催化反应动力学-5pH与T

1、彭益强彭益强 Enzymology国 立 华 侨 大 学 生 物 工 程 与 技 术 系国 立 华 侨 大 学 生 物 工 程 与 技 术 系第一节第一节 单底物反应动力学单底物反应动力学第二节第二节 抑制作用动力学抑制作用动力学第三节第三节 多底物反应动力学多底物反应动力学第四节第四节 别构酶动力学别构酶动力学第五节第五节 pH和温度对酶催化反应速度的影响和温度对酶催化反应速度的影响主要内容主要内容lpHpH对酶反应速度具有很大影响；对酶反应速度具有很大影响；l多数情况下，酶反应速度随多数情况下，酶反应速度随pHpH的变化呈的变化呈左右对称的钟罩；左右对称的钟罩；反应速度最大时的反应速度最大

2、时的pHpH值，称之。值，称之。特性：特性：不是常数，受许多因素影响。不是常数，受许多因素影响。1，最适，最适pH (optimum pH)（1）破坏酶空间构象，使酶可逆或不可逆变性失活。破坏酶空间构象，使酶可逆或不可逆变性失活。这种失活分可逆和不可逆两种方式，可逆失活指在不同这种失活分可逆和不可逆两种方式，可逆失活指在不同pHpH下保温的下保温的酶液在最适酶液在最适pHpH测活时，活力完全恢复。测活时，活力完全恢复。（2 2）改变反应系统的组成成分）改变反应系统的组成成分, ,主要是影响酶、底物和酶底物复主要是影响酶、底物和酶底物复合物的解离状态。合物的解离状态。A,A,影响酶活性部位催化基

3、团的解离状态，使底物不能分解为产物；影响酶活性部位催化基团的解离状态，使底物不能分解为产物；B,B,影响酶活性部位结合基团的解离状态，使其不能与底物结合；影响酶活性部位结合基团的解离状态，使其不能与底物结合；C,C,影响底物的解离状态，使底物不能与酶相结合或结合后不能生成影响底物的解离状态，使底物不能与酶相结合或结合后不能生成产物。产物。l最适合 pH曲线并不能看出是蛋白变性影响还是酶与底物不正常离解影响；l故再做pH耐受性曲线，即酶在下同pH 下保温后再到最适pH测酶活，58在pH58内，不是酶变性造成的l双解离模型双解离模型:假定酶活性位上有两个解离基团，用假定酶活性位上有两个解离基团，用

4、X与与Y表示；表示；l当在酸性范围内时，呈当在酸性范围内时，呈XH，YH，即，即EH2；lpH增高时，增高时，XH为为X，酶为，酶为EH；l pH继续增高时，酶以继续增高时，酶以E存在；存在；酶随酶随pHpH不同的不同的3 3种状态模式种状态模式反应式反应式:解离常数解离常数:总酶不变总酶不变:E0=EH2+EH+E方程式推导方程式推导:则有则有:h h- h- 称为米氏称为米氏pH函数函数假设假设h h- h-分别代表各型酶分子浓度与分别代表各型酶分子浓度与E0之比之比h h- h-随随pH值变化曲线图如下值变化曲线图如下(Fig6.5）：）：可见只有可见只有h h- -曲线曲线与酶反应速度

5、的与酶反应速度的pHpH曲线相似，也曲线相似，也是对称钟罩曲线。是对称钟罩曲线。由此可见，只有由此可见，只有EHEH状态才能发生状态才能发生反应，即反应，即EHEH是一是一种活化态，只有种活化态，只有EHSEHS才能分解获得才能分解获得产物。产物。因此若假定因此若假定S S在研究的在研究的pHpH范围内不改变其解离范围内不改变其解离态态, ,则反应模式有三个：则反应模式有三个：（1 1）酶只存在三种解离态，）酶只存在三种解离态，EH2EH2，EHEH，E E2-2-，只有只有EH-EH-有活性有活性l酶与底物络合物EHS-有不同解离3 （考虑最复杂的情况，即酶与酶（考虑最复杂的情况，即酶与酶-

