第二章 生化反應(yīng)工程

第二章生化反應(yīng)工程第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.1酶促反應(yīng)動力學(xué)的特點2.1.1酶的基本概念2.1.2酶的穩(wěn)定性及應(yīng)用特點酶是以活力、而不是以質(zhì)量購銷的。酶有不同的質(zhì)量等級：工業(yè)用酶、食品用酶、醫(yī)藥用酶。酶的實際應(yīng)用中應(yīng)注意，沒有必要使用比工藝條件所需純度更高的酶。第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

經(jīng)典酶學(xué)研究中，酶活力的測定是在反應(yīng)的初始短時間內(nèi)進行的，并且酶濃度、底物濃度較低，且為水溶液，酶學(xué)研究的目的是探討酶促反應(yīng)的機制。工業(yè)上，為保證酶促反應(yīng)高效率完成，常需要使用高濃度的酶制劑和底物，且反應(yīng)要持續(xù)較長時間，反應(yīng)體系多為非均相體系，有時反應(yīng)是在有機溶劑中進行。第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.2均相酶促反應(yīng)動力學(xué)2.2.1酶促反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)可采用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方法建立酶促反應(yīng)動力學(xué)方程。對酶促反應(yīng)，有：

式中，

k：酶促反應(yīng)速率常數(shù)；

r：酶促反應(yīng)速率；

rA：以底物A的消耗速率表示的酶促反應(yīng)速率；

rP：以產(chǎn)物P的生成速率表示的酶促反應(yīng)速率。第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日

對連鎖的酶促反應(yīng)，

第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.2.2單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)2.2.2.1米氏方程根據(jù)酶－底物中間復(fù)合物假說，對單底物酶促反應(yīng)，其反應(yīng)機制可表示為：第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日快速平衡法推導(dǎo)動力學(xué)方程：幾點假設(shè)：（1）CS>>CE，中間復(fù)合物ES的形成不會降低CS。（2）不考慮這個可逆反應(yīng)。（3）為快速平衡，為整個反應(yīng)的限速階段，因此ES分解成產(chǎn)物不足以破壞這個平衡。第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日解之，得令則根據(jù)假設(shè)建立動力學(xué)方程第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日穩(wěn)態(tài)法推導(dǎo)動力學(xué)方程：幾點假設(shè)：（1）CS>>CE，中間復(fù)合物ES的形成不會降低CS。（2）不考慮這個可逆反應(yīng)。（3）CS>>CE中間復(fù)合物ES一經(jīng)分解，產(chǎn)生的游離酶立即與底物結(jié)合，使中間復(fù)合物ES濃度保持衡定，即。第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日解之，得令則根據(jù)以上假設(shè)，可建立如下方程組第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日米氏方程rrmaxrmax/2KmCS圖2－1酶濃度一定時底物濃度對反應(yīng)速率的影響第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日對米氏方程的討論：當(dāng)CS<<Km時，，屬一級反應(yīng)。當(dāng)CS>>Km時，，屬零級反應(yīng)。當(dāng)CS＝Km時，。Km在數(shù)量上等于反應(yīng)速度達到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度。第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日雙倒數(shù)法(LinewearBurk):對米氏方程兩側(cè)取倒數(shù)，得

,以作圖，得一直線，直線斜率為，截距為,根據(jù)直線斜率和截距可計算出Km和rmax。第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日－1／Km1／rmax1／r斜率－Km/rmax1／CS圖2－2雙倒數(shù)法求解Km和rmax

第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.2.2.2抑制劑對酶促反應(yīng)速率的影響失活作用抑制作用

競爭性抑制

非競爭性抑制第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日

競爭性抑制非競爭性抑制EISESI第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日競爭性抑制反應(yīng)機理：第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日快速平衡法推導(dǎo)動力學(xué)方程：

解之，得，式中:第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日采用穩(wěn)態(tài)法推導(dǎo)動力學(xué)方程：第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日解之，得式中:第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日非競爭性抑制反應(yīng)機理第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日快速平衡法推導(dǎo)動力學(xué)方程

解之，得式中:第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日穩(wěn)態(tài)法推導(dǎo)動力學(xué)方程：第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日解之，得式中:第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日競爭性抑制非競爭性抑制令可變形為:

可變形為:

令第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日

競爭性抑制非競爭性抑制1／r1／CS1／rmax-1／Km-1／Km’1／r1／CS1／rmax-1／KmCI=0CI

1／rmax’CI=0CI

第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日產(chǎn)物抑制：酶促反應(yīng)中，有時隨產(chǎn)物濃度提高，產(chǎn)物與酶形成復(fù)合物，阻礙了底物與酶的結(jié)合，從而降低了酶促反應(yīng)的速度。反應(yīng)機理：第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日

快速平衡法推導(dǎo)動力學(xué)方程:第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日解之,得式中:第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日穩(wěn)態(tài)法推導(dǎo)動力學(xué)方程:第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日解之,得式中:可見,產(chǎn)物抵制屬于競爭性抵制第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日底物抑制：對于某些酶促反應(yīng)，當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時，反應(yīng)速率呈下降趨勢，稱為底物抑制。CSCSr第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日底物抑制反應(yīng)機