Номер 165, страница 183 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.165. Скорость большинства химических реакций увеличивается с ростом температуры. Почему температурная зависимость скорости ферментативных реакций имеет максимум, после которого скорость резко снижается?

Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры имеет максимум из-за двойственной природы влияния температуры на ферменты, которые являются белками. Этот процесс можно объяснить двумя факторами, действующими одновременно, но с разной силой при разных температурах.

1. Ускорение реакции с ростом температуры. Как и для большинства химических реакций, повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии молекул реагентов (субстрата) и катализатора (фермента). Это увеличивает частоту и энергию их столкновений, что способствует более быстрому образованию фермент-субстратного комплекса и, следовательно, увеличивает скорость реакции. Этот эффект доминирует в диапазоне от низких температур до оптимальной.
2. Тепловая денатурация фермента. Ферменты – это белки со сложной и специфической трехмерной структурой, которая поддерживается слабыми связями (например, водородными). Эта структура, особенно форма активного центра, абсолютно необходима для каталитической функции фермента. При повышении температуры выше определенного порога (оптимальной температуры) интенсивные тепловые колебания атомов начинают разрушать эти слабые связи. Происходит процесс тепловой денатурации — необратимое изменение нативной конформации белка. В результате активный центр фермента деформируется и теряет способность связывать субстрат, что ведет к резкой и необратимой потере каталитической активности.

Таким образом, кривая зависимости скорости ферментативной реакции от температуры является результатом суперпозиции этих двух процессов. Сначала скорость реакции растет с температурой до достижения точки максимума, называемой температурным оптимумом. В этой точке фермент проявляет наибольшую активность. При дальнейшем увеличении температуры процесс денатурации начинает преобладать, и скорость реакции резко падает из-за разрушения структуры фермента.

Ответ: Температурная зависимость скорости ферментативных реакций имеет максимум, поскольку повышение температуры, с одной стороны, увеличивает кинетическую энергию молекул и ускоряет реакцию, а с другой — вызывает тепловую денатурацию (разрушение структуры) белка-фермента, что приводит к потере его активности. До оптимума преобладает первый эффект, а после него — второй, вызывая резкое снижение скорости.