第三章固定化酶催化反應(yīng)動力學(xué)

第三章固定化酶催化反應(yīng)動力學(xué)第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(一)固定化酶得應(yīng)用1、食品工業(yè)漆酶就是一種結(jié)合多個銅離子得蛋白質(zhì),屬于銅藍(lán)氧化酶■啤酒、果蔬汁等貯藏渾濁或沉淀現(xiàn)象？■果汁生產(chǎn),果膠存在,提產(chǎn)及去濁澄清問題？影響:出汁率低;果汁濁,黏度高,易出現(xiàn)沉淀。■食品工業(yè)得綠色生產(chǎn)問題?原因:酚類與蛋白質(zhì)生成大分子物質(zhì)固定化果膠酶方法:漆酶淀粉糖/高果糖漿第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(一)固定化酶得應(yīng)用2、燃料工業(yè)(生物柴油)主要酸堿催化。固定化脂酶第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(一)固定化酶得應(yīng)用3、醫(yī)藥工業(yè)◆固定化青霉素酰化酶合成頭孢羥氨芐(代替青霉素)◆固定化脂肪酶合成VC棕櫚酸酯◆固定化酶藥物蛋白類口酶口服易分解,固定后有助于保持活性第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(二)固定化酶與游離酶◆自由酶(FreeEnzyme)酶直接加入至溶液中,酶自身得空間結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變,保持自己得生物特性◆固定化酶(ImmobilizedEnzyme)通過物理或化學(xué)得手段,將酶固載在某種基體上。什么就是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶(固定化酶)固定化技術(shù)第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(三)固定化酶反應(yīng)器得特點1、自由酶反應(yīng)器優(yōu)點:酶解效率高、使用比較方便,特別就是在大批量樣品處理時。缺點:不能重復(fù)使用、壽命短、產(chǎn)物分離難度大第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述2、固定化酶得優(yōu)點(三)固定化酶反應(yīng)器得特點◆易于將酶與底物及產(chǎn)物分離,產(chǎn)物相對容易提純;◆酶能夠重復(fù)利用,使用效率提高,成本低;◆大多數(shù)情況下可以提高酶得穩(wěn)定性;◆可以增加產(chǎn)物得收率,提高產(chǎn)物質(zhì)量;◆有利于實現(xiàn)管道化、連續(xù)化以及自動化操作,易于與各種分離手段聯(lián)用。第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述2、固定化酶得缺點(三)固定化酶反應(yīng)器得特點◆但由于固定化酶就是通過反應(yīng)而被結(jié)合在載體上,固定化過程中酶得活力難免有一定損失;◆而底物則要求就是水溶性得,這樣才能夠接觸酶而發(fā)生反應(yīng);◆也不適宜于需要輔助因子得反應(yīng)。第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(四)酶得固定化方法CovalentbondCrosslinkageIonicbondInvestmentMicrocapsule大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述１、吸附法(Adsorption)(四)酶得固定化方法◆吸附法有物理吸附、離子吸附及螯合或金屬結(jié)合法。常用得載體如淀粉、谷蛋白等有機(jī)類載體,活性炭、多孔玻璃、硅膠等無機(jī)類載體,大孔型得合成樹脂,陶瓷以及纖維素衍生物類。陰、陽離子交換劑◆◆pH,影響載體和酶得電荷變化,影響酶吸附;離子強(qiáng)度,一般認(rèn)為鹽阻止吸附;蛋白質(zhì)濃度,蛋白質(zhì)濃度增加,吸附量也增加,直至飽和;溫度,蛋白質(zhì)往往就是隨溫度上升而減少吸附;吸附速度,蛋白質(zhì)在固體載體上得吸附速度要比小分子慢得多;載體,對于非多孔性載體,則顆粒越小吸附力越強(qiáng)。影響酶蛋白在載體上吸附程度得因素第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(四)酶得固定化方法２、包埋法(Entrapment)包埋類型可有:網(wǎng)格型、微囊型及脂質(zhì)體液膜型。包埋法就是將游離酶包埋于格子或微膠囊內(nèi),格子得結(jié)構(gòu)可以防止酶滲出到周圍得培養(yǎng)基中,而底物分子仍能滲入格子內(nèi)與酶接觸。第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述３、共價鍵合法(Covalentbonds)(四)酶得固定化方法交聯(lián)法和肽鍵鍵合法氨基:賴氨酸得氨基和多肽鏈得末端氨基;羧基:天冬氨酸得羧基,谷氨酸得羧基和末端羧基;酚基:酪氨酸得酚環(huán);巰基:半胱氨酸、蛋氨酸得巰基;羥基:絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸得羥基;咪唑基:組氨酸得咪唑基;吲哚基:色氨酸得吲哚基。第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述SynthesisofIMERusingglutaraldehydemethod1、戊二醛法Ye,M、L、

