酶動(dòng)力學(xué)分析課件

1、1 酶動(dòng)力學(xué)分析 2 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) n學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的： n1 1、了解酶促反應(yīng)特點(diǎn)及與一般化學(xué)反應(yīng)的區(qū)別。、了解酶促反應(yīng)特點(diǎn)及與一般化學(xué)反應(yīng)的區(qū)別。 n2 2、掌握、掌握0 0、1 1級(jí)和米氏酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及應(yīng)用原理；級(jí)和米氏酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及應(yīng)用原理； n3 3、了解存在抑制時(shí)的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征；、了解存在抑制時(shí)的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征； n4 4、具備固定化酶反應(yīng)中的過程分析能力和、具備固定化酶反應(yīng)中的過程分析能力和內(nèi)外不同內(nèi)外不同 階段階段的固定化酶動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用能力；的固定化酶動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用能力； n5 5、熟悉酶的失活動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)過程中酶失活動(dòng)力學(xué)、熟悉酶的失活動(dòng)力學(xué)與反

2、應(yīng)過程中酶失活動(dòng)力學(xué) 行為。行為。 3 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) n第一節(jié)第一節(jié) 均相酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) n第二節(jié)第二節(jié) 固定化酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)固定化酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) n第三節(jié)第三節(jié) 酶的失活動(dòng)力學(xué)酶的失活動(dòng)力學(xué) 4 酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)（Enzymatic reaction）： 研究酶促反應(yīng)研究酶促反應(yīng)研究生物反應(yīng)的基礎(chǔ)研究生物反應(yīng)的基礎(chǔ) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶催化反應(yīng)機(jī)制酶催化反應(yīng)機(jī)制 對(duì)酶促反應(yīng)速率的規(guī)律對(duì)酶促反應(yīng)速率的規(guī)律 進(jìn)行定性或定量的描述進(jìn)行定性或定量的描述 建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 確定適宜的操作條件確定適宜的操作條件 5 酶促反應(yīng)特征酶促反應(yīng)特征

3、 n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： n反應(yīng)在常溫、常壓、反應(yīng)在常溫、常壓、 中性中性pHpH范圍進(jìn)行，范圍進(jìn)行， 節(jié)能且效率高。節(jié)能且效率高。 n反應(yīng)專一性強(qiáng)，副產(chǎn)反應(yīng)專一性強(qiáng)，副產(chǎn) 物生成少；物生成少； n反應(yīng)體系簡(jiǎn)單，反應(yīng)反應(yīng)體系簡(jiǎn)單，反應(yīng) 最適條件易于控制。最適條件易于控制。 n不足：不足： n反應(yīng)僅限少數(shù)步驟，反應(yīng)僅限少數(shù)步驟， 經(jīng)濟(jì)性差；經(jīng)濟(jì)性差； n反應(yīng)周期較長(zhǎng)；反應(yīng)周期較長(zhǎng)； 6 第一節(jié)第一節(jié) 均相酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) n一、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) n二、單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)二、單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 1 1、米氏方程、米氏方程 2 2、操作參數(shù)對(duì)酶促反應(yīng)的影響、操作參

4、數(shù)對(duì)酶促反應(yīng)的影響 3 3、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 n三、多底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)三、多底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 7 n均相酶催化反應(yīng)均相酶催化反應(yīng): 指酶與反應(yīng)物系指酶與反應(yīng)物系同處液相同處液相的酶催化的酶催化 反應(yīng)反應(yīng). 因此因此不存在不存在相間的相間的物質(zhì)傳遞物質(zhì)傳遞. n均相酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)所描述的反應(yīng)均相酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)所描述的反應(yīng) 速率與反應(yīng)物系的基本關(guān)系速率與反應(yīng)物系的基本關(guān)系,反映了該反映了該 反應(yīng)過程的反應(yīng)過程的本征動(dòng)力學(xué)本征動(dòng)力學(xué)關(guān)系關(guān)系,而且酶與而且酶與 反應(yīng)物的反應(yīng)是反應(yīng)物的反應(yīng)是分子水平分子水平上的反應(yīng)上的反應(yīng). 8 一、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、酶

5、促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 影響酶促反應(yīng)的因素：影響酶促反應(yīng)的因素： 濃度濃度： 酶濃度酶濃度 底物濃度底物濃度 外部因素（環(huán)境因素）：外部因素（環(huán)境因素）： 溶液的介電常數(shù)溶液的介電常數(shù) 與離子強(qiáng)度與離子強(qiáng)度 壓力壓力 溫度溫度 pH值值 內(nèi)部因素（結(jié)構(gòu)因素）：內(nèi)部因素（結(jié)構(gòu)因素）： 底物濃度及效應(yīng)物底物濃度及效應(yīng)物 酶結(jié)構(gòu)酶結(jié)構(gòu) 產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度 9 n零級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng) 酶促反應(yīng)速率與底物濃度無關(guān)。酶促反應(yīng)速率與底物濃度無關(guān)。 max d S r dt 式中：式中：S底物濃度；底物濃度； rmax最大反應(yīng)速率。最大反應(yīng)速率。 （3-1） 10 n一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng) 酶促反應(yīng)速率與底物濃度的一次方成正比

6、。酶促反應(yīng)速率與底物濃度的一次方成正比。 酶催化酶催化AB的反應(yīng)的反應(yīng) 10 () db k ab dt 式中：式中： 一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)；一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)； 底物底物A的初始濃度；的初始濃度； bt時(shí)產(chǎn)物時(shí)產(chǎn)物B的濃度。的濃度。 1 k 0 a （3-2） 11 n二級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng) 酶催化酶催化A+BC的反應(yīng)的反應(yīng) 200 ()() dc k ac bc dt 式中：式中： 二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)；二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)； 底物底物A和底物和底物B的初始濃度；的初始濃度； ct時(shí)產(chǎn)物時(shí)產(chǎn)物C的濃度。的濃度。 積分上式，得：積分上式，得： 2 k 00 ,a b 00 2 0000 ()1 ln () b

7、ac k t aba bc （3-3） （3-4） 12 n連鎖反應(yīng)連鎖反應(yīng) 酶催化酶催化A B C的反應(yīng)的反應(yīng) 1 12 2 da k a dt db k ak b dt dc k a dt 式中：式中： A，B，C的濃度；的濃度； 各步反應(yīng)的速率常數(shù)；各步反應(yīng)的速率常數(shù)； 12 ,k k , ,a b c （3-5） （3-6） 2 k 1 k （3-7） 13 n如果如果A的初始濃度為的初始濃度為a0， B和和C的初始濃度為的初始濃度為0， 并且并且a+b+c=a0，則可求得：，則可求得： 1 12 12 0 10 21 0 21 21 () (1)(1) k t k tk t k tk

8、 t aa e k a bee kk a ckeke kk （3-8） （3-9） （3-10） 14 二、單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)二、單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) n單底物酶促反應(yīng)指一種反應(yīng)物（底物）參單底物酶促反應(yīng)指一種反應(yīng)物（底物）參 與的不可逆反應(yīng)。如：水解酶、異構(gòu)酶和與的不可逆反應(yīng)。如：水解酶、異構(gòu)酶和 多數(shù)裂解酶催化的反應(yīng)。多數(shù)裂解酶催化的反應(yīng)。 n1、米氏方程、米氏方程 n Henri中間復(fù)合物學(xué)說中間復(fù)合物學(xué)說 n Michaelis-Menten方程方程 n Briggs-Haldane方程方程 n動(dòng)力學(xué)特征（米氏方程的討論）動(dòng)力學(xué)特征（米氏方程的討論） n動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求取動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求

