生化工程,第二章酶促反应动力学

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生化工程,第二章酶促反应动力学

生化工程,第二章酶促反应动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反应物或生成物浓度的改变。 •P
• 设瞬时dt内反应物浓度的很小的改变为dS，则：
•t
• 若用单位时间内生成物浓
•v
度的增加来表示，则：
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•t
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
•符合双分子反应的表达式，为二级反应。
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生化工程,第二章酶促反应动力学
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
•Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
•甲醇
甘油＋脂肪酸 NaOH
•生物柴油
• 高果糖浆:
•
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
•淀粉浆液
糊精葡萄糖
果糖
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生化工程,第二章酶促反应动力学
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
•化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
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•化学动力学
•对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， •ES •k-1 E + S •k+1
•其解离常数可以表示为,
•(4)
•即,
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•代入公式(2)得到
生化工程,第二章酶促反应动力学

酶促反应动力学PPT课件

第五节
激活剂对酶反应的影响
1. 激活剂(activator)
• 激活剂：凡是能提高酶活性的物质。其中大部分是无机离子或简单有机化合物。
• 金属离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子，如Mg2+是多数激酶及合成酶的激活剂，
• 无机阴离子如：Cl—、Br—、I—等都可作为激活剂。如Cl—是唾液淀粉酶的激活剂
五、Km和Vmax值的测定
• (3) Hanes— Woolf作图法
• 将前式两边均乘以[S]得：以 [s]/ v～[s]作图，得一直线，横轴的截距为 -Km，斜率为 1/ Vmax
第二节酶的抑制作用
抑制与失活之间的关系
• 失活作用(inactivation) :使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用 ,变性剂对酶的变性作用无选择性.
0.058
• Km值氢随酶测定的底物、反应的温度、pH及离子强度
而改变。各种酶的K苯m值甲相酰差酪很氨大酰，胺大多数酶2的.5Km
胰值凝介乳于蛋10白-6~酶10-1mol/甲L之酰间酪。氨酰胺
12.0
乙酰酪氨酰胺
32.0
三、Km值的意义
• 3. Km值可以判断酶的专一性和天然底物有的酶可作用于几种底物，因此就有几个 Km值，其中Km值最小的底物称为该酶的最适底物也就是天然底物。
•
i =1-a
• (4) 抑制百分数; i %=(1-a) x 100%
• 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数。
二、抑制作用的类型
v • 根据抑制作用是否可逆:
• 1．不可逆的抑制作用: 抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活的作用.

酶促反应动力学名词解释

酶促反应动力学名词解释
酶促反应动力学是研究酶催化反应速率、酶与底物之间的相互作用以及反应机制的科学领域。

酶是一种生物催化剂，能够加速化学反应的速率，而酶促反应动力学则是用来描述和解释酶催化反应速率的规律。

酶促反应动力学的主要研究内容包括反应速率、反应机理和酶动力学参数等。

反应速率是指单位时间内反应物转化为产物的量，可以通过测量底物浓度的变化来确定。

酶催化反应速率通常比非酶催化的速率高几个数量级，这是因为酶能够提供更适合反应进行的环境，如形成特定的活性位点、降低反应的活化能等。

反应机理是指酶催化反应中涉及的化学步骤和中间产物的生成过程。

酶催化的反应通常包括底物与酶结合形成底物-酶复合物、底物在酶的活性位点上发生化学反应、产物与酶解离的过程。

通过研究反应机理，可以更好地理解酶催化反应的特点和机制。

酶动力学参数是描述酶催化反应速率和酶与底物之间相互作用的定量指标。

常见的酶动力学参数包括最大反应速率（Vmax）、米氏常数（Km）和催化效率（kcat/Km）等。

Vmax表示在酶的浓度饱和状态下的最大反应速率，Km表示酶与底物结合的亲和力，kcat/Km则是酶催化反应的效率常数。

总的来说，酶促反应动力学的研究对于理解酶催化的反应机制、设计高效的酶催化反应以及开发新型药物和工业催化剂等方面具有重要的意义。

通过深入研究酶
促反应动力学，可以为生物工程、医药化学和工业生产等领域的应用提供理论和实践基础。

酶促反应动力学.

