催化反應(yīng)動力學(xué)-5pH與T

1、彭益強(qiáng)彭益強(qiáng) Enzymology國 立 華 僑 大 學(xué) 生 物 工 程 與 技 術(shù) 系國 立 華 僑 大 學(xué) 生 物 工 程 與 技 術(shù) 系第一節(jié)第一節(jié) 單底物反應(yīng)動力學(xué)單底物反應(yīng)動力學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 抑制作用動力學(xué)抑制作用動力學(xué)第三節(jié)第三節(jié) 多底物反應(yīng)動力學(xué)多底物反應(yīng)動力學(xué)第四節(jié)第四節(jié) 別構(gòu)酶動力學(xué)別構(gòu)酶動力學(xué)第五節(jié)第五節(jié) pH和溫度對酶催化反應(yīng)速度的影響和溫度對酶催化反應(yīng)速度的影響主要內(nèi)容主要內(nèi)容lpHpH對酶反應(yīng)速度具有很大影響；對酶反應(yīng)速度具有很大影響；l多數(shù)情況下，酶反應(yīng)速度隨多數(shù)情況下，酶反應(yīng)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(yīng)速度最大時的反應(yīng)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(gòu)象，使酶可逆或不可逆變性失活。破壞酶空間構(gòu)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(fù)。測活時，活力完全恢復(fù)。（2 2）改變反應(yīng)系統(tǒng)的組成成分）改變反應(yīng)系統(tǒng)的組成成分, ,主要是影響酶、底物和酶底物復(fù)主要是影響酶、底物和酶底物復(fù)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(tuán)的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產(chǎn)物；影響酶活性部位催化基團(tuán)的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產(chǎn)物；B,B,影響酶活性部位結(jié)合基團(tuán)的解離狀態(tài)，使其不能與底物結(jié)合；影響酶活性部位結(jié)合基團(tuán)的解離狀態(tài)，使其不能與底物結(jié)合；C,C,影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結(jié)合或結(jié)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(jié)合或結(jié)合后不能生成產(chǎn)物。產(chǎn)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(nèi)，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(tuán)，用假定酶活性位上有兩個解離基團(tuán)，用

4、X與與Y表示；表示；l當(dāng)在酸性范圍內(nèi)時，呈當(dāng)在酸性范圍內(nèi)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(yīng)式反應(yīng)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(dǎo)方程式推導(dǎo):則有則有:h h- h- 稱為米氏稱為米氏pH函數(shù)函數(shù)假設(shè)假設(shè)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(yīng)速度

5、的與酶反應(yīng)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(yīng)，即反應(yīng)，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(chǎn)物。產(chǎn)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(nèi)不改變其解離范圍內(nèi)不改變其解離態(tài)態(tài), ,則反應(yīng)模式有三個：則反應(yīng)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(luò)合物EHS-有不同解離3 （考慮最復(fù)雜的情況，即酶與酶（考慮最復(fù)雜的情況，即酶與酶-

6、底物絡(luò)合物都存在不底物絡(luò)合物都存在不同形式，只有同形式，只有EHS能分解為產(chǎn)物）能分解為產(chǎn)物）:假定假定Ks,Ks,K”sKs,Ks,K”s和和K K2 2與與pHpH無關(guān)，無關(guān)，H H+ +解離和解離和再結(jié)合速度及底物結(jié)合解離速度比再結(jié)合速度及底物結(jié)合解離速度比EHSEHS形成形成產(chǎn)物產(chǎn)物P P的速度大得多，即滿足快速平衡學(xué)說，的速度大得多，即滿足快速平衡學(xué)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(guān)系這七個解離常數(shù)間存在兩種關(guān)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(dú)立的。個是獨(dú)立的。選擇選擇K Ke1e1,K,Ke2e2,K,Kes1es1,K,Kes2es2和和K Ks s作為獨(dú)立的解離常數(shù)作為獨(dú)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(yīng)的影化反應(yīng)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(tuán)的影響酶和底物分子中某些解離基團(tuán)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(yīng)速度，即影響影響最大反應(yīng)速度，即影響k2；影響酶和底物的結(jié)合，即影響影響酶和底物的結(jié)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(yīng)速度隨著溫度的升高達(dá)到一個最酶反應(yīng)速度隨著溫度的升高達(dá)到一個最大值時

9、所對應(yīng)的溫度。大值時所對應(yīng)的溫度。特性特性:它不是酶催化反應(yīng)的特征值，受作用時間、底它不是酶催化反應(yīng)的特征值，受作用時間、底物濃度、酶濃度及反應(yīng)的物濃度、酶濃度及反應(yīng)的pHpH等條件影響。等條件影響。溫度提高時，除反應(yīng)速度隨之增加外，酶蛋白溫度提高時，除反應(yīng)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(shí)際上是這兩種因素綜合影響的結(jié)果溫度，實(shí)際上是這兩種因素綜合影響的結(jié)果。溫度對反應(yīng)速度的影響用溫度對反應(yīng)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(yīng)速度常數(shù)，為酶促反應(yīng)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(dāng)當(dāng)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(yīng)速度時反應(yīng)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(yīng)速度常數(shù)，時的反應(yīng)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(yīng)速度對溫度的敏感性大。大，即反應(yīng)速度對溫度的敏感性大。Q Q1010與反應(yīng)速度之間不是線性關(guān)系，公式如下與反應(yīng)速度之間不是線性關(guān)系，公式如下: :lv=k2El對圖中上升部分，lk2=Ae-Ea/(RT) , Ea為反應(yīng)活化能