9、取 15 Henri Henri中間復(fù)合物學(xué)說：中間復(fù)合物學(xué)說： n式中：式中： nefree游離酶；游離酶； nCS底物濃度；底物濃度； nCES 酶酶-底物復(fù)合物濃度；底物復(fù)合物濃度； nCP產(chǎn)物濃度；產(chǎn)物濃度； nK+1酶與底物形成復(fù)合物的反應(yīng)速度常數(shù)；酶與底物形成復(fù)合物的反應(yīng)速度常數(shù)； nK-1復(fù)合物解離為酶和底物的反應(yīng)速度常數(shù)；復(fù)合物解離為酶和底物的反應(yīng)速度常數(shù)； nK+2ES復(fù)合物分解生成產(chǎn)物的反應(yīng)速度常數(shù)。復(fù)合物分解生成產(chǎn)物的反應(yīng)速度常數(shù)。 PE k k +1 -1 ES +2k ES 16 n反應(yīng)速率：反應(yīng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位反應(yīng)體系中某一組單位時(shí)間、單位反應(yīng)體系中某一組 分的

10、變化量來表示。對(duì)均相酶催化反應(yīng)，單位分的變化量來表示。對(duì)均相酶催化反應(yīng)，單位 反應(yīng)體系常用單位體積表示。反應(yīng)速率為：反應(yīng)體系常用單位體積表示。反應(yīng)速率為： 1 , S S dC r Vdt 1 P P dC r Vdt 式中：rs 底物S的消耗速率，mol/(L.s); rP產(chǎn)物P的生成速率， mol/(L.s); V反應(yīng)體系的體積，L； CS底物S的物質(zhì)的量，mol； CP產(chǎn)物P的物質(zhì)的量，mol； t時(shí)間，s； 17 n根據(jù)根據(jù)質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律，P的生成速率可表示為：的生成速率可表示為： ( 3-11 ) 式中：式中： CES 中間復(fù)合物中間復(fù)合物ES的濃度，它的濃度，它 為一難測(cè)

11、定的未知量，因而不能用它為一難測(cè)定的未知量，因而不能用它 來表示最終的速率方程。來表示最終的速率方程。 2PES rk C 18 對(duì)上述反應(yīng)機(jī)理，推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方對(duì)上述反應(yīng)機(jī)理，推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方 程時(shí)的三點(diǎn)假設(shè)：程時(shí)的三點(diǎn)假設(shè)： n（1）在反應(yīng)過程中，酶的濃度保持恒定，即：）在反應(yīng)過程中，酶的濃度保持恒定，即： CE0=CE+CES。 n（2）與底物濃度）與底物濃度CS相比，酶的濃度是很小的，相比，酶的濃度是很小的， 因而可以忽略由于生成中間復(fù)合物因而可以忽略由于生成中間復(fù)合物ES而消耗而消耗 的底物。的底物。 n（3）產(chǎn)物的濃度是很低的，因而產(chǎn)物的抑制）產(chǎn)物的濃度是很低的，因而產(chǎn)物的抑制 作用可以忽

12、略，也不必考慮作用可以忽略，也不必考慮P+EES這個(gè)逆這個(gè)逆 反應(yīng)的存在。反應(yīng)的存在。 n據(jù)此假設(shè)所確定的方程僅適用于反應(yīng)初始狀態(tài)。據(jù)此假設(shè)所確定的方程僅適用于反應(yīng)初始狀態(tài)。 19 Michaelis-MentenMichaelis-Menten方程方程推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程： n“快速平衡學(xué)說快速平衡學(xué)說”（rapid equilirium）: 假設(shè)：酶與底物反應(yīng)生成復(fù)合物假設(shè)：酶與底物反應(yīng)生成復(fù)合物, ,和復(fù)合物又和復(fù)合物又 解離成酶和底物的反應(yīng)之間快速建立平衡解離成酶和底物的反應(yīng)之間快速建立平衡, ,而而 復(fù)合物解離成產(chǎn)物和酶復(fù)合物解離成產(chǎn)物和酶, ,即即ESE+PESE+P是整個(gè)反應(yīng)是整個(gè)

13、反應(yīng) 的限速步驟，即由酶和底物反應(yīng)生成中間復(fù)合的限速步驟，即由酶和底物反應(yīng)生成中間復(fù)合 物的可逆反應(yīng)在初速度測(cè)定時(shí)間內(nèi)已經(jīng)達(dá)到平物的可逆反應(yīng)在初速度測(cè)定時(shí)間內(nèi)已經(jīng)達(dá)到平 衡。衡。 20 n根據(jù)上述假設(shè)和式（根據(jù)上述假設(shè)和式（3-11），有），有: 2ES SP P Ck dt dC dt dC r 和和 11ESSE CkCCk 或表示為：或表示為： S ES S S ES E C C K C C k k C 1 1 式中：式中：CE游離酶的濃度，游離酶的濃度，mol/L； CS底物的濃度，底物的濃度，mol/L; KS解離常數(shù)，解離常數(shù)， mol/L; 21 n反應(yīng)體系中酶的總濃度反應(yīng)體系中

14、酶的總濃度CE0為：為： 0 ESEE CCC )1 ( 0 S S ESES S ES SE C K CC C C KC 所以：所以： 即：即： SS SE ES KC CC C 0 SS SP SS SE P CK Cr CK CCk r max,2 0 ( 3-12 ) 式中：式中： r P,max產(chǎn)物的最大生成速率，產(chǎn)物的最大生成速率，mol/(L . s); CE0酶的總濃度，亦為酶的初始濃度，酶的總濃度，亦為酶的初始濃度，mol/L; 22 n式（式（3-12）即米氏方程，式中的兩個(gè)動(dòng)）即米氏方程，式中的兩個(gè)動(dòng) 力學(xué)參數(shù)是力學(xué)參數(shù)是KS和和rP,max。其中：。其中： 1 1 ES

15、 ES S C CC k k K KS表示了酶與底物相互作用的特性。表示了酶與底物相互作用的特性。KS的單位和的單位和CS的單位相同，的單位相同， 當(dāng)當(dāng)rP=1/2 rP,max 時(shí)，存在時(shí)，存在KS=CS關(guān)系。關(guān)系。 rP,max =k+2CE0。表示當(dāng)全部酶都呈復(fù)合物狀態(tài)時(shí)的反應(yīng)速率。表示當(dāng)全部酶都呈復(fù)合物狀態(tài)時(shí)的反應(yīng)速率。 k+2又叫酶的轉(zhuǎn)換數(shù)。表示單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)酶分子所能催化底又叫酶的轉(zhuǎn)換數(shù)。表示單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)酶分子所能催化底 物發(fā)生反應(yīng)的分子數(shù)，因次，它表示酶催化反應(yīng)能力的大小，物發(fā)生反應(yīng)的分子數(shù)，因次，它表示酶催化反應(yīng)能力的大小， 不同的酶反應(yīng)其值不同。不同的酶反應(yīng)其值不同。 rP

