第二章 生物反应动力学 PPT课件
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生化反应动力学 PPT课件
第二章 生化反应动力学
生化反应动力学
●单底物酶反应动力学
●多底物酶反应动力学
●各种因素对酶反应速度的影响
●微生物代谢调节的生化基础
• 生物在表观上所显示的一切生理现象(实为体内生物
化学反应)都与酶的作用密切相关。因此，研究生化
反应动力学也就是研究酶催化反应动力学。
• 微生物的生长和产物的生成都是一系列复杂的酶催化 反应的结果。要了解微生物发酵动力学必须首先了解 酶反应动力学。 • 酶动力学主要研究酶催化反应的速度及各种因素（包 括酶浓度、底物浓度、产物、pH值、温度、抑制剂和 激活剂等）对反应速度的影响，并提出从反应物到产
(Ⅰ )
(Ⅱ )
E+S
k1
ES
k3
P+E
k2
稳态时ES浓度不变
反应速度 V=k3[ES] ES的生成速度=消耗速度 k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES] E的质量平衡方程 [E]=[Et] - [ES]
V= V[S] Km + [S] Km= V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et] k2 + k3 k1 米氏常数
②可以判断酶的专一性和天然底物
Km值最小的底物——最适底物/天然底物
1/Km近似表示酶对底物的亲和力： 1/Km越大、亲和力越大
k2>>k3时
Km= k2 + k3 k1
Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）
E+S k1 k2 ES k3 P+E
Km越小，亲和力越强。
[S]很小时，反应速度就能达到很大。
（3） kcat/km的意义：
V= Vmax[S] Km + [S] V= kcat[Et][S] Km + [S]
生化反应动力学
●单底物酶反应动力学
●多底物酶反应动力学
●各种因素对酶反应速度的影响
●微生物代谢调节的生化基础
• 生物在表观上所显示的一切生理现象(实为体内生物
化学反应)都与酶的作用密切相关。因此，研究生化
反应动力学也就是研究酶催化反应动力学。
• 微生物的生长和产物的生成都是一系列复杂的酶催化 反应的结果。要了解微生物发酵动力学必须首先了解 酶反应动力学。 • 酶动力学主要研究酶催化反应的速度及各种因素（包 括酶浓度、底物浓度、产物、pH值、温度、抑制剂和 激活剂等）对反应速度的影响，并提出从反应物到产
(Ⅰ )
(Ⅱ )
E+S
k1
ES
k3
P+E
k2
稳态时ES浓度不变
反应速度 V=k3[ES] ES的生成速度=消耗速度 k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES] E的质量平衡方程 [E]=[Et] - [ES]
V= V[S] Km + [S] Km= V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et] k2 + k3 k1 米氏常数
②可以判断酶的专一性和天然底物
Km值最小的底物——最适底物/天然底物
1/Km近似表示酶对底物的亲和力： 1/Km越大、亲和力越大
k2>>k3时
Km= k2 + k3 k1
Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）
E+S k1 k2 ES k3 P+E
Km越小，亲和力越强。
[S]很小时，反应速度就能达到很大。
（3） kcat/km的意义：
V= Vmax[S] Km + [S] V= kcat[Et][S] Km + [S]
第二章 生物反应动力学 1 酶促反应 PPT课件
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。
1.1.3 酶促反应的特征
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，反应过程的最适条件易于控制等。
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。
1.1.4
研究酶促反应的目的
对工程技术人员而言，仅用于解释酶促反应的 机制是不够的，还应对影响其反应速率的因素进行 定量分析，建立可靠的反应速率方程式，为反应器 的合理设计合反应过程的最佳条件选择服务。
1.2 均相酶促反应动力学
• ������ 均相酶反应：系指酶与反应物系处于同一 相—液相的酶催化反应，它不存在相间的物质传 递。
• ������ 非均相酶反应：系指酶与反应物系处于不同 相的酶催化反应，反应过程存在相间的物质传递。
1.2.1 酶促反应动力学基础
1 影响酶促反应速率的因素
酶 促 反 应 速 率 的 影 响 因 素 浓度因素： 酶浓度、底物浓度、产物浓度、效应物浓度。
积分
(C A0
1 dCD k 2 dt C D )(C B 0 C D ) 1 1 1 ( )dCD k 2 dt C B 0 ) C A0 C D C B 0 C D
(C A0
(C A0
C (C C D ) 1 ln B 0 A0 k 2t C B 0 ) C A0 (C B 0 C D )
第二章-生物反应动力学-2-细胞反应PPT课件
分裂时间为90～120 min。
.
