生物反应工程习题精解

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1、生物反应工程习题精解第二章均相酶催化反应动力学第2章均相酶催化反应动力学一、基本内容均相酶反应是指酶与反应物处于同一相――液相的酶催化反应，不存在相间的物质传递。均相酶催化反应动力学反映了该反应过程的本征动力学关系，是分子水平上的反应。均相酶反应动力学是研究酶催化反应以及设计反应器和操作的基础。本章主要研究：简单酶催化反应反应动力学、有抑制酶反应动力学、复杂酶反应动力学、影响酶动力学的因素、酶失活动力学。1、简单酶催化反应机理：根据活性中间体学说，简单酶催化反应分为两步，首先是酶E与底物S形成中

2、间体复合物[ES]，然后再分解为产物P和酶E，如下：SE+#!!!!k+1!"![]ESk+2→E+Pk−1dCdCSP其中：rr=−==SPdtdt2、简单酶催化反应动力学的推导假设：(1)基元反应质量作用定律，即rr==kC（2）质量守恒原理，即CC=+C；（3）快速平衡或拟稳态假SP+2ESEE0ESdCES说，即kCC=kC或=kCC−−kCkC≈0。+−11ESES+−11ESES+2ESdt3、简单酶动力学推导：主要是两种方法，即Michaelis-Menten法和Briggs-

3、Haldane法。前者采用快速平衡的假设，中间产物生成速度远大于产物生成速度；后者采用稳态平衡的假设，中间复合物生成速度与产物生成速度相差不大。rCkk+maxS−1+24、简单酶催化反应动力学方程r=，其中K=为米氏常数，SmKC+kmS+1rk=C为酶催化最大反应速率。max+2E05、米氏方程特征：米氏方程通过作rS-CS关系图可知，可以分为三个区域。当rmaxCS$Km，该曲线近似为一直线。此时酶催化反应可看作为一级反应rC=，SSKmCS0积分后得方程rt=Kln；当Km$CS，该曲线

4、近似为一水平线。此时酶催maxmCS化反应可看作为零级反应r≈r，积分后得方程rt=C−C；当CS与Km的SmaxmaxS0S数量处于同一数量级时，该曲线符合M-M方程。此时酶催化反应动力学为rCCmaxSS0r=，积分后得方程rt=−CC+Kln。SmaxSS0mKC+CmSS2生物反应工程习题精解第二章均相酶催化反应动力学6、动力学参数求取对M-M方程，由于是非线性方程，直接求取动力学参数有一定的困难。为此要将方程线性化，通常有四种作图方法。（1）Lineweaver-Burk（简称L-B法

5、，也11K1m叫双倒数法）。M－M方程经变换后得线性方程=+，以1/rS对1/CSrrrCSSmaxmax作图，可得一直线，该直线的斜率为Kr/，与纵轴交于1/r，与横轴交于mmaxmax−1/K；（2）Hanes-Woolf（简称H-W法）。M－M方程经变换后得线性方程mCCKSSm=+，以CS/rS对CS作图，可得一直线，该直线的斜率为1/r，与纵maxrrrSmaxmax轴交于Kr/，与横轴交于−K；（3）Eadie-Hofstee（简称E-H法）。M－M方mmaxmrS程经变换后得线性方

6、程rr=−K，以rS对rS/CS作图，可得一直线，该直SmaxmCS线的斜率为−K，与纵轴交于r，与横轴交于r/K；（4）积分法。对于不mmaxmaxm能够求出反应速率而只能获得不同时间的底物（或产物）浓度时，就无法采用以上三种方法进行线性化，需要对M－M方程进行积分，经变换后得线性方程CCS0S0lnlnCrt1CtSmaxS=−，以对作图，可得一直线，该直线CC−−KCCKCC−CC−SS00mSSmSS0SS0的斜率为r/K，与纵轴交于−1/K，与横轴交于1/r。maxmmmax7、酶抑制

7、剂可分为可逆抑制与不可逆抑制两大类。其中可逆抑制又可分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。8、竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制酶动力学方程的比较。见下表：抑制形式最大速率米氏常数无抑制rKmaxm竞争性抑制rmaxK(1+CI)mKI非竞争性抑制CIKmr/(1+)maxKI3生物反应工程习题精解第二章均相酶催化反应动力学反竞争性抑制CCIIr/(1+)K/(1+)maxmKKIIrSI9、抑制百分率I是为了表示抑制剂对酶催化反应抑制程度，其定义式为i=−1。rSi值越大，表示抑制的

8、程度越大；i值越小，表示抑制的程度越小。10、双底物酶反应动力学最基本的三种形式：随机机制、顺序机制、乒乓机制。11、影响酶催化反应速率的因素有很多，从内部因素来看，包括酶的结构特性和底物的结构特性；从外部因素来看，包括各种物质的浓度因素（如酶浓度、底物和产物的浓度、抑制剂的浓度等）和操作条件（如温度、压力、离子强度、pH等）。其中pH值的影响主要是由于酶分子中不同氨基酸解离形式不同而造成的，通常呈现为“钟”型曲线；温度对酶催化反应的影响较为复杂，在较低的温度范围内，反应速率随温度升高而加快，当