16、,max正比于酶的初始濃度正比于酶的初始濃度CE0。實(shí)際應(yīng)用中將。實(shí)際應(yīng)用中將k+2和和CE0合并應(yīng)合并應(yīng) 用為一個(gè)參數(shù)。用為一個(gè)參數(shù)。 23 Briggs-Haldane Briggs-Haldane方程方程 n19251925年，年，BriggsBriggs和和HaldaneHaldane對(duì)米氏方程的推導(dǎo)作了對(duì)米氏方程的推導(dǎo)作了 一項(xiàng)很重要的修正。他們認(rèn)為，當(dāng)一項(xiàng)很重要的修正。他們認(rèn)為，當(dāng)k k+2 +2 k k-1 -1時(shí)米氏時(shí)米氏 假設(shè)中的快速平衡（假設(shè)中的快速平衡（ripid equilibriumripid equilibrium）不一定能夠）不一定能夠 成立，所以，不能用上述成立

17、，所以，不能用上述“平衡學(xué)說平衡學(xué)說”推導(dǎo)。即當(dāng)推導(dǎo)。即當(dāng) 從中間復(fù)合物生成產(chǎn)物的速率與其分解成酶和底物從中間復(fù)合物生成產(chǎn)物的速率與其分解成酶和底物 的速率相差不大時(shí)，米氏方程的平衡假設(shè)不適用。的速率相差不大時(shí)，米氏方程的平衡假設(shè)不適用。 他們提出了他們提出了“擬穩(wěn)態(tài)擬穩(wěn)態(tài)”假設(shè)，認(rèn)為由于反應(yīng)體系中假設(shè)，認(rèn)為由于反應(yīng)體系中 底物濃度要比酶的濃度高的多，中間復(fù)合物分解時(shí)底物濃度要比酶的濃度高的多，中間復(fù)合物分解時(shí) 所產(chǎn)生的酶又立即與底物相結(jié)合，從而使反應(yīng)體系所產(chǎn)生的酶又立即與底物相結(jié)合，從而使反應(yīng)體系 中復(fù)合物濃度維持不變，即中間復(fù)合物的濃度不隨中復(fù)合物濃度維持不變，即中間復(fù)合物的濃度不隨 時(shí)間

18、而變化。時(shí)間而變化。 24 n根據(jù)反應(yīng)機(jī)理和上述假設(shè)，有下述方程式：根據(jù)反應(yīng)機(jī)理和上述假設(shè)，有下述方程式： 2ES P Ck dt dC 11ESSE S CkCCk dt dC 0 211 ESESSE ES CkCkCCk dt dC 又因?yàn)橛校河忠驗(yàn)橛校?0 ESEE CCC 所以：所以： S SE ES C k kk CC C 1 21 0 25 n式中：式中：Km米氏常數(shù)，米氏常數(shù)，mol/L; nKm與與Ks的關(guān)系為：的關(guān)系為： Sm SP S SE P CK Cr C k kk CCk r max, 1 21 2 0 ( 3-13) 1 2 1 21 k k K k kk K S

19、m ( 3-14 ) 當(dāng)當(dāng)k+2k-1時(shí)，時(shí)，Km=Ks，即生成產(chǎn)物的速率大，即生成產(chǎn)物的速率大 大慢于酶底物復(fù)合物解離的速率。大慢于酶底物復(fù)合物解離的速率。 Km值的大小與酶、反應(yīng)物系的特性以及反應(yīng)條值的大小與酶、反應(yīng)物系的特性以及反應(yīng)條 件有關(guān)。件有關(guān)。 26 某些酶促反應(yīng)的某些酶促反應(yīng)的Km值：值：P30表表3-1 M-M方程與方程與B-H方程比較見下表方程比較見下表 27 n在在M-M方程和方程和B-H方程的推導(dǎo)中都假設(shè)方程的推導(dǎo)中都假設(shè)CE0CS0，因，因 而而CES值也很小。如果酶的濃度很高，值也很小。如果酶的濃度很高， CES值在反應(yīng)值在反應(yīng) 過程中有可能是很高的。若仍然采用上述

20、方程會(huì)帶來過程中有可能是很高的。若仍然采用上述方程會(huì)帶來 較大誤差。此時(shí)物料平衡和速率方程可表示為：較大誤差。此時(shí)物料平衡和速率方程可表示為： 0 ESEE CCC PESSS CCCC 0 11 )( 00 ESPESSESE S CkCCCCCk dt dC 211 )()( 00 ESPESSESE ES CkkCCCCCk dt dC 2ES P Ck dt dC 28 動(dòng)力學(xué)特征（米氏方程的討論）動(dòng)力學(xué)特征（米氏方程的討論） n根據(jù)米氏方程，根據(jù)米氏方程， 酶反應(yīng)的速度酶反應(yīng)的速度 與底物濃度的與底物濃度的 關(guān)系為一雙曲關(guān)系為一雙曲 線，線，P30P30圖圖3-13-1。 該曲線表示

21、了該曲線表示了 三個(gè)不同動(dòng)力三個(gè)不同動(dòng)力 學(xué)特點(diǎn)的區(qū)域。學(xué)特點(diǎn)的區(qū)域。 29 n當(dāng)當(dāng)CSKm，即底物濃度比，即底物濃度比Km值小很多時(shí)，該值小很多時(shí)，該 曲線近似為一直線。表示反應(yīng)速率與底物濃度曲線近似為一直線。表示反應(yīng)速率與底物濃度 近似成正比關(guān)系，此時(shí)酶催化反應(yīng)成為一級(jí)反近似成正比關(guān)系，此時(shí)酶催化反應(yīng)成為一級(jí)反 應(yīng)速率方程。應(yīng)速率方程。 S m S S KC K Cr r max 當(dāng)當(dāng)Km值很大時(shí)，大部分酶為游離態(tài)的酶，而值很大時(shí)，大部分酶為游離態(tài)的酶，而CES 的量很少。要想提高反應(yīng)速率，只有通過提高的量很少。要想提高反應(yīng)速率，只有通過提高CS值，值， 進(jìn)而提高進(jìn)而提高CES，才能使反應(yīng)

22、速率加快。因而此時(shí)反，才能使反應(yīng)速率加快。因而此時(shí)反 應(yīng)速率主要取決于底物濃度的變化。應(yīng)速率主要取決于底物濃度的變化。 將上式進(jìn)行重排，積分，可以推出將上式進(jìn)行重排，積分，可以推出 S S m C C Ktr 0 ln max ( 3-15 ) 30 式中：式中：CS0底物的初始濃度，底物的初始濃度，mol/L; 這個(gè)原理在酶法分析中被應(yīng)用。利用這個(gè)原理在酶法分析中被應(yīng)用。利用 酶測(cè)定底物時(shí)，可使用足夠量的酶以酶測(cè)定底物時(shí)，可使用足夠量的酶以 便在較短時(shí)間內(nèi)，使反應(yīng)達(dá)到完全。便在較短時(shí)間內(nèi)，使反應(yīng)達(dá)到完全。 這樣測(cè)定形成的產(chǎn)物總量就與待測(cè)物這樣測(cè)定形成的產(chǎn)物總量就與待測(cè)物 的量相等或相關(guān)。的量

