生物过程的反应原理 张赣道
生物过程的反应原理 张赣道
第一章绪论 1.1概述 1.1.1有关术语 (1)生物工程( bioengineering):生物学与工程学物理过程的结合。包括 (2) biotechnology:应用自然科学、工程学原理,依靠生物催化剂的作用,提供产品或为 社会服务的技术。( the biotech: tree/a three-cempanet central core Fermentation; Enzyme reaction, microbial reaction cell engineering: Gene engineering, Biological treatment for wast water (3) biochemical engineering运用化学工程学原理、方法将生物技术实验成果进行工程化、 产业化开发的一门学科 (4) biochemical reaction engineering以生化反应动力学为基础,运用传递过程原理及工 程学原理与方法,进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计 放大、操作控制等综合边缘学科。 1.12生物技术进展 高新技术一信息(龙头);生物技术(基础),生物学(带头学科);NM(活力) 业产值排序(US)—化工,食品,电器,汽车,矿产, 投资的产业取向85%投资取向在信息、生物技术及纳米材料产业 1.1.2.1生物学—21世纪带头学科 (1)17-18世纪一力学 Newtonian laws;蒸汽机(1712);第一次工业革命。 (2)19世纪—物理、化学: Faraday- Maxwell law. Mendeleey's law,电力(1832); 第二次工业革命
第一章 绪论 1.1概述 1.1.1有关术语 (1)生物工程（bioengineering）:生物学与工程学物理过程的结合。包括….. (2)biotechnology:应用自然科学、工程学原理，依靠生物催化剂的作用，提供产品或为 社会服务的技术。（the biotech.tree/a three-cempanet central core） Fermentation;Enzyme reaction;microbial reaction ;cell engineering;Gene engineering; Biological treatment for wast water (3)biochemical engineering:运用化学工程学原理、方法将生物技术实验成果进行工程化、 产业化开发的一门学科。….. (4) biochemical reaction engineering:以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工 程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、 放大、操作控制等综合边缘学科。 1.1.2生物技术进展 高新技术—信息（龙头）；生物技术（基础），生物学（带头学科）；NM（活力） 产业产值排序（US）—化工，食品，电器，汽车，矿产，….. 投资的产业取向—85%投资取向在信息、生物技术及纳米材料产业 1.1.2.1生物学—21世纪带头学科 (1)17-18世纪—力学:Newtonian laws;蒸汽机（ 1712 ）；第一次工业革命。 (2)19世纪—物理、化学：Faraday-Maxwell law,Mendeleev’s law; 电力（1832）； 第二次工业革命
(3)20世纪—现代物理、控制论:( Einstein) theory of relativity, Quantum-mechanics;原子能、宇航工业 (4)21世纪 biology “生物学的机会”,“2000生物技术”,“生物技术未来”,“未来生物技 术 ——1953: Watson, Crick:DNA双螺旋结构,里程碑! 1972: Cohen, Boyer: reco, tran.(clone 1993: Kary Mullis: PCR-Nobel Prize(chem 1989~2000.6.26人类基因组计划“工作框架图”,2005年(3万人年、30亿$) the lst: antibiotics 1928-1945-50/4000(E) mono. Anti. 1975-1984(N P )diag gene phar. 1982-2002(18/50)87EPO. G-CSF/tPa( genetech Co) gene therapy2100例/97;3476人(425项)/2001 the2nd:植物雄性不育(杂种优势);抗逆性植物;Bt,Doll the 3rd: [m 1,3-PD*DCA, (P)LA PHA, PAA [AA];E]: [OS"]; [Bt]; [Fa*] BE]Aco*(fuel), Diesel,B.H,PEOG,丙烯洗胺 1.1.22生物技术展望 (1)生化过程的集成:动力学、传递过程、设计放大、模拟、控制、优化。 (2)计算生化工程:与基础学科(计算技术)构建,交叉新学科如多相流系统复 杂流场、传递等的计算分析等。 (3)合理药物设计(CAMD)、蛋白质工程(CAPD)
