均相酶反应课件

第二章均相酶反应动力学均相酶反应研究历史酶催化反应特性简单的酶反应动力学酶反应抑制动力学温度与pH值对酶反应动力学的影响酶的失活动力学

2.1研究历史1902年，V.Henry开始，研究了转化酶、苦杏仁酶和淀粉酶的催化机理，并给出了动力学方程，但结果有错误。1913年，L.Michalis和M.Menten用快速平衡法推导并发表了米氏方程。1925年，G.L.Briggs和J.B.S.Haldane提出了定常态法动力学解析方法。Altonan(1965)和W.W.Cleland(1963)又推导了两种以上底物参与的酶反应。1965年J.Monod对变构酶进行了研究

均相酶反应动力学反映的是酶催化反应的本征动力学关系，是从研究酶反应的机理开始的，常着眼于酶的初始反应速率。酶反应动力学研究思路影响均相酶反应速率的因素有浓度因素（酶、底物、产物和效应物）、外部因素（温度、压力、溶剂的介电常数、pH值、离子强度等）和内部因素（底物及效应物结构、酶的结构），其中最重要的是浓度因素，而以浓度为自变量参数求得的速率常数，又会受到内外各种因素的影响，这一基本思想构成了均相酶反应动力学的基本骨架。酶的催化反应机制锁钥学说：酶和底物必定存在着互补的结构特征，只有符合这种互补结合的物质才是底物，才能被酶所催化。诱导契合学说：底物的存在使酶的的活性部位构象变化，酶与底物完全结合，并使催化基团转入有效的作用位置。2.3简单的酶反应动力学酶催化反应的机理三点基本假设平衡假说拟稳态假说米氏方程方程特性参数求取2.3.1酶反应机理活性络合物学说S+EESE+P根据质量作用定律：k+1k-1k+22.3.3平衡假说平衡假说：认为生成产物的一步的速率是整个酶催化反应控制步骤，而生成复合物的可逆反应达到了平衡状态。即k+2<<k-1根据上述假设，有下式成立：由2.3.4拟稳态假说因为底物浓度远大于酶浓度，因此当络合物解离成产物释放出来的游离酶又立即与底物结合与活性络合物，因此活性络合物的浓度不随时间的变化而变化，即

据反应机理和上述假设，有下述方程成立：

平衡假设与拟稳态假说当k+2<<K-1时，Km=Ks,即生成产物的速率大大慢于酶底物络合物解离的速率，这对于许多酶反应也是正确的，因为生成的复保物其结合力是弱的，因而其解离速率很快，而复合物生成产物则包括化学键的断开与生成，其速率要慢得多，因而拟稳态法更为合理。即其中rmax与Km称为模型参数，其物理意义分别为：2.3.5方程特性米氏方程中反应速率与底物浓度的关系满足双曲函数的形式即：当[s]<<Km时，当[s]>>Km时，rs=rmax当[s]浓度介于上述两种情况之间时，为双曲函数2.3.6参数的求取（微分法）L-B作图法H-W法E-H

