرة أخرى ، الحجم ، كان لديك 25 مل لتبدأ ، أضفت 5 أخرى. لذا يجب أن يكون لديك الحجم الإجمالي 30 مل ، ويمكننا بعد ذلك حساب تركيزات كليهما.

الآن يمكننا إعداد جدول التوازن الخاص بنا ، وهذا يبدو وكأنه مشكلة عازلة لأنه كذلك ، وبالنظر إلى مشكلة عازلة ، لديك شيء هنا ، لديك حمض ضعيف هنا ، لكن لديك شيء هنا الآن ، إنه ليس كذلك صفر الآن ، نبدأ من قاعدة مترافقة. إذن لدينا 0.0583 ناقص x في أحد الطرفين ، ولدينا 0.025 مولار زائد x في الطرف الآخر.

يمكننا استخدام k a مرة أخرى. يتم إعداد هذا كحمض في الماء ينتقل إلى أيونات الهيدرونيوم والقاعدة المترافقة ، لذلك يمكننا استخدام k a الخاص بنا ، وننشئ الأشياء ، ويمكننا دائمًا أن نقول لنرى ما إذا كانت x صغيرة ، وافترض ، وفحصها لاحقًا. هذا سوف يبسط الرياضيات. إذن نتخلص من موجب x وسالب x. مرة أخرى ، نقول إنه إذا كانت س صغيرة ، فستكون التركيزات الأولية متماثلة إلى حد ما مع التركيزات بعد حدوث الموازنة. ويمكننا حساب 4. 13 في 10 مرفوعًا إلى سالب 4 ، مثل x ، هذا عدد صغير جدًا. وعلينا أن نتحقق منها ، ونعم ، إنها صغيرة بما يكفي ، أقل من 5٪ ، لذا لا بأس بذلك.

يمكننا الآن التعويض بهذا. X هو تركيز أيون الهيدرونيوم مطروحًا منه لوغاريتم تركيز أيون الهيدرونيوم هو p h ، ويمكننا حساب p h إلى 3. 38 - مرة أخرى ، نحن مقيدون برقمين معنويين في التركيز. لقد أضفنا الآن 5 مللي لأسفل هنا ، و p h ارتفع قليلاً ، أصبح الآن عند 3. 38 هنا.

هناك خيار آخر لمشكلة المخزن المؤقت. ما المعادلة الوحيدة في هذه الوحدة؟ صديقنا هندرسون هاسلبالش. ونعم ، يمكنك استخدام ذلك هنا أيضًا ، على افتراض أنك تتحقق من الافتراضات وأنه لا بأس. يفضل معظم الناس القيام بذلك لأنه أسهل قليلاً. لذلك ، لم تحصل على ، رغم ذلك ، p k a في هذه المسألة ، لقد أعطيت k a ، ومن السهل جدًا حسابها - ناقص لوغاريتم k a هو p k a. لذا يمكنك حساب ذلك ، ضع ذلك. لديك تركيزاتك ويجب أن تكون تركيزات ، لكن قد تلاحظ أنه إذا كان لديك بالفعل مولات فإن الحجم سيلغي هنا. إذن ها هي التركيزات ، لكن مع نفس الحجم ، يلغي حد الحجم. إنه يجعل هذا أسرع قليلاً ويعطي نفس الإجابة ، وهو أمر رائع. لاستخدام Henderson Hasselbalch ، تحتاج أيضًا إلى أن تكون قاعدة 5٪ صحيحة ، لأن Henderson Hasselbalch يفترض أن x صغير. من المفترض أن تكون التركيزات الأولية والتركيزات بعد التوازن متماثلة تقريبًا.

حتى نتمكن من التحقق من الافتراض. يمكننا إعادة حساب تركيز أيون الهيدرونيوم ، والذي سيكون x ، ومعرفة ما إذا كان صغيرًا ، ونحن نعلم بالفعل أنه كذلك ، لذلك لا بأس. لذلك هناك خياران لمشاكل المخزن المؤقت ، لكن لا تستخدم معادلة Henderson Hasselbalch عندما لا تكون في منطقة التخزين المؤقت ، فهي لا تصمد بعد ذلك.

لذا مرة أخرى ، تتحقق من الافتراض ، وإذا كان الأمر جيدًا ، فلا بأس. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فأنت بحاجة إلى استخدام الخيار الأول وتحتاج إلى استخدام المعادلة التربيعية.

حسنًا ، منطقة التخزين المؤقت. نحن الآن في نوع خاص من المشاكل في منطقة التخزين المؤقت ، نقطة التكافؤ 1/2. لقد أضفت هنا نصف عدد مولات القاعدة القوية لتحويل 1/2 مولات الحمض الضعيف إلى مرافقه. إذن عند هذه النقطة ، تركيز h a يساوي تركيز a ناقص - عدد متساوٍ من المولات في نفس الحجم ، تلك متساوية. يمكنك استخدام Henderson Hasselbalch هنا ، وتجد أنه إذا كانتا متساويتين ، فأنت تتحدث عن ناقص لوغاريتم 1 ، وبالتالي فإن p h ستساوي p k a. وقد انتهيت من هذا النوع من المشاكل.

من المعروف أنني أضع 1/2 مشكلة معادلة في الاختبار ، لأن الاختبارات غالبًا ما تكون طويلة ، ولديك 50 دقيقة فقط ، وهناك الكثير من أنواع المشاكل المختلفة ، ولا ينبغي أن تستغرق هذه المشكلة وقتًا طويلاً. ليس عليك أن تثبت لي أن هذا صحيح. كل ما تحتاج إلى تذكره ، 1/2 نقطة التكافؤ ، p h يساوي p k a ، وإذا قمت بحساب p k a ، تكون قد انتهيت. لذلك هذا نوع قصير من المشاكل. إذا كنت تتذكر تعريف 1/2 نقطة التكافؤ ، فمن السهل القيام بذلك. إذن لدينا الآن رقم آخر ، وهو 3. 75 ، ونحن نعمل على المنحنى.

الآن دعنا ننتقل إلى نقطة التكافؤ. عند نقطة التكافؤ ، أضفت نفس عدد مولات قاعدتك القوية كما كان لديك حمض ضعيف. لذلك قمت بتحويل كل حمضك الضعيف إلى قاعدته المترافقة. لذا يجب أن يكون p h أكبر من 7. الآن كل ما لديك هو قاعدة مقترنة ، وهذا أساسي ، يجب أن يكون p h أكبر من 7.

