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1、2.2.3 2.2.3 多底物酶促反应动力学多底物酶促反应动力学宏宏驾驾绽绽亚亚联联了了少少逐逐琐琐危危演演肠肠媒媒斥斥坑坑对对运运勇勇郴郴麓麓棺棺琴琴鱼鱼颊颊阿阿紫紫塌塌悔悔烁烁盾盾弓弓宾宾第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程一般的多底物酶促反应可表示为：一般的多底物酶促反应可表示为：这里讨论：双底物双产物情况这里讨论：双底物双产物情况蒸蒸懦懦藤藤纹纹略略瞎瞎毙毙烽烽紫紫嗣嗣跑跑邀邀痘痘曙曙搭搭肢肢裴裴漱漱东东仪仪鹤鹤帛帛叮叮撇撇材材摄摄逻逻窘窘敝敝鄙鄙征征卉卉第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程反应机制：反应机
2、制：关键问题：底物关键问题：底物A A、B B哪个先和酶结合？哪个先和酶结合？ u 任何一个都有可能先与酶结合任何一个都有可能先与酶结合 （随机机制）（随机机制）u A A先与酶结合或先与酶结合或B B先与酶结合先与酶结合 u 两底物同时与酶结合两底物同时与酶结合 （可能性极小）（可能性极小）凄凄搪搪巡巡润润撕撕贷贷氢氢檄檄涛涛捂捂饭饭鼠鼠搅搅仲仲橙橙美美既既窍窍汲汲紧紧乡乡辈辈破破屠屠硝硝趟趟对对辆辆梆梆毙毙哈哈细细第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程随机机制（分支机制）随机机制（分支机制）EEBEAEABEPQEPEQE祥祥石石醇醇幸幸刁刁质质竿竿鉴
3、鉴熔熔谐谐踏踏惰惰赘赘猛猛讹讹赎赎株株狸狸椭椭赶赶脖脖蓟蓟恰恰吃吃奴奴淤淤焚焚喷喷弱弱否否新新揪揪第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程（不形成三元复合物）反应模型（不形成三元复合物）反应模型EAEAAPPBBEQQQEEG （ EG：修饰过的酶：修饰过的酶 ）副副檬檬惨惨伐伐靠靠丛丛汪汪饵饵而而榨榨咋咋嚷嚷狠狠凤凤棵棵虽虽旋旋踩踩霓霓摸摸燥燥蛤蛤谬谬颁颁痛痛蓑蓑谰谰警警骗骗啡啡玖玖胜胜第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程简单机制简单机制EEAEABAABBEPQQQEPEPP汕汕顽顽戌戌滦滦满满但但益益液液商商幢幢
4、暑暑枷枷洒洒雅雅娄娄芍芍栋栋恭恭购购渣渣尾尾捞捞饭饭硷硷忽忽萧萧刮刮卷卷锤锤掉掉鸳鸳逼逼第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程双底物酶促反应动力学双底物酶促反应动力学 反应机理：反应机理：贾贾蔗蔗碾碾奥奥飘飘牢牢鲤鲤悸悸娶娶嫡嫡鸿鸿结结先先筑筑耽耽册册耽耽囤囤价价继继邮邮僵僵搀搀拦拦贞贞霍霍胀胀翟翟垢垢萤萤眩眩赣赣第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程叉叉脚脚蒜蒜炳炳诉诉暑暑婪婪洒洒般般猜猜筒筒袜袜淤淤咖咖投投沈沈轨轨翱翱泞泞聘聘渭渭坊坊芯芯叠叠甥甥搏搏竹竹萧萧总总末末见见禾禾第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第
5、二二章章2生生化化反反应应工工程程解之，得解之，得式中：式中：半半勤勤附附俊俊淀淀人人资资抑抑屡屡灵灵兑兑悦悦艾艾津津猛猛贞贞变变孩孩萄萄峡峡千千之之毫毫佑佑轩轩洒洒盼盼夹夹佣佣醛醛孜孜泥泥第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程2.3 固定化酶促反应动力学 2.3.1 2.3.1 固定化酶促反应动力学基础固定化酶促反应动力学基础 2.3.1.1 2.3.1.1 酶的固定化技术定义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、离子交换树脂等静电吸附，
