细胞反应动力学课件.pptxVIP

细胞反应动力学;第一节、概论

一、动力学

二、反应速率

三、得率系数

第二节细胞生长动力学

一、无抑制的细胞生长动力学——Monod方程

二、单基质限制的细胞生长动力学模型

三、基质抑制的细胞生长动力学模型

四、产物抑制动力学模型

五、细胞浓度对比生长速率影响模型

六、分批培养细胞生长

第三节、基质消耗动力学

第四节、产物生成动力学;第一节、概论;研究反应速度及其影响因素并建立反应速度与影响因素的关联;影响因素

微观动力学：没有传递等工程因素影响时，反应固有的速率，只与各反应组分的浓度、催化剂及溶剂性质有关，而与传质、传热等因素无关。

宏观动力学：在反应器内观测到的总反应速率及

其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和

结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传

热等。;研究对象

分子水平动力学：酶反应动力学

细胞水平动力学：细胞反应动力学（包括细胞生

长动力学、反应基质消耗动力学和代谢产物生成

动力学等）

群体动力学：废水处理动力学;模型的简化;同时，细胞的培养和代谢还是一个复杂的群体的生命活动，通常每1ml培养液中含104～108个细胞，每个细胞都经历着生长、成熟直至衰老的过程，同时还伴有退化、变异。

因此，要对这样一个复杂的体系进行精确的描述几乎是不可能的。为了工程上的应用，首先要进行合理的简化，在简化的基础上建立过程的物理模型，再据此推出数学模型。;2、主要简化的内容;第三，细胞的组成也是复杂的，它含有蛋白质，脂肪、碳水化合物、核酸、维生素等，而且这些成分的含量大小随着环境条件的变化而变化。如果是在考虑细胞组成变化的基础上建立的模型，则称为结构模型，该模型能从机理上描述细胞的动态行为。如果把菌体视为单组分，则环境的变化对菌体组成的影响可被忽略，在此基础上建立的模型称为非结构模型。;均衡生长：细胞生长过程中，细胞内各种成分均以相同的比例增加。

非均衡生长：各组分的合成速率不同而使各组分增加的比例也不同。

;

第四，如果将细胞作为与培养液分离的生物相处理所建立的模型称为分离化模型，一般在??胞浓度很高时常采用此模型，在此模型中需要说明培养液与细胞之间的物质传递作用。如果把细胞和培养液视为一相（液相），则在此基础上所建立的模型为均一化模型。;确定论非结构模型，均衡生长模型;（二）、反应速率;2、比速率

细胞生长比速率：μ=1/X·dX/dt

基质消耗比速率：qS=1/X·dS/dt(ν)

氧消耗比速率：qO2=1/X·dO2/dt(Qo2)

产物生成比速率:qP=1/X·dP/dt（Qp）

反应热生成比速率：qHv=1/X·dHv/dt;（三）、得率系数;第二节细胞生长动力学;一、无抑制的细胞生长动力学

——Monod方程;微生物生长速率受物理因素和化学因素的影响，在一定条件下，微生物生长速率是基质浓度S的函数，即dx/dt=f(S).

1949年莫诺发现，细菌的比生长速率与单一限制性基质存在如下图所示的关系，并建立经验方程：μ＝μmS/(Ks+S)（莫诺方程）

S限制性基质浓度mol/m3

Ks微生物对基质的半饱和常数mol/m3

限制性基质：在培养细胞的营养物质中，对细

胞生长起到限制作用的营养物。

;;;莫诺方程和米氏方程的形式相同，但前者是经验方程，后者是机理方程。当假设微生物生长速率受限制于单一酶催化反应时，理论上莫诺方程合理。

莫诺方程中的常数μm和Ks同样可用倒数图解法、线性回归或计算机直接求解。;Monod方程的参数求解(双倒数法)：;一些典型的μm和Ks值;例题5.1;解：依据方程s/μ=Ks/μm+1/μm·S，分别采用图解和回归法求解。

对S/μ—S作图。;由图中可得出斜率K为0.95，截距C为90,

再由μm=1/K，Ks/μm=C

得μm=1.05h-1

Ks=95mg/L=0.095g/L

由方程td=ln2/μm=0.693/μm，

得td=0.66h;用该组数据作线性回归，得回归方程：s/μ=95.14+0.926S

线性相关系数R=0.9960

得：μm=1.08h-1Ks=0.103g/Ltd=0.64h

;例5.2;时间段;Δt;解：根据细胞生长动力学，细菌的生长速率可表示为：rx=dX/dt=μ.X

因此，μ=rx/X=μmaxS/(Ks+S)

取其倒数：X/rx=Ks/μmax.1/S+1/μmax

根据试验提供的数据，在一段短的实验时间间隔内，上式可表