فيديو السؤال: تفسير بيانات التفاعلات المحكومة بالإنزيمات الأحياء

نسخة الفيديو النصية

يحفز إنزيم الكتاليز التفاعل الذي يكسر بيروكسيد الهيدروجين إلى الماء والأكسجين. يوضح الجدول كمية الأكسجين التي تنتج مع مرور الوقت عندما يحدث هذا التفاعل في وجود الكتاليز أو من دونه. في أي تفاعل يكون معدل إنتاج الأكسجين أقل؟

يدور هذا السؤال حول إنزيم معين يسمى «الكتاليز». ومع ذلك، يمكن أن يساعدنا فهم أساسيات الإنزيمات في الإجابة عن هذا السؤال. لنراجع ماهية الإنزيم وسبب أهميته الشديدة في جسم الإنسان.

الإنزيمات بروتينات داخل الجسم تعرف أحيانًا بأنها «عوامل حفازة حيوية». وذلك لأن الإنزيمات تحفز التفاعلات الكيميائية أو تسرعها. وفي التفاعل الكيميائي، يتحول المتفاعل إلى ناتج. ويمكن للإنزيم تسريع هذه العملية من خلال الارتباط بالمتفاعل أو المتفاعلات. عندما يشارك إنزيم في التفاعل، فإن المتفاعل الذي يرتبط بالموقع النشط للإنزيم يسمى «الركيزة». يساعد المركب الذي يطلق عليه اسم «مركب الإنزيم والركيزة» على تكوين روابط داخل الركيزة أو تكسيرها.

في هذا السؤال، الكتاليز هو الإنزيم، وبيروكسيد الهيدروجين هو الركيزة. ونعرف ذلك لأننا نعلم من السؤال أن الكتاليز يكسر بيروكسيد الهيدروجين. والنواتج في هذه الحالة هي الماء والأكسجين. وبما أن بيروكسيد الهيدروجين جزيء ضار في جسم الإنسان، فإن هذا التفاعل مهم للغاية.

لنعد إلى السؤال الذي يدور حول معدل إنتاج الأكسجين. يمكننا الإجابة عن السؤال من دون النظر إلى الجدول. لقد علمنا من المعطيات أن الكتاليز إنزيم. ونعلم أن الإنزيمات تسرع التفاعلات. إذن، يجب أن يكون معدل التفاعل أعلى في وجود الإنزيم، وهذا يعني أنه في التفاعل الذي يحدث في وجود الكتاليز، سيتحول عدد أكبر من جزيئات بيروكسيد الهيدروجين إلى الماء والأكسجين لكل وحدة زمن.

لنتحقق من صحة ذلك من خلال معاينة الجدول. لحساب معدل الإنتاج، يمكننا إيجاد الفرق في إنتاج الأكسجين وقسمته على مقدار الزمن المستغرق. بالنسبة إلى التفاعل الذي يحدث من دون الكتاليز، فإن معدل إنتاج الأكسجين خلال أول 20 ثانية سيساوي خمسة ناقص صفر مقسومًا على 20 ناقص صفر. إذن، فمعدل الأكسجين الناتج يساوي 0.25. وبالمقارنة، فإن التفاعل الذي يحدث في وجود الكتاليز سينتج الأكسجين بمعدل 1.15. نلاحظ أن معدل التفاعل يكون أعلى بالفعل في وجود الكتاليز مقارنة بالتفاعل من دون الكتاليز.

يستمر هذا النمط إذا نظرنا إلى الزمن بين 20 و40 ثانية. بالنسبة إلى التفاعل الذي يحدث من دون الكتاليز، ينتج الأكسجين بمعدل يساوي 11 ناقص خمسة مقسومًا على 40 ناقص 20، وهذا يساوي 0.3. بالنسبة إلى التفاعل في وجود الكتاليز، فإن هذا المعدل يساوي 35 ناقص 23 مقسومًا على 40 ناقص 20، وهذا يساوي 0.6. يمكننا الاستمرار في حساب هذه المعدلات، وسنجد استمرار النمط نفسه. التفاعل الذي يحدث في وجود الكتاليز سينتج الأكسجين بمعدل أسرع من التفاعل الذي يحدث من دون الكتاليز.

ولعلك تعارض ذلك؛ لأنه بعد مرور 120 ثانية و140 ثانية، ينخفض معدل الأكسجين الناتج بمساعدة إنزيم الكتاليز إلى صفر. ولكن هذا يحدث لأن جميع جزيئات بيروكسيد الهيدروجين تتكسر. كان هذا النمط سيستمر في الظهور إذا كانت هناك كمية لا نهائية من جزيئات بيروكسيد الهيدروجين المتاحة لتحويلها.

يمكننا الآن الإجابة عن السؤال الذي يطلب منا تحديد التفاعل الذي يكون فيه معدل إنتاج الأكسجين أقل. الإجابة الصحيحة هي: «يكون المعدل أقل في التفاعل من دون الكتاليز.»