乒乓反应（双置换反应）动力学方程
• 双置换反应的特点是：酶同A的反应产物（P）是酶同第二个底物结合之前释放出来，相应的酶转变E。
乒乓反应动力学方程
乒乓反应动力学曲线图
三、酶的抑制作用
能够和酶的必需基团结合，改变必需基团的结构和性质，酶未发生变性，从而引起酶活性的下降，甚至使酶的活性完全丧失的现象称酶的抑制作用。能引起抑制作用的物质称为抑制剂。
V Vmax
[S] 当底物浓度较低时
反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。
V Vmax
[S] 随着底物浓度的增高
反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。
V Vmax
[S] 当底物浓度高达一定程度
反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应
米氏方程
Vmax [S] V= Km + [S]
在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大
值（Vmax），此时再增加
底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。
Rate of Reaction(v)
100
80
60
40
20
0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Concentration of Substrate(umol/L)
•
和底物的亲和力。
• ⑤催化可逆反应的酶正逆方向反应的Km是不相同的，测定细胞内Km和正逆方向反应的底物浓度，可大致推测正逆反
应的效率，判断酶在细胞内的催化的主要方向。
(2)Vmax和K3（Kcat）的意义
(3) Kcat / Km的意义

2.1 酶促反应动力学

k+1 k1
ES
k+2
E+P
其中：k+1，k1，k+2——反应速度常数 E，S，ES，P——酶，底物，酶-底物复合物，产物根据Michaelis、Menten的单一底物的酶反应模型，其假设条件为：（1 ）在反应过程中，限制反应速度的反应是 ES到 E+P这一步反应；（ 2 ） E+S 到 ES 的反应在整个过程中始终处于动态平衡；（ 3 ）酶以酶游离状态E和酶- 底物复合物ES 的形式存在，酶在反应过程中总浓度不变；（4）底物浓度比酶-底物络合物浓度要大得多。
k 2C E 0C S VmaxC S V CS CS Km Km
（1-4）
（1-5）
式中： Vmax——最大的酶促反应速度。
Vmax k 2 C E 0
（1-6）
1.1.2 Briggs-Haldane对M-M方程的修正 1925年 Briggs和Haldane认为在酶促反应过程中，反应的中间体ES（酶-底物复合物）的浓度不随反应时间而变化，即在酶促反应过程中，反应的中间体ES的浓度处于稳定的状态，基于这一假设所得到的酶促反应的模型称之为“稳定态理论”。即
第二节
均相的酶促反应动力学
1.1. 酶促反应的Michaelis-Menten方程 1.1.1. 酶促反应的Michaelis-Menten方程
Michaelis、Menten（1913）提出了单一底物的酶反应模型，基本内容是：酶E的底物S首先形成酶—底物复合物ES，在酶—底物复合物 ES的基础上反应生成产物P和酶E。反应式如下： E+S
（1-22）
总酶量为
C E 0 C E C ES C EI C IES

