均相酶反应动力学(1)ppt课件

1、均相酶反响指酶与反响物系处于同一相液相的酶催化反响。 动力学指反响速率与其影响要素的关系。 动力学方程反响速率与其影响要素间关系的式子。由于反响物系均处在同一相中，所以不存在相间的物质传送不思索传送影响的动力学本征动力学。 而非均相，思索传送影响的动力学宏观动力学。反响体系：反响体系：A + B CA + B CE E目录目录2.3 2.3 反响条件对酶反响速率的影响反响条件对酶反响速率的影响2.2 2.2 有抑制酶催化反响动力学有抑制酶催化反响动力学2.1 2.1 单底物酶催化反响动力学单底物酶催化反响动力学 单底物酶催化反响动力学是指由一种反响物单底物酶催化反响动力学是指由一种反响物底物参

2、与的不可逆反响属于此类反响的有酶底物参与的不可逆反响属于此类反响的有酶催化的水解反响和异构化反响这种简单的单底物催化的水解反响和异构化反响这种简单的单底物酶催化反响动力学，是酶反响动力学的根底。酶催化反响动力学，是酶反响动力学的根底。 E ES S P P 式中式中: : rs rs底物底物S S的耗费速率，的耗费速率， mol/(L mol/(L* *s)s)； rP rP产物产物P P的生成速率，的生成速率， mol/(L mol/(L* *s)s)； 反响体系的体积，；也叫反响体积反响体系的体积，；也叫反响体积= =反响器有效反响器有效 体积体积= =反响混合物体积反响混合物体积) )，

3、此体积区别于反响器体积；，此体积区别于反响器体积； ns ns底物底物S S的摩尔数，的摩尔数，molmol； np- np-产物产物P P的摩尔数，的摩尔数，molmol； t t反响时间，反响时间，s s。）（，12VdtdnrVdtdnrPPSS反响速率表示：反响速率表示：E ES S P P 讲二个概念：讲二个概念：反响速率：单位反响时间，单位反响体系中某一组分的变化量。反响速率：单位反响时间，单位反响体系中某一组分的变化量。反响动力学：研讨反响速率与其影响要素的关系。反响动力学：研讨反响速率与其影响要素的关系。对均相酶催化反响，单位反响体系常用单位反响体积表示。对均相酶催化反响，单位

4、反响体系常用单位反响体积表示。 对于底物对于底物S S，dnS/dtdnS/dt0 0，因此用，因此用S S来计算反响速来计算反响速率时，常加一负号，以使反响速率恒为正值。而率时，常加一负号，以使反响速率恒为正值。而P P为为产物，产物，dnP/dtdnP/dt0 0，故用，故用P P来计算反响速率时，那么来计算反响速率时，那么不需求加负号。不需求加负号。对液相反响可视为恒容过程对液相反响可视为恒容过程, ,那么那么: :dtdCrdtdCrPPSS，）（，12VdtdnrVdtdnrPPSS中间复合物学说：中间复合物学说：反响机理为：反响机理为： 式中式中ESES为酶底物复合物；为酶底物复合

5、物； k+1,k+2,k-1 k+1,k+2,k-1为相应各步的反响速率常数。为相应各步的反响速率常数。k+1k+1k+k+2 2k-1k-1S + E ES E + P S + E ES E + P E E对单底物的简单酶催化反响，对单底物的简单酶催化反响，S S P P。根据质量作用定律，根据质量作用定律，P P的生成速率可表示为：的生成速率可表示为： rP=rS=k+2CES rP=rS=k+2CESCESCES中间复合物中间复合物ESES浓度，为难测定的未知量，浓度，为难测定的未知量，因此不能用它来表示最终速率方程要用易测定的量表示。因此不能用它来表示最终速率方程要用易测定的量表示。下

6、面的义务就是求下面的义务就是求CESCES。第一次终了第一次终了8 8月月2828日日k+1k+1k+k+2 2k-1k-1S + E ES E + P S + E ES E + P 有有MichaelisMichaelisMenten (Menten (米彻利斯和曼吞米彻利斯和曼吞) )快速平衡法和快速平衡法和BriggsBriggsHaldaneHaldane布里格斯一霍尔丹拟稳态法两种方法布里格斯一霍尔丹拟稳态法两种方法推导动力学方程。推导动力学方程。E ES S P P rS=rP rS=rP 在求在求CESCES时，对中间产物学说所提出的反响机理做如时，对中间产物学说所提出的反响机理

