酶动力学2(研) Microsoft PowerPoint 演示文稿_图文.ppt

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• 式（3-12 ） 即米 氏 方 程 ， 式中 的 两 个 动 力学 参 数 是 KS和 rP,max。 其 中 ：
KS
k1 k1
CSCE C[ ES ]
KS表示了酶与底物相互作用的特性。KS的单位和CS的单位相同， 当rP=1/2 rP,max 时，存在KS=CS关系。
rP,max =k+2CE0。表示当全部酶都呈复合物状态时的反应速率。
• 根据质量作用定律，P的生成速率可表示为：
rP k2CES
( 3-11 )
式中：
C[ES] —中间复合物[ES]的浓度，它为 一难测定的未知量，因而不能用它来 表示最终的速率方程。
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对上述反应机理，推导动力学方程时的三点假 设：
• （1）在反应过程中，酶的浓度保持恒定，即： CE0=CE+C[ES]。
建立反应动力学方程
确定适宜的操作条件
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酶促反应特征
• 优点：
• 不足：
• 反应在常温、常压、中性pH范围进行，节能且效 率高。
• 反应专一性强，副产物生成少； • 反应体系简单，反应最适条件易于控制。
• 反应仅限少数步骤，经济性差； • 反应周期较长；
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第一节 均相酶促反应动力学
一级反应速率方程。
rS
rmax很大时，大部分酶为游离态的酶，而C[ES] 的量很少。要想提高反应速率，只有通过提高CS值， 进而提高C[ES]，才能使反应速率加快。因而此时反 应速率主要取决于底物浓度的变化。
将上式进行重排，积分，可以推出
rmaxt
Km
ln
CS0 CS
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E + S ES P + E
k2
k4
三个假设：
（1）E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而
ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于 慢反应即 V＝k3[ES]。 （2）S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初 始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。
（3）P→0 忽略 E+Pk4 ES 这步反应
酶 脲酶 溶菌酶
底物 尿素
Km(mmol/L) 25
6-N-乙酰葡萄糖胺 0.006
葡萄糖-6-磷酸脱 氢酶
胰凝乳蛋白酶
6-磷酸-葡萄糖
苯甲酰酪氨酰胺 甲酰酪氨酰胺 乙酰酪氨酰胺
0.058
2.5 12.0 32.0
.
16
(3)Km可用来表示酶对底物的亲和力的大小， 鉴定酶的最适底物。
(4) Km越小，亲和力越强。 [S]很小时，
每小时催化1ml某浓度溶液
件 下
每分钟催化1ug底物
一定时间 一定量底物
.
2
（1）国际单位（IU） 在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最 适底物浓度）一分钟内催化1微摩尔底 物转化为产物所需的酶量。 1 IU= 1 mol / min
——酶活力单位标准化
.
3
（2）Kat（一种新的酶活力国际单位） 在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最适 底物浓度）每秒钟催化1摩尔底物转化为 产物所需的酶量。
第五节 酶活力及其测定
一、酶活力及其测定 酶活力：是指酶催化一定化学反应
的能力。
1、酶活力与酶反应速度 ——以单位时间内底物的消耗量或产
物的生成量衡量。
.
1
二. 活力单位 (U) 与比活力

①．动力学参数的意义
Km 酶促反应速度为最大反应速度 最大反应速度（ 酶促反应速度为最大反应速度（Vmax)的一 半时 的一 底物浓度。 的底物浓度。 单位是mol/l。 单位是 。 A. Km值是酶的特 值是酶的特 征性常数。 征性常数。与酶 的浓度无关， 的浓度无关，不 同的酶， 同的酶，其Km 值不同
Lineweaver-Burk 双倒数作图法
实 例
Neurospora crassa 的D-丝氨酸脱水酶催化反应： 丝氨酸脱水酶催化反应： 丝氨酸脱水酶催化反应 CH2OH · CHNH2 · COOH → CH3CO · COOH+NH3 在实验中测定酶的饱和曲线得到下列数据： 在实验中测定酶的饱和曲线得到下列数据： [s] ×10 -5（M） 0.20 0.40 0.85 1.25 1.70 2.00 8.00 v 20分钟生成丙酮酸（µM） 分钟生成丙酮酸（ ） 分钟生成丙酮酸 0.150 0.200 0.275 0.315 0.340 0.350 0.360
（二）底物浓度对酶反应速度的影响
1 中间络合物学说
Henri和Wurtz提出 和 提出
中间产物的证据
中间复合物的直接观察 光谱改变 酶的物理性质改变 分离结晶 酶和底物的共沉降
V Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比； 反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。 应为一级反应。
快速平衡假说与稳态平衡假说的实 质区别
项目
快速平衡学说
稳态学说
酶和底物生成不稳定复合物[ES]，酶催化反应是经该中间复合物完 成的，即： k+1 k+2 E+S [ES] E+P
k-1
假设 [ES]在反应开始后与 E 及 S 迅速 达到动态平衡 [ES]的生成速率与其解离速率相 等，其浓度不随时间而变化