第二章-酶促反应动力学

• 一个标准酶活单位定义为：每分钟使果胶裂解产生1μmol的不饱和聚半乳糖醛酸所需的酶量。不饱和聚半乳糖醛酸在235nm处的摩尔吸光系数为4600Lmol-1cm-1[6]。
• U =（A/4600）×106×10-3×3×10×（1/10）×n
• = A×n×(30/46)
• 式中：U-----------酶液的酶活力， U/mL
KS CS
稳态法推导动力学方程：
几点假设：
（1）CS>>CE，中间复合物ES的形成不会降低CS。
（2）不考虑这个可逆反应。
（3）CS>>CE中间复合物ES一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物 ES浓度保持衡定，即。 dC ES 0
dt
根据以上假设，可建立如下方程组
rk2CES
（3）E S E为S 快速平衡，E S E P 为整个反应的限速阶段，因此ES分解成产物不足以破坏这个平衡。
根据假设建立动力学方程
rk2CES
dCES dt
k1CECSk1CES0
C E0C EC ES
CECS CES
KS
k1 k1
解之，得
r k2CE0CS KS CS
令 rmaxk2CE0 则 r rmaxCS
• A —————OD值
• n ———— 酶液稀释倍数
2.1 酶促反应动力学的特点
2.1.1 酶的基本概念 2.1.2 酶的稳定性及应用特点
酶是以活力、而不是以质量购销的。酶有不同的质量等级：工业用酶、食品用酶、医药用酶。酶的实际应用中应注意，没有必要使用比工艺条件所需纯度更高的酶。
经典酶学研究中，酶反应速率的测定是在反应的初始短时间内进行的，并且酶浓度、底物浓度较低，且为水溶液，酶学研究的目的是探讨酶促反应的机制。

生化反应工程酶促反应动力学

• 设瞬时dt内反应物浓度的很小的改变为dS，则：
d[ S ] r dt
• 若用单位时间内生成物浓度的增加来表示，则：
r d[ P ] dt
2.2.1.4酶促反应动力学分类----反应级数
①零级反应反应速率与底物的浓度无关，称为零级反应。
d [ s] rmax dt
（[S]-底物浓度，rmax-最大反应速率）
E ＋ S
k1
k-1
ES
k2
E ＋ P
稳态学说
稳态学说的几点假设条件： 1. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的形成不会降
低底物浓度[S]，底物浓度以初始浓度计算。
2. 在反应的初始阶段，产物浓度很低，P+E→ES这个可逆反应
的速率极小，可以忽略不计。
3. [ES]的生成速率与其解离速率相等，其浓度不随时间而变化。
• 当底物接近酶的活性中心并与之结合时，酶的构象能发生改变，更适合于底物的结合。
2.2.1.2影响酶促反应的因素
浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等）外部因素（温度，pH，压力，溶液的介电常数，离子强度等）内部因素（酶的结构等）
2.2.1.3反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反应物或生成物浓度的改变。
酶量守恒产物生成速率动力学方程
KS
[E0 ] [E] [ ES ]
rP k2 [ ES]
rP rP max[ S ] K S [S ]
rP rP max[ S ] K m [S ]
与 Km
k K S 1 k1
k1 k 2 Km k1
动力学参数的求解
(9)
k 2 [ E0 ][S ] rP max[ S ] d[ P] rP k 1 k 2 dt [S ] K m [S ] k1

2酶促反应动力学

2 酶促反应动力学教学基本内容：酶促反应的特点；单底物酶促反应动力学方程（米氏方程）的推导；抑制剂对酶促反应的影响，竞争性抑制和非竞争性抑制酶促反应动力学方程的推导；产物抑制、底物抑制的概念，产物抑制和底物抑制酶促反应动力学方程的推导；多底物酶促反应的机制，双底物酶促反应动力学的推导；固定化酶的概念，常见的酶的固定化方法，固定化对酶性质的影响及固定化对酶促反应的影响，外扩散过程和内扩散过程分析；酶的失活动力学。

2.1 酶促反应动力学的特点2.2 均相酶促反应动力学2.2.1 酶促反应动力学基础2.2.2 单底物酶促反应动力学2.2.3抑制剂对酶促反应速率的影响2.2.4多底物酶促反应动力学2.3 固定化酶促反应动力学2.4 酶的失活动力学授课重点：1. 酶的应用研究与经典酶学研究的联系与区别2. 米氏方程。

