《生化反应工程》PPT课件.ppt

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 两底物同时与酶结合（可能性极小）,随机机制（分支机制）,（不形成三元复合物）反应模型,EA,E,A,A,P,P,B,B,EQ,Q,Q,E,EG,（EG：修饰过的酶）,简单机制,双底物酶促反应动力学 反应机理：,解之，得,式中：,2.3 固定化酶促反应动力学,2.3.1 固定化酶促反应动力学基础 2.3.1.1 酶的固定化技术定义 酶的固定化技术是将水溶性的酶分子通过一定的方式，如静电吸附，共价键等与载体如角叉菜胶、离子交换树脂等材料制成固相酶的技术。细胞的固定化技术:为省去从微生物（或动、植物）中提取酶的操作，确保酶的稳定性，采用直接固定化微生物细胞、动植物细胞、组织技术。,物理吸附法 载体结合法 离子结合法 共价结合法 交联法 格子型 包埋法 微胶囊,2.3.1.2 酶和细胞固定化方法,交联法,2.3.1.3 固定化对酶性质的影响,底物专一性的改变 稳定性增强 最适pH值和最适温度变化动力学参数的变化,2.3.1.4 影响固定化酶促反应的主要因素,分子构象的改变 位阻效应 微扰效应 分配效应（可用Kp 定量描述）链接扩散效应（可定量描述）,分配系数(Kp)链接,分配系数：载体内外底物(或其他物质)浓度之比。Kp的测定：已知底物浓度(CS0)，体积(V0)的溶液中，放入不含底物的一定体积的载体，并保持适宜条件，当达到平衡时，测定载体外溶液的底物浓度(Cs)。,2.3.2 固定化酶促反应过程分析,2.3.2.1 外部扩散过程 以表面固定化酶为例。,CS,CSS,外扩散过程分析,外扩散速率：,达到平衡时，,即,酶促反应速率：,Da准数:,当 时，过程为外扩散控制。当 时，过程为反应控制。,式中:,表明C*为Da准数的函数，即,(时,),表明,为C*的函数，即,可见，Da准数是决定效率因子 和比浓度C*的唯一参数，因而是表征传质过程对反应速率影响的基本准数。Da准数越小，固定化酶表面浓度越接近于主体浓度CS，越接近于1。Da准数越大，固定化酶表面浓度越趋近于零，越小，越趋近于零。,为提高固定化酶外扩散效率,应设法减小Da准数。减小Da准数的措施：1、降低固定化酶颗粒的粒径，增大比表面积，但由于粒径减小会伴随压降增加，因此应用中综合考虑，确定合适的粒径。2、使固定化酶表面流体处于湍流状态以增大。,2.3.2.2 内部扩散过程,具有大量内孔的球形固定化酶颗粒,R,dr,r,内扩散效率因子,稳定状态下，对底物进行物料衡算：,流入量流出量反应量,整理,得,两侧同除,得,当反应符合米氏方程规律时，,故,令,上式可转化为无因次形式，得,边界条件:,该微分方程无解析解，只能用数值法求解。,西勒准数(),的物理意义是表面反应速率与内扩散速率之比。对各类反应动力学与固定化酶的形状，普遍化的的定义式为:,引入无因次参数，则,无解析解，只有数值解。,见教材33页图2-10,内扩散效率因子in 是 和的函数。对in影响不大，影响in的主要参数是西勒准数。如果，则 不随变化，近似等于1，也就是说没有内部传质阻力，若，则，反应为内扩散所限制。,为提高固定化酶内扩散效率，应设法减小。减小的措施主要是适当降低固定化酶颗粒粒径。,作业,P50 9，12，13,