生化工程,第二章酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

脂肪酶催化酯化反應(yīng):生物柴油油料甘油＋脂肪酸實(shí)例

高果糖漿:

α-淀粉酶糖化酶葡萄糖異構(gòu)酶淀粉漿液糊精葡萄糖果糖甲醇NaOH生物柴油1當(dāng)前1頁(yè)，總共86頁(yè)?；瘜W(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)反應(yīng)進(jìn)行的方向反應(yīng)進(jìn)行的可能性反應(yīng)進(jìn)行的限度反應(yīng)進(jìn)行的速率反應(yīng)機(jī)制化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)2當(dāng)前2頁(yè)，總共86頁(yè)。反應(yīng)速率及其測(cè)定反應(yīng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的改變。設(shè)瞬時(shí)dt內(nèi)反應(yīng)物濃度的很小的改變?yōu)閐S，則：若用單位時(shí)間內(nèi)生成物濃度的增加來(lái)表示，則：tPtv3當(dāng)前3頁(yè)，總共86頁(yè)。反應(yīng)分子數(shù)反應(yīng)分子數(shù)：是在反應(yīng)中真正相互作用的分子的數(shù)目。如：A→P屬于單分子反應(yīng)根據(jù)質(zhì)量作用定律，單分子反應(yīng)的速率方程式是：雙如：A＋B→C＋D屬于雙分子反應(yīng)其反應(yīng)速率方程可表示為：判斷一個(gè)反應(yīng)是單分子反應(yīng)還是雙分子反應(yīng)，必須先了解反應(yīng)機(jī)制，即了解反應(yīng)過(guò)程中各個(gè)單元反應(yīng)是如何進(jìn)行的。反應(yīng)機(jī)制往往很復(fù)雜，不易弄清楚，但是反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系可用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定，從而幫助推論反應(yīng)機(jī)制。4當(dāng)前4頁(yè)，總共86頁(yè)。反應(yīng)級(jí)數(shù)又如某一反應(yīng)：A+B→C+D式中k為反應(yīng)速率常數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的速率服從哪種分子反應(yīng)速率方程式，則這個(gè)反應(yīng)即為幾級(jí)反應(yīng)。例：對(duì)于某一反應(yīng)其總反應(yīng)速率能以單分子反應(yīng)的速率方程式表示，那么這個(gè)反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。符合雙分子反應(yīng)的表達(dá)式，為二級(jí)反應(yīng)。5當(dāng)前5頁(yè)，總共86頁(yè)。把反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)的反應(yīng)叫做零級(jí)反應(yīng)。

v=k[A]0反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)對(duì)簡(jiǎn)單的基元反應(yīng)來(lái)說(shuō)是一致的，但對(duì)某些反應(yīng)來(lái)說(shuō)是不一致的。例如：Sucrose+H2O─→Glucose+Frucose是雙分子反應(yīng)，但卻符合一級(jí)反應(yīng)方程式。Sucrase因?yàn)檎崽堑南∷芤褐?，水的濃度比蔗糖濃度大得多，水濃度的減少與蔗糖比較可以忽略不計(jì)。因此，反應(yīng)速率只決定于蔗糖的濃度。

v=k[S]6當(dāng)前6頁(yè)，總共86頁(yè)。酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)－反應(yīng)速率零級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)A─→B 積分后得：這兒：k是反應(yīng)速率常數(shù)，C是積分常數(shù)若反應(yīng)開(kāi)始(t=0)時(shí),A=A0,則C=lnA0,最后得到:A=A0e-ktkAtA0一級(jí)反應(yīng)7當(dāng)前7頁(yè)，總共86頁(yè)。二級(jí)反應(yīng)A+B─→Ckk指反應(yīng)的速率常數(shù)。反應(yīng)速率與反應(yīng)物的性質(zhì)和濃度、溫度、壓力、催化劑及溶劑性質(zhì)有關(guān)8當(dāng)前8頁(yè)，總共86頁(yè)。酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)－平衡常數(shù)平衡：可逆反應(yīng)的正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)仍在繼續(xù)進(jìn)行，但反應(yīng)速率相等的動(dòng)態(tài)過(guò)程。反應(yīng)的平衡常數(shù)與酶的活性無(wú)關(guān)，與反應(yīng)速率的大小無(wú)關(guān)，而與反應(yīng)體系的溫度、反應(yīng)物及產(chǎn)物濃度有關(guān)。平衡常數(shù)(K)的計(jì)算：例：A+3B