7、做如下假设：下假设：在反响过程中，酶的浓度坚持恒定，在反响过程中，酶的浓度坚持恒定，CE0=CE+CESCE0=CE+CES。与与CSCS相比，相比，CECE很小，所以可忽略由于生成很小，所以可忽略由于生成ESES而耗费的而耗费的S S。产物浓度很低，可忽略产物浓度很低，可忽略P P抑制造用，也无须思索抑制造用，也无须思索P+EEPP+EEP这个逆反响。这个逆反响。初始形状时初始形状时. . 根据上述假设，有根据上述假设，有MichaelisMichaelisMentenMenten和和BriggsBriggsHaldaneHaldane两种方法推出各自的速率方程。两种方法推出各自的速率方程。

8、k+1k+1k+k+2 2k-1k-1S + E ES E + P S + E ES E + P 2.2.1 Michaelis-Menten方程 2.2.2 Briggs-Haldane方程 2.2.3 动力学特征与参数求取目录目录2.2. . Michaelis-Menten Michaelis-Menten方程方程平衡态法平衡态法假设：假设： k-1k-1 S+E S+E ES ES 达平衡。达平衡。k+k+1 1 k+1CSCE=k-1CES (2-3) k+1CSCE=k-1CES (2-3) 令令KS=k-1/k+1 KS=k-1/k+1 ( (解离常数，也叫平衡常数或饱和常数，解

9、离常数，也叫平衡常数或饱和常数，mol/Lmol/L ESESCCC CE0=CE+CES (2-4) CE0=CE+CES (2-4)由由2-32-32-42-4得得 CES = CES =SSSECKCC0(2-5)(2-5)推导动力学：推导动力学：rS= = k+2CES (2-2)rS= = k+2CES (2-2)dtdC-Sk+1k+1k+2k+2k-1k-1S + E ES E + P S + E ES E + P 代入代入2-22-2得：得：rSrS，maxSmaxS的最大耗费速率，的最大耗费速率，mol/(Ls);mol/(Ls);CE0CE0酶的总浓度，亦为酶的初始浓度，酶

10、的总浓度，亦为酶的初始浓度，mol/L.mol/L.两个重要的动力学参数，即两个重要的动力学参数，即KSKS和和rSrS，maxmax。 ，KSKS单位与单位与CSCS单位同。单位同。 KSKS物理意义：当物理意义：当 时，时，KS=CSKS=CS，KSKS表示酶与底物相互作用表示酶与底物相互作用的特性。的特性。ESES11SCCCkkK maxSSr21r， k-1k-1S+E S+E ESESk+k+1 1rSrS，max=k+2CE0max=k+2CE0，表示当全部酶都呈复合物形状时的反响速率。，表示当全部酶都呈复合物形状时的反响速率。(2-6) M-M(2-6) M-M方程米氏方程方程

11、米氏方程SSSmaxSSSS0E2SSCKCrCKCCkdtdCr， rS= k+2CES rS= k+2CES第第1次终了次终了09.3.10. . . Briggs-Haldane Briggs-Haldane方程方程拟稳态法拟稳态法假设：假设：dCES/dt=0dCES/dt=0且且 dCES/dt =k+1CECS-k-1CES-k+2CES=0 (2-8) dCES/dt =k+1CECS-k-1CES-k+2CES=0 (2-8)那么那么k+1CECS=(k-1+k+2)CESk+1CECS=(k-1+k+2)CES 又又 CE0=CES+CE CE0=CES+CE (2-9)(2

12、-9)那么那么(2-10)(2-10)S121S0EESCkkkCCC SmS0EESCKCCC 那那么么SmSmax,SSmSE02SCKCrCKCCkr 推导动力学方程：推导动力学方程：rS=- =k+2CES (2-7)rS=- =k+2CES (2-7)dtdCSmol/LKkkkm121 -米米氏氏常常数数，令令 B-HB-H方程方程 KmKm与与KsKs关系是：关系是：Km=Km=k-1+k+2k-1+k+2/k+1/k+1 Ks = k-1/k+1 Ks = k-1/k+1 k+2 k+2 k-1 k-1， Km=Ks Km=Ks。 由于生成的由于生成的ESES结合力很弱，所以解

13、离速率很快；结合力很弱，所以解离速率很快；而复合物生成产物那么包括化学键的生成和断开，而复合物生成产物那么包括化学键的生成和断开，其速率当然要慢的多。这对许多酶反响是正确的。其速率当然要慢的多。这对许多酶反响是正确的。SSSmax,SSCKCrrSmSmax,SSCKCrr比较上述两方程比较上述两方程: :M-MM-M方程方程 米氏方程即为米氏方程即为: :引出两个参数：引出两个参数：rS,maxrS,max和和KmKm。SmSmaxS,SCKCrr - - 表示表示rSrS与与CSCS的关系。的关系。 Km Km表示与亲和力的大小表示与亲和力的大小KmKm大，表示亲和力弱，易解离，大，表示亲