etal、Electrophoresis,2005,25:1319-1326常用得共價鍵合方法(四)酶得固定化方法第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(四)酶得固定化方法SynthesisoftheIMERusingDSCmethod2、二琥珀酰亞胺碳酸酯法(DSC)Rawale,S、,etal、J、Med、Chem、,2002,45:937-43Calleri,E、,etal、,J、Pharm、Biomed、Anal、,2003,32:715-24常用得共價鍵合方法第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(四)酶得固定化方法常用得共價鍵合方法3、β-羥胺形式(β-hydroxylamineformation)ThesynthesisoftheIMERthroughβ-hydroxylamineformationMarleI、,etal、J、Chromatogra、1992,A,604:185-196

第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述(四)酶得固定化方法4、交聯(lián)法利用雙功能或多功能試劑在酶分子間或酶與載體間,或酶與惰性蛋白間進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng),以制備固定化酶得力法。最常用得交聯(lián)試劑就是戊二醛,其她如苯基二異硫氰、雙重氮聯(lián)苯胺-2,2’二磺酸、1,5—二氟—2,4—二硝苯、己二酰二胺甲脂等。用戊二醛交聯(lián)制備固定化酶得反應(yīng)如下:第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述被固定得微生物細(xì)胞所用載體和方法底物產(chǎn)物或用途釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)硅和聚氧乙稀碎片,吸附葡萄糖乙醇釀酒酵母魔芋葡甘露糖,共價葡萄糖乙醇釀酒酵母海藻酸鈣,包埋麥芽汁啤酒委內(nèi)瑞拉鏈霉菌(Streptomycesvenezuelae)明膠,微囊葡萄糖果糖固定化酶／細(xì)胞得應(yīng)用實例第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述被固定得微生物細(xì)胞所用載體和方法底物產(chǎn)物／用途黑曲霉(Aspergilusniger)甲基丙烯酸縮水甘油脂聚合物戊二醛交聯(lián)葡萄糖葡萄糖酸芽孢桿菌(Bucillussp、)聚丙烯酰胺,包埋蛋白胨等桿菌肽粘質(zhì)賽氏菌(Serratiamarcescens)卡拉膠,包埋明膠,蛋白胨等堿性蛋白酶珊瑚諾卡氏菌(Nocardiacorallina)酚醛樹脂,吸附丙烯腈廢水處理廢水熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)明膠,包埋葡萄糖血糖檢測傳感器固定化酶／細(xì)胞得應(yīng)用實例第3章固定化酶催化應(yīng)動力學(xué)>>概述固定化酶／細(xì)胞得應(yīng)用實例被固定得微生物細(xì)胞載體和方法底物產(chǎn)物或用途木醋桿菌(Acetobactesxylinum)卡拉膠,包埋乙醇酒精檢測傳感器柱孢魚腥藍(lán)細(xì)菌(Anabaenacylindrica)玻璃珠,吸附光解水HO鏈魚腥藍(lán)細(xì)菌(Anabaenaazollae)海藻酸聚賴氨酸,微囊N2固氮蕁麻青霉(Penicilliumurticae)角叉菜聚糖,包埋葡萄糖,酵母提取物棒曲霉素丙酸細(xì)菌(Propionibacteriumsp、)光交聯(lián)樹脂,包埋硫酸鈷、甘氨酸等B12谷氮酸棒桿菌(Corynebacterium