18
霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝。从
菌丝体（顶端生长）的顶端细胞间形成
隔膜进行生长，一旦形成一个细胞，它
就保持其完整性。霉菌的倍增时间可短
至60～90 min，但典型的霉菌倍增时间
为4～8 h。
.
19
病毒能在活细胞内繁
殖，但不能在一般培
养基中繁殖。病毒是
通过复制方式进行繁
1 细胞反应过程计量学
反应计量学是对反应物的组成和反应
转化程度的数量化研究。通过计量学，可
知道反应过程中有关组分的组成变化规律
以及各反应之间的数量关系。知道了这些
数量关系，就可以由一个物质的消耗或生
成速率来推知其他物质的消耗或生成速率。
.
40
由于细胞反应过程由众多组分参与，
且代谢途径错综复杂，在细胞生长和繁殖
的。
CH
O
m
n aO
2bNH
3
cCH
fCO
xO
yN
z dCH
uO
vN
weH
2O
2
.
45
CH
O
bNH
m
n aO
2
3
cCH
fCO
xO
yN
z dCH
uO
vN
weH
2O
2
• 式中CHmOn为碳源的元素组成，CHxOyNz
是细胞的元素组成，CHuOvNw为产物的元
素组成。下标m、n、u、v、w、x、y、z
最伟大的发现。
.
3
第三代现代生物技术产品
从1953年美国的Watson及Crick发现了
DNA分子的双螺旋结构，由此而来21世
.
18
霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝。从
菌丝体（顶端生长）的顶端细胞间形成
隔膜进行生长，一旦形成一个细胞，它
就保持其完整性。霉菌的倍增时间可短
至60～90 min，但典型的霉菌倍增时间
为4～8 h。
.
19
病毒能在活细胞内繁
殖，但不能在一般培
养基中繁殖。病毒是
通过复制方式进行繁
1 细胞反应过程计量学
反应计量学是对反应物的组成和反应
转化程度的数量化研究。通过计量学，可
知道反应过程中有关组分的组成变化规律
以及各反应之间的数量关系。知道了这些
数量关系，就可以由一个物质的消耗或生
成速率来推知其他物质的消耗或生成速率。
.
40
由于细胞反应过程由众多组分参与，
且代谢途径错综复杂，在细胞生长和繁殖
的。
CH
O
m
n aO
2bNH
3
cCH
fCO
xO
yN
z dCH
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.
45
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2
3
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xO
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uO
vN
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2O
2
• 式中CHmOn为碳源的元素组成，CHxOyNz
是细胞的元素组成，CHuOvNw为产物的元
素组成。下标m、n、u、v、w、x、y、z
最伟大的发现。
.
3
第三代现代生物技术产品
从1953年美国的Watson及Crick发现了
DNA分子的双螺旋结构，由此而来21世
生化工程第二章酶促反应动力学优秀课件
化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
v
dS dt
• 若用单位时间内生成物浓
v
度的增加来表示，则：
v
dP dt
t
v
dP dt
t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
单底物酶促反应动力学
E ＋S
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
快速平衡学说的几点假设条件：
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合物完 成的。
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的形成不会降低 底物浓度[S]，底物浓度以初始浓度计算。
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
v k[A] • 双如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表示为：
vk[A]B []
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制， 即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用 实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
生化工程第二章酶 促反应动力学
实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
油料
甘油 ＋ 脂肪酸
甲醇 NaOH
生物柴油
• 高果糖浆:
α-淀粉酶
糖化酶Biblioteka 葡萄糖异构酶淀粉浆液
第二章 生物反应动力学.
E S [ES] E P E I [EI] [EI] S KS [EIS] [ES] I KI [ESI]
底物 抑制
产物 抑制
E S [ES ] E P S [ES ] [SES ]
E S [ES ] E P E P [EP]
所消耗的底物. 3. 产物的抑制作用不计.
有两种推导反应速率方程的方法:平衡假设法和拟稳态假设法.
