生化反應工程酶促反應動力學(參考版)
2025-01-09 05:57本頁面
【正文】 謝 謝！ 。 復習題： ?影響酶促反應的主要因素有哪些？ ?分別利用快速平衡法和穩(wěn)態(tài)法推導競爭性抑制動力學方程。 ? 固定化酶促反應動力學： 固定化酶的優(yōu)點 、固定化方法 、外擴散、內擴散。其測定方法有以下 3種： ① 分批測定法； ② 連續(xù)測定法； ③ 利用圓二色性分析方法直接跟蹤失活酶的結構變化。 建立酶失活動力學方程： 邊界條件： 積分，得 )e x p (][][ 0 tkEE dt ?? 幾個概念： ：一步失活常數(shù) ：半衰期，當 ：時間常數(shù)， 三者關系： dk2/1tct02/1 ][21][, EEttt ??dc kt1?dkt2ln2/1 ?dc kt1? 反應中酶的穩(wěn)定性與酶的使用壽命直接相關。 降低外擴散效應的技術措施 )][]([ SLd SSakV ?? 固定化酶促反應中的過程分析 內部擴散過程 固定化載體內的底物濃度的分布特點： 酶、細胞的反應速度與底物濃度是密切相關的 載體內的底物濃度存在著分布不均的問題 沿著傳質的方向有底物、產物的濃度的分布 反應速率因底物濃度的分布而在變化 ? 由于底物在載體內的擴散作用以及酶、細胞的反應 ηin= 顆粒內的實際有效反應速率 顆粒內無濃度梯度時的反應速率 固定化酶促反應中的過程分析 內部擴散過程 內擴散效率因子 (ηin) 酶的失活動力學 一步失活模型 式中 : E— 具有活性的酶， D— 失活的酶。 使固定化酶表面流體處于湍流狀態(tài)以增大 kL。 ? 當 Da準數(shù)愈小，固定化酶表面濃度 [S]s愈接近于主體濃度 [S]， ηout越接近于 1， 表明 最大傳質速率 愈大于 最大反應速率 ， 過程 為 反應 控制 ； ? 反之， Da準數(shù)愈大，固定化酶表面濃度 [S]s愈小，愈趨近零 ， ηout越小， 表明 最大反應速率 愈大于 最大傳質速率 ，過程為 傳質 控制。 外擴散效率因子 (ηout) ηout= 有外擴散影響時的實際反應速率 無外擴散影響時的固定化酶外表面的反應速率 ηout：表示固體催化劑顆粒催化反應進行的有效程度。 ? 當外擴散速率很慢時，外擴散為限制步驟，此時 : dLSLS VSakSSakV ???? ][)][]([Vd為在外擴散速率很慢時的最大的傳質速率。 [S]S—— 載體外表面的底物濃度 (mol/L)。 )][]([ SLd SSakV ??在載體外表面的酶促反應符合 MM方程： 式中 VS —— 載體外表面的底物消耗速率， (mol/L s） 。 固有速率 ： 假定底物和產物在酶的 微環(huán)境 及 宏觀環(huán)境 之間的傳遞是 無限迅速 ，也就是在沒有擴散阻力情況下的反應速率。 分配系數(shù) (Kp) Csi:微環(huán)境的底物濃度； Cso:界面外的底物濃度。 影響固定化酶促反應的主要因素 ? 分子構象的改變（常見于吸附法和共價偶聯(lián)法） ? 位阻效應 ? 微擾效應 ? 分配效應 （ 可用 Kp 定量描述 ） 分配系數(shù)：載體內外底物 (或其他物質 )濃度之比。 固定化酶反應歷程 ? 微膠囊包埋法固定化酶為例 ① 底物傳遞至載體外表面； ② 底物由外表面向內擴散； ③ 酶促反應； ④ 產物由內向外表面擴散； ⑤ 產物傳遞到流體主體。 ? 最適 pH值和最適溫度變化 酶固定化后，酶蛋白質的電子狀態(tài)會發(fā)生改變，載體表面的電位受影響。 ? 包埋法 ——微型膠囊法 定義： 雙功能試劑或多功能試劑與酶蛋白質中的氨基酸殘基作用，使酶與酶之間交聯(lián)成網，凝集成固定化酶的方法。 ?低分子底物可以自由通過并進入微囊內。 ? 包埋法 ——格子型固定化酶 原理： 把酶包在超薄半透性的聚合物膜中，制成球狀含酶微型膠囊。 優(yōu)缺點： 定義： 將酶包埋在凝膠的微細格子中或被半透性的聚合膜所包埋，使酶分子不能從凝膠的網絡中漏出，而小分子的底物和產物可自由通過凝膠網絡的固定化方法。 常用載體： 無機物：活性炭、白陶土、氧化鋁、多孔玻璃、硅膠、碳酸鈣凝膠。 缺點： 酶吸附不牢固，易脫落；防止吸附的酶蛋白質與載體發(fā)生變性反應。 缺點： 載體與酶的結合力較弱，在高離子強度下酶易從載體上脫落。 常用載體： 纖維素的衍生物，離子交換樹脂。 缺點： 制備條件復雜，酶蛋白活性中心易破壞。即，通過化學共價鍵，把與酶蛋白活性無關的氨基酸功能基團連接在不溶于水的載體上。 固定化酶促反應動力學基礎 2個 W和 1個 H? ?HOW?如何進行固定化 ？ 載體結合法 交聯(lián)法 包埋法 定義： 將酶利用共價鍵或離子鍵、物理吸附等方法結合于不溶性載體上的固定化方法。 固定化酶促反應動力學基礎 2個 W和 1個 H? ?Why?為 什么要固定化？ 生物工業(yè)用酶大多為 水溶性 ，酶促反應體系為 均相體系 ，均相體系簡單，但存在一個缺點，就是酶 難以回收 利用，同時，酶和產物混在一起，給產物的提取帶來困難。 3141 2 3E kk kk k kE A E E B E????? ??? ??? ???? ?? ? ?? ? ??Q A P B 各種抑制的比較 Km 抑制 抑制 競爭性 反競爭性 非競爭性 Vmax 抑制 變大 不變 不變 變小 變小 變小 固定化酶促反應動力學 固定化酶促反應動力學基礎 2個 W和 1個 H? ?What?什么是固定化酶？
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