glutamicum)聚丙烯酰胺,包埋葡萄糖等L-谷氨酸第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征討論幾個問題:１、糖在水中溶化,不攪拌與攪拌時,異同？２、香味傳播？有風(fēng)無風(fēng),異同？３、自由酶、固定酶,反應(yīng)異同？第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征一、酶固定化對其動力學(xué)特性得影響酶固定后,酶本身得結(jié)構(gòu)必然受到擾動,同時酶固定后,由于擴(kuò)散限制效應(yīng)、空間位阻作用以及載體性質(zhì)等因素必然對酶得性質(zhì)產(chǎn)生影響。第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征１、固定化酶得活力一、酶固定化對其動力學(xué)特性得影響酶活力表現(xiàn)率一般降低(Km)EnzymeAgentofimmobiliztionsubstrateKm/(mol/L)CreatinekinaseFreeEATP6、5×10-4AminobenzoiccelluloseATP8、0×10-4LactatedehydrogenaseFreeENADH7、8×10-6Propionyl-glassNADH5、5×10-5αchymotrypsinFreeEATEE1、0×10-3Soluble-aldehydeglucoseATEE1、3×10-3FicusproteinaseFreeEBAEE2、0×10-2CMC-70BAEE2、0×10-2TrypaseFreeEBAA6、8×10-3Maleate/ethylideneBAA2、0×10-4Tab1M-constantoffreeEandimmobilizedE第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征２、固定化酶得穩(wěn)定性一、酶固定化對其動力學(xué)特性得影響熱穩(wěn)定性普遍提高保存期t1/2增1倍;熱穩(wěn)定性比溶液Ｅ提高10倍以上(空間結(jié)構(gòu)堅固,加熱不易變型)第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征二、影響固定化酶動力學(xué)得因素1、空間效應(yīng)(包括構(gòu)象和屏蔽)酶,三維空間結(jié)構(gòu);固定化,由于E與載體得相互作用,引起酶活性部位發(fā)生扭曲變形,改變活性部三維結(jié)構(gòu),減弱了結(jié)合力,稱構(gòu)象效應(yīng)。載體得存在使底物分子不易與酶活性部位接觸,對酶活性部位造成空間障礙,使酶活下降,稱屏蔽效應(yīng)(位阻效應(yīng))第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征二、影響固定化酶動力學(xué)得因素1、空間效應(yīng)(包括構(gòu)象和屏蔽)圖、固定化酶得結(jié)構(gòu)改變和屏蔽效應(yīng)第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征二、影響固定化酶動力學(xué)得因素2、分配效應(yīng)含固定化酶得多種載體示意圖幾個概念◆構(gòu)成多相體系;◆微環(huán)境(固酶附近)◆主體溶液◆分配效應(yīng)(S\P濃度不同得現(xiàn)象)第3章>>第1節(jié)固定化催化得動力學(xué)特征二、影響固定化酶動力學(xué)得因素3、擴(kuò)散效應(yīng)幾個概念◆酶固定→酶濃度不均勻,S均勻→S向活性擴(kuò)散,反應(yīng)后P向溶液擴(kuò)散

;◆內(nèi)擴(kuò)散(固酶內(nèi)表面向微孔內(nèi)酶活性中心)◆外擴(kuò)散(溶液主體向固定化酶表面)◆反應(yīng)和擴(kuò)散得關(guān)系內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)和外擴(kuò)散效應(yīng)?第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)固定化酶與液相反應(yīng)物系相接觸得反應(yīng)過程為:第一步:底物由液相主體擴(kuò)散到載體得外表面第二步:底物在載體得外表面進(jìn)行反應(yīng)第三步:產(chǎn)物由外表面擴(kuò)散到液相主體傳質(zhì)過程反應(yīng)過程第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)擴(kuò)散速率=濃度差面積×單位?傳質(zhì)系數(shù)kL×單位液體所具有得傳質(zhì)面積a單位時間單體積所傳遞得物質(zhì)量mol/(L、s)m2/m3=1/mCso-Csimol/L單位?單位?單位?擴(kuò)散速率=kL

×a×(Cso-Csi)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制以酶促反應(yīng)為例,在載體外表面得酶促反應(yīng)符合M-M方程:式中RS

i——載體外表面得底物消耗速率,(mol/L·s)

