Примеры решения задач

1. Гидролиз N-глутарил-L-фенилаланин-п-нитроанилида (GPNA), далее – S, в присутствии фермента α-химотрипсина (ХТ) приводит к образованию двух продуктов: п-нитроанилина и N-глутарил-L-фенилаланина. Используя зависимость начальной скорости реакции от концентрации субстрата

, М	2,5	5,0	10,0	15,0
, моль/(л∙с)	3,7	6,3	9,8	11,8

определите K_М, и k₂, если начальная концентрация фермента равна 4·10^–6 моль/л.

Решение:

Для нахождения K_М, и k₂, необходимо использовать линеаризованную форму уравнения Михаэлиса – Ментен (уравнение (289)):

.

Для построения графической зависимости (рис. 60) обратной величины начальной скорости реакции от начальной концентрации субстрата необходимо рассчитать и . Полученные данные вносим в таблицу:

, М	0,4	0,2	0,1	0,067
, моль/(л∙с)	0,27	0,16	0,10	0,085

Рис. 60. Зависимость обратной величины начальной скорости реакции от начальной концентрации субстрата

По графику определяем значение коэффициента b, как ординату точки, лежащей на прямой, у которой абсцисса равна 0 (х = 0):

;

Определяем константу Михаэлиса:

Используя соотношение , находим:

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

1. Начальная скорость окисления сукцината натрия в фумарат натрия под действием фермента сукциноксидазы измерена для ряда концентраций субстрата:

, М	0,01	0,002	0,001	0,0005	0,00033
, моль/(л∙с)	1,17	0,99	0,79	0,62	0,50

Определите константу Михаэлиса данной реакции.

(Ответ: 4,8∙10^–4 моль/л)

2. Начальная скорость выделения О₂ при действии фермента на субстрат измерена для ряда концентраций субстрата:

, М	0,010	0,017	0,010	0,005	0,002
, м3/мин	16,6	12,4	10,1	6,6	3,3

Определите константу Михаэлиса данной реакции.

(Ответ: 1,0∙10^–2 моль/л)

3. Для некоторой ферментативной реакции константа Михаэлиса равна 0,035 моль/л. Скорость реакции при концентрации субстрата 0,11 моль/л равна 1,15·10^–3 моль/(л·с). Найдите максимальную скорость этой реакции.

(Ответ: 1,52∙10^–3 моль/(л·с))

Модуль 5 поверхностные явления и адсорбция

1.8. Поверхностные явления и адсорбция

К поверхностным явлениям относят те эффекты и особенности поведения веществ, которые возникают вследствие существования межфазных границ, поверхностей в системе. Причиной поверхностных явлений служит особое состояние молекул в слоях жидкостей и твердых тел, непосредственно прилегающих к поверхностям раздела. Эти слои резко отличаются по многим физико-химическим характеристикам (удельной энергии, плотности, вязкости, электрической проводимости и другим свойствам) от свойств фаз в глубине их объема. Отличия связаны с ориентацией молекул в поверхностных слоях и с иным энергетическим состоянием их в сравнении с молекулами в объеме. Кроме того, в многокомпонентных системах (например, в растворах) концентрации веществ в поверхностном слое, как правило, не совпадают с составом в объеме фаз. В таких системах возникает новое явление, связанное с межфазными границами, – адсорбция и соответствующая ей величина.

Свойства поверхности раздела тем сильнее влияют на поведение системы в целом, чем больше удельная поверхность системы. Этим объясняется доминирующая роль поверхностных явлений в свойствах высокодисперсных систем, удельная поверхность которых достигает огромных величин (тысяч квадратных метров на грамм раздробленного вещества).

Изучение физических и химических взаимодействий в поверхностных слоях необходимо для развития многих областей науки и практики, начиная от выяснения механизмов атмосферных явлений и кончая технологией моющих, клеящих, косметических средств.

Важное значение поверхностных явлений для фармации определяется тем, что большинство лекарственных форм – это дисперсные системы с большой удельной поверхностью: порошки, таблетки, эмульсии, суспензии, мази. В фармацевтическом производстве большую роль играют такие поверхностные явления, как адсорбция, смачивание, адгезия. Вопросы рациональной технологии, стабилизации, хранения, повышения эффективности терапевтического действия также неразрывно связаны с уровнем и достижениями исследований в области физической химии поверхностных явлений.

Во многих случаях, как, например, при гетерогенном и ферментативном катализе, поверхность активно участвует в химических и биологических процессах. Многие органические лекарственные вещества являются поверхностно-активными, и поведение их в организме и процессе технологического производства определяется их гидрофильно-липофильным балансом и поверхностной активностью.

Адсорбционные процессы оказывают существенное влияние на фармакокинетику и фармакодинамику лекарственных веществ.

Различные виды адсорбции лежат в основе хроматографических методов анализа, широко используемых для исследования фармакопейных препаратов.