động học của quá trình sinh học

 2.2.Sự phụ thuộc của phản ứng vào nồng độ  Là phản ứng có tốc độ không thay đổi v= const ĐỘNG HỌC CỦA CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC... Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độTheo lý th

CHƯƠNG II

ĐỘNG HỌC CỦA CÁC QUÁ

TRÌNH SINH HỌC

 2.1.Tốc độ và bậc của phản ứng

 2.2 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ

 2.3.Quá trình khuếch tán và tốc độ phản ứng

 2.4 Động học của các phản ứng phức tạp

 2.5 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ

 2.6 Phương pháp phức hoạt hóa

 2.7 Sự điều hòa tốc độ phản ứng trong cơ thể

ĐỘNG HỌC CỦA CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC

 2.2.Sự phụ thuộc của phản ứng vào nồng độ

 Là phản ứng có tốc độ không thay đổi v= const

ĐỘNG HỌC CỦA CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC

2.3.Quá trình khuếch tán và tốc độ phản ứng

* Trong hệ thống hở, bên cạnh tốc độ của các phản ứng hóa học thì tốc độ thâm nhập các chất vào hệ thống và tốc độ thải hồi các chất ra khỏi hệ thống cũng đóng vai trò quan trọng Để dễ hiểu hơn chúng

ta nghiên cứu mô hình thủy động của Burton

*Chất a đi từ bình S vào bình A và đi ra bình Z Trong hệ thống không xảy ra phản ứng hóa học

 k1 k2

 S A z

ĐỘNG HỌC CỦA CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC

0 2

1

z 2 s

k k

a

k a k

(

+ +

k k

a

k a k

2 1

z 2 s 1

+ + e -(k 1 + k2 t)

 2.4 Động học của các phản ứng phức tạp

Phản ứng A B C được gọi là phản ứng nối tiếp

Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ 3 chất a,b,c theo thời gian

t c

 Ta xét các trường hợp cụ thể sau :

nhanh gấp bội giai đoạn hai.

Hai phản ứng đều tiến triển theo bậc 1 Tốc độ của quá trình phụ thuộc vào giai đoạn hai

sản phẩm trung gian không bền vững Tốc độ của cả quá trình phụ thuộc vào giai đoạn đầu

Tốc độ giảm chất ban đầu là :

db/dt= k1a+k2a = a ( k1+k2) Như vậy :

 2.4 Động học của các phản ứng phức tạp

 2.4.3.Phản ứng vòng:

vai trò quan trọng, điển hình là chu trình Creps Dạng đơn giản nhất của phản ứng vòng là phản ứng men Trong đó phân tử men nhiều lần chuyển qua dạng tự

do và dạng liên kết.

của các chất tham gia vào từng giai đoạn của chu trình.

trao đổi chất trong cơ thể thông qua các chất đã bị thay đổi không thuận nghịch Các chất trung gian liên tục bổ sung vào chu trình và liên tục tạo ra các sản phẩm trung gian Vì vậy cơ thể có khả năng điều chỉnh nồng độ của các chất tham gia vào chu trình rất chính xác

Chu trình Creb

 2.5 Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ

Theo lý thuyết động học của các quá trình hoá sinh, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ

Từ vật lý thống kê người ta biết rằng sự phân bố các phân tử khí theo năng lượng được mô tả bằng đường cong Măcxoen - Bontzman Tỷ số phân tử có năng lượng E ( NE ) trên toàn bộ phân tử có trong hệ ( N ) bằng:

NE/N =e –Ehh/RT

hoạt hoá ( Ehh ) mới có thể tham gia vào phản ứng khi thay đổi nhiệt độ, khi thay đổi nhiệt độ đường cong phân bố của các phân tử theo năng lượng sẽ dịch chuyển đi

