酶催化基本理論課件

生物反應(yīng)過程是利用生物催化劑以完成生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的過程。生物催化劑微生物、植物的整體細(xì)胞從細(xì)胞中提取出來的酶第1頁/共30頁生物反應(yīng)過程是利用生物催化劑以完成生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的過程。生1概述酶是微生物等生物細(xì)胞生產(chǎn)的具有生物催化活性的蛋白質(zhì)；優(yōu)點(diǎn)：專一性；高效性；反應(yīng)條件溫和；缺點(diǎn)：容易變性失活，易被雜菌污染第2頁/共30頁概述酶是微生物等生物細(xì)胞生產(chǎn)的具有生物催化活性的蛋白質(zhì)；第22酶第3頁/共30頁酶第3頁/共30頁3第4頁/共30頁第4頁/共30頁4溶菌酶第5頁/共30頁溶菌酶第5頁/共30頁5本節(jié)內(nèi)容一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)二、影響酶活性的環(huán)境因素及穩(wěn)定性三、固定化酶反應(yīng)的特性變化四、固定化酶反應(yīng)器五、固定化酶在生物制藥生產(chǎn)中的應(yīng)用舉例第6頁/共30頁本節(jié)內(nèi)容一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)第6頁/共30頁6一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)—米氏方程單底物酶促反應(yīng)酶底物復(fù)合物產(chǎn)物第7頁/共30頁一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)—米氏方程單底物酶促反應(yīng)酶底物復(fù)合物7假設(shè)【S】≧【E】,【ES】不變米氏方程產(chǎn)物的生產(chǎn)速率第8頁/共30頁假設(shè)【S】≧【E】,米氏方程產(chǎn)物的生產(chǎn)速率第8頁/共30頁8關(guān)鍵是求取Km和υmax的值第9頁/共30頁關(guān)鍵是求取Km和υmax的值第9頁/共30頁9實(shí)際反應(yīng)中，由于存在底物或者抑制劑的抑制會降低酶反應(yīng)速率。（一）、底物抑制（二）、抑制劑抑制第10頁/共30頁實(shí)際反應(yīng)中，由于存在底物或者抑制劑的抑制會降低酶反應(yīng)速率。第10（一）底物抑制的酶反應(yīng)方程第11頁/共30頁（一）底物抑制的酶反應(yīng)方程第11頁/共30頁11（二）抑制物抑制的酶反應(yīng)方程第12頁/共30頁（二）抑制物抑制的酶反應(yīng)方程第12頁/共30頁12二、影響酶活性的環(huán)境因素及穩(wěn)定性1.溫度在適宜的溫度范圍內(nèi)，酶反應(yīng)速率基本符合阿倫尼烏斯定律，即最佳pH值第13頁/共30頁二、影響酶活性的環(huán)境因素及穩(wěn)定性1.溫度最佳pH值第13頁/132.pH每種酶都有適宜的pH值范圍，并且有最佳的pH,在此pH下，酶催化反應(yīng)速率達(dá)到最大第14頁/共30頁2.pH第14頁/共30頁14酶游離酶固定化酶難以回收，增加成本生產(chǎn)中常常采用固定化酶第15頁/共30頁酶游離酶固定化酶難以回收，增加成本生產(chǎn)中常常采用第15頁/共15三、固定化酶反應(yīng)的特性變化定義：固定化酶就是把游離酶經(jīng)過處理約束限制在一固定空間或載體上形成的酶。第16頁/共30頁三、固定化酶反應(yīng)的特性變化定義：固定化酶就是把游離酶經(jīng)過處理16酶固定化的方法可以分為四類：（1）包埋法（2）吸附法（3）交聯(lián)法（4）共價法第17頁/共30頁酶固定化的方法可以分為四類：第17頁/共30頁17主要變化如下：（1）酶活力的改變：活性降低（2）穩(wěn)定性提高（3）最適宜作用溫度的改變（4）最適pH值的改變（5）反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)的改變（6）相對酶活力與半衰期第18頁/共30頁主要變化如下：（1）酶活力的改變：活性降低第18頁/共30頁18四、固定化酶反應(yīng)器與游離酶反應(yīng)器（一）游離酶反應(yīng)器A.機(jī)械攪拌反應(yīng)器（分批、半連續(xù)和連續(xù)操作）B.超濾膜反應(yīng)器（連續(xù)操作或間歇循環(huán)操作）第19頁/共30頁四、固定化酶反應(yīng)器與游離酶反應(yīng)器（一）游離酶反應(yīng)器第19頁/19機(jī)械攪拌反應(yīng)器第20頁/共30頁機(jī)械攪拌反應(yīng)器第20頁/共30頁20超濾膜反應(yīng)器第21頁/共30頁超濾膜反應(yīng)器第21頁/共30頁21側(cè)置膜超濾系統(tǒng)