2C+D9當(dāng)前9頁(yè)，總共86頁(yè)。酶的基本概念酶有很強(qiáng)的專(zhuān)一性較高的催化效率反應(yīng)條件溫和酶易失活酶可加快反應(yīng)速率降低反應(yīng)的活化能(Ea)不能改變反應(yīng)的平衡常數(shù)K不能改變反應(yīng)的自由能變化(ΔG)10當(dāng)前10頁(yè)，總共86頁(yè)。酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)影響酶促反應(yīng)的主要因素濃度因素（酶濃度，底物濃度，產(chǎn)物濃度等）外部因素（溫度，壓力，pH，溶液的介電常數(shù)，離子強(qiáng)度等）內(nèi)部因素（效應(yīng)物，酶的結(jié)構(gòu)）11當(dāng)前11頁(yè)，總共86頁(yè)。酶與底物的作用機(jī)理LockandKeyModel12當(dāng)前12頁(yè)，總共86頁(yè)。Induced-FitModel手與手套的關(guān)系.當(dāng)?shù)孜锝咏傅幕钚灾行牟⑴c之結(jié)合時(shí)，酶的構(gòu)象能發(fā)生改變，更適合于底物的結(jié)合。13當(dāng)前13頁(yè)，總共86頁(yè)。酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的兩點(diǎn)基本假設(shè)：反應(yīng)物在容器中混合良好反應(yīng)速率采用初始速率14當(dāng)前14頁(yè)，總共86頁(yè)。＋k+1k-1ESES＋E單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)k+2快速平衡學(xué)說(shuō)的幾點(diǎn)假設(shè)條件：酶和底物生成復(fù)合物[ES]，酶催化反應(yīng)是經(jīng)中間復(fù)合物完成的。底物濃度[S]遠(yuǎn)大于酶的濃度[E]，因此[ES]的形成不會(huì)降低底物濃度[S]，底物濃度以初始濃度計(jì)算。不考慮P+E→ES這個(gè)可逆反應(yīng)的存在。[ES]在反應(yīng)開(kāi)始后與E及S迅速達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。P15當(dāng)前15頁(yè)，總共86頁(yè)。＋k+1k-1ESES＋Ek+2快速平衡學(xué)說(shuō)由假設(shè)3可得到產(chǎn)物的合成速率為：對(duì)于單底物的酶促反應(yīng):(2)(1)P由假設(shè)4可得到：16當(dāng)前16頁(yè)，總共86頁(yè)。對(duì)于酶復(fù)合物ES的解離平衡過(guò)程來(lái)說(shuō)，其解離常數(shù)可以表示為,ES

E+Sk-1k+1(4)反應(yīng)體系中酶量守恒：(3)由前面的公式(1)得：代入公式(3),變換后得：即,代入公式(2)得到(5)17當(dāng)前17頁(yè)，總共86頁(yè)。代入式(5)得：(6)式中：Vp,max:最大反應(yīng)速率如果酶的量發(fā)生改變，最大反應(yīng)速率相應(yīng)改變。KS:解離常數(shù)，飽和常數(shù)

