- •Биофизическая химия Сборник примеров и задач
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Термодинамическое описание биохимических реакций
- •1.1. Расчёт изменения свободной энергии химических реакций
- •1.2. Практические расчёты при описании биохимических реакций
- •Примеры решения задач
- •Теоретические вопросы для самоподготовки
- •2. Стехиометрические расчёты биотехнологических процессов
- •2.1. Стехиометрия и материальный баланс микробиологических процессов
- •2.2. Расчёт выхода биомассы на субстрат (источник углерода)
- •Значения γs и максимальные теоретические значения выхода биомассы для различных субстратов
- •Оценка теплового эффекта и свободной энергии некоторых процессов биосинтеза
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Данные для решения задачи 1
- •Данные для решения задачи 2
- •Теоретические вопросы для самоподготовки
- •3. Ферментативная кинетика и катализ
- •3.1. Общая характеристика ферментов
- •3.2. Кинетическое описание ферментативных процессов
- •3.3. Различные типы координат, используемые для графического решения уравнения Михаэлиса–Ментен
- •3.4. Интегральная форма уравнения Михаэлиса–Ментен
- •3.5. Ингибирование ферментативных реакций
- •Кинетические схемы, основные формулы различных ферментативных процессов
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Теоретические вопросы для самоподготовки
- •Заключение
- •Приложение 1
- •Приложение 2 Константы диссоциации аминокислот, органических кислот и оснований
- •Константы диссоциации различных соединений при 25 °с
- •Приложение 3 Элементарный состав сухой биомассы микроорганизмов
- •Элементарный состав сухой биомассы микроорганизмов
- •Элементарный состав и восстановленность сухой биомассы микроорганизмов, выращенных в условиях непрерывного культивирования
- •Элементный состав и восстановленность сухой биомассы микроорганизмов различных типов дрожжей, выращенных в условиях непрерывного культивирования при лимитировании роста субстратом
- •Список литературы
- •Суясов Николай Александрович
Приложение 1
Свободная энергия образования, теплоты образования
различных соединений
Таблица 1
Свободная энергия образования, теплоты образования
различных соединений при стандартных условиях
Соединение |
Формула |
n |
γs |
∆ Н0f, кДж/моль |
∆ G0f, кДж/моль |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
CО2 (г) |
CО2 |
– |
– |
–393,51 |
–394,37 |
Н2О (ж) |
Н2О |
– |
– |
–85,83 |
–237,23 |
Углеводороды | |||||
Метан (г) |
СН4 |
8 |
8 |
–74,85 |
–50,85 |
Этан (г) |
С2Н6 |
14 |
7 |
–84,00 |
–32,00 |
Этилен (г) |
С2Н4 |
12 |
6 |
52,40 |
68,40 |
Ацетилен (г) |
С2Н2 |
10 |
5 |
226,75 |
209,2 |
Пропан (г) |
С3Н8 |
20 |
6,667 |
–103,85 |
–23,53 |
Пропилен (пропен) (г) |
С3Н6 |
18 |
6 |
20,41 |
62,70 |
н-Бутан (г) |
С4Н10 |
26 |
6,5 |
–126,15 |
–17,19 |
1-бутен (г) |
С4Н8 |
24 |
6 |
–0,13 |
71,26 |
1,3-бутадиен (дивинил) (г) |
С4Н6 |
22 |
5,5 |
110,16 |
150,64 |
н-Пентан (г) |
С5Н12 |
32 |
6,4 |
–146,44 |
–8,44 |
н-Пентан (ж) |
С5Н12 |
32 |
6,4 |
–173,33 |
–9,66 |
2-метилбутан (изопентан) (г) |
С5Н12 |
32 |
6,4 |
