Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Сборник примеров и задач

Утверждено Редакционным советом

университета в качестве учебного пособия

Москва 2010

УДК 663.18:664 (075.8)

ББК 28.072.я73

0-28

Рецензенты:

Кандидат биологических наук, научный сотрудник

Института биохимии им. А. Н. Баха РАН

Е. Г. Салина

Кандидат химических наук, доцент кафедры коллоидной химии

Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева

О. В. Яровая

Биофизическая химия. Сборник примеров и задач: учеб. пособие/

28. Н.А. Суясов, Е.А. Дудникова, Н.В. Хабибулина, М.М. Баурина. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2010. – 116 с.

ISBN 978-5-7237-0682-8

Настоящее учебное пособие содержит краткое теоретическое обоснование и подходы к практическому приложению основных понятий и закономерностей химической термодинамики и кинетики к биохимическим превращениям. В пособие включены основные типы задач, из таких разделов курса Биофизическая химия как: Термодинамика биотехнологических и микробиологических процессов, Составление материального баланса культивирования микроорганизмов, Ферментативная кинетика и катализ, а также приведены примеры их решения.

Предназначается для студентов IVкурса специальности “Биотехнология”, а также бакалавров и магистров, специализирующихся по направлению “Химическая технология и биотехнология”.

УДК 663.18: 664(075.8)

ББК 28.072.я73

ISBN 978-5-7237-0682-8 © Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, 2010

© Суясов Н.А., Дудникова Е.А.,

Хабибулина Н.В., Баурина М.М., 2010

Оглавление

Введение 4

1. Термодинамическое описание биохимических реакций 6

1.1. Расчёт изменения свободной энергии химических реакций 6

1.2. Практические расчеты при описании биохимических реакций 8

1.3. Примеры решения задач 15

1.4. Задачи для самостоятельного решения 18

1.5. Теоретические вопросы для самоподготовки 23

2. Стехиометрические расчеты биотехнологических процессов 24

2.1. Стехиометрия и материальный баланс микробиологических процессов 24

2.2. Расчёт выхода биомассы на углеродный субстрат 28

2.3. Энергетическая эффективность процессов микробиологического синтеза 31

2.4. Примеры решения задач 35

2.5. Задачи для самостоятельного решения 43

2.6. Теоретические вопросы для самоподготовки 46

3. Ферментативная кинетика и катализ 48

3.1. Общая характеристика ферментов 48

3.2. Кинетическое описание ферментативных процессов 52

3.3. Различные типы координат, используемые для графического решения уравнения Михаэлиса-Ментен 55

3.4. Интегральная форма уравнения Михаэлиса-Ментен 60

3.5. Ингибирование ферментативных реакций 62

3.6. Примеры решения задач 73

3.7. Задачи для самостоятельного решения 77

3.8. Теоретические вопросы для самоподготовки 86

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Свободная энергия образования, теплоты образования различных соединений при стандартных условиях 89

Приложение 2. Константы диссоциации аминокислот, органических кислот и оснований 93

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Элементарный состав сухой биомассы микроорганизмов 98

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 111