第二章 生物反应动力学 1 酶促反应VIP免费

第二章生物反应动力学生物反应动力学：是研究生物反应速率和各种因素对反应速率影响的的科学。􀂄生物反应酶促反应细胞培养第二章生物反应动力学第一节酶促反应动力学第二节细胞生长过程动力学•本章要求：掌握简单酶催化反应动力学、有抑制的和复杂的酶催化反应动力学，掌握影响酶催化反应速率的因素，以及动力学参数的求取。了解微生物反应过程的计量学，掌握分批培养时细胞生长动力学、底物消耗及产物生成动力学，学会细胞反应动力学参数的估算。第一节酶促反应动力学1.1酶促反应动力学概述1.2均相酶促反应动力学1.3有抑制的酶催化反应动力学1.4影响酶催化反应的因素酶促反应是生物反应的基础，从酶促反应可获知：（1）酶催化反应机制；􀂄（2）对酶促反应速率的规律进行定性或定量的描述，建立可靠的反应动力学方程，从而确定适宜的操作条件。1.1酶促反应动力学概述1.1.1在生物反应器中使用的催化剂生物催化剂使用方法游离状态固定化状态酶游离酶固定化酶(微)生物休眠悬浮细胞死亡悬浮细胞固定化休眠细胞固定化死亡细胞1.1.2酶的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。酶在实际应用中应注意，没有必要使用比工艺条件所需纯度更高的酶。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。1.1.3酶促反应的特征•常温、常压、中性范围（个别除外）下进行反应；•与一些化学反应相比，省能且效率较高；•专一性好；•反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制等。优点：不足：•多限于一步或几步较简单的生化反应过程；•一般周期较长。1.1.4研究酶促反应的目的对工程技术人员而言，仅用于解释酶促反应的机制是不够的，还应对影响其反应速率的因素进行定量分析，建立可靠的反应速率方程式，为反应器的合理设计合反应过程的最佳条件选择服务。•􀂄均相酶反应：系指酶与反应物系处于同一相—液相的酶催化反应，它不存在相间的物质传递。•􀂄非均相酶反应：系指酶与反应物系处于不同相的酶催化反应，反应过程存在相间的物质传递。1.2均相酶促反应动力学1.2.1酶促反应动力学基础酶促反应速率的影响因素浓度因素：酶浓度、底物浓度、产物浓度、效应物浓度。内部因素(结构因素)：底物或效应物的结构、酶的结构。外部因素(反应环境)：温度、pH、离子强度、溶剂介电常数。1影响酶促反应速率的因素根据酶促反应速率与底物浓度之间关系，利用化学反应动力学方法建立相应动力学方程：•􀂄零级反应•􀂄一级反应•􀂄二级反应•􀂄连锁的酶促反应1.2.1酶促反应动力学基础2反应方程的建立1.2.1酶促反应动力学基础酶促反应与底物浓度无关。式中：CA－底物浓度，CB－产物浓度。rmax－最大反应速率maxmaxCrdtdrdtdCBA或BAk13零级反应1.2.1酶促反应动力学基础4一级反应)(C)(0101BABBAACCkdtdCCkdtdC或式中：k1－一级反应速率常数CA0－底物A的初始浓度CB－t时刻产物B的浓度BAk1反应速率与底物浓度一次方成正比。1.2.1酶促反应动力学基础5二级反应DBAk2式中：k2－二级反应速率常数CA0，CB0－底物A和B的初始浓度CD－t时产物D的浓度tkCCCCCCCCdtkdCCCCCCCdtkdCCCCCDBADABBADDBDABADDBDA200000020000200)()(ln)(1)11()(1))((1))((002DBDADCCCCkdtdC积分1.2.1酶促反应动力学基础6链锁酶促反应过程DBAkk21A的初始浓度CA0，B、D的初始浓度为0，且CA+CB+CD=CA0式中：k1、k2－反应速率常数CA、CB、CD－A、B、D的浓度AACkdtdC1BABCkCkdtdC21BDCkdtdC2tkAAeCC10)(211201tktkABeekkCkC)]1()1([2112120tktkADekekkkCC【例2-1】卵状假单胞菌在分批式反应中先将葡萄糖转变为葡萄糖内脂，再转化为葡萄糖酸，此反应为一级反应，反应式如下：求中间产物（葡萄糖内脂）浓度达到最大时所需时间...