因所以又称为微分法2.3.6参数的求取（积分法）重排为例题因为[s0]<<Km(0.005Km)，可视为一级反应动力学，对于一级反应动力学，当t=1min，Xs=2%，代入得K＝0.0202min-1，当t=3min，代入得Xs=6%，则。2）当，此时底物的转化率与底物的初始浓度无关，只与时间有关，因此当反应时间为3分钟时，转化率为6%。3）2.4酶反应抑制动力学抑制是指抑制剂与酶的活性部位结合后，引起酶活力下降的一种效应。任何能直接作用于酶并能降低酶催化反应速率的物质均称为酶的抑制剂。抑制剂抑制底物抑制产物抑制2.4.1抑制剂抑制竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制抑制百分数竞争性抑剂存在时反应速率方程对ES和EI同时应用拟稳态假设，同时根据酶的物料平衡，得出有竞争性抑制剂存在时反应动力学方程为：其中，而这表明，当有竞争性抑制剂存在时，表观米氏常数增加，即酶与底物的结合力下降。参数rmax、Km和KI的求取多步图法：当体系中[i]浓度不变时，根据L-B作图法当体系中[i]浓度发生变化时，2.4.1.2非竞争性制某些抑制剂与酶的非活性部位结合生成复合物，这种结合不影响酶与底物的结合，但形成的E-S-I已使酶的三维空间结构发生变化，故为无活性的端点络合物，从而导致酶促反应速率下降同样，对ES、EI、ESI分别应用拟稳态假设和酶的物料平衡，得到有非竞争性抑制剂存在时的反应速率方程：其中，2.4.1.3反竞争性抑制抑制剂不能直接与游离酶结合，只能与络合物ES结合生成端点络合物，从而导致酶促反应速率的下降，其机理可表示为：E+SESE+PES+IESIk+1k-1k+2k-3k+3ηi与抑制类型的关系竞争性抑制：非竞争性抑制：反竞争性抑制：例题在含有相同酶浓度的五个反应物系中，分别加入不同的底物浓度，并测得初始反应速率，再将五个反应物系分别加入0.22mmol/L的抑制剂，并测定反应速率，结果如下,判断抑制类型，求动力学参数，并写出动力学方程。S0/mmol/LrS/mmol/LminrSi/mmol/Lminηi0.128180.360.1536240.330.2043300.300.5063510.190.7074630.15例题首先计算抑制百分数，看抑制百分数和底物浓度之间的关系，确定抑制类型为竞争性抑制。然后利用L－B作图法，求得各个参数如下：rmax=100mmoL/Lmin,Km=0.24moL/L,Km’=0.44mmoL/L,

得KI=0.27mmol/L，所以此方程为2.4.2底物抑制当体系中底物浓度增加到一定程度时，酶促反应速率不增加，反而下降，此时有：E+SESE+PES+SESSk+1k-1k+2k+3k-32.4.3产物抑制产物抑制也是生物界普遍存在的一种抑制方式，当体系中的产物浓度较高时，产物会与酶结合，从而使活性络合物浓度下降。产物抑制同抑制剂一样也有三种抑制方式，将抑制剂的浓度[i]换成产物浓度[p]、将KI换成KP，就可得到相应的产物抑制的动力学方程，2.5温度与pH对酶反应动力学的影响pH值与温度能够影响酶反应速率方程的根本原因在于酶是蛋白质。2.5.1pH值对酶反应的影响酶是由不同氨基酸缩合而成的，剩余的氨基酸残基中的两性基团的解离状态与反应体系的pH值有关，而具有催化活性的解离状态只是其中的一种，并且在酶总量中所占的比例会因pH值而异。pH值对酶促反应速率的影响包括两个方面：一是对酶催化活性的影响，二是对酶稳定性的影响，三状态假设酶分了存在两个可解离的基团，随着pH值的变化分别呈现出三种状态：

EH2EH－EH2－

在上述三种解离状态中，只有EH－具有催化活性底物的解离状态不变速率控制步骤为由EHS－生成产物P的速率其反应机理为：－H++H+－H++H+反应机理

S+EH－EHS－EH－+Pk+1K-1K+2EH2KaE2-KbEH2SES2-Ka’Kb’反应机理根据拟稳态假设：得到反应速率方程为：，其中两个参数都与pH有关：

2.5.2温度对酶反应的影响温度对酶的酶的反应活性影响复杂。在低温度范围内，反应活性随温度的增加而增加，但温度超过酶所允许的生理温度时，随着温度的升高，酶的活性急剧下降。所有酶均存在有最适作用温度。大多数酶的适宜温度为5-40℃，只有少数除外。如中温α淀粉酶的最适作用温度在85℃，而高温α淀粉酶的最适作用温度在103－105℃，糖化酶的作用温度在65℃。需要注意的是，最适作用温度受到酶的纯度、底物、抑制剂及酶的催化时间的影响。而温度对酶催化活性的影响是温度两种影响的综合结果，即酶促反应速率和酶失活速率双重作用的结果。温度对酶促反应速率的影响在适宜的温度条件下，酶促反应速率常数与温度的关系符合阿伦缪斯定理，即而酶反应的活化能为100－120KJ/moL2.5.2温度对酶失活的影响大多数酶的热失活均满足一级失活模型，即ED酶的失活速率可表示为：