催化反應動力學-5pH與T

1、彭益強彭益強 Enzymology國 立 華 僑 大 學 生 物 工 程 與 技 術 系國 立 華 僑 大 學 生 物 工 程 與 技 術 系第一節(jié)第一節(jié) 單底物反應動力學單底物反應動力學第二節(jié)第二節(jié) 抑制作用動力學抑制作用動力學第三節(jié)第三節(jié) 多底物反應動力學多底物反應動力學第四節(jié)第四節(jié) 別構酶動力學別構酶動力學第五節(jié)第五節(jié) pH和溫度對酶催化反應速度的影響和溫度對酶催化反應速度的影響主要內容主要內容lpHpH對酶反應速度具有很大影響；對酶反應速度具有很大影響；l多數(shù)情況下，酶反應速度隨多數(shù)情況下，酶反應速度隨pHpH的變化呈的變化呈左右對稱的鐘罩；左右對稱的鐘罩；反應速度最大時的反應速度最大

2、時的pHpH值，稱之。值，稱之。特性：特性：不是常數(shù)，受許多因素影響。不是常數(shù)，受許多因素影響。1，最適，最適pH (optimum pH)（1）破壞酶空間構象，使酶可逆或不可逆變性失活。破壞酶空間構象，使酶可逆或不可逆變性失活。這種失活分可逆和不可逆兩種方式，可逆失活指在不同這種失活分可逆和不可逆兩種方式，可逆失活指在不同pHpH下保溫的下保溫的酶液在最適酶液在最適pHpH測活時，活力完全恢復。測活時，活力完全恢復。（2 2）改變反應系統(tǒng)的組成成分）改變反應系統(tǒng)的組成成分, ,主要是影響酶、底物和酶底物復主要是影響酶、底物和酶底物復合物的解離狀態(tài)。合物的解離狀態(tài)。A,A,影響酶活性部位催化基

3、團的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產物；影響酶活性部位催化基團的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產物；B,B,影響酶活性部位結合基團的解離狀態(tài)，使其不能與底物結合；影響酶活性部位結合基團的解離狀態(tài)，使其不能與底物結合；C,C,影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結合或結合后不能生成影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結合或結合后不能生成產物。產物。l最適合 pH曲線并不能看出是蛋白變性影響還是酶與底物不正常離解影響；l故再做pH耐受性曲線，即酶在下同pH 下保溫后再到最適pH測酶活，58在pH58內，不是酶變性造成的l雙解離模型雙解離模型:假定酶活性位上有兩個解離基團，用假定酶活性位上有兩個解離基團，用

4、X與與Y表示；表示；l當在酸性范圍內時，呈當在酸性范圍內時，呈XH，YH，即，即EH2；lpH增高時，增高時，XH為為X，酶為，酶為EH；l pH繼續(xù)增高時，酶以繼續(xù)增高時，酶以E存在；存在；酶隨酶隨pHpH不同的不同的3 3種狀態(tài)模式種狀態(tài)模式反應式反應式:解離常數(shù)解離常數(shù):總酶不變總酶不變:E0=EH2+EH+E方程式推導方程式推導:則有則有:h h- h- 稱為米氏稱為米氏pH函數(shù)函數(shù)假設假設h h- h-分別代表各型酶分子濃度與分別代表各型酶分子濃度與E0之比之比h h- h-隨隨pH值變化曲線圖如下值變化曲線圖如下(Fig6.5）：）：可見只有可見只有h h- -曲線曲線與酶反應速度

5、的與酶反應速度的pHpH曲線相似，也曲線相似，也是對稱鐘罩曲線。是對稱鐘罩曲線。由此可見，只有由此可見，只有EHEH狀態(tài)才能發(fā)生狀態(tài)才能發(fā)生反應，即反應，即EHEH是一是一種活化態(tài)，只有種活化態(tài)，只有EHSEHS才能分解獲得才能分解獲得產物。產物。因此若假定因此若假定S S在研究的在研究的pHpH范圍內不改變其解離范圍內不改變其解離態(tài)態(tài), ,則反應模式有三個：則反應模式有三個：（1 1）酶只存在三種解離態(tài)，）酶只存在三種解離態(tài)，EH2EH2，EHEH，E E2-2-，只有只有EH-EH-有活性有活性l酶與底物絡合物EHS-有不同解離3 （考慮最復雜的情況，即酶與酶（考慮最復雜的情況，即酶與酶-