(3)20世纪—现代物理、控制论：（Einstein）theory of relativity， Quantum—mechanics；原子能、宇航工业 (4)21世纪—biology ——“生物学的机会”，“2000生物技术”，“生物技术未来”，“未来生物技 术”…… —— 1953：Watson， Crick：DNA双螺旋结构，里程碑！ 1972：Cohen，Boyer：reco，tran.（clone） 1993：Kary Mullis: PCR-Nobel Prize(chem) 1989~2000.6.26 人类基因组计划“工作框架图” ，2005年（3万人年、30亿$） —— the lst: antibiotics 1928-1945-50/4000(株) mono. Anti. 1975-1984(N.P.)_diag:..… gene.phar. 1982-2002(18/50)_87 EPO.G-CSF/tPA（genetech Co） gene therapy 2100例/97；3476人（425项）/2001 —— the 2nd:植物雄性不育（杂种优势）；抗逆性植物；Bt;Dolly —— the 3rd:[m]1,3-PD*,DCA,(P)LA*,PHA,PAA; [AA*];[E];[OS*];[Bt];[Fa*]; [BE]Alco*(fuel),Bdiesel,B.H,P.E.O/G;丙烯洗胺 1.1.2.2生物技术展望 （1）生化过程的集成:动力学、传递过程、设计放大、模拟、控制、优化。 （2）计算生化工程：与基础学科（计算技术）构建，交叉新学科如多相流系统复 杂流场、传递等的计算分析等。 （3）合理药物设计（CAMD）、蛋白质工程（CAPD）
(4)深入研究基因工程菌、哺乳动物、植物细胞的生长动力学,产物生成动力学 质粒复制与表达动力学。超临界相态下生物反应。发酵中菌体形态变化。界面微生 物生长模型。双液相微生物与酶反应。 新兴学科(50-fem,70 -enzyme,.),任重道远,发展空间 12生化反应工程 12.1研究内容 21.1生化反应动力学(本征一宏观;分子水平—细胞水平一群体;) 121.2生化反应器 (1)反应器中传递过程 (2)反应器的数学模型与数学模拟(设计、放大、分析、模拟、控制、优化) 1.2.2研究方法(MMMS, ng-Opt.) Math Model. Math Simu
（4）深入研究基因工程菌、哺乳动物、植物细胞的生长动力学，产物生成动力学。 质粒复制与表达动力学。超临界相态下生物反应。发酵中菌体形态变化。界面微生 物生长模型。双液相微生物与酶反应。 新兴学科（50’—ferm ,70’—enzyme,…...）,任重道远，发展空间。 1.2生化反应工程 1.2.1研究内容 1.2.1.1生化反应动力学（本征—宏观；分子水平—细胞水平—群体；…..） 1.2.1.2生化反应器 （1）反应器中传递过程 （2）反应器的数学模型与数学模拟（设计、放大、分析、模拟、控制、优化） 1.2.2研究方法（MM,MS,Eng~Opt.）Math.Model,Math Simu
第二章均相酶反应动力学 2.酶的特性 2.1.1酶的分类及命名 EC系统分类及命名法IUB(1964):“EC大类亚类亚亚类统一编号” 大类’一按生化反应类型分为6类,依次为:氧化还原,转移,水解,裂 合,异构,合成 例:EC3.1.1.3—甘油酯水解酶,其惯用各为 Lipase,脂肪酶(底物前有时 还有说明酶来源的词) 2.1.1酶的特性 2.1.2.1酶的催化特性、酶活力 (1) catur/K;分子活力;催化中心活力(酶的转换数);活性极高 (2)酶活力单位[mols],[mmol](U,1kat=6*10U) (比活力:Umg, kat/Kg) 21.22酶的专一性 包括绝对、相对、反应*、底物、立体*、基团、序列专一性
第二章 均相酶反应动力学 2.1酶的特性 2.1.1酶的分类及命名 EC系统分类及命名法—IUB（1964）：“EC大类.亚类.亚亚类.统一编号” ‘大类’—按生化反应类型分为6类，依次为：氧化还原，转移，水解，裂 合，异构，合成 例：EC3.1.1.3—甘油酯水解酶，其惯用各为Lipase，脂肪酶（底物前有时 还有说明酶来源的词） 2.1.1酶的特性 2.1.2.1酶的催化特性、酶活力 ⑴catur/K；分子活力；催化中心活力（酶的转换数）；活性极高 ⑵酶活力单位[mol/s]，[nmol/s]（U，1kat=6*107U） （比活力：U/mg，kat/Kg） 2.1.2.2酶的专一性 包括绝对、相对、反应*、底物、立体*、基团、序列专一性