《生物反应》复习资料.doc

绪论 生物技术是指应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂的作用将物料加工以提供产品成为社会服务的技术。 将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程称为生物反应过程。 典型的生物反应过程： (1)原材料的预处理。 (2)生物催化剂的制备。 (3)生化反应器及反应条件的选择与监控。 (4)产物的分离纯化 整个生物反应过程以生物反应器为核心。 生物反应工程(BioreactionEngineering)：是生物反应过程的一个部分，主要围绕生物反应器进行研究，研究生物反应过程中有关反应器设计放大等具有共性的工程技术问题，以达到在工业规模的反应器中给生物反应提供一个最佳的反应环境。 生物反应工程的研究内容：1.生物反应动力学2.生物反应器 生物反应器的研究内容 (1)生物反应器中的传递特性。 (2)生物反应器的设计与放大。 (3)生物反应器的优化与控制。 第一章 酶催化反应动力学 酶的催化反应特性 1.高效的的催化活性 2.高度的专一性 3.辅因子的参与 4.酶的催化活性可被调控 5.酶易变性和失活 优点 在常温、常压、中性范围条件下进行； 由于酶促反应的专一性，副产物较少； 与微生物相反应相比，体系简单，易控制最适条件 不足 酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应，与微生物体系相比，在经济上有时并不理想； 酶促反应条件温和，但一般周期较长，有发生染菌可能； 固定化酶反应体系有许多有利于酶反应体系的优点，但并非是最佳的生物催化剂。 1.米氏方程[快速平衡说] 4点假设： 在反应过程中，酶的浓度保持恒定，即[E]tot =[E]free + [ES] 与底物浓度[S]相比，酶的浓度是很小的，因而可以忽略由于生成中间复合物而消耗的底物。 产物的浓度是很低的，因而产物的抑制作用可以忽略，即不必考虑逆反应的存在。换言之，据此假设所确定的方程仅适用于反应初始状态。 生成产物的速率要慢于底物与酶生成复合物的可逆反应速率，因此，生成产物的速率决定整个酶催化反应的速率，而生成复合物的可逆反应达到平衡状态。因此，又称为“平衡”假设。 2.米氏方程[稳态法] 4个假设： 在反应过程中，酶的浓度保持恒定，即[E]tot =[E]free + [ES] 与底物浓度[S]相比，酶的浓度是很小的，因而可以忽略由于生成中间复合物而消耗的底物。 产物的浓度是很低的，因而产物的抑制作用可以忽略，即不必考虑逆反应的存在。换言之，据此假设所确定的方程仅适用于反应初始状态。 当从中间复合物生成产物的速率与其分解成酶与底物的速率相差不大时，反应体系中底物浓度要比酶的浓度高得多，中间复合物分解时所得到的酶又立即与底物相结合，从而使反应体系中复合物浓度维持不变，即中间复合物的浓度不再随时间而变化，这就 是“拟稳态”假设。 由米氏方程可知： 当[S]KM rp=k+2[E0][S]/KM 当[S]KM rp≈rp,max=k+2[E0 3.特征常数KM和rp,max的求法 Lineweaver-burk法，双倒数法 Eadie-Hofstee法 Hanes—Woolf法(简称H—W法)，又称Langmuir作图法 积分法 或 有抑制剂酶促反应动力学：竞争性抑制剂，非竞争性抑制剂，反竞争性抑制 酶促反应的影响因素：ｐＨ值，温度 第二章 细胞反应动力学 呼吸商：细胞生长过程中放出的CO2与消耗的O2的摩尔比 式中: ΔCO2 为一定时间内细胞生长放出的CO2量(mol、Kmol) ； 得率系数是对碳源等物质生成细胞或其他产物的潜力进行定量评价的重要参数。消耗1克基质生成细胞的克数称为细胞得率或生长得率。 细胞得率 细胞反应动力学的非结构模型 动力学特性与模型分类 （1）微生物反应过程细胞群体 ①细菌群体的复杂性：通常1mL培养液中含有107～108个细胞，每个细胞都经历生长、成熟、衰亡的过程，同时伴有退化、变异 ②多 相：体系中有液相、固相、气相，性质不同，相内、相间有反应、传质 ③多组份：细胞组成复杂,蛋白质、脂肪、糖、核酸、维生素、无机盐、水等,培养液中的营养物，代谢产物 ④非线性：生化反应过程复杂,不能用线性方程描述 非结构模型的假设有：１，不考虑胞内存在的各种反应和各种组分的功能。２，细胞处于均衡的生长状态，胞内组成将不随细胞的生长而变化，所以细胞被视为一个组成恒定的生物相，所有反应均在细胞与环境之间进行。３，细胞生长过程的唯一变量为细胞的质量或浓度。 反应速率的定义 绝对速率： ② 相对速率 无抑制的细胞反应动力学 上式称为莫诺得(Monod)方程，形式式上与酶催化动力学的M-M方程相似，但Monod方程是从经验得出的，常称为形式动力学。Monod方程是典型的均衡生长模型，其基本