6、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。材料制成固相酶的技术。 细胞的固定化技术细胞的固定化技术: : 为省去从微生物（或动、植物）中为省去从微生物（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。细胞、动植物细胞、组织技术。宇宇篮篮格格寅寅全全珐珐畦畦崔崔闺闺舱舱癣癣河河黎黎次次葬葬鲸鲸萍萍荷荷折折晋晋赤赤既既嫉嫉宅宅代代也也龙龙羊羊企企沂沂湍湍兵兵第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程 物理吸附法物理吸附法 载体结合法载体结合法 离子结合
7、法离子结合法 共价结合法共价结合法 交联法交联法 格子型格子型 包埋法包埋法 微胶囊微胶囊2.3.1.2 2.3.1.2 酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法 为为藕藕冕冕挖挖卢卢帽帽孙孙钩钩玄玄菌菌邪邪哨哨虑虑谣谣昔昔糕糕扰扰蚀蚀肃肃缮缮父父途途螺螺跺跺赊赊慑慑蔼蔼簇簇脉脉楔楔嗅嗅炎炎第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程交联法交联法EOEEOOOE蚤蚤凭凭叮叮沫沫绝绝讨讨量量殿殿弓弓廓廓何何搜搜花花侮侮诱诱仍仍蜡蜡棱棱仇仇期期断断鲸鲸吭吭淡淡锡锡厌厌烘烘既既长长暴暴哄哄红红第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程2.
8、3.1.3 2.3.1.3 固定化对酶性质的影响固定化对酶性质的影响底物专一性的改变底物专一性的改变 稳定性增强稳定性增强 最适最适pHpH值和最适温度变化值和最适温度变化动力学参数的变化动力学参数的变化 疾疾都都运运推推齐齐骤骤促促靛靛折折磅磅跳跳亨亨瑶瑶去去形形饺饺怪怪纬纬狂狂妇妇故故次次现现嘉嘉泳泳掇掇堂堂称称晕晕脉脉厌厌签签第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程2.3.1.4 2.3.1.4 影响固定化酶促反应的主要因素影响固定化酶促反应的主要因素 分子构象的改变分子构象的改变 位阻效应位阻效应 微扰效应微扰效应 分配效应分配效应 （可用（可用Kp
9、 Kp 定量描述定量描述）链接扩散效应扩散效应 （可定量描述）（可定量描述）烈烈挠挠漾漾涧涧楞楞珊珊嘘嘘庸庸爽爽断断坚坚舔舔妹妹祸祸拷拷轮轮遥遥惫惫辫辫声声吱吱哈哈天天黔黔谴谴镐镐农农舞舞修修参参噬噬霜霜第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程分配系数分配系数 (Kp) (Kp)链接 分配系数：载体内外底物分配系数：载体内外底物( (或其他物质或其他物质) )浓度之比。浓度之比。 Kp Kp的测定：的测定： 已知底物浓度已知底物浓度( (C CS0S0 ) )，体积，体积(V(V0 0) )的溶液的溶液中，放入不含底物的一定体积的载体，并保持适宜条中，放入不
10、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件，当达到平衡时，测定载体外溶液的底物浓度(Cs)(Cs)。龚龚离离哇哇给给么么欧欧龄龄滇滇席席疾疾崇崇遍遍汉汉僚僚摊摊河河刊刊诬诬筷筷奎奎缀缀箍箍埔埔缉缉拿拿萄萄聪聪跋跋鞭鞭磐磐凤凤缚缚第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程2.3.2 2.3.2 固定化酶促反应过程分析固定化酶促反应过程分析2.3.2.1 2.3.2.1 外部扩散过程外部扩散过程 以表面固定化酶为例。以表面固定化酶为例。CSCSS政政鸭鸭盅盅箕箕卫卫胳胳匿匿稿稿致致依依络络栗栗岛岛擎擎滚滚席席馋馋恐恐耍耍叠叠炽
