Giáo trình - Lý sinh học - chương 2

1 Chương 2 ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG SINH VẬT Động học của các phản ứng sinh vật là nghiên cứu những cơ chế và các qui luật tiến triển theo thời gian của các phản ứng hóa sinh diễn ra trong cơ thể sống. Trong cơ thể sống thường xuyên diễn ra các phản ứng của quá trình trao đổi chất. Phản ứng diễn ra có thể là phản ứng bậc không, bậc một, bậc 2..., phản ứng tự xúc tác, phản ứng nối tiếp, phản ứng song song, phản ứng vòng, phản ứng dây chuyền...Tùy điều kiện ban đầu và...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình - Lý sinh học - chương 2 1 Chương 2 ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG SINH VẬT Động học của các phản ứng sinh vật là nghiên cứu những cơ chế và các qui luật tiến triển theo thời gian của các phản ứng hóa sinh diễn ra trong cơ thể sống. Trong cơ thể sống thường xuyên diễn ra các phản ứng của quá trình trao đổi chất. Phản ứng diễn ra có thể là phản ứng bậc không, bậc một, bậc 2..., phản ứng tự xúc tác, phản ứng nối tiếp, phản ứng song song, phản ứng vòng, phản ứng dây chuyền...Tùy điều kiện ban đầu và với sự tham gia của chất xúc tác hay chất ức chế mà các phản ứng hóa sinh xảy ra với tốc độ khác nhau và bằng các con đường khác nhau. I. Bậc phản ứng và tốc độ phản ứng Bậc phản ứng: Bậc của phản ứng bằng số lượng các loại phân tử (hay nguyên tử) tham gia trong một đơn vị cơ bản của chuyển biến hoá học mà nồng độ hay áp suất của chúng quyết định tốc độ phản ứng. Theo Gunberd và Vaag thì tốc độc của phản ứng: A = M+ N Được xác định bằng công thức: dC v=− =k.C dt v: Tốc độ phản ứng k: Hằng số tốc độ phản ứng C: Nồng độ chất A Dấu trừ thể hiện sự giảm nồng độ chất A theo thời gian diễn ra phản ứng. Với phản ứng tổng quát: aA + bB = mM + nN Tốc độ phản ứng được xác định theo công thức: v = k. [A]aB]b (2.1) [A] và [B] là nồng độ chất A và nồng độ chất B còn a và b là các hệ số của chất A và của chất B còn k là hằng số tốc độ phản ứng. Bậc của phản ứng (n) là tổng các số mũ của nồng độ các chất ở trong biểu thức tính tốc độ phản ứng (2.1), tức là n = a + b Dựa vào đó, người ta chia ra phản ứng bậc một, phản ứng bậc hai, phản ứng bậc ba. Ví dụ 1: Phản ứng:N2O = N2 + 1/2 O2 có v = k [N2O]là phản ứng bậc một. 2 Ví dụ 2: Phản ứng: 2HI=H2 + I2 có v = k [HI]2 là phản ứng bậc hai. Ví dụ 3: Phản ứng: 2NO + H2 = N2O + H2O có v = k [NO]2 [H2] là phản ứng bậc ba. II. Phản ứng bậc một Phản ứng bậc một là phản ứng: A ⎯k → P ⎯ Tốc độ phản ứng được xác định theo công thức: dC v =− = kC (2.2) dt C: Nồng độ chất A k: Hằng số tốc độ phản ứng Giả thiết vào thời điểm ban đầu trước khi phản ứng diễn ra là to = 0, ứng với nồng độ chất A là Co còn vào thời điểm t nồng độ chất A là C. Phương trình (2.2) có thể viết dưới dạng sau: dC = −kdt C Lấy tích phân 2 vế ta có: C t dC Nồng độ C ∫ C = −∫ k.dt C0 0 Co C t = − k.t → lnC - lnCo = - kt ln C C o o C C =e-kt =-k.t → ln Co Co C = Co e-kt (2.3) Phương trình (2.3) biểu diễn dưới dạng đồ thị: (hình 2.1) t O Từ đồ thị thể hiện nồng độ Thời gian chất A giảm theo thời gian Hình 2.1: Sự thay đổi nồng độ chất A sau khi phản ứng xảy ra và theo thời gian của phản ứng bậc 1. giảm theo qui luật hàm số mũ. 3 III. Phản ứng bậc hai Phản ứng bậc hai là phản ứng: A+B ⎯k → P ⎯ Theo định nghĩa, tốc độ phản ứng bậc 2 được xác định theo công thức: dC dP v=− = =k.Ca.Cb (2.4) dt dt Giả thiết ở thời điểm ban đầu trước khi phản ứng diễn ra là to=0, ứng với nồng độ chất A là a còn nồng độ chất B là b. Sau một thời gian là t, phản ứng xảy ra, tạo thành sản phẩm có nồng độ là x, thì tốc độ phản ứng có thể viết dưới dạng sau: dx v = = k(a-x) (b-x) (2.5) dt dx = k.dt Suy ra: (a − x ) ( b − x ) Để giải phương trình trên, lấy tích phân 2 vế: t x dx ∫ k.dt = ∫ (a − x ) ( b − x ) o o (a − x ) 1 → k.t = . ln +C (2.6) (a − b ) (b − x ) Để tìm hằng số C, dựa vào điều kiện khi to=0 thì x = 0 Thay vào (2.6) sẽ được: 1 a a b . ln +C → C = -ln → C = ln k.0 = (a − b ) a b b Thay hằng số C vào phương trình (2.6) sẽ xác định được hằng số tốc độ phản ứng: b(a - x) 1 k= . ln (2.7) (a − b).t a(b - x) IV. Phản ứng bậc ba Phản ứng bậc 3 là phản ứng: A + B + C ⎯k → P ⎯ Th ...