đề cương học phần lý sinh học

đề cương học phần lý sinh học

ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN LÝ SINH HỌC

1 hãy cho biết hướng nghiên cứu và triền vọng của lý sinh ?

Sự áp dụng kiến thức vật lý vào nghiên cứu sinh học đã được thực hiện vào cuối thế kỷ XVIII Năm 1780 hai nhà khoa học Pháp là

Lavoadie và Laplace đã tiến hành thí nghiệm để khảo sát tính đúng đắn

của định luật I nhiệt động học khi áp dụng vào hệ thống sống Năm

1791, Galvani, giáo sư giải phẫu trường đại học Bolon (Italia) đã công

bố kết quả nghiên cứu trong quyển sách "Bàn về các lực điện động vật trong co cơ", khẳng định có tồn tại dòng điện sinh vật Năm 1859, Raymond đã phát hiện phần trước và phần sau cầu mắt động vật có xương sống tồn tại một hiệu điện thế và đo được giá trị từ 10 đến 38mV, gọi là điện thế tĩnh (hay điện thế nghỉ ngơi) Năm 1865,

Holgreen phát hiện được giá trị hiệu điện thế giữa phần trước và phần sau cầu mắt động vật có xương sống sẽ tăng lên khi mắt được chiếu sáng Sau này các nhà khoa học xác định, đó chính là điện thế hoạt động (hay điện thế hưng phấn) Năm 1875, Calton khẳng định khi mắt được chiếu sáng, không những điện cầu mắt tăng lên như Holgreen đãphát hiện mà điện ở vùng thị giác trên bán cầu đại não cũng tăng lên Sau này các nhà khoa học xác định đó chính là dòng điện hưng phấn xuất hiện khi mắt được chiếu sáng, đã lan truyền theo dây thần kinh thị giác tới vùng thị giác trên bán cầu đại não, dẫn tới hiệu ứng sinh học là cảm nhận được ánh sáng Năm 1922, Erlanger và Gasser dùng dao động ký âm cực để đo dòng điện hưng phấn xuất hiện trong dây thần kinh Năm 1922,Viện Lý sinh ở Liên Xô cũ được thành lập Năm 1929,Berger ghi được điện não đồ của động vật Lịch sử hình thành Lý sinh

đã được Taruxop, giáo sư trường Đai học tổng hợp Lomonoxop khẳng định: "Lý sinh được xem như là một khoa học bắt đầu được hình thành

từ thế kỷ XIX"

Thế kỷ XX là thế kỷ phát triển mạnh mẽ những nghiên cứu khoa học

về Lý sinh trong các lĩnh vực: Nhiệt động học, động học của các quá trình sinh vật, vận chuyển chất qua màng tế bào, quang sinh học và phóng xạ sinh họcv.v Thời kỳ đầu Lý Sinh được xác định như là một ngành khoa học nghiên cứu các hiện tượng vật lý trong hệ thống sống Sau đó Lý sinh được xác định như là một ngành khoa học nghiên cứu các cơ chế vật lí, đặc biệt là cơ chế hoá lý của các quá trình xảy ra trong hệ thống sống ở mức độ phân tử, tế bào, mô và cơ thể

Bước sang thế kỷ XXI, hàng loạt vấn đề đang được đặt ra cho các nhà Lý sinh cần phải nghiên cứu Đó là năng lượng sinh học, sự

chuyển hoá năng lượng và sử dụng năng lượng của hệ thống sống? Bản chất và cơ chế hình thành điện thế sinh vật? Hiện tượng phân cực