平衡假设法—Michaelis-Menten方程
平衡假设：认为酶催化反应历程中，生成产物一步的反应速率要慢于底物S和酶 形成中间复合物的可逆反应速率，因此生成产物一步的反应速率决定整个酶催 化反应的速率，生成复合物的可逆反应则达到平衡状态。
流量分析，介绍代谢工程进展。 • 重点：
各种情况下的酶和细胞反应（过程）的动力学方程及其在形式 上差异、简单的代谢流量分析。 • 难点：
酶催化反应动力学机理方程的推导。
第一节 均相酶催化反应动力学
酶催化反应过程分为：均相酶催化反应过程和非均相酶催化反应过程。 均相酶催化反应 定义: 指酶和反应物系处于同一相(液相)中的酶催化反应. 特点: 不存在相间的物质传递.所描述的反应速率与反应物系的基本关系反映
拟稳态假设法—Briggs-Haldane方程
拟稳态假设：认为由于反应体系中底物浓度要比酶的浓度高得多，中间复合物 分解时所得到的酶又立即与底物相结合，使得反应体系中复合物的浓度维持不 变，即中间复合物的浓度不随时间变化，即：
dC[ES] 0 dt
根据反应机理和拟稳态假设，有下述方程式：
dCP dt
所示。
rm ax
该曲线表示了三个不同动力学特点的区域： rS
1
•当CS KS 时，即底物浓度比值小得多时，该曲 2 rmax
第二章 生化反应动力学
一、单底物酶反应动力学
1、米氏方程 2、米氏方程讨论 3、动力学常数Km和Vm的求取 4、复杂形式的酶反应动力学
返回
1、米氏方程
⑴ Henri中间复合物学说 ⑵ 米氏方程 ⑶ 米氏方程的三假设 ⑷ Briggs-Haladane修正式 ⑸ 米氏方程推导
返回
Henri中间复合物学说
1903年，Henri在研究蔗糖水解时，提出了中 间复合物学说。 他认为，酶与底物的作用是通过酶跟底物生 成复合物而进行的。底物浓度较低即酶的 活性中心未被饱和时，反应速度随浓底物 浓度上升呈正相关。当底物浓度较高时， 即酶的活性中心被饱合或趋于饱和时，反 应速度增加率变小或不再增加。此时，酶底物复合物的生成速度相应较快，而分解 速度相对较慢成为整个反应的限速步骤。
返回
双倒数作图
返回
⑴下图是根据[S]在0.33～2.0Km范围时的实验结果而 作的双倒数图，从此图可准确地测量出-1/Km和1/Vmax 等。
[S]在0.33～ 2.0 Km的范 围的实验结 果而作出的 双倒数图。
返回
⑵ 如果所选底物浓度比Km大得多，则所得双倒数图 的直线基本上是水平的。这种情况虽可测得1/Vmax ， 但由于直线斜率近乎零， -1/Km则难以测得。
返回
4.Woolf-Augustinsson-Hofstee作图法
将米氏方程重排为线性方程：
返回
几种方法的比较
以上三种作图法也应注意选择底物浓度，不要使[S]比 Km高得多或低得多。 上述几种线性作图法各有其优 缺点。双倒数作图法应用最广泛。但此法有两个缺点： 第一，在v～ [S]图上，由相等增值而给出的等距离各 点，在双倒数图上变成非等距离的点，且多数点集中 在1/v轴附近，而远离1/v轴的地方只有少数几个点， 恰好这些点又正是主观目测以确定直线最权重的那些 点。第二，在测定v时产生的小误差，当取倒数时会放 大。在低底物浓度下更为敏感，因在高1/[S]值所得的 一两个不准确的点，会给图的斜率带来显著误差。第 一个缺点可通过选择适当的[S]，使1/[S]为等距离增值 而得到克服。对第二个缺点关键要注意在低底物浓度 下使所测初速度误差尽可能减小。
《生物反应动力学》PPT课件
《生物反应动力学》PPT 课件
菌体生长 基质消耗 产物生成
最佳工艺条件的控制
菌体生长速率 基质消耗速率 代谢产物的生成速率
• 菌体生长速率：单位体积、单位时间生长 的菌体量（g/h.L)
dc(X) vx= dt = µc(X) 或
µ=
1
c(X)
·
dc(X)
dt
μ除受细胞自身的遗传信息支配外，还受 环境因素的影响。
c0(X) =0
μ>> k
-
F V
c (X)
+ µc(X)
=
dc(X) dt
dc(X) dt = 0
F c (X) = µc(X) V
F =μ = D V
限制性营养物质的物料平衡
- - - - = 流入的 流出的
营养物质 营养物质
生长消耗 的营养物质
维持 生命需要 的营养物质
形成产 物消耗的 营养物质
件的不同而不同，通常
比生长速率与底物之间关系
为0.086～2.1h-1
µm
c(S)﹤﹤KS时
µ=
µm ．c(S) KS
﹤﹤
c(S) KS时
µ=
µm KI KI + c(S)
b
μ
c
µm/2
a
KS
c(S)
• 微生物生长过程的特征通常以得率系数 来描述，即生成细胞或产物与消耗的营 养物质之间的关系。 细胞得率系数（YX/S g）：消耗1g营养 物质生成的细胞的质量。
