Khim Hoong楚行勇金姆和容证交所挂
内容
17.1介绍669
671年17.2描述的辣根过氧化物酶
17.3模型开发671
671年合17.3.1催化循环和失活
17.3.2 672年提出的反应机理
672年17.3.3反应速率方程的推导
674年17.4参数估计和模型验证
17.4.1实验数据674
17.4.2参数估计674
677年17.4.3模型验证
17.5模型模拟677
17.5.1反应速率在677年PCP浓度的依赖
17.5.2依赖于678年过氧化氢浓度的反应速率
679年17.5.3最佳测定过氧化氢浓度
681年命名法
附录681
引用684年
17.1介绍
五氯苯酚(PCP)已广泛用于农药、除草剂,在许多木材和木材防腐剂治疗网站。卡式肺囊虫肺炎的化学结构是如图17.1所示。这是一个可能的人类致癌物,被放在美国EPA优先污染物名单。其在环境因此特别关注的。近年来,许多国家已经禁止使用PCP。雷竞技手机版app不幸的是,过去的法律处置实践加上卡式肺囊虫肺炎导致的环境稳定性广泛污染的土壤、地表水、地下水含水层。许多超过700木材保护网站确认在美国目前正在处理在联邦,州或自愿清理programs.1
各种治疗方法可用于去除污染环境隔间,卡式肺囊虫肺炎和PCP-contaminated土壤的处理通常涉及到物理、化学和生物方法。一个集成的系统结合土壤洗溶剂,恢复了溶剂的重用和生物降解PCP眠的水溶液被提出。2 - 4水PCP的降解微生物在化学和物理方法有几个优点,包括温和的操作条件和环境兼容性更好。一些种类的细菌和真菌可以生物降解PCP.5-15这些生物体分泌
手册先进的工业和危险废物处理哦
图17.1化学结构的五氯苯酚(PCP)。
一系列的氧化的酶能够催化氧化的卡式肺囊虫肺炎。然而,高浓度的卡式肺囊虫肺炎可以抑制降解微生物的活动。曹和colleagues9表明PCP浓度高于50 mg / L抑制一些PCP-degrading白腐真菌的生长如Gloeophyllum主要和栓菌属完全杂色的。因此,孤立的直接应用酶已被建议作为一种替代方法,消除从水溶液卡式肺囊虫肺炎。一些评论在体外使用氧化的酶催化酚类物质的氧化,包括卡式肺囊虫肺炎在文献中是可用的。16-18 For PCP oxidation, the enzymes that have been tested include horseradish peroxidase (HRP),19-25 laccase,26-28 ligninase,29 and other extracellular peroxidases.30
因为合已广泛使用变换多种酚类污染物,本章的重点是突出方面HRP-catalyzed氧化的卡式肺囊虫肺炎的过氧化氢(H2O2)。芳香自由基氧化过程产生,结合形成聚合物的溶解度低,最终沉淀的解决方案。因此,enzymemediated删除过程也被称为聚合沉淀。卡式肺囊虫肺炎的HRP-catalyzed氧化的主要产品pH值范围4 - 7是2,3,4,5,6-pentachloro-4-pentachloro-phenoxy-2, 5-cyclohexadienone (PPCHD)。31日PPCHD的耦合是由两个pentachloro-phenoxyl自由基,预期的单电子产品合和其他氧化物酶催化氧化反应。PPCHD的化学结构是如图17.2所示。尽管HRPmediated氧化耦合过程具有巨大潜力的水溶液被PCP污染,阻碍其应用的低操作稳定合由于失活的酶的底物,H2O2.32感兴趣的关键领域报道的说明是在本章中过氧化氢合活动的抑制作用。为此,结合饱和动力学理论模型,形成催化地活动形式的合过量的过氧化氢的存在是为了便于开发的定量评价HRP.20氧化失活的应该注意的是,合失活可以通过另外两个发生机制:激进的攻击和吸附沉淀产品。这种机制的分析已经超出了本章的范围。
答:ci ci ci
答:ci ci ci
Cl Cl Cl Cl
Cl Cl Cl Cl
