生化反应工程酶促反应动力学

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1、第二章酶促反应动力学酶促反应动力学在生物反应工程中的地位①生物反应动力学②生物反应器③生物反应过程的放大与缩小酶促反应动力学微生物反应动力学废水生物处理反应动力学生物反应工程的研究内容包括哪些？2.1酶促反应动力学的生物学基础2.1.1酶的基本概念什么是酶？酶是生物体为其自身代谢活动而产生的生物催化剂。“经典”酶学理论：酶→蛋白质。部分RNA也具有生物催化能力，通常称之为“核酶”。1982年，美国T.Cech等人发现四膜虫的RNA有催化活性，具有自身切接能力。核酶的数量少，多作用于核酸。2.1.1.1酶的分类根据国际酶学委员会的规定，按照

2、酶进行催化反应的类型，可将酶分为6类：1.氧化还原酶（oxidoreductases）：羰基还原酶；2.转移酶（transferases）：氨基转移酶；3.水解酶（hydrolases）：腈水解酶；4.裂合酶（lyases）：丙酮酸脱羧酶；5.异构酶（isomerases）：葡萄糖异构酶；6.转接（或合成）酶（ligases)：T4DNA转接酶。蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶？2.1.1.2酶的功能酶的催化共性：a、降低反应的活化能；b、酶可改变反应速率；c、不改变反应的平衡常数。H2O2的分解75.31KJ/mol8.37KJ/mol2.1.1

3、.2酶的功能酶的生物催化特性：a、有很强的专一性：底物专一性、反应专一性、立体专一性等；b、有较高的催化效率：比非催化反应高108-1020倍；c、酶的调节功能：抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等酶的催化效率可用酶活表示。酶活的定义：国际酶学委员会规定，在一定条件下，1min能催化1umol底物转化为产物所需要的酶量为一个国际酶活单位（IU)。2.1.1.3酶的稳定性引起酶失活的原因：a、酶活性中心特定氨基酸（或其它）残基被化学修饰；b、外部环境的影响；c、酶的高级结构变化；d、多肽链的断裂。2.1.1.3酶的稳定

4、性稳定化方法稳定的原因低温（冷冻保存）难以被化学物质或蛋白酶等破坏添加盐类加入高浓度硫酸铵后，酶高级结构的稳定性增强添加底物保护酶的活性中心添加有机溶剂如加丙酮，但机制不清楚化学修饰稳定酶的高级结构，保护酶的活性中心加入强变性剂只要保留一级结构，仍可再生加入蛋白质保护在稀薄状态下易发生变性失活的酶类结晶化有利于高级结构的稳定固定化防止或减少蛋白酶的作用保持酶稳定的方法2.2均相酶促反应动力学什么是均相反应？指酶与反应物系处于同一相（液相）的酶催化反应。葡萄糖脱氢酶葡萄糖葡萄糖酸水相2.2.1酶促反应动力学基础锁钥模型（LockandKey

5、Model）2.2.1.1酶与底物的作用机理解释了酶的专一性；局限性：无法解释可逆反应。2.2.1.1酶与底物的作用机理诱导契合模型（Induced-FitModel）像手与手套的关系。当底物接近酶的活性中心并与之结合时，酶的构象能发生改变，更适合于底物的结合。2.2.1.2影响酶促反应的因素浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等）外部因素（温度，pH，压力，溶液的介电常数，离子强度等）内部因素（酶的结构等）2.2.1.3反应速率及其测定若用单位时间内生成物浓度的增加来表示，则：反应速率：单位时间内反应物或生成物浓度的改变。设瞬时dt内反

6、应物浓度的很小的改变为dS，则：2.2.1.4酶促反应动力学分类----反应级数①零级反应反应速率与底物的浓度无关，称为零级反应。（[S]-底物浓度，rmax-最大反应速率）2.2.1.4酶促反应动力学分类----反应级数②一级反应反应速率与底物浓度的一次方成正比，称为一级反应。即酶催化A→B的过程。（[S]-底物浓度，k1-一级反应速率常数）2.2.1.4酶促反应动力学分类----反应级数③二级反应反应速率与两个反应物的浓度成正比，称为二级反应。该反应可以是两个相同的反应物反应生成产物（2S→P）；也可以是两个不同的反应物反应生成产物（

7、A＋B→P）。（[S]-底物浓度；[A]、[B]-底物A、B的浓度；k2-二级反应速率常数）2.2.2单底物酶促反应动力学最简单的酶促反应：单底物不可逆酶促反应。＋k1k-1ESES＋Ek2P反应机制：反应动力学方程如何求取？1.Michaelis-Menten快速平衡学说2.Briggs-Haldane稳态学说2.2.2.1反应动力学方程的推导快速平衡法的几点假设条件：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。不考虑P+E→ES这个可逆反应的存在。[ES]在反应开始后与E及S迅

8、速达到动态平衡。快速平衡学说＋k1k-1ESES＋Ek2P＋k1k-1ESES＋Ek2快速平衡学说由假设2可得到产物的合成速率为：(2)(1)P由假设3可得到：反应体系中酶量守恒：(3)由前面