Đường cong Maxoen- Bontzman

 N

E

Đường cong Maxoen- Bontzman

 N

E

T1

Đường cong Maxoen- Bontzman

 N

E

 Năng lượng hoạt hoá là một tham số

động học rất quan trọng, nó liên quan đến tốc độ phản ứng Để có thể vượt

qua hàng rào lực đẩy giữa các lớp vỏ

electron của phân tử, các phân tử đó

phải có động năng lớn hơn hoặc bằng năng lượng gọi là năng lượng hoạt hoá

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

Quá trình họat hoá có thể hình dung qua hai sơ đồ sau

 Ở sơ đồ (I) ta thấy khi phản ứng xảy ra

thiên năng lượng toàn phần của phản

(II) người ta có thể ví với một hòn đá nằm ở chỗ lõm trên sườn đồi, nó có khả năng lăn xuống chân núi, nhưng hòn đá không tự lăn xuống được Khi có một lực tác động đẩy hòn đá ra khỏi chỗ lõm thì nó mới lăn xuống chân núi được Độ cao của dốc núi ví như biến

động ví như năng lượng hoạt hoá.

 Ta biết rằng động năng của các phân tử tăng lên theo nhiệt độ, do đó người ta có thể hoạt hoá các phản ứng hoá học bằng cách tăng

nhiệt độ Sự phụ thuộc giữa tốc độ phản ứng vào nhiệt độ được mô tả bằng phương trìnhArennius:

 Ehh : Năng lượng hoạt hoá

 T : Nhiệt độ tuyệt đối

 k :Hằng số tốc độ

 Từ phương trình trên ta có thể viết dưới dạng logarit : Lnk = Lnpz – Ehh/RT

 Chúng ta có thể xác định Ehh qua hệ số

VanHoff hay Q10 Hệ số này cho ta biết vận tốc quá trình tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ thay đổi 100C

 Q10 phụ thuộc vào bản chất của quá trình,

trình sinh học được tập trung thành 3 nhóm

cơ bản 8, 12 và 18 Kcalo/mol Tuy vậy có

trình phá huỷ tế bào bằng các độc tố khác nhau Các phản ứng biến tính protein cũng

có năng lượng hoạt hoá khá cao.

Saccharoza là 11 Kcalo/mol

 - Các quá trình quang hoá trong tế bào năng lượng hoạt hoá rất thấp.

Ví dụ : Quá trình xảy ra ở võng mạc của

mắt Ehh = 500 - 1000 Calo/mol

 - Tốc độ của phản ứng xảy ra càng nhanh khi tăng nhiệt độ, khi Ehh càng lớn vì thế nếu

quá trình xảy ra bằng các phản ứng cạnh

tranh, tốc độ của phụ thuộc khác nhau về

nhiệt độ, ở nhiệt độ thấp sản phẩm tạo thành chính là do các phản ứng có năng lượng hoạt hoá thấp, còn khi tăng nhiệt độ vai trò của

phản ứng có năng lượng hoạt hoá cao sẽ

tăng cao

Sự phụ thuộc giữa tốc độ phản ứng và nhiệt

độ ở phản ứng enzym

 k

t

0 Nhiệt độ cực thuận

 +Đối với các phản ứng men sự phụ thuộc giữa tốc độ phản ứng và nhiệt độ được biểu diễn theo đường cong.

quả của 2 quá trình : Phản ứng hoá học

và phản ứng phân huỷ cấu trúc phân

tử Đối với phản ứng men khi tăng

phân tử men bị biến tính vì vậy tốc độ của phản ứng men sẽ bị giảm vì hoạt tính của phân tử men đã bị giảm.

 dB/dt=k[A] [B]

 Tốc độ của phản ứng tăng khi sản phẩm tăng Đặc trưng của phản ứng loại này là thời gian tiềm tàng khá dài lượng sản phẩm của phản ứng rất nhỏ và

sau đó chuyển đến giai đoạn tiến triển cực nhanh

của phản ứng.

 + Phần lớn các phản ứng chuyển từ proenzym thành enzym là phản ứng tự xúc tác.