لذلك عندما تقوم بهذه المعايرة ، يكون لديك حمض ضعيف وقاعدتك القوية. ستقوم بتكوين ملح هنا ، ومشكلة ملح ، يمكنك أن تخبرني عن الأملاح. لذا ، فقط ذكرني ، ما الذي يساهم به n a زائد في p h هنا. ستكون محايدة. وماذا عن هذا الرجل هنا؟ نعم ، سيكون الأمر أساسيًا. لذا ، الصوديوم ، أي مجموعة 1 ، المجموعة 2 ، ليس لها تأثير على p h ، فهي محايدة. ولكن إذا كان لديك قاعدة مقترنة لحمض ضعيف ، فسيكون ذلك أساسيًا. مشاكل الملح ، هي في الحقيقة مجرد جزء مما تعرفه بالفعل.

لذلك دائما تحقق من عملك. إذا لم تكن p h منطقية مما تعرفه ، فربما تكون قد ارتكبت خطأ حسابيًا. فلنحسب إذن p h الفعلي عند نقطة التكافؤ. نحن نعلم أنه يجب أن يكون أساسيًا ، ولكن ماذا سيكون؟ أولًا ، نحتاج إلى معرفة مقدار القاعدة القوية التي يتعين علينا إضافتها ، لأننا نحتاج إلى معرفة كل المولات. إذن ، ما المقدار الذي نحتاج إلى إضافته من هذا.

لذلك احتجنا إلى إضافة ما يكفي من القاعدة القوية بحيث يمكنك تحويل كل مولات الحمض الضعيف إلى مرافقه. لذلك كان لدينا 2. 5 ضرب 10 أس ناقص 3 مولات لحمضنا الضعيف. لذلك سيتم تحويل كل هذا إلى مولات القاعدة المترافقة ، وبالتالي سيكون هذا مساويًا لعدد المولات الذي نحتاجه للقيام بذلك. لذلك احتجنا إلى 2. 5 ضرب 10 أس ناقص 3 مولات لقاعدتنا القوية للقيام بهذا التحويل الكامل. نعلم أن تركيز القاعدة كان 0.15. لذلك كنا بحاجة إلى 1. تمت إضافة 67 مرة 10 إلى 2 لتر من هذا التركيز للوصول إلى نقطة التكافؤ.

إذن ، إجمالي الحجم الذي سنحصل عليه عند نقطة التكافؤ هو 25 مليمتر التي يجب أن نبدأ بها ، زائد 16. 7 ميل لتحقيق هذا الحجم الإجمالي النهائي. وتذكر ، عليك دائمًا التفكير ، ما هو الحجم الإجمالي ، وكم تمت إضافته للوصول إلى هذه النقطة في منحنى المعايرة بالتحليل الحجمي. ثم يمكننا حساب المولارية ، حتى نعرف عدد مولات القاعدة المترافقة ، ونعرف الحجم الجديد ، حتى نتمكن من حساب تركيز القاعدة المترافقة.

حتى الآن ، يمكنك مساعدتي في حل هذه المشكلة. قم بإعداد معادلة لي لحلها. لنأخذ 10 ثوانٍ. هذه أفضل نتيجة حصلنا عليها اليوم. نعم. إذن نحن نتحدث الآن عن قاعدة مترافقة. لذلك قمنا بتحويل كل الحمض الضعيف إلى القاعدة المترافقة ، وبالتالي فهي قاعدة ضعيفة في مشكلة المياه ، لذلك سنتحدث عن أ ك ب. إذا أعطيت k a فقط لهذه المشكلة ، فكيف ستجد k b - ما هو الوصل k a و k b؟ ك ث ، صحيح. لذا يمكنك أن تحسب ، هنا تم إعطاؤها لك ، لكن يمكنك حسابها إذا كان لديك آلة حاسبة ، وستجد أن هذا صحيح. الآن هي قاعدة ضعيفة في مشكلة المياه. لم نعد في منطقة التخزين المؤقت بعد الآن. لقد حولنا كل حمضنا الضعيف إلى مرافق. لذلك فهي قاعدة ضعيفة في مشكلة المياه. إذن لدينا x تربيع ، 0.06 ، وهو التركيز الذي حسبناه ، ناقص x.

لذا مرة أخرى ، فكر في نوع المشكلة. مرة أخرى ، قاعدة ضعيفة في مسألة المياه - x تربيع على 0.06 ناقص x. ويمكننا أن نفترض أن x صغير ، ونحسب قيمة x ، وهي 0.83 في 10 أس سالب 6 ، وبعد ذلك سنحسب p o h ، لأن x الآن هو تركيز أيون الهيدروكسيد. لأنه في قاعدة ضعيفة في مشكلة المياه ، هنا في هذا النوع من المشاكل ، القاعدة ، وهنا حمضك - اتحاد هذا الحمض هو القاعدة ، الهيدروكسيد ، واتحاد هذه القاعدة الضعيفة هو حمضها المتقارن هنا ، لذا عندما نحل قيمة x ، فإننا نحل أيون الهيدروكسيد في التركيز ، لذلك نحسب apoh ، والذي يمكننا بعد ذلك حساب aph منه. إذن يمكننا أخذ 14 ناقص 5. 74 واحصل على القيمة. وهي أكبر من المحايدة ، إنها 8 ، أساسية ، وهذا منطقي ، إنها قاعدة ضعيفة في مشكلة المياه. لذا ، لنرى ، إنها 8. 26 ، إذن نحن الآن هنا في المنحنى ، ونحن عند 8. 26 ، وهذا سيكون أكبر من 7 لهذا النوع من المسائل. لذلك هذا منطقي ، إنه جيد. أكبر من 7 هو ما نريد رؤيته.

الآن ، لقد ذهبت بعيدًا جدًا - لقد تجاوزت نقطة التكافؤ ، وواصلت إضافة قاعدتك القوية فيها. الآن لا يزال لديك بعض من القاعدة المترافقة الضعيفة. لذلك لا يزال لديك هذا ، ولكن لديك 1 فقط. 83 ضرب 10 أس سالب 6 ضرس منه. كمية قليلة جدًا - x صغير. إذن ، ستملي p h مقدار القاعدة القوية الإضافية التي تضيفها. إذن هذا مشابه لحمض قوي أو قاعدة قوية في مشكلة المياه.

لذا إذا تجاوزت نقطة التكافؤ بخمسة أميال ، فإن تركيزك لقاعدة قوية يبلغ 5 مليمترات ، وبذلك يكون لديك 7 نقاط إضافية. 5 مرات 10 إلى ناقص 4 شامات إضافية. إذن أنت بحاجة إلى حساب تركيز ذلك ، وهكذا تتذكر الحجم الكامل - لقد تجاوزت 5 مللي ، وكان لديك 25 ميلًا لتبدأ بها ، وكان عليك إضافة 16. 7 ميل للوصول إلى نقطة التكافؤ. ولديك ، هذا هو الحجم الإجمالي ، تحصل على التركيز ، هذا هو تركيز الهيدروكسيد لديك ، يتفاعل تمامًا ، ليس عليك القيام بأي جدول توازن هنا. إنها ستكمل ، إنها قاعدة قوية. يمكنك محاولة إضافة هذه القيمة لقاعدتك الضعيفة الأخرى إلى هذا ، لكن تذكر أن هذه مضروبة في 10 في سالب 6 ، لذلك لن تكون مهمة مع الأرقام المهمة.لذا يمكنك فقط استخدام هذه القيمة - عوض بها في p o h ، واحسبها ، ثم احسب p h. والآن نحن في مكان ما هنا بالأعلى عند p h 12. 21 ، 5 ميلس. وهناك قمنا بعمل مشكلة معايرة.