3 竞争性抑制酶促反应动力学方程。

4. 非竞争性抑制酶促反应动力学方程。

5. 产物抑制酶促反应动力学方程。

6. 底物抑制酶促反应动力学方程。

7. 双底物酶促反应动力学方程。

8. 外扩散对固定化酶促反应动力学的影响，Da准数的概念。

9. 内扩散对固定化酶促反应动力学的影响，φ准数的概念。

10. 酶的失活动力学。

难点：1. 采用稳态法和快速平衡法建立酶促反应动力学方程。

2. 固定化对酶促反应的影响，五大效应(分子构象的改变、位阻效应、微扰效应、分配效应及扩散效应)的区分。

3. 内扩散过程分析，涉及到对微元单位进行物料衡算和二阶微分方程的求解、无因次变换、解析解与数值解等问题。

4.温度对酶促反应速率和酶的失活速率的双重影响，最适温度的概念。

温度和时间对酶失活的影响。

本章主要教学要求：1. 掌握稳态法和快速平衡法推导酶促反应动力学方程。

2. 了解酶的固定化方法。

理解固定化对酶促反应速率的影响。

掌握Da准数的概念及φ准数的概念，理解外扩散和内扩散对酶促反应速率的影响。

3. 了解酶的一步失活模型与多步失活模型，反应过程中底物对酶稳定性的影响。

酶促动力学.ppt

加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图：
加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的基团结合。这类抑制作用不会因提高底物浓度而减弱
（3）反竞争性抑制
酶只有与底物结合后才与抑制剂结合，形成的三元中间产物不能进一步分解为产物。
中间产物学说的关键在于中间产物的形成。酶和底物可以通过共价键、氢键、离子键和和配位键等结合形成中间产物。中间产物的稳定性较低，易于分解成产物并使酶重新游离出来。
二、底物浓度对酶反应速度的影响
2 中间络合物学说
※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。后来又有人进行了修正.
三、酶的抑制作用
（一）抑制作用与抑制剂
什么是酶的抑制作用和失活作用？失活作用：酶变性；酶活性丧失（无选择性）。抑制作用：酶的必需基团的化学性质改变,但并不引起酶蛋白变性的作用,而降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的作用引起作用的物质称为抑制剂（I）（选择性）。研究抑制作用的意义？
特点
⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物结构类似物； ⑵ 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同—— 酶的活性中心 ⑶ 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除； ⑷ (表观）Km值增大，Vm值不变
竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图：
1/Vmax

(表观）Km值增大，Vm值不变
363
（Eisenthal和Cornish-Bowden法）
（5）直接线性作图法
363

《酶促反应动力学》课件

底物浓度对反应速率的影响
总结词
随着底物浓度的增加，反应速率通常会加快，但当底物浓度达到一定值后，反应速率将不再增加。
详细描述
底物是酶催化反应的对象，底物的浓度也会影响反应速率。通常情况下，随着底物浓度的增加，反应速率会加快。然而，当底物浓度达到一定值后，反应速率将趋于稳定，不再增加。这是因为酶的活性位点有限，只能与一定量的底物结合。
详细描述
酶促反应的活化能是酶促反应所需的最小能量，只有当底物获得足够的能量时，才能够被酶催化发生反应。活化能的大小反映了酶促反应发生的难易程度，活化能越高，反应越难以进行。通过实验测定活化能的大小，可以帮助我们了解酶促反应的动力学特征和
机制。
03
米氏方程与双倒数图
米氏方程的推导
总结词
米氏方程是描述酶促反应速度与底物浓度关系的数学模型，通过实验数据和推导，可以得出该方程的具体形式。
酶促反应动力学在药物代谢领域的应用，如研究药物在体内的代谢过程和代谢产物的生成，有助于了解药物的作用机制和药效。
药物合成
在药物合成过程中，酶促反应动力学可用于优化药物合成的反应条件和提高产物的纯度，降低副反应和废物产生。
在Hale Waihona Puke 境科学中的应用污染物降解酶促反应动力学可用于污染物降解领域，如有机污染物的生物降解和重金属离子的转化，通过研究酶促反应动力学参数，实现污染物的有效降解和转化。
温度对反应速率的影响
总结词
温度的升高通常会加快反应速率，但过高的温度可能导致酶失活。
详细描述
温度可以影响酶促反应的速率。一般来说，温度越高，分子间的运动越快，从而促进酶与底物的结合和反应的进行。然而，过高的温度可能导致酶失活，从而降低反应速率。因此，选择合适的温度对于维持酶的活性和促进反应的进行非常重要。

