多底物酶促反應(yīng)動力學(xué)ppt課件

1、2.2.3 2.2.3 多底物酶促反響動力學(xué)多底物酶促反響動力學(xué)普通的多底物酶促反響可表示為：普通的多底物酶促反響可表示為： RQPCBA這里討論：雙底物雙產(chǎn)物情況這里討論：雙底物雙產(chǎn)物情況QPBA 反響機制：反響機制：關(guān)鍵問題：底物關(guān)鍵問題：底物A A、B B哪個先和酶結(jié)合？哪個先和酶結(jié)合？ 任何一個都有能夠先與酶結(jié)合任何一個都有能夠先與酶結(jié)合 隨機機制隨機機制 A A先與酶結(jié)合或先與酶結(jié)合或B B先與酶結(jié)合先與酶結(jié)合 兩底物同時與酶結(jié)合兩底物同時與酶結(jié)合 能夠性極小能夠性極小隨機機制分支機制隨機機制分支機制EEBEAEABEPQEPEQE不構(gòu)成三元復(fù)合物反響模型不構(gòu)成三元復(fù)合物反響模型EA

2、EAAPPBBEQQQEEG EG：修飾過的酶：修飾過的酶 簡單機制簡單機制EEAEABAABBEPQQQEPEPP雙底物酶促反響動力學(xué)雙底物酶促反響動力學(xué) 反響機理：反響機理：EAAEPEEABAEB B B AKAKBKBK2kEABCkr2 AEAAEKCCC AEABAEBKCCCBEBBEKCCC BEABBEAKCCC EABEBEAEEOCCCCC EABEBEAEEOCCCCC 解之，得解之，得)(maxBBAABACKCKCCrr 式中：式中：EOCkr2max 2.3 固定化酶促反響動力學(xué) 2.3.1 2.3.1 固定化酶促反響動力學(xué)根底固定化酶促反響動力學(xué)根底 2.3.1

3、.1 2.3.1.1 酶的固定化技術(shù)定義酶的固定化技術(shù)定義 酶的固定化技術(shù)是將水溶性的酶分子經(jīng)過一定的方式，酶的固定化技術(shù)是將水溶性的酶分子經(jīng)過一定的方式，如靜電吸附，共價鍵等與載體如角叉菜膠、離子交換樹脂如靜電吸附，共價鍵等與載體如角叉菜膠、離子交換樹脂等資料制成固相酶的技術(shù)。等資料制成固相酶的技術(shù)。 細胞的固定化技術(shù)細胞的固定化技術(shù): : 為省去從微生物或動、植物中為省去從微生物或動、植物中提取酶的操作，確保酶的穩(wěn)定性，采用直接固定化微生物提取酶的操作，確保酶的穩(wěn)定性，采用直接固定化微生物細胞、動植物細胞、組織技術(shù)。細胞、動植物細胞、組織技術(shù)。 物理吸附法 載體結(jié)合法 離子結(jié)合法 共價結(jié)合

4、法 交聯(lián)法 格子型 包埋法 微膠囊2.3.1.2 2.3.1.2 酶和細胞固定化方法酶和細胞固定化方法 交聯(lián)法交聯(lián)法EOEEOOOE2.3.1.3 2.3.1.3 固定化對酶性質(zhì)的影響固定化對酶性質(zhì)的影響 底物專注性的改動底物專注性的改動 穩(wěn)定性加強穩(wěn)定性加強 最適最適pHpH值和最適溫度變化值和最適溫度變化 動力學(xué)參數(shù)的變化動力學(xué)參數(shù)的變化 2.3.1.4 2.3.1.4 影響固定化酶促反響的主要要素影響固定化酶促反響的主要要素 分子構(gòu)象的改動分子構(gòu)象的改動 位阻效應(yīng)位阻效應(yīng) 微擾效應(yīng)微擾效應(yīng) 分配效應(yīng)分配效應(yīng) 可用可用Kp Kp 定量描畫鏈接定量描畫鏈接 分散效應(yīng)分散效應(yīng) 可定量描畫可定量

5、描畫分配系數(shù)分配系數(shù) (Kp) (Kp)鏈接鏈接 分配系數(shù)：載體內(nèi)外底物分配系數(shù)：載體內(nèi)外底物( (或其他物質(zhì)或其他物質(zhì)) )濃度之比。濃度之比。 Kp Kp的測定：的測定： 知底物濃度知底物濃度(CS0 )(CS0 )，體積，體積(V0)(V0)的溶液中，放入的溶液中，放入不含底物的一定體積的載體，并堅持適宜條件，當(dāng)?shù)竭_平衡不含底物的一定體積的載體，并堅持適宜條件，當(dāng)?shù)竭_平衡時，測定載體外溶液的底物濃度時，測定載體外溶液的底物濃度(Cs)(Cs)。2.3.2 2.3.2 固定化酶促反響過程分析固定化酶促反響過程分析2.3.2.1 2.3.2.1 外部分散過程外部分散過程 以外表固定化酶為例。