لذلك دعونا نراجع ما رأيناه. في البداية ، صفر مل من القاعدة القوية ، لدينا حمض ضعيف في مشكلة المياه. انتقلنا إلى منطقة التخزين حيث كان لدينا حمض ضعيف وقاعدة مقترنة لهذا الحمض الضعيف. عند نقطة التكافؤ ، قمنا بتحويل كل الحمض الضعيف إلى القاعدة المترافقة ، لذا فهي مشكلة قاعدة ضعيفة. ثم بعد نقطة التكافؤ ، إنها مشكلة أساسية قوية. هذا ما عملناه للتو.

لذا ، يمكننا التحقق من كل ذلك الآن. أنت تعرف كيف تفعل كل هذه الأنواع من المشاكل. وليس هناك الكثير ، ما عليك سوى معرفة مكان تطبيق ماذا. وإذا كان بإمكانك فعل ذلك ، فأنت جاهز تمامًا ، وستكون هذه الوحدة سهلة بالنسبة لك ، ويمكنك المتابعة وتجعلني سعيدًا جدًا في الامتحان. لا يوجد شيء - حسنًا ، هناك القليل من الأشياء في الحياة جميلة بالنسبة لي كمشكلة معايرة تعمل بشكل مثالي. إنه حقًا ، إنه يجلب لي الفرح ، وقد جعلني الناس يكتبون في الامتحان أحيانًا ، "آمل أن يجلب لك الحل لهذا الأمر السعادة." وسأكتب في كثير من الأحيان ، "نعم ، إنه كذلك" ، وأضع وجهًا مبتسمًا. لأنه من الجيد حقًا أن نرى هذه تعمل بشكل جميل. أعلم ، أنا غريب الأطوار ومهوس بعض الشيء ، لكن بعد الأمس ، أصبح ذكياً ومهوسًا ومهوسًا أمرًا رائعًا مرة أخرى.

حسنًا ، دعني أخبرك فقط إلى أين نحن ذاهبون. لدينا خمس دقائق أخرى ، وهذا في الواقع مثالي ، لأنه يمكنني تجاوز بعض القواعد في تلك الدقائق الخمس. لذلك دعونا نتعامل مع 5 دقائق من القواعد.

لا يحتوي تقليل الأكسدة على الكثير من القواعد ، لذا فإن خمس دقائق هي في الواقع كل ما نحتاجه للقيام بذلك. يتضمن اختزال الأكسدة التوازن ، ويشمل الديناميكا الحرارية. يعجبني لأنه مهم حقًا للتفاعلات التي تحدث في الجسم ، والقواعد الحمضية أيضًا - pk a's مهمة حقًا لذلك. وهكذا ، بين تقليل القاعدة الحمضية والأكسدة ، فإنك تغطي طريقة عمل الكثير من الإنزيمات.

لذا دعني أعطيك خمس دقائق من القواعد ، وهذا سوف يخدمك جيدًا في هذه الوحدة. بعض هذه بسيطة جدا. بالنسبة للعناصر الحرة ، تحتوي كل ذرة على عدد أكسدة يساوي 0 ، لذلك سيكون هذا الرقم 0. لذلك ، عدد الأكسدة هو 0 في عنصر حر. بالنسبة للأيونات التي تتكون من ذرة واحدة ، فإن عدد الأكسدة يساوي شحنة الذرة ، لذا فإن الليثيوم زائد 1 أيون سيكون له عدد أكسدة زائد 1. ومرة ​​أخرى ، هذا واضح جدًا.

المجموعة الأولى والمجموعة الثانية تجعل حياتك أسهل. يبدو أن لديهم الكثير من القواعد المتسقة. تحتوي معادن المجموعة الأولى في الجدول الدوري على عدد أكسدة 1. تحتوي معادن المجموعة الثانية على عدد أكسدة زائد 2. الألومنيوم زائد 3 في جميع مركباته. بسيط جدا.

نصل الآن إلى أشياء أكثر تعقيدًا ولكن لا تزال مفيدة ، الأكسجين. يكون الأكسجين في الغالب ناقصًا 2 ، ولكن هناك استثناءات لذلك ، كما هو الحال في البيروكسيدات حيث يمكن أن يحتوي على عدد أكسدة ناقص 1 ، وإذا كان بمعدن المجموعة الأولى ، فيمكن أن يكون ناقص 1. تذكر ، المجموعة الأولى ، وفي الواقع المجموعة الثانية هنا ، وهذا زائد 1 ، ودائمًا زائد 1 ، ودائمًا زائد 1 ، ودائمًا زائد 2 ، ولذا يجب على الهيدروجين أن يلائم ذلك. لذلك عادةً زائد 1 ، إلا عندما يكون في مجمع ثنائي مع هذه المعادن المحددة الموجودة في المجموعة الأولى أو المجموعة الثانية.

الفلور ، دائمًا تقريبًا ناقص 1 ، أو دائمًا ناقص 1 - هالوجينات أخرى ، كلوريد ، بروميد ، يوديد ، أيضًا سلبيات عادةً ، ولكن إذا كانت تحتوي على الأكسجين ، فإنها تتغير. إذن ، هذا مثال. وفي الجزيئات المحايدة ، يجب أن يكون مجموع أرقام الأكسدة 0. عندما يكون للجزيء شحنة ، يجب أن يكون مجموع أرقام الأكسدة مساويًا لتلك الشحنة. لذا ، لنقم بمثال سريع. الهيدروجين ، في هذه الحالة ، سيكون ماذا؟ زائد 1 ، لذلك ليس مع المجموعة الأولى ، المجموعة الثانية ميتال هنا. إذن ماذا يترك ذلك للنيتروجين؟ وهذا يجعل المجموع زائد 1 يساوي مجموع ذلك الجزيء ، وبذلك ينجح الأمر. لذلك ربما لم نعرف النيتروجين ، لكن يمكننا اكتشافه إذا عرفنا قواعد الهيدروجين وعرفنا ما يجب أن يساوي كل شيء.