酶促反应动力学多底物动力学

k2[B] k-4[Q] k-3[P]
EQ:
k1[A]
k-1
k-1
k2[B] k-4[Q] k3
k-2 k-4[Q] k3
k2[B] k-4[Q] k3
V=k4[EQ] – k-4[E][Q] =(k4∙КEQ – k-4[Q]∙КE) [E0]／∑К
=
num1[A][B] - num2[P][Q]
反应速度：Vf= К12 [E] ; Vr= К21 [EA]
❖ К具有方向性，是一种矢量。其方向与酶形式旳流向有关
(二)King-Altman 法环节:
(1)首先写出反应历程，然后将反应历程安排成封闭环形式。环旳角数就是酶存在形式数目，用n表达。然后在各角之间连线上标出各步反应旳К。
E + A k1 EA k2 EP k3 E + P
3!
=3
(3-1)!(3-3+1)!
King- Altman 图形不包括封闭环形式：
E1
E2
E3
E4
❖ n=4，m=5
n-1线（3线）图数目=
5！
=10个，
(4-1)！(5-4+1)！
❖ 2个封闭环形式无效，应清除。共有8个有效旳 King- Altman 图形
反应历程中有时可能没有逆反应，此时有些 KingAltman 图形不存在。
分为: 非中心复合物：酶未完全被底物饱和中心复合物：酶已经完全被底物饱和，
(EAB EPQ); (EA EP)
(二) 反应机制旳分类和命名
(以双底物双产物反应为例）：
1. 序列(sequential)反应机制: 酶必需与全部底物都结合之后才有产物放出。对于双

酶促反应的动力学

酶促反应的动力学酶促反应动力学是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。

这些因素主要包括底物浓度、酶浓度、温度、PH、激活剂和抑制剂等。

在研究某一因素对酶促反应速度的影响时，应该维持反应中其它因素不变，而只改变要研究的因素。

一、酶与底物浓度在酶的浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影响的作用呈现矩形双曲线(图4-2-1)。

图4-2-1 底物浓度对酶促反应速度的影响在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系；当底物浓度较高时，反应速度虽然随着底物浓度的升高而加快，但不再呈正比例加快；当底物浓度增高到一定程度时，如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加，说明酶已被底物所饱和。

酶促反应速度与底物浓度之间的变化关系，反映了[ES]的形成与生成产物[P]的过程。

在[S]很低时，酶的活性中心没有全部与底物结合，增加[S]，[ES]的形成与[P]的生成均呈正比关系增加；当[S]增高至一定浓度时，酶全部形成了[ES]，此时再增加[S]也不会增加[ES]，反应速度趋于恒定。

（一）米氏方程为了解释底物浓度与酶促反应速度的关系，1913年Michaelis和Menten把图4-2-1归纳为酶促反应动力学最基本的数学表达式---米氏方程：V=Vmax[S]/（Km+[S]）Vmax为反应的最大速度，[S]为底物浓度，Km是米氏常数，V是在某一底物浓度时相应的反应速度。

