กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 9 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

ใน วิชาเคมี อัตราการ เกิด ปฏิกิริยาเคมี ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายอย่าง เช่น อุณหภูมิ ค่า pH สาร ตั้งต้น ความ เข้มข้น ของ ผลิตภัณฑ์ และตัวกระตุ้นอื่นๆ...

สัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น

ในวิชาเคมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายอย่าง เช่นอุณหภูมิค่าpHสารตั้งต้นความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และตัวกระตุ้นอื่นๆ ระดับที่ปัจจัยเหล่านี้เปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะถูกอธิบายด้วยสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นสัมประสิทธิ์นี้กำหนดไว้ดังนี้:

εฉันวี=(วีฉันฉันวี)เจ,เค,=lnวีlnฉันวี%ฉัน%{\displaystyle \varepsilon _{s_{i}}^{v}=\left({\frac {\partial v}{\partial s_{i}}}{\frac {s_{i}}{v}}\right)_{s_{j},\,s_{k},\,\ldots }={\frac {\partial \ln v}{\partial \ln s_{i}}}\approx {\frac {v\%}{s_{i}\%}}}

ที่ไหนวี{\displaystyle v}แสดงถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาและ{\displaystyle s}แสดงถึง ความเข้มข้น ของสารตั้งต้นโปรดทราบว่าสัญลักษณ์จะใช้ตัวอักษรโรมันตัวเล็ก เช่น,{\displaystyle s,}เพื่อระบุความเข้มข้น

อนุพันธ์ย่อยในคำจำกัดความบ่งชี้ว่าความยืดหยุ่นถูกวัดโดยสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของปัจจัย S ในขณะที่ปัจจัยอื่นๆ ทั้งหมดคงที่ ปัจจัยที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ เอนไซม์ และตัวกระตุ้น การปรับขนาดของสัมประสิทธิ์ทำให้มั่นใจได้ว่าไม่มีมิติและเป็นอิสระจากหน่วยที่ใช้ในการวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาและขนาดของปัจจัย สัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นเป็นส่วนสำคัญของการวิเคราะห์การควบคุมเมตาบอ ลิซึม และถูกนำมาใช้ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 และอาจจะก่อนหน้านั้นโดยHenrik Kacserและ Burns [ 1 ]ในเอดินบะระ และ Heinrich และ Rapoport [ 2 ]ในเบอร์ลิน

แนวคิดเรื่องความยืดหยุ่นได้รับการอธิบายโดยผู้เขียนคนอื่นๆ ด้วยเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Savageau [ 3 ]ในมิชิแกนและ Clarke [ 4 ]ที่เอดมันตัน ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 Michael Savageau [ 3 ]ได้พัฒนาแนวทางใหม่ที่เรียกว่าทฤษฎีระบบชีวเคมีซึ่งใช้การขยายกำลังเพื่อประมาณค่าความไม่เป็นเชิงเส้นในจลนศาสตร์ชีวเคมี ทฤษฎีนี้คล้ายคลึงกับการวิเคราะห์การควบคุมการเผาผลาญและได้รับการใช้งานอย่างประสบความสำเร็จและกว้างขวางในการศึกษาคุณสมบัติของการป้อนกลับที่แตกต่างกันและโครงสร้างการควบคุมอื่นๆ ในเครือข่ายเซลล์ การขยายกำลังที่ใช้ในการวิเคราะห์นี้ใช้สัมประสิทธิ์ที่เรียกว่าลำดับจลนศาสตร์ ซึ่งเทียบเท่ากับสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น