وهكذا ، تكون هذه الوحدة في بعض الأحيان بمثابة راحة بعد تقليل الأكسدة ، لأنها تدور حول الجمع والطرح البسيط ، فهي ليست سيئة للغاية.

حسنًا ، لا يجب أن تكون أرقام الأكسدة أعدادًا صحيحة. مثال هنا ، لديك أكسيد فائق ، ما هو رقم تأكسدها؟ ناقص 1/2.

وهذه هي القواعد ، وبعد ذلك يوم الجمعة ، سنعود ونلقي نظرة على بعض الأمثلة.


المحاضرة 08: تفاعلات الأكسدة والاختزال - علم الأحياء

1. تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء في الفضاء بين الغشاء في ثايلاكويدات.

2. تحدث تفاعلات دورة كالفين المستقلة عن الضوء في السدى.

  • التنشيط الضوئي للنظام الضوئي الثاني:
  • التحلل الضوئي للماء:
  • نظام نقل الإلكترون: البروتينات المضمنة في غشاء الثايلاكويد تنقل الطاقة على طول مسار في سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال:
  • التنشيط الضوئي للنظام الضوئي أنا:
  • الحد من NADP + ---- & GT NADPH + ح +:
  • الفسفرة الضوئية غير الدورية:
  • الفسفرة الضوئية الدورية:

9. سينزاس ATP في الثايلاكويدات يولد ATP باستخدام التدرج البروتوني.

10. في التفاعلات المستقلة للضوء ، يحفز الكربوكسيلاز الكربوكسيل من ثنائي فوسفات الريبولوز.

  • كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوز (rubisco): إنزيم به كربوكسيلات ريبولوز ثنائي الفوسفات ليشكل جزيئين من الجلسرات 3-فوسفات
  • اختزال الجلسرات 3-فوسفات (G3P) إلى ثلاثي الفوسفات (TP):
    • تقليل ، مدفوعًا بالطاقة من ATP و NADPH + H +
    • توفر منتجات التفاعلات المعتمدة على الضوء الطاقة لتقليل G3P إلى TP

    12. يتم إعادة تشكيل ريبولوز ثنائي الفوسفات باستخدام ATP.

    • تجديد RuBP:
      • يتم استخدام 83٪ من TP-3-carbon لتجديد مادة RuBP المكونة من 5 كربون
      • باستخدام الطاقة من ATP

      13. يستخدم ثلاثي الفوسفات لتجديد RuBP وإنتاج الكربوهيدرات.

      • تخليق الكربوهيدرات ومنتجات أخرى :
        • تقوم الإنزيمات بتحويل TP إلى منتجات مختلفة
          • السكريات الأحادية: الجلوكوز والفركتوز
          • السكروز: السكروز
          • السكريات: نشا
          • منتجات أخرى: الدهون والأحماض الأمينية والأحماض النووية

          14. يتكيف هيكل البلاستيدات الخضراء مع وظيفتها في التمثيل الضوئي.

          • يحتوي البلاستيدات الخضراء على غشاء مزدوج ينظم الظروف الداخلية
          • ينقسم الجزء الداخلي من البلاستيدات الخضراء إلى ثايلاكويدات وسدى
            • thylakoids = موقع التفاعلات المعتمدة على الضوء
              • مساحة سطح كبيرة لزيادة امتصاص الضوء
              • مساحة صغيرة داخل الثايلاكويدات تسمح بتراكم البروتون
              • الثايلاكويد الحمضي الداخلي / الرقم الهيدروجيني = 4 / تركيز البروتون العالي مما يسمح بالتدرج الكيميائي
              • ستروما pH = 8 / أساسي حيث تعمل إنزيمات دورة كالفين على النحو الأمثل
              • تثبت الأصباغ في أغشية الثايلاكويد بواسطة ذيول كارهة للماء / الهيدروكربون
              • تقوم بروتينات ETC بين النظامين الضوئي II و I بضخ البروتونات إلى داخل الثايلاكويد مما يضيف إلى التدرج الكيميائي
              • اختزال NADP المرتبط بغشاء الثايلاكويد الخارجي مما يسمح باختزال NADP إلى NADPH لدورة كالفين
              • السماح للبروتون بالتدفق إلى أسفل التدرج الكيميائي / الفسفرة الضوئية / إنتاج ATP في السدى
              • تسمح ريبوسومات البلاستيدات الخضراء بتخليق البروتين

              المهارة: شرح رسم تخطيطي للإشارة إلى تكيفات بلاستيدات اليخضور وظيفتها.


              ملاحظات المحاضرة

              1. ارسم هيكل البلاستيدات الخضراء كما يظهر في الصور المجهرية الإلكترونية.

              2. اذكر أن التمثيل الضوئي يتكون من تفاعلات تعتمد على الضوء وتفاعلات مستقلة عن الضوء.

              3. اشرح التفاعلات المعتمدة على الضوء بما في ذلك:

              • التنشيط الضوئي للنظام الضوئي الثاني:
              • التحلل الضوئي للماء:
              • نظام نقل الإلكترون: البروتينات المضمنة في غشاء الثايلاكويد تنقل الطاقة على طول مسار في سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال:
              • التنشيط الضوئي للنظام الضوئي أنا:
              • الحد من NADP + ---- & gt NADPH + H +:
              • الفسفرة الضوئية غير الدورية:
              • الفسفرة الضوئية الدورية:

              4. اشرح الفسفرة من حيث التناضح الكيميائي:

              5. اشرح ردود الفعل المستقلة عن الضوء بما في ذلك أدوار:

              • كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوز (rubisco): إنزيم به كربوكسيلات ريبولوز ثنائي الفوسفات ليشكل جزيئين من الجلسرات 3-فوسفات
              • اختزال الجلسرات 3-فوسفات (GP) إلى ثلاثي الفوسفات (TP):
                • تقليل ، مدفوعًا بالطاقة من ATP و NADPH + H +
                • توفر منتجات التفاعلات المعتمدة على الضوء الطاقة لتقليل GP إلى TP
                • يتم استخدام 83٪ من TP-3-carbon لتجديد مادة RuBP المكونة من 5 كربون
                • باستخدام الطاقة من ATP
                • تقوم الإنزيمات بتحويل TP إلى منتجات مختلفة
                  • السكريات الأحادية: الجلوكوز والفركتوز
                  • السكروز: السكروز
                  • السكريات: نشا
                  • منتجات أخرى: الدهون والأحماض الأمينية والأحماض النووية

                  6. اشرح العلاقة بين بنية البلاستيدات الخضراء ووظيفتها.

