THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ENZYME

Kìm hãm cạnh tranh Competitive inhibition Cơ chất và chất kìm hãm đều tác dung lên trung tâm hoạt động của enzyme, Chất kìm hãm choán chỗ của cơ chất ở enzyme... Kìm hãm phi cạnh tranh

THIẾT BỊ PHẢN ỨNG

ENZYME

GVHD: thầy Lại Quốc Đạt

SVTH: La Thiên Thư

Mở đầu

Trong đó: [E] - nồng độ enzyme

[S] - nồng độ cơ chất [ES] – nồng độ phức chất trung gian [P] – nồng độ sản phẩm

Động học phản ứng enzyme

Ảnh hưởng của nồng độ enzyme [E]

• [S] >>[E]

• v= K[E] có dạng y=ax

• Đo [E] bằng cách đo vận tốc phản ứng

Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S]

Gọi E0 là nồng độ ban đầu:

[E0] = [E] + [ES] => [E] = [E0] - [ES]

Km: gọi là hằng số Michelis Menten Vmax= k2[E0]

Phương trình Michelis Menten

Khi tăng [S] thì v phản ứng tăng, tăng [S] đến một giá trị nào đó thì v đạt đến giá trị vmax và sẽ không tăng nữa nếu ta vẫn tiếp tục tăng [S] Khi Km = [S] thì v0 =1/2

Vmax

Khảo sát sự tăng lên của nồng độ cơ chất

Thực tế không phải phản ứng enzyme nào cũng tuân theo định luật Michealis – Menten mà phải dựa vào nồng độ cơ chất

- Khi [S] >> Km, V đạt cực đại (Vmax) Enzyme bị cơ chất bão hoà

- Khi [S] << Km thì phương trình là V = Vm.[S]/Km Vận tốc phản ứng phụ thuộc vào [S]

- Khi Km = [S] thì V = Vmax/2

Ảnh hưởng của chất kìm hãm

1 Kìm hãm cạnh tranh (Competitive inhibition)

Cơ chất và chất kìm hãm đều tác dung lên trung tâm hoạt động của enzyme, Chất kìm hãm choán chỗ của cơ chất ở enzyme

Ảnh hưởng của chất kìm hãm

2 Kìm hãm phi cạnh tranh (Uncompetitive inhibition)

Chất kìm hãm chỉ liên kết với phức hợp ES, mà không liên kết với enzyme tự do

Ảnh hưởng của chất kìm hãm

3 Kìm hãm hỗn tạp (Mixed inhibition)

Chất kìm hãm không những liên kết với enzyme tự do mà còn liên kết với cả phức hợp ES tạo thành phức hợp EIS không tạo được sản phẩm P

• Cation kim loại

• Vitamin tan trong nước

Quy luật Vant –Hoff: nhiệt độ lên

100C thì tốc độ phản ứng tăng

lên 2 lần

Nồng độ dung

B

Sự chiếu điện

Sóng siêu âm

Nhiệt động lực học



Phân loại các thiết bị phản ứng enzyme

Thiết bị

Phản ứng gián đoạn

Phản ứng liên tục

Phản ứng bán liên tục

Cân bằng vật chất và nhiệt động

Cân bằng vật chất

Cân bằng nhiệt

Mô tả một số dạng thiết bị phản ứng enzyme

Thiết bị phản ứng liên tục dạng ống

Thiết bị phản ứng liên tục dạng ống

FAo.(1 - xA ).∆t FAo.(1 - xA - ∆xA).∆t (- rA ) ∆V ∆t 0

Ví dụ

Phản ứng chuyển hoá của saccharose:

Với phương trình vận tốc là: (- r) = (10h-1)

ta có CAo = 1mol/l, CEo = 0.01mol/l và KM = 3.10-2

Tìm thể tích bỉnh phản ứng ống để đạt độ chuyển hoá 80% nhập liệu có suất lượng 2kmol/h saccharose.