ở trong hệ thống sống xảy ra như thế nào và có gì khác so với ở hệ vật

lý ? Bản chất của quá trình hưng phấn là vấn đề cần phải tiếp tục

nghiên cứu Các chỉ số đặc trưng về vật lý và hoá lý đối với tế bào, mô,

cơ quan, cơ thể có mối liên quan như thế nào trong hệ thống tiến hoá ?Vấn đề tự điều chỉnh các quá trình sinh học của cơ thể sống trước những thay đổi của yếu tố môi trường cũng đang được các nhà Lý sinhquan tâm nghiên cứu Sinh học phóng xạ hiện đang thu hút nhiều nhà khoa học đi sâu nghiên cứu nhằm phục vụ cho công tác chọn giống mới, bảo quản lương thực, thực

phẩm, công cuộc chinh phục vũ trụ, sử dụng năng lượng hạt nhân vì mục đích hoà bình và không loại trừ khả năng có cuộc chạy đua vũ trang trong việc nắm giữ "đòn hạt nhân đầu tiên" với tham vọng bá quyền thế giới

2 cho biết nội dung và công thức của định luật I nhiệt động học

và ứng dụng của nó trong hệ sinh vật ?

* Định luật I nhiệt động học được phát biểu như sau:

"Trong một quá trình nếu năng lượng ở dạng này biến đi thì năng

lượng ở dạng khác sẽ xuất hiện với lượng hoàn toàn tương đương với giá trị của năng lượng dạng ban đầu"

Định luật I nhiệt động học bao gồm hai phần:

- Phần định tính khẳng định năng lượng không mất đi mà nó chỉ chuyển

từ dạng này sang dạng khác

- Phần định lượng khẳng định giá trị năng lượng vẫn được bảo toàn (tức giữ nguyên giá trị khi qui đổi thành nhiệt lượng) khi chuyển từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác Giá trị năng lượng chỉ được bảo toàn khi quá trình xảy ra là quá trình thuận nghịch và hiệusuất của quá trình đạt 100% Đối với quá trình bất thuận nghịch, hiệu suất của quá trình nhỏ hơn 100% thì ngoài phần năng lượng truyền cho

hệ phải cộng thêm phần năng lượng đã toả ra môi trường xung quanh.Biểu thức toán học của định luật I nhiệt động học: Một hệ cô lập ở trạngthái ban đầu có nội năng U1, nếu cung cấp cho hệ một nhiệt lượng Q thì một phần nhiệt lượng hệ sử dụng để thực hiện công A, phần còn lại làm thay đổi trạng thái của hệ từ trạng thái ban đầu có nội năng U1 sang trạng thái mới có nội năng U2 (U2>U1) Từ nhận xét trên ta có biểu thức:

dU: Chỉ sự biến đổi nội năng, là hàm số trạng thái

δQ - δA (1.3) Q và δQ - δA (1.3) A: Chỉ sự biến đổi nhiệt và công, là hàm số của quá trình

Từ biểu thức (1.2), định luật I nhiệt động học có thể phát biểu như sau:

"Sự biến thiên nội năng của hệ bằng nhiệt lượng do hệ nhận được trừ

đi công do hệ đã thực hiện"

Từ định luật I nhiệt động học dẫn đến các hệ quả sau đây:

- Nếu hệ biến đổi theo một chu trình kín (có trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng nhau) thì nội năng của hệ sẽ không thay đổi (U2 = U1→ΔU =ΔU + A U =0)

- Khi cung cấp cho hệ một nhiệt lượng, nếu hệ không thực hiện công thì toàn bộ nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ làm tăng nội năng của hệ Theo (1.2) ΔU + A U = U2 - U1 = Q - A, nếu A = 0 →ΔU = U2 - U1 = Q Hệ nhận nhiệt nên Q > 0 →ΔU = U2 - U1 = Q > 0 →ΔU = U2 > U1

- Khi không cung cấp nhiệt lượng cho hệ mà hệ muốn thực hiện công thì chỉ có cách là làm giảm nội năng của hệ

Theo (1.2) ΔU + A U = U2 - U1 = Q - A, nếu Q = 0 →ΔU = U2 - U1 = -A

→ΔU = A = U1 - U2 Hệ muốn thực hiện công, tức A > 0

→ΔU = U1 - U2 > 0 →ΔU = U1 > U2 Sau khi thực hiện công (tức A > 0), nội năng của hệ đã giảm từ U1 xuống U2 nhỏ hơn