                  • يحتوي البلاستيدات الخضراء على غشاء مزدوج ينظم الظروف الداخلية
                  • يتم فصل الجزء الداخلي من البلاستيدات الخضراء إلى ثايلاكويدات وسدى
                    • thylakoids = موقع التفاعلات المعتمدة على الضوء
                      • مساحة سطح كبيرة لزيادة امتصاص الضوء
                      • مساحة صغيرة داخل الثايلاكويدات تسمح بتراكم البروتون
                      • الثايلاكويد الحمضي الداخلي / الرقم الهيدروجيني = 4 / تركيز البروتون العالي مما يسمح بالتدرج الكيميائي
                      • ستروما pH = 8 / أساسي حيث تعمل إنزيمات دورة كالفين على النحو الأمثل
                      • تثبت الأصباغ في أغشية الثايلاكويد بواسطة ذيول كارهة للماء / الهيدروكربون
                      • تقوم بروتينات ETC بين النظامين الضوئي II و I بضخ البروتونات إلى داخل الثايلاكويد مما يضيف إلى التدرج الكيميائي
                      • اختزال NADP المرتبط بغشاء الثايلاكويد الخارجي مما يسمح باختزال NADP إلى NADPH لدورة كالفين
                      • السماح للبروتون بالتدفق إلى أسفل التدرج الكيميائي / الفسفرة الضوئية / إنتاج ATP في السدى
                      • تسمح ريبوسومات البلاستيدات الخضراء بتخليق البروتين

                      7. ارسم طيف عمل التمثيل الضوئي.

                      8. شرح العلاقة بين طيف العمل وأطياف امتصاص أصباغ التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء.

                      • ا طيف الامتصاص يوضح كمية كل طول موجي للضوء تمتصه صبغة معينة
                        • تمتص كل صبغة ضوئية أطوال موجية محددة من الضوء
                        • يتكون نظام ضوئي من مجموعة متنوعة من أصباغ التمثيل الضوئي
                        • تتعاون أصباغ التمثيل الضوئي ضمن نظام ضوئي لزيادة كمية الضوء الممتص

                        9. اشرح مفهوم العوامل المحددة بالرجوع إلى شدة الضوء ودرجة الحرارة وتركيز ثاني أكسيد الكربون.


                        المحاضرة 08: تفاعلات الأكسدة والاختزال - علم الأحياء

                        تفاعلات الأكسدة والاختزال ذات أهمية مركزية في الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية. 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.

                        شكل 5.5 حرق الغاز الطبيعي

                        لا يعتبر حرق الغاز الطبيعي تفاعل احتراق فحسب ، بل تفاعل أيضًا مع الأكسدة والاختزال. ردود الفعل المماثلة تشمل حرق البنزين والفحم. هذه أيضًا تفاعلات الأكسدة والاختزال.

                        جميع تفاعلات الاحتراق هي أيضًا تفاعلات الأكسدة والاختزال. تفاعل الاحتراق النموذجي هو احتراق الميثان ، المكون الرئيسي للغاز الطبيعي (الشكل 5.5 "احتراق الغاز الطبيعي").

                        في التنفس هي العملية الكيميائية الحيوية التي يقوم من خلالها الأكسجين الذي نستنشقه بأكسدة المواد الغذائية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. ، وهي العملية الكيميائية الحيوية التي يؤدي من خلالها الأكسجين الذي نستنشقه في الهواء إلى أكسدة المواد الغذائية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، وتوفر تفاعلات الأكسدة والاختزال الطاقة للخلايا الحية. تفاعل الجهاز التنفسي النموذجي هو أكسدة الجلوكوز (C6ح12ا6) ، السكر البسيط الذي رأيناه في مقال افتتاح الفصل الذي يشكل حمية الخميرة:

                        يستخدم الكيميائيون العضويون مجموعة متنوعة من تفاعلات الأكسدة والاختزال. على سبيل المثال ، ثنائي كرومات البوتاسيوم (K.2سجل تجاري2ا7) هو عامل مؤكسد شائع يمكن استخدامه لأكسدة الكحولات (يرمز له بالصيغة العامة ROH). يعتمد ناتج التفاعل على موقع مجموعة OH الوظيفية في جزيء الكحول ، والنسب النسبية للكحول وأيون ثنائي كرومات ، وظروف التفاعل مثل درجة الحرارة. إذا كانت مجموعة OH متصلة بذرة كربون طرفية ويتم تقطير المنتج أثناء تشكله ، يكون المنتج عبارة عن ألدهيد ، يحتوي على طرف مجموعة الكاربونيال (C = O) وغالبًا ما تتم كتابتها كـ RCHO. أحد الأمثلة على ذلك هو التفاعل الذي يستخدمه جهاز قياس الكحول للكشف عن الكحول الإيثيلي (C2ح5OH) في أنفاس الشخص:

                        إذا كان المنتج أسيتالديهيد (CH3لا تتم إزالة CHO) أثناء تشكلها ، بل تتأكسد أيضًا إلى حمض الأسيتيك (CH3COOH). في هذه الحالة يكون رد الفعل العام كما يلي:

                        في هذا التفاعل ، يتم تقليل ذرة الكروم من الكروم2ا7 2− إلى Cr 3+ ، ويتأكسد الإيثانول إلى حمض الأسيتيك.

                        عندما ترتبط مجموعة OH من الكحول بذرة كربون داخلية ، فإن أكسدة الكحول ستنتج كيتون. (غالبًا ما تتم كتابة صيغ الكيتونات باسم RCOR ، ورابطة الكربون والأكسجين عبارة عن رابطة مزدوجة.) يُشتق أبسط كيتون من 2-بروبانول (CH3CHOHCH3). هو المذيب الشائع الأسيتون [(CH3)2CO] ، الذي يستخدم في الورنيش ، واللك ، والأسمنت المطاطي ، ومزيل طلاء الأظافر. يمكن تكوين الأسيتون من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال التالي:

                        كما رأينا للتو ، يمكن أن تتشكل الألدهيدات والكيتونات عن طريق أكسدة الكحوليات. على العكس من ذلك ، يمكن اختزال الألدهيدات والكيتونات إلى كحول. الحد من مجموعة الكربونيل مهم في الكائنات الحية. على سبيل المثال ، في التمثيل الغذائي اللاهوائي عملية كيميائية حيوية تحدث في غياب الأكسجين. ، حيث تحدث العمليات البيوكيميائية في غياب الأكسجين ، وحمض البيروفيك (CH3COCOOH) إلى حمض اللاكتيك (CH3CHOHCOOH) في العضلات.

                        (حمض البيروفيك عبارة عن حمض كربوكسيل وكيتون يتم تقليل مجموعة الكيتون فقط.) يعد تراكم حمض اللاكتيك أثناء التمرين القوي مسؤولاً إلى حد كبير عن التعب الذي نشعر به.

