Enzymkinetik verstehen: Aktivierungsenergie bestimmen

Enzyme sind organische Katalysatoren, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen dramatisch erhöhen. Ohne Enzymunterstützung wären die meisten Stoffwechselreaktionen für lebende Organismen einfach zu langsam. Enzyme senken die Aktivierungsenergie, die Menge an Energie, die erforderlich ist, um eine Reaktion zu initiieren. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch einen Test bestimmt, bei dem das Substrat, Moleküle, die reagieren, oder die Produkte für eine gegebene Temperatur über die Zeit gemessen werden. Die Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit bei verschiedenen Temperaturen liefert die Daten, die zur Berechnung der Aktivierungsenergie (Ea) erforderlich sind. Sie können die Arrhenius-Gleichung ln k = -Ea/RT + ln A verwenden, um die Aktivierungsenergie zu bestimmen.

Was Sie benötigen

• Enzymtestdaten
• Millimeterpapier
• Taschenrechner mit natürlichem Logarithmus
• Thermometer

Anleitung

1. Formulieren Sie die Daten aus dem Enzymtest in tabellarischer Form. Ein Plot der Daten würde zeigen, dass die Rate exponentiell zunimmt, wenn die Temperatur steigt, um mehr Wärmeenergie für die Reaktion bereitzustellen. Die messbare Einheit, ein Abnahme des Substrats oder eine Zunahme des Produkts, wird als (Mol/Liter)/Zeit (s) aufgezeichnet.

2. Berechnen Sie jede Temperatur (T) in Grad Kelvin. Enzymtestdaten werden im Allgemeinen mit der Celsius-Skala gemessen. Damit Sie die Arrhenius-Gleichung verwenden können, muss der Wert von T in Grad Kelvin sein. Die Umrechnungsformel ist Grad C + 273 = Grad K.

3. Bestimmen Sie den natürlichen Logarithmus (ln) der Reaktionsgeschwindigkeit für jede experimentelle Temperatur. Sie können diese Funktion mit einem Taschenrechner mit natürlichem Logarithmus durchführen, indem Sie die Zahl eingeben und dann die ln-Taste drücken. Taschenrechner mit natürlichem Logarithmus als Sekundärfunktion erfordern möglicherweise das Drücken der 2nd-Funktionstaste, ln und der Zahl gefolgt von der Gleich-Taste.

4. Plotte die natürlichen Logarithmuswerte für die Reaktionsgeschwindigkeit (y-Achse) gegenüber 1/T in Grad Kelvin (x-Achse). Die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit in Bezug auf die Temperatur ist exponentiell. Der natürliche Logarithmus wandelt die Reaktionsgeschwindigkeitswerte in einen linearen Plot um.

5. Bestimmen Sie die Steigungsabschnittsgleichung für die Gerade, wobei y=mx+b. Die Gleichung ist gleichwertig, wenn sie in der Form ln k = -(Ea/R)T + ln A geschrieben wird, der Arrhenius-Gleichung. Die Steigung der Geraden repräsentiert den negativen Quotienten für die Aktivierungsenergie (Ea) über die Gaskonstante (R). Der angegebene Wert für die Gaskonstante ist gleich 8,314472 Joule Mol^-1 Kelvin^-1, wobei # einen Exponenten repräsentiert.

6. Berechnen Sie die Aktivierungsenergie, indem Sie die Steigung (m) mit der Gaskonstante (R) multiplizieren, um den Wert Ea zu finden. Beachten Sie, dass der Wert der Steigung einen negativen Wert für Ea repräsentiert und die Aktivierungsenergie als absoluter Wert oder positiver Wert aufgezeichnet werden sollte, um Ea zu bestimmen.