A = saccharose, E = invertase và (- rA) = (10h-1)

Thể tích bình phản ứng ống được xác định

V = FAo

Ở áp suất không đổi: CA = CAo (

Vậy:V =

Lấy tích phân ta được: V =

Với các giá trị: FAo = 2kmol/h; k = 10h-1 ; CAo = 1mol/l; XA = 0.8

Suy ra: V =

= 1248lít

Thiết bị phản ứng dạng khuấy trộn lý tường

Ở đầu vào của thiết bị phản ứng, nồng độ của tác chất

giảm một cách đột ngột và đúng bằng nồng độ của mọi

điểm trong toàn thể tích của thiết bị và nồng độ của

dòng sản phẩm ra

a Thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định

m.Ho.∆t m.Hf.∆t K.S (Tn − Tf) ∆t 0

m (Ho − Hf) + K.S (Tn − Tf) = 0

Ví dụ

Xét phản ứng có xúc tác bằng acetylesterase (E)

Với k = 7 lít/mol.ph và KM = 2,5.10-4 , được thực hiện trong bình phản ứng dạng khuấy trộn hoạt động ổn định có thể tích 120 l Hai dòng nguyên liệu : một dòng chứa 1,4mol A/l, một dòng chứa 0.2mol E/l được đưa vào bình phản ứng để đạt độ chuyển hóa của A giới hạn là 75% Xác định lưu lượng của dòng nhập liệu?

Giải

Nồng độ của các cấu tử trong dòng nhập liệu chung là:

CAo = 1.4 mol/l; CEo = 0.2 mol/l; CRo = CSo = 0

Với độ chuyển hoá cùa A đạt 75%, thành phần của hỗn hợp phản ứng trong bình hay trong dòng ra là:

CA = CAo – CAoXA = 1.4 – 1.4 x 0.75 = 0.35 mol/l

b Thiết bị phản ứng khuấy trộn gián đoạn

- Trong quá trình hoạt động gián đoạn không có dòng vào và dòng ra

- Các tính chất của hỗn hợp phản ứng sẽ thay đổi : nồng độ của tác chất giảm dần và độ chuyển hóa tăng dần theo thời gian

t = NAo

Ví dụ

Xét phản ứng xúc tác enzyme

Cho biết: k = 9 ph-1, KM = 10-3 và nồng độ ban đầu của Amylose là 1mol/ml

Tính thời gian cần thiết để đạt độ chuyển hóa của tác chất giới hạn là 50%

Giải

Phương trình vận tốc phản ứng:

(-rA) = k Áp dụng phương trình thiết kế (2) với thể tích hỗn hợp phản ứng không đổi:

t = CAo

Lấy tích phân được:

t = + 5,56 = 5,57 ph

0 0 K.S.(Tn − Tf) ∆t

- Biến đổi thành phần : (∆HoR).(-rA).V.∆t ;

- Biến đổi nhiệt độ ∆T (m.Cp.∆T)

Áp dụng phương trình thiết kế

Mối liên hệ giữa thể tích và thời gian lưu của thiết bị phản ứng

Phương trình vận tốc phản ứng enzyme:

-rA = rR = k

Thời gian lưu ℑ (thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định )

ℑ =

(V là thể tích bình phản ứng, v là lưu lượng dòng nhập liệu)

Thay phương trình Michaelis – Menten vào phương trình trên:

ℑ =

Đối với thiết bị phản ứng dạng ống :

ℑ =

Hiệu ứng nhiệt độ

Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng theo độ

chuyển hóa trong điều kiện đoạn nhiệt

Hiệu ứng nhiệt độ

Thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định

E - năng lượng hoạt hoá

Cân bằng nhiệt cho quá trình đoạn nhiệt

Hiệu ứng nhiệt độ

Thiết bị phản ứng dạng ống

Phương trình cân bằng vật chất

Phương trình cân bằng năng lượng thu gọn :

Nếu (-∆Hr) và Cp không đổi, lấy tích phân ta được

Các thiết bị phản ứng chứa enzyme cố định

Thank You!