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2.2.3 多底物酶促反应动力学

2.2.3 多底物酶促反应动力学. 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. 反应机制：. 关键问题：底物 A 、 B 哪个先和酶结合？ 任何一个都有可能先与酶结合 （随机机制） A 先与酶结合或 B 先与酶结合 两底物同时与酶结合 （可能性极小）. EP. EB. E. EAB. EPQ. E. EQ. EA. 随机机制（分支机制）. （不形成三元复合物）反应模型. ＋ A. － Q. － P. ＋ B. E. EG. EQ. E. EA. － A. ＋ Q. － B. ＋ P.

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2.2.3 多底物酶促反应动力学

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Presentation Transcript

  1. 2.2.3 多底物酶促反应动力学

  2. 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

  3. 反应机制： 关键问题：底物A、B哪个先和酶结合？ • 任何一个都有可能先与酶结合 （随机机制） • A先与酶结合或B先与酶结合 • 两底物同时与酶结合 （可能性极小）

  4. EP EB E EAB EPQ E EQ EA 随机机制（分支机制）

  5. （不形成三元复合物）反应模型 ＋A －Q －P ＋B E EG EQ E EA －A ＋Q －B ＋P （ EG：修饰过的酶 ）

  6. －P ＋A －Q ＋B EP EPQ EA EAB E E ＋P －A ＋Q －B 简单机制

  7. 双底物酶促反应动力学反应机理：

  8. 解之，得 式中：

  9. 2.3 固定化酶促反应动力学 2.3.1 固定化酶促反应动力学基础 2.3.1.1 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，如静电吸附，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。 细胞的固定化技术: 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细胞、动植物细胞、组织技术。

  10. 2.3.1.2 酶和细胞固定化方法 物理吸附法 载体结合法 离子结合法 共价结合法 交联法 格子型 包埋法 微胶囊

  11. O O E E O E O E 交联法

  12. 2.3.1.3 固定化对酶性质的影响 • 底物专一性的改变 • 稳定性增强 • 最适pH值和最适温度变化 • 动力学参数的变化

  13. 2.3.1.4 影响固定化酶促反应的主要因素 • 分子构象的改变 • 位阻效应 • 微扰效应 • 分配效应 （可用Kp 定量描述）链接 • 扩散效应（可定量描述）

  14. 分配系数 (Kp)链接 分配系数：载体内外底物(或其他物质)浓度之比。 Kp的测定： 已知底物浓度(CS0)，体积(V0)的溶液中，放入不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(Cs)。

  15. 2.3.2 固定化酶促反应过程分析 2.3.2.1 外部扩散过程 以表面固定化酶为例。 CSS CS

  16. 外扩散过程分析 外扩散速率： 酶促反应速率： 达到平衡时， 即

  17. N, r N，r Nmax rmax (CSS，rout) (CSS，rout) Nmax rmax 0 CSS CS 0 CSS CS

  18. 当 时， 过程为外扩散控制。 当 时， 过程为反应控制。 Da准数 :

  19. 式中: 表明C*为Da准数的函数，即

  20. ( 时, ) 表明 为C*的函数，即

  21. 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，固定化酶表面浓度越趋近于零， 越小，越趋近于零。

  22. 为提高固定化酶外扩散效率,应设法减小Da准数。减小Da准数的措施：为提高固定化酶外扩散效率,应设法减小Da准数。减小Da准数的措施： 1、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，因此应用中综合考虑，确定合适的粒径。 2、使固定化酶表面流体处于湍流状态以增大 。

  23. 2.3.2.2 内部扩散过程 具有大量内孔的球形固定化酶颗粒 dr 内扩散效率因子 r R

  24. 稳定状态下，对底物进行物料衡算： 流入量－流出量＝反应量

  25. 整理,得 两侧同除 ,得

  26. 当反应符合米氏方程规律时， 故, 令 , , , 上式可转化为无因次形式，得

  27. , 边界条件: , 该微分方程无解析解，只能用数值法求解。

  28. 西勒准数( )  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，普遍化的的定义式为 :

  29. 引入无因次参数，则 无解析解，只有数值解。

  30. 见教材33页图2-10 内扩散效率因子in 是 和的函数。 对in影响不大，影响in的主要参数是西勒准数。如果 ，则 不随变化，近似等于1，也就是说没有内部传质阻力，若 ，则 ，反应为内扩散所限制。

  31. 为提高固定化酶内扩散效率，应设法减小。 减小的措施主要是适当降低固定化酶颗粒粒径。

  32. 作业 P50 9， 12，13

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