生化反应工程-周华从ppt课件.ppt

6.2 生化反应动力学基础 6.2.1 酶催化反应及其动力学 非竞争性抑制时的最大速率： 增加反应物浓度也不能减弱非竞争性抑制 物对反应速率的影响。 2 非竞争性抑制 有些抑制剂不能直接与游离酶相结合，而只能与底物-酶络合物相 结合，形成底物—酶—抑制剂中间络合物，且该络合物不能生成产物， 使酶催化反应速率下降。 3 反竞争性抑制 6.2 生化反应动力学基础 6.2.1 酶催化反应及其动力学 6.2 生化反应动力学基础 6.2.1 酶催化反应及其动力学 3 反竞争性抑制 酶催化反应速率随底物浓度的升高先增大后降低，高浓度底物造成 反应速率下降。底物抑制是由于多个底物分子与酶的活性中心结合，所 形成的络合物不能分解为产物所致。 4 底物抑制 6.2 生化反应动力学基础 6.2.1 酶催化反应及其动力学 酶催化反应速率与底物浓度关系不是双曲函数，而是抛物线关系。 6.2 生化反应动力学基础 6.2.1 酶催化反应及其动力学 ，底物抑制时的解离常数 对cS求导，令 ，得 底物抑制时r-cS关系 (optimal) 4 底物抑制 rmax 6.2 生化反应动力学基础 6.2.1 酶催化反应及其动力学 有/无抑制作用时的酶催化反应动力学对比 无抑制 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制 底物抑制 Km rmax cS , 则 r？ rmax Km rmax Km Km X X 微生物反应(发酵过程)是利用微生物中特定的酶系进行的 复杂生化反应过程。 厌氧发酵（乙醇发酵、丙酮丁醇发酵和乳酸发酵等） 通气发酵（抗生素发酵、氨基酸发酵等） 发酵产品种类 微生物细胞本身 微生物代谢产物或转化产物 微生物酶 代谢过程本身（如废水处理） 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 对氧气的需求 微生物反应包括以下过程： 质量传递过程：营养物质向微生物细胞内的传递和代谢产物向细胞外 的传递；氧气扩散与传递 微生物细胞生长与代谢过程； 微生物群体的退化与变异过程。 以代谢产物为目标产物的微生物反应过程中，生化反应 速率及其影响因素： 1 细胞生长速率；2 基质消耗速率；3 产物生成速率；4 氧的消耗速率。 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 细胞的生长速率rx：在单位体积培养液中，单位时间内生成的细胞 （菌体）量，即： 在给定条件下，细胞生长可以用细胞浓度变化来定量描述。 V为培养液体积，mx为细胞质量。对于恒容过程，细胞的生长速率 可定义为： cx为细胞浓度，常用单位体积培养液中所含细胞干重表示。 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 一 细胞生长动力学 均衡生长类似于一级自催化反应，以细胞干重增加为基准的生长 速率与细胞浓度成正比，比例系数为μ，即 μ表示单位菌体浓度的细胞生长速率，是描述细胞生长速率的一个 重要参数，称为比生长速率。比生长速率大小表示菌体增长的能力，受 到菌株和各种物理化学环境因素的影响。 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 在细胞间歇培养中的比生长速率为 cx0为起始菌体浓度。 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 当细胞处于指数生长期时，μ一般为常数，所以 针对确定的菌株，在温度和pH等恒定时，细胞比生长速率与限制型 底物浓度的关系可以用Monod方程表示。 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 细胞的生长均为均衡性生长，描述细胞生长的唯一变量是细胞浓度； 培养基中仅有一种底物是细胞生长限制性基质，其余组分均过量， 其变化不影响细胞生长。 ③ 将细胞生长视为单一反应，且对基质的细胞收率Yx/S为常数。 Yx/S为每消耗单位质量基质所生成的细胞质量。 Monod方程假设： 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 cS为限制性基质的浓度（g/L）；μmax为最大比生长速率（h-1）; Ks为饱和系数（g/L），即Monod常数，其值等于最大比生长速率 一半时限制性基质的浓度，是表征某种生长限制性基质与细胞生长 速率间依赖关系的一个常数。 Monod方程： ，由于 得到 当cS Ks时， ，一级动力学关系； μ ≈ μmax，零级动力学关系。 6.2 生化反应动力学基础 6.2.2 微生物的反应过程动力学 当cS Ks时， 细胞比生长速率与限制性底物浓度关系 6.