酶催化化学反应的能力

1第三节酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction2酶活性测定和酶活性单位酶的活性：酶催化化学反应的能力，衡量标准是酶促反应速度的大小。酶的活性单位：国际单位(IU)催量单位(katal)kat与IU的换算：1IU=16.67×10-9kat每分钟每秒钟1μmol底物1mol底物在规定条件下，酶促反应在单位时间内生成一定量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。所需酶量3研究某一因素的影响时，其余各因素均恒定。何谓酶促反应动力学?研究各种因素对酶促反应速度V的影响，并加以定量的阐述。影响因素有:酶浓度[E]、底物浓度[S]、pH、温度T、抑制剂I及激活剂等。采用反应的初速度（initialvelocity）—指反应开始时的速率，即反应速率与反应时间呈正比阶段。采用初速度可避免反应进行中因底物消耗而导致速率下降，或因产物堆积、酶被饱和及部分酶失活而造成的反应速度下降等。酶促反应的初速度反应初速度产物生成量时间酶促反应速度逐渐降低初速度4一、[S]对V的影响[S]对V的影响呈矩形双曲线关系:研究条件:研究条件:单底物、单产物反应。V一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。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。2134567809[S]PE+SESE+P中间产物学说：[S]对V的影响呈矩形双曲线此矩形双曲线可用米-曼氏方程表示V与[S]关系的数学方程式:[S]—底物浓度V—不同[S]时的反应速度Vmax—最大反应速度(maximumvelocity)Ｋm—米氏常数(Michaelisconstant)Ｖ＝Vmax[S]Km+[S]米－曼氏方程(米氏方程）（Michaelisequation)5bca矩形双曲线和米-氏方程的对应关系代表酶代表底物b:随[S]增加底物之间与酶结合的竞争性增大,V的增加不再成正比例加速Ｖ＝Vmax[S]Km+[S]V与[S]成正比为一级反应ＶVmaxKm≈[S]V不成正比例加速,介于a、c之间,为混合级反应。达Vmax,V不再增加为零级反应ＶVmax≈a、b、c、[S]Km时,[S]Km时，初速度VVmax底物浓度[S]1/2VmaxKma：当[S]很低,[S]＜＜Km时V与[S]成正比代表酶代表底物底物之间与酶的结合几乎无竞争性代表酶代表底物酶被底物所饱和，达Vmaxc、[S]很高、[S]Km时底物之间与酶结合的竞争性很高6（一）米－曼氏方程式推导米－曼氏方程式推导的条件：推导过程：酶促反应模式—中间产物学说：中间产物E+Sk1k2k3ESE+P米－曼氏方程式推导基于两个假设：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]。(1)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]。推导过程稳态是ES的生成与分解速度相等、[ES]恒定。K1([Et]－[ES])[S]＝K2[ES]+K3[ES]K2+K3＝Km（米氏常数）K1令：则(2)变为:([Et]－[ES])[S]＝Km[ES](2)＝([Et]－[ES])[S]K2+K3[ES]K1整理得：把反应速度为最大反应速度一半代入米氏方程把反应速度为最大反应速度一半代入米氏方程KKmm值的推导值的推导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。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VVmaxmaxVV[S][S]KKmmVVmaxmax/2/2Km是酶的特征性常数之一Km可近似表示酶对底物的亲和力一酶对于不同底物有不同的Km值Km值的意义：当[S]很高、酶的活性中心被饱和时，即[Et]＝[ES]反应达Vmax,Vmax＝K3[ES]＝K3[Et](5)[ES]＝───[Et][S]Km+[S](3)整理得:将(5)代入(4)即得米氏方程式：Vmax[S]Km+[S]V＝────将(3)代入(1)得K3[Et][S]Km+[S](4)V＝────（二）Km与Vmax的意义Vmax—最大反应速度意义：Vmax=K3[E]若酶总浓度已知，可从Vmax计算动力学常数K3，为酶的转换数(turnovernumber)。定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与[E]成正比。酶的转换数：当酶被底物充分饱和时，单位时间内当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。可用来数。可用来比较每单位酶的催化能力。比较每单位酶的催化能力。（三）Ｋm值与Ｖmax值的测定1.双倒数作图法(doublereciprocalplot)VVmaxmax[S[S]]KKmm+[S]+[S]V=V=1V1[S]1VmaxKmVmax双倒数方程（林－贝氏方程Lineweaver-Burk）/林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法1/[S]1/V-1/Km1/Vmax斜率Km/Vmax2.Hanes作图法[S][S][S]/V[S]/V-Km在林－贝氏方程两边同乘在林－贝氏方程两边同乘[S][S][S]/V=K[S]/V=Kmm//VVmaxmax+[S]/+[S]/VVmaxmaxKKmm//VVmm7二、[E]对V的影响当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，V与[E]成正比。关系式：V=K3[E]0V[E]当[S][E]时，Vmax=k3[E][E]对V的影响8三、T对V的影响四、pH对V的影响双重影响最适温度(optimumtemperature)：—酶促反应速度最快时的环境温度低温的应用T升高→V↑酶的最适温度在35～40℃之间。低于最适温度时T↑→V↑，高于最适温度时T↑→V↓。大多数酶在60℃时开始变性、80℃时多数酶的变性已不可逆。最适温度不是酶的特征常数，它与反应进行的时间有关。低温一般不使酶破坏,温度回升后，酶可以恢复活性,因此可利用低温。例T对淀粉酶活性的影响0102030405060温度℃2.01.51.00.5酶活性最适pH(optimumpH)—酶催化活性最大时的环境pH。酶活性pH对三种酶活性的影响胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶胆碱酯酶胆碱酯酶0pH246810动物体内酶最适pH在6.5～8之间。胃蛋白酶的为1.8,精氨酸酶的9.8。植物最适pH为4.5～6.5。最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度，缓冲液的浓度和种类及酶的纯度等影响。T→酶蛋白变性→V↓