第三章 固定化酶反应动力学.pptx

第三章固定化酶反应动力学

3.1固定化酶反应动力学的特征

3.1.1酶的固定化技术

■交联

利用双功能试剂的作用，在酶分子间发生交联，凝集成网状结构，构成固定化酶；

■载体结合法

酶或细胞利用共价键或离子键、物理吸附等方法结合于水不溶载体；

■包埋

将酶包埋在凝胶的微细格子中或半透性的聚合膜所包埋，使酶分子不能从凝胶的网格中漏出。

■混合法

(d)(6(g)

(a)(b)

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(eì

(c)

Recycle

FLUIDIZEDBED→Product

Feed

Recycle

Feed

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Product

PACKEDBED

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3.1.2酶的固定化对其动力学特性的影响

口活性的改变(通常情况活性下降)

口稳定性改变(通常稳定性增强)

口底物专一性改变

口最适pH和最适温度改变

□动力学常数改变

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3.3.3影响固定化酶促反应的主要因素

1)分子构象的改变

分子构想改变

溶液酶

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2)位阻效应

位阻效应

溶液酶

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3)分配效应

(a)(b)(c)

相对于各种K值的粒子界面附近的底物浓度分布

(a)K1;(b)K=1;(c)K1

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Z-底物分子所

F-法拉第常数

U-静电电势

R-气体常数

T-绝对温度

Csg-界面内侧底物浓度Csi-界面外侧底物浓度

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离颗粒中心的距离r

图3-5固定化酶载体内及其周围的物质传

微孔

底物浓度Cs。

产物浓度Cp。

递及浓度分布(没有分配效应)

Cs;

Cp;R

顺粒外表面

流体主体

各组分浓度

顿粒内部

4)扩散效应

反应流体

R0

一和

i

水溶液

固定化酶

构象改变、位阻效应

本征速率和本征动力学参数

本征速率和动力学参数

分配效应

固有速率和动力学参数

扩散限制

有效速率和动力学参数

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□固定化酶促反应中，需考虑扩散传质与催化反应的相互影响，注意外部与内部扩散的不同传质方式。

□内部扩散与催化反应有时是同时进行的，两者相互耦合，外部扩散通常先于反应。

口在分析固定化酶的反应与外部或内部物质传递之间的相互关系时，采用的数学方法不同。为了简化起见，在讨论外部扩散时，忽略固定化酶颗粒内部的扩散问题；讨论内部扩散时，假定固定化酶颗粒外部传质阻力小，颗粒表面处的底物浓度与液体大环境中浓度相等。

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3.2外部扩散过程

3.2.1外扩散速率对酶反应速率的限制效应

底物由主体向固定化酶颗粒表面的扩散速率Rsd正比于传质表面积和传质推动力。

Rsd=k[a(Cso-Csi)

式中：

k.----液膜传质系数

a-----传质比表面积

Cso---液体主体中的底物浓度Csi—固定化酶表面处底物浓度

反应速率

●反应的总过程为外部传递和表面反应两者的集中反映，反应的有效速率既与底物的传质系数有关，又与反应的动力学参数有关vmax和Km。

●动力学控制：传质速度相当快，反应主要受到酶的催化反应。

●扩散控制：酶的催化效率很高，底物的传质速率很慢。

R;=ka(c-c;)≈kac。=ra

●

介于上述两种情况之间

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Rs;总是接近于动力学反应速度和扩散速度小的那个。

Rs

rso

Rsi

主体浓度c。

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当达到稳定状态时：

a=Da+K-1

a0,取“+,反之取“-”,根据此式即可确定表面浓度!确定了表面浓度后即可确定宏观反应速率Rsi

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1.Da1时，动力学控制；

2.Da1