Bruce Clarke [ 4 ]ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ได้พัฒนาทฤษฎีที่ซับซ้อนเกี่ยวกับการวิเคราะห์เสถียรภาพแบบไดนามิกในเครือข่ายเคมี ในส่วนหนึ่งของการวิเคราะห์ของเขา Clarke ยังได้แนะนำแนวคิดของลำดับจลน์และการประมาณกฎกำลังซึ่งค่อนข้างคล้ายกับการขยายกฎกำลังของ Savageau แนวทางของ Clarke อาศัยลักษณะโครงสร้างบางอย่างของเครือข่ายที่เรียกว่ากระแสสุดขั้ว (หรือเรียกว่าโหมดพื้นฐานในระบบชีวเคมี) ลำดับจลน์ของ Clarke ยังเทียบเท่ากับความยืดหยุ่นอีกด้วย

ความยืดหยุ่นยังสามารถตีความได้อย่างมีประโยชน์ว่าเป็นวิธีการที่สัญญาณแพร่กระจายขึ้นหรือลงตามเส้นทางที่กำหนด[ 5 ]

ข้อเท็จจริงที่ว่ากลุ่มต่างๆ ได้นำเสนอแนวคิดเดียวกันโดยอิสระ บ่งชี้ว่าค่าความยืดหยุ่น หรือลำดับจลน์ที่เทียบเท่ากัน น่าจะเป็นแนวคิดพื้นฐานในการวิเคราะห์ระบบชีวเคมีหรือเคมีที่ซับซ้อน

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น

ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นสามารถคำนวณได้ทั้งโดยวิธีพีชคณิตหรือโดยวิธีเชิงตัวเลข

การคำนวณสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นทางพีชคณิต

จากนิยามของสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นในรูปของอนุพันธ์ย่อยทำให้สามารถกำหนดความยืดหยุ่นของกฎอัตราใดๆ ได้โดยการหาอนุพันธ์ของกฎอัตราเทียบกับตัวแปรอิสระแล้วปรับขนาด ตัวอย่างเช่น สัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นสำหรับกฎอัตราแบบมวล-การกระทำเช่น:

วี=เค 1n12n2{\displaystyle v=k\ s_{1}^{n_{1}}s_{2}^{n_{2}}}

ที่ไหนวี{\displaystyle v}คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเค{\displaystyle k}ค่า คง ที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาฉัน{\displaystyle s_{i}}คือสารเคมีชนิด ที่ i ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา และnฉัน{\displaystyle n_{i}}ลำดับปฏิกิริยาที่ i จากนั้นความยืดหยุ่นε1วี{\displaystyle \varepsilon _{s_{1}}^{v}}สามารถหาได้โดยการหาอนุพันธ์ของกฎอัตราเทียบกับ1{\displaystyle s_{1}}และการปรับขนาด:

ε1วี=วี11วี=n1 เค 1n112n21เค 1n12n2=n1{\displaystyle \varepsilon _{s_{1}}^{v}={\frac {\partial v}{\partial s_{1}}}{\frac {s_{1}}{v}}=n_{1}\ k\ s_{1}^{n_{1}-1}s_{2}^{n_{2}}{\frac {s_{1}}{k\ s_{1}^{n_{1}}s_{2}^{n_{2}}}}=n_{1}}

กล่าวคือ ความยืดหยุ่นของกฎอัตราปฏิกิริยามวลสารจะเท่ากับอันดับปฏิกิริยาของสารประกอบนั้นๆ

ตัวอย่างเช่น ความยืดหยุ่นของ A ในปฏิกิริยา2เอซี{\displaystyle 2A\rightleftharpoons C}โดยอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะกำหนดโดย:วี=เคเอ2{\displaystyle v=kA^{2}}สามารถประเมินค่าความยืดหยุ่นได้โดยใช้:

εเอวี=วีเอเอวี=2เคเอเอเคเอ2=2{\displaystyle \varepsilon _{a}^{v}={\frac {\partial v}{\partial a}}{\frac {a}{v}}={\frac {2kaa}{ka^{2}}}=2}

ค่าความยืดหยุ่นสามารถหาได้จากกฎอัตราที่ซับซ้อนกว่า เช่นกฎอัตราของไมเคิลลิส-เมนเทนถ้า