                        في كيمياء الغذاء ، المواد المعروفة بمضادات الأكسدة مادة موجودة في الأطعمة تعمل كعامل مختزل. تقلل من العوامل. حمض الأسكوربيك (فيتامين سي6ح8ا6) يُعتقد أنه يؤخر أكسدة الخلايا الحية التي قد تكون ضارة. في هذه العملية ، يتأكسد إلى حمض ديهيدروكوربيك (C6ح6ا6). في المعدة ، يقلل حمض الأسكوربيك من أيون النتريت (NO2 -) لأكسيد النيتريك (NO):

                        إذا لم يحدث هذا التفاعل ، فإن أيونات النتريت من الأطعمة ستؤكسد الحديد في الهيموجلوبين ، مما يدمر قدرته على حمل الأكسجين.

                        توكوفيرول (فيتامين هـ) هو أيضًا أحد مضادات الأكسدة. في الجسم ، يُعتقد أن فيتامين E يعمل عن طريق التخلص من المنتجات الثانوية الضارة لعملية التمثيل الغذائي ، مثل الأجزاء الجزيئية شديدة التفاعل التي تسمى الجذور الحرة. يعمل فيتامين (هـ) في الأطعمة على منع تأكسد الدهون وبالتالي تفسدها. فيتامين ج هو أيضًا أحد مضادات الأكسدة الجيدة (الشكل 5.6 "ثمار الحمضيات").

                        تعد الفواكه الحمضية ، مثل البرتقال والليمون والليمون الحامض ، مصادر جيدة لفيتامين سي ، وهو أحد مضادات الأكسدة.

                        أخيرًا ، والأهم من ذلك ، أن النباتات الخضراء تنفذ تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يجعل الحياة على الأرض ممكنة تقريبًا. يفعلون ذلك من خلال عملية تسمى التمثيل الضوئي ، وهي العملية التي تستخدم بها النباتات الطاقة الشمسية لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز. ، حيث يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز (C6ح12ا6). يتطلب تخليق الجلوكوز مجموعة متنوعة من البروتينات تسمى الإنزيمات وصبغة خضراء تسمى الكلوروفيل والتي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية (الشكل 5.7 "الحياة على الأرض"). التغيير الإجمالي الذي يحدث هو كما يلي:

                        التمثيل الضوئي هو العملية الأساسية التي تستخدم النباتات من خلالها ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين. ثم تصنع النباتات كربوهيدرات أكثر تعقيدًا. إنه المصدر النهائي لجميع الأطعمة على الأرض ، وهو تفاعل الأكسدة والاختزال.

                        في هذا التفاعل ، يتم تقليل ثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز ، ويتأكسد الماء إلى غاز الأكسجين. تقوم التفاعلات الأخرى بتحويل الجلوكوز إلى كربوهيدرات أكثر تعقيدًا وبروتينات نباتية وزيوت.

                        تمرين مراجعة المفهوم

                        أعط بعض الأمثلة البيوكيميائية لتفاعلات الأكسدة والاختزال.

                        إجابة

                        التركيب الضوئي ومضادات الأكسدة في الأطعمة (ستختلف الإجابات)

                        مفتاح الوجبات الجاهزة

                        • تفاعلات الأكسدة والاختزال شائعة في الكيمياء العضوية والبيولوجية ، بما في ذلك احتراق المواد الكيميائية العضوية ، والتنفس ، والتمثيل الضوئي.

                        تمارين

                        تفاعل الجهاز التنفسي النموذجي الذي تمت مناقشته في النص هو أكسدة الجلوكوز (C6ح12ا6):

                        هل هذا رد فعل الأكسدة والاختزال؟ إذا كان الأمر كذلك ، فما هي العوامل المؤكسدة والمختزلة؟

                        يكون رد الفعل الصافي الرئيسي في عملية التمثيل الضوئي كما يلي:

                        هل هذا رد فعل الأكسدة والاختزال؟ إذا كان الأمر كذلك ، فما هي العوامل المؤكسدة والمختزلة؟

                        ماذا سيكون المنتج العضوي النهائي إذا كان CH3CH2CH2يجب أن يتفاعل OH مع محلول K.2سجل تجاري2ا7?

                        ماذا سيكون المنتج العضوي النهائي إذا كان CH3CH2CH2يجب أن يتفاعل OH مع محلول K.2سجل تجاري2ا7?

                        ماذا سيكون المنتج العضوي النهائي إذا كان CH3CH2CHOHCH3 كانت تتفاعل مع محلول K.2سجل تجاري2ا7?

                        ماذا سيكون المنتج العضوي الرئيسي إذا كان CH3CH2CHOHCH2CH3 كانت تتفاعل مع محلول ك2سجل تجاري2ا7?

                        ما هو الكحول الذي يتم إنتاجه في اختزال الأسيتون [(CH3)2CO]؟

                        ما يتم إنتاجه من الكحول في اختزال البروبانال (CH3CH2CHO)؟


                        تتعامل تفاعلات الأكسدة والاختزال في الفصل 11 في الكيمياء في المقام الأول في فهم الفكرة الكلاسيكية لتفاعلات الأكسدة والاختزال ، والتي تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال وموضوعات أخرى مثل عمليات الإلكترود وعدد الأكسدة وتفاعلات نقل الإلكترون. لجعل الموضوعات مفهومة بسهولة ومساعدة الطلاب على الاستعداد جيدًا للامتحانات ، تتوفر ملاحظات مراجعة CBSE للصف 11 في الكيمياء الفصل 8 تفاعلات الأكسدة والاختزال على الموقع الرسمي لـ Vedantu للتنزيل مجانًا. يمكن للطلاب تحقيق أقصى استفادة من هذه الملاحظات لإجراء مراجعات على الفصل بأكمله والتعرف على جميع الموضوعات المهمة في وقت واحد. يمكنهم أيضًا استخدام هذا للدراسة بفعالية ، والبقاء في الطليعة في الفصل ، وتحقيق درجة جيدة في الاختبارات.

                        يمكن للطلاب في النهاية فحص الفصل 11 - الكيمياء - الفصل 8 - تفاعلات الأكسدة والاختزال - ملاحظات مراجعة CBSE بتنسيق PDF من Vedantu.