（二）米氏常数（Km）的意义：1．当反应速度为最大速度一半时，米氏方程可以变换如下：1/2Vmax=Vmax[S]/（Km+[S]）所以 Km=[S]。

因此，Km值等于酶促反应最大速度一半时的底物浓度。

2．Km值可判断酶与底物的亲和力（Km值愈大，酶与底物的亲和力愈小；反之亦然）。

3．Km值是酶的特征性常数，只与酶的结构、酶所催化的底物和酶促反应条件有关，与酶的浓度无关。

酶的种类不同，Km值不同，同一种酶与不同底物作用时，Km值也不同。

第二章生物反应动力学1酶促反应

A B
k 1
dC A d C B k ( C A C B ) 或 k 1 ( C A C B ) 1 0 0 dt dt
式中：k1－一级反应速率常数 CA0－底物A的初始浓度 CB－t时刻产物B的浓度
1.2.1 酶促反应动力学基础
5 二级反应
k 2 A B D
1dn p dC p rp v dt dt
式中：rs—底物S的消耗速率，mol/(L•S)
rp—产物P的生成速率，mol/(L•S)
v—反应体系的体积，L ns ，np—分别为底物S和产物P的物质的量，mol Cs ，Cp—分别为底物S和产物P的浓度，mol /L t—时间，s
根据质量作用定律，P的生成速率可表示为：
可忽略由于生成中间复合物[ES]而消耗的底物。（3）产物的抑制作用可以忽略。
P E [ ES ]
[ E 0 ] C [ E ] C [ ES ] （1）反应过程中，酶浓度保持恒定，即C
有两种推导反应速率方程的方法：平衡假设法和拟稳态假设法。
1.2.2.1 平衡假设法—Michaelis-Menten方程平衡假设：1913年， Michaelis-Menten认为酶催化反应历程中，生成产物一步的反应速率要慢于底物S和酶形成中间复合物的可逆反应速率，因此生成产物一步的反应速率决定整个酶催化反应的速率，生成复合物的可逆反应则达到平衡状态。
第二章生物反应动力学
生物反应动力学：是研究生物反应速率和各种因素对反应速率影响的的科学。
�� 生物反应酶促反应细胞培养
第二章生物反应动力学
第一节酶促反应动力学
第二节细胞生长过程动力学

酶工程第二章酶动力学第一节酶促反应动力学

1913年前后，米彻利斯（Michaelis）和曼吞（Menten）在前人工作的基础上，通过大量的定量研究，提出了酶促动力学基本原理，并推导出了著名的米-曼氏方程，推导过程如下：
根据上述反应式，中间产物ES的生成速度(底物S的消失速度)
v1＝k1[S][E]－k2[ES]
（2-1）
而ES的消失速度(产物P的生成速度) v2＝k3 [ES]，当反应达到平衡时，即v1＝v2时
第一节酶促反应动力学
对许多酶的性质的观察和研究得知，在低的底物浓度[S]下，反应速度（v）直接与底物浓度[S]成正比；在高底物浓度[S]下，速度趋向于最大值（Vmax），此时反应速度与底物浓度[S]无关（如图2-1）。
图2-1 单底物酶促反应的反应速度与底物浓度的关系
第一节酶促反应动力学
图2-5 乒乓反应机理实际上，多底物酶促反应动力学是非常复杂的，以上只是作以简要介绍，有关详细内容，可查阅相关专著。
将米氏方程改写成以下形式
以对作图，绘出曲线，横轴截距即为－值，纵轴截距则是（图2-2）。
第一节酶促反应动力学
图2-2 双倒数作图
第一节酶促反应动力学
二、多底物动力学通常情况下，酶催化反应涉及两个(少数情况下三个)底物。现在我们考虑一个涉及两种底物和两种产物的酶促反应物反应。现在已知的生化反应中有六成以上属于这一种反应。双底物反应的机理有下面三种可能：
第一节酶促反应动力学
1.有序反应机理(ordered reaction) 这种情况下，A和B分别可被说成是先导底物和后随底物，Q 是A的产物，最后被释放。A和Q竞争同游离酶E结合，但A和B则不会（或者Q和B也不会）发生竞争（如图2-3）。依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋或NADP＋）的脱氢酶的反应就属于这种类型。