23、相等或相關(guān)。 t K r CC m SS max exp 0 31 n當(dāng)當(dāng)CSKm時(shí)，該曲線近似為一水平線，表示時(shí)，該曲線近似為一水平線，表示 當(dāng)?shù)孜餄舛壤^續(xù)增加時(shí)，反應(yīng)速率變化不大。當(dāng)?shù)孜餄舛壤^續(xù)增加時(shí)，反應(yīng)速率變化不大。 此時(shí)酶反應(yīng)可視為此時(shí)酶反應(yīng)可視為零級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速率將不隨，反應(yīng)速率將不隨 底物濃度的變化而變化。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)孜餄舛鹊淖兓兓?。這是因?yàn)楫?dāng)Km值很值很 小時(shí)，絕大多數(shù)酶呈復(fù)合物狀態(tài)，反應(yīng)體系內(nèi)小時(shí)，絕大多數(shù)酶呈復(fù)合物狀態(tài)，反應(yīng)體系內(nèi) 游離的酶很少，因而即使提高底物的濃度，也游離的酶很少，因而即使提高底物的濃度，也 不能提高其反應(yīng)速率。不能提高其反應(yīng)速率。 max

24、rr S ( 3-16) SS CCtr 0 max trCC SSmax 0 即：即： 或：或： 32 n當(dāng)當(dāng)CS與與Km的數(shù)量關(guān)系處于上述兩者之間的范的數(shù)量關(guān)系處于上述兩者之間的范 圍時(shí)，即符合米氏方程所表示的關(guān)系式。在圍時(shí)，即符合米氏方程所表示的關(guān)系式。在 t=0時(shí)，時(shí)，CS=CS0，對(duì)（，對(duì)（2-13）式積分得到：）式積分得到： S S mSS C C KCCtr 0 0 ln)( max S mSS X KXCtr 1 1 ln 0 max 或：或： 式中：式中： 0 0 S SS S C CC X ，XS為底物轉(zhuǎn)化率。為底物轉(zhuǎn)化率。 Levenspiel提出亦可用冪函數(shù)形式表示米氏

25、方程，為：提出亦可用冪函數(shù)形式表示米氏方程，為： Sm m CK K SS Crr max 33 n總結(jié)：總結(jié)： nM-M方程平衡假設(shè)：方程平衡假設(shè)： 游離態(tài)酶濃度 復(fù)合態(tài)酶濃度 s S S ESE ES ESSESE ESSE K C C k k CC C CkCCCk CkCCk 1 1 11 11 0 0 B-H方程擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)：方程擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)： 游離態(tài)酶濃度 復(fù)合態(tài)酶濃度 m S S ESE ES ESSESE ESESSESE K C C kk k CC C kkCCCCk CKCkCCCk 21 1 211 211 0 0 0 )()( 0)( 34 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求取動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求取

26、 n將米氏方程線性化，用作圖法求取動(dòng)力將米氏方程線性化，用作圖法求取動(dòng)力 學(xué)參數(shù)學(xué)參數(shù)rmax（或（或k+2）和）和Km值。值。 nA、Lineweaker-Burk法（法（L-B法）法） nB、Hanes-Woolf法（法（H-W法）法） nC、Eadie-Hofstee法（法（E-H法）法） nD、積分法、積分法 35 A A、Lineweaker-BurkLineweaker-Burk法（法（L-BL-B法）法） n將米氏方程取倒數(shù)，得到：將米氏方程取倒數(shù)，得到： S m S Cr K rr 111 maxmax 以以1/rs對(duì)對(duì)1/CS作圖得一直線，斜率為作圖得一直線，斜率為Km/rm

27、ax， 直線與縱軸交于直線與縱軸交于1/rmax，與橫軸交于，與橫軸交于-1/Km。此。此 法稱雙倒數(shù)圖解法。見圖法稱雙倒數(shù)圖解法。見圖2-2（a）。）。 36 B B、Hanes-WoolfHanes-Woolf法（法（H-WH-W法）法） n上式兩邊均乘以上式兩邊均乘以CS，得到：，得到： max S max m S S r C r K r C 以以CS/rS對(duì)對(duì)CS作圖，得一直線，斜率為作圖，得一直線，斜率為1/rmax，直線，直線 與縱軸交點(diǎn)為與縱軸交點(diǎn)為Km/rmax，與橫軸交點(diǎn)為，與橫軸交點(diǎn)為-Km。 見圖見圖2-2（b）。）。 37 C C、Eadie-HofsteeEadie-

28、Hofstee法（法（E-HE-H法）法） n將米氏方程重排為：將米氏方程重排為： S S mS C r Krr max 以以rS對(duì)對(duì)rS/CS作圖，得一直線，斜率為作圖，得一直線，斜率為-Km， 與縱軸交點(diǎn)為與縱軸交點(diǎn)為rmax，與橫軸交點(diǎn)為，與橫軸交點(diǎn)為rmax/Km。 見圖見圖2-2（c） 38 D、積分法、積分法 n將動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的時(shí)間與濃度數(shù)據(jù)直接代入將動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的時(shí)間與濃度數(shù)據(jù)直接代入 米氏方程的積分形式，經(jīng)整理得到：米氏方程的積分形式，經(jīng)整理得到： mSSmSS S S KCC t K r CC C C 1 ln 00 0 max SS S S CC C C 0 0 l

29、n 與與 SS CC t 0 對(duì)應(yīng)作圖，得到圖對(duì)應(yīng)作圖，得到圖2-2（d） 39 應(yīng)用直線作圖法求取動(dòng)力學(xué)參數(shù)：應(yīng)用直線作圖法求取動(dòng)力學(xué)參數(shù)： 40 n練習(xí)：練習(xí)： nP31P31例例3-33-3葡萄糖在葡萄糖異構(gòu)酶存在時(shí)葡萄糖在葡萄糖異構(gòu)酶存在時(shí) 轉(zhuǎn)化為果糖的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在平衡轉(zhuǎn)化為果糖的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在平衡 狀態(tài)下，底物和產(chǎn)物都有相當(dāng)?shù)牧浚貭顟B(tài)下，底物和產(chǎn)物都有相當(dāng)?shù)牧浚?須考慮逆反應(yīng)。須考慮逆反應(yīng)。 n請(qǐng)參見解題和請(qǐng)參見解題和生物反應(yīng)器工程生物反應(yīng)器工程P11P11， 三、可逆反應(yīng)，雙底物反應(yīng)和輔因子活三、可逆反應(yīng)，雙底物反應(yīng)和輔因子活 化動(dòng)力學(xué)?；瘎?dòng)力學(xué)。 41 2、操作參數(shù)

30、對(duì)酶促反應(yīng)的影響、操作參數(shù)對(duì)酶促反應(yīng)的影響 n在諸多影響酶催化活性的因素中，比較重在諸多影響酶催化活性的因素中，比較重 要的有要的有pH值、溫度、流體力、化學(xué)試劑和值、溫度、流體力、化學(xué)試劑和 輻射（聲、光等）。其中最常遇到，影響輻射（聲、光等）。其中最常遇到，影響 最大的是最大的是pH值和溫度的作用。值和溫度的作用。 npH值的影響值的影響 n溫度的影響溫度的影響 42 pH值的影響值的影響 構(gòu)成酶蛋白的氨基酸含構(gòu)成酶蛋白的氨基酸含 有堿性、中性和酸性基團(tuán)。有堿性、中性和酸性基團(tuán)。 在一定的在一定的pHpH值下，酶具有值下，酶具有 帶正電荷基團(tuán)也帶有負(fù)電荷帶正電荷基團(tuán)也帶有負(fù)電荷 基團(tuán)，而這