6、以外表固定化酶為例。SSmSSoutCKCrr maxCSCSSooutoutrr SmSoCKCrr max外分散過程分析外分散過程分析SSmSSoutCKCrr maxoutrN )(maxSSSLSSmSSCCakCKCr 外分散速率：外分散速率： 到達平衡時，即即 )(SSSLCCakN 酶促反響速率：酶促反響速率： SLaCkN maxN, rrmaxN max 0 CSS CS( C S S ，rout)NmaxN，rrmax0 CSS CS( C S S ，rout)maxmaxNr0, 0outSSC maxmaxNr1,outSSSCC Da準數(shù)準數(shù) :maxmaxNrDa

7、當(dāng)當(dāng) 時，時， 過程為外分散控制。過程為外分散控制。 當(dāng)當(dāng) 時，時， 過程為反響控制。過程為反響控制。1 Da1 Da0, 0outSSC 1,outSSSCC 式中式中:)(maxSSSLSSmSSCCakCKCr *maxmaxmax)(1(CCKCaCkrNrDaSL SmSSSCKKCCC ,*闡明闡明C*為為Da準數(shù)的函數(shù)，即準數(shù)的函數(shù)，即 )(*DafC ( 時時, )*maxmaxCKCCKCCKCrCKCrrrSSmSSSmSSSmSSooutout mSKC maxrro 闡明闡明為為C*的函數(shù)，即的函數(shù)，即 out *)(Cgout 可見，Da準數(shù)是決議效率因子 和比濃度C

8、*的獨一參數(shù)，因此是表征傳質(zhì)過程對反響速率影響的根本準數(shù)。 Da準數(shù)越小，固定化酶外表濃度越接近于主體濃度CS， 越接近于1。Da準數(shù)越大，固定化酶外表濃度越趨近于零， 越小，越趨近于零。out out out 為提高固定化酶外分散效率為提高固定化酶外分散效率,應(yīng)設(shè)法減小應(yīng)設(shè)法減小Da準數(shù)。減準數(shù)。減小小Da準數(shù)的措施：準數(shù)的措施： 1、降低固定化酶顆粒的粒徑，增大比外表積，但由于、降低固定化酶顆粒的粒徑，增大比外表積，但由于粒徑減小會伴隨壓降添加，因此運用中綜合思索，確定適粒徑減小會伴隨壓降添加，因此運用中綜合思索，確定適宜的粒徑。宜的粒徑。 2、使固定化酶外表流體處于湍流形狀以增大、使固定

9、化酶外表流體處于湍流形狀以增大 。Lk2.3.2.2 內(nèi)部分散過程內(nèi)部分散過程 具有大量內(nèi)孔的球形固定化酶顆粒Rdrroininrr 內(nèi)分散效率因子內(nèi)分散效率因子穩(wěn)定形狀下，對底物進展物料衡算：穩(wěn)定形狀下，對底物進展物料衡算： drrrdrdCDerdrdCDedrrSrSrdrrSr22244)(4 流入量流出量反響量流入量流出量反響量整理整理, ,得得drrrdrdCDerdrdCDedrrdrrSrSrdrrSr222244)(24 drrrdrdCrdrDedrdCdrdCDerSdrrSrrSrdrrSr22484 Dedrr24 兩側(cè)同除兩側(cè)同除 , ,得得DerdrdCrdrCd

10、SSrSr 222當(dāng)反響符合米氏方程規(guī)律時，當(dāng)反響符合米氏方程規(guī)律時，SrmSrSCKCrr max)(2max22SrmrSSrSrCKDeCrdrdCrdrCd 故故, ,令令 , , , , , ,SSSrXCCC Rrl mSSKC mDeKrR9max22 上式可轉(zhuǎn)化為無因次方式，得上式可轉(zhuǎn)化為無因次方式，得 XXXXccdldcldlcd 192222邊境條件邊境條件: :0 l0 dldcX1 l1 Xc, , ,該微分方程無解析解，只能用數(shù)值法求解。該微分方程無解析解，只能用數(shù)值法求解。西勒準數(shù)西勒準數(shù)( ) 的物理意義是外表反響速率與內(nèi)分散速率之比。對各類的物理意義是外表反響

11、速率與內(nèi)分散速率之比。對各類反響動力學(xué)與固定化酶的外形，普遍化的反響動力學(xué)與固定化酶的外形，普遍化的 的定義式為的定義式為 :21,2 SSeqSCCssPPdCsDerrAVSSmSSRrSrSSmSSRrSroininCKCrdrdCDeRCKCrRdrdCDeRrr maxmax323344 引入無因次參數(shù)，那么引入無因次參數(shù)，那么 11321lXindldcin 無解析解，只需數(shù)值解。無解析解，只需數(shù)值解。 見教材見教材33頁圖頁圖2-10 內(nèi)分散效率因子in 是 和的函數(shù)。 對in影響不大，影響in的主要參數(shù)是西勒準數(shù)。假設(shè) ，那么 不隨變化，近似等于1，也就是說沒有內(nèi)部傳質(zhì)阻力，假設(shè) ，那么 ，反響為內(nèi)分散所限制。3 . 0 3 . 01inin 為提高固定化酶內(nèi)分散效率，應(yīng)設(shè)法減小。 減小的措施主要是適當(dāng)降低固定化酶顆粒粒徑。外擴散過程外擴散過程內(nèi)擴散過程內(nèi)擴散過程 Da準數(shù)是決定外擴散準數(shù)是決定外擴散 效率的唯一參數(shù)。效率的唯一參數(shù)。 準數(shù)是決定內(nèi)擴散準數(shù)是