Samenvatting Enzymkinetiek, gegeven door professor Versées in 2MA Bio-ingenieur.
Opgelet, dit bevat alleen de leerstof van het deel enzymkinetiek. Het deel enzymmechanismen is hierin niet verwerkt (maar daar komen normaal geen examenvragen over, alleen een artikel dat je moet bespreken).
,Hoofdstuk 1: Introduction – Chemical Kinetics and Catalysis
1.1 Importance of kinetics in biology
Definitie van kinetiek:
Kinetiek is de studie van de snelheid waarmee een (chemische) reactie plaatsvindt.
Er is een verschil met thermodynamica, nl. thermodynamica kan weergeven of een proces spontaan
gebeurt of niet (∆G), dus of de reactie van links naar rechts of van rechts naar links gebeurt. Maar, het
zegt niets over de weg die gevolgd wordt om van A naar B te gaan oftewel er is geen informatie over
het reactiemechanisme.
Bij kinetiek wordt er gekeken naar de snelheid waarmee processen gebeuren (∆G‡) en hangt af van de
grootte van de energiebergen (reactiemechanisme). Kinetiek gaat meer fundamenteel inzicht geven over
reactiemechanismen van bepaalde enzymen.
Het lot van een cel is meer afhankelijk van kinetiek dan van thermodynamica. Thermodynamica streeft
om naar een zo hoog mogelijke entropie te gaan (2de wet), maar dat betekent desintegratie. Het is kinetiek
die cellen weghoudt daarvan.
Voorbeeld: oxidatie van glucose
Dit is een zeer exergonische reactie met een heel negatieve ∆G0. Er komt dus veel energie vrij bij de
reactie (en is een belangrijke reactie om levende cellen van energie te voorzien). Ondanks dat het proces
spontaan is, is het wel heel traag. Er is dus een katalysator nodig om de reactie te versnellen en de
energiebergen te verlagen (kinetiek!). Thermodynamica is dus gunstig, maar je moet zeker kinetiek ook
in rekening brengen.
1.2 Chemische kinetiek
1.2.1 Order and molecularity of a reaction
Stel we beschouwen een reactie met een globale stoichiometrie van A naar P: A → P
Dan bestaat die reactie uit een paar elementaire reacties (subreacties, zoals in de glycolyse): A → I1 →
I2 → P
De elementaire reacties kunnen veralgemeend worden als: aA + bB + … + zZ → P
Dan is de snelheid van die reacties proportioneel met de kans dat al die moleculen met elkaar gaan
botsen en interageren. De kans hangt af van de concentratie substraten aanwezig, want een hogere
concentratie is meer kans dat die met elkaar in aanraking gaan komen.
De snelheid v in functie van de concentratie van de verschillende betrokken reagentia is de
snelheidsvergelijking (met k de snelheidsconstante):
4
,De orde van de reactie is een puur mathematische uitdrukking die de som geeft van a, b, … en z (som
van de coëfficiënten). De orde definieert hoeveel concentratie termen vermenigvuldigd moeten worden
om een uitdrukking van de snelheid te krijgen. Complexe meerstapsreacties hebben vaak geen
veelzeggende orde, behalve als 1 van de stappen veel trager is dan de andere: de snelheidsbepalende
stap.
De moleculariteit van de reactie is het aantal moleculen dat simultaan moet botsen in een elementaire
reactie. In goede benadering is die hetzelfde als de orde en ook gewoon de som van alle coëfficiënten
(voor elementaire reacties).
Welke types reacties komen voor?
• Eerste orde reacties = unimoleculaire reacties = A wordt omgezet in P en de
snelheidsvergelijking is heel simpel. v = dP/dt = [M/s].
• Tweede orde reacties = bimoleculaire reacties
Termoleculaire reacties zijn zeldzaam, want de kans dat 3 moleculen met elkaar botsen is heel klein.
Vierde orde reacties zijn niet gekend.
In principe bestaan er ook 0de orde reacties. De snelheid is dan onafhankelijk van de concentratie van de
reactanten. Dit gebeurt in gekatalyseerde reacties als ieder reactant in zo’n overmaat aanwezig is dat het
volledige potentieel van de katalysator gebruikt wordt (dan is de snelheid dus onafhankelijk van de
concentratie A).
1.2.2 Eerste orde reacties
Stel je hebt een eerste orde irreversibel proces. Hoe kunnen we vanuit de snelheidsvergelijking kijken
hoe a en p evolueren in functie van de tijd?
We kunnen een vergelijking fitten en zo modelleren hoe a en p evolueren in functie van de tijd:
5
,Hoe lang duurt een reactie? → halfwaardetijd
De halfwaardetijd van een reactie is de tijd nodig om de concentratie van de initiële reactanten te
halveren, onafhankelijk van de beginconcentratie → tijd waarbij a = a0/2.
Je krijgt een exponentieel verval van a in functie van t.
1.2.3 Tweede orde reacties
Afleiding van de tweede orde snelheidsvergelijking:
Om de integratieconstante alfa te berekenen wordt p gelijk gesteld aan 0 en t gelijk gesteld aan 0. Dan
is α = ln(a0/b0). Nu geldt verder:
Hier is de halfwaardetijd wel afhankelijk van de beginconcentraties:
6
, De vergelijking voor een tweede orde reactie is ingewikkeld, maar kan vereenvoudigd worden tot de
pseudo-eerste orde vergelijking.
1.2.4 Pseudo-eerste orde vergelijking
Breng 1 van de 2 reactanten in overmaat zodat die tijdens de reactie als constant kan worden beschouwd.
Stel B is in overmaat, dan heb je in een reactie 100% afname van a maar slechts een afname van 100%
naar 90% voor b. Dan kan je zeggen dat b constant is gebleven aan de initiële waarde b 0. ⇒ (b0-a0) en
(b0-p) kunnen benaderd worden door b0 (want b0 >> a0 en b0 >> p).
➔ Is de pseudo-eerste orde snelheidsvergelijking met b0*k1 de pseudo-eerste orde
snelheidsconstant (kobs).
Hoe bepaal je k1 dan?
Bij een irreversibel proces kan je kobs gewoon delen door de beginconcentratie van b, maar bij een
reversibel proces gaat dan niet.
Dan gaan we de reacties en het fitten in een grafiek herhalen bij telkens andere concentratie van b0 maar
dezelfde concentratie a0. kobs = b0*k1 kan dan worden gefit en geeft een lineair verloop met als
richtingscoëfficiënt k1.
1.2.5 Reversibele reacties
In geval van reversibele reacties is er ook een terugwaartse snelheidsconstante k-1.
7
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur lenaceuppens. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €8,79. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
