酶反应动力学讲稿.ppt

关于酶反应动力学第一页，讲稿共五十四页哦n中间产物学说中间产物学说n第一节单底物酶促动力学单底物酶促动力学n第二节双底物酶促反应动力学n第三节酶反应影响因素第二页，讲稿共五十四页哦 中中间产间产物学物学说说 酶动力学研究始于1902年，当时，A.Brown用酵母-呋喃果糖糖苷酶对蔗糖进行水解。他发现当蔗糖的浓度比酶的浓度高许多时，反应速度不再取决于蔗糖的浓度，即是说，反应速度相对于蔗糖来说是零级反应。因此，他提出，蔗糖水解的总反应是由两个基本反应构成，第一步是底物与第一步是底物与酶酶形成一种复合物，第二步是形成一种复合物，第二步是这这种中种中间间物生成物生成产产物并物并释释放出放出酶酶:k1 k2k1 k2 E +S ES P +E E +S ES P +E k-1 k-1 这里,E、S、ES和P分别代表酶、底、酶-底物复合物和产物。中中间产间产物学物学说认为说认为,当酶催化某个反应时,酶和底物先结合形成一个中间复合物,然后中间复合物再分解,生成产物并释放出酶。一般以产物的生成速度代表整个酶催化反应速度，而产物的生成取决于中间物的浓度.因此因此,整个整个酶酶促反促反应应的速度取决于中的速度取决于中间间物的物的浓浓度度.第三页，讲稿共五十四页哦第一节单底物酶促动力学单底物酶促动力学单底物酶促动力学单底物酶促动力学只有初速度才是酶的反应速度，原因：（1）底物随反应时间的延长减少；（2）酶随反应时间的延长受速度、pH的影响，酶部分变性；（3）随时间延长，产物增加，产物对酶的抑制作用；（4）产物增加，逆反应速度增加。因此，只有初速度才是酶的反应速度。因此，只有初速度才是酶的反应速度。第四页，讲稿共五十四页哦一、酶浓度的影响n酶促反应的速度和酶浓度成正比SEV E第五页，讲稿共五十四页哦n反应速度:用单位时间内、单位体积中底物(S)的减少量或产物(P)的增加量来表示。单位：浓度/单位时间n引起酶反应速度降低的原因：底物浓度的降低；酶的部分失活；产物对酶的抑制；产物增加引起的逆反应速度的增加研究酶反应速度以酶促反应的初速度(initial speed)为准酶反应速度曲线时间时间产产物物浓浓度度斜率斜率=P/t=V初速度初速度Pt第六页，讲稿共五十四页哦二、底物浓度对反应速度的影响1、单底物酶促反应动力学（1）米氏方程（MichaelisMentenequationVVmaxS可以用一个方程来表示：是最基本的动力学方程。V=VmaxS/(Km+S)v=Vmax Skm +S第七页，讲稿共五十四页哦酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线(条件:E;pH;t等条件固定不变)n在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征;v=kSn当底物浓度较高时S增加,反应速度v增加,但增加幅度较小n当底物浓度达到一定值，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。v=Vmax 原因:中间产物学说解释E+S ES E+P第八页，讲稿共五十四页哦一级反应一级反应混合级反应混合级反应零级反应零级反应 V S第九页，讲稿共五十四页哦中间复合物学说：中间复合物学说：第一步第一步:E+SES第二步第二步:ESE+PV ES1913年年Michaelis和和Menten推导了米氏方程推导了米氏方程第十页，讲稿共五十四页哦酶促反应的米氏方程及酶促反应的米氏方程及Km推导推导原则原则：从酶被底物饱和的现象出发，按照从酶被底物饱和的现象出发，按照 “稳态平衡稳态平衡”假说的设想进行推导。假说的设想进行推导。米氏方程米氏方程:米氏常数米氏常数:第十一页，讲稿共五十四页哦米氏方程讨论米氏方程讨论n当底物浓度较低时,有SKm,代入米氏方程则有v=Vmax/KmS,即反应速度与底物浓度呈正比,符合一级反应n当底物浓度很高时,有SKm,代入米氏方程则有v=Vmax,即反应速度与底物浓度无关,符合零级反应n当S=Km时,v=Vmax/2第十二页，讲稿共五十四页哦米米氏氏方方程程的的推推导导令令：将将（4）代入代入（3），则，则：ES生成速度生成速度：，ES分解速度分解速度：即即：则则：(1)经整理得经整理得：由于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即决定，即，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得：(3)当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：当当Et=ES时时，(4)所以所以 第十三页，讲稿共五十四页哦2.2.3米氏常数的意义米氏常数的意义当当v=Vmax/2时时，Km=S（Km的的单单位位为为浓浓度度单单位位）,即即米米氏氏常常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。*是是酶酶在在一一定定条条件件下下的的特特征征物物理理常常数数，通通过过测测定定Km的的数数值值，可可鉴别酶。鉴别酶。*可可近近似似表表示示酶酶和和底底物物亲亲合合力力，Km愈愈小小，E对对S的的亲亲合合力力愈愈大大，Km愈大，愈大，E对对S的亲合力愈小。的亲合力愈小。*在在已已知知Km的的情情况况下下，应应用用米米氏氏方方程程可可计计算算任任意意s时时的的v，或或任何任何v下的下的s。（用。（用Km的倍数表示）的倍数表示）练练习习题题：已已知知某某酶酶的的Km值值为为0.05mol.L-1，要要使使此此酶酶所所催催化化的的反反应应速速度度达到最大反应速度的达到最大反应速度的80时底物的浓度应为多少？时底物的浓度应为多少？第十四页，讲稿共五十四页哦2.2.4米氏常数的测定米氏常数的测定基本原则基本原则：将将米米氏氏方方程程变变化化成成相相当当于于y=ax+b的的直直线线方方程程，再再用用作图法求出作图法求出Km。例：例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法）米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式：1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax 第十五页，讲稿共五十四页哦酶动力学的双倒数图线酶动力学的双倒数图线第十六页，讲稿共五十四页哦Km值的物理意义：值的物理意义：即是即是Km值是当酶反值是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。物浓度。(摩尔摩尔/升升)。Km是酶的一个特性常数与酶的性质有是酶的一个特性常数与酶的性质有关，与酶浓度无关，只是对一定底物、关，与酶浓度无关，只是对一定底物、一定的一定的pH、一定的温度条件而言。、一定的温度条件而言。VVmax2VmaxVmaxSKm+S2得得化简得：化简得：Km=SVKm+SVmax S 对活细胞的实验表明：酶的底物对活细胞的实验表明：酶的底物浓度通常就在这种底物的浓度通常就在这种底物的Km值附近，值附近，不是大大高于或大大低于不是大大高于或大大低于Km?第十七页，讲稿共五十四页哦2.动力学参数的意义动力学参数的意义(1)Km值的意义值的意义KS=K2K1Km=K2+K3K1Km=Ks E +S ES P +EK1K3K2K4第十八页，讲稿共五十四页哦酶酶底底 物物Km（mmol/L）过氧化氢酶过氧化氢酶H2O225 脲酶脲酶 尿素尿素 23蔗糖酶蔗糖酶蔗糖蔗糖28棉子糖棉子糖350谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷谷 氨氨 酸酸0.12酮戊二酸酮戊二酸2.0乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙丙 酮酮 酸酸0.017第十九页，讲稿共五十四页哦nKM值与米氏方程的实际用途：值与米氏方程的实际用途：例：当例：当S=3Km时，反应速率相当于时，反应速率相当于Vmax的百分数？的百分数？VKm+SVmax S 当当Km已知时，任何底物浓度下被酶饱和的百分数可用下式已知时，任何底物浓度下被酶饱和的百分数可用下式表示：表示：fES=sKm+s第二十页，讲稿共五十四页哦v可帮助推断某一可帮助推断某一 代谢反应的方向和途径和限速步骤代谢反应的方向和途径和限速步骤例：酶例：酶1，2，3分别催化分别催化 A B C D Km分别为分别为10-2,10-3,10-4，A，B，C 浓度均为浓度均为10-4 限速步骤？限速步骤？123例：丙酮酸可被乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱例：丙酮酸可被乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱 羧酶羧酶催化，当丙酮酸浓度较低时，走哪条途径？催化，当丙酮酸浓度较低时，走哪条途径？Km分别为分别为 1.710-5、1.310-3和和 1.010-3mol/L第二十一页，讲稿共五十四页哦(2)Vmax 和和 k3(kcat)的意义的意义nKcat值越大，表示酶的催化效率越高。值越大，表示酶的催化效率越高。E +S ES P +EK1K3K2K4(3)Kcat/km的意义的意义K m=K2+K3K1Kcat/km=K2+K3K3 K1上限为上限为108109mol-1 Ls-1大小可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效大小可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效率。率。第二十二页，讲稿共五十四页哦3.利用作图法测定利用作图法测定 km 和和 Vmax 根据实验数据作图根据实验数据作图 v ssVVmax2KmVmax第二十三页，讲稿共五十四页哦双倒数作图法双倒数作图法 S 1v1VKm+SVmax Sv1第二十四页，讲稿共五十四页哦(2)Eadie-Hofstee 作图法作图法S vv v=Vmax Km S vS vvVmaxKmKmVmaxVKm+SVmax S第二十五页，讲稿共五十四页哦n单底物酶促反应的反应速度与底物浓度呈双曲线关系，不易直接求出Vmax和Km的值，通常采用双倒数法进行参数估计。将米氏方程改写成以下形式以对作图，绘出曲线，横轴截距即为值，纵轴截距则是第二十六页，讲稿共五十四页哦双倒数作图第二十七页，讲稿共五十四页哦米氏常数（米氏常数（Michaelis-constant）的意义）的意义aKm的物理意义的物理意义 当V1/2Vmax时的底物浓度，为Km的物理意义。即SKm Km单位：m(mol)/LbKm是酶的特征性常数是酶的特征性常数不同酶,Km是不一样的。底物种类，pH（opt）,T（opt）要定下来。（E）AB CD 此酶有4个Km值第二十八页，讲稿共五十四页哦第二十九页，讲稿共五十四页哦第三十页，讲稿共五十四页哦c在一定条件下，Km表示酶与底物的亲和力有些酶有很多底物，Km值最小的底物叫此酶的最适底物，也叫酶的天然底物。d已知Km，可以求出V/Vmax与底物浓度S的关系。测定Km的意义：（以上4点）第三十一页，讲稿共五十四页哦Understanding KmnKm isaconstantderivedfromrateconstantsnKmis,undertrueMichaelis-Mentenconditions,anestimateofthedissociationconstantofEfromS,becauseatequilibrium,Reversiblereaction,dissociationconstantisSosmallKmmeanstightsubstratebinding;highKmmeansweaksubstratebinding.nKmequalstothesubstrateconcentrationatwhichv=1/2vmaxk1k-1第三十二页，讲稿共五十四页哦Understanding VmaxThe theoretical maximal velocitynVmaxisaconstantnVmaxisthetheoreticalmaximalrateofthereaction-butitisNEVERachievedinrealitynToreachVmaxwouldrequirethatALLenzymemoleculesaretightlyboundwithsubstratenVmaxisassymptoticallyapproachedassubstrateisincreased第三十三页，讲稿共五十四页哦米氏常数的测定n双倒数作图法，即 Lineweaver-Burk法。n 1/V对1/S作图第三十四页，讲稿共五十四页哦第二节双底物酶促反应动力学n双底物双产物反应双底物双产物反应A+BP+Q双底物双产物的反应按动力学机制可分为两大类双底物双产物的反应按动力学机制可分为两大类:双底物双底物双产物的反应双产物的反应序列反应序列反应（sequentialreactions）乒乓反应乒乓反应（pingpongreactions）有序反应有序反应（orderdreactions）随机反应随机反应（randomreactions）第三十五页，讲稿共五十四页哦序列有序反应；序列随机反应；乒乓反应；序列有序反应；序列随机反应；乒乓反应；E AE AEB QEP QE EABPQA+E AEB+E EBAEBQEPQEEPQ+EE+PE AE PE E EB EQABPQE第三十六页，讲稿共五十四页哦1序列有序反应序列有序反应第三十七页，讲稿共五十四页哦2序列随机反应序列随机反应第三十八页，讲稿共五十四页哦3乒乓反应乒乓反应第三十九页，讲稿共五十四页哦第三节酶反应影响因素温度的影响酶的最适温度（optimumtemperature）温度影响的两个方面:1.温度升高，酶反应速度增加在达到最适温度之前提高温度，可以增加酶促反应的速度。第四十页，讲稿共五十四页哦2.温度升高，酶蛋白变性而失活温度升高，酶蛋白变性而失活。在最适温度以前，第1种影响为主。在最适温度以后，第2种影响为主。大部分酶在600C以上变性，到700C800C酶达到不可逆变性；少数酶能耐受较高的温度，如细菌淀粉酶在950C下活力最高，又如牛胰核糖核酸酶加热到1000C仍不失活。第四十一页，讲稿共五十四页哦第四十二页，讲稿共五十四页哦pH的影响非特征性常数，只在一定情况下才有意义。1、最适pH当酶反应速度受pH影响，当某个pH，酶表现最大活力，此pH就是pH（opt）。pH（opt）不是酶的特征性常数，受测定环境的影响很大。2、pH影响的原因（1）影响酶的构象（过酸过碱引起酶构象的变化，使酶失活）（2）影响酶与底物的解离第四十三页，讲稿共五十四页哦1酶反应的最适酶反应的最适pH（optimum）第四十四页，讲稿共五十四页哦第四十五页，讲稿共五十四页哦2.5激活剂激活剂对酶作用的影响对酶作用的影响类别类别 金属离子：金属离子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+、Co2+、Fe2+阴离子：阴离子：Cl-、Br-有机分子有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂：金属螯合剂：EDTA 大分子物质大分子物质:具活性的蛋白质等具活性的蛋白质等,例如激活酶原的物质例如激活酶原的物质定义定义:凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂(activator）第四十六页，讲稿共五十四页哦非竞争性抑制作用的特性反竞争性抑制作用的特性竞争性抑制作用的特性2.6抑制剂对酶作用的影响抑制剂对酶作用的影响第四十七页，讲稿共五十四页哦可逆抑制的动力学比较可逆抑制的动力学比较抑制类型抑制类型VmaxVmaxKmKm无抑制剂无抑制剂VmaxVmaxKmKm竞争性抑制作用竞争性抑制作用不变不变变大变大非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用变小变小不变不变反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用变小变小变小变小第四十八页，讲稿共五十四页哦思考题思考题1、影响酶促反应的因素有哪些？它们是如何影响的？、影响酶促反应的因素有哪些？它们是如何影响的？2、试比较酶的竞争性抑制作用与非竞争性抑制作用的异同。、试比较酶的竞争性抑制作用与非竞争性抑制作用的异同。3、什什么么是是米米氏氏方方程程，米米氏氏常常数数Km的的意意义义是是什什么么？试试求求酶酶反反应应速速度度达达到到最大反应速度的最大反应速度的99时，所需求的底物浓度（用时，所需求的底物浓度（用Km表示）表示）4、举例说明酶的结构和功能之间的相互关系。、举例说明酶的结构和功能之间的相互关系。名词解释名词解释活活性性中中心心 全全酶酶 酶酶原原 米米氏氏方方程程 Km 诱诱导导契契合合变变构构效效应应 辅酶和辅基辅酶和辅基 第四十九页，讲稿共五十四页哦、计算：（1）对于一个遵循米氏动力学的酶而言，当S=Km时，若=35umol/min，Vmax是多少umol/min？（2）当S=210-5mol/L，=40umol/min，这个酶的Km是多少？（3）大致绘出此酶-S关系的曲线图形。A、没有抑制剂存在时B、有竞争性抑制剂存在时C、有非竞争性抑制剂存在时四、在不同底物浓度的反应体系中，分别测有无抑制剂存在时的数据如下：S（无I）（有I）（2.210-5mol/L）mol/L（10-4）（umol/min）（umol/min）1.028171.536232.043295.065507.57461求有、无抑制剂存在时的Vmax和Km，并判断这种抑制剂是什么类型的抑制剂。（提示：作图求解）第五十页，讲稿共五十四页哦1、酶促反应的初速度不受哪一个因素的影响（A）SE（B）pH（C）（答案）时间（D）温度2、测定酶活力时，下列条件哪个不对（A）SE（B）（答案）S=Et（C）PO（D）测初速度第五十一页，讲稿共五十四页哦n3、在测定酶活力时，用下列哪种方法处理酶和底物才合理（A）其中一种用缓冲液配制即可（B）分别用缓冲液配制，然后混合进行反应（C）先混合，然后保温进行反应（D）（答案）分别用缓冲液配制，再预保温两者，最后混合进行反应n4、米氏方程能很好地解释（A）多酶体系反应过程的动力学过程（B）多底物酶促反应过程的动力学过程（C）（答案）单底物单产物酶促反应的动力学过程（D）非酶促简单化学反应的动力学过程第五十二页，讲稿共五十四页哦n5、下列哪一项不是Km值的功能（A）Km值是酶的特征性物理常数，可用于鉴定不同的酶（B）Km值可以表示酶与底物之间的亲和力，Km值越小，亲和力越大（C）Km值可以预见系列反应中哪一步是限速反应（D）（答案）比较Km值可以估计不同的酶促反应速度n6、一个简单的米氏酶促反应，当S远远小于Km时（A）反应速度最大（B）反应速度难以测定（C）（答案）底物浓度与反应速度成正比（D）S增大，Km值也随之变大第五十三页，讲稿共五十四页哦感感谢谢大大家家观观看看第五十四页，讲稿共五十四页哦