均相酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)選ppt資料

均相酶反應(yīng)(fǎnyìng)動(dòng)力學(xué)第一頁，共92頁。第三章均相酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶催化反應(yīng)的基本特征簡單的酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)有抑制(yìzhì)的酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)多底物酶催化機(jī)理第二頁，共92頁。實(shí)例(shílì)：脂肪酶催化酯化反應(yīng)：生物柴油油料甘油+脂肪酸甲醇(jiǎchún)NaOH生物(shēngwù)柴油高果糖漿：淀粉漿液α-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶果糖第三頁，共92頁?；瘜W(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)的基礎(chǔ)知識(shí)反應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)的方向反應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)的可能性反應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)的限度化學(xué)(huàxué)熱力學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速率反應(yīng)機(jī)制化學(xué)動(dòng)力學(xué)第四頁，共92頁。反應(yīng)(fǎnyìng)速率及其測定反應(yīng)速率：單位時(shí)間(shíjiān)內(nèi)反應(yīng)物或生物濃度的改變。設(shè)瞬時(shí)dt內(nèi)反應(yīng)物濃度的很小改變?yōu)閐s，則：若用單位時(shí)間內(nèi)生成物濃度(nóngdù)的增加來表示，則：第五頁，共92頁。反應(yīng)(fǎnyìng)分子數(shù)反應(yīng)分子數(shù)：是在反應(yīng)中真正相互作用的分子的數(shù)目。如：AP屬于單分子反應(yīng)根據(jù)質(zhì)量(zhìliàng)作用定律，單分子反應(yīng)的速率方程式是：雙如：A+BC+D屬于雙分子反應(yīng)(fǎnyìng)其反應(yīng)(fǎnyìng)速率方程可表示為：

判斷一個(gè)反應(yīng)是單分子反應(yīng)還是雙分子反應(yīng)，必須先了解反應(yīng)機(jī)制，即了解反應(yīng)過程中各個(gè)單元反應(yīng)是如何進(jìn)行的。第六頁，共92頁。反應(yīng)(fǎnyìng)級數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，整個(gè)化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)的速率服從哪種分子反應(yīng)速率方程式，則這個(gè)反應(yīng)即為幾級反應(yīng)。例：對于某一反應(yīng)其總反應(yīng)速率能以單分子反應(yīng)的速率方程式表示，那么這個(gè)反應(yīng)為一級反應(yīng)。又如某一反應(yīng)：A+BC+D式中K為反應(yīng)(fǎnyìng)速率常數(shù)符合雙分子反應(yīng)(fǎnyìng)的表達(dá)式，為二級反應(yīng)(fǎnyìng)。

