【正文】 ? k+2表示單位時間內(nèi)一個酶分子所催化底物發(fā)生反應(yīng)的分子 ， 即表示酶催化能力大小 —— 轉(zhuǎn)換系數(shù) 。 故可以忽略有于生成中間復(fù)合物 ES而消耗的底物； ? 產(chǎn)物的濃度是很低的 ， 因而產(chǎn)物的抑制作可以忽略 ， 同時也不考慮 P+E ES這個逆反應(yīng)的存在 。 酶反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ) 。 G0(初始葡萄糖濃度） =。此反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)如下 G L P 求中間產(chǎn)物（葡萄糖內(nèi)酯）濃度達(dá)到最大時所需要的時間 tmax及其最大濃度值 [L] max。反應(yīng)快， k數(shù)值大。 k與溫度、催化劑有關(guān)。 Ks是溫度的函數(shù) 。 Ks越大 。 K是溫度的函數(shù)。 K越大。 酶失活的原因與再生的可能性 化學(xué)修飾（微觀變化）、空間障礙、高級結(jié)構(gòu)的變化（宏觀變化）、多肽鏈的斷裂 分類 穩(wěn)定化方法 穩(wěn)定的理由 水 溶 性 酶 低溫 （ 冷凍 ） 保存 難以被化學(xué)物質(zhì)和蛋白質(zhì)破壞 添加鹽類 加入高濃度硫銨等后 ， 酶高級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加 添加底物、輔酶等配體 常用 護(hù)酶活性中心 ， 有利于酶分子高級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 添加多元醇 理由不明 化學(xué)修飾，特別是分子架橋 穩(wěn)定酶的高級結(jié)構(gòu)或保護(hù)酶的活性中心 添加強變性劑 若能保護(hù)好一級結(jié)構(gòu)，則可隨時再生 大量添加蛋白質(zhì) 添加清蛋白等用于保護(hù)在稀薄狀態(tài)下易發(fā)生變性 、 失活的酶類 添加有機溶劑 如加入丙酮 ， 理由不明 結(jié)晶化 有利于高級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 不溶 性酶 固定化 常用 能防止蛋白酶間的相互作用 ， 其它理由不明 . 1概念： ? 反應(yīng)速率：在均相反應(yīng)中，一般以單位時間、單位體積中反應(yīng)組分的改變量。 U/mg 或 kat /mg ? 生物催化劑 ， 具有一般催化劑所特有的特性 —— 不能改變反應(yīng)的平衡點 ， 只能改變反應(yīng)速率 ， 反應(yīng)條件溫和 。 . 2酶的活力表示方法 ? 酶的催化效率與酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是同一概念 。 本章的難點： ① 米氏方程及抑制劑動力學(xué)等有關(guān)的推導(dǎo)； ② 酶失活動力學(xué)的意義及推導(dǎo) 。 可外推使用半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?\ 經(jīng)驗?zāi)Ｐ? ? 經(jīng)驗法 參考資料 國外 ? 1975年日本學(xué)者合葉修一等 《 生物化學(xué)工程 反應(yīng)動力學(xué) 》 ? 1979年日本學(xué)者山根恒夫 《 生物反應(yīng)工程 》 ? 1985年德國學(xué)者許蓋特 （ Schugerl） 《 生物反應(yīng)工程 》 ? 1993年日本學(xué)者川瀨義矩 《 生物反應(yīng)工程基礎(chǔ) 》 ? 1994（ 02） 年丹麥學(xué)者 Nielsen 等 《 生物反應(yīng)工程原理 》 國內(nèi) ? 《 生物反應(yīng)工程原理 》 （ 1990和 2022天津科技大學(xué)賈士儒 ） ? 《 生物工藝學(xué) 》 （ 1992華東理工大學(xué)俞俊棠等 ） ? 《 生化工程 》 （ 1993江南大學(xué)倫世儀 ） ? 《 生化反應(yīng)動力學(xué)與反應(yīng)器 》 （ 1996北京化工大學(xué)戚以政等 ） ? 《 生物反應(yīng)工程 》 （ 2022戚以政等 ） ? 《 生物反應(yīng)工程 》 2022浙江大學(xué)岑沛林等 ） ? 《 生物反應(yīng)工程 》 （ 2022清華大學(xué)邢新會譯 ） 作業(yè)： ？ 它包括哪幾部分 ？ 2. 生物工程對人類社會將產(chǎn)生怎樣的影響 ？ 3. 什么是生物反應(yīng)工程 ？ 其內(nèi)容包括那 些 ？ ？ 其內(nèi)容包括那些 ？ 預(yù)習(xí)： 1. 概念：解離常數(shù) 、 平衡常數(shù) 、 速度常數(shù)； 2. 酶的生物化學(xué)知識。 不能替代實驗研究 。 ? 新型生物反應(yīng)器的研究與開發(fā)； ? 各種描述生物反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型的建立； ? 生產(chǎn)過程參數(shù)與控制手段的改進(jìn) 。 英國學(xué)者阿特金遜 （ 1971） 首次提出生化反應(yīng)工程 …… 。 ? 20世紀(jì)中期前后生物化學(xué)工程學(xué)科的形成 。 龍山文化泛指中國黃河中、下游地區(qū)約當(dāng)新石器時代晚期的一類文化遺存。 在我國最早的詩集 《 詩經(jīng) 》 中就提出過采用厭氧進(jìn)行亞麻浸漬處理 。 表 生物反應(yīng)過程特征的比較 生物反應(yīng) 過程 生物 反應(yīng)特征 酶反應(yīng)過程 細(xì)胞反應(yīng)過程 微生物反應(yīng)過程 動植物細(xì)胞培養(yǎng)過程 單一菌體培養(yǎng)系統(tǒng) 多菌體混合培養(yǎng)系統(tǒng) 反應(yīng)水平 分子水平 單一群體水平 生態(tài)系水平 細(xì)胞或組織水平 反應(yīng)過程的復(fù)雜性 簡單 一般 復(fù)雜 很復(fù)雜 基質(zhì)的數(shù)量 12基質(zhì) 幾種基質(zhì) 幾種基質(zhì) 幾種基質(zhì) 產(chǎn)物的數(shù)量 12種 菌體和幾種代謝產(chǎn)物 幾種菌體和二氧化碳，厭氧反應(yīng)過程、甲烷 細(xì)胞或組織或幾種產(chǎn)物和二氧化碳 反應(yīng)速率或生長速率 快 一般 慢 很慢 a 釀酒 、 生產(chǎn)醬油和醋 —— 容器 最簡單 、最原始的生物反應(yīng)器 b. 1857 Pasteur 酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒 —— 控制 —— 發(fā)酵罐 c. 第一次世界大戰(zhàn) 深層培養(yǎng)技術(shù) 、 無菌空氣制備技術(shù) —— 分批 、 連續(xù)與流加操作 d. 60年代固定化技術(shù) —— 新概念 —— 生物反應(yīng)器 —— 特殊生物反應(yīng)器 龍山文化 （ 距今 40004200年 ） 已有酒具出現(xiàn) 。 ? 1971 英國 阿特金遜 采用生化反應(yīng)工程 術(shù)語 1974 編寫 《 生化反應(yīng)器 》 ? 1979 日本 山根恒夫 編 《 生物反應(yīng)工程 》 ? 1985 德國 許蓋爾特 Schugerl 專著 《 生物反應(yīng)工程 》 A. 生物反應(yīng)動力學(xué) 動力學(xué) —— 研究工業(yè)生產(chǎn)中生物反應(yīng)速率問題；影響生物反應(yīng)速率的各種因素以及如何獲得最優(yōu)的反應(yīng)結(jié)果。 如何從生物現(xiàn)象中抽象出共性的內(nèi)容 ? 從宏觀看 以獲得生物量為目的： 生物合成速率 ≈ 影響因素（生物體、基質(zhì)、環(huán)境因素、操作條件等） 以獲得目的產(chǎn)物為目的： ? 從微觀看 轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯速率 =（基因量、 …… .等 ) 調(diào)控速率 =（表達(dá)速率、酶活力、 …… 等） —— 生物反應(yīng)過程的關(guān)鍵設(shè)備。 ? 化學(xué)工程 —— 傳遞工程 、 分離工程 、 反應(yīng)工程 、 化工熱力學(xué) 、 化工過程系統(tǒng)工程 ? 工程分類 —— 生物 （ 生化 ） 反應(yīng)工程和生物分離工程 ? ：研究生物反應(yīng)動力學(xué) ， 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 、 設(shè)計 、 放大以及反應(yīng)器優(yōu)化的一個重要學(xué)科 。既為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。 ? 使用現(xiàn)代化器和設(shè)備 —— 技術(shù)手段 。 . 生物工程的分類 ： ? 基因工程 (Gene engineering) ? 細(xì)胞工程 (Cell engineering) ? 酶工程 (Enzyme engineering) ? 發(fā)酵工程 (Fermentation engineering) ? 蛋白質(zhì)工程 (Protein engineering) 細(xì)胞工程 微生物 工程菌 發(fā)酵工程 產(chǎn)品 蛋白質(zhì)或酶 蛋白質(zhì)或酶工程 基因工程 優(yōu)良動、植物品系 動、植物個體或細(xì)胞 基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程之間的相互關(guān)系 ? 學(xué)科眾多 。 (1) 酶反應(yīng)過程 —— 游離 、 固定化酶 (2) 細(xì)胞反應(yīng)過程 —— 微生物和動植物反應(yīng) (3) 廢水的生物處理過程 廢水的生物處理過程特點： ① 是由細(xì)菌等菌類 、 原生動物等各種微生物構(gòu)成的混合培養(yǎng)系統(tǒng)； ② 幾乎全都采用連續(xù)操作； ③ 微生物所處的環(huán)境條件波動大； ④ 反應(yīng)的目的是消除有害物質(zhì)而不是生成代謝產(chǎn)物和微生物細(xì)胞本身； ⑤ 不計成本 。 