Ķīmijas jomā reakcijas, kas notiek starp molekulām un atomiem, ir dažādas un būtiskas. Galvenais šo reakciju piemērs ir hidrolīze, ķīmiskas reakcijas veids, kas var notikt starp molekulām vai joniem, gan neorganiskām, gan organiskām. Hidrolīzei raksturīgs tas, ka specifisku ķīmisko saišu pārraušanai ir nepieciešama ūdens līdzdalība. Šī reakcija ir būtiska daudziem bioloģiskiem un ķīmiskiem procesiem.
Visā šajā rakstā mēs pētīsim hidrolīzes īpašības, īpašības un veidus, kā arī tās nozīmi dažādās zinātnes disciplīnās, īpaši organiskajā un bioloģiskajā ķīmijā.
Kas ir hidrolīze
Hidrolīze ir ķīmiska reakcija, kurā ūdens molekula (sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma – H2O) mijiedarbojas ar citiem savienojumiem un, izmantojot šo procesu, sarauj noteiktas kovalentās saites. Vārds hidrolīze nāk no grieķu valodas "hidro" (ūdens) un "līze" (lūšana), kas skaidri atspoguļo sadalīšanās mehānismu, kas notiek šāda veida reakcijās.
Ūdens loma šajā reakcijā ir būtiska. Šis savienojums reaģē ar dažādām molekulām, ļaujot veidoties jauniem produktiem, kur ūdens sadalās ūdeņraža jonos (H+) un hidroksiljonu (OH-). Vispārējo vienādojumu var attēlot šādi:
AB+H2O = AH + B-OH
Dažās situācijās ūdens viens pats nevar saraut noteiktas spēcīgas kovalentās saites. Šajos gadījumos katalizatoru klātbūtne jo skābes vai bāzes paātrina hidrolīzes procesu. Turklāt specializēti fermenti, piemēram, hidrolāzes, būtiski ietekmē dzīvos organismus, atvieglojot šīs reakcijas īpašos bioloģiskos temperatūras un pH apstākļos.
galvenās iezīmes
Hidrolīze ir raksturīga biomolekulu reakcija. Kovalentās saites, kas satur monomērus kopā makromolekulās, piemēram, cukuros, olbaltumvielās un nukleīnskābēs, var tikt pārrautas ūdens klātbūtnē. Šāda veida reakcija ir svarīga daudzos vielmaiņas procesos.
1. Polisaharīdu hidrolīze: Ievērojams piemērs ir polisaharīdu sadalīšanās, veidojot vienkāršākus cukurus, kā tas notiek, kad polisaharīdi tiek hidrolizēti monosaharīdos. Bieži vien, lai šī reakcija notiktu, ir nepieciešami īpaši fermenti. Cukuru gadījumā glikozidāzes enzīmi darbojas, pārtraucot glikozīdu saites.
2. Atgriezeniska vai neatgriezeniska reakcija: Dažas hidrolīzes reakcijas ir neatgriezeniskas, savukārt citās šo procesu var mainīt, tiklīdz ir sasniegts līdzsvars. Neatgriezeniskas hidrolīzes piemērs ir, kad cukuri tiek sadalīti monosaharīdos, savukārt dažas skābju-bāzes reakcijas var būt atgriezeniskas, ja tiek mainīti vides apstākļi.
Hidrolīzes laikā, ūdens molekulas sadalīšana in H+ un OH-, aktīvi piedaloties reakcijā un radot jaunus produktus. Šis process ir pretējs kondensācijai, kurā molekulas tiek savienotas kopā, atbrīvojot ūdeni.
Hidrolīzes veidi
Atkarībā no iesaistītajiem savienojumiem un apstākļiem var iedalīt vairākus hidrolīzes veidus:
- Skābju-bāzes hidrolīze: Šajā reakcijā ūdens sadalās H jonos.+ un OH-. Atkarībā no sāļu vai stipru/vāju skābju un bāzu kombinācijas iegūtā šķīduma pH var mainīties no skāba līdz bāziskam.
- Polimēru hidrolīze: Dzīvos organismos šāda veida hidrolīze sarauj saites starp lielām bioloģiskām molekulām, piemēram, polisaharīdiem un olbaltumvielām. Šajās reakcijās galvenā loma ir fermentiem.
- Esteru un amīdu hidrolīze: Esterus un amīdus var arī hidrolizēt, īpaši skābju vai bāzu klātbūtnē, radot tādus produktus kā karbonskābes un spirti.
Hidrolīzes reakciju piemēri
Viens no pazīstamākajiem hidrolīzes piemēriem bioloģiskajā jomā ir ATP hidrolīze (adenozīna trifosfāts), eksergoniska reakcija, kas atbrīvo enerģiju dažādu šūnu funkciju veikšanai. ATP tiek sadalīts ADP (adenozīndifosfātā) un Pi (neorganiskais fosfāts), atbrīvojot enerģiju, kas ir būtiska muskuļu kontrakcijai un citām šūnu funkcijām.
Vēl viens piemērs ir proteīnu hidrolīze dzīvos organismos. Lai sadalītu olbaltumvielas to celtniecības blokos, aminoskābēs, ir nepieciešami fermenti, piemēram, proteāzes. Šis sadalījums notiek gremošanas procesā tievajās zarnās ar vairāku specifisku enzīmu palīdzību.
Visbeidzot, rūpniecībā triglicerīdu hidrolīze, lai iegūtu taukskābes un glicerīnu, ir reakcija, kas pazīstama kā pārziepjošana, ko izmanto ziepju pagatavošanai.
Hidrolīzei ir būtiska nozīme daudzos citos ķīmiskos un bioloģiskos procesos, kas ir būtiska šūnu metabolismam un dažādiem rūpnieciskiem lietojumiem. Bez šīs reakcijas nebūtu iespējams sadalīt sarežģītas makromolekulas vienkāršākos komponentos, ko dzīvie organismi var izmantot vai pārstrādāt.