วี=วีสูงสุดเค+{\displaystyle v={\frac {V_{\max }s}{K_{m}+s}}}

จากนั้นจึงสามารถแสดงให้เห็นได้อย่างง่ายดายว่า

εวี=เคเค+{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}={\frac {K_{m}}{K_{m}+s}}}

สมการนี้แสดงให้เห็นถึงแนวคิดที่ว่าค่าความยืดหยุ่นไม่จำเป็นต้องเป็นค่าคงที่ (เช่นเดียวกับกฎการกระทำมวล) แต่สามารถเป็นฟังก์ชันของความเข้มข้นของสารตั้งต้นได้ ในกรณีนี้ ค่าความยืดหยุ่นจะเข้าใกล้หนึ่งที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่ำ และเข้าใกล้ศูนย์ที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นสูง

A. ความชันของกราฟอัตราการเกิดปฏิกิริยาเทียบกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น โดยปรับขนาดด้วยทั้งความเข้มข้นของสารตั้งต้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยา จะได้ค่าความยืดหยุ่น หากนำค่าลอการิทึมของอัตราการเกิดปฏิกิริยาและค่าลอการิทึมของความเข้มข้นของสารตั้งต้นมาพล็อต ค่าความยืดหยุ่นสามารถอ่านได้โดยตรงจากความชันของกราฟ กราฟเหล่านี้สร้างขึ้นโดยสมมติว่า v = s/(2 + s)

สำหรับกฎอัตราไมเคิลลิส-เมนเทน แบบผันกลับได้ :

วี=วีสูงสุด/เค1(พี/เคสมการ)1+/เค1+พี/เค2{\displaystyle v={\frac {V_{\max }/K_{m_{1}}(s-p/K_{\text{eq}})}{1+s/K_{m_{1}}+p/K_{m_{2}}}}}

ที่ไหนวีสูงสุด{\displaystyle V_{\max }}คือกองหน้าวีเอx{\displaystyle V_{max}},เค1{\displaystyle K_{m_{1}}}กองหน้าเค{\displaystyle K_{m}},เคอีq{\displaystyle K_{eq}}ค่าคง ที่สมดุล และเค2{\displaystyle K_{m_{2}}}ในทางกลับกันเค{\displaystyle K_{m}}สามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นได้สองค่า ค่าหนึ่งเทียบกับวัสดุตั้งต้น S และอีกค่าหนึ่งเทียบกับผลิตภัณฑ์ P ดังนี้:

εวี=11Γ/เคสมการ/เค11+/เค1+พี/เค2{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}={\frac {1}{1-\Gamma /K_{\text{eq}}}}-{\frac {s/K_{m_{1}}}{1+s/K_{m_{1}}+p/K_{m_{2}}}}}
εพีวี=Γ/เคสมการ1Γ/เคสมการพี/เค21+/เค1+พี/เค2{\displaystyle \varepsilon _{p}^{v}={\frac {-\Gamma /K_{\text{eq}}}{1-\Gamma /K_{\text{eq}}}}-{\frac {p/K_{m_{2}}}{1+s/K_{m_{1}}+p/K_{m_{2}}}}}

ที่ไหนΓ{\displaystyle \Gamma }คืออัตราส่วนมวลต่อการกระทำนั่นคือΓ=พี/{\displaystyle \Gamma =p/s}โปรดทราบว่าเมื่อ p = 0 สมการจะลดลงเหลือกรณีของกฎ Michaelis–Menten ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

ตัวอย่างสุดท้าย ลองพิจารณาสมการของฮิลล์ :

วี=วีสูงสุด(/เค)n1+(/เค)n{\displaystyle v={\frac {V_{\max }(s/K_{s})^{n}}{1+(s/K_{s})^{n}}}}

โดยที่ n คือสัมประสิทธิ์ของฮิลล์ และเค{\displaystyle K_{s}}ถ้า คือค่าสัมประสิทธิ์ครึ่งอิ่มตัว (ดูจากกฎอัตราของ Michaelis–Menten ) ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นจะกำหนดโดย:

