《最新的生化工程6 (6)讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新的生化工程6 (6)讲解（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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 一、优点： 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，
2、反应过程的最适条件易于 控制等。 二、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。 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AB的 过程 三、二级反应，即A + B C 对于连锁反应，如， 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 三点假设 1、底物浓度S 远大于酶的浓度efree ，因此x的形成不会降低底物浓度S ，底物浓度以初始浓度计算。 2、不考虑P + E ES这个可逆反应 的存在。要忽略这一反应，必须是 产物P为零，换言之，该方程
3、适用于 反应的初始状态。 3、ES E + P是整个反应的限速阶 段，也就是说E + S = ES的可逆反 应在初速度测定时间内已达到平衡 。ES分解生成产物的速度不足以破 坏这个平衡。 式中rs为底物消耗速度（负号表示 减少）； rp为产物生成速率； Ks为平衡常数,其又称饱和常数（ saturation constant）。 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
4、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 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
5、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。 2.2 均相酶促反应动力学 2.2.1 酶促反应动力学基础 可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： 式中， k：酶促反应速率常数； r：酶促反应速率； rA：以底物A的消耗速率表示的酶促反应速率； rP：以产物P的生成速率表示的酶促反应速率。 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： 三点假设 1、底物浓度 远大于酶的浓度 ，因此x的 形成不会降低底物浓度S ，底物浓
6、度以初始 浓度计算。 2、不考虑P + E ES这个可逆反应的存在。 要忽略这一反应，必须是产物P为零，换言之 ，该方程适用于反应的初始状态。 3、ES E + P是整个反应的限速阶段，也就 是说E + S = ES的可逆反应在初速度测定时 间内已达到平衡。ES分解生成产物的速度不 足以破坏这个平衡。 解之，得 令 则 根据假设建立动力学方程: 稳态法推导动力学方程： 几点假设： （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 。 解之，得 令 则 根据以上
7、假设，可建立如下方程组 米氏方程 r rmax rmax/2 KmCS 图21 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CS1，过程为外 扩散控制 0.3时， 过程为内扩散控制。 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。 建立酶失活动力学方程： 边界条件： 积分，得 几个概念： ：一步失活常数 ：半衰期，当 ：时间常数， 三者关系： 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， 2.4.1.3 温度对酶失活的影响 式中， 指前因子 反应活化能 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 建立失活动力学方程： 方程联立求解，得 式中： 讨论： 1时，底物对酶失活无影响。 0时，酶完全被底物所保护。 01时，底物加速酶的失活。 因此称为底物对酶稳定性影响系数。
