武汉大学化工原理第二版课后习题答案第十一章

第十一章 生化反应器
1、水解酶催化的底物水解反应一般按如下两步机理进行：
E+S
k+1 ES k+2 ES ' + P1 k-1
ES' + H2O k+3 E + P2
试用拟稳态法推导该反应的动力学方程式为
rP
=
kc E,O c s Km + cs
，并指出k及K′m与k+1、k−1、k+2、k+3、CH2O的关系。
33 0.025
40 0.027
求Km和rmax值。 解：把已给数据化为 1/cs和 1/rp得：
1 /103 ⋅ L ⋅ min −1 cs
30
25
1 /103 ⋅ L ⋅ min −1 rP
40
37
50 0.030
20 33
66 0.033
15 30
100 0.040
10 25
以 1/[cs]对 1/rp作图（见附图），得横轴截距为 1/Km=–26×103，故 Km=10-3/26=3.8×10-5mol ⋅ L−1 在纵轴的截距为 1/rmax=19,故 rmaz=0.053mol ⋅ L−1 ⋅ min−1
= 1.35mol ⋅ L-1 ⋅ min-1
（b）
ri
=
Km
+
cs rmax
cs
(1
+
1.35 ×10−6 Ki
)
=
(2 ×10−4 )(2.2) ×10−6
(4.7
× 10−5
)
+
(2
× 10 −4
)(1
+
5 ×10−4 3 × 10−4
)
=
4.4 ×10−10 (2.47 ×10−4 )(2.67)
=
4.4 ×10−10 2.47 ×10−4
= 17.8×10-6mol ⋅ l-1 ⋅ min-1 以i = (1-ri/r0)来表示抑制程度。 于是上述三种抑制的抑制程度为: 竞争性抑制剂:
i=1-1.35/1.78=0.24 或 24%抑制 非竞争性抑制剂:
=
(4.7
4.4 ×10−10 ×10−5 ) + (2 ×10−4 )(2.67)
=
4.4 ×10−10 5.81 × 10 −4
= 0.757×10-6mol ⋅ l-1 ⋅ min-1
（d）
当没有抑制时，速度r0为：
r0
=
cs rmax Km + cs
= (2 ×10−4 )(2.2) ×10−6 (4.7 ×10−5 ) + (2 ×10−4 )
由附图 1、2、3 可知，三种作用法所得结果是相同的。即： Km = 4 × 10−5mol ⋅ L−1 rmax = 8 × 10−8mol ⋅ L−1min−1
5、根据式（11-16）、（11-18）和（11-21）的机理，用拟稳态法分别推导竞争性抑制、 非竞争性抑制和反竞争性抑制的动力学方程式（11-17）、（11-20）和（11-22）。
（答案略）
6、某酶催化反应的rmax为 2.2×10-6mol·L -1·min –1，Km=4.7×10-5mol·L -1，当底物浓 度cs= 2×10-4mol·L -1，Ki=3×10-4mol·L -1时，分别求（a）竞争性抑制（b）非竞争性抑制 （c）反竞争性抑制情况下的反应速率并比较计算结果。其中抑制剂的浓度皆为 5×10-4mol·L -1。
解：（a）
ri
=
(cs
+
cs rmax K m )(1 +
ci Ki
)
=
(2 ×10−4 )(2.2) ×10−6
(2 × 10−4 )
+
(4.7
×10−5 )⎜⎜⎝⎛1 +
5 × 10−4 3 ×10−4
⎟⎞ ⎟⎠
( ) =
4.4 ×10−10
= 4.4 × 10−10
2 ×10−4 + (4.7 ×10−5 )(2.67) 3.25 ×10−4
5.26
1.52
0.658
4.24
1.41
0.709
2.00
26.7
5.00
3.74
1.34
2.50
30.8
4.00
3.25
1.23
3.00
34.3
3.33
2.91
1.14
3.33
36.3
3.00
2.75
1.09
4.00
40.0
2.50
2.50
1.00
5.00
44.4
2.00
2.25
0.89
6.00
16.0
4.00
40.0
1.25
19.0
5.00
44.4
1.67
23.6
6.00
48.0
2.00
26.7
8.00
53.3
2.50
30.810.00Fra bibliotek57.1
3.00
34.3
20.00
66.7
解：整理表中的数据，得到下表：
Cs/10-5mo l ⋅ L-1
rp×10-9mol ⋅ L-1 ⋅ min-1
4、某一酶催化反应S→P，实验测得其动力学数据如下，试采用三种作图法确定该反应 的Km和rmax。
Cs/10-5mol ⋅ L-1 rp×10-9mol ⋅ L-1 ⋅ min-1 Cs/105mol ⋅ L-1 rp×10-9mol ⋅ L-1 ⋅ min-1
0.833
13.8
3.33
36.3
1.00
=
4.4 ×10−10 5.80 ×10−4
= 7.59×10-7mol ⋅ L-1 ⋅ min-1
（c）
ri
=
Km
cs rmax + [S](1 +
ci Ki
)
=
(2 × 10−4 )(2.2) × 10−6
(4.7
× 10−5 )
+
(2 × 10−4
)(1 +
5 × 10−4 3 × 10−4
)
48.0
1.67
2.08
0.80
8.00
53.3
1.25
1.88
0.67
10.00
57.1
1.00
1.75
0.57
20.00
66.7
0.50
1.50
0.334
根据上表数据分别作出 1/rP—1/cs、cs/rP—cs和rP—rP/cs曲线。结果见附图。
0.746 0.812 0.875 0.917 1.00 1.13 1.25 1.50 1.75 2.99
（答案略）
2、举例说明酶催化反应和生物反应的优缺点。 （答案略）
3、对于 葡萄糖 + ATP ⎯已⎯糖⎯激⎯酶⎯M⎯g⎯2⎯+ → 6 − 磷酸葡萄糖 + ADP 的反应，在不同的葡 萄糖浓度下测得生成 6-磷酸葡萄糖的速率如下表：
葡萄糖浓度cs/10−6mol ⋅ L−1 生成速率rp/mol ⋅ L−1 ⋅ min−1
1 /103 ⋅ L ⋅ min −1 cs
1 /103 ⋅ L ⋅ min −1 rP
rp/cs/10-3min-1
cs /rp/103min
0.833
13.8
1.00
16.0
12.00 10.00
7.24
1.66
0.602
6.25
1.60
0.625
1.25
19.0
8.00
1.67
23.6
6.00