低KS值意味著酶與底物結(jié)合力很強(qiáng)，

(看看KS的公式就知道了)。當(dāng)反應(yīng)初始時(shí)刻，底物[S]>>[E],幾乎所有的酶都與底物結(jié)合成復(fù)合物[ES]，因此[E0]≈[ES],反應(yīng)速率最大，此時(shí)產(chǎn)物的最大合成速率為：18當(dāng)前18頁(yè)，總共86頁(yè)。＋k+1k-1ESES＋Ek+2穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)P穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)的幾點(diǎn)假設(shè)條件：酶和底物生成復(fù)合物[ES]，酶催化反應(yīng)是經(jīng)中間復(fù)合物完成的。底物濃度[S]遠(yuǎn)大于酶的濃度[E]，因此[ES]的形成不會(huì)降低底物濃度[S]，底物濃度以初始濃度計(jì)算。在反應(yīng)的初始階段，產(chǎn)物濃度很低，P+E→ES這個(gè)可逆反應(yīng)的速率極小，可以忽略不計(jì)。[ES]的生成速率與其解離速率相等，其濃度不隨時(shí)間而變化。19當(dāng)前19頁(yè)，總共86頁(yè)。Experimentaldatademonstratedtheconcentrationprofiles.當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中[ES]的生成速率與分解速率相等時(shí)，[ES]濃度保持不變的狀態(tài)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)。20當(dāng)前20頁(yè)，總共86頁(yè)。由于[S]>>[E0],所以[S]>>[ES],[S]-[ES]≈[S]＋k+1k-1ESES＋Ek+2P根據(jù)穩(wěn)態(tài)假說(shuō)，(7)(3)(8)21當(dāng)前21頁(yè)，總共86頁(yè)。(Km米氏常數(shù))(9)(10)式中：Michaelis-Menten22當(dāng)前22頁(yè)，總共86頁(yè)。k+1k-1k+2m23當(dāng)前23頁(yè)，總共86頁(yè)?？焖倨胶鈱W(xué)說(shuō)與穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)在動(dòng)力學(xué)方程形式上是一致的，但Km和KS表示的意義是不同的。當(dāng)k+2<<k-1時(shí)，Km=KS這意味著生成產(chǎn)物的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于[ES]復(fù)合物解離的速率。這對(duì)于許多酶反應(yīng)也是正確的。MixedorderwithrespecttoS24當(dāng)前24頁(yè)，總共86頁(yè)。反應(yīng)速率、底物濃度與時(shí)間的關(guān)系S,E25當(dāng)前25頁(yè)，總共86頁(yè)。底物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系底物濃度反應(yīng)速率Vm26當(dāng)前26頁(yè)，總共86頁(yè)。反應(yīng)速率、底物濃度與時(shí)間的關(guān)系反應(yīng)速率反應(yīng)時(shí)間底物濃度反應(yīng)時(shí)間27當(dāng)前27頁(yè)，總共86頁(yè)。米氏常數(shù)Km的意義Km值代表反應(yīng)速率達(dá)到Vmax/2時(shí)的底物濃度。Km是酶的一個(gè)特性常數(shù)，Km的大小只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無(wú)關(guān)。但底物種類(lèi)、反應(yīng)溫度、pH和離子強(qiáng)度等因素會(huì)影響Km值。因此可以用Km值來(lái)鑒別酶。Km值可以判斷酶的專(zhuān)一性和天然底物。當(dāng)k+2<<k-1時(shí)，Km＝KS