εวี=n1+(/เค)n{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}={\frac {n}{1+(s/K_{s})^{n}}}}

โปรดสังเกตว่าที่ความเข้มข้นต่ำของSค่าความยืดหยุ่นจะเข้าใกล้nและที่ความเข้มข้นสูงของSค่าความยืดหยุ่นจะเข้าใกล้ศูนย์ ซึ่งหมายความว่าค่าความยืดหยุ่นอยู่ระหว่างศูนย์และค่าสัมประสิทธิ์ของ Hill 

คุณสมบัติการรวมของสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น

ค่าความยืดหยุ่นสำหรับปฏิกิริยาแบบย้อนกลับได้ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์แบบยูนิ-ยูนิ ได้รับการกำหนดไว้ก่อนหน้านี้โดย:

εวี=11Γ/เคสมการ/เค11+/เค1+พี/เค2{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}={\frac {1}{1-\Gamma /K_{\text{eq}}}}-{\frac {s/K_{m_{1}}}{1+s/K_{m_{1}}+p/K_{m_{2}}}}}
εพีวี=Γ/เคสมการ1Γ/เคสมการพี/เค21+/เค1+พี/เค2{\displaystyle \varepsilon _{p}^{v}={\frac {-\Gamma /K_{\text{eq}}}{1-\Gamma /K_{\text{eq}}}}-{\frac {p/K_{m_{2}}}{1+s/K_{m_{1}}+p/K_{m_{2}}}}}

ผลลัพธ์ที่น่าสนใจอย่างหนึ่งสามารถได้มาจากการประเมินผลรวมεวี+εพีวี{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}+\varepsilon _{p}^{v}}สามารถแสดงให้เห็นว่ามีค่าเท่ากับ:

εวี+εพีวี=11+/เค1+พี/เค2{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}+\varepsilon _{p}^{v}={\frac {1}{1+s/K_{m_{1}}+p/K_{m_{2}}}}}

สามารถพิจารณาได้สองกรณีสุดขั้ว คือ ที่ความอิ่มตัวสูง (>เค1,พี>เค2{\displaystyle s>K_{m_{1}},p>K_{m_{2}}}) พจน์ทางด้านขวามีแนวโน้มเข้าใกล้ศูนย์ ดังนั้น:

εวีεพีวี{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\approx -\varepsilon _{p}^{v}}

นั่นหมายความว่าค่าสัมบูรณ์ของความยืดหยุ่นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มีแนวโน้มจะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ยากที่เอนไซม์ที่กำหนดจะมีทั้งความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มากกว่าค่า Km ของแต่ละตัวมากนัก สถานการณ์ที่เป็นไปได้มากกว่าคือเมื่อเอนไซม์ทำงานภายใต้สภาวะที่ไม่ถึงจุดอิ่มตัว (<เค1,พี<เค2{\displaystyle s<K_{m_{1}},p<K_{m_{2}}}ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เราจะได้ผลลัพธ์ที่ง่ายกว่า:

εวี+εพีวี1{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}+\varepsilon _{p}^{v}\approx 1}

หากกล่าวในอีกรูปแบบหนึ่ง เราสามารถระบุได้ว่า:

||εวี||>||εพีวี||{\displaystyle ||\varepsilon _{s}^{v}||>||\varepsilon _{p}^{v}||}

นั่นคือค่าสัมบูรณ์ของความยืดหยุ่นของสารตั้งต้นจะมากกว่าค่าสัมบูรณ์ของความยืดหยุ่นของผลิตภัณฑ์ ซึ่งหมายความว่าสารตั้งต้นจะมีอิทธิพลอย่างมากต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้ามากกว่าผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง[ 6 ]

