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