最新的生化工程6 (6)
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1、第二章第二章酶促反应动力学酶促反应动力学主要内容主要内容 1 1、酶促反应动力学的特点、酶促反应动力学的特点 2 2、均相酶促反应动力学、均相酶促反应动力学 3 3、固定化酶促反应动力学、固定化酶促反应动力学 4 4、酶的失活动力学、酶的失活动力学2.1 酶促反应动力学的特点2.1.1 2.1.1 酶的基本概念酶的基本概念一、酶作为催化剂的共性一、酶作为催化剂的共性二、酶的生物催化特性二、酶的生物催化特性三、酶的调节功能三、酶的调节功能2.1.2 2.1.2 酶的稳定性及应用特点酶的稳定性及应用特点一、酶的稳定性一、酶的稳定性二、酶的应用特点二、酶的应用特点2.1.3 酶和细胞的固定化技术一、
2、固定化技术的基本概念一、固定化技术的基本概念二、固定化酶的特性二、固定化酶的特性三、固定化细胞的特性三、固定化细胞的特性四、酶和细胞的固定化技术四、酶和细胞的固定化技术2.1.4 酶促反应的特征一、优点：一、优点： 常温、常压、中性范围（个别除外）下进行常温、常压、中性范围（个别除外）下进行反应；反应； 与一些化学反应相比，省能且效率较高；与一些化学反应相比，省能且效率较高； 专一性好；专一性好； 反应体系较简单，反应过程的最适条件易于反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制等。控制等。二、不足，二、不足， 多限于一步或几步较简单的生化反应过程；多限于一步或几步较简单的生化反应过程； 一般周
3、期较长。一般周期较长。2.2 均相系酶促反应动力学2.2.1 2.2.1 酶促反应动力学基础酶促反应动力学基础一、零级反应一、零级反应二、一级反应二、一级反应即酶催化即酶催化ABAB的的过程过程 maxrdtdS)(01bakdtdb三、二级反应，即三、二级反应，即A + B C A + B C )(002cbcakdtdc 对于连锁反应，如，对于连锁反应，如，CBAkk21 akdtda1bkakdtdb21akdtdc22.2.2 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PEESSEkkk211x2 krP三点假设三点假设1
4、、底物浓度底物浓度S S 远大于酶的浓度远大于酶的浓度efree efree ，因此因此x x的形成不会降低底物浓度的形成不会降低底物浓度S S ，底物浓度以初始浓度计算。底物浓度以初始浓度计算。2 2、不考虑、不考虑P + E ESP + E ES这个可逆反应这个可逆反应的存在。要忽略这一反应，必须是的存在。要忽略这一反应，必须是产物产物P P为零，换言之，该方程适用于为零，换言之，该方程适用于反应的初始状态。反应的初始状态。3 3、ES E + PES E + P是整个反应的限速阶是整个反应的限速阶段，也就是说段，也就是说E + S = ESE + S = ES的可逆反的可逆反应在初速度测
5、定时间内已达到平衡。应在初速度测定时间内已达到平衡。ESES分解生成产物的速度不足以破坏分解生成产物的速度不足以破坏这个平衡。这个平衡。 式中式中rsrs为底物消耗速度（负号表示为底物消耗速度（负号表示减少）；减少）； rprp为产物生成速率；为产物生成速率； KsKs为平衡常数为平衡常数, ,其又称饱和常数其又称饱和常数（saturation constant）。）。SKSrSKSekrrspsspmax,2)(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
6、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”。SKSrSKSekrrmpmspmax,2)(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tmtSSKSStr00maxln)(ssmrSrKtmax0max)11ln(第二章第二章 酶促反应动力学酶促反应动力学2.1 酶促反应动力学的特点2.1.1 酶的基本概念酶的基本概念2.1.2 酶的稳定性及应用特点酶的稳定性及应用特点 酶是以活力、而不是以质量购销酶是以活力、而不是以质量购销的。的。 酶有不同的质量等级：工业用酶、酶有不同的质量等级：工业用酶、
7、食品用酶、医药用酶。酶的实际应用食品用酶、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中应注意，没有必要使用比工艺条件所需纯度更高的酶。所需纯度更高的酶。 经典酶学研究中，酶活力的测经典酶学研究中，酶活力的测定是在反应的初始短时间内进行的，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溶液，酶学研究的目的是探讨酶促反应的机制。应的机制。 工业上，为保证酶促反应高效工业上，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，反和底物，且反应要持续
8、较长时间，反应体系多为非均相体系，有时反应是应体系多为非均相体系，有时反应是在有机溶剂中进行。在有机溶剂中进行。2.2 均相酶促反应动力学均相酶促反应动力学2.2.1 酶促反应动力学基础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可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。动力学方程。对酶促反应对酶促反应 ，有：，有： 式中，式中， k：酶促反应速率常数；：酶促反应速率常数； r：酶促反应速率；：酶促反应速率； rA：以底物：以底物A的消耗速率表示的酶促反应速率；的消耗速率表示的酶促反应速率； rP：以产物：以产物P的生成速率表示的酶促反应速率。的生成速率表示的酶促反应速率。DC
9、BA dtdCrAA BAPACkCrrrdtdCrBP 对连锁的酶促反应，对连锁的酶促反应，PMAkk21AACkdtdC1MAMCkCkdtdC21 APCkdtdC22.2.2 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：PSPEESSEkkk 211三点假设三点假设1、底物浓度底物浓度 远大于酶的浓度远大于酶的浓度 ，因此，因此x x的形成不会降低底物浓度的形成不会降低底物浓度S S ，底物浓度以初，底物浓度以初始浓度计算。始浓度计算。2 2、不考虑、不考虑P + E ESP + E ES这个可逆反应的存在。这个可逆反
10、应的存在。要忽略这一反应，必须是产物要忽略这一反应，必须是产物P P为零，换言之，为零，换言之，该方程适用于反应的初始状态。该方程适用于反应的初始状态。3 3、ES E + PES E + P是整个反应的限速阶段，也就是整个反应的限速阶段，也就是说是说E + S = ESE + S = ES的可逆反应在初速度测定时的可逆反应在初速度测定时间内已达到平衡。间内已达到平衡。ESES分解生成产物的速度不分解生成产物的速度不足以破坏这个平衡。足以破坏这个平衡。ESCESCSCESCkr2 11kkKCCCSESSE ESEECCC 0解之，得SSSECKCCkr 0202maxECkr SSSCKCr
11、r max令则根据假设建立动力学方程:稳态法推导动力学方程：稳态法推导动力学方程：几点假设：几点假设：（1）CSCE，中间复合物，中间复合物ES的形成的形成不会降低不会降低CS。（2）不考虑这个）不考虑这个 可逆反应可逆反应（3）CSCE中间复合物中间复合物ES一经分解，一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物间复合物ES浓度保持衡定，浓度保持衡定，即即 。ESEP0 dtdCESESCkr2 ESEECCC 0解之，得02maxECkr 令则0211 ESESSEESCkCkCCkdtdCSSECkkkCCkr 12102121kkkKm SmSCK