CS

i——載體外表面得底物濃度(mol/L)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)底物由液相主體擴(kuò)散到載體表面得擴(kuò)散速率:一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制式中RSd——底物由液相主體擴(kuò)散到載體表面得擴(kuò)散速率,(mol/L·s)

kL——液膜得傳質(zhì)系數(shù),(m/s)

a——單位體積得反應(yīng)物系具有得傳質(zhì)面積,(m2/m3=1/m)

kLa——體積傳質(zhì)系數(shù),kLa=kL

·a,(1/s)CS0——液相主體得底物濃度,(mol/L)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)在穩(wěn)定得狀態(tài)下有:？？一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制反應(yīng)速度=外擴(kuò)散速度也就就是:當(dāng)外擴(kuò)散速率很快時,而反應(yīng)速度較慢時,此時無外擴(kuò)散得限制(表面濃度近似等于主體濃度):

Rso=液相主體反應(yīng)速度,即游離E反應(yīng)速度,也就是無擴(kuò)散影響得最大反應(yīng)速率(本征反應(yīng)速率)、第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)當(dāng)外擴(kuò)散速率很慢時,外擴(kuò)散為限制步驟,固定化酶外表面上底物濃度趨近于零,此時:一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制rd為在外擴(kuò)散速率很慢時得最大得傳質(zhì)速率。第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)有效速率Rsi、反應(yīng)最大速率Rso、擴(kuò)散最大速率rd與主體濃度Cso之間得關(guān)系一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制①？曲線②？曲線③？曲線第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制■可分幾個區(qū)？RsordCsoABC■三個區(qū)得特征？第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制由曲線關(guān)系:■A部分,外擴(kuò)散控制Cso較小時,Rso>rd;此時Rsi=rd■C部分,動力學(xué)控制Cso較大時,Rso<rd;此時Rsi=Rso■B部分,反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大,此時宏觀反應(yīng)速率如何求？？RsordCsoABC第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大,求反應(yīng)速率得方法:一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制1、由Csi確定Rsi令:無因次濃度無因次M-M常數(shù)

Damk?hier準(zhǔn)數(shù)(丹克萊爾準(zhǔn)數(shù))第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)代入上式有:反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大,求反應(yīng)速率得方法:一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制1、由Csi確定RsiDa得意義為??◆當(dāng)Da>>1時?控制◆當(dāng)Da<<1時傳質(zhì)擴(kuò)散限制反應(yīng)速率限制第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制例:某酶固定于無微孔得球形載體上,在排除外擴(kuò)散影響得條件下測得其動力學(xué)參數(shù)為rmax=4×10-5mol/(L·s),Km=2×10-5mol/L,現(xiàn)將固定化酶顆粒裝入底物濃度為1×10-5mol/L反應(yīng)器中,并已知在這一操作條件下流體傳質(zhì)系數(shù)為4×10-1(1/S),求:底物在固定化酶得外表面得反應(yīng)速率。第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)所以第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)反應(yīng)速率:比較當(dāng)未固定化得為促反應(yīng)速率:第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大,求反應(yīng)速率得方法:一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制2、引入外擴(kuò)散有效因子hE外擴(kuò)散得有效因子得定義:第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大,求反應(yīng)速率得方法:效率因子法求外擴(kuò)散影響固酶表面反應(yīng)速率公式————從上式可看出,ηE近似于1,Rsi=rso,說明固酶表面底物濃度與主體得相同,此時反應(yīng)未受外擴(kuò)散影響2、引入外擴(kuò)散有效因子從上式可看出,ηE<<1,Rsi<<rso,說明宏觀反應(yīng)速率已由外擴(kuò)散控制第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制2、引入外擴(kuò)散有效因子法求反應(yīng)速率得方法討論:(1)外擴(kuò)散控制Da>>1一級動力學(xué)特性(2)反應(yīng)動力控制Da<<1第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對酶催化反應(yīng)速率得限制2、引入外擴(kuò)散有效因子法求反應(yīng)速率得方法有效因子與Da關(guān)系曲線Da及β已知時,可求ηP93第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)二、外擴(kuò)散限制及化學(xué)抑制同時存在得動力學(xué)1、非競爭性化學(xué)抑制2、底物抑制第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、降低外擴(kuò)散效應(yīng)得技術(shù)措施式中De——擴(kuò)散系數(shù),取決于傳質(zhì)物質(zhì)得性質(zhì)