- Hệ thực hiện theo chu trình kín, nếu không cung cấp nhiệt lượng cho

hệ thì hệ sẽ không có khả năng sinh công

Theo (1.2) ΔU + A U = Q - A, nếu hệ thực hiện theo chu trình kín, theo hệ quả

1 thì ΔU + A U = 0 →ΔU =

Q - A = 0 →ΔU = Q = A

Do vậy, nếu Q = 0, tức không cung cấp nhiệt lượng cho hệ thì hệ cũng không có khả năng sinh công, tức A = 0 Hệ quả này, có thể phát biểu dưới dạng: "Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại một, là loại động cơ không cần cung cấp năng lượng nhưng vẫn có khả năng sinh công"

*Định luật I nhiệt động học áp dụng vào hệ sinh vật :

Người đầu tiên tiến hành thí nghiệm để chứng minh tính đúng đắn của định luật I nhiệt động học khi áp dụng vào hệ thống sống là hai nhà khoa học Pháp Lavoisier và Laplace vào năm 1780 Đối tượng thí nghiệm là chuột khoang Thí nghiệm cách ly cơ thể khỏi môi trường bên ngoài bằng cách nuôi chuột trong nhiệt lượng kế ở nhiệt độ 0 C Dùng một lượng thức ăn đã xác định trước để nuôi chuột thí

nghiệm.Trong cơ thể chuột sẽ diễn ra các phản ứng phân huỷ thức ăn tới sản phẩm cuối cùng là khí CO2 và H2O, đồng thời giải phóng ra nhiệt lượng Q1 Nếu coi ở điều kiện 0 C, chuột đứng yên, không thực hiện công mà chỉ sử dụng nhiệt lượng giải phóng ra do oxy hoá thức ăn

để cung cấp nhiệt lượng cho cơ thể và tỏa nhiệt ra môi trường, qua nhiệt kế đo được sự tăng nhiệt độ, theo công thức sẽ tính được nhiệt lượng Q1 Đồng thời lấy một lượng thức ăn tương đương với lượng

thức ăn đã cho chuột ăn trước khi thí nghiệm đem đốt cháy trong bom nhiệt lượng kế cũng tới khí CO2 và H2O, giải phóng ra nhiệt lượng Q2

So sánh hai kết quả thí nghiệm thấy giá trị Q1 tương đương với Q2 Điều này chứng tỏ nhiệt lượng giải phóng ra từ các phản ứng hoá sinh diễn ra trong cơ thể sống hoàn toàn tương đương với nhiệt lượng giải phóng ra từ các phản ứng ôxy hoá diễn ra ở ngoài cơ thể sống Nói cách khác, hiệu ứng nhiệt của quá trình ôxy hoá chất diễn ra ở trong cơthể sống và hiệu ứng nhiệt của quá trình ôxy hoá chất diễn ra ở ngoài

cơ thể sống là hoàn toàn tương đương

Để tăng độ chính xác của thí nghiệm, sau này có nhiều mô hình thí nghiệm của nhiều nhà nghiên cứu được tiến hành nhưng đáng chú ý nhất là của Atwater và Rosa vào năm 1904

Đối tượng thí nghiệm là người và thời gian thí nghiệm là một ngày đêm (24 giờ) Trong thời gian thí nghiệm, cho người tiêu thụ một lượng thức ăn nhất định, thông qua đo lượng khí ôxy hít vào (hay khí CO2 thởra), nhiệt thải ra từ phân và nước tiểu sẽ tính được hiệu ứng nhiệt của các phản ứng phân huỷ thức ăn diễn ra ở cơ thể người trong 24 giờ Đồng thời đốt lượng thức ăn tương đương với lượng thức ăn mà người đã tiêu thụ ở trong bom nhiệt lượng kế sẽ đo được nhiệt lượng toả ra

