酶快速反应动力学(第一章).ppt

1、酶快速反应动力学，快速酶原反应，第一章绪论，Introduction to Enzyme Kinetics，酶反应的稳定动力学和瞬时变化动力学酶反应动力学是解释酶促反应机制的代表性方法。酶动力学包括两个茄子方面：酶的稳定动力学和字典的稳定动力学。和“前状态动力学”(Pre-steady state kinetics)，以及“前状态”(Pre-Steady-State Kinetics)和“前状态动力学”(Pre-Steady Kinetics酶的稳定动力学的基本目标是测定和分析酶催化的总反应，只涉及底物和产物，不调查酶分子本身。字典稳定动力学可以直接研究总反应中包含的分步反应。研究者们的兴趣在

2、于酶分子本身发生的变化或能反映这种变化的变化。两种茄子力学方法各有优缺点。始终力学长期被广泛应用，因为酶类药物的使用量低，不需要使用特殊的仪器设备。牙齿方法的缺点是研究人员获得的信息间接，有时不准确。字典稳定动力学测量快速反应，因此需要特殊的仪器设备，如静止装置。它的优点是能提供解释复杂反应机制的信息。必须指出两种茄子方法都是互补的，对研究酶反应很重要。从20世纪60年代开始，测量快速反应的技术迅速发展，测量快速反应的装置(如静止分光光度计等)不断问世，为研究酶反应的瞬时变化动力学提供了很大的便利。第一节研究酶反应的历史1。Henri的工作Henri在1902年发表了论文。他首次引入了非常重要

3、的概念，引入了酶和底物匹配物的概念，用于速度方程的推导。接着，他进行了三种茄子酶反应：1。讨论并说明了重要酶反应的动力学特征，包括蔗糖转换酶(Invertase)催化蔗糖转换。淀粉酶(淀粉酶)催化糊精水解；3.苦杏仁酶(Emulsin)催化水杨酸的水解。将实验结果归纳为以下几点。1.底物浓度低时酶催化的水解速度随底物浓度的增加而增加。气质浓度高，水解速度保持不变。反应速度与酶浓度成正比。3.产物的添加引起反应速度的减少，在低低低低低低低低低质量浓度下，减少尤为明显。上述实验结果可以用以下两种茄子反应机制来解释。机制I: (1.1.1) (1.1.2)机制ii 3360(1 . 1 . 3)(1

4、 . 1 . 4)，如果产物和机制I中产物的形成是酶和气质冲突的双分子过程(1 .通过1.2式)实现。在牙齿的情况下，ES相容性没有意义，通过降低E浓度降低产物的形成速度。另一方面，在机制II中，ES是经过单分子过程(1.1.4式)的ES复合物形成产物的重要匹配物。下面要推导出同时满足上述两种机制的速度方程。考虑EP复合物的形成，酶以E，ES，EP三种茄子形式存在。因此酶的总浓度为E0=E0=E ES EP (1.1.6)。假设在酶反应中，迅速建立了以下平衡，应用质量作用规律。是，(1.1.7)，(1.1.P=x，可以测量的两个数量。表达式1.1.6、1.1.7和1.1.8构成一个包含3个未知

5、量的联排方程组。e和ES的表达式可以用表达式、(1.1.9)、(1.1.10)、1.1.9和1.1.10来推动产物P生成的速度方程，如下所示：对于机构I，P通过双重。为了简化，只考虑反应的肖像，可以忽略产物的形成，因此可以省略P=x。在T=0时，初始速度为初始气质浓度s0，ES解离常数ks=1/m，(1.1.11)，(1.1.12)，(1机制I: K0=KS是E和S之间的双分子反应速度常数。Ks是ES复合解离常数。值得注意的是，Henri机制II(1.1.3和1.1.4式)和速度方程1.1.13式与著名的Michaelis-Menden机制和Michaelis方程相同。Henri是第一个获得众

6、所周知的速度方程的人。Henri工作的特点：徐璐从不同的反应机制出发，得到了相同形式的速度方程。也就是说，机构I和机构II无法预测从速度方程导出的常数，因此无法用此处所述的动力学方法区分。这表明了力学方法的独特限制，尽管徐璐不同的力学技术可以区分这两种机制。(1.1.13)，2。Michaelis and Menten的工作于1913年恢复了由Michaelis and Menten牙齿蔗糖反应转化酶催化的甘蔗糖水解反应的实验。他们改善了实验条件，克服了Henri实验的缺点，采取了以下措施。1.使用了控制水溶液的pH，pH4.5醋酸缓冲。2.考虑到产物的变质影响，使用NaOH停止反应，加速产物

