Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТОБТ_14_12_2008.doc
Скачиваний:
24
Добавлен:
30.04.2019
Размер:
3.77 Mб
Скачать

Литература

1. Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии. – М.: Высшая шк., 2004. – 356 с.

2. Манаков М.Н., Победимский Д.Г. Теоретические основы технологии микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1990. – с. 97-99, 173-205.

3. Еникеев Ш.Г., Белялова З.М., Валеев Р.И. и др. Получение микробной биомассы на основе этилового спирта. – Казань: КХТИ, 1988. – 32 с.

4. Кантере В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1990. – 271 с.

5. Решетник О.А. Общая микробиология. – Казань: КХТИ, 1984. – с. 59-66.

6. Егоров Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. – М.: Академия, 2003. – 208 с.

7. Микробная биотехнология / Лещинская И.Б. Куриненко Б.М., Вершинина В.И. и др. – Казань: Унипресс: ДАС, 2000. – 368 с.

8. Елинов Н.П. Основы биотехнологии. – С-Пб.: Наука, 1995. – 600 с.

9. Беккер М.Е., Лиепиныш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. – М.: Агропромиздат, 1990. – 334 с.

10. Промышленная микробиология / Под ред. Н.С. Егорова. – М.: Высшая школа, 1989. – 688 с.

Тема 3. Ингибирование роста микроорганизмов в условиях периодического культивирования

В процессе микробного роста в клетках протекают разнообразные биокаталитические реакции, которые протекают с участием множества ферментов.

Описание кинетики ферментативных реакций

При взаимодействии фермента (E) с субстратом (S) образуется фермент-субстратный комплекс (ЕS) за счет сил физической природы. Различают 2 стадии ферментативной реакции, из которых собственно только вторая является биохимическим каталитическим превращением:

k+1 k+2

E + S ES E + P (3.1)

k-1

химическая реакция

Скорость образования продукта (Р) равна:

V=k+2[ES] (3.2)

Константа диссоциации фермент-субстратного комплекса (ES) определяется как

Ks = [E][S] / [ES] (3.3)

Общая концентрация фермента (E0) определяется суммарной концентрацией индивидуального фермента и фермента, связанного в комплексе с субстратом:

[E0] = [E] + [ES], откуда [E] = [E0] - [ES] (3.4)

Из уравнения (3.3) следует

[ES] = [E][S] / Ks (3.5)

Подставляя (3.4) в (3.5), получаем

[ES] Ks = [E0] [S] - [ES] [S], откуда

[ES] Ks + [ES] [S] = [E0] [S] или [ES] (Ks + [S]) = [E0] [S]

[ES] = [E0] [S] /(Ks + [S]) (3.6)

Подставляя (3.6) в (3.2), получим

V = k+2 [E0] [S] / (Ks + [S]) (3.7)

k+2 [E0] – максимальная скорость ферментативной реакции Vmax, когда

[ES]=[ E0], т.е. весь фермент связан в фермент-субстратном комплексе, т.е.:

V = Vmax [S] / (Ks + [S]) (3.8)

Константу диссоциации Ks называют константой Михаэлиса и обозначают Km в уравнении (3.8) :

V = Vmax [S] / (Km + [S]) (3.9)

Уравнение (3.9) представляет собой уравнение Михаэлиса-Ментен, которое учитывает лимитирование скорости реакции концентрацией субстрата. Этим уравнением Л. Михаэлис и М.Л. Ментен в 1913 году описали кинетику простых ферментативных реакций, не осложненных цепью сложных и разветвленных превращений субстрата в различные продукты, а также не связанных с ингибированием фермента.

В уравнении (3.9) константа Михаэлиса Km является мерой сродства фермента к субстрату и численно равна концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции равна половине от максимальной (V=Vmax/2).

Чем меньше значение Km, тем выше сродство фермента к данному субстрату, субстрат быстрее претерпевает превращение, т.е. быстрее протекает ферментативная реакция.

Графическим образом уравнения Михаэлиса-Ментен является гипербола (рис. 3.1). Как любая нелинейная функция, она неудобна для нахождения параметров уравнения – Km и Vmax.

Рис. 3.1 – Гипербола - графический образ уравнения Михаэлиса-Ментен

Для нахождения численных значений Km и Vmax уравнение приводят к линейной зависимости (y=a+bx) различными способами. Наиболее традиционным является зависимость Лайнуивера-Берка, представляющая собой уравнение Михаэлиса-Ментен в обратных координатах (1/V = f(1/S)):

1/V = (Km + [S])/(Vmax [S]) =

Km/(Vmax [S]) + [S]/(Vmax [S]) = 1/Vmax + (Km/Vmax)(1/[S]) (3.10)

Таким образом, параметры уравнения Михаэлиса-Ментен легко найти из линеаризованного уравнения y=a+bx (рис. 3.2):

а = 1/Vmax (отрезок на пересечении прямой с осью у (1/V));

b = Km/Vmax (тангенс угла наклона прямой к оси x (1/S));

или -1/Km (отрезок на пересечении прямой с осью x (1/S)).

Рис. 3.2 – Зависимость Лайнуивера-Берка - линеаризованное уравнение Михаэлиса-Ментен