图17.2化学结构的2、3、4、5,6-pentachloro-4-pentachlorophenoxy-2, 5-cyclohexadienone (PPCHD)。
17.2描述的辣根过氧化物酶
顾名思义,合(EC 1.11.1.7)是独立于辣根的根(Armoracia rusticana)。全面的描述结构、功能、作用机理,以及实际应用合最近由Veitch.33合几个独特的同功酶的形式存在,与C同工酶(合C)是主要的形式。它由308个氨基酸残基,一个铁血红素辅基,和2摩尔每摩尔的蛋白质,钙添加分子量为34520。二硫化糖化,包含四个高度保守的桥梁。最近,有合的关键的进步我们的理解和一些包括x射线晶体晶体structure34合C的研究以及中间物种在酶的催化循环。35合可以容纳广泛的底物在各种反应。尽管它广泛用于分析诊断等在酶免疫测定和生物传感器,其操作稳定性低阻碍商业应用在有机合成各种药物和化学物质的生物转化和解毒的芳香族污染物。
17.3模型开发
17.3.1催化合周期和失活
合各种有机和催化氧化无机物质以过氧化氢为电子受体。方程描述的全球反应催化合是17.1,一个氧化剂(H2O2)与还原反应底物(AH2)产生一个激进的产品(啊)和水:
过氧化氢+ 2 AH2合> 2•啊+ 2水
上述反应在三个不同的步骤。首先,本机铁氧化底物的酶反应(过氧化氢)。绑定后过氧化氢中的血红素铁(III)状态、过氧化氢结果的异种溶解的乳沟oxygen-oxygen债券的两电子氧化亚铁血红素形成一个中间(化合物I)组成一个ferryl物种(Fe (IV) = O)和prophy-rin激进的阳离子,与相伴释放水分子。复合我是一个活性中间体,高氧化态形式(+ 3 + 5而休息酶)。复合我然后转换回休息酶通过连续的单电子转移两个降低底物分子(AH2)。prophyrin激进的阳离子,的第一次减少,产量第二个酶中间,保留了血红素的化合物II, ferryl (Fe (IV) = O)国家和自由基•啊。第二减少再生酶的铁血红素静息状态,并将另一个自由基•呀和一个水分子。合的催化循环涉及的氧化和还原血红素基团可以通过以下描述反应方案:
E +过氧化氢^ Ei +水(17.2)
Ei + AH2 ^ Eii +•啊(17.3)
Eii + AH2 ^ E +•啊+水(17.4)
在这些方程,E、Ei和Eii代表休息酶,复合,我分别和化合物II。
大量研究表明,氧化多种AH2合在过氧化氢的存在具有酶活性的丧失。现在普遍认为,合H2O2.32灭活,因为最后一步方程(17.4),在此期间氧化ferryl中间降低,速度非常慢,失活的合被认为发生的反应与一个额外的过氧化氢分子化合物II:
第三Eiii称为复合,这是一个不活跃的形式的酶。失活的程度似乎取决于几个因素,包括选择捐赠者AH2,过氧化氢的量,和过氧化氢的浓度比和电子供体。上述反应方案描述和总结了主要的催化和失活途径已确定。由于酶是一个重要的贡献者污染物降解的成本,明智的过氧化氢浓度的控制,以避免酶失活将有助于提高该方法的商业可行性。我们描述一个数学模型,可用于预测过氧化氢的抑制作用在合的催化行为。
17.3.2提出的反应机理
卡式肺囊虫肺炎的氧化动力学模型描述HRP-catalyzed过氧化氢应该占合的浓度的影响,卡式肺囊虫肺炎和过氧化氢反应速率。获得这样一个方程,提出了涉及饱和动力学反应机理。基于17.3.1节中描述的反应计划,这意味着催化循环是不可逆转的,三个不同的反应步骤(方程17.2到17.4)修改为包括Michaelis-Menten复合物的形成:
E +过氧化氢,s E * - ^ Ei + H2O
Eii +卡式肺囊虫肺炎E *——^ E + P + H2O
在这些方程,E, E *,和E *代表Michaelis-Menten复合物,•P是PCP-derived激进,转k6 k_j k_3 k_5, k是各自的反应的速率常数。Michaelis-Menten复合物的存在之间的合和过氧化氢(E *)和复合我之间或化合物II和某些减少基质(Ei *或*我)已经证明了范Haandel和同事,36门敏和van疣,37 Rodriguez-Lopez和同事,分别为38。应该注意的是,激进的生成方程方程17.7和17.8的步骤也被证明是可逆的。39的整体反应
