页数：94页文件大小：2.20 MB来源： 生物反应工程ppt课件
本课件围绕酶促反应动力学展开，先讲酶催化特征与反应速率基础，再用快速平衡法与稳态法推导米氏方程及其双倒数求解，继而分析竞争性与非竞争性抑制、产物与底物抑制，最后讨论固定化酶的内外扩散过程与酶失活动力学模型。
第二章酶促反应动力学
主要内容1、酶促反应动力学的特点2、均相酶促反应动力学3、固定化酶促反应动力学4、酶的失活动力学
2.1 酶促反应动力学的特点2.1.1 酶的基本概念一、酶作为催化剂的共性二、酶的生物催化特性三、酶的调节功能2.1.2 酶的稳定性及应用特点一、酶的稳定性二、酶的应用特点
2.1.3 酶和细胞的固定化技术一、固定化技术的基本概念二、固定化酶的特性三、固定化细胞的特性四、酶和细胞的固定化技术
2.1.4 酶促反应的特征
2.2 均相系酶促反应动力学2.2.1 酶促反应动力学基础一、零级反应二、一级反应——即酶催化A→B的过程
三、二级反应，即A + B → C
2.2.2 单底物酶促反应动力学一、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
米氏方程推导的三点假设
利用稳态法获得米氏方程，同样基于三点假设。其中第（1）和（2）两点与快速平衡法一致，第三点是在基于底物浓度比酶的浓度高得多，中间复合物ES分解时所得到的酶又立即与底物结合，使中间复合物浓度维持不变。即在这段时间里，x的生成速率与x的消失速率相等，达到动态平衡，即所谓“稳态”。
在实际的酶促反应中，人们关心的是反应时间与底物转化率的关系．所以，基于t=0，S=S0初值积分得
谢谢大家
第二章酶促反应动力学
2.1 酶促反应动力学的特点2.1.1酶的基本概念2.1.2酶的稳定性及应用特点酶是以活力、而不是以质量购销的。酶有不同的质量等级：工业用酶、食品用酶、医药用酶。酶的实际应用中应注意，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。
可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。
对连锁的酶促反应，
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的几点假设
解之，得令则根据假设建立动力学方程
解之，得令则根据以上假设，可建立如下方程组
米氏方程rrmaxrmax/2KmCS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
双倒数法(LinewearBurk):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／Km1／rmax1／r斜率－Km/rmax1／CS图2－2 双倒数法求解Km和rmax
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
竞争性抑制非竞争性抑制EISESI
解之，得式中:
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:
解之，得式中:
竞争性抑制非竞争性抑制令可变形为:可变形为:令
竞争性抑制非竞争性抑制1／r1／CS1／rmax-1／Km-1／Km’1／r1／CS1／rmax-1／KmCI=0CI1／rmax’CI=0CI
2.2.3 多底物酶促反应动力学
反应机制的关键问题：底物 A、B 哪个先和酶结合？
随机机制（分支机制）EEBEAEABEPQEPEQE
（不形成三元复合物）反应模型EAE＋A－A－P＋P＋B－BEQ－Q＋QEEG（EG：修饰过的酶）
简单机制EEAEAB＋A－A＋B－BEPQ－Q＋QEPE－P＋P
解之，得式中：
2.3.1.2 酶和细胞固定化方法
交联法EOEEOOOE
2.3.1.3 固定化对酶性质的影响
2.3.1.4 影响固定化酶促反应的主要因素
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。CSCSS
N,rrmaxNmax0CSSCS(CSS，rout)NmaxN，rrmax0CSSCS(CSS，rout)
( 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：
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Rdrr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
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。
外扩散过程与内扩散过程对比
| 对比项 | 外扩散过程 | 内扩散过程 |
|---|---|---|
| 决定效率的参数 | Da 准数（唯一参数） | 西勒准数 φ（主要参数） |
| 准数定义 | 表面反应速率与外扩散速率之比 | 表面反应速率与内扩散速率之比 |
| 效率因子 | 外扩散效率因子 | 内扩散效率因子 ηin |
| 反应控制判据 | Da<<1 为反应控制；Da>>1 为外扩散控制 | φ<<0.3 为反应控制；φ>>0.3 为内扩散控制 |
2.4 酶的失活动力学
2.4.1 未反应时酶的失活动力学2.4.1.1 一步失活模型式中:E—具有活性的酶，D—失活的酶。kd—失活反应速率常数。
2.4.1.2 多步失活模型多步串联失活模型：同步失活模型：式中，为失活速率常数为的酶组分的分率。因此，
同时考虑温度和时间对酶失活的影响：（见教材35页图2-11）
2.4.2 反应中酶的热失活动力学看图：图2-12（a)说明：图2-12（b)说明：
2.4.2.1 反应中酶的失活模型
方程联立求解，得式中：
底物对酶稳定性影响系数 δ 的讨论
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