14、和力弱，易解离，KmKm小，亲和力强，不易解离，对某一特定的酶，在一定条件下，进展酶催化反响，小，亲和力强，不易解离，对某一特定的酶，在一定条件下，进展酶催化反响，KmKm为特征常数。为特征常数。 rS,max rS,max可表示为：可表示为：rmaxrmax， M-M M-M方程通常表示为：方程通常表示为：SmSmaxSCKCrr 121 -mkkkK . . . 动力学特征与参数求取动力学特征与参数求取1.1.动力学特征：动力学特征：M-MM-M方程表示反响速率与底物浓度关系，即方程表示反响速率与底物浓度关系，即rs-Csrs-Cs关关系系, , 此关系作图。得曲线此关系作图。得曲线表示三

15、个不同动力学特征区域。表示三个不同动力学特征区域。 当当csKm,csKmCSKm时，近似为一程度线，零级反响。时，近似为一程度线，零级反响。dtrdCt0 maxCCSS0S max0SmaxSsrCr dtdC r -SmSmaxSCKCrr tr -C Ct r )C-(C -maxS0SmaxS0S rSrSrmaxrmax一级反响一级反响 rS = k CSrS = k CS零级反响零级反响 rS = k CE0rS = k CE0CSCS当当CsCs与与KmKm相当符合相当符合M-MM-M方程表示方式方程表示方式tmaxSCCSSmdtrdCCCKSS000000SSSSSSSSC

16、CCXnnnX 恒恒容容时时用转化率表示：用转化率表示：SmSSCKCrrmax）（SSSXCC10SmSmaxSSCKCrdtdC-r dtrdCCCK-maxSSSm 那那么么而转化率底物：而转化率底物：tr)C-(CCClnKmaxS0SS0Sm SS0mSS0maxCClnK)C-(Ctr SmSS0maxX-11lnKXCtr 第第2 2次终了次终了9 9月月2525日日rSrSrmaxrmax一级反响一级反响 rS = k CSrS = k CS零级反响零级反响 rS = k CE0rS = k CE0CSCS2.2.参数求取：参数求取：rmax ,Kmrmax ,Km经过实验可得

17、数据：经过实验可得数据：t-CSt-CS。SmSmaxSSCKCrdtdCr将将M-MM-M方程线性化，如将实验数据代入方程线性化，如将实验数据代入得到直线，那么证明得到直线，那么证明M-MM-M方程成立，并方程成立，并进而求取进而求取rmax ,Kmrmax ,Km。关键是线性化，下面引见线性化方法。关键是线性化，下面引见线性化方法。 1.1.微分法微分法Lineweaver-BurkLineweaver-Burk法法( (莱因韦费莱因韦费- -伯克伯克) )简称简称L-BL-B法法SmSmaxSSCKCrdtdCr将将M-MM-M方程取其倒数得：方程取其倒数得：以以1/rs1/rs对对1/

18、Cs1/Cs做图，得不断线，该直线斜率做图，得不断线，该直线斜率Km/rmax,Km/rmax,纵坐纵坐标截距：标截距：1/rmax,1/rmax,横坐标截距为：横坐标截距为：-1/Km ,-1/Km ,此法又称双倒数图此法又称双倒数图解法采用较多解法采用较多11)-(2 r1 CrKr1maxSmaxmS Hanes-WoolfHanes-Woolf法法( (恒适恒适- -伍尔夫伍尔夫) )简称简称H-WH-W法法将将11)-(2 r1 CsrKmr1maxmaxS两边均乘以两边均乘以Cs,Cs,得到：得到：以以Cs/rsCs/rs对对CsCs作图，得不断线，斜率：作图，得不断线，斜率：rm

19、ax,rmax,纵轴截距为纵轴截距为Km/rmax,Km/rmax,横轴截距为横轴截距为-Km-Km。又称。又称LangmuirLangmuir作图法。作图法。maxmaxSrKmrCsrCs Eadie-Hofatee Eadie-Hofatee法伊蒂法伊蒂霍夫斯第简称霍夫斯第简称E-HE-H法法 将将M-MM-M方程重排为：方程重排为： 以以rsrs对对rs/Csrs/Cs做图，得不做图，得不断线，斜率为断线，斜率为-Km-Km，纵轴截距，纵轴截距rmax, rmax, 横轴截距横轴截距rmax/Kmrmax/Km。SSmmaxSCrK-rr maxSSmSSSSmSSSmmaxSmSma

