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1、第二章第二章 生化反应工程生化反应工程第1页，共36页，编辑于2022年，星期二2.1 酶促反应动力学的特点酶促反应动力学的特点2.1.1 酶的基本概念酶的基本概念2.1.2 酶的稳定性及应用特点酶的稳定性及应用特点 酶是以活力、而不是以质量购销的。酶是以活力、而不是以质量购销的。酶酶有有不不同同的的质质量量等等级级：工工业业用用酶酶、食食品品用用酶酶、医医药药用用酶酶。酶酶的的实实际际应应用用中中应应注注意意，没没有有必必要要使使用用比比工工艺艺条条件件所所需纯度更高的酶。需纯度更高的酶。第2页，共36页，编辑于2022年，星期二 经经典典酶酶学学研研究究中中，酶酶活活力力的的测测定定是是在
2、在反反应应的的初初始始短短时时间间内内进进行行的的，并并且且酶酶浓浓度度、底底物物浓浓度度较较低低，且且为为水水溶溶液液，酶学研究的目的是探讨酶促反应的机制。酶学研究的目的是探讨酶促反应的机制。工工业业上上，为为保保证证酶酶促促反反应应高高效效率率完完成成，常常需需要要使使用用高高浓浓度度的的酶酶制制剂剂和和底底物物，且且反反应应要要持持续续较较长长时时间间，反反应应体体系系多多为为非非均均相相体体系系，有有时时反反应应是是在在有有机机溶溶剂剂中中进行。进行。第3页，共36页，编辑于2022年，星期二2.2 均相酶促反应动力学均相酶促反应动力学2.2.1 酶促反应动力学基础酶促反应动力学基础可
3、采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。对酶促反应对酶促反应 ，有：，有：式中，式中，k：酶促反应速率常数；：酶促反应速率常数；r：酶促反应速率；：酶促反应速率；rA：以底物：以底物A的消耗速率表示的酶促反应速率；的消耗速率表示的酶促反应速率；rP：以产物：以产物P的生成速率表示的酶促反应速率。的生成速率表示的酶促反应速率。第4页，共36页，编辑于2022年，星期二 对连锁的酶促反应，对连锁的酶促反应，第5页，共36页，编辑于2022年，星期二2.2.2 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
4、应 ，其反应机制可表示为：第6页，共36页，编辑于2022年，星期二快速平衡法推导动力学方程：快速平衡法推导动力学方程：几点假设：（1）CSCE，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，共36页，编辑于2022年，星期二解之，得解之，得令令则则根据假设建立动力学方程根据假设建立动力学方程第8页，共36页，编辑于2022年，星期二稳态法推导动力学方程：稳态法推导动力学方程：几点假设：几点假设：（1）CSCE，中间复合物，中间复合物ES的形成不会降低的形成不会降低CS。（2）不考虑这个可逆反应
5、。）不考虑这个可逆反应。（3）CSCE中间复合物中间复合物ES一经分解，产生的游一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物离酶立即与底物结合，使中间复合物ES浓度浓度保持衡定，即保持衡定，即 。第9页，共36页，编辑于2022年，星期二解之，得解之，得令令则则根据以上假设，可建立如下方程组根据以上假设，可建立如下方程组第10页，共36页，编辑于2022年，星期二米氏方程米氏方程 rrmaxrmax/2KmCS图21 酶浓度一定时底物浓度对反应速率的影响第11页，共36页，编辑于2022年，星期二对米氏方程的讨论：当CSKm时，属零级反应。当CSKm时，。Km在数量上等于反应速度达到最大
6、反应速度一半时的底物浓度。第12页，共36页，编辑于2022年，星期二双倒数法(Linewear Burk):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，共36页，编辑于2022年，星期二1Km1rmax1r斜率Km/rmax1CS图22 双倒数法求解Km和rmax 第14页，共36页，编辑于2022年，星期二2.2.2.2 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，共36页，编辑于2022年，星期二 竞争性抑制竞争性抑制 非竞争性抑制非竞争性抑制EISESI第16页，共36
7、页，编辑于2022年，星期二竞争性抑制反应机理：竞争性抑制反应机理：第17页，共36页，编辑于2022年，星期二快速平衡法推导动力学方程：快速平衡法推导动力学方程：解之，得解之，得，式中式中:第18页，共36页，编辑于2022年，星期二采用稳态法推导动力学方程：采用稳态法推导动力学方程：第19页，共36页，编辑于2022年，星期二解之，得解之，得式中式中:第20页，共36页，编辑于2022年，星期二非竞争性抑制反应机理非竞争性抑制反应机理第21页，共36页，编辑于2022年，星期二快速平衡法推导动力学方程快速平衡法推导动力学方程 解之，得解之，得式中式中:第22页，共36页，编辑于2022年，
8、星期二稳态法推导动力学方程：稳态法推导动力学方程：第23页，共36页，编辑于2022年，星期二解之，得解之，得式中式中:第24页，共36页，编辑于2022年，星期二竞争性抑制竞争性抑制 非竞争性抑制非竞争性抑制令可变形为可变形为:可变形为可变形为:令第25页，共36页，编辑于2022年，星期二 竞争性抑制竞争性抑制 非竞争性抑制非竞争性抑制1r1CS1rmax-1Km-1Km1r1CS1rmax-1KmCI=0CI 1rmaxCI=0CI 第26页，共36页，编辑于2022年，星期二产物抑制：酶促反应中，有时随产物浓度提产物抑制：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
9、酶高，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。的结合，从而降低了酶促反应的速度。反应机理：第27页，共36页，编辑于2022年，星期二 快速平衡法推导动力学方程快速平衡法推导动力学方程:第28页，共36页，编辑于2022年，星期二解之解之,得得式中式中:第29页，共36页，编辑于2022年，星期二稳态法推导动力学方程稳态法推导动力学方程:第30页，共36页，编辑于2022年，星期二解之解之,得得式中式中:可见可见,产物抵制属于竞争性抵制产物抵制属于竞争性抵制第31页，共36页，编辑于2022年，星期二底物抑制：对于某些酶促反应，当底物浓底物抑制：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，称为底度较高时，反应速率呈下降趋势，称为底物抑制。物抑制。CSC CS Sr第32页，共36页，编辑于2022年，星期二底物抑制反应机理：底物抑制反应机理：第33页，共36页，编辑于2022年，星期二快速平衡法推导动学方程：快速平衡法推导动学方程：第34页，共36页，编辑于2022年，星期二解之解之,得得式中式中:第35页，共36页，编辑于2022年，星期二作业：作业：P501456第36页，共36页，编辑于2022年，星期二