分批发酵动力学
补料分批发酵动力学 连续发酵动力学
☞ 分批发酵的不同阶段 ☞ 微生物分批培养的生长动力学
方程 ☞ 分批培养时基质的消耗速率 ☞ 分批培养中产物的形成速率 ☞ 分批培养过程的生产率
菌体生长 基质消耗 产物生成
最佳工艺条件的控制
菌体生长速率 基质消耗速率 代谢产物的生成速率
• 菌体生长速率：单位体积、单位时间生长 的菌体量（g/h.L)
dc(X) vx= dt = µc(X) 或
µ=
1
c(X)
·
dc(X)
dt
μ除受细胞自身的遗传信息支配外，还受 环境因素的影响。
c0(X) =0
μ>> k
-
F V
c (X)
+ µc(X)
=
dc(X) dt
dc(X) dt = 0
F c (X) = µc(X) V
F =μ = D V
限制性营养物质的物料平衡
- - - - = 流入的 流出的
营养物质 营养物质
生长消耗 的营养物质
维持 生命需要 的营养物质
形成产 物消耗的 营养物质
件的不同而不同，通常
比生长速率与底物之间关系
为0.086～2.1h-1
µm
c(S)﹤﹤KS时
µ=
µm ．c(S) KS
﹤﹤
c(S) KS时
µ=
µm KI KI + c(S)
b
μ
c
µm/2
a
KS
c(S)
• 微生物生长过程的特征通常以得率系数 来描述，即生成细胞或产物与消耗的营 养物质之间的关系。 细胞得率系数（YX/S g）：消耗1g营养 物质生成的细胞的质量。
分批发酵动力学
补料分批发酵动力学 连续发酵动力学
☞ 分批发酵的不同阶段 ☞ 微生物分批培养的生长动力学
方程 ☞ 分批培养时基质的消耗速率 ☞ 分批培养中产物的形成速率 ☞ 分批培养过程的生产率
第二章 生化反应动力学
（2）、 可逆抑制
• 抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合， 引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以 通过透析等方法被除去，并且能部分 或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与 酶结合的情况，又可以分为两类
A、 竟争性抑制
• 某些抑制剂的化学结构与底物相似，因 而能与底物竟争与酶活性中心结合。当 抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥 在反应中心之外，其结果是酶促反应被 抑制了。 • 竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度 ，即提高底物的竞争能力来消除。
• 酶的最适pH目前还只能用实验方法测得， 它可以随着底物浓度、温度及其它条件的 变化而改变。因此酶的最适pH并不是一个 常数，它只是在一定条件下才有意义。
• 用酶活或反应速度 对pH作图，一般得 到钟罩形的曲线。
• 在一定的pH 下, 酶具 有最大的催化活性,通 常称此pH 为最适 pH。 • Arginase(精氨酸酶)与 唾液淀粉酶、胃蛋白酶 （pepsin） • 多数酶在7.0左右
【举例】 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶 琥珀酸
琥珀酸脱氢酶
FAD
COOH CH2 CH2 COOH
琥珀酸
延胡索酸
FADH2
COOH CH2 COOH
丙二酸
斜率
斜率争性抑制
• 酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象 变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是 与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争 性抑制剂。 • 如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等 ，通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用， 改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。
温度对酶反应速度的影响
• 一方面是温度升高,酶 促反应速度加快。 • 另一方面,温度升高,酶 的高级结构将发生变化 或变性，导致酶活性降 低甚至丧失，反应速度 下降也迅速 • 因此大多数酶都有一个 最适温度。 在最适温 度条件下,反应速度最 大。
反应动力学基础PPT课件
式为:
r dFA dW
8
第八页，课件共140页。
