2.2.3 多底物酶促反应动力学
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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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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)
随机机制(分支机制)
E
EB
EA
EAB EPQ
EP
EQ
E
(不形成三元复合物)反应模型
EAE+ A
- A
-P+P
+B-B
EQ- Q
+ QEEG
( EG :修饰过的酶 )
简单机制
E EA EAB
+ A
- A
+ B
- B
EPQ
- Q
+ Q
EP E
- P
+ P
双底物酶促反应动力学 反应机理:
解之,得
式中:
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。
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
2.3.1.2 酶和细胞固定化方法
交联法
E
O
E
E
OO
O
E
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
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)
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)。
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。
CS
CSS
外扩散过程分析外扩散速率:
达到平衡时,
即
酶促反应速率:
N, r
rmax
Nmax
0 CSS CS
(CSS , ro
ut)
Nmax
N , r
rmax
0 CSS CS
(CSS , ro
ut)
Da 准数 :
当 时, 过程为外扩散控制。 当 时, 过程为反应控制。
式中 :
表明 C* 为 Da 准数的函数,即
( 时 , )
表明 为 C* 的函数,即
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。
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 。
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
R
dr
r内扩散效率因子
稳定状态下,对底物进行物料衡算:
流入量-流出量=反应量
整理 , 得
两侧同除 , 得
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
边界条件 :,
,
该微分方程无解析解,只能用数值法求解。
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 :
引入无因次参数,则
无解析解,只有数值解。
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。
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。
外扩散过程 内扩散过程 Da 准数是决定外扩散 效率的唯一参数。
准数是决定内扩散效率的主要参数。
Da 准数定义: 西勒准数定义:
外扩散效率因子定义: 内扩散效率因子定义:
Da<<1 ,过程为反应控制; Da>>1 ,过程为外扩散控制
<<0.3 时,过程为反应控制; >>0.3 时,过程为内扩散控制。
作业
P50 9 , 12 , 13