把反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān)的反應(yīng)叫做零級反應(yīng)。第七頁，共92頁。反應(yīng)(fǎnyìng)分子數(shù)和反應(yīng)(fǎnyìng)級數(shù)對簡單的基元反應(yīng)(fǎnyìng)來說是一致的，但對某些反應(yīng)(fǎnyìng)來說是不一致的。例如：是雙分子(fēnzǐ)反應(yīng)，但卻符合一級反應(yīng)方程式。因?yàn)檎崽堑南∷芤褐?，水的濃度比蔗糖濃度大得多，水濃度的減少與蔗糖比較可以忽略不計(jì)。因此，反應(yīng)速率只決定于蔗糖的濃度。第八頁，共92頁。酶促反應(yīng)(fǎnyìng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)——反應(yīng)(fǎnyìng)速率零級(línɡjí)反應(yīng)一級反應(yīng)(fǎnyìng)ABK積分后得：K是反應(yīng)速率常數(shù)，C是積分常數(shù)若反應(yīng)開始（t=0）時(shí)，A=A0,則C=lnA0，最后得到：A=A0e-kt一級反應(yīng)第九頁，共92頁。二級反應(yīng)(fǎnyìng)A+BCKK指反應(yīng)的速率常數(shù)反應(yīng)速率與反應(yīng)物的性質(zhì)和濃度、溫度、壓力(yālì)、催化劑及溶劑性質(zhì)有關(guān)第十頁，共92頁。酶促反應(yīng)(fǎnyìng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)——平衡常數(shù)平衡：可逆反應(yīng)(fǎnyìng)的正向反應(yīng)(fǎnyìng)和逆向反應(yīng)(fǎnyìng)仍在繼續(xù)進(jìn)行，但反應(yīng)(fǎnyìng)速率相等。反應(yīng)(fǎnyìng)的平衡常數(shù)與酶的活性無關(guān)，與反應(yīng)(fǎnyìng)速率的大小無關(guān)，而與反應(yīng)(fǎnyìng)體系的溫度、反應(yīng)(fǎnyìng)物及產(chǎn)物濃度有關(guān)。平衡常數(shù)（K）的計(jì)算：例：A+3B2C+D第十一頁，共92頁。酶的基本概念酶可加快反應(yīng)速率降低反應(yīng)的活化能（E0）不能改變(gǎibiàn)反應(yīng)的平衡常數(shù)K不能改變(gǎibiàn)反應(yīng)的自由能變化（ΔG）酶有很強(qiáng)的專一性較高的催化效率反應(yīng)條件溫和酶易失活第十二頁，共92頁。第十三頁，共92頁。酶與底物的作用(zuòyòng)機(jī)理LockandkeyModel第十四頁，共92頁。Induced-FitModel象手與手套的關(guān)系。當(dāng)?shù)孜锝咏傅幕钚灾行牟⑴c之結(jié)合(jiéhé)時(shí)，酶的構(gòu)象能發(fā)生改變，更適合于底物的結(jié)合(jiéhé)。第十五頁，共92頁。酶促反應(yīng)(fǎnyìng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)影響酶促反應(yīng)的主要因素濃度因素（酶濃度，底物濃度，產(chǎn)物濃度等）外部因素（溫度，壓力，pH，溶液的介電常數(shù)(jièdiànchánɡshù)，離子強(qiáng)度等）內(nèi)部因素（效應(yīng)物，酶的結(jié)構(gòu)）第十六頁，共92頁。酶反應(yīng)(fǎnyìng)動(dòng)力學(xué)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的兩點(diǎn)基本(jīběn)假設(shè)：反應(yīng)物在容器中混合良好反應(yīng)速率采用初始速率第十七頁，共92頁。單底物(dǐwù)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)＋k1k2ESES＋Ek3Pk4快速平衡學(xué)說的幾點(diǎn)假設(shè)條件：酶和底物(dǐwù)生成復(fù)合物[ES]，酶催化反應(yīng)是經(jīng)中間復(fù)合物完成的。底物(dǐwù)濃度[S]遠(yuǎn)大于酶的濃度[E]，因此[ES]的形成不會(huì)降低底物(dǐwù)濃度[S]，底物(dǐwù)濃度以初始濃度計(jì)算。不考慮P+EES這個(gè)可逆反應(yīng)的存在。[ES]在反應(yīng)開始后與E及S迅速達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。第十八頁，共92頁。快速平衡學(xué)說(xuéshuō)對于單底物的酶促反應(yīng)：由假設(shè)(jiǎshè)4可得到：由假設(shè)3可得到產(chǎn)物的合成(héchéng)速率：(1)(2)第十九頁，共92頁。反應(yīng)(fǎnyìng)體系中酶量守恒：由前面(qiánmian)的公式（1）得：代入公式(gōngshì)（3），變換后得：對于酶復(fù)合物ES的解離平衡過程來說，其解離常數(shù)可以表示為，即，代入公式（2）得到（3）（4）（5）第二十頁，共92頁。當(dāng)反應(yīng)初始時(shí)刻(shíkè)，底物[S]>>[E]，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合成復(fù)合物[ES]，因此[E0]≈[ES]，反應(yīng)速率最大，此時(shí)產(chǎn)物的最大合成速率為：代入式（5）得：式中：Vp,max：最大反應(yīng)速率如果酶的量發(fā)生改變，最大反應(yīng)速率相應(yīng)改變。