生物反应工程第二章1

酶的生物催化性 专一性 催化效率高 调节功能 酶的应用特点 酶是以活力、而不是以质量购销的。 质量等级：工业用酶、食品用酶、医药用酶。 （必要使用比工艺条件所需纯度更高的酶）
酶催化反应过程分为：均相酶催化和非均相酶催化。 均相酶催化反应 定义: 指酶和反应物系处于同一相(液相)中的酶催 化反应. 特点: 不存在相间的物质传递，分子水平上的反应 研究目的:阐明反应机理及设计反应器及其操作. 非均相酶催化反应 定义:指酶和反应物系不处于同一相(液相)中的酶 催化反应，同时还存在固相或另一个液相，因而存 在相间的物质传递。
解之，得
，
式中:
采用稳态法推导动力学方程：
竞争性抑制曲线
非竞争性抑制反应机理
快速平衡法推导动力学方程
解之，得
式中:
稳态法推导动力学方程：
解之，得
式中:
竞争性抑制
非竞争性抑制
令 可变形为:
令 可变形为:
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：
快速平衡法推导动力学方程:
解之,得
式中:
稳态法推导动力学方程:
解之,得
式中:
可见,产物抵制属于竞争性抵制
解之，得
式中:
非竞争性抑制曲线
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。 r
CS
CS
底物抑制反应机理：
快速平衡法推导动学方程：
解之,得
式中:
2.2.3 多底物酶促反应动力学
一般的多底物酶促反应可表示为：
这里讨论：双底物双产物情况
反应机制：
关键问题：底物A、B哪个先和酶结合？ 任何一个都有可能先与酶结合 （随机机制） A先与酶结合或B先与酶结合 （简单机制）

两底物同时与酶结合
（可能性极小）
随机机制（分支机制）
EB E EA EAB EPQ EQ
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。
1／r
1／rmax
斜率－Km/rmax
－1／Km
1／CS
图2－2 双倒数法求解Km和rmax
例2 已知某一酶促反应属均相化操作，其动力学 200cscE0 方程为 （mol/L.min） r= 2+cs
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：
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。
EP E
（不形成三元复合物）反应模型
＋A
－P
＋B
－Q
E
－A
EA
EG
＋P
－B
EQ
＋Q
E
（ EG：修饰过的酶 ）
简单机制
＋ A ＋ B － Q －P
E
－ A
EA
－ B
EAB
EPQ
＋ Q
EP
＋P
E
双底物酶促反应动力学
反应机理：
Байду номын сангаас 解之，得
式中：
根据假设建立动力学方程
令 则
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 。
根据以上假设，可建立如下方程组
令 则
已知cE0＝10－3 mol/L， cs0 ＝10mol/L,求cs ＝0.025mol/L 的时候，所需时间为多少？
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 可逆抑制 不可逆抑制
竞争性抑制
非竞争性抑制
S
S
I
I
E
E
竞争性抑制反应机理：
快速平衡法推导动力学方程：
2.2 均相酶促反应动力学 2.2.1 酶促反应动力学基础 零级反应：反应速率与底物浓度无关 一级反应：反应速率与底物浓度一次方成正比 A B 二级反应 对酶促反应 A + B
C
，有：
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：
对连锁的酶促反应，
例1：卵状假单胞菌在分批反应中先将葡萄糖转变为 葡萄糖内酯，再转化为葡萄糖酸，此反应为一级反 应，反应式如下， k1 k2 G L P 求中间产物浓度达到最大时所需的时间tmax级最大浓 度值。已知反应常数k1和k2分别为0.87/h和0.7/h。
第二章
酶促反应动力学
2.1 酶促反应动力学的特点
酶的基本概念 酶是生物体为其自身代谢活动而产生的生物催 化剂。 酶的分类 氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂合酶，异构 酶，连接（合成）酶
酶的催化共性 降低反应活化能 加快反应速率 不能改变平衡常数 酶的保藏方法 低温 添加保护剂 固定化
米氏方程 r
rmax
rmax/2
Km
CS
图2－1 酶浓度一定时底物浓度对反应速率的影响
对米氏方程的讨论：
• 当CS<<Km时，
• 当CS>>Km时，
，属一级反应。
，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。
2.米氏常数的意义 （1）物理意义： Km值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。 （2）Km 值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物 亲和力愈大。 （3）Km 值是酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的底 物和酶促反应条件(如温度、pH、有无抑制剂等)有关，与酶的 浓度无关。酶的种类不同，Km值不同，同一种酶与不同底物作 用时，Km 值也不同。各种酶的 Km 值范围很广，大致在 101～10-6 M 之间。