Для получения масляной (одноосновной четырёх углеродной) кислоты клостридий, производящих эту кислоту в ходе брожения, культивировали в ферментёре. Единственным источником углерода в питательной среде была глюкоза, концентрация которой составляла 40 мг/мл. Условия культивирования поддерживали таковыми, чтобы единственным вариантом катаболизма глюкозы было брожение. К концу культивирования концентрация глюкозы снизилась до 13 мг/мл, а для определения концентрации масляной кислоты отобрали пробу культуральной жидкости объёмом 1 мл и провели ее титрование 5мМ NaOH. На титрование было затрачено 18 мл щелочи. Считайте, что других кислот в культуральной жидкости не было. Определите, какой процент поглощённой бактериями глюкозы был израсходован в катаболизме. Ответ представьте в процентах в виде целого числа.
1 Ответ
Решение:
1. Рассчитать количество образовавшейся масляной кислоты:
Объем щелочи, пошедший на титрование: 18 мл = 0.018 л
Концентрация щелочи: 5 мМ = 0.005 М
Количество щелочи (NaOH) в молях: 0.018 л * 0.005 моль/л = 0.00009 моль
Так как масляная кислота одноосновная, то на ее нейтрализацию требуется 1 моль NaOH на 1 моль кислоты. Следовательно, в пробе содержится 0.00009 моль масляной кислоты.
Объем пробы: 1 мл = 0.001 л
Концентрация масляной кислоты: 0.00009 моль / 0.001 л = 0.09 моль/л
Молярная масса масляной кислоты (C4H8O2) = 4*12 + 8*1 + 2*16 = 88 г/моль
Концентрация масляной кислоты в г/л: 0.09 моль/л * 88 г/моль = 7.92 г/л
Концентрация масляной кислоты в мг/мл: 7.92 г/л / 1000 мл/л = 0.00792 г/мл = 7.92 мг/мл
2. Рассчитать количество потреблённой глюкозы:
Начальная концентрация глюкозы: 40 мг/мл
Конечная концентрация глюкозы: 13 мг/мл
Разница (потреблённая глюкоза): 40 мг/мл — 13 мг/мл = 27 мг/мл
3. Определить стехиометрию брожения глюкозы с образованием масляной кислоты:
Упрощенная схема брожения глюкозы с образованием масляной кислоты выглядит так:
C6H12O6 -> C4H8O2 + 2CO2 + 2H2
Из уравнения видно, что из 1 моля глюкозы образуется 1 моль масляной кислоты.
Молярная масса глюкозы (C6H12O6) = 6*12 + 12*1 + 6*16 = 180 г/моль
4. Рассчитать, сколько глюкозы теоретически необходимо для образования найденного количества масляной кислоты:
Соотношение молярных масс глюкозы и масляной кислоты: 180 г/моль (глюкоза) / 88 г/моль (масляная кислота) ≈ 2.045
Теоретическое количество глюкозы, необходимое для образования 7.92 мг/мл масляной кислоты: 7.92 мг/мл * 2.045 ≈ 16.2 мг/мл
5. Рассчитать процент глюкозы, израсходованной на образование масляной кислоты (катаболизм):
Процент израсходованной глюкозы: (16.2 мг/мл / 27 мг/мл) * 100% ≈ 60%
Ответ: 60