，那么Km可以作為酶和底物結(jié)合緊密程度的一個(gè)度量，表示酶和底物結(jié)合的親合力大小。若已知Km值，可以計(jì)算出某一底物濃度時(shí)，其反應(yīng)速率相當(dāng)于Vmax的百分率。例如:當(dāng)[S]=3Km時(shí)，代入米氏方程后可求得v=0.75VmaxKm值可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向和途徑。催化可逆反應(yīng)的酶，對(duì)正逆兩向底物的Km值往往是不同的，例如谷氨酸脫氫酶，NAD+的Km值為2.5×10-5mol/L，而NADH為1.8×10-5mol/L。測(cè)定這些Km值的差別及正逆兩向底物的濃度，可以大致推測(cè)該酶催化正逆兩向反應(yīng)的效率。28當(dāng)前28頁(yè)，總共86頁(yè)。問(wèn)題為什么說(shuō)低Km值意味著酶與底物的結(jié)合力強(qiáng)？考慮一下Km的定義：為什么只有初始反應(yīng)速率可以使用？產(chǎn)物的積累使逆反應(yīng)的影響不可忽略產(chǎn)物可能會(huì)抑制或激活酶的活力隨著反應(yīng)的進(jìn)行，酶的活力可能會(huì)失活反應(yīng)體系中的一些雜質(zhì)可能會(huì)影響到酶的活性…….29當(dāng)前29頁(yè)，總共86頁(yè)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)參數(shù)根據(jù)已知的[S0]和[E0],能計(jì)算出初始的反應(yīng)速率:30當(dāng)前30頁(yè)，總共86頁(yè)。動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解作圖法(通過(guò)方程變換，將方程線性化)L-B法H-W法E-H法積分法非線性最小二乘法回歸處理信賴(lài)域法(Matlab的優(yōu)化工具箱)遺傳算法(不依賴(lài)于初值，可并行計(jì)算)31當(dāng)前31頁(yè)，總共86頁(yè)。L-B雙倒數(shù)法將米氏方程式兩側(cè)取雙倒數(shù)，得到下列方程式：以作圖,得到一直線缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)點(diǎn)過(guò)分集中在直線的左下方，影響Km和Vmax的準(zhǔn)確測(cè)定。32當(dāng)前32頁(yè)，總共86頁(yè)。積分法分批酶反應(yīng)體系中[S]隨時(shí)間的變化過(guò)程可以用表示為：積分得到,或,與對(duì)應(yīng)作圖，得到一直線，斜率為-Km,截距為Vm33當(dāng)前33頁(yè)，總共86頁(yè)。Thedatabelowwasfromanenzymeactivitydetermination.1.[S]3μM------------v=10.4μmol/min

2.[S]5μM------------v=14.5μmol/min

3.[S]10μM-----------v=22.5μmol/min

4.[S]30μM-----------v=33.8μmol/min

5.[S]90μM-----------v=40.5μmol/min

Question:

a).whatisthevalueofVmaxandKm?

B).makeadoublerecripocalplot(Lineweaver-Burk)1/vvs1/[S].實(shí)例34當(dāng)前34頁(yè)，總共86頁(yè)。抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響幾個(gè)概念失活與抑制

【失活】(inactivation)：由于酶蛋白分子變性而引起的酶活力喪失的現(xiàn)象稱(chēng)為失活。

【抑制】(inhibition)：由于酶的必需基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變，但酶未變性，而引起酶活力的降低或喪失，稱(chēng)為抑制作用底物與效應(yīng)物

【效應(yīng)物】(Effecter)：凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)叫效應(yīng)物，通常為小分子代謝物或輔因子。如因別構(gòu)導(dǎo)致酶活性降低的物質(zhì)稱(chēng)為負(fù)效應(yīng)物。35當(dāng)前35頁(yè)，總共86頁(yè)。競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制可逆抑制

可逆抑制和不可逆抑制(如鉛和汞等重金屬)【可逆抑制】(reversibleinhibition)：抑制劑與酶以非共價(jià)鍵結(jié)合而引起酶活力降低或喪失，能用物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)性，這種抑制作用是可逆的，稱(chēng)為可逆抑制。不可逆抑制抑制36當(dāng)前36頁(yè)，總共86頁(yè)。不可逆抑制：殺蟲(chóng)劑：二異丙基氟磷酸（DFP）對(duì)乙酰膽堿酯酶的抑制－－乙酰膽堿酯酶是神經(jīng)傳導(dǎo)所必需的，這酶的抑制引起生命功能的迅速削弱。37當(dāng)前37頁(yè)，總共86頁(yè)。競(jìng)爭(zhēng)性抑制：競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑往往和底物在結(jié)構(gòu)上相似

