Практический курс химической и ферментативной кинетики - Березин И.В.
Скачать (прямая ссылка):
0,54-10~4 см2/сек соответственно.
12-15. В таблице 1 приведены значения констант скоростей реакции переноса протона
Н30++ (CH3)3N - Н20 + (Снз)з NH+. (12.28)
Показать, является ли данная реакция диффузионно-контролируемой. Сумма коэффициентов диффузии иона гидрония и триметила-мина в воде равна 1 • 10~4 см2/сек, величина межмолекулярного расстояния при взаимодействии равна 5 А.
Таблица 1
Влияние температуры на константу скорости переноса протона между ионом гидрония и триметиламином в воде [15]
t° с 35 50 65 80
fe-1010, М---^сек--1 3,15 3,58 4,18 5,07
12-16. Реакцию димеризации органической молекулы изучали в двух растворителях одинаковой полярности — гексане (г) = = 0,22 спз) и парафиновом масле (т] = 13,3 спз). Определить истинную константу скорости реакции димеризации, если при 20° С величина эффективной константы скорости второго порядка в гексане в 10 раз больше, чем в парафиновом масле.
12-17. В работе [16] приведены данные по взаимодействию фермента фумаразы (мол. вес 204000), имеющего в своем составе шесть активных центров, с аниочом фумаровой кислоты (мол. вес 115) в воде при 25° С. Предполагается, что субстрат взаимодействует с одной положительно заряженной группой в каждом активном центре фермента. Считая, что реакция образования фер-мент-субстратного комплекса лимитируется диффузией, оценить величину эффективной константы скорости второго порядка взаимодействия субстрата с ферментом, если коэффициент диффузии фумарат-иона равен 9,3 -10-6 см2/сек; расстояние максимального сближения субстрата с активным центром фермента в момент взаимодействия поинять равным 5 А.
12-18. Химический реактор состоит нз колонки, заполненной гранулами иммобилизованного фермента. Исследование показало, что осуществляемый ферментативный процесс лимитируется диффузией. Что в общем случае более предпочтительно для увеличения эффективности ферментативного процесса — измельчение гранул иммобилизованного фермента или уменьшение начальной концентрации фермента? Ответ пояснить.
12-19. В работе [17] исследовали гидролиз о-нитрофенилового эфира p D-галактопиранозида под действием р-галактсзидазы (мол. вес 540000), иммобилизованной в 15%-ном геле полиакриламида. Эксперимент проводили следующим образом: в раствор субстрата ([S]0=l,66-10~3 М) помещали пластинку определенной толщины, вырезанную из куска геля, с равномерно распределенным в ней ферментом, и регистрировали реакцию по образованию в растворе о-нитрофенолят-иона. Ферментативная реакция, катализируемая ферментом в гомогенном водном растворе, характеризуется значениями /е1;ат=273 сек-1; /(т(каж)= 1,73-10~4 М. Коэффициент распределения субстрата между водой и гелем равен единице, коэффициент диффузии субстрата в геле равен 1 • 10~6 см2/сек.
а) Концентрация фермента в геле равна 0,25 мг/мл. При какой толщине пластинки геля диффузионные затруднения приведут к уменьшению начальной скорости реакции в 1,5 раза?
б) Толщина пластинки геля равна 1 мм. Какова должна быть концентрация фермента в геле, чтобы с ошибкой не более 20% можно было считать, что эффективное значение константы Миха-злиса пренебрежимо мало по сравнению с начальной концентрацией субстрата.
12-20. Кинетика гидролиза этилового эфира 1Ч-ацетил-Ь-тиро-зина, катализируемого а-химотрипсином, иммобилизованным в геле агар-агара, изучалась согласно методике, описанной в предыдущей задаче. Концентрация фермента в геле равна 1-10-7 М, концентрация субстрата б растворе равна 1 -10—2 М. Коэффициент диффузии субстрата в геле агар-агара в условиях опыта равен 2-10-6 см2/сек. Найти, при какой толщине пластинки геля реакция будет полностью (с ошибкой не более 5%) контролироваться диффузией, если кинетика ферментативного гидролиза в гомогенном
водном растворе характеризуется значениями Акат=190 сек г„ Кт(кат)== 8 ¦ 10 4 jvl.
12-21. Имеется сосуд, разделенный надвое полимерной мембраной, содержащей иммобилизованный фермент. Найти выражение для общей скорости образования продукта, если субстрат находится только по одну сторону мембраны и начальная концентрация субстрата меньше константы Михаэлиса ферментативной реакции.
12-22. Энергия, необходимая для работы мышцы, выделяется в результате ферментативного гидролиза АТФ под действием мышечного белка миозина. Удельный вес мышцы, содержащей 10% миозина (мол. вес 2-107), приблизительно равен единице, коэффициент диффузии АТФ в мышце равен 10-6 см2/сек. Реакция гидролиза АТФ под действием миозина характеризуется значениями &кат=Ю0 сек-1, Кт(кащ= 10-5 М. Оценить, при какой толщине мышечного волокна (моделируя его пластинкой) работа мышцы начнет лимитироваться диффузией, если начальная концентрация АТФ равна 1•10_3 М.
12-23. Имеется раствор фермента с молекулярным весом 100000. Плотность фермента в кристаллическом состоянии равна 1,25 г/см3. С помощью критерия Тиле оценить, при каких значениях ^кат/Ат(каж) реакция фермента с нейтральной молекулой субстрата небольшого размера начнет зависеть от диффузии, если коэффициент диффузии субстрата в растворе равен 3-10~6 см2/сек. В расчетах учесть, что в растворе объем молекулы белка за счет гидратации увеличивается примерно на 30%.