ผลลัพธ์นี้มีนัยสำคัญต่อการกระจายการควบคุมฟลักซ์ในเส้นทางที่มีขั้นตอนปฏิกิริยาที่ไม่ถึงจุดอิ่มตัว โดยทั่วไป การรบกวนใกล้จุดเริ่มต้นของเส้นทางจะมีอิทธิพลต่อฟลักซ์ในสภาวะสมดุลมากกว่าขั้นตอนที่อยู่ถัดไป เนื่องจาก การรบกวนที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางจะถูกกำหนดโดยความยืดหยุ่นของสารตั้งต้นทั้งหมด ในขณะที่การรบกวนที่อยู่ถัดไปซึ่งต้องเคลื่อนที่ย้อนกลับจะถูกกำหนดโดยความยืดหยุ่นของผลิตภัณฑ์ เนื่องจากเราพบว่าความยืดหยุ่นของสารตั้งต้นมีแนวโน้มที่จะมากกว่าความยืดหยุ่นของผลิตภัณฑ์ นั่นหมายความว่าการรบกวนที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางจะถูกลดทอนน้อยกว่าการรบกวนที่เคลื่อนที่ย้อนกลับ ผลสุทธิคือการควบคุมฟลักซ์มีแนวโน้มที่จะกระจุกตัวอยู่ที่ขั้นตอนต้นน้ำมากกว่าขั้นตอนปลายทาง[ 7 ] [ 8 ]

ตารางด้านล่างสรุปค่าสุดขั้วของความยืดหยุ่นที่กำหนดโดยกฎอัตรา Michaelis-Menten แบบผันกลับได้ ตาม Westerhoff et al. [ 9 ]ตารางนี้แบ่งออกเป็นสี่กรณี ซึ่งรวมถึงประเภท 'ผันกลับได้' หนึ่งประเภท และประเภท 'ผันกลับไม่ได้' สามประเภท

ค่าความยืดหยุ่นโดยประมาณภายใต้เงื่อนไขต่างๆ
สถานะสมดุลระดับความอิ่มตัวความยืดหยุ่น
ใกล้สมดุลระดับความอิ่มตัวทั้งหมดεวี1,εพีวี1{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\gg 1,\varepsilon _{p}^{v}\ll -1}
ภาวะไม่สมดุลวัสดุคุณภาพสูง ผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงεวีεพีวี{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\approx -\varepsilon _{p}^{v}}
ภาวะไม่สมดุลสารตั้งต้นคุณภาพสูง ผลิตภัณฑ์คุณภาพต่ำεวี0,εพีวี0{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\approx 0,\varepsilon _{p}^{v}\approx 0}
ภาวะไม่สมดุลวัสดุตั้งต้นน้อย ผลิตภัณฑ์สูงεวี1,εพีวี1{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\approx 1,\varepsilon _{p}^{v}\approx -1}
ภาวะไม่สมดุลปริมาณวัตถุดิบต่ำ ผลผลิตต่ำεวี1,εพีวี0{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\approx 1,\varepsilon _{p}^{v}\approx 0}

ความยืดหยุ่นที่สัมพันธ์กับความเข้มข้นของเอนไซม์

ความยืดหยุ่นของปฏิกิริยาที่เร่งด้วยเอนไซม์เมื่อเทียบกับความเข้มข้นของเอนไซม์นั้นมีความสำคัญเป็นพิเศษ แบบจำลองไมเคิลลิสของการทำงานของเอนไซม์หมายความว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เร่งด้วยเอนไซม์เป็นฟังก์ชันเชิงเส้นของความเข้มข้นของเอนไซม์ ตัวอย่างเช่น กฎอัตราไมเคิลลิสแบบไม่ผันกลับได้แสดงไว้ด้านล่าง โดยที่ความเร็วสูงสุดวี{\displaystyle V_{m}}ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนโดยผลคูณของเคเอที{\displaystyle k_{cat}}และความเข้มข้นของเอนไซม์ทั้งหมดอีที{\displaystyle E_{t}}:

วี=เคเอทีอีทีเค+{\displaystyle v={\frac {k_{cat}E_{t}s}{K_{m}+s}}}

โดยทั่วไป เราสามารถแสดงความสัมพันธ์นี้ได้ในรูปผลคูณของความเข้มข้นของเอนไซม์และฟังก์ชันความอิ่มตัวเอฟ(){\displaystyle f(s)}:

วี=อีทีเอฟ(){\displaystyle v=E_{t}f(s)}

รูปแบบนี้สามารถนำไปใช้กับกลไกของเอนไซม์หลายอย่างได้ ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นสามารถหาได้ดังนี้:

εอีทีวี=วีอีทีอีทีวี=เอฟ()อีทีอีทีเอฟ()=1{\displaystyle \varepsilon _{E_{t}}^{v}={\frac {\partial v}{\partial E_{t}}}{\frac {E_{t}}{v}}=f(s){\frac {E_{t}}{E_{t}f(s)}}=1}

ผลลัพธ์นี้เองที่เป็นที่มาของทฤษฎีบทการรวมค่าสัมประสิทธิ์ควบคุม

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นเชิงตัวเลข

สัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นยังสามารถคำนวณได้ด้วยวิธีเชิงตัวเลข ซึ่งมักจะทำในซอฟต์แวร์จำลอง[ 10 ]

ตัวอย่างเช่น สามารถทำการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (เช่น 5%) กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เลือกไว้ และบันทึกการเปลี่ยนแปลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยา เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น สมมติว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาอ้างอิงคือวีโอ{\displaystyle v_{o}}และความเข้มข้นของสารตั้งต้นอ้างอิงโอ{\displaystyle s_{o}}ถ้าเราเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นขึ้นΔโอ{\displaystyle \Delta s_{o}}และบันทึกอัตราการเกิดปฏิกิริยาใหม่ดังนี้วี1{\displaystyle v_{1}}จากนั้นสามารถประมาณค่าความยืดหยุ่นได้โดยใช้สูตรผลต่างของนิวตัน :

εวีวี1วีโอΔโอโอวีโอ=วี1วีโอวีโอ/1โอโอ{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\simeq {\frac {v_{1}-v_{o}}{\Delta s_{o}}}{\frac {s_{o}}{v_{o}}}={\frac {v_{1}-v_{o}}{v_{o}}}/{\frac {s_{1}-s_{o}}{s_{o}}}}

การประมาณค่าความยืดหยุ่นที่ดีกว่ามากสามารถทำได้โดยการรบกวนสองครั้งแยกกันในโอ{\displaystyle s_{o}}การรบกวนหนึ่งครั้งเพื่อเพิ่มโอ{\displaystyle s_{o}}และอีกประการหนึ่งเพื่อลดลงโอ{\displaystyle s_{o}}ในแต่ละกรณี จะมีการบันทึกอัตราการเกิดปฏิกิริยาใหม่ ซึ่งเรียกว่าวิธีการประมาณค่าแบบสองจุดตัวอย่างเช่น ถ้าวี1{\displaystyle v_{1}}อัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อเราเพิ่มโอ{\displaystyle s_{o}}, และวี2{\displaystyle v_{2}}อัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อเราลดลงโอ{\displaystyle s_{o}}จากนั้นเราสามารถใช้สูตรสองจุดต่อไปนี้เพื่อประมาณค่าความยืดหยุ่นได้:

εวี12วี1วี21โอ(โอวีโอ){\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}\simeq {\frac {1}{2}}{\frac {v_{1}-v_{2}}{s_{1}-s_{o}}}\left({\frac {s_{o}}{v_{o}}}\right)}