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➢ Km值代表反应速率达到Vmax/2时的底物浓度。 ➢ Km是酶的一个特性常数，Km的大小只与酶的性质有关，而与酶
浓度无关。但底物种类、反应温度、pH和离子强度等因素会影
响Km值。因此可以用Km值来鉴别酶。 ➢ Km值可以判断酶的专一性和天然底物。 ➢ 当k+2<<k-1时， Km ＝KS ，那么Km可以作为酶和底物结合紧密
•考虑一下Km的定义
：
•
实验测定Michaelis-Menten动
力学参数
•根据已知的 [S0] 和 [E0], 能计算出初始的反应速率:
动力学参数的求解
作图法(通过方程变换，将方程线性化)
✓L-B法 ✓H-W法 ✓E-H法 ✓积分法
非线性最小二乘法回归处理
✓信赖域法(Matlab的优化工具箱) ✓遗传算法(不依赖于初值，可并行计算)
• 平衡常数(K)的计算：
例：A+3B
2C+D
酶的基本概念
酶可加快反应速率降低反应的活化能(Ea) 不能改变反应的平衡常数K 不能改变反应的自由能变化(ΔG)
✓酶有很强的专一性 ✓较高的催化效率 ✓反应条件温和 ✓酶易失活
酶促反应动力学基础
影响酶促反应的主要因素
✓ 浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等） ✓ 外部因素（温度，压力，pH，溶液的介电常数，
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
•单底物酶促反应动力学
•E •＋ •S
•k+1 •ES
•k-1
•k+2
•E •＋ •P
• 快速平衡学说的几点假设条件：
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合物完成的。
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的形成不会降低底物浓度[S]，底物浓度以初始浓度计算。
• The data below was from an enzyme activity determination.
•1. [S] 3 μM ------------ v = 10.4 μmol/min 2. [S] 5 μM ------------ v = 14.5 μmol/min 3. [S] 10 μM ----------- v = 22.5 μmol/min 4. [S] 30 μM ----------- v = 33.8 μmol/min 5. [S] 90 μM ----------- v = 40.5 μmol/min
•t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
• 双如：A＋B → C＋D 属于双分子反应 • 其反应速率方程可表示为：
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制，即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
•因为蔗糖的稀水溶液中，水的浓度比蔗糖浓度大得多，水浓度的减少与蔗糖比较可以忽略不计。因此，反应
速率只决定于蔗糖的浓度。
•
v = k [S]
酶促反应动力学基础－反应速率
零级反应
•k
•A
一级反应 A ─→ B
•A0
积分后得：这儿：k是反应速率常数，C是积分常数
•t •一级反应
若反应开始(t=0)时,A=A0,则C=lnA0, 最后得到: A=A0e-kt
底物与效应物
【效应物】(Effecter)：凡能使酶分子发生别构作用的物质叫效应物，通常为小分子代谢物或辅因子。如因别构导致酶活性降低的物质称为负效应物。
✓ 可逆抑制和不可逆抑制(如铅和汞等重金属)
【可逆抑制】 (reversible inhibition)：抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活力降低或丧失，能用物理方法除去抑制剂而使酶复性，这种抑制作用是可逆的，称为可逆抑制。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
反应级数
•根据实验结果，整个化学反应的速率服从哪种分子反应速率方程式，则这个反应即为几级反应。 •例：对于某一反应其总反应速率能以单分子反应的速率方程式表示，那么这个反应为一级反应。 •又如某一反应： A + B → C + D
•竞争性抑制可逆抑制 •非竞争性抑制
•抑制
•反竞争性抑制
不可逆抑制
•不可逆抑制：
• 杀虫剂：二异丙基氟磷酸（DFP）对乙酰胆碱酯酶的抑制－－乙酰胆碱酯酶是神经传导所必需的，这酶的抑制引起生命功能的迅速削弱。
•竞争性抑制：竞争性抑制剂往往和底物在结构上相似