空速与接触时间
空速：单位反应体积所处理的混合物的体积流量。因 次为时间的倒数(1／h)。
VSP
VS 0 VR
计算空速时的体积流量一般使用标态体积，特殊说明时可 使用操作状态流量。也有使用摩尔流量的，称为摩尔空速。
是衡量反应器生产强度的重要操作参数。例如：氨合成反应， 压力为10Mpa时，空速为10000(1/h)；而当压力为30Mpa时， 空速则为28000-30000(1/h)。
19
第十九页，课件共140页。
一氧化氮氧化动力学方程建立
由于第二步为速率的控制步骤因此有:
r k2C( NO)2Co2
第一步达到平衡，则 有: C( NO)2 K1CN2O
代入上式得
r k2 K1CN2OCo2 k2CN2OCo2
因此,当得到的速率方程与由质量作用定律得到的形式 相同，不能说明该反应一定是基元反应。但基元反应 的速率方程可用质量作用定律来表示。
20
第二十页，课件共140页。
例：反应机理分析
如果所得动力学实验结果与由所设的反应机理推导得到 的速率方程相符合，绝对不能肯定说所设的反应机理是 正确的。只能说明是一个可能的反应机理，因为不同的反应 机理完全可能推导出形式相同的速率方程 。
例如NO的氧化反应，如果机理为：
NO O2 NO3
例2.2
28
第二十八页，课件共140页。
例题计算结果
29
第二十九页，课件共140页。
2．3 温度对反应速率的影响
在幂函数型速度方程中，以反应速率常数k来体现 温度对反应速率的影响。对于一定的温度，反应 速率k为定值。通常用阿累尼乌斯方程表示反应速率 常数与温度的关系。即：
生物反应工程-PPT课件
1.3生物反应工程
1.3.1 定义：研究生物反应动力学，反应器的 结构、设计、放大以及反应器优化的一个重要 学科。 实质：生物反应过程中带有共性的工程技术问 题的学科。
如何从生物现象中抽象出共性的内容
从宏观看 以获得生物量为目的： 生物合成速率≈影响因素（生物体、基质、环境因 素、操作条件等） 以获得目的产物为目的：
生物反应工程与相关学科的关系
1.4生物反应工程的研究方法
数学模型法——用数学语言表达生物法反应过 程中各个变量之间的关系。 不能替代实验研究。 方法——机理模型或结构模型既过程机理出发推 倒的。 --------可外推使用半经验模型\ 经验模型 经验法
参考资料
国外 1975年日本学者合叶修一等《生物化学工程---反应动力学》 1979年日本学者山根恒夫《生物反应工程》 1985年德国学者许盖特（Schugerl）《生物反应工程》 1993年日本学者川濑义矩《生物反应工程基础》 1994（02）年丹麦学者Nielsen 等《生物反应工程原理》 国内 《生物反应工程原理》（ 1990 和 2019 天津科技大学贾士儒） 《生物工艺学》（1992华东理工大学俞俊棠等） 《生化工程》（1993江南大学伦世仪） 《生化反应动力学与反应器》（2019北京化工大学戚以政等） 《生物反应工程》（2019戚以政等） 《生物反应工程》 2019浙江大学岑沛林等） 《生物反应工程》（2019清华大学邢新会译）
A.
生物反应动力学
动力学——研究工业生产中生物反应速率问题；影响 生物反应速率的各种因素以及如何获得最优的反应结 果。 本征动力学（微观动力学） 反应器动力学（宏观动力系学）
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'
•存在多个产物中间复合物
kKK ' kcat 1 K KK ' KS Km 1 K K '
k3 k1 k2 k4 [ EP]1 [ EP]2 [ EP]3 [ EP]4 EP
1 1 1 1 1 kcat k1 k2 k3 k4
3.
与底物S的浓度相比,酶的浓度很小,因此可以不计由于生成中间复合物[ES] 所消耗的底物.
产物的抑制作用不计. 有两种推导反应速率方程的方法:平衡假设法和拟稳态假设法.
平衡假设法—Michaelis-Menten方程 平衡假设：认为酶催化反应历程中，生成产物一步的反应速率要慢于底物S和酶 形成中间复合物的可逆反应速率，因此生成产物一步的反应速率决定整个酶催 化反应的速率，生成复合物的可逆反应则达到平衡状态。 根据假设有： r rP kC[ ES ] 根据生成复合物的可逆反应有：
1
简单的酶催化反应动力学
指由一种反应物(底物)参与的不可逆反应，例如酶催化的水解反应和 异构化反应。可以写为： E S P 其反应机理可以认为是：首先是底物S和酶E相结合形成中间复合物 [ES]，然后该复合物分解成产物P，并释放出酶E。即有：
S E [ ES] P E
上述反应的速率可表示为: 1 dnS rS V dt 上式中：V--反应体系的体积,L.