6、底物絡合物都存在不底物絡合物都存在不同形式，只有同形式，只有EHS能分解為產物）能分解為產物）:假定假定Ks,Ks,K”sKs,Ks,K”s和和K K2 2與與pHpH無關，無關，H H+ +解離和解離和再結合速度及底物結合解離速度比再結合速度及底物結合解離速度比EHSEHS形成形成產物產物P P的速度大得多，即滿足快速平衡學說，的速度大得多，即滿足快速平衡學說，各解離常數(shù)定義如下各解離常數(shù)定義如下: :(I)這七個解離常數(shù)間存在兩種關系這七個解離常數(shù)間存在兩種關系: :K Kes1es1/K/Ke1e1=K”=K”s s/K/Ks s, K, Kes2es2/K/Ke2e2=K=Ks s/K

7、/Ks s, ,故只有故只有5 5個是獨立的。個是獨立的。選擇選擇K Ke1e1,K,Ke2e2,K,Kes1es1,K,Kes2es2和和K Ks s作為獨立的解離常數(shù)作為獨立的解離常數(shù). . 由由 上兩式得上兩式得:根據(jù)快速平衡法，根據(jù)快速平衡法，v=k2EHSE0=E+EH+EH2+ES+EHS+EH2S(II)由式由式(I)可得：可得：(III)將將(III)代入代入(II)得得:可簡化為可簡化為:此式與米氏方程一樣。此式與米氏方程一樣。其中其中:（1)（2)(3）根據(jù)根據(jù)H+H+濃度高低可對濃度高低可對(1(1）、）、(3(3）簡化）簡化, ,采用采用雙倒數(shù)雙倒數(shù)作作圖法可分別求出圖

8、法可分別求出KeKe1 1,Ke,Ke2 2,Kes,Kes1 1和和KesKes2 2這四個解離常數(shù)。這四個解離常數(shù)。溫度對酶催溫度對酶催化反應的影化反應的影響，主要影響，主要影響到響到影響酶和底物分子中某些解離基團的影響酶和底物分子中某些解離基團的pK值。值。酶的穩(wěn)定程度，酶蛋白的熱變性；酶的穩(wěn)定程度，酶蛋白的熱變性；影響最大反應速度，即影響影響最大反應速度，即影響k2；影響酶和底物的結合，即影響影響酶和底物的結合，即影響Ks或或k1和和k-1 ;最適溫度（最適溫度（optiman temparature）定義定義:酶反應速度隨著溫度的升高達到一個最酶反應速度隨著溫度的升高達到一個最大值時

9、所對應的溫度。大值時所對應的溫度。特性特性:它不是酶催化反應的特征值，受作用時間、底它不是酶催化反應的特征值，受作用時間、底物濃度、酶濃度及反應的物濃度、酶濃度及反應的pHpH等條件影響。等條件影響。溫度提高時，除反應速度隨之增加外，酶蛋白溫度提高時，除反應速度隨之增加外，酶蛋白變性失去活力的速度也迅速增加，所謂的最適變性失去活力的速度也迅速增加，所謂的最適溫度，實際上是這兩種因素綜合影響的結果溫度，實際上是這兩種因素綜合影響的結果。溫度對反應速度的影響用溫度對反應速度的影響用Arrhenius方程來描寫方程來描寫(1)對上式取對數(shù)對上式取對數(shù)k k2 2為酶促反應速度常數(shù)，為酶促反應速度常數(shù)

10、，A A為頻率系數(shù)，為頻率系數(shù)，R R為氣體常數(shù)，為氣體常數(shù)，T T為絕對溫度，為絕對溫度，EaEa為活化能為活化能以以lgklgk2 2對對1/T1/T做圖得一直線，從斜率可求得做圖得一直線，從斜率可求得E Ea a. .（2）Arrhenius方程方程積分形式積分形式(當當T從從T1到到T2時時,k2為為k2 和和k2 )有有:對上式對上式, ,引入引入溫度系數(shù)溫度系數(shù)Q Q1010 溫度系數(shù)溫度系數(shù)Q Q1010表示溫度升高表示溫度升高1010時反應速度時反應速度增加的因素。增加的因素。 Q Q1010=k=k2 2/k/k2 2k k2 2、k k2 2表示表示T T2 2、T T1 1時的反應速度常數(shù)，時的反應速度常數(shù)，其中其中T T2 2-T-T1 1=10=10可從可從Q10求出求出活化能活化能:lgQ10=Ea/2.3R * (10/T2T1)Ea=(2.3RT2T1lgQ10)/10 (4-105)可見可見EaEa與與Q Q1010成正比成正比, ,活化能越大，溫度系數(shù)也越活化能越大，溫度系數(shù)也越大，即反應速度對溫度的敏感性大。大，即反應速度對溫度的敏感性大。Q Q1010與反應速度之間不是線性關系，公式如下與反應速度之間不是線性關系，公式如下: :lv=k2El對圖中上升部分，lk2=Ae-Ea/(RT) , Ea為反應活化能