6、底物络合物都存在不底物络合物都存在不同形式，只有同形式，只有EHS能分解为产物）能分解为产物）:假定假定Ks,Ks,K”sKs,Ks,K”s和和K K2 2与与pHpH无关，无关，H H+ +解离和解离和再结合速度及底物结合解离速度比再结合速度及底物结合解离速度比EHSEHS形成形成产物产物P P的速度大得多，即满足快速平衡学说，的速度大得多，即满足快速平衡学说，各解离常数定义如下各解离常数定义如下: :(I)这七个解离常数间存在两种关系这七个解离常数间存在两种关系: :K Kes1es1/K/Ke1e1=K”=K”s s/K/Ks s, K, Kes2es2/K/Ke2e2=K=Ks s/K

7、/Ks s, ,故只有故只有5 5个是独立的。个是独立的。选择选择K Ke1e1,K,Ke2e2,K,Kes1es1,K,Kes2es2和和K Ks s作为独立的解离常数作为独立的解离常数. . 由由 上两式得上两式得:根据快速平衡法，根据快速平衡法，v=k2EHSE0=E+EH+EH2+ES+EHS+EH2S(II)由式由式(I)可得：可得：(III)将将(III)代入代入(II)得得:可简化为可简化为:此式与米氏方程一样。此式与米氏方程一样。其中其中:（1)（2)(3）根据根据H+H+浓度高低可对浓度高低可对(1(1）、）、(3(3）简化）简化, ,采用采用双倒数双倒数作作图法可分别求出图

8、法可分别求出KeKe1 1,Ke,Ke2 2,Kes,Kes1 1和和KesKes2 2这四个解离常数。这四个解离常数。温度对酶催温度对酶催化反应的影化反应的影响，主要影响，主要影响到响到影响酶和底物分子中某些解离基团的影响酶和底物分子中某些解离基团的pK值。值。酶的稳定程度，酶蛋白的热变性；酶的稳定程度，酶蛋白的热变性；影响最大反应速度，即影响影响最大反应速度，即影响k2；影响酶和底物的结合，即影响影响酶和底物的结合，即影响Ks或或k1和和k-1 ;最适温度（最适温度（optiman temparature）定义定义:酶反应速度随着温度的升高达到一个最酶反应速度随着温度的升高达到一个最大值时

9、所对应的温度。大值时所对应的温度。特性特性:它不是酶催化反应的特征值，受作用时间、底它不是酶催化反应的特征值，受作用时间、底物浓度、酶浓度及反应的物浓度、酶浓度及反应的pHpH等条件影响。等条件影响。温度提高时，除反应速度随之增加外，酶蛋白温度提高时，除反应速度随之增加外，酶蛋白变性失去活力的速度也迅速增加，所谓的最适变性失去活力的速度也迅速增加，所谓的最适温度，实际上是这两种因素综合影响的结果温度，实际上是这两种因素综合影响的结果。温度对反应速度的影响用温度对反应速度的影响用Arrhenius方程来描写方程来描写(1)对上式取对数对上式取对数k k2 2为酶促反应速度常数，为酶促反应速度常数

10、，A A为频率系数，为频率系数，R R为气体常数，为气体常数，T T为绝对温度，为绝对温度，EaEa为活化能为活化能以以lgklgk2 2对对1/T1/T做图得一直线，从斜率可求得做图得一直线，从斜率可求得E Ea a. .（2）Arrhenius方程方程积分形式积分形式(当当T从从T1到到T2时时,k2为为k2 和和k2 )有有:对上式对上式, ,引入引入温度系数温度系数Q Q1010 温度系数温度系数Q Q1010表示温度升高表示温度升高1010时反应速度时反应速度增加的因素。增加的因素。 Q Q1010=k=k2 2/k/k2 2k k2 2、k k2 2表示表示T T2 2、T T1 1时的反应速度常数，时的反应速度常数，其中其中T T2 2-T-T1 1=10=10可从可从Q10求出求出活化能活化能:lgQ10=Ea/2.3R * (10/T2T1)Ea=(2.3RT2T1lgQ10)/10 (4-105)可见可见EaEa与与Q Q1010成正比成正比, ,活化能越大，温度系数也越活化能越大，温度系数也越大，即反应速度对温度的敏感性大。大，即反应速度对温度的敏感性大。Q Q1010与反应速度之间不是线性关系，公式如下与反应速度之间不是线性关系，公式如下: :lv=k2El对图中上升部分，lk2=Ae-Ea/(RT) , Ea为反应活化能