过氧化氢+ 2卡式肺囊虫肺炎合> 2 - p + h2o 22 2 (17.9)
激进的中间体•P可以彼此联系在一起,形成的聚合物沉淀很容易从水中移除(见图17.2)。自由基聚合的是极快,因此它是不包括在上面的反应计划。
17.3.3反应速率方程的推导
获得一个速率方程基于方程17.6,17.7,和17.8,以下假设。首先,开始时的反应产品的浓度被认为是零相比与反应物。因此,这些方程可以被认为是本质上不可逆过程的早期反应。第二,方程17.8被认为是病原反应步骤,因为大多数稳态条件下合与过氧化氢的反应非常快,和化合物II的反应减少衬底至少比复合I.40慢10到20倍的整体反应速率V是这样的
V =转k6 (E *) (17.10)
运用稳态假设,反应机理的速率方程描述方程17.6,17.7,和17.8可以得到:
k_3 + k4 |
+ |
k_5 + k ( |
k3 k4 |
k5k6 |
|
1 |
1 |
1 |
+ |
+ |
|
k2 |
k4 |
转k6 |
(PCP) + -v-5-V ^(过氧化氢)+(过氧化氢)(PCP)
(E0)表示初始浓度的酶。更多细节关于方程推导的图解方法17.11的国王和Altman41在附录中给出。方程17.11表明,反应机理遵循著名的乒乓球Bi-Bi机制。这种机制的特点是酶的反应的产物与第一衬底(即。过氧化氢),发布前的反应与第二衬底(即酶。卡式肺囊虫肺炎)。速率方程的一般形式是由基于乒乓Bi-Bi机制
[一]和[B]表示两种不同底物的浓度,Kcat,公里,和公里是常数。
重铸方程17.11的形式方程17.12了
<哈(PCP) + KmCP(过氧化氢)+ (H2O2HPCP) (3)
k_1 + k”1 _。l ^过氧化氢= k \ k2
k 3 + k4 |
+ |
k 5 + k |
k3k4 |
k5k6 |
|
1 |
1 |
1 |
+ |
+ |
|
k2 |
k4 |
转k6 |
猫1 1 1米1 1 1 m
k2 k4转k6 k2 k4转k6
方程17.13已经推导出不考虑合的失活的过氧化氢,方程17.5中描述。一个简单的方法来解决这一问题是引入了一个失活常数方程17.13:
Ki在哪一个失活常数描述过氧化氢的抑制作用。方程17.14可用于预测的影响酶,过氧化氢,和PCP浓度以及抑制过氧化氢浓度对反应速率的影响,只要四个常量Kcat KmH2O2, KmPCP, Ki是已知的。在下一节中,我们描述如何将这些常量可以估计拟合方程17.14实验数据。
17.4参数估计和模型验证17.4.1实验数据
生成实验数据进行参数估计,批反应实验25°C使用解决方案包含克分子数相等的卡式肺囊虫肺炎和过氧化氢的浓度在100毫米(0.01 - 6毫米)钠磷酸盐缓冲剂(pH值6.5)。酶促反应是由添加剂量的合股票解决反应混合物。实验在四个不同的初始酶浓度:0.13,0.148,0.295,和0.34 | M。解决方案以固定时间间隔采集标本和离心沉淀胶粒定居。PCP浓度的上层清液用紫外分光光度计测定。最初的反应率估计从最初的斜坡PCP浓度与时间的曲线。额外的实验生成一组新的数据进行模型验证。在这些实验中,最初的酶浓度和卡式肺囊虫肺炎是固定在0.72 | | M和1.5毫米,分别,虽然最初的过氧化氢浓度变化范围在0.01 - 12毫米。
17.4.2参数估计
方程17.14中的四个常数可能估计拟合方程给出的初始反应速率测量数据如图17.3所示。因为克分子数相等的两个底物的浓度,卡式肺囊虫肺炎和过氧化氢,在实验中,使用方程17.14可以简化如下:
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