Δy——傳質(zhì)阻力臨界膜厚度1、提高傳質(zhì)系數(shù)得措施◆改變反應(yīng)液相得流動狀態(tài);降低Δy:？◆適當(dāng)?shù)脭嚢璧?章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)2、提高傳質(zhì)速率適當(dāng)提高液相主體得底物濃度CS0可提高傳質(zhì)速率RSd,降低外擴(kuò)散得限制。三、降低外擴(kuò)散效應(yīng)得技術(shù)措施第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)Whatisinner-diffusioneffect?——introductionAdsorptionbyporousmediumImmobilizedenzymeinvestHowmanymethodscanbeusedtoprepareIE??Wherewillthebio-reactionproceedforthistwoimmobilizedenzymes?ReactionwithintheIE(usuallycalledgranular)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)Whenreactionproceedwithinthegranular,thereactionratewillbeinfluencedbymasstransferprocess,whichincludingtworeciprocaldirections,substratemusttransferfromliquidphasetotheactivitysiteofwithintheimmobilizedenzyme,correspondinglytheproductmusttransferfromIEtoliquidphase、ThemasstransferprocessproceedwithintheIEgranular,soiscalledinnerdiffusioneffect、F(innerdiffusion,ieresistance)=(structureparametersofimmobilizedenzyme,featureofreactionsystem)Whatisinner-diffusioneffect?第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體得結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)得擴(kuò)散1、載體結(jié)構(gòu)參數(shù)(1)、比表面積Sg單位質(zhì)量載體所具有得內(nèi)表面積,比表面積Sgm2/g(200-300)(2)、微孔半徑?單位質(zhì)量載體所具有得孔體積,Vgm3/g第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)(3)空隙率εP

:whichisratioofmicroporocityvolumetoparticlevolume、εP

<1一、載體得結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)得擴(kuò)散1、載體結(jié)構(gòu)參數(shù)εP=Vg、ρPρP——表觀密度(4)當(dāng)量直徑V=VP45體積相當(dāng)直徑？外表面積相當(dāng)直徑？比表面積直徑？第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體得結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)得擴(kuò)散1、載體結(jié)構(gòu)參數(shù)(5)

ParticledensityApparentdensityρP=Realdensityρt=Solidsmass/particlevolumeSolidsmass/solidsvolumePackingdensityρb=Solidsmass/bedvolumeBeddensity第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體得結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)得擴(kuò)散2、微孔內(nèi)擴(kuò)散分子擴(kuò)散diffusionresistanceresultfrommolecularcollision,independenttomicropousdiameter、努森擴(kuò)散diffusionresistanceresultfromcollisionbetweenmolecularandwallofhole,independenttomolecularcollision第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體得結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)得擴(kuò)散2、微孔內(nèi)擴(kuò)散分子擴(kuò)散λ/2r≤1ⅹ10-2努森擴(kuò)散λ/2r≥10

λ:分子運動平均自由程r:微孔直徑λ/2r≤1ⅹ10-2

λ/2r≥10?第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布酶反應(yīng)速度與底物濃度就是密切相關(guān)得載體內(nèi)得底物濃度存在著分布不均得問題沿著傳質(zhì)得方向有底物、產(chǎn)物得濃度得分布反應(yīng)速率因底物濃度得分布而在變化由于底物在載體內(nèi)得擴(kuò)散作用以及酶得反應(yīng)反應(yīng)速率/濃度均變化,如何求？質(zhì)量衡算第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布推導(dǎo)質(zhì)量衡算方程得假設(shè)條件:◆載體為多孔得球體或其她幾何形體?！裘冈谳d體內(nèi)就是均布得?！糨d體幾何尺寸上得溫度梯度不足以影響酶促反應(yīng)得速率?！艄潭ɑ傅么呋盍Σ蛔儭！魞H以擴(kuò)散得形式進(jìn)行傳質(zhì),在載體內(nèi)沒有反應(yīng)液相得對流?！舻孜铩a(chǎn)物得濃度在擴(kuò)散得方向上變化。第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)擴(kuò)散模型以Fick定律表述,且擴(kuò)散系數(shù)De在載體內(nèi)得任意位置均為常數(shù)。二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布推導(dǎo)質(zhì)量衡算方程得假設(shè)條件:◆式中Ns——s組分得擴(kuò)散通量

De——擴(kuò)散系數(shù)

