酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)PPT

1、關(guān)于酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)第一節(jié)單底物酶促動(dòng)力學(xué)第二節(jié)雙底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第三節(jié) 酶反應(yīng)影響因素第二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) 酶動(dòng)力學(xué)研究始于1902年，當(dāng)時(shí)，A.Brown用酵母-呋喃果糖糖苷酶對(duì)蔗糖進(jìn)行水解。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)蔗糖的濃度比酶的濃度高許多時(shí)，反應(yīng)速度不再取決于蔗糖的濃度，即是說(shuō)，反應(yīng)速度相對(duì)于蔗糖來(lái)說(shuō)是零級(jí)反應(yīng)。因此，他提出，蔗糖水解的總反應(yīng)是由兩個(gè)基本反應(yīng)構(gòu)成，第一步是底物與酶形成一種復(fù)合物，第二步是這種中間物生成產(chǎn)物并釋放出酶: k1 k2 E + S ES P + E k-1 這里,E、S、ES和P分

2、別代表酶、底、酶-底物復(fù)合物和產(chǎn)物。中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)認(rèn)為, 當(dāng)酶催化某個(gè)反應(yīng)時(shí), 酶和底物先結(jié)合形成一個(gè)中間復(fù)合物, 然后中間復(fù)合物再分解, 生成產(chǎn)物并釋放出酶。一般以產(chǎn)物的生成速度代表整個(gè)酶催化反應(yīng)速度，而產(chǎn)物的生成取決于中間物的濃度. 因此, 整個(gè)酶促反應(yīng)的速度取決于中間物的濃度.第三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié)單底物酶促動(dòng)力學(xué)單底物酶促動(dòng)力學(xué)只有初速度才是酶的反應(yīng)速度，原因：（1） 底物隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)減少；（2） 酶隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)受速度、pH的影響，酶部分變性；（3） 隨時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)物增加，產(chǎn)物對(duì)酶的抑制作用；（4） 產(chǎn)物增加，逆反應(yīng)速度增加。 因此，只有初速度才是酶

3、的反應(yīng)速度。第四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、酶濃度的影響酶促反應(yīng)的速度和酶濃度成正比SEVE 第五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月反應(yīng)速度:用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物(S)的減少量或產(chǎn)物(P)的增加量來(lái)表示。單位：濃度/單位時(shí)間引起酶反應(yīng)速度降低的原因：底物濃度的降低；酶的部分失活；產(chǎn)物對(duì)酶的抑制；產(chǎn)物增加引起的逆反應(yīng)速度的增加研究酶反應(yīng)速度以酶促反應(yīng)的初速度(initial speed)為準(zhǔn)酶反應(yīng)速度曲線(xiàn)時(shí)間產(chǎn)物濃度斜率=P/ t = V初速度Pt第六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響1、單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（1）米氏方程（M

4、ichaelisMenten equationV VmaxS可以用一個(gè)方程來(lái)表示 ：是最基本的動(dòng)力學(xué)方程。 V=VmaxS/(Km+S) v = Vmax Skm + S第七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線(xiàn)(條件:E;pH;t等條件固定不變)在低底物濃度時(shí), 反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)特征;v=kS當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)S增加,反應(yīng)速度v增加,但增加幅度較小當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。v= Vmax 原因:中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)解釋E+S ES E+P第八張，PPT共五十四頁(yè)，

5、創(chuàng)作于2022年6月一級(jí)反應(yīng)混合級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng) V S第九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)： 第一步: E+S ES 第二步: ESE+P VES 1913年Michaelis和Menten推導(dǎo)了米氏方程 第十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶促反應(yīng)的米氏方程及Km推導(dǎo)原則：從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照 “穩(wěn)態(tài)平衡”假說(shuō)的設(shè)想進(jìn)行推導(dǎo)。米氏方程:米氏常數(shù):第十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月米氏方程討論當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí),有SKm,代入米氏方程則有v=Vmax/KmS,即反應(yīng)速度與底物濃度呈正比,符合一級(jí)反應(yīng)當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r(shí),有SKm,代入米氏方程

6、則有v=Vmax,即反應(yīng)速度與底物濃度無(wú)關(guān),符合零級(jí)反應(yīng)當(dāng)S=Km時(shí),v=Vmax/2第十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月米氏方程的推導(dǎo)令：將（4）代入（3），則：ES生成速度：，ES分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由ES決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當(dāng)酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)時(shí)：當(dāng)Et=ES時(shí)，(4)所以 第十三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.2.3 米氏常數(shù)的意義當(dāng)v=Vmax/2時(shí)，Km=S（ Km的單位為濃度單位）,即米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時(shí)的底物濃度。* 是酶在一定條件下的特征物理常數(shù)，通過(guò)測(cè)定Km的數(shù)值，可鑒別酶。*

