[화학공학] 효소 반응 속도론
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- 목차
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1.효소반응속도의 정의
2.반응차수
3.반응속도차수
4.단순 정용반응계의 반응속도식
5.비가역 1차 반응
6.0차 반응
7.비가역 연속반응
8.효소반응속도론
9.단순 효소속도론의 수학적 모형
10.Michaelis-Menten 속도식의 속도상수의 결정
11.알로스테릭 효소속도론
12.저해반응에서의 효소 속도론
13.기질 저해 작용이 있을 때의 효소 속도식
14.반응속도의 온도 의존성
15.효소반응의 온도의존성
16.효소 반응속도의 pH 의존성
- 본문내용
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*효소반응 속도론
1.반응속도의 정의
화학공정이나 생물공정에서 일어나는 반응은 그 속도가 빠른 것도 있고 느린 것도 있다. 반응속도(chemical reaction rate)는 단위부피당 단위시간에 소모되는 반응물성분 A의 몰농도로 정의되며, SI 단위로 표시하면 mol/m3․s가 된다. 반응속도를 반응물 소모를 기준으로 나타낼 경우 반응이 진행됨에 따라 반응물의 농도가 감소하므로 음의 부호(-)를 붙일 수 있다..
예로서 반응물 A가 생성물 R로 변하는 다음과 같은 간단한 반응을 생각해 보자.
이때 반응속도(즉, 반응물의 소실속도)는 다음과 같이 정의된다.
(1)
반응속도는 온도, 압력 및 반응계의 조성에 의존되며, 다음과 같이 표현할 수 있다.
(2)
여기서는 각 성분의 농도에 의존되는 함수로서 다음 절의 반응차수에서 논하는 것처럼 반응마다 특정한 형태로 주어진다.는 반응속도 상수(reaction rate constant)로서 일반적으로 온도에 의존되며 등온반응(isothermal reaction)인 경우에는 일정한 값을 갖는다.
2.반응차수
반응속도에 영향을 주는 요인은 온도와 반응물의 농도 두 가지인데 이 중에서 농도 의존성을 실험을 통해 구체적으로 결정하여 반응차수를 구한다. 예를 들어, 아래와 같은 비가역반응(irreversible reaction)의 경우 반응속도식은 다음과 같이 일반식으로 나타낼 수 있다.
(3)
위 반응속도식에서 α와 β는 반응속도가 반응물 A와 B의 농도에 따라 각각 어떻게 변하는가를 나타내는 것으로서 반응차수(reaction order)라 한다. 즉, 이때 반응속도는 반응물 A에 대해서는 α차, 반응물 B에 대해서는 β차이며, 전체적으로는 (α+β)차이다. α와β는 시간과 농도에 무관한 상수로서 실험적으로 결정해야 하는 값이며, 화학양론계수 a, b와 무관하다.
예를 들어, ascorbic acid가 공기 중의 산소(O2)와 반응하여 dehydroascorbic acid로 변하여 vitamin C로서의 활성을 잃게 되는 경우를 보자.
이때 ascorbic acid의 손실속도식은 실험에 의해 다음과 같이 결정되었다.
(4)
여기서 는 ascorbic acid의 농도,는 산소의 농도이다. Ascorbic acid의 분해속도는
ascorbic acid와 산소에 대하여 각각 1차 반응을 나타내고, 전체반응은 2차 반응이다.
반응차수는 실험적으로 결정되는 값으로서 정수가 아닌 경우도 있다. 또한 반응속도식이 간단한 차수의 형태로 표시할 수 없는 복잡한 반응이 있다. 예를 들어, 효소반응은 다음과 같은 형태의 Michaelis-Menten 속도식으로 표현되는데, 이 속도식의 반응차수는 고정되어 있는 것이 아니라 기질의 농도(Cs)가 증가함에 따라 1차에서 0차로 변한다.
(5)
여기서, Cs : 기질(substrate)의 농도
Vmax : 최대 반응속도
KM : Michaelis-Menten 상수
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