THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ENZYME

THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
ENZYME
GVHD: thầy Lại Quốc Đạt
SVTH: La Thiên Thư


Nội dung
1

Mở đầu

2

Cân bằng vật chất và nhiệt động

3

Phương trình thiết kế

4

Thiết bị phản ứng enzyme


Mở đầu
Động học phản ứng enzyme

Trong đó:
[E] - nồng độ enzyme
[S] - nồng độ cơ chất
[ES] – nồng độ phức chất trung gian

[P] – nồng độ sản phẩm


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]

v1 = k1[E][S]
v-1 = k-1[ES]
v2 = k2[ES]
Khi hệ thống đạt trạng thái cân bằng ta có:
k-1[ES]+k2[ES] = k1[E][S]
(k-1+k2)[ES] = k+1[E][S]
Gọi E0 là nồng độ ban đầu:
[E0] = [E] + [ES] => [E] = [E0] - [ES]


Phương trình Michelis Menten

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


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


Chất hoạt hóa (activator)
Ảnh hưởng
pH
bởi

Nhiệt độ
Quy luật Vant –Hoff: nhiệt độ lên
100C thì tốc độ phản ứng tăng
lên 2 lần.

• Cation kim loại
• Vitamin tan trong nước


Sự chiếu điện
B

Ánh sáng

A

C

Sóng siêu âm

Yếu tố
khác

Nồng độ dung
dịch

E

D

Trạng thái tồn
tại enzyme


Nhiệt động lực học
Nguyên lý I
Nguyên lý II

 Hệ kín: ∆U = Q + W
U - nội năng của hệ
Q - nhiệt sinh ra
W - công sinh ra
 Hệ mở: ∆H = Q + W
H - Enthalpie


 dSe =

Trong đó: S - Entropie
Và: dS = dSe + dSi

Phân loại các thiết bị phản ứng enzyme

Phản ứng
gián đoạn

Thiết bị
Phản
ứng
bán liên
tục

Phản
ứng 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.


Giải
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

FAo(1-XAo).∆t FAo (1-XAf).∆t

(-rA ).V.∆t

0


m.Ho.∆t

m.Hf.∆t

K.S (Tn − Tf). ∆t

m (Ho − Hf) + K.S (Tn − Tf) = 0

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?.