Kết quả thí nghiệm của Atwater và Rosa khẳng định năng lượng chứa trong thức ăn sau khi cơ thể tiêu thụ đã chuyển thành năng lượng giải phóng thông qua quá trình phân giải bởi các phản ứng hoá sinh diễn ratrong cơ thể sống Năng lượng chứa trong thức ăn và năng lượng giải phóng ra sau khi cơ thể phân giải thức ăn là hoàn toàn tương đương Nhiệt lượng trong cơ thể người được chia làm hai loại là nhiệt lượng

cơ bản (hay nhiệt lượng sơ cấp) và nhiệt lượng tích cực (hay nhiệt lượng thứ cấp) Nhiệt lượng cơ bản xuất hiện ngay sau khi cơ thể hấp thụ thức ăn và tiêu thụ ôxy để thực hiện phản ứng ôxy hoá đồng thời giải phóng ra nhiệt lượng Ví dụ khi cơ thể hấp thụ 1 phân tử gam (tức 1M) glucose, lập tức xảy ra phản ứng ôxy hoá đường và giải phóng ra

678 KCal (nhiệt lượng cơ bản) Cơ thể sẽ sử dụng nhiệt lượng cơ bản vào các hoạt động sống, nếu còn dư sẽ

được tích luỹ vào ATP Phần nhiệt lượng tích luỹ vào các hợp chất cao năng gọi là nhiệt lượng tích cực Trong cơ thể sống, nhiệt lượng cơ bản và nhiệt lượng tích cực có liên quan với nhau Nếu nhiệt lượng cơ bản nhiều mà cơ thể sử dụng ít thì nhiệt lượng tích cực sẽ tăng lên Nếu nhiệt lượng cơ bản không có thì không những nhiệt lượng tích cựcbằng không mà cơ thể phải phân giải ATP, giải phóng ra năng lượng

để cung cấp cho các hoạt động sống Ở trạng thái sinh lý bình thường,

cơ thể sống sẽ duy trì mối tương quan nhất định giữa nhiệt lượng cơ bản và nhiệt lượng tích cực Ở mức độ tế bào, có khoảng

50% năng lượng của chất dinh dưỡng được tích luỹ vào ATP

3 hãy giải thích trạng thái cân bằng dừng.Trạng thái cân bằng dừng trong hệ thống sống có đặc điểm gì ?

Trạng thái cân bằng dừng: Là trạng thái đặc trưng cho hệ mở nói

chung và hệ sinh vật nói riêng Khi hệ ở trạng thái cân bằng dừng thì

sự thay đổi năng lượng tự do luôn xảy ra nhưng với một tốc độ không đổi Sở dĩ như vậy là do hệ luôn nhận năng lượng tư do từ bên ngoài qua con đường thức ăn Khi hệ ở trạng thái cân bằng dừng, entropi của

hệ đạt giá trị xác định và nhỏ hơn giá trị cực đại Cơ thể sống luôn có

xu hướng duy trì trạng thái cân bằng dừng Ví dụ như ở động vật ổn nhiệt luôn duy trì thân nhiệt ổn định theo thời gian (ở người là 37oC) Khi điều kiện sống thay đổi quá lớn thì cơ thể sẽ chuyển sang 1 trạng thái dừng phù hợp hơn ( trạng thái nghỉ ngơi khác với luyện tập thể thao ) có 3 phương thức chuyển trạng thái dừng:

a.Tiệm tiến

b Độ lệch dư

c Xuất phát giả

Hệ thống sinh vật : trao đổi cả vật chất lẫn năng lượng với môi

trường,độ trật tự cao, khả năng sinh công dồi dào => cân bằng dừng

4 Trình bày phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp và ứng dụng của

nó ?