（3） kcat/km的意义：
Vmax[S] V=
Km + [S]
∵Vmax=kcat[Et] ∴
kcat[Et][S] V=
Km + [S]
当[S] <<Km时， [E]＝[Et]
是E和S反应形成产物的表观二级速率常数。 其大小可用于比较酶的催化效率。
kcat/km＝ k3k1
k2+k3
kcat/km的上限为k1,即生成ES的速率，即酶 的催化效率不超过E和S形成ES的结合速率
2、动力学参数的意义
（1）米氏常数Km的意义
V
Vmax Vmax/2
Vmax 2
Km
[S]
＝ Vmax[S] Km + [S]
Km＝[S]
∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
①Km是酶的特性常数：
与pH 、温度、离子强度、酶及底物种类有关，与酶浓度 无关，可以鉴定酶。
k2>>k3时
k2 + k3 Km=
k1
Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）
k1
k3
E+S
ES
P+E
k2
Km越小，亲和力越强。
[S]很小时，反应速度就能达到很大。
性能优，代谢中这类酶更为重要
③根据Km：
判断某[s]时v与Vmax的关系 判断抑制剂的类型
④ Km可帮助判断某代谢反应的方向和途径 催化可逆反应的酶对正/逆两向底物Km不同 —— Km较小者为主要底物
➢ 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很 小（一般在5﹪以内）时的反应速度；
➢ 底物浓度远远大于酶浓度。（[S] 》[E]）

❖ 中间络合物学说最早是由 Henri和Wurtz两位科学家 提出的。
❖ 在1903年，Henri在用蔗 糖酶水解蔗糖实验研究化 学反响中底物浓度与反响 速度的关系时发现，当酶 浓度不变时，可以测出一 系列不同底物浓度下的化 学反响速度，以该反响速 度对底物浓度作图，可得 到如图3-2所示的曲线。
酶底物中间络合物学说
本质上来说就是酶的修饰抑制
竞争性抑制剂。 ⑴ Vm值降低，Km值不变；
3酶活力测定时需注意：
测定酶活力常用的方法：
❖ 有某些重金属离子如Ag 、Cu 、Hg 、Pb 等 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+及Fe2+
图3-1 酶促反响的速度曲线 测定酶活力常用的方法：
+
2+
2+
2+
对酶的抑制作用也属于这一类。 3激活剂对酶促反响速度的影响
1 竞争性抑制 2 非竞争性抑制 3 反竞争性抑制
①竞争性抑制(competitive inhibition) ：
❖ 是最常见的一种可逆抑制作用。
❖ 大多数竞争性抑制剂与底物的结构相似，能与底
物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形 成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑 制作用。 ❖ 其抑制程度取决于底物和抑制剂的相对浓度，可以 通过增加底物浓度的方法来解除这种抑制作用。
竞争性抑制反响模式
❖ 在竞争性抑制中，底物(S)或抑制剂(I)与酶(E)的结合
都是可逆的，因此存在着如下的化学平衡式：
[S]>>[I]：高浓度的底物可解除抑制
图3-5 竞争性抑制曲线
特点：
⑴ Vm值不变，(表观）Km值增大； ⑵ Km随抑制剂浓度[I]的增加而增加； ⑶双倒数作图所得直线相交于纵轴； ⑷抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除。

单位酶制剂中的活力单位数 活力单位数/毫克或摩尔酶制剂
（4）测定方法
求出速度，除以活力单位，即为单位数
速度测定常用方法 分光光度法 荧光光度法 同位素标记法 电化学法
最常用分光光度法 直接比色分析法 化学偶联分析法 酶偶联分析法
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2、分离纯化
工业上大多采用微生物发酵的方法来获得大量酶制剂。 优点：不受气候、地理条件的限制，动、植物体内的酶大多可从微生物体内找到， 微生物繁殖快，产酶量丰富。还可以通过选育菌种来提高酶的产量和用廉价原料 大量生产。
工业上酶应用的优点：
1. 酶的催化效率高，专一性强，不发生副作用。 2. 酶作用条件温和。 3. 酶及其反应产物大多无毒性。
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酶的固定化就是把水溶性酶经物理（吸附法与包埋 法）或化学方法（共价偶联法与交联法）处理后， 使酶与惰性载体结合或将酶包埋起来成为一种不溶 于水的状态。
吸附法：使酶被吸附于惰性固体的表面，或吸附于离子交换剂上。 包埋法：使酶包埋在凝胶的格子中或聚合物半透膜小胶囊中。 偶联法：使酶通过共价键连接于适当的不溶于水的载体上。 交联法：使酶分子依靠双功能基团试剂交联聚合成“网状”结构。
1、中间产物学说 Henri和Hurtz提出
k1
k3
S+E
ES
k2
E+P
当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间
络合物的浓度不断增高。
当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度 也不会有更多的中间产物生成。
2. 米氏方程式（Michaelis-Menten equation）
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四、酶的分类与命名