第二章
生物反应动力学（8学时）
• 基本要求： 掌握简单酶催化反应动力学、有抑制的和复杂的酶催化反应动 力学，掌握影响酶催化反应速率的因素，以及动力学参数的求取。 了解微生物反应过程的计量学，掌握分批培养时细胞生长动力 学、底物消耗及产物生成动力学，学会细胞反应动力学参数的估算。 了解细胞内生物反应－代谢工程的基础知识，掌握简单的代谢 流量分析，介绍代谢工程进展。 • 重点： 各种情况下的酶和细胞反应（过程）的动力学方程及其在形式 上差异、简单的代谢流量分析。 • 难点： 酶催化反应动力学机理方程的推导。
说明反应机理,即阐明各基元反应如何进行,也就是反应历程.
研究均相酶催化反应的目的:阐明反应机理及设计反应器及其操作. 非均相酶催化反应 指酶和反应物系不处于同一相(液相)中的酶催化反应，同时还存在固相 或另一个液相，因而存在相间的物质传递。这些情况主要有固定化酶反应、 双水相酶反应及有机相酶催化反应等。 这部分内容将在第三章生物反应器中的传质与传热中讨论。
拟稳态假设法—Briggs-Haldane方程 拟稳态假设：认为由于反应体系中底物浓度要比酶的浓度高得多，中间复合物 分解时所得到的酶又立即与底物相结合，使得反应体系中复合物的浓度维持不 变，即中间复合物的浓度不随时间变化，即：
dC[ ES ] dt
dCP kC[ ES ] dt dCS k 1C E C S k 1C[ ES ] dt dC[ ES ] k 1C E C S k 1C[ ES ] kC[ ES ] 0 dt C E 0 C E C[ ES ] C[ ES ] C[ ES ] ( k 1 k ) C[ ES ] C E 0 k 1C S
k 1C E CS k 1C[ ES ] C E C E 0 C E C[ ES ] CE 0 K S C[ ES ] C[ ES ] CS C[ ES ] C[ ES ] (1 KS ) CS k 1C[ ES ] k 1CS KS
C[ ES ] CS
第一节
均相酶催化反应动力学
酶催化反应过程分为：均相酶催化反应过程和非均相酶催化反应过程。 均相酶催化反应
定义: 指酶和反应物系处于同一相(液相)中的酶催化反应.
特点: 不存在相间的物质传递.所描述的反应速率与反应物系的基本关系反映 了该反应过程的本征动力学关系,是分子水平上的反应.本征动力学可以
M-M方程和B-殊情况的讨论：
定义：催化活性中心速率常数 对于M-M和B-H方程， •存在多个中间复合物
kcat
rP ,max CE 0
kcat k
KS K K k ES [ES] [ES]' [ES]'' EP
最后一式即为M-M方程。 该方程中引入了两个参数：
C E 0C S CS K S r C kCE 0CS P ,max S K S CS K S CS
r rP
KS
k 1 k 1
rP,max --P的最大生成速率,mol/(L.S).
rP ,max kCE 0
M-M方程是一个两参数方程。 当从中间复合物生成产物P的速率与其分解成酶和底物的速率相当时，M-M 方程不适用。
0
根据反应机理和拟稳态假设，有下述方程式：
最后一式即为B-H方程。 该方程中引入了两个参数：
rP ,max kCE 0 Km k1 k k KS k1 k1
C E 0C S k k C S 1 k 1
r rP
r C kCE 0C S P ,max S k 1 k K m CS CS k 1
1 dn P V dt
rP
底物的消耗速率,mol/(L.S) 产物的生成速率,mol/(L.S)
nS , nP --为底物S和产物P的量,mol.
t—为时间,S.
根据质量作用定律,P的生成速率可以表示为: rP kC[ ES ]
由于中间复合物[ES]的浓度
C[ ES ]
为一难测定的未知量,因此不能用它来表示最
终的速率方程.为此,需用反应体系中的可测量来代替该未知量.这样得到的反应速 率方程可以用来描述反应的进行,知道随着反应的进行各组分浓度的变化情况,据 此可以设计相关的反应器. 下面我们来推导.对于上述反应,我们假设: 1. 在反应过程中,酶浓度保持恒定,即 CE 0 CE C[ ES ]
2.