Phương pháp đo nhiệt lượng của Lavoadie và Laplace dùng trong thí nghiệm chứng minh tính đúng đắn của định luật I nhiệt động học khi áp dụng vào hệ sinh vật, gọi là phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp Cơ

sở của phương pháp này là dựa vào lượng khí ôxy tiêu thụ hoặc lượngkhí CO2 do cơ thể thải ra ở động vật máu nóng (động vật có vú và người), có liên quan chặt chẽ với nhiệt lượng chứa trong thức ăn

Ví dụ: Quá trình ôxy hóa glucose, phản ứng diễn ra như sau:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 678 KCal

(180gam) (134,4l) (134,4l)

Từ phản ứng trên cho thấy cứ ôxy hoá hoàn toàn 1 phân tử gam glucose thì cần phải tiêu thụ 6 phân tử gam ôxy đồng thời thải ra 6 phân tử gam khí CO2 và giải phóng ra 678 KCal Ở điều kiện tiêu chuẩn, mỗi phân tử gam chất khí đều chứa 22,4 lít Do vậy 6 phân tử gam ôxy hoặc CO2 đều chứa: 6 x 22,4 lít = 134,4 lít

Từ đó suy ra, cơ thể cứ tiêu thụ 1 lít O2 để ôxy hoá hoàn toàn một phân tử gam glucose đồng thời thải ra 1 lít CO2 thì kèm theo giải

phóng một nhiệt lượng là: 678 KCal:

134,4 lít = 5,047 KCal/lít và gọi là đương lượng nhiệt của ôxy Dựa vàphương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp, có thể xác định được sự thải

nhiệt của bất kì động vật máu nóng nào thông qua số lít ôxy tiêu thụ (hoặc số lít CO2 thải ra) Từ phản ứng ôxy hóa glucose ở trên và sau này áp dụng chung cho Gluxit khi ôxy hoá hoàn toàn sẽ giải phóng ra nhiệt lượng được tính theo công thức:

Q(KCal) = số lít O2 ( hoặc số lít CO2) x 5,047

Khi ôxy hóa Protein, nhiệt lượng giải phóng ra được tính theo công thức:

Thương số hô hấp là tỉ lệ khí CO2 trên khí O2

Thương số hô hấp cũng thay đổi tuỳ thuộc vào loại thức ăn được ôxy hoá

Đối với phản ứng ôxy hoá glucose

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O

Thương số hô hấp = Số lít khí CO2 / Số lít O2=6 x 22,4 lít /6 x 22,4 lít

= 1

Thương số hô hấp của glucose được sử dụng cho cả Gluxit

Đối với phản ứng ôxy hóa Lipit có thương số hô hấp bằng 0,7, đối với Protein bằng 0,8 còn với thức ăn hỗn hợp có giá trị nằm trong khoảng

từ 0,85 đến 0,9

Khi ôxy hoá thức ăn, bằng cách đo lượng khí O2 tiêu thụ và lượng khí CO2 thải ra (đơn vị là lít), tính được thương số hô hấp Dựa vào bảng 1.2, lấy giá trị đương lượng nhiệt của ôxy tương ứng với thương số hô hấp nhân với số lít O2 tiêu thụ sẽ biết được nhiệt lượng giải phóng (còngọi là lượng nhiệt trao đổi hay trị số trao đổi năng lượng)

Ví dụ: Nếu thương số hô hấp là 0,85 thì có đương lượng nhiệt của ôxy

là 4,862 và biết cơ thể tiêu thụ 20 lít O2 thì trị số trao đổi năng lượng sẽlà:

4,862 x 20 lít O2 = 97,24 KCal

5 Trình bày định luật Hertz và ứng dụng của nó ?

Định luật Heccer phát biểu như sau: "Hiệu ứng nhiệt của các

phản ứng hoá học chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của chất đầu

và chất cuối mà không phụ thuộc vào cách chuyển biến" Định luật Heccer có ý nghĩa rất quan trọng đối với hệ sinh vật Trong hệ sinh vật

diễn ra nhiều phản ứng phức tạp, cho đến nay vẫn còn nhiều phản ứngtrung gian chưa có thể đo trực tiếp được hiệu ứng nhiệt Dựa vào định luật Heccer có thể giải quyết được khó khăn này