• 丙二酸（HOOC—CH2—COOH）抑制琥珀酸脱氢酶催化的琥珀酸（ HOOC—CH2—CH2—COOH）脱氢作用。 •对氨基苯甲酸逆转磺胺药物对细菌生长的抑制作用(二氢叶酸合成酶 )，对氨基苯甲酸是细菌的一种维生素，细菌依赖它合成代谢所必需的叶酸。 •许多抗代谢的抗癌药物如5-氟尿嘧啶和6-巯基嘌呤几乎都是酶的竞争性抑制剂。
程度的一个度量，表示酶和底物结合的亲合力大小。
➢ 若已知Km值，可以计算出某一底物浓度时，其反应速率相当于 Vmax的百分率。例如:当[S]=3 Km时，代入米氏方程后可求得 v=0.75Vmax
➢ Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径。催化可逆反应的酶，对正逆两向底物的Km值往往是不同的，例如谷氨酸脱氢酶，NAD+的Km值为2.5×10-5mol/L，而NADH为1.8×10-5 mol/L。测定这些Km值的差别及正逆两向底物的浓度，可以大
离子强度等） ✓ 内部因素（效应物，酶的结构）
酶与底物的作用机理
• Lock and Key Model
Induced-Fit Model
• 手与手套的关系.
• 当底物接近酶的活性中心并与之结合时，酶的构象能发生改变，更适合于底物的结合。
酶反应动力学
➢ 酶反应动力学的两点基本假设：
慢于[ES]复合物解离的速率。这对于许多酶反应也是正确的。
•Mixed order •with respect to S
反应速率、底物浓度与时间的关系
•S, E
•反应速率
底物浓度与反应速率的关系
•Vm
•底物浓度
反应速率、底物浓度与时间的关系
•反应速率 •底物浓度
•反应时间
•反应时间
米氏常数Km的意义
•E + S •Km’ •[ES] •+ •I
•I
•KI
•EΒιβλιοθήκη •[EI] •S•E + P •E •I •X •P
•抑制剂是底物的类似物
•利用快速平衡假说: •和酶的浓度方程, •产物速率方程, •综合以上方程,消除[ES]得到：
•where
and
.
3. 不考虑P+E→ES这个可逆反应的存在。
4. [ES]在反应开始后与E及S迅速达到动态平衡。
•E •＋ •S •k+1 •k-1
•ES •k+2 •E •＋ •P
•快速平衡学说
➢ 对于单底物的酶促反应:
•由假设4可得到：
•(1)
•由假设3可得到产物的合成速率为：
•(2)
•反应体系中酶量守恒：
•淀粉浆液
糊精葡萄糖
果糖
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
•化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
•化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反
应物或生成物浓度的改变
•P
。
• 设瞬时dt内反应物浓度的很小的改变为dS，则：
•t
•v
• 若用单位时间内生成物浓度的增加来表示，则：
生化工程,第二章酶促反应动力学
2020年6月2日星期二
•《生化工程》
•Biochemical Engineering
第二章均相酶催化反应动力学
•Lysozyme
•实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
• 油料
•甲醇
甘油＋脂肪酸 NaOH
•生物柴油
• 高果糖浆:
•
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
•k 二级反应 A+B ─→ C
•k指反应的速率常数。 •反应速率与反应物的性质和浓度、温度、压力、催化剂及溶剂性质有关
酶促反应动力学基础－平衡常数
• 平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继续进行，但反应速率相等的动态过程。
• 反应的平衡常数与酶的活性无关，与反应速率的大小无关，而与反应体系的温度、反应物及产物浓度有关。
•非竞争性抑制：非竞争性抑制剂和底物可能分别与酶的不同部位结合。抑制剂与酶的结合并不妨碍酶再与底物结合，但所形成：酶—底物—抑制剂复合物
•反竞争性抑制：反竞争性抑制剂只结合到ES复合物。
• 酶—底物—抑制剂复合物
•这种抑制剂仅能与ES复合物结合，而与游离酶不能直接结合
竞争性抑制(competitive inhibitions)
L-B双倒数法
• 将米氏方程式两侧取双倒数，得到下列方程式：
•以直线
作图,得到一
• 缺点：实验点过分集中在直线的左下方，影响
Km和Vmax的准确测定。
积分法
•分批酶反应体系中[S]随时间的变化过程可以用表示为：
•积分得到 ,
•或,
•与
对应作图，得到一直线，
•斜率为-Km ,截距为Vm
•实例
•当反应系统中 [ES]的生成速率与分解速率相等时，[ES]浓度保持不变的状态称为稳态。

生化工程,第二章酶促反应动力学

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