31、些基團(tuán)常是構(gòu)成基團(tuán)，而這些基團(tuán)常是構(gòu)成 活性點(diǎn)的部分。一種酶往往活性點(diǎn)的部分。一種酶往往 只是在一種特定的電荷狀態(tài)只是在一種特定的電荷狀態(tài) 下才具有催化活性。隨著下才具有催化活性。隨著 pHpH值的變化，具有這種特值的變化，具有這種特 定電荷狀態(tài)的酶只占有總酶定電荷狀態(tài)的酶只占有總酶 的或多或少的一部分，酶的的或多或少的一部分，酶的 相對(duì)活力有一個(gè)最大值，即相對(duì)活力有一個(gè)最大值，即 相對(duì)活力相對(duì)活力-pH-pH曲線常呈鐘罩曲線常呈鐘罩 形，見圖。形，見圖。 43 n根據(jù)以上分析，根據(jù)以上分析，Michaelis對(duì)對(duì)pH值與酶活力的關(guān)值與酶活力的關(guān) 系提出系提出三狀態(tài)模型三狀態(tài)模型的假設(shè)，基本點(diǎn)

32、如下：的假設(shè)，基本點(diǎn)如下： n1、假定酶分子有兩個(gè)可解離的基團(tuán)，隨著、假定酶分子有兩個(gè)可解離的基團(tuán)，隨著pH值值 的變化，分別呈現(xiàn)出的變化，分別呈現(xiàn)出EH2、EH-及及E2-三種狀態(tài)，即：三種狀態(tài)，即： EH2 EH- E2- -H + +H + -H + +H + n酸性條件下，酶呈酸性條件下，酶呈EH2狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)；當(dāng)pH增加，酶以增加，酶以EH-狀狀 態(tài)存在；當(dāng)態(tài)存在；當(dāng)pH繼續(xù)增加，酶以繼續(xù)增加，酶以E2-狀態(tài)存在。狀態(tài)存在。 n2、上述三種解離狀態(tài)中，只有、上述三種解離狀態(tài)中，只有EH-型具有催化活性。型具有催化活性。 n3、底物、底物S的解離狀態(tài)不變。的解離狀態(tài)不變。 n4、速率控

33、制步驟為由、速率控制步驟為由EHS-生成產(chǎn)物生成產(chǎn)物P的速率。的速率。 44 n反應(yīng)機(jī)理式可表示為：反應(yīng)機(jī)理式可表示為： k-1 k+2 EH 2 2 S+EH - E 2- EHS - ES 2- EH S k+1 Ka Kb K K a b EH +P - 根據(jù)酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一般原理，可有下述的基本關(guān)系式：根據(jù)酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一般原理，可有下述的基本關(guān)系式： 0 dt dC EHS ( 3-29 ) 2 2 2 20ESEHS SEH EEH EHE CCCCCCC ( 3-30 ) 2 SP EHS rrk C ( 3-31 ) 45 n若定義：若定義： n經(jīng)整理可得到下式：經(jīng)整理

34、可得到下式： n式中：式中：Ka、Ka,、Kb、Kb,電離平衡常數(shù)，氫離子濃度。電離平衡常數(shù)，氫離子濃度。 n CH+氫離子濃度。氫離子濃度。 , 2 EH HEH a C CC K EH HE b C CC K 2 , 2S EH HEHS a C CC K 2 EHS HES b C CC K ( 3-3235 ) 0 2 2 12 ES P EHS mS k C C rk C f Kf C Sm S Sm S CK Cr C f f K C f r max 2 1 2 max ( 3-36 ) ,1 1 H b a H C K K C f 2 1 bH a H C K f KC 46 n

35、由上式可以看由上式可以看 出，出，f f1 1和和f f2 2均與均與 pHpH值有關(guān)。值有關(guān)。 P21P21圖圖2-32-3表示表示 了了pHpH值的變化值的變化 對(duì)反應(yīng)速率相對(duì)反應(yīng)速率相 對(duì)值的影響。對(duì)值的影響。 從該圖可以看從該圖可以看 出，對(duì)酶催化出，對(duì)酶催化 反應(yīng)適宜的反應(yīng)適宜的pHpH 值約處于值約處于6 69 9 之間。之間。 圖圖3-3 47 溫度的影響溫度的影響 n溫度對(duì)酶催化反應(yīng)的影響是，在較低的溫度范溫度對(duì)酶催化反應(yīng)的影響是，在較低的溫度范 圍內(nèi)，反應(yīng)速率隨著溫度的升高而加快，超過圍內(nèi)，反應(yīng)速率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，某一溫度，

36、即酶被加熱到生理允許溫度以上， 酶的反應(yīng)速率反而隨著溫度的上升而下降。這酶的反應(yīng)速率反而隨著溫度的上升而下降。這 是因?yàn)闇囟壬?，雖然可加速酶的催化反應(yīng)速是因?yàn)闇囟壬撸m然可加速酶的催化反應(yīng)速 率，同時(shí)也加快了酶的失活速率。率，同時(shí)也加快了酶的失活速率。 n在適宜的溫度內(nèi)，酶催化反應(yīng)速率常數(shù)中的在適宜的溫度內(nèi)，酶催化反應(yīng)速率常數(shù)中的 k+2與溫度的關(guān)系符合與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程。方程。 48 n即：即： n式中：式中： nA指前因子；指前因子； nEa反應(yīng)活化能；反應(yīng)活化能； nR氣體常數(shù)；氣體常數(shù)； T絕對(duì)溫度；絕對(duì)溫度； )exp( 2 RTEAk a ( 3-37) 如

37、果以如果以lgklgk+2 +2對(duì) 對(duì)1/T1/T對(duì)對(duì) 應(yīng)作圖，可得一直應(yīng)作圖，可得一直 線，由該直線的斜線，由該直線的斜 率可求得活化能率可求得活化能EaEa 值，該直線是以肌值，該直線是以肌 球蛋白酶催化的球蛋白酶催化的ATPATP 水解反應(yīng)的數(shù)據(jù)做水解反應(yīng)的數(shù)據(jù)做 出的。出的。 圖圖2-4 49 n酶反應(yīng)的酶反應(yīng)的EaEa值，通常是正值，如能服從值，通常是正值，如能服從 式（式（3-373-37），當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)速率），當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)速率 應(yīng)會(huì)不斷地增大，但實(shí)際上并非如此，應(yīng)會(huì)不斷地增大，但實(shí)際上并非如此， 該式只局限于比較狹小的較低溫度范圍該式只局限于比較狹小的較低溫度范圍 內(nèi)

38、才成立。在較高的溫度范圍內(nèi)，酶因內(nèi)才成立。在較高的溫度范圍內(nèi)，酶因 熱失活，具有活性的酶量減少，因而使熱失活，具有活性的酶量減少，因而使 反應(yīng)速率下降。因此出現(xiàn)一最佳的溫度反應(yīng)速率下降。因此出現(xiàn)一最佳的溫度 范圍。范圍。P35P35圖圖3-43-4中曲線中曲線a a表示的是過氧化表示的是過氧化 氫酶催化氫酶催化H H2 2OO2 2分解時(shí)反應(yīng)速率與溫度的分解時(shí)反應(yīng)速率與溫度的 關(guān)系，該反應(yīng)的反應(yīng)速率也就是氧的產(chǎn)關(guān)系，該反應(yīng)的反應(yīng)速率也就是氧的產(chǎn) 生速率。生速率。 50 3 3、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 n酶反應(yīng)速率降低的原因：酶反應(yīng)速率降低的原因： n失活失活指物