การตีความแบบฟอร์มบันทึก

พิจารณาตัวแปรหนึ่งตัวy{\displaystyle y}เพื่อเป็นฟังก์ชันบางอย่างเอฟ(x){\displaystyle f(x)}นั่นคือy=เอฟ(x){\displaystyle y=f(x)}. ถ้าx{\displaystyle x}เพิ่มขึ้นจากx{\displaystyle x}ถึง(x+ชม.){\displaystyle (x+h)}จากนั้นการเปลี่ยนแปลงในค่าของy{\displaystyle y}จะได้รับโดยเอฟ(x+ชม.)เอฟ(x){\displaystyle f(x+h)-f(x)}อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนนั้นกำหนดโดย:

เอฟ(x+ชม.)เอฟ(x)เอฟ(x){\displaystyle {\frac {f(x+h)-f(x)}{f(x)}}}

อัตราการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน ณ จุดนั้นx{\displaystyle x}ได้มาจากนิพจน์ข้างต้นหารด้วยการเปลี่ยนแปลงขั้นบันไดในx{\displaystyle x}คุณค่า กล่าวคือชม.{\displaystyle h}:

อัตราการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน={\displaystyle =}

ลิมชม.0เอฟ(x+ชม.)เอฟ(x)ชม.เอฟ(x)=1เอฟ(x)ลิมชม.0เอฟ(x+ชม.)เอฟ(x)ชม.=1yyx{\displaystyle \lim _{h\rightarrow 0}{\frac {f(x+h)-f(x)}{hf(x)}}={\frac {1}{f(x)}}\lim _{h\rightarrow 0}{\frac {f(x+h)-f(x)}{h}}={\frac {1}{y}}{\frac {dy}{dx}}}

โดยใช้แคลคูลัส เราทราบว่า

lnyx=1yyx{\displaystyle {\frac {d\ln y}{dx}}={\frac {1}{y}}{\frac {dy}{dx}}},

ดังนั้น อัตราการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนจึงเท่ากับ:

lnyx{\displaystyle {\frac {d\ln y}{dx}}}

ปริมาณนี้ใช้เป็นตัววัดอัตราการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนของฟังก์ชันy{\displaystyle y}เช่นเดียวกับy/x{\displaystyle dy/dx}วัดความชันของเส้นโค้งy=เอฟ(x){\displaystyle y=f(x)}วาดบนมาตราส่วนเชิงเส้นlny/x{\displaystyle d\ln y/dx}เป็นการวัดความชันของเส้นโค้งเมื่อพล็อตบนมาตราส่วนกึ่งลอการิทึม นั่นคือ อัตราการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน ตัวอย่างเช่น ค่าของ0.05{\displaystyle 0.05}หมายความว่าเส้นโค้งเพิ่มขึ้นที่5%{\displaystyle 5\%}ต่อหน่วยx{\displaystyle x}.

เราสามารถใช้เหตุผลเดียวกันนี้กับกรณีที่เราพล็อตฟังก์ชันบนทั้งสองพื้นผิวได้x{\displaystyle x}และy{\displaystyle y}มาตราส่วนลอการิทึม ในกรณีเช่นนี้ ผลลัพธ์ต่อไปนี้จะเป็นจริง:

lnylnx=xyyx{\displaystyle {\frac {d\ln y}{d\ln x}}={\frac {x}{y}}{\frac {dy}{dx}}}

การหาอนุพันธ์ในปริภูมิลอการิทึม

แนวทางหนึ่งที่เหมาะสมกับการคำนวณทางพีชคณิตโดย ใช้วิธี พีชคณิตคอมพิวเตอร์คือ การหาอนุพันธ์ในปริภูมิแบบลอการิทึม เนื่องจากความยืดหยุ่นสามารถนิยามได้ในรูปของลอการิทึม นั่นคือ:

εวี=lnวีln{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}={\frac {\partial \ln v}{\partial \ln s}}}

การหาอนุพันธ์ในพื้นที่ลอการิทึมเป็นแนวทางที่ชัดเจน การหาอนุพันธ์ลอการิทึมมีความสะดวกเป็นพิเศษในซอฟต์แวร์พีชคณิต เช่น Mathematica หรือ Maple ซึ่งสามารถกำหนดกฎการหาอนุพันธ์ลอการิทึม ได้ [ 11 ]