丙二酸（HOOC—CH2—COOH）抑制琥珀酸脫氫酶催化的琥珀酸（HOOC—CH2—CH2—COOH）脫氫作用。對(duì)氨基苯甲酸逆轉(zhuǎn)磺胺藥物對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的抑制作用(二氫葉酸合成酶)，對(duì)氨基苯甲酸是細(xì)菌的一種維生素，細(xì)菌依賴(lài)它合成代謝所必需的葉酸。許多抗代謝的抗癌藥物如5-氟尿嘧啶和6-巰基嘌呤幾乎都是酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。38當(dāng)前38頁(yè)，總共86頁(yè)。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑和底物可能分別與酶的不同部位結(jié)合。抑制劑與酶的結(jié)合并不妨礙酶再與底物結(jié)合，但所形成：酶—底物—抑制劑復(fù)合物39當(dāng)前39頁(yè)，總共86頁(yè)。這種抑制劑僅能與ES復(fù)合物結(jié)合，而與游離酶不能直接結(jié)合反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑只結(jié)合到ES復(fù)合物。酶—底物—抑制劑復(fù)合物40當(dāng)前40頁(yè)，總共86頁(yè)。競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibitions)

ESIEIXP抑制劑是底物的類(lèi)似物E+S+I[ES]E+P[EI]KIKm’41當(dāng)前41頁(yè)，總共86頁(yè)。利用快速平衡假說(shuō):和酶的濃度方程,產(chǎn)物速率方程,綜合以上方程,消除[ES]得到：whereand.42當(dāng)前42頁(yè)，總共86頁(yè)。Theneteffectofcompetitiveinhibitionsisanincreasedvalueofwithreducedreactionrate,butsamemaximumreactionrate.Furthermore,thecompetitiveinhibitioncanbeovercomebyhighsubstrateconcentration.競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibitions)43當(dāng)前43頁(yè)，總共86頁(yè)。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制(Non-competitiveInhibitions)ESEISIXP這種抑制劑能結(jié)合于酶的非活性中心，但能降低酶與底物的親和力。E+S+I[ES]+IE+P[EI]+S[ESI]Km’Km’KIKI44當(dāng)前44頁(yè)，總共86頁(yè)。Withsimilarequationsandderivationsasbefore,Where.wecanget,45當(dāng)前45頁(yè)，總共86頁(yè)。Theneteffectofnon-competitiveinhibitionsisareductioninwithsameMichaelis-Mentenconstant.Highsubstrateconcentrationwouldnotovercomenon-competitiveinhibitions.Otherreagentsneedtobeaddedtoblockbindingofittotheenzyme.PlotsonNon-competitiveInhibitions46當(dāng)前46頁(yè)，總共86頁(yè)。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制(UncompetitiveInhibitions)SEI+ESESIXP這種抑制劑僅能與ES復(fù)合物結(jié)合，而與游離酶不能直接結(jié)合。E+S[ES]+IE+P[ESI]Km’KI47當(dāng)前47頁(yè)，總共86頁(yè)。Withsimilarequationsandderivativesasbefore,whereand.wecanget,48當(dāng)前48頁(yè)，總共86頁(yè)。PlotsonUncompetitiveInhibitionsObviously,theneteffectofuncompetitiveinhibitionsisareductioninbothand,andthenetresultisareductioninreactionrate.49當(dāng)前49頁(yè)，總共86頁(yè)。EE底物抑制(SubstrateInhibitions)S+SXPSESS高濃度的底物會(huì)抑制一些酶促反應(yīng)。E+S[ES]+SE+P[ESS]Km’KSIk+250當(dāng)前50頁(yè)，總共86頁(yè)。Withsimilarequationsandderivationsasbefore,變換方程得：Then,wecanget,51當(dāng)前51頁(yè)，總共86頁(yè)。when,.Namely,thenorNamely,thenorDiscussionsaboutSubstrateInhibitionsThesubstrateconcentrationatwhichthemaximumreactionrate achievescanbeobtainedbysetting,andwecanget,LowsubstrateconcentrationTheoriginMichaelis-Mentenequationobtained,thusnoinhibitionobserved.HighsubstrateconcentrationTheinhibitioneffectisdominant.52當(dāng)前52頁(yè)，總共86頁(yè)。Atlowsubstrateconcentration,therateexpressionapproximatestotheMichaelis-Mentenequation,thenthecurveindouble-reciprocalplotisparallelwiththelinearlinedenotedtheinstancewithoutsubstrateinhibition.Similarly,athighsubstrateconcentration,thecurveindouble-reciprocalplot