39、理或化學(xué)因素部分或全部破壞了指物理或化學(xué)因素部分或全部破壞了 酶的三維結(jié)構(gòu)，引起酶的變性，導(dǎo)致酶部分或酶的三維結(jié)構(gòu)，引起酶的變性，導(dǎo)致酶部分或 全部喪失活性。全部喪失活性。 n抑制抑制指在酶不變性條件下，由于活性中心指在酶不變性條件下，由于活性中心 化學(xué)性質(zhì)的改變而引起的酶活性的降低或喪失。化學(xué)性質(zhì)的改變而引起的酶活性的降低或喪失。 n抑制劑抑制劑導(dǎo)致抑制作用產(chǎn)生的物質(zhì)稱為酶抑導(dǎo)致抑制作用產(chǎn)生的物質(zhì)稱為酶抑 制劑。制劑。 51 抑制作用：抑制作用： 可逆抑制：可逆抑制：不可逆抑制：不可逆抑制： 競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制 混合型抑制混合型抑制 52

40、 競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué) n若在反應(yīng)體系中存在有與若在反應(yīng)體系中存在有與底物底物 結(jié)構(gòu)相類似的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)相類似的物質(zhì)，該物質(zhì)也該物質(zhì)也 能在酶的活性部位能在酶的活性部位 上結(jié)合，從上結(jié)合，從 而阻礙了酶與底物的結(jié)合，使而阻礙了酶與底物的結(jié)合，使 酶催化底物的反應(yīng)速率下降。酶催化底物的反應(yīng)速率下降。 這種抑制稱為這種抑制稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制。該。該 物質(zhì)稱為物質(zhì)稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 n主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)： n抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性 部位，當(dāng)抑制劑與酶的活性部位，當(dāng)抑制劑與酶的活性 部位結(jié)合后，底物不能再與部位結(jié)合后，底物不能再與 酶結(jié)合，反之亦然

41、。酶結(jié)合，反之亦然。 E S I 53 n如： n競(jìng)爭(zhēng)性抑制的機(jī)理為：競(jìng)爭(zhēng)性抑制的機(jī)理為： n式中：I-抑制劑 n EI-非活性復(fù)合物 延胡索酸琥珀酸 琥珀酸脫氫酶 SE PE IE EI ES +2k k k-1 +1 k k +3 -3 丙二酸丙二酸 54 n反應(yīng)中底物的反應(yīng)速率方程為反應(yīng)中底物的反應(yīng)速率方程為 n根據(jù)穩(wěn)態(tài)假設(shè)，可列出下述方程：根據(jù)穩(wěn)態(tài)假設(shè)，可列出下述方程： n式中：式中：CI-抑制劑濃度抑制劑濃度 n CEI-非活性復(fù)合物濃度非活性復(fù)合物濃度 2ESSI Ckr 0)( 211 ESSE ES CkkCCk dt dC 0 33 EIIE EI CkCCk dt dC 0

42、 EIESEE CCCC 55 n前面公式經(jīng)整理可得下式前面公式經(jīng)整理可得下式： smI S S I I m s SI CK Cr C K C K Cr r maxmax 1 式中：式中：rSI有抑制時(shí)的反應(yīng)速率，有抑制時(shí)的反應(yīng)速率，mol/(L.s); KmI 有競(jìng)爭(zhēng)性抑制時(shí)的米氏常數(shù)，有競(jìng)爭(zhēng)性抑制時(shí)的米氏常數(shù)，mol/(L.s); KI抑制劑的解離常數(shù)，抑制劑的解離常數(shù)， mol/L; 競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)的主要特點(diǎn)是米氏常數(shù)值的改變。競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)的主要特點(diǎn)是米氏常數(shù)值的改變。 當(dāng)當(dāng)CI增加或增加或KI減小，都將使減小，都將使KmI值增大，使酶與底物值增大，使酶與底物 的結(jié)合能力下降，活性

43、復(fù)合物減少，因而使底物反應(yīng)的結(jié)合能力下降，活性復(fù)合物減少，因而使底物反應(yīng) 速率下降。速率下降。 （2-竟抑制）竟抑制） 56 無抑制與競(jìng)爭(zhēng)性抑制的反應(yīng)速率無抑制與競(jìng)爭(zhēng)性抑制的反應(yīng)速率 與底物濃度的關(guān)系曲線圖：與底物濃度的關(guān)系曲線圖： 57 n對(duì)（對(duì)（2-竟抑制）式取倒數(shù)，得到：竟抑制）式取倒數(shù)，得到： SI Im SI CK C r K rr 1 1 11 maxmax S mI SI Cr K rr 111 maxmax 或：或： 以以1/rSI對(duì)對(duì)1/CS作圖，可得到一直線，該直線的斜率作圖，可得到一直線，該直線的斜率 為為KmI /rmax，與縱軸交點(diǎn)為，與縱軸交點(diǎn)為1/rmax，與橫軸

44、交點(diǎn)為，與橫軸交點(diǎn)為- 1/KmI。又：。又： I I m m I I mmI C K K K K C KK 1 以以KmI對(duì)對(duì)CI作圖，并根據(jù)此圖求出作圖，并根據(jù)此圖求出Km和和KI值。值。 58 競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)參數(shù)求取圖競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)參數(shù)求取圖： 59 n抑制劑的解離常數(shù)抑制劑的解離常數(shù)KI可表示為可表示為： n由此可看出，由此可看出，K KI I愈小，表明抑制劑與酶的結(jié)合愈小，表明抑制劑與酶的結(jié)合 力愈強(qiáng)，對(duì)酶的催化反應(yīng)能力的抑制作用就越力愈強(qiáng)，對(duì)酶的催化反應(yīng)能力的抑制作用就越 強(qiáng)。強(qiáng)。 n當(dāng)酶的活性部位與一個(gè)抑制劑分子相結(jié)合時(shí)，當(dāng)酶的活性部位與一個(gè)抑制劑分子相結(jié)合時(shí)， K KmI

45、mI與 與C CI I的關(guān)系為一直線可稱為的關(guān)系為一直線可稱為線性線性競(jìng)爭(zhēng)抑制；競(jìng)爭(zhēng)抑制； 如果酶的活性部位與兩個(gè)以上的抑制劑分子相如果酶的活性部位與兩個(gè)以上的抑制劑分子相 結(jié)合，則結(jié)合，則K KmI mI與 與C CI I的關(guān)系為一的關(guān)系為一拋物線拋物線，可稱為拋，可稱為拋 物線型的競(jìng)爭(zhēng)抑制。物線型的競(jìng)爭(zhēng)抑制。 3 3 k k K I 60 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué) n非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：抑制劑與酶分子的結(jié)合點(diǎn)不在酶催非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：抑制劑與酶分子的結(jié)合點(diǎn)不在酶催 化反應(yīng)的活性部位，底物與酶的結(jié)合并不影響抑制化反應(yīng)的活性部位，底物與酶的結(jié)合并不影響抑制 劑與酶的結(jié)合，而抑制劑與酶的結(jié)合卻