20、xSSrCrKrrrCKrCCKrCKCrdtdC-r M-M M-M方程积分得：方程积分得：rmaxt=(CS0-CS)+Kmrmaxt=(CS0-CS)+KmCS0/CS CS0/CS Km KmCS0/CS= rmaxt-(CS0-CS)CS0/CS= rmaxt-(CS0-CS)除以除以KmKmCS0-CSCS0-CS： ( (CS0/CS)/(CS0-CS)=CS0/CS)/(CS0-CS)=rmax/Km rmax/Km t/ (CS0-CS)-1/Km.t/ (CS0-CS)-1/Km.实验已测得实验已测得t-CSt-CS，那么做，那么做 ( (CS0/CS)/(CS0-CS)C

21、S0/CS)/(CS0-CS)与与t/(CS0-CS)t/(CS0-CS)图得一条直线，证明图得一条直线，证明M-MM-M方程成立，直线斜率为方程成立，直线斜率为rmax/Kmrmax/Km，纵截距，纵截距=-1/Km=-1/Km，横截距，横截距=1/rmax=1/rmax。积分法积分法 例例2-1 2-1 有一均相酶反响，有一均相酶反响，KmKm值为值为2 210-3mol/L10-3mol/L。当底物的初始浓。当底物的初始浓度度CS0CS0为为1 110-5mol/L10-5mol/L，假设反响进展，假设反响进展1min1min，那么有，那么有2%2%的底物转的底物转化为产物。试求出：化为

22、产物。试求出：1 1当反响进展当反响进展3min3min，底物转化为产物百，底物转化为产物百分数是多少？分数是多少？(k1=0.02min-1(k1=0.02min-1，XS=6%)XS=6%)此时底物和产物的浓度分此时底物和产物的浓度分别是多少？别是多少？(CS=0.94(CS=0.9410-5mol/L10-5mol/L，CP=6CP=610-7mol/L)10-7mol/L) 2 2当当CS0CS0为为1 110-6mol/L10-6mol/L，也反响了，也反响了3min3min，底物和产物的浓度，底物和产物的浓度分别是多少？分别是多少？(CS=0.94(CS=0.9410-6mol/L

23、10-6mol/L，CP=6CP=610-8mol/L)10-8mol/L) 3 3最大反响速率最大反响速率rmaxrmax值为多少？值为多少？k1=rmax/Km=0.02min-1k1=rmax/Km=0.02min-1， rmax =4.04rmax =4.0410-5mol/10-5mol/LminLmin SmSmaxSsCKCrdtdC-r S1mSmaxSsCkKCrdtdC-r KmKm CS0 CS0t-kSSS0St-kS0S1S0S11e-1 XX-1CC e CCt k- CCln ）（SS0PC-CC 例例2-2 2-2 室温下蔗糖在蔗糖酶的催化作用下水解得到产物。蔗

24、糖的室温下蔗糖在蔗糖酶的催化作用下水解得到产物。蔗糖的初始浓度初始浓度CS0=1.0mmol/LCS0=1.0mmol/L，酶的初始浓度，酶的初始浓度CE0=0.01mmol/LCE0=0.01mmol/L。如今。如今一间歇式操作的实验反响器测得了不同时间下蔗糖的浓度一间歇式操作的实验反响器测得了不同时间下蔗糖的浓度( (见表见表) )，根据实验提供的数据确定根据实验提供的数据确定: : 1 1该反响速率能否用该反响速率能否用M-MM-M方程描画？方程描画？ 2 2假设可以，试求动力学参数假设可以，试求动力学参数KmKm和和k+2k+2的值。的值。）（）（mmolLCCCCSSSS/ln00/

25、0）（LmmolhCCtSSht /）（LmmolCS/1 10.840.841.0901.0906.2506.2507 70.090.092.6462.6467.6927.6922 20.680.681.2051.2056.2506.2508 80.040.043.3533.3538.3338.3333 30.530.531.3511.3516.3836.3839 90.0180.0184.0914.0919.1659.1654 40.380.381.5611.5616.4526.45210100.0060.0065.1475.14710.06010.0605 50.270.271.7941

26、.7946.8496.84911110.0050.0056.0066.00611.02811.0286 60.160.162.1822.1827.1437.143ht/）（LmmolCS/）（）（mmolLCCCCSSSS/ln00/0）（LmmolhCCtSSmSS0mmaxSS0SS0K1C-CtKrC-CCCln ）（-6-4-202468-505101508. 51maxr08.51mK197.0Km 则则：10max202maxmax7 .1901. 0197. 0197. 0hCrkCkrrEE，而而则则：第二次终了第二次终了8 8月月3030日日mSS0mmaxSS0SS0K1C