isinhyperbolicmode.PlotsonSubstrateInhibitions53當(dāng)前53頁(yè)，總共86頁(yè)。產(chǎn)物抑制(productinhibitions)EESEPPSPE+S+P[ES]E+P[EP]Km’KPk+254當(dāng)前54頁(yè)，總共86頁(yè)。Withsimilarequationsandderivationsasbefore,55當(dāng)前55頁(yè)，總共86頁(yè)。各種抑制的比較參見(jiàn)戚以政，《生物反應(yīng)工程》，第19頁(yè)，表2-3和圖2-11。競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制56當(dāng)前56頁(yè)，總共86頁(yè)。別構(gòu)酶(AllostericEnzyme)別構(gòu)酶又稱(chēng)變構(gòu)酶，調(diào)節(jié)酶，它是一種寡聚酶(由多個(gè)亞基組成)。這類(lèi)酶具有別構(gòu)部位和活性部位。當(dāng)?shù)孜锓肿优c別構(gòu)酶結(jié)合時(shí)，能誘導(dǎo)酶的結(jié)構(gòu)改變，增加酶與底物的結(jié)合能力，表現(xiàn)出底物對(duì)酶的激活效應(yīng)。如：已糖激酶、血紅蛋白(參見(jiàn)王鏡巖，《生物化學(xué)》第三版，第259-266頁(yè)。57當(dāng)前57頁(yè)，總共86頁(yè)。Hexokinase:Left:withoutglucose(showntheGlcbindingpocket)；Right:withglucose已糖激酶58當(dāng)前58頁(yè)，總共86頁(yè)。血紅蛋白59當(dāng)前59頁(yè)，總共86頁(yè)。AllostericEnzymeTherateexpression:wherenisthecooperativitycoefficient(協(xié)同系數(shù)),andn>1indicatespositivecooperativity.（1－3.2）Byrearranging,wehave,Hill方程實(shí)例：血紅蛋白2.5360當(dāng)前60頁(yè)，總共86頁(yè)。PlotsonAllostericEnzymes雙曲線S形曲線61當(dāng)前61頁(yè)，總共86頁(yè)。62當(dāng)前62頁(yè)，總共86頁(yè)。影響酶催化反應(yīng)速率的因素影響酶催化反應(yīng)速率的因素有很多，它們會(huì)影響到酶的結(jié)構(gòu)或化學(xué)狀態(tài)。pH溫度表面張力化學(xué)試劑(醇,脲和過(guò)氧化物)輻射(光,微波,離子化,g

射線等)63當(dāng)前63頁(yè)，總共86頁(yè)。pH對(duì)酶促反應(yīng)的影響一些酶的活性中心存在離子基團(tuán)，因此VariationofpH另一方面，底物分子中包含離子基團(tuán)，反應(yīng)體系的pH也有可能會(huì)影響到底物與酶結(jié)合的親和力。IonicformModifiesReactionrateChanges