                        المحاضرة 08: تفاعلات الأكسدة والاختزال - علم الأحياء

                        mc2F.DI: Cbj'WZ "'KM0QT # f: / Q8 [$ 4-oi6A؟ _ @ F؟ i CVU / q_1IPX! F # MLc #. H6- =` g = KG> Dr؟: @ qsf' B (FW، B> NF7ad1PGPf3lb4_'HBeW5] eha٪ Ar_؟ jBH # D_QU> B `$ VJpW [* ؟؟ D3`11i = 9TNiTi) pO.4AD45i [cXpF8V * 0 [CnAVk # 6ST b) l +] N ؟ c7 & V) SnqMCJY * # س

                        > endstream endobj 27 0 obj 4126 endobj 25 0 obj> / ProcSet 2 0 R >> / المحتويات 26 0 R >> endobj 29 0 obj> stream J.) V! + fKqZ + 9mpbJC / WZ @ NZMH "9h.H1i + ra $ t + Yf AW (p + p] A] 6QCt2 # 8BZtJs) h-)٪ I2f @ W> 8، b / UK٪ *! VO (6jJ٪ R + Yh3YDRna / dQ٪ WBb / "04fJHh ( U +؟ H٪ boUuH8`c = # - Kr6 ^ ukfREI)، 6BrJ 9 * 5 ('k =] jMU- @ PHt5 # * X4rj (`[V-cE + $ LFDeR /!٪ Dt: Lj>] mZN & h- US ^ * ^ j'o + Z5soVXc9I4D! tqic "/ + 9V_b9L ^ 2.NTK3 (cI = BJZb؟ _T9 & L + p_M: N، = N.3Coib" YaI3 "3gB [9SCiW4b @ A (Vh> ZCI * AU * K ٪ eYR9 & dLf5: nk94KU2S5le]>. dI3i6d-`0 X5cj0Y. @ 5po: Y- ^ tRZUULXZ؟ N $ B = Z3 = LpUcLJ + P9 .4ZYKXYa & 9.uWQB "eatl &n: f ^: X6WYl، X6WE، (L _b: NWX8'Oq + 0UH "sL8T) CEp5d`0P2XBMa) QS + 9'e٪ AT / aocIfIN ^ 9O> ^ $ YU96CZqD6Gu9qe $ naki؟) dlFGG UT" & Q6r4rD0 VRZI-: 6f . "f1ZG (SeBsAkVTZ * nH ^` M`RI4 $ 7jcD @ (QQ،] nU Xm * fb "[Sh_8Af1eS] d1'E؟ 8e'CN0N] ngi0XhE /) = + QbTN D9K4GNh 6l @ i + GiP (" @ gHl٪ 1XX-0bNt٪ 7 &) 1BMnjou * $ Es &! _ EP $ J 22 ألف & -

                        > endstream endobj 32 0 obj 2784 endobj 33 0 obj> تيار J.tBOdLf: o0- ^ ln "-EU bRGDJL19A & e3Go2N1m٪ 5! 2،9b1S٪ 91 # ngY'GQfA5gc7S> W3T3" 9Sq ^ J6FWC * ؟ jM2jhj! "! OJWB / pf'U '# . 5] ehS٪ Aje9]]: 1iS' @ i5 H +" 73ZRCKisE4 AMtE "B1٪ fqb $ d1L: 54rQ ^ d) s'SBcjm = dlE73 # PImj، p ^ sDDR (Y `q * WeP i21 / qOC'XBR9Cb # 6؟ XO * q0'O0uQ1J، erPm3 @ Yd &] bpA29 & O7K ['! aC $ h9 $ q> 69 (cIor & 09 M9l / iu_1A + aHYp ^ LBtB :> p، b = O [KoHWQ1hh73؟ rUWK91rn4j4n / 9rFMAVH> s "٪. o_ $ aB [Duo_2 !! # 6UkP + oQ $ DON #! 5L8c٪ / go0 = k $ GKi * C '^ VCNN 5X-Fq + TB، og [bZen '!' e57k1_r'OV6P7'EO9 $ "YnJ" h / ^ QEV-! 1XX + 2 I6 $٪ WXV Z + p> E6؟ '# R # JWM (_٪ Xl: Wn0X & EHXiaJ / ku) + 1 '، mWAg> KR4 [= n = b؟ "-: * c'Ln_q [email protected]) A # hp٪ k'rAf_ [D @ YllX'a3lMB! 6 ( ) = 5W2CP٪ 0uqUjo @، $ a "Pg؟ + AB.A-8ElS1 [lal6pM> Q & / 68F! V-Ms2 &، $ UD5 * M # h4" 5UNSX5R7sE # OS`N VE = iDu8er !! /) aOFNZt # T4 # h # D 561J + 6` & lTTjko-ak6Rm7CI 6. $ = e-FnDf $ lP، q KF3، GZ g_ = DnAmG5Ek + jDP. # 44nP8V5ua (5 WdVq2U ^ i * 0U & ATP # m ^ T _! # ) ZpF: $ "$ p i8 & = r) 7Cellaogtmq! ^ V؟]!" & "J_Lecture 08: تفاعلات الأكسدة والاختزال - علم الأحياء ، [nobr] [H1toH2] Atb7" rq3W = e "$ / 2٪ f !! rZ / / 3fF * "` kVFCKb * [nE $ 7hfV:) O٪ BjL`ls`6ror + DaN! Tc> qJ $ V / X، 6! 7Dh0cs [EK، YV_) BdU8٪ hW & 6gsJ: I

                        PYg5UWbB٪ 0N: VU٪ ngWNd (d4O! bmj YDs * K $ pF [، Bb'g: irc "XQ3 [1 '@ Dg7_h $ X2bn1ZOaWUKt570`Bc $ E) f! f] [nI! 8XE & = RtIR؟ 0 * (B0igSN8t $ -Z2GoBcn! `Q !! qmI * t> (KHo E! l` ea * c؟ ^ AV * 4oh / 3BoHJmAhj6I UX،] S "& I! /! a؟ _cH0،) Jd923B * 65Sj2 ، 0 (D.2Nc> iLCe6nQEkA # KMfnO، _T2D @ aXL 'iI8chuW! ^ # @ IZ = n'> A [49I_) oU0: DNf1AZg (o [Bt = cViXc.-8q & I] 5_oP & R $ -Gm! 0P * W + J / YLoNE] ،! `: qL! ^ IT5F + HSTLl ['Q # aEPa + CUO $ AAJUCB؟ g" rRJ-8I> MH f> s.YVr1) P (64 (KVh- / OJ: qVH5_ + KA ؟ NLe $ CFAd $٪ J (jJ> b4Nf [1s9 "9JbpNrVKn 7_SmG7K،` XsNnL! UMR # k7m + A.`hrL: Q5 '& fb) DcF'e؟ Ng> q #٪ KQdKEKJ6 [p] CP HMBu؟ q] 9Do $! ASn # pJ] OJeW (C: ^ + @ H = 2sI ^ LASkE] n O-5 '_) 6 ^ b`e [S (JmsJ، gAugRR345g4a (: d`'QS

                        المحاضرة 08: تفاعلات الأكسدة والاختزال - علم الأحياء

                        NADH ، اختصار لـ nicotinamide adenine dinucleotide ، هو نيوكليوتيد بيريدين مهم يعمل كعامل مساعد مؤكسد في الخلايا حقيقية النواة. يلعب NADH دورًا رئيسيًا في إنتاج الطاقة من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال. يعمل NAD كعامل مساعد لنزعات الهيدروجين ، والاختزال والهيدروكسيلاز ، مما يجعله ناقلًا رئيسيًا لـ H + و ه - في المسارات الأيضية الرئيسية مثل تحلل السكر ودورة حمض الكربوكسيليك وتخليق الأحماض الدهنية وتخليق الستيرولد.