46、阻止底物與劑與酶的結(jié)合，而抑制劑與酶的結(jié)合卻阻止底物與 酶的結(jié)合，這種現(xiàn)象稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。酶的結(jié)合，這種現(xiàn)象稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。 E S I S I E 61 n在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中抑制劑即可與游離的酶相結(jié)合，在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中抑制劑即可與游離的酶相結(jié)合， 也可與復(fù)合物也可與復(fù)合物ESES相結(jié)合，生成了底物相結(jié)合，生成了底物- -酶酶- -抑制劑抑制劑 的復(fù)合物的復(fù)合物SEISEI。絕大多數(shù)的情況是復(fù)合物。絕大多數(shù)的情況是復(fù)合物SEISEI為為 一無催化活性的端點(diǎn)復(fù)合物，不能分解為產(chǎn)物，一無催化活性的端點(diǎn)復(fù)合物，不能分解為產(chǎn)物， 即使增大底物的濃度也不能解除抑制劑的影響。即使增大底物的濃度也不能解除

47、抑制劑的影響。 還有一種是三元復(fù)合物還有一種是三元復(fù)合物SEISEI也能分解為產(chǎn)產(chǎn)物，也能分解為產(chǎn)產(chǎn)物， 但對(duì)酶的催化反應(yīng)速率仍然產(chǎn)生了抑制作用。機(jī)但對(duì)酶的催化反應(yīng)速率仍然產(chǎn)生了抑制作用。機(jī) 理式表示如下：理式表示如下： k k +1 -1SE ES +2k PE IE k k +3 -3 EI SEI k k+4 -4 SEI IES SEI k k+5 -5 62 n從機(jī)理可知存在關(guān)系：從機(jī)理可知存在關(guān)系： 0 SEIEIESEE CCCCC 式中：式中：CESI底物底物-酶酶-抑制劑三元復(fù)合物濃度。抑制劑三元復(fù)合物濃度。 0 dt dC dt dC dt dC SEIERES sm sI

48、 sm I I S ESSI CK Cr CK K C Cr Ckr max, max 2 )(1 ( ( 2-非竟抑制非竟抑制 ) 式中：式中：rR,max存在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制時(shí)的最大反應(yīng)速率。存在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制時(shí)的最大反應(yīng)速率。 63 n對(duì)于非競(jìng)爭(zhēng)性對(duì)于非競(jìng)爭(zhēng)性 抑制，由于抑抑制，由于抑 制劑的作用使制劑的作用使 最大反應(yīng)速率最大反應(yīng)速率 降低了降低了 倍，倍， 并且并且C CI I增加、增加、 K KI I減少都使其減少都使其 抑制程度增加。抑制程度增加。 此時(shí)此時(shí)r rSI SI對(duì)對(duì)C CS S的的 關(guān)系如圖關(guān)系如圖2-62-6 所示。所示。 I I K C 1 64 n根據(jù)根據(jù)L-B作圖法

49、，式作圖法，式( 2-非竟抑制非竟抑制 )可整理為：可整理為： n或或 S m I I I I SI Cr K K C r K C r 1 11 1 maxmax SI m ISI Cr K rr 111 max,max, n以以 與與 作圖，可得如圖作圖，可得如圖 所示的直線關(guān)系。并求出所示的直線關(guān)系。并求出 Km和和r I,max值。值。 SI r 1 S C 1 65 n又根據(jù)又根據(jù) n通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同CI下的下的rI， ，max值，進(jìn)而決定 值，進(jìn)而決定KI值。值。 n如果三元復(fù)合物如果三元復(fù)合物SEI也能分解為產(chǎn)物，則在機(jī)理式中也能分解為產(chǎn)物，則在機(jī)理式中 增加了一步

50、增加了一步 ，同樣可整理成形式上，同樣可整理成形式上 與與( 2-非竟抑制非竟抑制 )類似的速率方程式，所不同的僅是類似的速率方程式，所不同的僅是 rI,max所包含的參數(shù)上。所包含的參數(shù)上。 n如何判斷復(fù)合物如何判斷復(fù)合物SEI是否分解為產(chǎn)物，可通過改變抑是否分解為產(chǎn)物，可通過改變抑 制劑用量，并測(cè)定底物的反應(yīng)速率來判斷。制劑用量，并測(cè)定底物的反應(yīng)速率來判斷。 I I I I I C Krrr K C r maxmaxmaxmax, 11 1 1 PEISEI k 6 66 n非競(jìng)爭(zhēng)性抑制與競(jìng)爭(zhēng)性抑制的主要非競(jìng)爭(zhēng)性抑制與競(jìng)爭(zhēng)性抑制的主要不同點(diǎn)不同點(diǎn)是：是： n對(duì)競(jìng)爭(zhēng)性抑制，隨著底物濃度的增大

51、，抑制劑的影對(duì)競(jìng)爭(zhēng)性抑制，隨著底物濃度的增大，抑制劑的影 響可減弱；響可減弱； n而非競(jìng)爭(zhēng)性抑制，即使增大底物濃度也不能減弱抑而非競(jìng)爭(zhēng)性抑制，即使增大底物濃度也不能減弱抑 制劑的影響。制劑的影響。 n由此可見，競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用是可逆的，非競(jìng)爭(zhēng)由此可見，競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用是可逆的，非競(jìng)爭(zhēng) 性抑制作用是不可逆的。性抑制作用是不可逆的。 67 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判別競(jìng)爭(zhēng)性抑制根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判別競(jìng)爭(zhēng)性抑制 和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 68 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué) n反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)是抑制劑不能直接與游離酶相反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)是抑制劑不能直接與游離酶相 結(jié)合，而只能與復(fù)合物結(jié)合，而只能與復(fù)合物ES相

52、結(jié)合生成相結(jié)合生成SEI復(fù)合復(fù)合 物。物。 SE k k +1 -1 ES +2k PE IES k k +3 -3 SEI 根據(jù)擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)和物料平衡，經(jīng)整理后可得到其根據(jù)擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)和物料平衡，經(jīng)整理后可得到其 速率方程為速率方程為 )1 ( max I I sm s SI K C CK Cr r SmI SI SI CK Cr r max, I I I K C rr1 maxmax, I I mmI K C KK1 或或 （3-反竟抑制）反竟抑制） 69 n根據(jù)上述各定義式，可以推出：根據(jù)上述各定義式，可以推出： n以以rSI對(duì)對(duì)CS作圖，得到下圖所示曲線。作圖，得到下圖所示曲線。 mmI

53、I K r K r max max, 70 n根據(jù)根據(jù)L-B作圖法，式（作圖法，式（3-反竟抑制）可改寫為反竟抑制）可改寫為 I I S m SI K C rCr K r 1 111 maxmax n 以以1/ rSI對(duì)對(duì)1/CS 作圖。利用該圖求作圖。利用該圖求 取動(dòng)力學(xué)參數(shù)。取動(dòng)力學(xué)參數(shù)。 71 線性混合型抑制動(dòng)力學(xué)線性混合型抑制動(dòng)力學(xué) n線性混合型的最簡(jiǎn)單機(jī)制可用下式表示：線性混合型的最簡(jiǎn)單機(jī)制可用下式表示： SE ES +2k PE IES SEI Ks IE KI SEI EI SEI 在上述機(jī)理中，在上述機(jī)理中， 從左式來看，它基本上與非從左式來看，它基本上與非 競(jìng)爭(zhēng)性抑制的模型相