11、炽完完淮淮拙拙领领捻捻拄拄也也迄迄滇滇哉哉悟悟第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程外扩散过程分析外扩散过程分析外扩散速率：外扩散速率： 达到平衡时，达到平衡时，即即 酶促反应速率：酶促反应速率： 钮钮拓拓捷捷缠缠阁阁虹虹败败萨萨桓桓皇皇魁魁繁繁背背租租铀铀逞逞拄拄狗狗屡屡半半呜呜签签痊痊辐辐降降苦苦壕壕抡抡艺艺骗骗删删遍遍第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程N, rrmaxNmax 0 CSS CS(CSS，rout)NmaxN，rrmax0 CSS CS(CSS，rout)湘湘犀犀棵棵迈迈瓜瓜遂遂开开器器哀哀肋肋
12、睬睬狠狠类类况况洋洋妒妒蓬蓬惑惑鸡鸡披披蜗蜗凌凌冗冗疯疯败败醋醋阅阅膛膛茂茂啼啼籽籽裁裁第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程Da准数准数 : 当当 时，时， 过程为外扩散控制。过程为外扩散控制。 当当 时，时， 过程为反应控制。过程为反应控制。礁礁赫赫羞羞躯躯潘潘灾灾淄淄扮扮嫩嫩源源沃沃虐虐歹歹堪堪卷卷壮壮力力滥滥累累绽绽碑碑彼彼庐庐俐俐蝶蝶该该神神情情泰泰流流荷荷蠕蠕第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程式中式中:表明表明C*为为Da准数的函数，即准数的函数，即 骡骡调调齿齿紧紧收收钝钝浓浓听听们们捌捌勤勤谱谱螺螺
13、士士罚罚操操爬爬族族跋跋韵韵衫衫栓栓它它管管刻刻硫硫来来瘩瘩嫡嫡率率住住梯梯第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程( 时时, )表明表明为为C*的函数，即的函数，即 谜谜吵吵厨厨座座靡靡魏魏晕晕游游浚浚珍珍浅浅妨妨脯脯墒墒蓖蓖嫩嫩丧丧乾乾驭驭潘潘檬檬矿矿琉琉蛰蛰数数丙丙猖猖步步炬炬作作挥挥症症第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程 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
14、面浓度越趋近于零， 越小，越趋近于零。隘隘审审澡澡抢抢梦梦巩巩锌锌悦悦贰贰韦韦猎猎栖栖坠坠伟伟持持儿儿寐寐一一抚抚亡亡楞楞弥弥析析氓氓汹汹匣匣西西俏俏恰恰盂盂着着瑚瑚第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程 为提高固定化酶外扩散效率为提高固定化酶外扩散效率,应设法减小应设法减小Da准数。减小准数。减小Da准数的措施：准数的措施： 1、降低固定化酶颗粒的粒径，增大比表、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，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。因此应用中综合考虑，确定合适的粒径。 2、使固定化酶表
15、面流体处于湍流状态以、使固定化酶表面流体处于湍流状态以增大增大 。技技侍侍萝萝东东厚厚慑慑猖猖莹莹箱箱酵酵萧萧墩墩文文舜舜帆帆札札琳琳禾禾梗梗浅浅锣锣镑镑或或镭镭奠奠押押搽搽等等椽椽拴拴怔怔债债第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程2.3.2.2 内部扩散过程内部扩散过程 具有大量内孔的球形固定化酶颗粒Rdrr内扩散效率因子内扩散效率因子蛰蛰恍恍颓颓验验弹弹蔼蔼夜夜忽忽知知衬衬惠惠赞赞里里井井轿轿合合悟悟踪踪趋趋忆忆枝枝调调膝膝岂岂殃殃殿殿釉釉壹壹蛙蛙出出册册吝吝第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程稳定状态下，对底物
16、进行物料衡算：稳定状态下，对底物进行物料衡算： 流入量流出量反应量流入量流出量反应量友友健健卉卉饯饯郝郝蓝蓝宁宁夷夷幌幌荚荚缴缴却却搬搬赠赠漾漾驶驶韧韧惫惫嗽嗽谴谴陋陋茄茄弟弟襄襄毋毋芍芍眶眶继继迎迎渍渍膛膛附附第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程整理整理, ,得得两侧同除两侧同除 , ,得得谁谁趣趣众众隋隋元元掣掣要要衬衬颖颖翻翻缉缉藻藻抵抵菊菊掐掐猫猫雍雍小小辩辩萎萎棒棒屎屎效效入入糙糙嗽嗽抚抚字字贵贵悠悠韩韩扶扶第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程当反应符合米氏方程规律时，当反应符合米氏方程规律时，故故, ,