–154,47 |
–14,87 |
2-метилбутан (изопентан) (ж) |
С5Н12 |
32 |
6,4 |
–179,28 |
–14,86 |
н-Гексан (г) |
С6Н14 |
38 |
6,333 |
–167,19 |
–0,32 |
н-Гексан (ж) |
С6Н14 |
38 |
6,333 |
–198,82 |
–4,41 |
Продолжение табл.1 | |||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
н-Гептан (г) |
С7Н16 |
44 |
6,286 |
–187,78 |
7,94 |
н-Гептан (ж) |
С7Н16 |
44 |
6,286 |
–224,54 |
0,73 |
2,2,3-триметилбутан (г) |
С7Н16 |
44 |
6,286 |
–204,4 |
4,61 |
н-Октан (г) |
С8Н18 |
50 |
6,25 |
–208,50 |
16,32 |
н-Октан (ж) |
С8Н18 |
50 |
6,25 |
–250,1 |
6,40 |
н-Нонан (г) |
С9Н20 |
56 |
6,222 |
–228,2 |
47,51 |
н-Декан (г) |
С10Н22 |
62 |
6,2 |
–249,5 |
33,39 |
Спирты и эфиры | |||||
Этанол (г) |
С2Н6О |
12 |
6 |
–234,8 |
–167,9 |
Этанол (ж) |
С2Н6О |
12 |
6 |
–276,98 |
–174,8 |
Диметиловый эфир (г) |
С2Н6О |
12 |
6 |
–184,05 |
–112,94 |
Метанол (г) |
СН4О |
6 |
6 |
–201,0 |
–162,3 |
Метанол (ж) |
СН4О |
6 |
6 |
–239,2 |
–166,6 |
Этиленгликоль (г) |
C2H6O2 |
10 |
5 |
–392,2 |
–304,49 |
Этиленгликоль (ж) |
C2H6O2 |
10 |
5 |
–454,9 |
–323,49 |
н-Пропанол (г) |
С3Н8О |
18 |
6 |
–257,53 |
–163,01 |
н-Пропанол (ж) |
С3Н8О |
18 |
6 |
–304,55 |
–170,70 |
Изопропанол (г) |
С3Н8О |
18 |
6 |
–272,59 |
–173,63 |
Изопропанол (ж) |
С3Н8О |
18 |
6 |
–318,7 |
–181,01 |
н-Бутанол (г) |
С4Н10О |
24 |
6 |
–274,43 |
–150,73 |
н-Бутанол (ж) |
С4Н10О |
24 |
6 |
–325,56 |
–160,88 |
Третбутанол: (г) 2-метил-2-пропанол |
C4H10O |
24 |
6 |
–324,38 |
–189,15 |
Диэтиловый эфир (г) |
C4H10O |
24 |
6 |
-252,21 |
-122,39 |
Диэтиловый эфир (ж) |
C4H10O |
24 |
6 |
-279,49 |
-123,05 |
н-Амиловый спирт (г): н-Пентанол |
C5H12O |
30 |
6 |
-302,38 |
-149,79 |
н-Амиловый спирт (ж): н-Пентанол |
C5H12O |
30 |
6 |
-357,94 |
-161,3 |
Продолжение табл.1 | |||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Третамиловый спирт (г): 2-метил-2-бутанол |
С5Н12О |
30 |
6 |
–379,5 |
–186,26 |
н-Гексанол |
C6H14O |
34 |
6 |
–315,9 г |
–140,95 |
Кислоты, альдегиды и кетоны | |||||
Ацетальдегид (г) |
C2H4O |
10 |
5 |
–166,00 |
–132,95 |
Ацетальдегид (ж) |
C2H4O |
10 |
5 |
–192,2 |
–127,6 |
Ацетон (г) |
С3Н6О |
16 |
5,333 |
–217,57 |
–153,05 |
Ацетон (ж) |
С3Н6О |
16 |
5,333 |
–248,11 |
–155,42 |
Ацетоацетат- |
С4Н5О3– |
16 |
4 |
|
–493,7 |
Уксусная кислота (г) |
С2Н4О2 |
8 |
4 |
–432,2 |
–374,2 |
Уксусная кислота (ж) |
С2Н4О2 |
8 |
4 |
–484,9 |
–389,9 |
Ацетат– |
|
8 |
4 |
|
–369,2 |
Гликолат– |
С2Н3О3– |
6 |
3 |
|
–523,4 |
Пропионат– |
С3Н5О2– |
14 |
4,667 |
|
–360,0 |
DL-молочная кислота |
С3Н6О3 |
12 |
4 |
682,45 |
–517,81 |
Лактат– |
С3Н5О3– |
12 |
4 |
|
–516,6 |
Пируват– |
С3Н3О3– |
10 |
3,333 |
|
–474,5 |
Мочевая кислота (кр) |
С5Н4N4О3 |
18 |
3,6 |
–618,8 |
–356,9 |
н-Масляная кислота (ж) |
С4Н8О2 |
20 |
5 |
–533,8 |
–376,69 |
н-Бутират– |
С4Н7О2– |
20 |
5 |
|
–352,6 |
β-Оксибутират– |
С4Н7О3– |
18 |
4,5 |
|
–506,3 |
Кротонат– |
С4Н5О2– |
18 |
4,5 |
|
–275,7 |
Капроат– |
С6Н11О2– |
32 |
5,333 |
|
–329,7 |
Изоцитрат3– |
С6Н5О73– |
18 |
3 |
|
–1160,0 |
Малеиновая кислота (кр) |
С4Н4О4 |
12 |
3 |
–789,4 |
–631,20 |
Муравьиная кислота (ж) |
СН2О2 |
2 |
2 |