6 Tại sao nói định luật II nhiệt động học là định luật về entropy ?

Định luật II nhiệt động học xác định được chiều hướng tự diễn biến củamột quá trình cũng như cho biết quá trình tự diễn biến đến khi nào thì dừng lại và cho phép đánh giá khả năng sinh công của các hệ nhiệt động khác nhau

Định luật II nhiệt động học có ba cách phát biểu

Cách phát biểu thứ nhất còn gọi là tiên đề Clausius đưa ra 1850: "Nhiệtkhông thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng" Từ đó suy ra rằngnhiệt nói riêng còn những quá trình nhiệt động nói chung chỉ có thể tự diễn ra nếu xảy ra sự truyền năng lượng từ mức độ cao đến mức độ thấp, tức là theo chiều gradien Gradien của một thông số đặc trưng cho một tính chất nào đó về trạng thái của hệ (như nồng độ) được xác định bằng hiệu số giá trị của thông số đó ở tại hai điểm chia cho

khoảng cách giữa hai điểm đó Cách phát biểu thứ hai do Thomson phát triển tiên đề của Clausius "Không thể có một quá trình biến đổi chuyển toàn bộ nhiệt lượng thành công"

Theo cách phát biểu của Thomson thì hiệu suất hữu ích của quá trình bao giờ cũng nhỏ hơn 1 (tức η < 1) Điều này có nghĩa trong tự nhiên không có một quá trình nào có thể chuyển toàn bộ nhiệt lượng được cung cấp thành công hữu ích

Cách phát biểu thứ ba trên cơ sở ý kiến của Planck, cho rằng Entropi

là một tiêu chuẩn đầy đủ và cần thiết để xác định tính thuận nghịch và không thuận nghịch của bất cứ quá trình vật lí nào diễn ra trong thiên nhiên Định luật II nhiệt động học phát biểu như sau:

"Đối với hệ cô lập, mọi quá trình trong tự nhiên đều diễn biến theo chiều tăng của entropi"

Entropi là một hàm trạng thái nên nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu

và trạng thái cuối cùng của hệ

S1= T Q11 , S2= Q T22

S1: Entropi ở trạng thái đầu

S2: Entropi ở trạng thái cuối

Đối với quá trình thuận nghịch theo công thức (1.12) ta có:

S1=S2 →ΔU = S = Const (hằng số) (1.15)

Trong một hệ nếu chỉ xảy ra các quá trình thuận nghịch thì hệ luôn duy trì ở trạng thái cân bằng nên entropi của hệ là không đổi Đối với quá

trình không thuận nghịch thì S > T Q vì nhiệt lượng cung cấp cho hệ không chỉ làm thay đổi entropi của hệ mà còn làm thay đổi entropi của môi trường xung quanh do sự ma sát và tỏa nhiệt Thực nghiệm đã xácđịnh đối với một quá trình không thuận nghịch thì entropi của hệ ở trạngcuối (tức S2) bao giờ cũng lớn hơn so với entropi của hệ ở trạng thái đầu (tức S1) Do vậy:

S2-S1>0 (1.16)