27、-CtKrC-CCCln ）（ 抑制剂：凡使酶的必需基团化学性质改动而降低酶活力甚至使酶活力完全丧失的物质称抑制剂，其作用称为抑制造用。抑制剂：凡使酶的必需基团化学性质改动而降低酶活力甚至使酶活力完全丧失的物质称抑制剂，其作用称为抑制造用。 根据抑制剂的不同可分为：底物抑制，产物抑制，外源化合物做抑制剂的根据抑制剂的不同可分为：底物抑制，产物抑制，外源化合物做抑制剂的抑制剂抑制。抑制剂抑制。 抑制剂的抑制造用分为不可逆抑制，可逆抑制。抑制剂的抑制造用分为不可逆抑制，可逆抑制。 不可逆抑制造用：抑制剂与酶结合是不可逆反响，不能用透析不可逆抑制造用：抑制剂与酶结合是不可逆反响，不能用透析等物理方法

28、除去抑制剂而恢复酶活性等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性抑制剂与酶共价结合抑制剂与酶共价结合 可逆抑制造用：抑制剂与酶结合是可逆反响，可以用透析等物可逆抑制造用：抑制剂与酶结合是可逆反响，可以用透析等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性理方法除去抑制剂而恢复酶活性抑制剂与酶非共价结合。抑制剂与酶非共价结合。 可逆抑制根据抑制机理不同，又分为竞争性抑制，非竞争性可逆抑制根据抑制机理不同，又分为竞争性抑制，非竞争性抑制，反竞争性抑制和混合型抑制。抑制，反竞争性抑制和混合型抑制。抑抑制制作作用用可逆抑制可逆抑制不可逆抑制不可逆抑制永久失活永久失活抑制剂抑抑制剂抑制造用制造用竞争性抑制动力学竞争性抑制动力学非

29、竞争性抑制动力学非竞争性抑制动力学反竞争性抑制动力学反竞争性抑制动力学底物抑制造用动力学底物抑制造用动力学产物抑制造用动力学产物抑制造用动力学2.2.1 2.2.1 竞争性抑制动力学竞争性抑制动力学2.2.2 2.2.2 非竞争性抑制动力学非竞争性抑制动力学 2.2.3 2.2.3 反竞争性抑制动力学反竞争性抑制动力学 2.2.4 2.2.4 各种抑制的比较各种抑制的比较目录目录1.1.定义：抑制剂与底物竞争与酶的活性部位结合，当抑制定义：抑制剂与底物竞争与酶的活性部位结合，当抑制剂与酶的活性部位结合之后，底物就不能再与酶结合，从剂与酶的活性部位结合之后，底物就不能再与酶结合，从而降低了酶与底

30、物结合的时机，使酶催化底物的反响速率而降低了酶与底物结合的时机，使酶催化底物的反响速率下降，称竞争性抑制造用，该物质称竞争性抑制剂。下降，称竞争性抑制造用，该物质称竞争性抑制剂。.2.2. 竞争性抑制动力学竞争性抑制动力学2.2.机理：机理： E+S ES E+P E+S ES E+P E+I EI E+I EI 式中式中I I为抑制剂为抑制剂EIEI非活性复合物非活性复合物k+1k+1k-k-1 1k+2k+2k+3k+3k-3k-33. 3. 推导动力学：推导动力学：rSI=k+2CESrSI=k+2CESSmISSIImSSICKCrCKCKCrrmaxmax1）（ 机理：机理：E+S

31、ES E+P E+I EIE+S ES E+P E+I EIk-1k-1k+1k+1k+2k+2k+3k+3k-3k-3根据拟稳态假设，得：根据拟稳态假设，得： dCES/dt=k+1CECS-(k-1+k+2)CES=0 dCES/dt=k+1CECS-(k-1+k+2)CES=0 dCEI/dt=k+3CECI-k-3CEI=0 kI=k-3/k+3 dCEI/dt=k+3CECI-k-3CEI=0 kI=k-3/k+3又又CE0=CE+CES+CEI CE0=CE+CES+CEI 式中式中CICI抑制剂浓度，抑制剂浓度，CEICEI非活性复非活性复合物浓度合物浓度经整理得：经整理得： 式

32、中式中 rSI rSI有抑制时的反响速率，有抑制时的反响速率，mol/(Lmol/(L* *s) s) ；KmIKmI有竞争性抑制时的米氏有竞争性抑制时的米氏常数，常数，mol/Lmol/L； KI KI抑制剂解离常数，抑制剂解离常数，mol/L.mol/L.SIImSEESCKCKCCC）（10将将1-21-2式代入式代入1-11-1式得：式得：1-11-11-21-24.4.动力学特点：动力学特点：SmISSIImSSICKCrCKCKCrrmaxmax1）（SmSSCKCrrmaxCSCSrSrSI Irmax/2rmax/2kmkm kmIkmI无无 I I有有 I(I(竞争性抑制竞争

