第二章 生化反应工程

第二章生化反应工程第1页，课件共36页，创作于2023年2月2.1酶促反应动力学的特点2.1.1酶的基本概念2.1.2酶的稳定性及应用特点酶是以活力、而不是以质量购销的。酶有不同的质量等级：工业用酶、食品用酶、医药用酶。酶的实际应用中应注意，没有必要使用比工艺条件所需纯度更高的酶。第2页，课件共36页，创作于2023年2月

经典酶学研究中，酶活力的测定是在反应的初始短时间内进行的，并且酶浓度、底物浓度较低，且为水溶液，酶学研究的目的是探讨酶促反应的机制。工业上，为保证酶促反应高效率完成，常需要使用高浓度的酶制剂和底物，且反应要持续较长时间，反应体系多为非均相体系，有时反应是在有机溶剂中进行。第3页，课件共36页，创作于2023年2月2.2均相酶促反应动力学2.2.1酶促反应动力学基础可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。对酶促反应，有：

式中，

k：酶促反应速率常数；

r：酶促反应速率；

rA：以底物A的消耗速率表示的酶促反应速率；

rP：以产物P的生成速率表示的酶促反应速率。第4页，课件共36页，创作于2023年2月

对连锁的酶促反应，

第5页，课件共36页，创作于2023年2月2.2.2单底物酶促反应动力学2.2.2.1米氏方程根据酶－底物中间复合物假说，对单底物酶促反应，其反应机制可表示为：第6页，课件共36页，创作于2023年2月快速平衡法推导动力学方程：几点假设：（1）CS>>CE，中间复合物ES的形成不会降低CS。（2）不考虑这个可逆反应。（3）为快速平衡，为整个反应的限速阶段，因此ES分解成产物不足以破坏这个平衡。第7页，课件共36页，创作于2023年2月解之，得令则根据假设建立动力学方程第8页，课件共36页，创作于2023年2月稳态法推导动力学方程：几点假设：（1）CS>>CE，中间复合物ES的形成不会降低CS。（2）不考虑这个可逆反应。（3）CS>>CE中间复合物ES一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES浓度保持衡定，即。第9页，课件共36页，创作于2023年2月解之，得令则根据以上假设，可建立如下方程组第10页，课件共36页，创作于2023年2月米氏方程rrmaxrmax/2KmCS图2－1酶浓度一定时底物浓度对反应速率的影响第11页，课件共36页，创作于2023年2月对米氏方程的讨论：当CS<<Km时，，属一级反应。当CS>>Km时，，属零级反应。当CS＝Km时，。Km在数量上等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。第12页，课件共36页，创作于2023年2月双倒数法(LinewearBurk):对米氏方程两侧取倒数，得

,以作图，得一直线，直线斜率为，截距为,根据直线斜率和截距可计算出Km和rmax。第13页，课件共36页，创作于2023年2月－1／Km1／rmax1／r斜率－Km/rmax1／CS图2－2双倒数法求解Km和rmax

第14页，课件共36页，创作于2023年2月2.2.2.2抑制剂对酶促反应速率的影响失活作用抑制作用

竞争性抑制

非竞争性抑制第15页，课件共36页，创作于2023年2月

竞争性抑制非竞争性抑制EISESI第16页，课件共36页，创作于2023年2月竞争性抑制反应机理：第17页，课件共36页，创作于2023年2月快速平衡法推导动力学方程：

解之，得，式中:第18页，课件共36页，创作于2023年2月采用稳态法推导动力学方程：第19页，课件共36页，创作于2023年2月解之，得式中:第20页，课件共36页，创作于2023年2月非竞争性抑制反应机理第21页，课件共36页，创作于2023年2月快速平衡法推导动力学方程

解之，得式中:第22页，课件共36页，创作于2023年2月稳态法推导动力学方程：第23页，课件共36页，创作于2023年2月解之，得式中:第24页，课件共36页，创作于2023年2月竞争性抑制非竞争性抑制令可变形为:

可变形为:

令第25页，课件共36页，创作于2023年2月

竞争性抑制非竞争性抑制1／r1／CS1／rmax-1／Km-1／Km’1／r1／CS1／rmax-1／KmCI=0CI

1／rmax’CI=0CI

第26页，课件共36页，创作于2023年2月产物抑制：酶促反应中，有时随产物浓度提高，产物与酶形成复合物，阻碍了底物与酶的结合，从而降低了酶促反应的速度。反应机理：第27页，课件共36页，创作于2023年2月

快速平衡法推导动力学方程:第28页，课件共36页，创作于2023年2月解之,得式中:第29页，课件共36页，创作于2023年2月稳态法推导动力学方程:第30页，课件共36页，创作于2023年2月解之,得式中:可见,产物抵制属于竞争性抵制第31页，课件共36页，创作于2023年2月底物抑制：对于某些酶促反应，当底物浓度较高时，反应速率呈下降趋势，称为底物抑制。CSCSr第32页，课件共36页，创作于2023年2月底物抑制