第22頁/共30頁側(cè)置膜超濾系統(tǒng)第22頁/共30頁22固定化酶反應(yīng)器多種型式：攪拌罐、固定床或填充床、流化床、膜式。第23頁/共30頁固定化酶反應(yīng)器多種型式：第23頁/共30頁23不銹鋼攪拌罐第24頁/共30頁不銹鋼攪拌罐第24頁/共30頁24玻璃鋼攪拌罐第25頁/共30頁玻璃鋼攪拌罐第25頁/共30頁25電加熱攪拌罐第26頁/共30頁電加熱攪拌罐第26頁/共30頁26第27頁/共30頁第27頁/共30頁27第28頁/共30頁第28頁/共30頁28五、固定化酶在生物制藥生產(chǎn)的應(yīng)用舉例利用固定化青霉素?；复呋烊坏那嗝顾谿或V生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸（進(jìn)一步合成氨芐青霉素）利用固定化氨基?；柑幚砗蠰型和D型的外消旋氨基酶混合物（制備純的L-氨基酸）第29頁/共30頁五、固定化酶在生物制藥生產(chǎn)的應(yīng)用舉例利用固定化青霉素?；复?9第30頁/共30頁第30頁/共30頁30生物反應(yīng)過程是利用生物催化劑以完成生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的過程。生物催化劑微生物、植物的整體細(xì)胞從細(xì)胞中提取出來的酶第1頁/共30頁生物反應(yīng)過程是利用生物催化劑以完成生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的過程。生31概述酶是微生物等生物細(xì)胞生產(chǎn)的具有生物催化活性的蛋白質(zhì)；優(yōu)點(diǎn)：專一性；高效性；反應(yīng)條件溫和；缺點(diǎn)：容易變性失活，易被雜菌污染第2頁/共30頁概述酶是微生物等生物細(xì)胞生產(chǎn)的具有生物催化活性的蛋白質(zhì)；第232酶第3頁/共30頁酶第3頁/共30頁33第4頁/共30頁第4頁/共30頁34溶菌酶第5頁/共30頁溶菌酶第5頁/共30頁35本節(jié)內(nèi)容一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)二、影響酶活性的環(huán)境因素及穩(wěn)定性三、固定化酶反應(yīng)的特性變化四、固定化酶反應(yīng)器五、固定化酶在生物制藥生產(chǎn)中的應(yīng)用舉例第6頁/共30頁本節(jié)內(nèi)容一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)第6頁/共30頁36一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)—米氏方程單底物酶促反應(yīng)酶底物復(fù)合物產(chǎn)物第7頁/共30頁一、單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)—米氏方程單底物酶促反應(yīng)酶底物復(fù)合物37假設(shè)【S】≧【E】,【ES】不變米氏方程產(chǎn)物的生產(chǎn)速率第8頁/共30頁假設(shè)【S】≧【E】,米氏方程產(chǎn)物的生產(chǎn)速率第8頁/共30頁38關(guān)鍵是求取Km和υmax的值第9頁/共30頁關(guān)鍵是求取Km和υmax的值第9頁/共30頁39實(shí)際反應(yīng)中，由于存在底物或者抑制劑的抑制會降低酶反應(yīng)速率。（一）、底物抑制（二）、抑制劑抑制第10頁/共30頁實(shí)際反應(yīng)中，由于存在底物或者抑制劑的抑制會降低酶反應(yīng)速率。第40（一）底物抑制的酶反應(yīng)方程第11頁/共30頁（一）底物抑制的酶反應(yīng)方程第11頁/共30頁41（二）抑制物抑制的酶反應(yīng)方程第12頁/共30頁（二）抑制物抑制的酶反應(yīng)方程第12頁/共30頁42二、影響酶活性的環(huán)境因素及穩(wěn)定性1.溫度在適宜的溫度范圍內(nèi)，酶反應(yīng)速率基本符合阿倫尼烏斯定律，即最佳pH值第13頁/共30頁二、影響酶活性的環(huán)境因素及穩(wěn)定性1.溫度最佳pH值第13頁/432.pH每種酶都有適宜的pH值范圍，并且有最佳的pH,在此pH下，酶催化反應(yīng)速率達(dá)到最大第14頁/共30頁2.pH第14頁/共30頁44酶游離酶固定化酶難以回收，增加成本生產(chǎn)中常常采用固定化酶第15頁/共30頁酶游離酶固定化酶難以回收，增加成本生產(chǎn)中常常采用第15頁/共45三、固定化酶反應(yīng)的特性變化定義：固定化酶就是把游離酶經(jīng)過處理約束限制在一固定空間或載體上形成的酶。第16頁/共30頁三、固定化酶反應(yīng)的特性變化定義：固定化酶就是把游離酶經(jīng)過處理46酶固定化的方法可以分為四類：（1）包埋法（2）吸附法（3）交聯(lián)法（4）共價法第17頁/共30頁酶固定化的方法可以分為四類：第17頁/共30頁47主要變化如下：（1）酶活力的改變：活性降低（2）穩(wěn)定性提高（3）最適宜作用溫度的改變（4）最適pH值的改變（5）反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)的改變（6）相對酶活力與半衰期第18頁/共30頁主要變化如下：（1）酶活力的改變：活性降低第18頁/共30頁48四、固定化酶反應(yīng)器與游離酶反應(yīng)器（一）游離酶反應(yīng)器A.機(jī)械攪拌反應(yīng)器（分批、半連續(xù)和連續(xù)操作）B.超濾膜反應(yīng)器（連續(xù)操作或間歇循環(huán)操作）第19頁/共30頁四、固定化酶反應(yīng)器與游離酶反應(yīng)器（一）游離酶反應(yīng)器第19頁/49機(jī)械攪拌反應(yīng)器第20頁/共30頁機(jī)械攪拌反應(yīng)器第20頁/共30頁50超濾膜反應(yīng)器第21頁/共30頁超濾膜反應(yīng)器第21頁/共30頁51側(cè)置膜超濾系統(tǒng)

第22頁/共30頁側(cè)置膜超濾系統(tǒng)第22頁/共30頁52固定化酶反應(yīng)器多種型式：攪拌罐、固定床或填充床、流化床、膜式。第23頁/共30頁固定化酶反應(yīng)器多種型式：第23頁/共30頁53不銹鋼攪拌罐第24頁/共30頁不銹鋼攪拌罐第24頁/共30頁54玻璃鋼攪拌罐第25頁/共30頁玻璃鋼攪拌罐第25頁/共30頁55電加熱攪拌罐第26頁/共30頁電加熱攪拌罐第26頁/共30頁56第27頁/共30頁第27頁/共30頁57第2