7、的变质作用。如Fig.1.1.1所示，Fig.1.1.1蔗糖反应转化酶催化的甘蔗水解反应时间过程的最大底物浓度为0.333M。最低气质浓度为0.0052M。曲线1，2，3，表示不同的气质浓度。产物在变质后，混合物的旋转度也发生变化。产物：Glucose and fructose。Henri在他的实验中测量了反应速度常数，Michaelis and Meten建议使用反应初始速度作为反应速度的测量。测量反应初始速度的优点是，可以消除产物的抑制作用和反应进行过程中酶的钝化。与Henri机制II相同的图(1.1.14) M-Menten使用与Henri使用的方法几乎相同的方法获得速度方程。推断如下：

8、E和S的结合是快速平衡，即ES的解离常数(1.1.15)，由物种保存，E0 E0=E ES (1.1.16)只考虑反应的初始速度，因此固体EP项目可能遗漏，反应速度可能下降。与Henri机构II相比，如果k0=k 2，则表达式(1.1.18)等于(1.1.13)。1.1.18式是Henri，Michaelis，menten牙齿萃取的第一个酶反应的速度方程。快速平衡方法的基本假设是快速构建以下平衡，ES E P不会影响牙齿平衡：从ES到产物，牙齿阶段是反应的车速限制阶段。解离常数Ks的倒数可以用作酶对底物的测定。但是，必须指出，快速平衡法的基本假设有时不能成立。因为有些反应E S ES不成立。后

9、来，安定法改善了牙齿点。3.Brigg和Haldane的工作是H-M-M方法中假定的k-1k 2，是特殊限制。1925年，Brigg和Haldane改进了-M- M方法，他们在推导速度方程时取消了k-1k 2这个假设。他们的方法是现在大家都知道的稳定方法，或者叫稳定近似。在酶促反应过程中，中间产物ES一直存在。ES的浓度变化是dES/dt=k 1ES (k-1 k 2 )ES (1.1)。19)可以表示，反应开始时反应速度=k 2 ES不变，所以可以粗略地认为不变。也就是说，如果比较dES/dt和反应的总速度，就可以忽略它。因此，dES/dt=0等于1.1。19表达式牙齿为k 1ES (k-1

10、 k 2 )ES=0 (1.1.20)的牙齿表达式取代了快速平衡法的1.1.15表达式(ks=es)，使用物种保留E0=E0=E ES (1.1.21)(1.1.18)很容易看出表达式是(1.1.23)表达式的特殊情况，即k-1 k 2时(1.1.23)表达式是(1.1.18)牙齿的。第二节酶促反应动力学方法1。“速度参数”(Rate parameters)从H-M-M酶促反应机构衍生的速度方程为：形状、快速平衡、车速限制步长、(1.2.1)。其中总和是常数。牙齿方程式为1 .气质浓度不变的话，反应速度与酶浓度成正比。2.气质浓度低时，S，反应速度达到一定E0。反应速度和酶浓度的关系，以及与底

11、物浓度的关系，如1.2.1和1.2.2，Fig. 1.2.1反应超速度和酶的总浓度关系，Fig=V/E0表示在单位时间内酶分子可以转换的基本分子数，称为“分子活性”(Molecular activity)，用k0表示。以低聚物酶为例，催化中心活力的术语，即单位时间内的酶分子中，每个催化中心可转换的基质分子的数量，用kcat(Catalytic center Activity)表示。Kcat=k0/n。有时把分子活力或催化中心活力称为转化数。这些可以在实验中测量的参数是动力学分析的基本常数，通常是速度参数或动力学常数，包括Km、k0(或kcat)。现在我们用Km，V，k0(or kcat)代替速

12、度方程的和。然后，速度方程式牙齿为以下格式(1.2.3):在大多数酶反应中，速度方程等于(1.2.3)。必须指出，实验测量的速度参数或力学常数是表观，实际物理意义不明确。只有在将我们经历的“速度方程”(empirical Rate equation)与从假定的机构衍生的“动力学方程”(mechanistic rate Equation)进行比较时，才能将Km和k0(empirical constants)等参数Empirical requationKm=Ks是ES复合解l电离常数。比较(1.1.18)和(1.1.23)两个茄子方程式，empirical rate equation (1.1.1

13、8)是从稳态方法导出的方程式(1.1.23)，因此速度参数的物理意义不仅取决于反应机理，还取决于推导速度方程式的方法。也就是说，要解释速度参数的物理意义，就必须知道反应机理。相反，速度参数也能为理解反应机制提供一些茄子线索。例如，如果将Km解释为ES的解离常数(Ks)，并将k0分解为产物的速度常数k 2，则意味着反应与H-M-M机制一致，并遵循k 2 k-1。2.速度参数测量通过重排(1.1.18)表达式可以获得三种茄子不同形式的速度方程，并可以从实验数据中获得Km和Vmax。这包括三种茄子贴图方法：1 .包括Lineweaver- Burk映射方法(或双倒数映射方法)牙齿。Woolf或Hofstee映射方法；3.艾迪映射方法。可以使用这些贴图方法检查实验数据和理论曲线(=Vs/(Km s)的情况(请参见Fig. 1.2.1)。Fig. 1.2.1岁茄子映射方法实验数据和理论曲线拟合Lineweaver- Burk映射方法；(b) Woo