示意圖 細(xì)胞 酶 (游離或固定化 ) 空氣 能量 提取精制 產(chǎn)品 生物催化劑 副產(chǎn)品 滅菌 廢物 原料 基質(zhì)或培養(yǎng)基 生 物 反 應(yīng) 器 檢 測 控 制 系 統(tǒng) 組 成 ? 原料的預(yù)處理 —— 選擇 、 加工 （ 物理或化學(xué) ） 、培養(yǎng)基的配制和滅菌； ? 生物催化劑的制備 —— 菌種的選擇 、 擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 ， 酶的純化和固定化等； （ 核心 ） ? 生物反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇與監(jiān)控 —— 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 、 操作方式 、 操作條件；反應(yīng) 參數(shù)的檢測與控制； ? 產(chǎn)物的分離純化 —— 去除雜質(zhì)，提高濃度。 該專業(yè)主要學(xué)習(xí)與基因工程、蛋白質(zhì)工程等相關(guān)的基礎(chǔ)理論和操作技能。 ? 以 上海交大 為例，生物技術(shù)專業(yè)旨在培養(yǎng)具有扎實的現(xiàn)代生命科學(xué)理論基礎(chǔ)和熟練的操作技能與工程基礎(chǔ)知識、掌握計算機以及外語的高級專業(yè)人才。 為使學(xué)生適應(yīng)未來生物科技發(fā)展的需要，培養(yǎng)學(xué)生不僅注重生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)和實驗技術(shù)的訓(xùn)練，而且重視學(xué)生在數(shù)、理、化、計算機等方面的培養(yǎng)和訓(xùn)練，還需學(xué)習(xí)無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、普通生物學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、動物生理學(xué)、生物物理學(xué)及電工與電子技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程。 生物科學(xué)專業(yè)主要涉及生物化學(xué)、分子生物學(xué)、生物物理學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和細(xì)胞發(fā)育生物學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域?，F(xiàn)設(shè)有生物科學(xué)和生物技術(shù)兩個本科專業(yè)，為了拓寬人才培養(yǎng)口徑，招生時按生物科學(xué)一個專業(yè)招生。 生物科學(xué)發(fā)展 ? 生物工程專業(yè)本科授予工學(xué)學(xué)士學(xué)位，生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)本科授予理學(xué)學(xué)士學(xué)位。 （二）實驗生物學(xué)階段： （孟德爾遺傳規(guī)律重新提出 — 1900年） （三）分子生物學(xué)階段： 1． 1944年，美國生物學(xué)家艾弗里首次證明 DNA是遺傳物質(zhì)。 ? 生物科學(xué) bioscience ：側(cè)重機理 研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué) ? 生物工程 bioengineering ：側(cè)重工程 （一）描述性生物學(xué) 1． 19世紀(jì) 30年代，德國植物學(xué)家施萊登、動物學(xué)家施旺提出細(xì)胞學(xué)說。 抗生素 —— 青霉素 ? 羅伯茨 （ W. Roberts， 1874)首次報道微生物的頡頏 （ xie hang） 現(xiàn)象 （ antagonism） 灰綠青霉生長旺盛的液體會使人工感染細(xì)菌困難 ? 廷德爾 （ ,1876） 青霉菌與細(xì)菌液體培養(yǎng)中有頡頏現(xiàn)象 ? 巴斯德和朱伯特 （ ， 1877)用炭疽芽孢桿菌培養(yǎng)物感染動物 ? 巴比斯和科尼爾 （ amp。 ? 實質(zhì)：利用生物催化劑從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程 。生物工程反應(yīng) 姜 梅 聯(lián)系方式： 84396989(O) 緒 論 ? 本章重點：生物反應(yīng)工程 生物工程概念與內(nèi)容； ? 本章難點：生物反應(yīng)過程與 生物反應(yīng)工程的 區(qū)別 。 (bioprocess) ? 定義： 將生物技術(shù)的實驗室成果經(jīng)工藝及工程開發(fā)而成為可供工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程 。 ? 青霉素的生產(chǎn) 。 ,1885)細(xì)菌之間 ? …… 青霉素的生產(chǎn) ? 英國 Fleming 發(fā)現(xiàn)青霉素 ? 1938 英國 Flory和 Chain 重復(fù)（實驗室） 少量 敗血病 失敗 ? 第二次世界大戰(zhàn) 美國