Trong một hệ xảy ra các quá trình không thuận nghịch thì entropi của

hệ bao giờ cũng tăng lên Do vậy, nếu là hệ cô lập thì các quá trình xảy

ra trong hệ sẽ tiến triển theo chiều tăng của entropi và entropi của hệ

sẽ đạt giá trị cực đại ở trạng thái cân bằng nhiệt động

Tính chung cho cả quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch thì sựthay đổi entropi

của hệ có thể viết như sau:

 các loại phản ứng trong cơ thể sinh vật :

phản ứng đơn phân tử : biến đổi cấu trúc 1 loại phân tử

phản ứng nhị phân tử : biến đổi cấu trúc 2 loại phân tử

phản ứng tam phân tử : biến đổi cấu trúc 3 loại phân tử

Phản ứng bậc hai

Phản ứng bậc hai là phản ứng: A+B →ΔU = P

Theo định nghĩa, tốc độ phản ứng bậc 2 được xác định theo công thức:V= -

phản ứng vòng

Phản ứng bậc không

Phản ứng bậc không là phản ứng có tốc độ không thay đổi và tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia vào phản ứng Tốc độ phản ứng bậc không được xác định theo phương trình:

Phản ứng tự xúc tác

Phản ứng tự xúc tác là phản ứng tạo thành sản phẩm và sản phẩm lạiđóng vai trò là một chất xúc tác

Phản ứng dây chuyền

Phản ứng dây chuyền là một hệ thống các phản ứng và có sự xúc tác của sản phẩm trung gian Điều kiện để có thể xảy ra phản ứng dây chuyền là phải có các trung tâm hoạt động đầu tiên Các trung tâm hoạtđộng đầu tiên thường là các gốc tự do Các gốc tự do có các điện tử không được ghép đôi nên chúng có khả năng tham gia vào phản ứng hoá học rất cao do vậy chúng thường có thời gian sống rất ngắn Gốc

tự do khi tham gia vào phản ứng với các phân tử ngoài tạo thành sản phẩm cuối cùng còn có khả năng tạo ra sản phẩm trung gian là những gốc tự do mới và gốc tự do mới này lại tiếp tục tương tác với các phân

tử khác để gây ra phản ứng tiếp theo

9 Năng lượng hoạt hóa là gì ? vai trò yếu tố lập thể trong phản ứng men ?

* Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tối thiểu của các phân tử và

nguyên tử cần phải có để có thể tham gia vào phản ứng hóa học

- Năng lượng hoạt hóa của các quá trình sinh học được tập trung thành

3 nhóm cơ bản 8;12;18kcal/mol.tuy vậy cũng có trường hợp ngoại lệ như năng lượng hoạt hóa của quá trình phá hủy tế bào bằng các độc tốkhác nhau;trong trường hợp này năng lượng hoạt hóa rất lớn.năng lượng hoạt hóa cao đặc trưng đối với các phản ứng biến tính protein

- Đối với phản ứng men năng lượng hoạt hóa thấp hơn

10 mô tả phản ứng tự xúc tác và phản ứng dây chuyền ?

* Phản ứng tự xúc tác là phản ứng tạo thành sản phẩm và sản phẩm lại

đóng vai trò là một chất xúc tác

Ví dụ phản ứng tự xúc tác: A →ΔU = B

Tốc độ phản ứng tự xúc tác sẽ phụ thuộc vào cả nồng độ chất A (kí hiệu Ca) và nồng độ chất B (kí hiệu là Cb)

V= dCb/dt=k.Ca.Cb

Khi sản phẩm của phản ứng tăng thì tốc độ phản ứng cũng tăng lên Một đặc trưng riêng của phản ứng tự xúc tác là trong khoảng thời gian tương đối dài, lượng sản phẩm của phản ứng tương đối nhỏ nhưng sau đó chuyển sang giai đoạn tiến triển cực nhanh của phản ứng Trong cơ thể phần lớn phản ứng chuyển từ Proenzyme thành enzyme

là phản ứng tự xúc tác Ví dụ phản ứng chuyển pepxinogen thành pepxin là phản ứng tự xúc tác