 Ví dụ : Pepxinogen Pepxin là phản ứng tự xúc tác

 Phản ứng dây chuyền là phản ứng được xúc tác bởi sản phẩm trung gian Điều kiện để xuất hiện phản ứng dây chuyền là phải có các trung tâm hoạt động đầu tiên các trung tâm này có thể là các nguyên tử tự do hoặc các gốc

tự do có điện tử không liên kết Các nguyên tử tự do hay các gốc tự do này có hoạt tính hoá học rất cao, chúng dễ tương tác với các phân tử khác, dứt một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử ra khỏi phân tử Mặt khác chúng dễ tương tác với nhau.

nên thời gian tồn tại của nó rất ngắn ( chỉ vài phần của giây ).

các điện tử không được ghép đôi, gốc tự do có thể trung hoà về điện hay tích điện (gốc ion).

việc tạo ra sản phẩm chúng còn tạo ra các sản phẩm

trung gian là những gốc tự do mới, có khả năng tiếp tục tương tác với các phương trình khác.

 Phản ứng dây chuyền không nảy nhánh là phản ứng khi một gốc tự do mất đi thì lại

xuất hiện gốc tự do mới thay thế Như vậy lượng gốc tự do sẽ không thay đổi khi mạch

bị đứt Sự đứt mạch xảy ra khi phản ứng

không còn khả năng tạo gốc tự do mới

 Hiện tượng đứt mạch có nhiều nguyên nhân

 Gốc tự do bị thành bình phản ứng hấp phụ hoặc tương tác với hợp chất làm chúng mật tác dụng

 Khi nồng độ gốc tự do cao xác suất va chạm giữa chúng sẽ tăng lên

2.9.1 Phản ứng dây chuyền không nảy nhánh

 Một số phản ứng dây chuyền ở mỗi mạch một gốc tự

do tham gia vào phản ứng có thể tạo ra hai hoặc nhiều gốc tự do mới Những phản ứng dây chuyền này gọi là phản ứng dây chuyền nảy nhánh.

 H2 + O2 H* + HO2* ( tạo mạch )

 H* + O2 OH* + O** ( nảy nhánh )

 O** + H2 OH* + H* ( tiếp tục mạch )

 OH* + H2 H2O + H* ( tiếp tục mạch )

 H* + thành bình 1/2 H2 đứt mạch trên thành bình

 H* + O2 + M HO2 *+M đứt mạch trong thể tích ( HO2* có hoạt tính yếu ).

2.9.2 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 tạo ra mà do sản phẩm của phản ứng dây chuyền tạo

 Phản ứng phân rã hạt nhân là phản ứng dây chuyền nảy nhánh

 Phản ứng dây chuyền nảy nhánh thường có

thời gian ủ, trong thời gian này tạo ra các

trung tâm hoạt động đầu tiên

 Phản ứng dây chuyền có 2 giới hạn nồng độ : Khi nồng độ gốc tự do thấp chúng thường

tương tác với các chất ức chế, còn khi nồng

độ các gốc tự do quá cao chúng thường tương tác với nhau

 Phản ứng dây chuyền nảy nhánh không tuân theo định luật Arenius Khi nhiệt độ tăng tốc

độ phản ứng tăng gấp nhiều lần so với định

luật Arenius

2.9.3 Đặc điểm của phản ứng dây chuyền

 Ở cơ thể sống người ta nhận thấy phản ứng miễn dịch cũng có thời gian ủ khá lâu ( 3 - 21 ngày ) như phản ứng dây chuyền nảy nhánh, trong thời gian này máu không có kháng thể, sau thời gian ủ kháng thể xuất hiện rất

nhanh, nồng độ tăng theo hàm số mũ rồi

giảm xuống một cách đột ngột

 Dựa vào đặc điểm của phản ứng dây chuyền nảy nhánh, Tarutxop đã giải thích cơ chế tác dụng của tia phóng xạ ở cơ thể sống cũng

xảy ra với năng lượng nhỏ và tác dụng của

các chất bảo vệ phóng xạ cũng giống như các chất ức chế đối với phản ứng dây chuyền nảy nhánh

 Tác động của các chất độc như rixin, nọc rắn, cũng có tính chất động học của phản ứng dây chuyền nảy nhánh

Thank…….you