Ks：解離常數(shù)，飽和(bǎohé)常數(shù)低Ks值意味著酶與底物結(jié)合力很強(qiáng)。（6）第二十一頁，共92頁。穩(wěn)態(tài)學(xué)說(xuéshuō)1.酶和底物生成復(fù)合物[ES]，酶催化反應(yīng)(fǎnyìng)是經(jīng)中間復(fù)合物完成的。2.底物濃度[S]遠(yuǎn)大于酶的濃度[E]，因此[ES]的形成不會(huì)降低底物濃度[S]，底物濃度以初始濃度計(jì)算。3.在反應(yīng)(fǎnyìng)的初始階段，產(chǎn)物濃度很低，P+EES這個(gè)可逆反應(yīng)(fǎnyìng)的速率極小，可以忽略不計(jì)。4.[ES]的生成速率與其解離速率相等，其濃度不隨時(shí)間而變化。第二十二頁，共92頁。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中[ES]的生成(shēnɡchénɡ)速率與分解速率相等時(shí)，[ES]濃度保持不變的狀態(tài)成為穩(wěn)態(tài)。Experimentaldatademonstratedtheconcentrationprofiles.第二十三頁，共92頁。由于(yóuyú)[S]>>[E0]，所以[S]>>[ES]，[S]-[ES]≈[S]根據(jù)(gēnjù)穩(wěn)態(tài)假說，(7)(3)(8)第二十四頁，共92頁。(9)(10)式中：Km米氏常數(shù)(chángshù)Michaelis-Menten第二十五頁，共92頁。第二十六頁，共92頁?？焖倨胶?pínghéng)學(xué)說與穩(wěn)態(tài)學(xué)說在動(dòng)力學(xué)方程形式上是一致的，但Km和Ks表示的意義是不同的。當(dāng)k+2<<k-1時(shí)，Km=Ks這意味著生成產(chǎn)物的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于[ES]復(fù)合物解離的速率。這對于許多酶反應(yīng)也是正確的。MixedorderwithrespecttoS第二十七頁，共92頁。底物濃度與反應(yīng)(fǎnyìng)速率的關(guān)系第二十八頁，共92頁。反應(yīng)速率、底物濃度(nóngdù)與時(shí)間的關(guān)系第二十九頁，共92頁。米氏常數(shù)(chángshù)Km的意義？Km值代表反應(yīng)速率達(dá)到Vmax/2時(shí)的底物濃度。Km是酶的一個(gè)特性常數(shù)，Km的大小只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。但底物種類、反應(yīng)溫度、pH能影響Km值。因此可以用Km值來鑒別酶。Km值可以判斷酶的專一性和天然底物。當(dāng)k+2<<k-1時(shí)，Km＝KS，那么Km可以作為酶和底物結(jié)合緊密程度的一個(gè)度量，表示酶和底物結(jié)合的親合力大小。若已知Km值，可以計(jì)算出某一底物濃度時(shí)，其反應(yīng)速率相當(dāng)于Vmax的百分率。例如:當(dāng)[S]=3Km時(shí)，代入米氏方程后可求得v=0.75Vmax。Km值可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向和途徑。催化可逆反應(yīng)的酶，對正逆兩向底物的Km值往往是不同的，例如谷氨酸脫氫酶，NAD+的Km值為2.5×10-5mol/L，而NADH為1.8×10-5mol/L。測定這些Km值的差別及正逆兩向底物的濃度，可以大致推測(tuīcè)該酶催化正逆兩向反應(yīng)的效率。第三十頁，共92頁。問題為什么只有初始(chūshǐ)反應(yīng)速率可以使用？產(chǎn)物的積累使逆反應(yīng)的影響不可忽略產(chǎn)物可能會(huì)抑制或激活酶的活力隨著反應(yīng)的進(jìn)行，酶的活力可能會(huì)失活反應(yīng)體系(tǐxì)中的一些雜質(zhì)可能會(huì)影響到酶的活性……為什么說低Km值意味著酶與底物(dǐwù)的結(jié)合力強(qiáng)？考慮一下km的定義：第三十一頁，共92頁。動(dòng)力學(xué)參數(shù)(cānshù)的求解作圖法（通過方程變換，將方程線性化）L-B法H-W法E-H法積分法非線性最小二乘法回歸處理(chǔlǐ)信賴域法（Matlab的優(yōu)化工具箱）遺傳算法（不依賴于初值，可并行計(jì)算）第三十二頁，共92頁。L-B雙倒數(shù)(dǎoshù)法將米氏方程式兩側(cè)取雙倒數(shù)，得到(dédào)下列方程式：以作圖,得到(dédào)一直線缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)點(diǎn)過分集中在直線的左下方，影響Km和Vmax的準(zhǔn)確測定。第三十三頁，共92頁。積分法分批酶反應(yīng)(fǎnyìng)體系中[S]隨時(shí)間的變化過程可以用表示為：積分(jīfēn)得到,或,與對應(yīng)作圖，得到一直線(zhíxiàn)，斜率為-Km,截距為Vm。第三十四頁，共92頁。例1：如果要求反應(yīng)速度達(dá)到Vmax的99%，求其底物(dǐwù)濃度。

解：例2：過氧化氫(ɡuòyǎnɡhuàqīnɡ)酶的Km值為25mmol/L，當(dāng)?shù)孜镞^氧化氫(ɡuòyǎnɡhuàqīnɡ)濃度為100mmol/L時(shí)，求在此底物濃度下過氧化氫(ɡuòyǎnɡhuàqīnɡ)酶被底物飽和的百分?jǐn)?shù)。解：得，即，認(rèn)為有80%的酶已與底物作用(zuòyòng)生成了中間產(chǎn)物，故過氧化氫酶在此時(shí)被底物飽和的百分?jǐn)?shù)為80%。第三十五頁，共92頁。例3有一均相酶催化反應(yīng)，Km值為2×10-3mol/L，當(dāng)?shù)孜锏某跏紳舛萚S0]為1×10-5mol/L時(shí)，若反應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)1min，則有2%的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。試求出：（1）當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)3min，底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)是多少？此時(shí)底物和產(chǎn)物的濃度分別為多少？（2）當(dāng)[S0]為1×10-6mol/L時(shí)，也反應(yīng)了3min，底物和產(chǎn)物的濃度是多少？（3）最大反應(yīng)速率Vmax值為多少？

解：（1）根據(jù)題意，[S0]＜0.01Km，

所以V=Vmax[S0]/Km=-ds/dt

即，ln([S0]/[S])=Vmax/Kmt

反應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)1min時(shí)，[S]=（1-2%）×[S0]=0.98×10-5mol/L

∴Vmax/Km=0.2min-1

反應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)3min時(shí)，ln([S0]/[S])=0.2×3=0.0606

∴[S]=0.94×10-5mol/L，XS=6%

……第三十六頁，共92頁。抑制劑對酶促反應(yīng)速率(sùlǜ)的影響幾個(gè)概念失活與抑制【失活】(inactivation)：由于酶蛋白分子(fēnzǐ)變性而引起的酶活力喪失的現(xiàn)象稱為失活?！疽种啤?inhibition)：由于酶的必需基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變，但酶未變性，而引起酶活力的降低或喪失，稱為抑制作用底物與效應(yīng)物【效應(yīng)物】(Effecter)：凡能使酶分子(fēnzǐ)發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)叫效應(yīng)物，通常為小分子(fēnzǐ)代謝物或輔因子。如因別構(gòu)導(dǎo)致酶活性降低的物質(zhì)稱為負(fù)效應(yīng)物。第三十七頁，共92頁。競爭性抑制(yìzhì)非競爭性抑制(yìzhì)反競爭性抑制(yìzhì)可逆抑制(yìzhì)可逆抑制和不可逆抑制(如鉛和汞等重金屬)【可逆抑制】(reversibleinhibition)：抑制劑與酶以非共價(jià)鍵結(jié)合(jiéhé)而引起酶活力降低或喪失，能用物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)性，這種抑制作用是可逆的，稱為可逆抑制。不可逆抑制抑制第三十八頁，共92頁。競爭性抑制(yìzhì)(competitiveinhibitions)ESIEIXP抑制劑是底物(dǐwù)的類似物E+S+I[ES]E+P[EI]KIKm’第三十九頁，共92頁。利用快速(kuàisù)平衡假說:和酶的濃度(nóngdù)方程,產(chǎn)物(chǎnwù)速率方程,綜合以上方程,消除[ES]得到：where

and

。第四十頁，共92頁。Theneteffectofcompetitiveinhibitionsisan

increasedvalueofwith

reduced

reactionrate,but

samemaximumreactionrate.Furthermore,thecompetitiveinhibition

canbeovercome

byhighsubstrateconcentration.競爭性抑制(yìzhì)(competitiveinhibitions)第四十一頁，共92頁。非競爭性抑制(yìzhì)(Non-competitiveInhibitions)ESEISIXP這種抑制劑能結(jié)合于酶的非活性中心，但能降低(jiàngdī)酶與底物的親和力。E+S+I[ES]+IE+P[EI]+S[ESI]Km’Km’KIKI第四十二頁，共92頁。Withsimilarequationsandderivationsasbefore,Where.wecanget,第四十三頁，共92頁。Theneteffectofnon-competitiveinhibitionsisa

reductionin

with

same

Michaelis-Mentenconstant.Highsubstrateconcentration

wouldnot

overcomenon-competitiveinhibitions.

Otherreagents

needtobeaddedtoblockbindingofittotheenzyme.PlotsonNon-competitiveInhibitions第四十四頁，共92頁。反競爭性抑制(yìzhì)(UncompetitiveInhibitions)SEI+ESESIXP這種抑制劑僅能與ES復(fù)合物結(jié)合，而與游離(yóulí)酶不能直接結(jié)合。E+S[ES]+IE+P[ESI]Km’KI第四十五頁，共92頁。Withsimilarequationsandderivativesasbefore,whereand.

wecanget,第四十六頁，共92頁。因此，反應(yīng)速率只決定于蔗糖的濃度。令得到(dédào),Michaelis-Menten米氏常數(shù)(chángshù)Km的意義？whereand?？焖倨胶?pínghéng)學(xué)說與穩(wěn)態(tài)學(xué)說在動(dòng)力學(xué)方程形式上是一致的，但Km和Ks表示的意義是不同的。產(chǎn)物(chǎnwù)速率方程,Rearrangement,第八十三頁，共92頁。RandomsequentialmechanismsFixedsubstrateconcentrationdependenceforenzymesdisplayingping-pongmechanisms反應(yīng)體系(tǐxì)中的一些雜質(zhì)可能會(huì)影響到酶的活性第二十三頁，共92頁。根據(jù)質(zhì)量(zhìliàng)作用定律，單分子反應(yīng)的速率方程式是：和酶的濃度(nóngdù)方程,當(dāng)?shù)孜锝咏傅幕钚灾行牟⑴c之結(jié)合(jiéhé)時(shí)，酶的構(gòu)象能發(fā)生改變，更適合于底物的結(jié)合(jiéhé)。PlotsonUncompetitiveInhibitionsObviously,theneteffectofuncompetitiveinhibitionsisa

reduction

inbothand,andthenetresultis

a

reduction

inreactionrate.第四十七頁，共92頁。各種(ɡèzhǒnɡ)抑制的比較競爭性抑制(yìzhì)非競爭性抑制(yìzhì)反競爭性抑制第四十八頁，共92頁。例在含有相同酶濃度的五個(gè)反應(yīng)物系中，分別加入不同濃度的底物，并測定(cèdìng)其初始速率，然后再在同樣五個(gè)反應(yīng)物系中分別加入濃度為2.2×10-1mmol/L的抑制劑，并測其初始的反應(yīng)速率，其數(shù)據(jù)見下表。底物初始濃度mmol/L無抑制時(shí)速率mmol/(L﹒min)有抑制時(shí)速率mmol/(L﹒min)0.1028180.1536240.2043300.5063510.707463試根據(jù)上述數(shù)據(jù)(shùjù)決定其抑制類型及動(dòng)力學(xué)參數(shù)值。第四十九頁，共92頁。解：將上述實(shí)驗(yàn)(shíyàn)數(shù)據(jù)分別取其倒數(shù)，以1/v-1/[S]作圖，得到下圖的兩條直線，他們在縱軸上有一共同點(diǎn)，這表明該抑制為競爭性抑制。1/Vsi-1/[S]1/Vs0-1/[S]第五十頁，共92頁。Vmax=1/0.010=100mmol/LKm=1/(0.0104/0.0026)=0.25mmol/LKmI=1/(0.0108/0.0045)=0.42mmol/LKI=0.27mmol/L第五十一頁，共92頁。底物(dǐwù)抑制(SubstrateInhibitions)高濃度的底物會(huì)抑制一些(yīxiē)酶促反應(yīng)。EES+SSESSXPE+S[ES]+SE+P[ESS]Km’KSIk+2第五十二頁，共92頁。Withsimilarequationsandderivationsasbefore,變換(biànhuàn)方程得：Then,wecanget,第五十三頁，共92頁。即為,.即,則

或

即,,則

或

DiscussionsaboutSubstrateInhibitions反應(yīng)速率最大時(shí),其底物(dǐwù)濃度為:低物濃度(nóngdù)很低時(shí),即為沒有抑制劑存在情況(qíngkuàng)下的米氏方程.

底物濃度很高時(shí),底物的抑制性就很明顯.第五十四頁，共92頁。Atlowsubstrateconcentration,therateexpressionapproximatestotheMichaelis-Mentenequation,thenthecurveindouble-reciprocal(雙倒數(shù)(dǎoshù))plotisparallel(平行)withthelinearlinedenotedtheinstancewithoutsubstrateinhibition.Similarly,

athighsubstrateconcentration,thecurveindouble-reciprocalplot

isin

hyperbolic(雙曲線)

mode.PlotsonSubstrateInhibitions第五十五頁，共92頁。產(chǎn)物(chǎnwù)抑制(productinhibitions)EESEPPSPE+S+P[ES]E+P[EP]Km’KPk+2第五十六頁，共92頁。影響(yǐngxiǎng)酶催化反應(yīng)速率的因素影響(yǐngxiǎng)酶催化反應(yīng)速率的因素有很多，它們會(huì)影響(yǐngxiǎng)到酶的結(jié)構(gòu)或化學(xué)狀態(tài)。pH溫度表面張力化學(xué)試劑(醇,脲和過氧化物)輻射(光,微波,離子化,g射線等)第五十七頁，共92頁。pH對酶促反應(yīng)(fǎnyìng)的影響一些酶的活性中心存在離子基團(tuán)(jītuán)，因此VariationofpH另一方面，底物分子(fēnzǐ)中包含離子基團(tuán)，反應(yīng)體系的pH也有可能會(huì)影響到底物與酶結(jié)合的親和力。Ionicform(離子形式)ModifiesReactionrateChanges

Enzymeactivity(酶活)Influences

第五十八頁，共92頁。ForCASEI(IonicEnzyme):Thereactionschemeisasfollow:Wherethemeaningsofthedenotationsare:EH:activeformE-,EH2+:inactiveformE-:deprotonationform(還原(huányuán)態(tài))EH2+:protonationform(氧化態(tài))第五十九頁，共92頁。Withsimilaranalysisandderivationsasbefore,wecanget,where第六十頁，共92頁?？紤]到酶發(fā)揮最佳的活力狀態(tài)(zhuàngtài)是EH，最佳pH應(yīng)該是唯一的，而在最佳pH時(shí)，EH的濃度應(yīng)該達(dá)到最大。為什么酶反應(yīng)(fǎnyìng)的最佳pH會(huì)是在pK1和pK2之間?因此，我們現(xiàn)在只要考察酶與質(zhì)子H+的相互作用。根據(jù)解離常數(shù)的定義和酶的質(zhì)量守恒可得：第六十一頁，共92頁。消除(xiāochú)[E-]和[EH2+]項(xiàng)，可得到：令得到(dédào),即,第六十二頁，共92頁。ForCASEII(IonicSubstrate)Thereactionschemeisasfollow:Similarly,wecanget,

where

SH+

+

E+S

+

H+H+ESH+Km'E

+

HP+k2K1EH++SKm'第六十三頁，共92頁。一般來說中，酶促反應(yīng)的最佳pH還是很難預(yù)測的，通常需要通過(tōngguò)實(shí)驗(yàn)來確定。pH-activityprofilesoftwoenzymes.(A)胃蛋白酶(wèidànbáiméi);(B)延胡索酸酶(以蘋果酸為底物時(shí))第六十四頁，共92頁。溫度對酶促反應(yīng)(fǎnyìng)的影響在較低的溫度范圍內(nèi)，酶催化反應(yīng)速率會(huì)隨著溫度的升高而加快，超過某一溫度，即酶被加熱到生理允許溫度以上(yǐshàng)時(shí)，酶的反應(yīng)速率反而隨著溫度的升高而下降。這是由于溫度升高(shēnɡɡāo)，雖然可加速酶的催化反應(yīng)速率，同時(shí)也加快了酶的熱失活速率。第六十五頁，共92頁。溫度激活作用(zuòyòng)(上升區(qū))酶催化反應(yīng)速率常數(shù)(chángshù)中的k2與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程:即,

式中[E]活性酶的濃度; Ea是反應(yīng)活化能(kcal/mol).R是氣體常數(shù)T是絕對溫度(juéduìwēndù)，A是前因子第六十六頁，共92頁。熱失活作用(下降(xiàjiàng)區(qū))(酶的熱變性(biànxìng)作用)酶的熱變性失活符合一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：式中[E0]酶的初始濃度;kd變性常數(shù).積分得到,

此外(cǐwài),式中

Edisthedenaturationenergy(kcal/mol).第六十七頁，共92頁。例2-1：將底物和酶加入到分批式反應(yīng)器中，底物初始(chūshǐ)濃度為2mmol/L，經(jīng)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率為90%，求反應(yīng)所需的時(shí)間t。已知反應(yīng)速率方程為:解：在分批式反應(yīng)器中

即：積分(jīfēn)得到：轉(zhuǎn)化率為90%，即([S0]-[S])/[S0]=0.9,[S]=0.2第六十八頁，共92頁。例2-2：假設(shè)某酶有兩個(gè)活性中心，它的反應(yīng)機(jī)制(jīzhì)可用下圖表示，試根據(jù)穩(wěn)態(tài)假設(shè)，求其速率方程式E+S[ES]+SE+P[ESS]KmKSI[ES]+Pk+2k+2解：根據(jù)(gēnjù)解離平衡過程可得根據(jù)(gēnjù)酶的質(zhì)量守恒可得將上面兩式變換后可得

第六十九頁，共92頁。變換方程(fāngchéng)可以得到以下兩式：當(dāng)反應(yīng)速率(sùlǜ)達(dá)到最大時(shí)，所有的酶都以復(fù)合物的形式存在，則[E0]=[ES]+[ESS],Vmax=k+2([ES]+[ESS])=k+2[E0]第七十頁，共92頁。例2-3：某酶催化反應(yīng)(fǎnyìng)，其Km=0.01mol/L,現(xiàn)測得該反應(yīng)(fǎnyìng)進(jìn)行到10min時(shí)，底物濃度為3.4×10-5mol/L,已知[S0]=3.4×10-4mol/L.假定該反應(yīng)(fǎnyìng)可用M-M方程表示。試求：

(1)最大反應(yīng)(fǎnyìng)速率是多少?

(2)反應(yīng)(fǎnyìng)20min后，底物濃度為多少？解：已知米氏方程(fāngchéng)及題中條件知[S0]<<Km則米氏方程(fāngchéng)可表示為10min時(shí),[S]=3.4×10-5,代入上式可得：Vmax=(0.01×ln10)/10=0.0023molL-1min-1當(dāng)t=20min,ln[S]=ln[S0]-Vmaxt/Km

=ln(3.4X10-4)-0.0023X20/0.01[S]20min=3.42X10-6mol/L第七十一頁，共92頁。Two-SubstrateReactionsRandomsequentialmechanisms(隨機(jī)機(jī)制)Orderedsequentialmechanisms(順序(shùnxù)機(jī)制)Ping-Pongmechanisms(乒乓機(jī)制)第七十二頁，共92頁。所有(suǒyǒu)底物(A和B)與酶結(jié)合后，反應(yīng)才能發(fā)生；各底物與酶的結(jié)合次序及產(chǎn)物與酶的釋放次序是隨機(jī)的。I.RandomsequentialBiBimechanisms反應(yīng)(fǎnyìng)底物(dǐwù)A,B與酶E結(jié)合產(chǎn)物P,Q從酶的結(jié)合點(diǎn)釋放第七十三頁，共92頁。I.RandomsequentialBiBimechanismsBimolecularsubstratesBimolecularproducts第七十四頁，共92頁。AusefulrelationshipexistsamongaboveconstantsRearrangement,(a)第七十五頁，共92頁。Relationshipofvand[A]Fromeq(a),then第七十六頁，共92頁。Relationshipofvand[B]第七十七頁，共92頁。Fixedsubstrateconcentrationdependenceforenzymesdisplayingrandomsequentialmechanisms.DependenceofV’maxon[A]DependenceofK’on[A]DependenceofV’maxon[B]DependenceofK’on[B]第七十八頁，共92頁。II.OrderedsequentialBiBimechanisms所有底物(A和B)與酶結(jié)合后，反應(yīng)才能發(fā)生；各底物與酶的結(jié)合及產(chǎn)物與酶的釋放(shìfàng)是按一定次序進(jìn)行的。反應(yīng)底物A,B與酶E結(jié)合產(chǎn)物P,Q從酶的結(jié)合點(diǎn)釋放第七十九頁，共92頁。Rearrangement,第八十頁，共92頁。Relationshipofvand[B]第八十一頁，共92頁。Relationshipofvand[A]第八十二頁，共92頁。FixedsubstrateconcentrationdependenceforenzymesdisplayingorderedsequentialmechanismsdependenceofV’maxon[B]dependenceof