33、性抑制) )竞争性抑制造用的竞争性抑制造用的LineweaverBurkLineweaverBurk图图1.1.定义：定义：I I不与不与S S竞争与竞争与E E结合，结合，I I与与E E结合后，结合后，S S也可也可与与E E结合，只是生成的结合，只是生成的ESIESI三元复合物不反响，三元复合物不反响，而使而使rSIrSI，为非竞争性抑制。，为非竞争性抑制。2.2.2 2.2.2 非竞争性抑制动力学非竞争性抑制动力学2.2.机理：机理：3.3.推导动力学推导动力学令：令：Km=k-1/k+1=CECS/CESKm=k-1/k+1=CECS/CESk+5CEICS=k-5CSEIk+5CE

34、ICS=k-5CSEIk+1CECS=k-1CESk+1CECS=k-1CES令：令：KI=k-3/k+3=CECI/CEI=CESCI/CSEI=k-4/k+4KI=k-3/k+3=CECI/CEI=CESCI/CSEI=k-4/k+4令：令：Km=CEICS/CSEI=k-5/k+5Km=CEICS/CSEI=k-5/k+5CE0=CE+CES+CEI+CSEICE0=CE+CES+CEI+CSEIk+3CECI=k-3CEI k+4CESCI=k-4CSEIk+3CECI=k-3CEI k+4CESCI=k-4CSEI整理得：整理得：而而利用平衡态假设利用平衡态假设)CK)(KC(1CC

35、CSmIISE0ES )CK)(/KC1(CrCkrSmIISmaxES2SI SmSISmSIISmIISSICKCrCKCKCrCKKCCrrmaxmaxmax11，）（）（SmSSCKCrrmax式中式中rI,maxrI,max存在非竞争性抑制时最大反响速率。存在非竞争性抑制时最大反响速率。4.4.动力学特点：动力学特点：CSCS无无 I Ikmkm有有 I I非竞争性抑制造用的非竞争性抑制造用的LineweaverBurkLineweaverBurk图图1.1.定义：抑制剂不能直接与游离酶相结合，而只能定义：抑制剂不能直接与游离酶相结合，而只能与复合物与复合物ESES相结合生成相结合生

36、成SEISEI复合物。生成的复合物。生成的ESIESI三元复合物不反响，而使三元复合物不反响，而使rSIrSI，为反竞争，为反竞争性抑制。性抑制。2.2.3 2.2.3 反竞争性抑制动力学反竞争性抑制动力学K+1K+1K-1K-1K+2K+2K+3K+3K-3K-32.2.机理：机理：E+S ES E+PE+S ES E+P ES+I ESI ES+I ESI3.3.动力学推导：动力学推导：rSI=k+2CESrSI=k+2CES平衡态假设平衡态假设Km=k-1/k+1=CECS/CESKm=k-1/k+1=CECS/CES得：得：且且KI=k-3/k+3=CESCI/CESIKI=k-3/k

37、+3=CESCI/CESI另：另：CE0=CE+CES+CESICE0=CE+CES+CESISIImSIImaxSICKC1KCKC1rr SmISmaxI,SICKCrrIImmIIImaxmaxI,KC1KKKC1rr ，)/KC(1CKCrrIISmSmaxSI orCSCSrSrSkmkmkmIkmI4.4.动力学特点：动力学特点：反竞争性抑制造用的反竞争性抑制造用的LineweaverBurkLineweaverBurk图图 对竞争性抑制，非竞争性抑制和反竞争性抑制对竞争性抑制，非竞争性抑制和反竞争性抑制的抑制动力学特点进展比较的抑制动力学特点进展比较抑制方式抑制方式最大反响速率最

38、大反响速率米氏常数米氏常数竞争性抑制竞争性抑制rmaxrmax不变不变Km(1+CI/KIKm(1+CI/KI非竞争性抑制非竞争性抑制rmax/(1+CI/KI)rmax/(1+CI/KI)KmKm不变不变反竞争性抑制反竞争性抑制rmax/(1+CI/KI)rmax/(1+CI/KI)Km/(1+CI/KI)Km/(1+CI/KI)表表 有抑制时酶催化反响动力学参数有抑制时酶催化反响动力学参数2.2.4 2.2.4 各种抑制的比较各种抑制的比较 为了表示抑制剂对酶催化反响的抑制程度，为了表示抑制剂对酶催化反响的抑制程度，引出抑制百分数引出抑制百分数i i其定义式为：其定义式为：SSISSISr