การตรวจสอบอย่างละเอียดและกฎที่ใช้ในการหาความแตกต่างในปริภูมิของลอการิทึม สามารถพบได้ที่ความยืดหยุ่นของฟังก์ชัน

เมทริกซ์ความยืดหยุ่น

ค่าความยืดหยุ่นที่ไม่ได้ปรับขนาดสามารถแสดงได้ในรูปแบบเมทริกซ์ ซึ่งเรียกว่าเมทริกซ์ความยืดหยุ่นที่ไม่ได้ปรับขนาดอี{\displaystyle {\mathcal {E}}}กำหนดให้มีเครือข่ายที่มี{\displaystyle m}ชนิดโมเลกุลและn{\displaystyle n}สำหรับปฏิกิริยาต่างๆ เมทริกซ์ความยืดหยุ่นที่ไม่ได้ปรับขนาดจะถูกกำหนดดังนี้:

อี=[วี11วี1วีn1วีn].{\displaystyle {\mathcal {E}}={\begin{bmatrix}{\dfrac {\partial v_{1}}{\partial s_{1}}}&\cdots &{\dfrac {\partial v_{1}}{\partial s_{m}}}\\\vdots &\ddots &\vdots \\{\dfrac {\partial v_{n}}{\partial s_{1}}}&\cdots &{\dfrac {\partial v_{n}}{\partial s_{m}}}\end{bmatrix}}.}

ในทำนองเดียวกัน เป็นไปได้หรือไม่ที่จะกำหนดเมทริกซ์ของความยืดหยุ่นที่ปรับขนาดแล้ว:

ε=[ε1วี1εวี1ε1วีnεวีn].{\displaystyle \mathbf {\varepsilon } ={\begin{bmatrix}\varepsilon _{s_{1}}^{v_{1}}&\cdots &\varepsilon _{s_{m}}^{v_{1}}\\\vdots &\ddots &\vdots \\\varepsilon _{s_{1}}^{v_{n}}&\cdots &\varepsilon _{s_{m}}^{v_{n}}\end{bmatrix}}.}

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • คอร์นิช-โบว์เดน, เอเธล (1995). พื้นฐานของจลนศาสตร์เอนไซม์ . สำนักพิมพ์พอร์ตแลนด์.
  • เฟลล์ ดี. (1997). ความเข้าใจเกี่ยวกับการควบคุมกระบวนการเผาผลาญ . สำนักพิมพ์พอร์ตแลนด์.
  • ไฮน์ริช, ไรน์ฮาร์ท; ชูสเตอร์, สเตฟาน (1996). การควบคุมระบบเซลล์ . แชปแมน แอนด์ ฮอลล์.

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

ใน วิชาเคมี อัตราการ เกิด ปฏิกิริยาเคมี ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายอย่าง เช่น อุณหภูมิ ค่า pH สาร ตั้งต้น ความ เข้มข้น ของ ผลิตภัณฑ์ และตัวกระตุ้นอื่นๆ...

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น

ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นสามารถคำนวณได้ทั้งโดยวิธีพีชคณิตหรือโดยวิธีเชิงตัวเลข

การคำนวณสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นทางพีชคณิต

จากนิยามของสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นในรูปของ อนุพันธ์ย่อย ทำให้สามารถกำหนดความยืดหยุ่นของกฎอัตราใดๆ ได้โดยการหาอนุพันธ์ของกฎอัตราเทียบกับตัวแปรอิสระแล้วปรับขนาด ตัวอย่างเช่น สัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นสำหรับ กฎอัตราแบบมวล-การกระทำ เช่น:

คุณสมบัติการรวมของสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น

ค่าความยืดหยุ่นสำหรับปฏิกิริยาแบบย้อนกลับได้ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์แบบยูนิ-ยูนิ ได้รับการกำหนดไว้ก่อนหน้านี้โดย: