酶工程-01-酶和酶工程概论ppt课件.ppt

酶酶 工工 程程Enzyme EngineeringEnzyme Engineering赵赵 珺珺华侨大学化工学院生物工程与技术系华侨大学化工学院生物工程与技术系Cell:15960398427E-mail:Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课课课课 程程程程 简简简简 介介介介本课程讲授酶学和酶工程的相关知识，包括酶的生产、酶的改性以及酶的应用课程性质专业必修课，36学时，2学分适用对象：生物工程专业先修课程有机化学、生物化学、细胞生物学、微生物学、分子生物学、基因工程Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课课课课 程程程程 简简简简 介介介介教材和教学参考书教材：酶工程（第三版）酶工程（第三版）酶工程（第三版）酶工程（第三版），郭勇编著，科学出版社，2009Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课课课课 程程程程 简简简简 介介介介教材和教学参考书教学参考书酶工程（第二版）酶工程（第二版）酶工程（第二版）酶工程（第二版），罗贵民主编，化学工业出版社，2008现代酶学（第二版）现代酶学（第二版）现代酶学（第二版）现代酶学（第二版），袁勤生主编，华东理工大学出版社，2001酶学原理与酶工程酶学原理与酶工程酶学原理与酶工程酶学原理与酶工程，周晓云主编，中国轻工业出版社，2007Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课课课课 程程程程 简简简简 介介介介课程主要内容酶和酶工程概论（第一章）酶的生产微生物发酵产酶（第二章）动植物细胞培养产酶（第三章）酶的提取与分离纯化（第四章）酶的改性酶分子修饰（第五章）酶、细胞、原生质体固定化（第六章）酶非水相催化（第七章）人工酶（知识拓展）酶的应用酶反应器（第九章）酶的应用（第十章）Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课课课课 程程程程 简简简简 介介介介教学目的和要求以酶学的内容为基础，酶的工程应用为主，融入各章节内容中通过本课程的学习，要求系统地掌握酶的生产、改性与应用的技术过程理解和掌握酶工程的主要理论、概念，掌握酶工程的研究方法，熟悉工程应用了解相关的新进展考核方式期末笔试（闭卷）Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶 工工 程程Enzyme EngineeringEnzyme Engineering第第 一一 课课酶酶 和和 酶酶 工工 程程 概概 论论Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶（enzyme）活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，又称为生物催化剂（Biocatalysts）蛋白类酶（proteozyme，P酶）由蛋白质构成，部分含有金属及辅基，不含核酸成分核酸类酶（ribozyme，R酶）是具有催化能力的RNA分子内催化和分子间催化Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶工程（enzyme engineering）将酶或者微生物细胞、动植物细胞、细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术现代酶学理论与化工技术的交叉应用领域食品工业轻工业医药工业Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论本章主要内容酶的基本概念和发展历史酶催化作用特点影响酶催化作用的因素酶的分类与命名酶的活力测定酶的生产方法酶工程发展概况Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史远古时代 古老的“食品工业”中国夏禹时代：酿酒、酿醋 粬醪、醴、糵、麴(曲，粬)两周时代：饴糖、食酱、腌菜豆：两周时代的重要礼器和食器，盛放腌菜春秋战国时代：用麴治疗消化不良的疾病公元十世纪：制豆酱利用曲霉中的蛋白酶水解豆类蛋白得到Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史远古时代 古老的“食品工业”古埃及、古巴比伦时代：麦粉发酵酿造啤酒磨粉、去糠、打碎麦芽萌发、浸润成酒发酵、装瓶Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 十八世纪始，酶学的萌芽和初步发展18世纪中后期，法国科学家Raumurbuzzard（鵟，秃鹰）的胃液对肉块具有消化作用，这是一种化学变化而非物理变化过程（如溶解），而且这个化学变化是在很“温和”的条件下实现的1783年，Spallazani通过实验阐明了不仅鸟的胃液，其它动物和人的胃液也有类似的消化作用，这个作用还与温度、胃液加量有关，而且在体外是不稳定的，活性会逐渐丧失最早的酶学实验Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 十八世纪始，酶学的萌芽和初步发展1810年，Planche的实验从植物根中分离出一种物质，能使创木酯氧化变蓝1814年，Kirchhoff发现某些谷物的种子在发酵时能生成还原糖1826年，Mitscherlich提出“酵素”的概念，这是酶最早的名称1833年，Payen和Persoz用酒精处理麦芽水抽提液，得到白色无定形粉末，命名为diastaseEnzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 十八世纪始，酶学的萌芽和初步发展19世纪中叶，Pasteur认为酵母中存在一种使葡萄糖转化为酒精的物质，但他认为只有活的酵母细胞才能进行发酵1878年，Khne“Enzyme”的诞生：En（在）+Zyme（酵母），表示酶在酵母中1898年，Duelaux提出引用diastase的后三个字母“ase”作为酶命名的词根Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 十八世纪始，酶学的萌芽和初步发展1894年，Takamine Joichi（高峰让吉）利用米霉菌固体培养法生产Taka淀粉酶（第一个商品酶制剂），其方法至今仍被采用1896年（另一说1897年），Buchner兄弟发现酵母粗提液也能将糖发酵成酒精表明起作用的非细胞本身，在细胞外也可以发生作用此项发现促进了酶的分离和对其理化性质的研究，也促进了生命过程中酶系统的研究。一般认为酶学研究始于此Buchner获得了1907年诺贝尔化学奖Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 酶作用学说的提出1902年，Henri 中间产物学说 底物转化成产物之前，必须先与酶形成复合物1913年，Michaelis和Menten 米氏方程 1925年，Briggs和Handane提出“拟稳态”学说，对米氏方程作重要修正Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 酶作用学说的提出1894年，Emil Fisher 锁钥学说酶分子和底物在结构上需有严格的互补关系底物须契合到酶的活性中心，如同钥匙插入锁中Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 酶的本质和结构研究1926年，J.Sumner从刀豆中提取脲酶（urease），首次获得酶的结晶体1937年又获得过氧化氢酶结晶证实了酶是蛋白质获得1946年诺贝尔化学奖Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史近代 酶的本质和结构研究1957年，Sanger报道了胰岛素的氨基酸序列，这是第一次阐明一个蛋白质的氨基酸全序列1963年，第一个酶的氨基酸系列被报道（核糖核酸酶）1969年，首次报道由氨基酸化学合成牛胰核糖核酸酶，定性证明酶和普通的生物催化剂没有区别从此，酶的结构与功能和它的氨基酸系列全面挂钩。一级结构决定三级结构，进而决定其功能Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史现代酶学 快速发展时期1958年，Daniel E.Koshland 诱导契合学说酶是具有柔性的大分子底物与酶分子互相碰撞时，可诱导酶的构象与底物相吻合，才能形成中间络合物1961年，Monod等人“变构模型”，定量解释某些酶活性可以通过与效应物结合进行调节，揭示了酶的调控作用Daniel E.KoshlandEnzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史现代酶学 快速发展时期核酸类酶（Ribozyme）的发现1982年，Cech发现四膜虫（Tetrahymena）的26S rRNA前体在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，催化得成熟的rRNA1983年，Atman和 Pace等人发现核糖核酸酶P中的RNA组分M1 RNA具有核糖核酸酶的催化活性，单独催化tRNA前体切除部分核苷酸而成为成熟的tRNAThomas CechEnzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史现代酶学 快速发展时期核酸类酶（Ribozyme）的发现四膜虫Tetrahymena rRNA内含子的二级和三级结构Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶的基本概念和发展历史现代酶学 快速发展时期Ribozyme发现的重大意义RNA具有酶的催化活性，向酶的化学本质是蛋白质这一传统概念提出了挑战在理论上，对于生物起源和生命进化的研究具有重要启示Ribozyme具有内切酶活性，可定点切割mRNA，破坏mRNA，抑制基因表达，为基因、病毒和肿瘤治疗提供了可行途径Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点催化剂的共性用量少而催化效率高能够改变化学反应的速率，但是不能改变化学反应平衡降低反应的活化能，从而加速反应的进行一般要与反应物形成过渡态酶催化反应的特性专一性强催化效率高催化反应的条件温和Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点催化作用的专一性专一性：一定条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性绝对专一性：一种酶只能催化一种底物进行一种反应构型专一性 立体异构选择性，顺反异构选择性专一底物 如脲酶催化尿素的分解反应相对专一性：一种酶催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应键专一性 作用于相同化学键的一类底物，如酯酶基团专一性 作用于相同基团的一类底物，如胰蛋白酶Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶催化作用专一性的机制酶分子的活性中心，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团，即一个具有潜手性基团的底物与酶结合后，将向着与酶结合位点构象相匹配的构型的方向发生转化Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶催化作用专一性的相关学说“三点结合”的催化理论酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶催化作用专一性的相关学说锁钥学说整个酶分子的天然构象是刚性的，酶表面具有特定的形状酶与底物的结合，如同一把钥匙对一把锁一样Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶催化作用专一性的相关学说诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶催化作用专一性的相关学说结构性质互补假说酶同底物结合的专一性，与底物结构和酶的活性中心的空间结构相关，二者的结构是互补的如果底物是解离的，则酶的活性中心的空间结构必然带相反的电荷才能很好结合而且底物同酶活性中心的极性也必然相同Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶催化作用效率高酶的催化作用可使反应速度提高1071013倍例如：H2O2的分解反应Fe3+催化，效率为610-4 mol/(mols)过氧化氢酶催化，效率为6106 mol/(mols)过氧化氢酶将H2O2分解反应的活化能从75.24 kJmol-1 降低到8.36 kJmol-1Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶催化作用效率高酶与非酶催化时所需的活化能示意图图中酶催化反应和非酶催化反应的活化能差异显著非酶催化反应酶催化反应活化能反应过程Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶促反应条件温和酶促反应一般在pH 58水溶液中进行，温度范围为2040 oC，即通常的生理条件高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活原因：酶催化所需活化能低酶是生物大分子，易变性而失活Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点酶活力可调节控制转录水平调节：诱导与阻遏，如乳糖操纵子动力学调节：加入酶的激活剂或抑制剂控制酶促反应速率修饰调节：对酶分子进行修饰改造，改变其活性酶原激活：前体酶经过一系列激活生成具有活性的酶某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关金属离子能维持酶活性中心的构型辅酶基团可以传递质子和电子基团转移功能Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论酶催化作用的特点常见辅酶辅酶辅酶前体维生素前体维生素功能功能全酶全酶NAD(P)+(辅酶辅酶I、II)B5(烟酰胺烟酰胺)传递质子和电子传递质子和电子脱氢酶脱氢酶FAD、FMN(黄素辅酶黄素辅酶)B2(核黄素核黄素)传递质子和电子传递质子和电子脱氢酶脱氢酶TPP(硫胺素焦磷酸酯硫胺素焦磷酸酯)B1(硫胺素硫胺素)基团转移基团转移脱羧酶脱羧酶THFA(四氢叶酸四氢叶酸)B11(叶酸叶酸)C1基团转移基团转移合成酶合成酶辅酶辅酶AB3(泛酸泛酸)酰基转移酰基转移合成酶合成酶生物素生物素B7(生物素生物素)CO2转移转移羧化酶羧化酶磷酸吡哆素磷酸吡哆素B6(吡哆醛吡哆醛/胺胺)转氨基转氨基转氨酶转氨酶辅酶辅酶B12B12(钴胺素钴胺素)异构化异构化变位酶变位酶硫辛酸硫辛酸传递氢和乙酰基转移传递氢和乙酰基转移丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系泛醌泛醌(辅酶辅酶Q)传递质子和电子传递质子和电子氧化还原酶、脱氢酶氧化还原酶、脱氢酶Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素底物浓度酶浓度温度反应体系pH值抑制剂激活剂Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素底物浓度对酶活的影响Michaelis-Menten方程当底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，符合一级反应动力学当底物浓度很高时，反应速率不随底物浓度的改变而变化，符合零级反应动力学Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推导 快速平衡（rapid equilibrium）假设及其三个条件测定的速度为反应初速度，底物消耗很少，产物P的生成极少，不考虑由P+E逆转生成ES的可能性底物浓度S远大于酶浓度E，ES形成不会明显降低S，S以起始浓度S0计酶和底物结合物ES合成速度显著快于ES形成P+E速度，也就是说E+SES的可逆反应在测定初速度时已达到平衡，ES分解生成产物不足以破坏这个平衡Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推导 快速平衡假设设ES形成E+S的解离常数为Ks，则有平衡时，S不变（假设(2)），由式(1-1)和式(1-2)得(1-1)(1-2)(1-3)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推导 快速平衡假设由假设(1)，由条件(2)，由此可得将式(1-4)、式(1-6)代入式(1-3)可得(1-4)(1-5)(1-6)(1-7)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推导 拟稳态（quasi-steady-state）假设及其条件在初速度范围内，酶浓度E远低于底物浓度S，则酶底物复合物浓度ES也很低除了反应初期的瞬间，ES的变化速率相对于产物浓度P而言可以忽略，即从复合物ES生成产物P是一个很快的过程。因此反应进行一定时间后，复合物ES的积累不随时间而变化Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推导 拟稳态假设反应速率可以表示为根据“拟稳态”假设，定义(1-8)(1-9)(1-10)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推导 拟稳态假设可得又根据物料守恒，将式(1-11)代入式(1-12)得(1-11)(1-12)(1-13)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推导 拟稳态假设将式(1-13)代入式(1-8)得Km 和Ks 的关系为可以说，“快速平衡”假设的米氏方程只是“拟稳态”假设方程中的一种特殊情况(1-14)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素酶浓度的影响在底物浓度足够高的情况下，酶催化反应速率与酶浓度成正比：Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素温度对酶反应速率的影响影响酶的稳定程度，酶蛋白在过高温度下将发生热变性影响最大反应速率，即影响k2影响酶和底物的结合，即影响Ks或k1和k-1影响酶和底物分子中某些解离基团的pKa值Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素最适温度（optimum temparature）酶反应速率随着温度的升高达到一个最大值时所对应的温度它不是酶催化反应的特征值，受作用时间、底物浓度、酶浓度及反应的pH等条件影响温度提高时，在反应速率增加的同时，酶蛋白变性失活的速率也迅速增加，所谓的最适温度，实际上是这两种因素综合影响的结果Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素pH值对酶反应速率的影响多数情况下，酶反应速度随pH的变化呈钟罩形曲线最适pH（optimum pH）酶反应速率随pH变化达到最大值时所对应的pH值不是常数，受许多因素影响Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素pH对酶及其反应系统的影响改变酶空间构象，使酶可逆或不可逆变性失活当酶液的pH值回复到最适pH时，活力可完全恢复的称为可逆失活，反之，则称为不可逆失活改变反应系统的组成成分，主要是影响酶、底物和酶底物复合物的结合/解离状态影响酶活性中心基团的解离状态，使底物不能分解为产物影响酶分子中底物结合部位的解离状态，使其不能与底物结合影响底物的解离状态，使底物不能与酶相结合，或结合后不能生成产物Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素抑制剂对酶反应速率的影响凡能降低酶催化反应速率的物质都称之为抑制剂抑制剂与酶的必需基团（包括活性基团及辅基）结合，改变其结构与性质，引起酶反应速率下降抑制剂对酶有选择性，不包括酶蛋白的水解及变性失活作用酶抑制剂的特点:在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合物Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素抑制类型不可逆抑制抑制剂与酶的活性中心发生了化学反应，或共价地连接到酶分子的必需基团上，阻碍了底物的结合或破坏了酶的催化基团不能用透析或稀释的方法除去抑制剂，酶活性难以恢复。不可逆抑制作用与时间有关可逆抑制抑制剂与酶蛋白以解离平衡为基础，以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失抑制剂可以通过物理方法（如透析等）被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。可逆抑制作用与时间无关Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素可逆抑制作用的类型竞争性抑制（competitive inhibition）非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）反竞争性抑制（uncompetitive inhibitor）Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素竞争性抑制（competitive inhibition）抑制剂In和底物S对游离酶E的结合有竞争作用，互相排斥Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素竞争性抑制动力学推导反应速率方程：采用“拟稳态”假设，(1-15)(1-16)(1-17)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素竞争性抑制动力学推导由式(1-16)和式(1-17)分别有又根据物料守恒，定义解离常数Km 和KIn：(1-18)(1-19)(1-20)(1-21)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素竞争性抑制动力学推导因此将式(1-22)代入式(1-15)得(1-22)(1-23)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素对于竞争性抑制的分析KIn 是EIn复合物的解离常数，KIn 越小，表示抑制强度越大表观米氏常数Km,app比米氏常数Km大，意味着酶与底物亲和力减低Vmax不变，说明竞争性抑制不影响最大反应速率(1-24)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素竞争性抑制的速率曲线Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导致酶活性下降这类物质并不是与底物竞争酶的活性中心，而是与非活性中心结合，所以称为非竞争性抑制剂Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的因素非竞争性抑制的动力学方程由“快速平衡”假设推导出表观最大反应速率(1-25)(1-26)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程酶酶酶酶 和和和和 酶酶酶酶 工工工工 程程程程 概概概概 论论论论影响酶催化作用的