EnzymeactivityInfluences

64當(dāng)前64頁(yè)，總共86頁(yè)。ForCASEI(IonicEnzyme):Thereactionschemeisasfollow:Wherethemeaningsofthedenotationsare:EH:activeformE-,EH2+:inactiveformE-:deprotonationformEH2+:protonationform65當(dāng)前65頁(yè)，總共86頁(yè)。Withsimilaranalysisandderivationsasbefore,wecanget,where66當(dāng)前66頁(yè)，總共86頁(yè)。

考慮到酶發(fā)揮最佳的活力狀態(tài)是EH，最佳pH應(yīng)該是唯一的，而在最佳pH時(shí)，EH的濃度應(yīng)該達(dá)到最大。為什么酶反應(yīng)的最佳pH會(huì)是在pK1和pK2之間?因此，我們現(xiàn)在只要考察酶與質(zhì)子H+的相互作用。根據(jù)解離常數(shù)的定義和酶的質(zhì)量守恒可得：67當(dāng)前67頁(yè)，總共86頁(yè)。消除[E-]和[EH2+]項(xiàng)，可得到：令得到,即,68當(dāng)前68頁(yè)，總共86頁(yè)。ForCASEII(IonicSubstrate)Thereactionschemeisasfollow:Similarly,wecanget,whereSH+

+

ES

+

H+ESH+Km'E

+

HP+k2K169當(dāng)前69頁(yè)，總共86頁(yè)。一般來(lái)說(shuō)中，酶促反應(yīng)的最佳pH還是很難預(yù)測(cè)的，通常需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。pH-activityprofilesoftwoenzymes.

(A)胃蛋白酶;(B)延胡索酸酶(以蘋(píng)果酸為底物時(shí))

70當(dāng)前70頁(yè)，總共86頁(yè)。溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響

在較低的溫度范圍內(nèi)，酶催化反應(yīng)速率會(huì)隨著溫度的升高而加快，超過(guò)某一溫度，即酶被加熱到生理允許溫度以上時(shí)，酶的反應(yīng)速率反而隨著溫度的升高而下降。這是由于溫度升高，雖然可加速酶的催化反應(yīng)速率，同時(shí)也加快了酶的熱失活速率。71當(dāng)前71頁(yè)，總共86頁(yè)。溫度激活作用(上升區(qū)).酶催化反應(yīng)速率常數(shù)中的k2與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程:即,式中[E]活性酶的濃度; Ea

是反應(yīng)活化能(kcal/mol).R是氣體常數(shù)

T是絕對(duì)溫度，A是前因子72當(dāng)前72頁(yè)，總共86頁(yè)。熱失活作用(下降區(qū)).(酶的熱變性作用)酶的熱變性失活符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：式中[E0]酶的初始濃度; kd

變性常數(shù).積分得到,此外,式中Edisthedenaturationenergy(kcal/mol).73當(dāng)前73頁(yè)，總共86頁(yè)。例2-1：將底物和酶加入到分批式反應(yīng)器中,底物初始濃度為2mmol/L,經(jīng)反應(yīng),轉(zhuǎn)化率為90%,求反應(yīng)所需的時(shí)間和t.已知反應(yīng)速率方程為:解：在分批式反應(yīng)器中即：積分得到：轉(zhuǎn)化率為90%，即([S0]-[S])/[S0]=0.9,[S]=0.274當(dāng)前74頁(yè)，總共86頁(yè)。例2-2：假設(shè)某酶有兩個(gè)活性中心，它的反應(yīng)機(jī)制可用下圖表示，試根據(jù)快速平衡假設(shè)，求其速率方程式E+S[ES]+SE+P[ESS]KmKSI[ES]+Pk+2k+2解：根據(jù)解離平衡過(guò)程可得根據(jù)酶的質(zhì)量守恒可得將上面兩式變換后可得75當(dāng)前75頁(yè)，總共86頁(yè)。變換方程可以得到以下兩式：當(dāng)反應(yīng)速率達(dá)到最大時(shí)，所有的酶都以復(fù)合物的形式存在，則[E0]=[ES]+[ESS],Vmax=k+2([ES]+[ESS])=k+2[E