39、rrrri1式中：式中：rSrS无抑制时酶催化反响速率，无抑制时酶催化反响速率，mol/(Lmol/(L* *s)s) rSI rSI有抑制时酶反响速率，有抑制时酶反响速率，mol/(Lmol/(L* *s)s) i i抑制百分数抑制百分数 i i值愈大，表示抑制程度愈大，值愈大，表示抑制程度愈大，i i值愈小表示值愈小表示抑制程度愈小抑制程度愈小0i10i1。对竞争性抑制：对竞争性抑制：i=1-rSI/rSi=1-rSI/rS =1-rmaxCS/Km(1+CI/KI)+CS/rmaxCS/ =1-rmaxCS/Km(1+CI/KI)+CS/rmaxCS/Km+CSKm+CS =CI/KI(

40、1+CS/Km)+CI =CI/KI(1+CS/Km)+CI 可见，可见，CS,i.CS,i.抑制程度抑制程度对非竞争性抑制对非竞争性抑制: i=CI/: i=CI/KI+CIKI+CI。 可见，抑制程度与可见，抑制程度与CS CS 无关无关对反竞争性抑制对反竞争性抑制: : 可以求出：可以求出： i=CI/KI(1+Km/CS)+CI i=CI/KI(1+Km/CS)+CI 可见，可见，CS ,i CS ,i 。 可经过上述方法来判别抑制的类型。可经过上述方法来判别抑制的类型。 例例2-3 2-3 在含有一样酶浓度的五个反响物系中，在含有一样酶浓度的五个反响物系中，分别参与不同浓度的底物，并

41、测定其初始速率，分别参与不同浓度的底物，并测定其初始速率，然后再在同样五个反响物系中分别参与浓度为然后再在同样五个反响物系中分别参与浓度为2.22.210-1mmol/L10-1mmol/L的抑制剂的抑制剂, ,并测定其初始的反响并测定其初始的反响速率速率, ,其数据见下表。其数据见下表。 试根据上述数据决议其抑制类型及动力学参试根据上述数据决议其抑制类型及动力学参数值。数值。0.100.150.200.500.7028364363741824305163）（底底物物初初始始浓浓度度LmmolCS/0min/0）（无无抑抑制制时时速速率率LmmolrSmin/）（有有抑抑制制时时速速率率Lmm

42、olrSI0.100.150.200.500.7028364363741824305163 106.7521.43.82.82.31.61.45.64.23.32.01.6）（底底物物初初始始浓浓度度LmmolCS/0min/0）（无无抑抑制制时时速速率率LmmolrSmin/）（有有抑抑制制时时速速率率LmmolrSI01SC01SrSIr11021021021021/rmax=0.011/rmax=0.01rmax=100mmol/rmax=100mmol/LminLmin抑制类型是竞争性抑制。抑制类型是竞争性抑制。1/Km=4.21/Km=4.21/KmI=2.21/KmI=2.2Km=

43、0.24mmol/LKm=0.24mmol/LKmI= KmKmI= Km1+CI/KI) 1+CI/KI) =0.44=0.44KI=0.27mmol/LKI=0.27mmol/L 例例2- 4 2- 4 某酶的某酶的KmKm值为值为4.74.710105mol/L5mol/L，假设假设rmaxrmax值为值为2.2 2.2 10105mol/(Lmin)5mol/(Lmin)，在底物浓度为在底物浓度为2 210104mol/L4mol/L和在和在(1)(1)竞争竞争性抑制剂与性抑制剂与(2)(2)非竞争性抑制剂的浓度均为非竞争性抑制剂的浓度均为5 5 10-4mol /L 10-4mol

44、/L情况下，其反响速率分别情况下，其反响速率分别为多大？为多大？rSIrSI竟竟=1.35=1.3510105mol/5mol/LminLmin， rSI rSI非非=6.68=6.6810106mol/6mol/LminLmin(3)(3)假定在上述情况下假定在上述情况下KIKI值均值均为为3 310104mol /L4mol /L，那么在上述两种抑制，那么在上述两种抑制情况下的抑制程度各有多大？情况下的抑制程度各有多大？rS=1.78rS=1.7810105mol/5mol/LminLmin，i i竟竟=0.24=0.24，i i非非=0.625=0.625第三次终了第三次终了9 9月月4