7、 可近似表示酶和底物親合力，Km愈小，E對(duì)S的親合力愈大，Km愈大，E對(duì)S的親合力愈小。*在已知Km的情況下，應(yīng)用米氏方程可計(jì)算任意s時(shí)的v，或任何v下的s。（用Km的倍數(shù)表示） 練習(xí)題：已知某酶的Km值為0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的80時(shí)底物的濃度應(yīng)為多少？ 第十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.2.4 米氏常數(shù)的測(cè)定基本原則： 將米氏方程變化成相當(dāng)于y=ax+b的直線(xiàn)方程，再用作圖法求出Km。 例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法） 米氏方程的雙倒數(shù)形式： 1 Km 1 1 = . + v Vmax S Vmax 第十五張

8、，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶動(dòng)力學(xué)的雙倒數(shù)圖線(xiàn)第十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Km值的物理意義：即是Km值是當(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度。(摩爾/升)。Km是酶的一個(gè)特性常數(shù)與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度無(wú)關(guān)，只是對(duì)一定底物、一定的pH、一定的溫度條件而言。VVmax2VmaxVmaxSKm + S2得化簡(jiǎn)得： Km=SVKm+SVmax S 對(duì)活細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)表明：酶的底物濃度通常就在這種底物的Km值附近，不是大大高于或大大低于Km?第十七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義 (1)Km值的意義KS =K2K1Km =K2 +

9、K3K1Km = Ks E + S ES P + EK1K3K2K4第十八張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶底 物Km（mmol/L） 過(guò)氧化氫酶H2O225 脲酶 尿素 23蔗糖酶蔗糖28棉子糖350谷氨酸脫氫酶谷 氨 酸0.12酮戊二酸2.0乳酸脫氫酶丙 酮 酸0.017第十九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月KM值與米氏方程的實(shí)際用途：例：當(dāng)S = 3Km時(shí)，反應(yīng)速率相當(dāng)于Vmax的百分?jǐn)?shù)？VKm+SVmax S 當(dāng)Km已知時(shí)，任何底物濃度下被酶飽和的百分?jǐn)?shù)可用下式表示：fES =sKm + s第二十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月可幫助推斷某一 代謝反應(yīng)的方

10、向和途徑和限速步驟例：酶1，2，3分別催化 A B C D Km分別為10-2, 10-3, 10-4，A，B，C 濃度均為10-4 限速步驟？123例：丙酮酸可被乳酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶和丙酮酸脫 羧酶催化，當(dāng)丙酮酸濃度較低時(shí)，走哪條途徑？ Km分別為 1.710-5、 1.310-3和 1.010-3mol/L第二十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(2) Vmax 和 k3 (kcat) 的意義Kcat值越大，表示酶的催化效率越高。 E + S ES P + EK1K3K2K4(3)Kcat / km的意義K m =K2 + K3K1Kcat / km = K2 + K3K3

11、K1上限為108109mol-1 L s-1大小可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率。第二十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 利用作圖法測(cè)定 km 和 Vmax 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖 v ssVVmax2KmVmax第二十三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月雙倒數(shù)作圖法 S 1v1VKm+SVmax Sv1第二十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(2) Eadie - Hofstee 作圖法S vvv = Vmax Km S vS vvVmax KmKmVmaxVKm+SVmax S第二十五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月單底物酶促反應(yīng)的反應(yīng)速

12、度與底物濃度呈雙曲線(xiàn)關(guān)系，不易直接求出Vmax和Km的值，通常采用雙倒數(shù)法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。將米氏方程改寫(xiě)成以下形式以 對(duì)作圖，繪出曲線(xiàn)，橫軸截距即為值，縱軸截距則是 第二十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月雙倒數(shù)作圖第二十七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月米氏常數(shù)（Michaelis-constant）的意義a Km的物理意義 當(dāng)V1/2Vmax時(shí)的底物濃度，為Km的物理意義。即SKm Km單位：m(mol)/Lb Km是酶的特征性常數(shù) 不同酶,Km是不一樣的。 底物種類(lèi)，pH（opt）,T（opt） 要定下來(lái)。 （E） AB CD 此酶有4個(gè)Km值第二十八張，PPT共五十四

13、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月c 在一定條件下，Km表示酶與底物的親和力有些酶有很多底物，Km值最小的底物叫此酶的最適底物，也叫酶的天然底物。d 已知Km，可以求出V/Vmax與底物濃度S的關(guān)系。 測(cè)定Km的意義：（以上4點(diǎn)）第三十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Understanding KmKm is a constant derived from rate constants Km is, under true Michaelis-Menten conditions, an estim

14、ate of the dissociation constant of E from S, because at equilibrium, Reversible reaction, dissociation constant isSo small Km means tight substrate binding; high Km means weak substrate binding.Km equals to the substrate concentration at which v=1/2vmaxk1k-1第三十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Understanding Vm

