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《天津大学》 2003年
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蛋白质酶促水解过程集总动力学研究

史德青  
【摘要】: 蛋白酶促水解是在酶的催化作用下使蛋白水解生成胨、肽等低分子量产物的生化过程。因过程具有产物多样性和反应复杂性的特点,而使其动力学研究较为困难。本文将石化中研究复杂反应体系动力学的集总方法引入生化工程领域,建立蛋白酶促水解通用集总动力学模型,并以牛血清白蛋白-胰蛋白酶(BSA-trypsin)反应体系为研究对象,进行了模型的参数估算与实验验证。具体研究内容如下: 水解工艺研究:考察操作条件对水解速度的影响,表现为:温度升高水解速度加快,但水解速度下降趋势更明显;pH8-pH9范围内水解速度较快;高底物浓度下表现出底物抑制;底物浓度一定时,提高酶浓度可增加水解速度。 水解过程液相色谱分析:用体积排阻液相色谱定量分析了蛋白酶促水解过程。分子量最大吸收峰所对应的多肽不断水解,而其它分子量范围的多肽生成速度大于水解速度,质量浓度不断上升。将理论肽的分子量与实验中得到各吸收峰对应肽的分子量对比,可推断出在胰蛋白酶作用下BSA的断裂位点。 蛋白酶促水解通用集总动力学模型的建立:根据蛋白酶促水解机理,对水解过程做出合理假设,推导出描述微观反应的本征动力学方程。在确定集总划分的基本原则与依据后,构建出蛋白酶促水解过程的集总反应网络,并用本征动力学方程对基元反应进行数学描述,建立了通用集总动力学模型。 牛血清白蛋白-胰蛋白酶四集总动力学模型:以BSA-trypsin体系为具体研究对象,根据水解产物的液相色谱数据将反应体系分为四个集总,建立了四集总动力学模型。测定各集总的本征动力学常数后,采用自下而上分层估算的方法,计算出反应网络的六个速率常数,并分析了影响速率常数的主要因素。为验证模型的可靠性,在不同的原料组成和反应条件下进行实验,实验值与模型计算值较为吻合。结果表明,该模型具有良好的拟合性和外推性。 牛血清白蛋白-胰蛋白酶体系拟一级集总模型:将本征动力学方程简化为拟一级方程,得到拟一级集总动力学模型。模型实验验证中,计算值误差大小与机理模型相近。与机理模型相比,拟一级模型具有形式简单、实验工作量小等优点,但不能对水解机理做出反映,动力学常数不具有明确物理意义。 结果表明,对蛋白酶促水解复杂反应体系,集总是一种有效的动力学研究方法,并可望用于其它生化复杂反应体系。但其不足之处亦需进一步研究解决。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:O643.1

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