45、 4日日影响酶催化反响速率的要素是很多的，通常分为影响酶催化反响速率的要素是很多的，通常分为内部要素：包括酶的构造特性和底物的构造特内部要素：包括酶的构造特性和底物的构造特性性由反响体系所决议不为此门课所讨论由反响体系所决议不为此门课所讨论 。外部要素：包括各种物质的浓度酶浓度、底物外部要素：包括各种物质的浓度酶浓度、底物和产物浓度，抑制剂浓度和操作条件如温度、和产物浓度，抑制剂浓度和操作条件如温度、压力、离子强度、压力、离子强度、pHpH值。值。本节讨论对酶催化反响速率影响最明显的两个要本节讨论对酶催化反响速率影响最明显的两个要素，即素，即pHpH和温度和温度2.3 2.3 反响条件对酶反响

46、速率的影响反响条件对酶反响速率的影响2.3.1 pH2.3.1 pH值的影响值的影响2.3.2 2.3.2 温度的影响温度的影响2.3.1 pH2.3.1 pH值的影响值的影响1 1引言：酶是蛋白质，蛋白质是由氨基酸组成，引言：酶是蛋白质，蛋白质是由氨基酸组成，酶分子上有许多酸性和碱性的酶分子上有许多酸性和碱性的AaAa侧链基团，假设酶侧链基团，假设酶要表现其活性，那么这些基团必有一定的解离方式。要表现其活性，那么这些基团必有一定的解离方式。pHpH值改动值改动氨基酸解离形状改动氨基酸解离形状改动酶催化才干改动酶催化才干改动酶催化反响速率改动，所以酶催化反响速率改动，所以pHpH影响到酶催化反

47、响影响到酶催化反响速率，下面讨论速率，下面讨论pHpH与与rSrS的关系。的关系。2 2三形状模型三形状模型假定酶分子有两个可解离基团，随着假定酶分子有两个可解离基团，随着pHpH值变化，分别呈值变化，分别呈EH2,EH-EH2,EH-及及E2-E2-三种形状，即：三种形状，即：根本要点如下：根本要点如下：三种解离形状中，只需三种解离形状中，只需EH-EH-型具有催化活性。型具有催化活性。 酸性条件下，酶呈酸性条件下，酶呈EH2EH2形状；形状；pHpH，酶以，酶以EH-EH-形状存形状存在。在。pHpH继续继续，酶又以，酶又以E2-E2-形状存在。形状存在。-H+-H+H+H+-H+-H+H

48、+H+ EH2 EH- E2- EH2 EH- E2-底物底物S的解离形状不变。的解离形状不变。速率控制步骤为速率控制步骤为EHS-生成产物生成产物P。3 3反响机理式：反响机理式：4 4推导动力学方程：推导动力学方程： CE0=CEH2+CEH-+CE2-+CEHS-+CEH2S+CES2- CE0=CEH2+CEH-+CE2-+CEHS-+CEH2S+CES2- 定义：定义：Ka=CEH-CH+/CEH2 ,Kb= CE2-CH+/ Ka=CEH-CH+/CEH2 ,Kb= CE2-CH+/ CEH- CEH- Ka= CEHS- CH+/ CEH2S, Kb=CES2-CH+/ Ka=

49、CEHS- CH+/ CEH2S, Kb=CES2-CH+/ CEHS-CEHS-rS=rP=k+2CEHS-rS=rP=k+2CEHS- Km=CEH-CS/CEHS- Km=CEH-CS/CEHS-KaKak+k+1 1k-k-1 1k+2k+2KaKaKbKbKbKb EH2 EH2S EH2 EH2S S+EH- EHS- EH-+P S+EH- EHS- EH-+P E2- ES2- E2- ES2- H EH EH-K2a经整理可得到下式：经整理可得到下式：那么：那么：SmSmaxSmSmaxSmSmaxSCKCrCKffCfrCfKfCrr21221式中式中Ka,Ka,Kb,Kb

50、Ka,Ka,Kb,Kb所定义的各解离常数所定义的各解离常数CH+CH+氢离子浓度氢离子浓度pH= -lg CH+pH= -lg CH+ 由上可见，由上可见， f1 f1，f2f2均与均与pHpH有关，进而有关，进而rSrS也就与也就与pHpH有关有关1)/CK/K(CC 1)/KC/C(KKCrrHbaHSaHHbmSmaxS 1/CK/KCf 1/KC/CKfHbaH2aHHb1 令令 2.3.2 温度的影响 对酶催化反响，只需在较低的温度范围内，对酶催化反响，只需在较低的温度范围内，TT，rSrS，超越某一温度生理允许温度，超越某一温度生理允许温度，TT， rS rS 。缘由：。缘由：T T ，虽可加速酶的催化反响速率，虽可加速酶的催化反响速率，同时也加快了酶的热失活速率同时也加快了酶的热失活速率SmSESmSmaxSCKCCkCKCrr02k+2k+2，KmKm受温度影响。受温度影响。 在适宜的温度时，在适宜的温度时， k