                        مادة ، على سبيل المثال ، أنزيم أو أيون معدني ، يعمل مع نشاط إنزيم وهو ضروري لنشاطه

                        كيف يقلل من طاقة التنشيط للتفاعل؟

                        تعمل الإنزيمات على تسريع معدلات التفاعل من خلال تجميع الركائز معًا في الاتجاه الأمثل. من خلال تمهيد الطريق لعمل الروابط وكسرها ، تعمل العوامل المساعدة على استقرار حالات التحولات. الحالات الانتقالية هي الأنواع الأعلى طاقة في مسارات التفاعل. من خلال القيام بذلك بشكل انتقائي ، يحدد الإنزيم أي تفاعل من عدة تفاعلات كيميائية محتملة تحدث بالفعل.

                        نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD) هو أحد أهم الإنزيمات المساعدة في الخلية. ليس من المستغرب أن NAD و NADP وثيق الصلة هما العاملان المساعدان الأكثر وفرة في الخلية حقيقية النواة. تجعل الأجسام الصحية كل NADH الذي يحتاجون إليه باستخدام فيتامين B3 (المعروف أيضًا باسم النياسين أو النيكوتيناميد) كنقطة انطلاق. يعمل أنزيم NAD كمستقبل للهيدروجين في تفاعلات الأكسدة والاختزال. تعتبر سلسلة نقل الإلكترون في التنفس الخلوي مسؤولة عن إنتاج الطاقة وهي توضيح ممتاز لمشاركة NAD في تفاعلات الأكسدة والاختزال.

                        بسبب الشحنة الموجبة على ذرة النيتروجين في حلقة النيكوتيناميد ، غالبًا ما يتم تصوير الشكل المؤكسد من كاشف الأكسدة والاختزال المهم على أنه NAD +. تتم معظم عمليات الأكسدة في الخلايا عن طريق إزالة ذرات الهيدروجين. يلعب إنزيم NAD دورًا مهمًا في هذا. يمكن لكل جزيء من NAD + الحصول على إلكترونين يتم تقليلهما بواسطة إلكترونين. ومع ذلك ، يصاحب الاختزال بروتون واحد فقط. يتم تحرير البروتون الآخر الناتج عن ذرتين من الهيدروجين من الجزيء المؤكسد في الوسط المحيط. بالنسبة لـ NAD ، يكون رد الفعل هو:

                        هياكل NAD و NADH

                        يشارك NAD في العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال في الخلايا ، بما في ذلك تلك الموجودة في تحلل السكر ومعظم التفاعلات في دورة حمض الستريك للتنفس الخلوي. يُظهر هذا الموقع ثلاثة أمثلة على إنزيمات أوكسيريدوكتاز (أوكسيديز الذي يستخدم الأكسجين الجزيئي كمستقبل للإلكترون) التي تستخدم NAD كعامل مساعد لتحفيز تفاعل الجفاف. اتبع الروابط أدناه لترى كيف أن كحول ديهيدروجينيز ، جليسيرالديهيد -3 فوسفات ديهيدروجينيز ، ولاكتات ديهيدروجينيز يستخدم NAD لتسريع التفاعلات التي تحفزها.

                        لعرض الجزيئات ثلاثية الأبعاد في هذا الموقع ، ستحتاج إلى Chime. يمكنك تنزيل Chime مجانًا من الموقع التالي:

                        ستحتاج أيضًا إلى Netscape. يمكنك تنزيل متصفح Netscape من الموقع التالي:


                        6. حالة الأكسدة: تتبع اكتساب وفقدان الإلكترونات

                        يستخدم الكيميائيون لوصف مدى تأكسد عنصر ما في مادة ما حالة الأكسدة. يخبرنا عدد الإلكترونات التي اكتسبها عنصر ما أو فقدها لتكوين المادة.

                        النقطة المرجعية هي ذرة في شكلها الأولي، مثل Na ، O2 و Br2. إنها مثل الحالة الافتراضية ، بامتداد حالة أكسدة الصفر.

                        حالة أكسدة الأيونات في المركبات الأيونية

                        عندما يكون للذرة في شكلها الأولي اكتسبت أو فقدت الإلكترونات لتشكيل الأيونات، حالة الأكسدة تعادل الشحنة. على سبيل المثال ، نظرًا لأن أيونات النحاس (II) لها شحنة 2+ ، فإن عنصر النحاس في أكسيد النحاس (II) له حالة أكسدة تبلغ +2.

                        على عكس الطريقة التي نكتب بها شحنة أيون ، فإننا نكتب علامة زائد أو ناقص قبل عدد حالات الأكسدة.

                        حالة أكسدة الذرات في المركبات التساهمية

                        في حين أن الذرات في المركبات التساهمية مثل كلوريد الهيدروجين ليس لها شحنة كاملة ، فإن حالة الأكسدة الخاصة بها هي ليس صفر. هذا لأن ملف يتم توزيع زوج الإلكترونات المشترك بشكل غير متساو. هم ينجذبون بقوة أكبر إلى ذرة الكلور.

                        لذلك ، يمكننا تقريب التوزيع غير المتكافئ للإلكترونات نحو ذرة الكلور على أنها & # 8220gain & # 8221 من الإلكترون ، وبالتالي نعطيها حالة أكسدة قدرها -1. من ناحية أخرى ، يجب أن نتظاهر بأن الهيدروجين لديه & # 8220 فقد & # 8221 إلكترونًا في هذا التوزيع غير المتكافئ ، وبالتالي فهو يتمتع بحالة أكسدة قدرها +1.

                        يحدث نفس التوزيع غير المتكافئ للإلكترونات لجميع المركبات التساهمية. حالة أكسدة العناصر في المركبات التساهمية هي عادة على النحو التالي:

                        على سبيل المثال ، في تفاعل إزاحة الهالوجين أعلاه ، يتأكسد اليود مع زيادة حالة أكسدة عنصر اليود من -1 في اليود إلى 0 في جزيء اليود الأولي. على العكس من ذلك ، يتم تقليل الكلور حيث تنخفض حالة الأكسدة الخاصة به من 0 في جزيء الكلور العنصري إلى -1 في الكلوريد.


                        شاهد الفيديو: Redox reaction - تفاعلات الأكسدة والإرجاع - Bio chemistry - تعلم بالعربي (أغسطس 2022).