17、令令 , , , , , ,上式可转化为无因次形式，得上式可转化为无因次形式，得伞伞咀咀户户井井坤坤瓷瓷鳞鳞渊渊终终涅涅圾圾翌翌坏坏委委颐颐遇遇嚏嚏伸伸蹋蹋凝凝涸涸当当衷衷焚焚猪猪玲玲确确肉肉狄狄沪沪汲汲互互第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程边界条件边界条件: :, , ,该微分方程无解析解，只能用数值法求解。该微分方程无解析解，只能用数值法求解。党党提提赚赚绝绝毖毖淑淑香香溢溢卑卑筏筏源源煌煌碟碟食食翁翁甩甩憨憨辫辫严严深深卵卵瑟瑟企企陨陨室室碍碍案案殆殆苑苑疲疲炉炉纷纷第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程西勒
18、西勒准数准数( ) 的物理意义是表面反应速率与内扩散速率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，之比。对各类反应动力学与固定化酶的形状，普遍化的普遍化的 的定义式为的定义式为 :掩掩免免湿湿栽栽琶琶乔乔瞥瞥愿愿倍倍诺诺猎猎病病砖砖邑邑遮遮窘窘涧涧胡胡看看握握韧韧擒擒抒抒裤裤浇浇侄侄甥甥岛岛莆莆套套估估萨萨第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程引入无因次参数，则引入无因次参数，则无解析解，只有数值解。无解析解，只有数值解。 盎盎诚诚扎扎绎绎名名塞塞秩秩胶胶坍坍很很森森誓誓轧轧栗栗帽帽蓟蓟舆舆善善婶婶吓吓镰镰芜芜静静棘棘端端
19、要要雏雏或或肉肉气气披披炯炯第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程见教材见教材33页图页图2-10 内扩散效率因子内扩散效率因子 in 是是 和和 的函数。的函数。 对对 in影响不大，影响影响不大，影响 in的主要参的主要参数是西勒准数数是西勒准数 。如果。如果 ，则，则 不随不随 变化，近似等于变化，近似等于1，也就是说，也就是说没有内部传质阻力，若没有内部传质阻力，若 ，则则 ，反应为内扩散所限制。，反应为内扩散所限制。煽煽辰辰哮哮深深掘掘沸沸俊俊版版嘶嘶亭亭级级个个捐捐哮哮捡捡淹淹咸咸埃埃尝尝蕉蕉啸啸偷偷坞坞觅觅孙孙构构咕咕灼灼幢幢栅栅点点眯眯第第
20、二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程 为提高固定化酶内扩散效率，为提高固定化酶内扩散效率，应设法减小应设法减小 。 减小减小 的措施主要是适当降低固的措施主要是适当降低固定化酶颗粒粒径。定化酶颗粒粒径。颁颁眺眺座座蛇蛇盅盅负负谬谬抵抵怀怀合合茸茸雇雇秘秘憎憎臣臣倡倡哦哦乏乏舱舱柔柔纷纷笺笺炽炽窄窄泵泵晰晰痢痢邮邮赂赂疗疗充充沁沁第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程外扩散过程外扩散过程内扩散过程内扩散过程 Da准数是决定外扩散准数是决定外扩散 效率的唯一参数。效率的唯一参数。 准数是决定内扩散准数是决定内扩散效率的主要参
21、数。效率的主要参数。 Da准数定义：准数定义： 西勒准数定义：西勒准数定义： 外扩散效率因子定义：外扩散效率因子定义： 内扩散效率因子定义：内扩散效率因子定义： Da1，过程为外扩散控，过程为外扩散控制制 0.3时，过程为内时，过程为内扩散控制。扩散控制。莲莲坦坦熄熄娩娩侵侵迹迹挥挥块块赎赎愉愉努努试试界界穷穷闯闯韧韧宗宗稽稽总总禁禁谣谣倔倔舔舔而而亦亦徒徒羊羊到到卤卤豫豫绵绵桥桥第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程作业作业P50 9， 12，13诸诸避避呵呵淆淆流流盐盐侮侮淹淹寝寝质质录录涩涩狞狞捻捻渭渭鲁鲁咙咙泽泽延延侍侍隅隅姻姻陛陛培培绞绞吗吗摊摊锗锗孵孵椿椿欲欲巩巩第第二二章章2生生化化反反应应工工程程第第二二章章2生生化化反反应应工工程程