–424,76 |
–361,74 |
Фумаровая кислота (кр) |
С4Н4О4 |
12 |
3 |
–811,7 |
–653,65 |
Фумарат– |
С4Н3О4– |
12 |
3 |
|
–604,2 |
L-малат2– |
С4Н4О52– |
12 |
3 |
|
–845,1 |
Продолжение табл.1 | |||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Оксалоацетат2– |
С4Н2О52– |
10 |
2,5 |
|
–797,2 |
Формальдегид (г) |
СН2О |
4 |
4 |
–115,9 |
–109,94 |
Янтарная кислота |
|
|
|
|
|
Аминокислоты и метиламины | |||||
L-аланин+– (кр) |
С3Н7NО2 |
15 |
4 |
–604,0 |
–371,3 |
L-аспартат– |
С4Н6NО4- |
15 |
3,75 |
|
–700,7 |
L-аспарагин+–(гидрат) (кр) |
С4Н8N2О3 |
18 |
3 |
–789,4 |
–526,6 |
L-валин+– (кр) |
С5Н11NО2 |
27 |
4,8 |
–617,9 |
–360,0 |
Глицин+– (кр) |
С2Н5NО2 |
9 |
3 |
–532,9 |
–373,5 |
L-глутамат– (кр) |
С5Н8NО4– |
21 |
4,2 |
–1009,7 |
–696,8 |
L-глутамин (кр) |
С5Н10N2О3 |
18 |
3,6 |
–826,4 |
–524,8 |
L-лейцин+– (кр) |
С6Н13NО2 |
33 |
5 |
–637,4 |
–356,3 |
L-тирозин+–(кр) |
С9Н11NО3 |
41 |
4,222 |
–685,1 |
–387,2 |
L-треонин (кр) |
С4Н9NО3 |
19 |
4,75 |
–807,2 |
–514,6 |
L-цистеин (кр) |
С3Н7NО2S |
21 |
3,333 |
–534,1 |
–339,8 |
L-цистин |
С6Н12N2О4S2 |
40 |
3 |
–1032,7 |
–665,3 |
Метиламин (г) |
CH5N |
6 |
6 |
–23,01 |
32,18 |
Триметиламин |
С3Н9N |
18 |
6 |
–23,85 |
98,79 |
Тиоловые соединения | |||||
Метантиол (г) |
СН4S |
6 |
6 |
–22,97 |
–9,3 |
Метантиол (ж) |
СН4S |
6 |
6 |
–46,7 |
–7,7 |
Этантиол (г) |
С2Н6S |
12 |
6 |
–46,11 |
–4,71 |
Этантиол (ж) |
С2Н6S |
12 |
6 |
–73,6 |
–5,5 |
β-Метилтиофен (г) |
C5H6S |
24 |
4,8 |
82,5 |
82,48 |
Ароматические соединения | |||||
Бензол (г) |
С6Н6 |
30 |
5 |
82,93 |
129,68 |
Бензол (ж) |
С6Н6 |
30 |
5 |
49,03 |
124,38 |
Фенол (кр) |
C6H6O |
28 |
4,667 |
–164,85 |
–50,21 |
Толуол (г) |
С7Н8 |
36 |
5,143 |
50,0 |
122,37 |
Окончание табл.1 | |||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Бензиловый спирт (ж) |
C7H8O |
34 |
4,857 |
–161,00 |
–27,40 |
Бензойная кислота (кр) |
С7Н6О2 |
28 |
4 |
–385,14 |
–245,24 |
Парахинон (кр.) |
С6Н4О2 |
24 |
4 |
–186,82 |
–85,62 |
Гидрохинон (кр) |
С6Н6О2 |
26 |
4,333 |
–362,86 |
–216,68 |
Пиридин (г) |
С5H5N |
22 |
4,4 |
140,4 |
190,23 |
Пиридин (ж) |
С5H5N |
22 |
4,4 |
100,2 |
181,31 |
Углеводы и близкие к ним соединения | |||||
Глицерин (г) |
С3Н8О3 |
14 |
4,667 |
–577,9 |
–488,5 |
Глицерин (ж) |
С3Н8О3 |
14 |
4,667 |
–668,60 |
–469,34 |
D-рибоза (кр) |
С5Н10О5 |
20 |
4 |
–1047,2 |
|
α-D-глюкоза |
С6Н12О6 |
24 |
4 |
–1273,3 |
–917,22 |
β-D-глюкоза |
С6Н12О6 |
24 |
4 |
–1268 |
–910,0 |
β-D-фруктоза |
С6Н12О6 |
24 |
4 |
–1265,6 |
–915,4 |
α-D-галактоза |
С6Н12О6 |
24 |
4 |
–1286,3 |
–923,5 |
Маннит |
С6Н14О6 |
26 |
4,333 |
–1314,5 |
–942,6 |
Сорбит |
С6Н14О6 |
26 |
4,333 |
|
–942,7 |
L-сорбоза |
С6Н12О6 |
24 |
4 |
–1271,5 |
|
Сахароза (кр) |
С12Н22О11 |
48 |
4 |
–2215,4 |
–1544,70 |
Лактоза |
С12Н22О11 |
48 |
4 |
–2236,7 |
–1515,2 |
β-Мальтоза |
C12H22O11 |
48 |
4 |
|
|
D-маноза |
С6Н12О6 |
24 |
4 |
–1263,0 |
|
Примечание: n – число свободных электронов; γs – степень восстановленности углерода; ∆ Н0f – изменение стандартных энтальпий (теплоты образования), кДж/моль; ∆ G0f, – изменение стандартной энергии Гиббса, кДж/моль