4. катализ и реакции на поверхности

4.1. Катализ ферментами

4.1.1.      Напишите кинетическое уравнение для реакции

E + S  ES1  ES2 ESi  P + E.

4.1.2.      Получите кинетическое уравнение для процесса ферментативного катализа, в котором участвуют два промежуточных компонента:

E + S  ES1  ES2   E + P.

4.1.3.      Реакция, катализируемая ферментом Е, протекает согласно следующей схеме превращений:

E + S  ES  E + P.

Найдите зависимость начальной скорости реакции от начальной концентрации субстрата, если [E]t = 0 = Е0, [S]t = 0 = S0. Определите время достижения квазистационарного режима протекания реакции.

4.1.4.      Для реакции, протекающей по механизму

,

,

найдите зависимость начальной скорости реакции W от начальной концентрации субстрата S.

4.1.5.      Каталитический процесс S ¾® P осуществляется по механизму

1) S + E  C1

2) C1 + S  C2,

3) C1  P + E

    k1 = 102 M1×c1

    k–1 = 101 c1

    k2/k2 = 10 M1

    k3 = 10 c1

Рассчитайте максимальную скорость реакции при [E]0 = 10–6 M и варьируемой [S].

4.1.1.      Реакция выделения водорода из воды под воздействием сильного восстановителя катион-радикала метилвиологена (S) катализируется ферментом гидрогеназой по схеме

S + E  ES,

S + ES  ES2

ES2 + 2 H+  E + 2 S+ + H2.

Напишите выражение для скорости выделения водорода и найдите порядок реакции по S, E и Н+ при условии, что K1 = K2 = 1 M–1, pHисх = 2; [Е]0 = 1015 см–3; [S]0 = 10–2 М.

Оцените константу k3, зная, что из 100 мл раствора за час выделилось 2 мл H2 (P = 760 мм рт. ст.).

4.1.2.      Разложение Н2О2 ферментом каталазой идёт по механизму

1) H2O2 + E  C.

2) C + H2O2  E + O2 + 2 H2O.

Одновременно происходит термическая денатурация фермента, приводящая к полной потере им каталитических свойств

3) E  D.

При 80 °С k1 = 1,2 × 107 М–1с–1, k2 = 8,5 × 107 М–1с–1, k3 = 3,15 с–1.

Какой процент Н2О2 прореагирует к моменту прекращения реакции из-за денатурации фермента при начальной концентрации фермента СЕ= 1,5 × 10‑7 М при условии, что ?

4.1.3.      (П1–2005, № 1). Гидролиз нитрила миндальной кислоты RCN в оптический R-изомер миндальной кислоты RCOOH протекает в водном растворе в присутствии фермента нитрилазы (Е) по кинетической схеме:

RCN + E  {RCN × E}

{RCN × E} + 2 H2O  E + RCOOH + NH3

{RCN × E}  C  (дезактивация фермента).

В реактор загрузили 100 л водного раствора RCN с концентрацией 1,1 моль/литр и 1,0 г фермента Е. Начальная скорость гидролиза RCN составила 0,1 M/мин). Определите, сколько молей RCOOH образовалось после завершения процесса гидролиза.

4.1.4.      (КР3–2004, № 2). Реакция, катализируемая ферментом E, подчиняется схеме Михаэлиса – Ментен (KM = 3 × 103 M): 

E + S  ES  E + P.

Присутствие ингибитора I приводит к обратимой дезактивации фермента:

E + I  EI                 = 3 × 10–4  M.

При какой концентрации ингибитора скорость реакции уменьшится в два раза по сравнению с неингибированной реакцией, если концентрация субстрата равна 3 × 10–3 M и [E]0 << [I], [S].

4.1.5.      (Экз–2005, № 3). Гомогенное каталитическое гидрирование этилпирувата (S) осуществляют в водном растворе, пробулькивая через него водород при фиксированном давлении. Предполагая, что  концентрация этилпирувата 

1) E + S  ES

2) H2 + 2 E  EH

3) ES + EH  EHS + E

4) EHS + EH  H2S + 2 E

значительно превышает концентрацию катализатора (E), по приведённой схеме реакции рассчитайте скорость гидрирования.

4.1.6.      (КР3–2007, №4). Оцените значения константы Михаэлиса KM и максимальной скорости гидролиза Wmax метилового эфира N-ацетил -L-норвалина, катализируемого a - химотрипсином по механизму:

Данные по зависимости начальной скорости W0 от концентрации субстрата [S]0:

 [S]0×102, M

4,00

2,00

1,33

1,00

0,80

W0×107, M с-1

10,0

7,85

6,51

5,51

4,80

4.1.7.      (КР3–2008, № 4). Гидролиз ацетилхолина ферментом холинэстеразой осуществляется по механизму:

1) S + E  C,                 2) C  P + E.

При [S] = 2,5×10M, [E]0 = 107 M скорость реакции была равна 1,4×102 М×с1. Спектральными методами установлено, что в этих условиях 20% фермента находится в форме комплекса с ацетилхолином. Определите величину k2 и константу Михаэлиса KМ.

 

 

 

Text Box: ТЕОРИЯ      Text Box: ОГЛАВЛЕНИЕ