Cs——s組分得濃度

r——擴(kuò)散距離第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布1、質(zhì)量衡算方程在某一微體積元dV中得反應(yīng)對任意組分得質(zhì)量平衡關(guān)系為:對底物有:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)R

⊿r

r在球形載體中,取一個直徑為r,厚度為Δr得殼層為反應(yīng)體系,二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布1、質(zhì)量衡算方程底物在載體內(nèi)得擴(kuò)散和反應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài),此時微體積元內(nèi)得底物累積質(zhì)量為0。在微體積元內(nèi)得底物質(zhì)量平衡為:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布1、質(zhì)量衡算方程當(dāng)時,有略去(dr)2項,整理得第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布1、質(zhì)量衡算方程方程(1)得解與rs得形式有關(guān)(1).A.BCO(2-17)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布2、一級動力學(xué)濃度分布rs=k1Cs令無因次半徑無因次濃度無因次反應(yīng)級數(shù)參比量類M-M反應(yīng)Thiele模數(shù)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布2、一級動力學(xué)濃度分布邊界條件:令:(2)式(2)變成:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布2、一級動力學(xué)濃度分布上式通解為:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)圖顆粒內(nèi)底物濃度分布二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布2、一級動力學(xué)濃度分布P109由此圖,為什么有些情況下,顆粒中心無底物?0第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布3、零級動力學(xué)濃度分布令:P109第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布3、零級動力學(xué)濃度分布令:P51第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布3、零級動力學(xué)濃度分布積分得:代入:得:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布3、零級動力學(xué)濃度分布邊界條件:C2=0詳見P53表3-3第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布4、M-M動力學(xué)得濃度分布第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布4、M-M動力學(xué)得濃度分布球形載體得中心處球形載體得表面處其邊界條件為:Ф球形固定化酶顆粒內(nèi)底物濃度分布與Фm及?得關(guān)系數(shù)值解第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)令則(數(shù)值見圖3、6)多孔膜內(nèi)反應(yīng)組分得濃度分布第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率內(nèi)擴(kuò)散得效率因子則在載體內(nèi)得實際酶促反應(yīng)速率為:Rsi為顆粒內(nèi)底物濃度均為其顆粒外表面處得濃度Csi時得反應(yīng)速率,當(dāng)無外擴(kuò)散影響時,CSi=CS0,Rsi=Rso,即第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率如何計算η,與反應(yīng)形式有關(guān)、.A.BCO(1)一級反應(yīng)得有效因子

1

對一級反應(yīng),當(dāng)無外擴(kuò)散效應(yīng)時,在一球形載體上得總本征反應(yīng)得速率為式中R——載體直徑

k1——一級反應(yīng)速率常數(shù)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)穩(wěn)定狀態(tài)下,其有效得總反應(yīng)速率應(yīng)等于由表面向內(nèi)部得底物擴(kuò)散速率,載體表面得總擴(kuò)散速率為:三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(1)一級反應(yīng)得有效因子

1則如何求解?濃度分布前面推導(dǎo)過第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)令:無因次半徑無因次濃度無因次反應(yīng)級數(shù)參比量一級反應(yīng)得Thiele模數(shù)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(1)一級反應(yīng)得有效因子

1第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)其邊界條件為球形載體得中心處三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(1)一級反應(yīng)得有效因子

1球形載體得表面處解得或第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(1)一級反應(yīng)得有效因子

1一級反應(yīng)得有效因子

1得解析式為:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(2)零級動力學(xué)得有效因子

0對零級反應(yīng),當(dāng)無外擴(kuò)散效應(yīng)時,在一球形載體上得總本征反應(yīng)得速率為:式中k0——零級反應(yīng)速率常數(shù),對酶促反應(yīng)此時第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)如果內(nèi)擴(kuò)散得影響使得底物在載體得RC處有:三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(2)零級動力學(xué)得有效因子

0則在球形載體內(nèi)得實際反應(yīng)速率為:則零級動力學(xué)有效因子

0第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(2)零級動力學(xué)得有效因子

0如何求?一種方法,通過求濃度分布:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(2)零級動力學(xué)得有效因子

0由求出一種方法,通過求濃度分布:第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散得效率因子求反應(yīng)速率(2)零級動力學(xué)