《分子生物工程》PPT课件.ppt
复 习,单底物酶促反应动力学,米氏方程 efree S x efree P根据质量作用定律，P的生成速度可表示为,酶催化反应动力学,稳态法推导动力学方程：三点假设：（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）CSCE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。,酶催化反应动力学,解之，得,令,则,根据以上假设，可建立如下方程组,酶催化反应动力学,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反应速度一半时的底物浓度。,酶催化反应动力学,竞争性抑制反应机理,式中：,I 抑制剂,EI 非活性复合物,酶催化反应动力学,采用稳态法推导动力学方程：,酶催化反应动力学,解之，得,式中:,或,酶催化反应动力学,例题：Scott等提出乳糖在乳糖酶存在时水解机理如下：式中S、P、Q分别为乳糖、半乳糖和葡萄糖。（1）用稳态法推导半乳糖生成的速率方程；（2）判断半乳糖对此反应是竞争性还是非竞争性抑制。,酶催化反应动力学,固定化酶的制备方法,第一类是载体结合法：将酶结合于水不溶性载体的方法。根据结合形式不同，又可分为物理吸附法、离子结合法和共价结合法等。,优点：酶活性中心不易被破坏，酶结构变化少。,缺点：酶与载体相互作用力弱，酶易脱落的缺点。,物理吸附法：酶被物理吸附于不溶性载体。载体有活性炭、多孔玻璃、氧化铝、硅胶、淀粉、合成树脂等。,固定化生物催化剂反应过程动力学,固定化酶的制备方法可分为（P92,图 3-1）：载体结合法、交联法、包埋法。,交联法,交联法：它是用双功能试剂使酶与酶之间交联的固定化方法。此法与共价结合法一样也是利用共价键固定酶的，不同的是它不使用载体。,交联剂有：戊二醛（形成希夫碱）,异氰酸脂（形成肽键）,双重氮联苯胺（发生重氮偶合反应）,此法反应条件比较激烈，酶活回收率低。,固定化生物催化剂反应过程动力学,包埋法,包埋法：,网格型：将酶包埋在高分子凝胶细微网格中的称为网格型。,微囊型：将酶包埋在高分子半透膜中。,优点：一般很少改变酶的高级结构，酶活回收率较高，因此可用于许多酶的固定化，但必须巧妙地设计反应条件。,缺点：只适合作用于小分子底物和产物的酶，因为只有小分子才可以通过高分子凝胶的网格进行扩散。,固定化生物催化剂反应过程动力学,影响固定化酶动力学的因素,空间效应 构象效应 位阻效应,分配效应,扩散效应：有效因子 内扩散：梯勒模数 外扩散：丹克莱尔准数,固定化生物催化剂反应过程动力学,细胞生长反应动力学,细胞反应过程中的质量和能量衡算,例题：葡萄糖为基质进行面包酵母(S.cerevisiae)培养，培养的反应式可用下式表达，求计量关系中的系数a,b,c,d.,细胞生长反应动力学,通过测定 O2 的消耗速率与CO2的生成速率来确定好氧培养中评价细胞生物代谢机理的重要指标之一呼吸商：(respiratory quotient,RQ),细胞生长反应动力学,例题：乙醇为基质，好氧培养酵母，反应方程式为,呼吸商RQ=0.6。求各系数a,b,c,d,e,细胞生长反应动力学,细胞反应过程的得率系数,对底物的细胞得率系数：,对氧的细胞得率系数：,书上例2-2,细胞生长反应动力学,生物反应器的分类,生物反应器是利用生物催化剂进行生化反应的设备。可以从多个角度对其进行分类：,按使用的催化剂：酶反应器和细胞反应器。按操作方式：间歇操作、连续操作和半间歇或半连续操作。按反应器的结构特征：按釜式、管式、塔式及膜式等反应器。按反应器所需能量的输入方式：机械搅拌、气升式及液体循环等生化反应器。按反应物系在反应器内的流动和混合状态：活塞流反应器和全混流反应器。,生物反应器的操作模型,显然，活塞流和全混流是反应器内返混情况的两种极端，一个是完全不存在返混，一个是返混达到最大。实际的反应器内流体的流动介于这两者之间。这两个极端是理想流动，实际反应器内的流动是非理想流动。他们相对应的反应器为理想反应器和非理想反应器或实际反应器。,生物反应器的操作模型,生物反应器的操作模型,生物反应器的操作模型,生物反应器中的氧传递过程,气液界面附近氧传递的双膜理论模型,生物反应器的传递与混合特性,OTR单位体积反应液中氧的传质速率mol/m3s；kLa体积传质系数s-1；,重点,搅拌罐,鼓泡塔,生物反应器的传递与混合特性,a的大小取决于所设计的空气分布器、空气流动速率、反应器的体积、空气泡的直径等。如果由空气分布器出口流出的空气流动速率为Fa，气泡在发酵罐中的停留时间为t，气泡平均直径为dB，那么a可由下式给出：,体积传质系数的测定方法,生物反应器的传递与混合特性,细胞膜内的传质过程,OUR氧的消耗速率mol/(m3 s)；qO2氧的比消耗速率mol/(g s)；cX细胞浓度g/m3,与cOL的关系见图5-13、P229,cOL,C的概念,当cOL cOL,C时，细胞反应不受氧的限制；当cOL cOL,C时，细胞反应不将受到氧的限制。,当细胞反应受氧的限制，并遵循monod方程：,最大氧的比消耗速率mol/(g s)；氧饱和常数mol/m3；cOL溶氧浓度mol/m3,生物反应器的传递与混合特性,
