3.4酶促反应的动力学（课件）- 《环境生物化学》同步教学（机工版·2020）

3. 新陈代谢催化剂酶化学 1 3.4 酶促反应的动力学 酶促反应动力学(Kinetics of enzyme-catalyzed reactions)是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。 酶促反应速度指的是反应初速度，此时反应速度与酶的浓度呈正比关系，避免反应产物以及其他因素的影响。 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 59 酶的结构与功能关系、作用机理 的研究需要动力学的实验数据 了解酶在代谢中的作用 和了解污染物降解的作用机理 需要掌握酶促反应的速度规律 原因 酶促反应动力学的研究重要意义： 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 60 3.4.1 酶促反应的速度 结论： 不同时间的反应速度就是时间为不同值时曲线的斜率 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 不同时间测定反应体系中产物的生成量，以产物的生成量对时间作图，可得到如图3—6的反应进程曲线。 61 随着酶反应时间的增加 底物浓度降低 产物不断积累 部分酶失活 只有在反应的初始阶段，上述因素的影响才可忽略不计 。 导致 酶反应速度 下降 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 62 研究酶反应速度通常都以反应的初速度为准。 通常以酶反应过程曲线的直线部分来计算酶反应的初速度 酶反应的初速度愈大，说明酶的催化活力愈高 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 63 3.4.2 影响酶促反应速度因素 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 64 1.酶浓度对反应速度的影响 当底物浓度大大超过酶的浓度即[S]› › [E]时，酶的浓度与反应速度呈正比关系(图3-7)。其关系式为v＝K[E]，其中K是比例常数。 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 65 酶和底物是构成酶反应系统最基本的因素，它们决定了酶反应的基本性质，其他各种因素必须通过它们才能产生影响，因此，酶和底物之间的动力学关系是整个酶反应动力学的基础。 实验发现随着底物浓度的增加，反应速度的上升呈双曲线，即在低浓度时，反应速度υ与底物浓度cs呈正比，表现为一级反应。如果底物浓度很大时，反应速度逐渐接近恒定值(最大反应速度)而与底物浓度无关，表现为零级反应。典型的酶反应速度曲线如图3—8 所示。 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 2.底物浓度对反应速度的影响 66 （1）米氏方程的导出 解释上述现象可用中间络合物学说，即 1923年Michaelisl论和Menten根据这一假设，对酶催化反应进行了动力学分析．推导著名的米氏方程。 反应产物P的生成速度决定于中间络合物ES的分解速度，即 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 67 根据稳态原理，中间物ES的浓度开始由零逐渐增加到一定数值后到动态平衡(稳态)，此时ES的生成速度等于其分解速度，即 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 式(３-７) 就是酶催化反应的米氏方程，简称Ｍ-Ｍ 方程。 68 (2)米氏方程参数的确定 动力学参数一般都是根据动力学实验求得。 通过实验数据拟合出米氏方程中的υmax及Km 在cE0一定的条件下，改变底物浓度cS，测量反应速度υ，以υ对cS作图，如图3—9所示。当cS根大，反应速度趋于一个极限值，这个值就是υmax，而在υ＝1/2υmax处有 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 69 由于根据实验点很难拟合出误差最小的曲线(底物浓度cS很高时．通常很难测定υmax的渐近值)，故得到的Km不易准确，因此，往往要进行线性化处理。这里仅介绍比较常用的双倒数作图法。 将米氏方程两边取倒数可得下列形式 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 70 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 71 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 72 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 73 2)提供了一个极为重要的酶催化反应的动力学参数Km 通过Km表达了酶催化反应的性质、反应条件和酶催化反应速度之间的关系(Km是各速度常数的函数，而各速度常数又决定于反应性质、反应条件)。 Km是酶的特征常数，酶不同，Km值不同，一般在～1之间。如一种酶能与多种底物作用，则每种底物有一特定的Km值。其中Km值最小的底物称为该酶的最适底物(Optimum substrate)或天然底物。不同底物有不同的K