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第二章 酶促反应动力学
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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。
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经典酶学研究中,酶活力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。
工业上,为保证酶促反应高效率完成,常需要使用高浓度的酶制剂和底物,且反应要持续较长时间,反应体系多为非均相体系,有时反应是在有机溶剂中进行。
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2.2 均相酶促反应动力学 2.2.1 酶促反应动力学基础 可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。 对酶促反应 ,有: 式中, k:酶促反应速率常数; r:酶促反应速率; rA:以底物A的消耗速率表示的酶促反应速率; rP:以产物P的生成速率表示的酶促反应速率。
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对连锁的酶促反应,
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2.2.2 单底物酶促反应动力学 米氏方程 根据酶-底物中间复合物假说,对单底物酶促反应 ,其反应机制可表示为:
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快速平衡法推导动力学方程: 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) 为快速平衡, 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。
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根据假设建立动力学方程 解之,得 令 则
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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 。
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根据以上假设,可建立如下方程组 解之,得 令 则
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米氏方程 r rmax rmax/2 Km CS 图2-1 酶浓度一定时底物浓度对反应速率的影响
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对米氏方程的讨论: 当CS<<Km时, ,属一级反应。 当CS>>Km时, ,属零级反应。 当CS=Km时, 。Km在数量上等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
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双倒数法(Linewear Burk): 对米氏方程两侧取倒数,得 ,以 作图,得一直线,直线斜率为 ,截距为 ,根据直线斜率和截距可计算出Km和rmax。
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-1/Km 1/rmax 1/r 斜率-Km/rmax 1/CS 图2-2 双倒数法求解Km和rmax
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抑制剂对酶促反应速率的影响 失活作用 抑制作用 竞争性抑制 非竞争性抑制
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竞争性抑制 非竞争性抑制 E S I E I S
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竞争性抑制反应机理:
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快速平衡法推导动力学方程: 解之,得 , 式中:
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采用稳态法推导动力学方程:
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解之,得 式中:
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非竞争性抑制反应机理
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快速平衡法推导动力学方程 解之,得 式中:
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稳态法推导动力学方程:
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解之,得 式中:
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竞争性抑制 非竞争性抑制 令 令 可变形为: 可变形为:
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竞争性抑制 非竞争性抑制 1/r 1/CS -1/Km’ 1/rmax -1/Km CI CI CI = 0 1/r CI = 0 1/CS
竞争性抑制 非竞争性抑制 1/r 1/CS 1/rmax -1/Km -1/Km’ CI 1/r 1/CS 1/rmax -1/Km CI = 0 CI 1/rmax’ CI = 0
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产物抑制:酶促反应中,有时随产物浓度提高,产物与酶形成复合物,阻碍了底物与酶的结合,从而降低了酶促反应的速度。
反应机理:
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快速平衡法推导动力学方程:
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解之,得 式中:
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稳态法推导动力学方程:
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解之,得 式中: 可见,产物抵制属于竞争性抵制
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底物抑制:对于某些酶促反应,当底物浓度较高时,反应速率呈下降趋势,称为底物抑制。
CS r CS
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底物抑制反应机理:
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快速平衡法推导动学方程:
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解之,得 式中:
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作业: P
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