生物反应工程原理总复习.pdf

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1、总复习一、内容串讲二、每章重点三、范围划定生物反应动力学是研究生物反应过程的速率及其影响因素，这是生物反应工程学的基础。①本征动力学：又称微观动力学，它是指没有传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。该速率除反应本身的特性外，只与反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，而与传递因素无关。②宏观动力学：又称反应器动力学，它是指在一反应器内所观测得到的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。由于生物反应过程的复杂性，也给生物反应动力学带来了多样性。生物反应工程的研究方法用数学模型方法进行研究：¾机理

2、模型：或称结构模型，从过程机理出发推导得到的。¾半经验模型：对过程机理有一定了解基础上结合经验数据得到¾经验模型：在完全不了解或不考虑过程机理的情况下，仅根据一定条件下的实验数据进行的数学关联。2.1.1酶的催化共性¾它能降低反应的活化能，加快生化反应的速率；但它不能改变反应的平衡常数，而只能加快反应达到平衡的速率。¾酶在反应过程中，其立体结构和离子价态可以发生某种变化，但在反应结束时，一般酶本身不消耗，并恢复到原来状态。2.1.2酶的催化特性(1)有较高的催化效率¾酶的分子活力：在最适宜的条件下，每1mol酶在单位时间内所能催化底物的最大量（mol）。（2）有

3、很强的专一性（3）具有温和的反应条件生理温度25～37℃的范围，同时，酶催化反应一般是在接近中性的PH值条件下进行。（4）酶易变性与失活引起变性的原因有物理因素和化学因素。2.2简单的酶催化反应动力学1、什么是简单的酶催化反应动力学2、活性中间复合物学说3、简单的酶催化反应机理4、推导方程的假设条件5、“平衡”假设、“拟稳态”假设6、米氏方程的参数及其物理意义k+1k+2E+SES⎯⎯→⎯E+Pk−11dns1dnprs=−rp=vdtvdtrp=k+2⋅C[ES]rp,max=k⋅CE0+2k−1+k+2k+2Km==Ks+k+1k+12.3有抑制的酶催化反应

4、动力学不可逆抑制：如果抑制剂与酶的基团成共价结合，则此时不能用物理方法去掉抑制剂。此类抑制可使酶永久性地失活。例如：重金属离子对酶的抑制作用。可逆抑制：可用诸如透析等物理方法把抑制剂去掉而恢复酶的活性，此时酶与抑制剂的结合存在着解离平衡的关系。包括：竞争性抑制，非竞争性抑制，反竞争性抑制，混合型抑制，底物抑制和产物抑制。2.3有抑制的酶催化反应动力学2.3.1竞争性抑制动力学2.3.2非竞争性抑制动力学2.3.3反竞争性抑制2.3.5底物的抑制动力学2.3.6产物的抑制动力学2.5影响酶催化反应速率的因素2.6酶的失活动力学了解第三章固定化酶催化反应动力学主要优

5、点：¾反应后很容易分离出来。¾固定化酶大多数情况下稳定性增加。¾实现生产连续化和自动化。3.1固定化酶的制备方法固定化酶的制备方法可分为：载体结合法、交联法、包埋法。物理吸附法：酶被物理吸附于不溶性载体。离子结合法：酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体的固定化。共价结合法：酶以共价键结合于载体的固定化方法，此法将载体有关基团活化，然后与酶有关基团发生偶联反应。3.2固定化酶催化的动力学特征酶活力表现率：系指实际测定的固定化酶的总活力与被固定化了的酶在溶液状态时的总活力之比。酶活力收率：系指实际测定的固定化酶的总活力与固定化时所用的全部游离酶的活力之比。

6、影响固定化酶动力学的因素：空间效应，分配效应，扩散效应水溶性酶酶分子的改变固定化酶和空间效应本征速率和动力学参数本征速率和动力学参数分配效应固有速率和动力学参数扩散效应有效速率和动力学参数3.3外扩散限制效应rmax⋅CsikLa⋅(Cs0−Csi)=(3−8)Km+Csi最大反应速率rmaxDa=(3−18)Da=最大传质速率kLa⋅Cs0有外扩散影响时的实际反应速率RsiηE==无外扩散影响时的反应速率rs03.4内扩散质量守恒的假设假设：大很响影率速应反对度1、固定化酶颗粒是等温的。温应效散扩为仅理机质2、颗粒对流体无渗透、无对流。传数常为视数系散3、扩散

7、效应用费克定律描述。扩化简型模学4、颗粒是均匀的数响影的应效配分除5、底物分配系数是1。消化变无性活化6、固定化酶颗粒处于稳态之下。催化简型模7、底物和产物的浓度仅沿r方向而变化。学数第四章细胞反应过程动力学4.1细胞反应的主要特征1.细胞是反应的主体。2.细胞反应过程的本质是复杂的酶催化反应体系。3.细胞反应与酶催化反应也有着明显的不同。a.酶催化为分子水平，酶本身不进行再生产b.细胞反应是细胞与分子之间，反应的同时细胞也得到生长。c.整个过程中，细胞要经历生长、繁殖、维持和死亡等不同阶段。4.2细胞反应过程中的质量衡算CO生成速率2RQ=(4−3)O消耗速率

8、2生成细胞的质量∆XY=