15、axThe theoretical maximal velocity Vmax is a constant Vmax is the theoretical maximal rate of the reaction - but it is NEVER achieved in reality To reach Vmax would require that ALL enzyme molecules are tightly bound with substrate Vmax is as symptotically approached as substrate is increased 第三十三張，

16、PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月米氏常數(shù)的測(cè)定雙倒數(shù)作圖法，即 Lineweaver-Burk法。 1/V對(duì)1/S作圖第三十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié)雙底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)雙底物雙產(chǎn)物反應(yīng)A+BP+Q 雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng)按動(dòng)力學(xué)機(jī)制可分為兩大類(lèi) : 雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng) 序列反應(yīng)（sequential reactions） 乒乓反應(yīng)（ping pong reactions） 有序反應(yīng)（orderd reactions）隨機(jī)反應(yīng)（random reactions）第三十五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月序列有序反應(yīng)；序列隨機(jī)反應(yīng)；乒乓反應(yīng)；E AE AEB Q

17、EP QE EABPQA + E AEB + E EBAEBQEPQEEPQ + EE + PE AE PE E EB EQABPQE第三十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1序列有序反應(yīng)第三十七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2序列隨機(jī)反應(yīng)第三十八張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3乒乓反應(yīng)第三十九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 酶反應(yīng)影響因素溫度的影響酶的最適溫度（optimum temperature） 溫度影響的兩個(gè)方面 :1.溫度升高，酶反應(yīng)速度增加 在達(dá)到最適溫度之前提高溫度，可以增加酶促反應(yīng)的速度。第四十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2

18、022年6月2. 溫度升高，酶蛋白變性而失活。 在最適溫度以前，第1種影響為主。 在最適溫度以后，第2種影響為主。 大部分酶在600C以上變性，到700C800C酶達(dá)到不可逆變性；少數(shù)酶能耐受較高的溫度，如細(xì)菌淀粉酶在950C下活力最高，又如牛胰核糖核酸酶加熱到1000C仍不失活。第四十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月pH的影響非特征性常數(shù)，只在一定情況下才有意義。1、 最適pH 當(dāng)酶反應(yīng)速度受pH影響，當(dāng)某個(gè)pH，酶表現(xiàn)最大活力，此pH就是pH（opt）。 pH（opt）不是酶的特征性常數(shù)，受測(cè)定環(huán)境的影響很大。 2、 pH影響的

19、原因 （ 1） 影響酶的構(gòu)象（過(guò)酸過(guò)堿引起酶構(gòu)象的變化，使酶失活） （ 2） 影響酶與底物的解離第四十三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1酶反應(yīng)的最適pH（optimum）第四十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.5 激活劑對(duì)酶作用的影響類(lèi)別 金屬離子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+ 陰離子： Cl-、Br- 有機(jī)分子 還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金屬螯合劑：EDTA 大分子物質(zhì):具活性的蛋白質(zhì)等,例如激活酶原的物質(zhì)定義:凡是能提高酶活性的物質(zhì)，稱(chēng)為酶的激

20、活劑(activator）第四十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的特性反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的特性競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的特性 2.6 抑制劑對(duì)酶作用的影響第四十七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月可逆抑制的動(dòng)力學(xué)比較抑制類(lèi)型VmaxKm無(wú)抑制劑VmaxKm競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用不變變大非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用變小不變反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用變小變小第四十八張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月思考題1、影響酶促反應(yīng)的因素有哪些？它們是如何影響的？2、試比較酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的異同。3、什么是米氏方程，米氏常數(shù)Km的意義是什么？試求酶反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的99時(shí)，所需求

21、的底物濃度（用Km表示）4、舉例說(shuō)明酶的結(jié)構(gòu)和功能之間的相互關(guān)系。名詞解釋活性中心 全酶 酶原 米氏方程 Km 誘導(dǎo)契合變構(gòu)效應(yīng) 輔酶和輔基 第四十九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月、計(jì)算：（1）對(duì)于一個(gè)遵循米氏動(dòng)力學(xué)的酶而言，當(dāng)S=Km時(shí)，若=35umol /min， Vmax是多少u(mài)mol /min？（2）當(dāng)S= 210-5 mol / L，=40umol /min，這個(gè)酶的Km是多少？（3）大致繪出此酶-S關(guān)系的曲線(xiàn)圖形。 A、 沒(méi)有抑制劑存在時(shí) B、 有競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在時(shí) C、 有非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在時(shí)四、在不同底物濃度的反應(yīng)體系中，分別測(cè)有無(wú)抑制劑存在時(shí)的數(shù)據(jù)如下： S （無(wú)I） （有I）（2.210-5 mol / L） mol / L（10-4 ） （umol /min） （umol /min） 1.0 28 17 1.5 36 23 2.0 43 29 5