54、同，所競(jìng)爭(zhēng)性抑制的模型相同，所 不同的是，當(dāng)不同的是，當(dāng)EI與與S相結(jié)相結(jié) 合成合成SEI時(shí)，由于抑制劑時(shí)，由于抑制劑 的存在影響了的存在影響了EI與與S的結(jié)的結(jié) 合，因而其解離常數(shù)由合，因而其解離常數(shù)由Ks變變 為為Ks，同樣，同樣ES與與I結(jié)合結(jié)合 時(shí)，其解離常數(shù)由時(shí)，其解離常數(shù)由KI變?yōu)樽優(yōu)?KI。 IK Ks 1 1 k k KS 3 3 k k KI 72 n根據(jù)上述機(jī)理式，可推出其速率方程為：根據(jù)上述機(jī)理式，可推出其速率方程為： n對(duì)此種抑制，對(duì)此種抑制， SmI SI SI CK Cr r max, ( 4-線混竟抑制線混竟抑制 ) 式中式中: Ks和和KI的修正系數(shù)，當(dāng)?shù)男拚?/p>

55、數(shù)，當(dāng) =1，KI= KI 時(shí)，上述抑制實(shí)為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。時(shí)，上述抑制實(shí)為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。 I I I aK C r r 1 max max, I I I I mmI K C K C KK 1 1 73 n前面已經(jīng)討論了競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)前面已經(jīng)討論了競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng) 性抑制及混合型抑制的動(dòng)力學(xué)方程，雖然各具特點(diǎn)，性抑制及混合型抑制的動(dòng)力學(xué)方程，雖然各具特點(diǎn)， 但可用一普遍化的公式來表示。但可用一普遍化的公式來表示。 普遍化的機(jī)制可表示為右圖。普遍化的機(jī)制可表示為右圖。 若無若無EIS存在，則為競(jìng)爭(zhēng)性存在，則為競(jìng)爭(zhēng)性 抑制；若抑制；若E和和EI與與S有同等有同等 的

56、結(jié)合力，且的結(jié)合力，且EIS無反應(yīng)活無反應(yīng)活 性，則為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制；若無性，則為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制；若無 EI存在，且存在，且EIS無反應(yīng)活無反應(yīng)活 性，則為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制性，則為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制。 74 n普遍化的公式可表示為普遍化的公式可表示為： )1 ()1 max SI I S IS I m S SI K C C K C K Cr r （ 式中式中 KIS、KSI-分別為分別為EI與與S和和ES與與I相結(jié)合形成相結(jié)合形成 SEI 的解離常數(shù)。的解離常數(shù)。 當(dāng)當(dāng)KIS=KSI時(shí)，為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制；當(dāng)時(shí)，為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制；當(dāng)KSI時(shí)為競(jìng)爭(zhēng)性抑時(shí)為競(jìng)爭(zhēng)性抑 制，當(dāng)制，當(dāng)KIS時(shí)為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制，當(dāng)時(shí)為反競(jìng)爭(zhēng)性

57、抑制，當(dāng)KISKSI且均為常數(shù)值且均為常數(shù)值 時(shí)，稱為混合抑制。時(shí)，稱為混合抑制。 75 n下表列出了某些酶抑制劑的解離常數(shù)。下表列出了某些酶抑制劑的解離常數(shù)。 某些酶抑制劑的解離常數(shù)值某些酶抑制劑的解離常數(shù)值 酶酶底物底物抑制劑抑制劑解離常數(shù)解離常數(shù) mmol/L 醇脫氫酶醇脫氫酶 -淀粉酶淀粉酶 天冬氨酸酶天冬氨酸酶 富馬酸酶富馬酸酶 葡糖異構(gòu)酶葡糖異構(gòu)酶 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 乙醇乙醇 淀粉淀粉 L-天冬氨酸天冬氨酸 富馬酸鹽富馬酸鹽 D-葡萄糖葡萄糖 乳酸鹽乳酸鹽 乙醛乙醛 環(huán)已淀粉環(huán)已淀粉 羥胺羥胺 丙二酸鹽丙二酸鹽 木糖醇木糖醇 丙酮酸鹽丙酮酸鹽 0.67 0.2 30.0 40.

58、0 4.5 0.18 76 n底物抑制（底物抑制（substrate inhibition） 實(shí)際上有些酶的催化反應(yīng)，由于底物濃度實(shí)際上有些酶的催化反應(yīng)，由于底物濃度 過高，其反應(yīng)速率反而會(huì)下降，此種效應(yīng)過高，其反應(yīng)速率反而會(huì)下降，此種效應(yīng) 稱為底物的抑制作用。稱為底物的抑制作用。 底物的抑制動(dòng)力學(xué)底物的抑制動(dòng)力學(xué) 77 n有些酶催化反應(yīng)，在底物濃度增加時(shí)，有些酶催化反應(yīng)，在底物濃度增加時(shí)， 反應(yīng)速率反而會(huì)下降，這種由底物濃度反應(yīng)速率反而會(huì)下降，這種由底物濃度 增大而引起反應(yīng)速率下降的作用稱為底增大而引起反應(yīng)速率下降的作用稱為底 物抑制作用。此時(shí)的反應(yīng)機(jī)理式為：物抑制作用。此時(shí)的反應(yīng)機(jī)理式為：

59、 SE k k +1 -1 ES +2k PE ESS k k +3 -3 SES 式中式中 SES-不具有催化反應(yīng)活性，不能分解為產(chǎn)物不具有催化反應(yīng)活性，不能分解為產(chǎn)物 的三元復(fù)合物。的三元復(fù)合物。 78 n應(yīng)用穩(wěn)態(tài)處理，可得到底物抑制的酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)處理，可得到底物抑制的酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 方程為：方程為： ( 3-40 ) 或或 SI S S m SS K C C K r r 1 max 式中式中 rSS-底物抑制的反應(yīng)速率，底物抑制的反應(yīng)速率， mol/(Ls)； KSI-底物抑制的解離常數(shù)，底物抑制的解離常數(shù)， mol/L； ( 3-39 ) max 1 1 SSi n mS

60、 i SSI r r KC CK 79 n底物抑制作用是在高底物濃度下，隨著底物抑制作用是在高底物濃度下，隨著 底物濃度的增加，反應(yīng)速率經(jīng)過一個(gè)最底物濃度的增加，反應(yīng)速率經(jīng)過一個(gè)最 大值，當(dāng)?shù)孜餄舛却笾担?dāng)?shù)孜餄舛菴S大于大于Csmax時(shí)，底物時(shí)，底物 濃度的增加反而引起反應(yīng)速率的減小。濃度的增加反而引起反應(yīng)速率的減小。 這種動(dòng)力學(xué)行為對(duì)生化反應(yīng)器的性能有這種動(dòng)力學(xué)行為對(duì)生化反應(yīng)器的性能有 重要意義。重要意義。 n底物抑制下的底物濃度和反應(yīng)速率的定底物抑制下的底物濃度和反應(yīng)速率的定 量關(guān)系類似米氏方程的推導(dǎo)方法得出。量關(guān)系類似米氏方程的推導(dǎo)方法得出。 在最簡(jiǎn)單的情況下，酶在最簡(jiǎn)單的情況下，酶-