* Phản ứng dây chuyền là một hệ thống các phản ứng và có sự xúc táccủa sản phẩm trung gian Điều kiện để có thể xảy ra phản ứng dây chuyền là phải có các trung tâm hoạt động đầu tiên Các trung tâm hoạtđộng đầu tiên thường là các gốc tự do Các gốc tự do có các điện tử không được ghép đôi nên chúng có khả năng tham gia vào phản ứng hoá học rất cao do vậy chúng thường có thời gian sống rất ngắn Gốc

tự do khi tham gia vào phản ứng với các phân tử ngoài tạo thành sản phẩm cuối cùng còn có khả năng tạo ra sản phẩm trung gian là những gốc tự do mới và gốc tự do mới này lại tiếp tục tương tác với các phân

tử khác để gây ra phản ứng tiếp theo

Năng lượng hoạt hóa của các phản ứng dây chuyền thường rất cao nên ở trong điều kiện bình thường rất khó xảy ra Dưới tác dụng của tiaphóng xạ sẽ dẫn tới phản ứng dây chuyền

Phản ứng dây chuyền không nảy nhánh

Phản ứng dây chuyền không nảy nhánh là phản ứng khi một gốc tự

do tham gia vào phản ứng mất đi thì một gốc tự do mới xuất hiện Như vậy, lượng gốc tự do vẫn giữ nguyên cho tới khi xảy ra sự đứt mạch

Sự đứt mạch đồng nghĩa với phản ứng dây chuyền chấm dứt và sẽ không còn khả năng tạo ra gốc tự do mới Có hai nguyên nhân chính dẫn tới sự đứt mạch

Nguyên nhân thứ nhất là do gốc tự do bị thành bình phản ứng hấp thụ hoặc gốc tự do tương tác với tạp chất làm chúng không có khả năng tạo ra gốc tự do mới Nguyên nhân thứ hai là khi nồng độ gốc tự do cao, chúng sẽ tương tác với nhau nên dẫn tới sự đứt mạch Phản ứng tạo HCl là phản ứng dây chuyền không nảy nhánh.tốc độ phản ứng dâychuyền không nảy nhánh chủ yếu phụ thuộc vào lượng trung tâm hoạt động được tạo thành (tức nồng độ gốc tự do) Nếu các yếu tố bên ngoài làm tăng lượng gốc tự do như các chất bị chiếu sáng hay bị chiếu xạ sẽ làm tăng lượng gốc tự do dẫn tới tăng tốc độ của phản ứngdây chuyền Ngược lại, các yếu tố làm giảm lượng gốc tự do như các chất ức chế sự hình thành gốc tự do sẽ làm giảm tốc độ phản ứng dây chuyền

phản ứng dây chuyền nảy nhánh là phản ứng ở mỗi mạch của phản ứng khi một gốc tự do tham gia vào phản ứng có thể tạo ra hai hay nhiều gốc tự do mới Phản ứng ôxy hóa hydro là một phản ứng dây chuyền nảy nhánh.Một số trường hợp quá trình tạo trung tâm hoạt động có thể không phải do các gốc tự do ban đầu trực tiếp gây nên mà

do sản phẩm của phản ứng dây chuyền tạo nên

Độ tăng lượng gốc tự do ở phản ứng dây chuyền nảy nhánh được xác định qua phương trình:

dn/dt=wo+ϕ.n (2.40)

n: Nồng độ gốc tự do

wo: Tốc độ tạo trung tâm hoạt động

Phản ứng dây chuyền có các đặc điểm sau:

- Phản ứng dây chuyền có thời gian tiềm ẩn Trong thời gian này chủ yếu tạo trung tâm hoạt động đầu tiên

- Phản ứng dây chuyền có hai giới hạn nồng độ Ở giới hạn nồng độ gốc tự do thấp thì gốc tự do dễ tương tác với thành bình hay với phân

tử chất ức chế nên phản ứng không tiến triển được Ở giới hạn nồng

độ gốc tự do quá cao thì các gốc tự do dễ tương tác với nhau gây ra hiện tượng đứt mạch nên làm cho tốc độ phản ứng tiến triển chậm lại

- Tốc độ phản ứng dây chuyền nảy nhánh không tuân theo định luật Arrhenius Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng dây chuyền nảy nhánh