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1、第二章均相酶催化反应动力学2023/5/23第1 页，本讲稿共74 页酶催化反应的基本特征简单酶催化反应动力学第2章 均相酶催化应动力学复杂酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学影响催化反应速率的因素酶失活反应动力学2023/5/23 第2 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾1、化学动力学的有关内容？、化学动力学的有关内容？化学动力学的研究对象、反应速度和速率区别、反应速率表示式、反应速率如何求？（微分式和图解法）、速率方程、反应机理。2、有关酶的内容？酶的特性、酶的特性、酶催化反应的特性、酶催化反应的特性、米氏动力学方程等米氏动力学方程等2023/5
2、/23 第3 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾机理以及温度、压力、催化剂等外界因素对反应速率的影响化学动力学的研究对象反应速度和速率区别速度 Velocity 是矢量，有方向性。速率 Rate 是标量，无方向性，都是正值。2023/5/23 第4 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾反应速率表示式对任何反应：2023/5/23第5 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾反应速率表示式 通常定容反应，反应速率为：反应进度2023/5/23第6 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾反应速率如何求？（实验图解法）如何绘制动力学曲线?用各种物理
3、性质测定方法(旋光、折射率、电导率、电动势、粘度等)2023/5/23 第7 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾速率方程 反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。一级反应的微分速率方程或反应：2023/5/23 第8 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾一级反应的积分速率方程速率方程或2023/5/23 第9 页，本讲稿共74 页第第22章章 均相酶催化应动力学均相酶催化应动力学回顾反应类型连串平行(对峙反应)支链反应2023/5/23 第10 页，本讲稿共74 页第2章 均相酶催化应动力学回顾反应机理 假定反应进行一段时间后，体系基本处于稳态，这
4、时，各中间产物的浓度可认为保持不变，这种近似处理的方法称为稳态近似，一般活泼的中间产物可以采用稳态近似。2023/5/23第11 页，本讲稿共74 页第2章章 第第1节节 酶催化反应的基本特征酶催化反应的基本特征具有催化活性的大分子生物物质，其物质组成是蛋白质。在多数酶促反应中，酶以游离状态参与催化反应。均相的酶促反应，且多数是在液相中进行反应。酶1)Highly specific;Catalytic characters of Enzyme2)High efficiency;（催化效率表示）3)Reaction in normal atmosphere and room temperatur
5、e;4)Enzyme denatured and catalytic activity lowered.2023/5/23第12 页，本讲稿共74 页第第2章 第1节节 酶催化反应的基本特征顾酶催化反应的基本特征顾 Common property of Enzyme-catalyzed Reactions1)Enzymes can lower G#,increase the rate without being changed themselves.2)Enzyme doesnt change the direction and balance.2023/5/23 第13 页，本讲稿共74 页
6、第第22章章 第2节节 简单酶催化反应动力学简单酶催化反应动力学一、什么是简单的酶催化反应二、活性中间复合物学说一种底物参与的不可逆反应如：酶的催化水解反应；异构化反应 该学说有大量实验结果支持。包括两步，底物S与酶E结合成中间复合物ES，然后分解成产物P，并释放E。对简单E催化反应，机理可表示为：其中：k+1，k 1，k+2反应速度常数 E，S，ES，P酶,底物,酶-底物复合物,产物P14三点假设2023/5/23 第14 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学三、动力学方程上述机理下的动力学方程?机理中的反应为基元反应，产物生成速率可表示为：?rP=k+2CESrS底物S
7、的消耗速率mol/(L.s)CES如何求？2023/5/23 第15 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学四、Miechaelis-Menten方程在反应过程中，限制反应速度的反应是ES到E+P这一步反应；(1)E+S到ES的反应在整个过程中始终处于动态平衡；(2)酶以酶游离状态E和酶-底物复合物ES的形式存在，酶在反应过程中总浓度不变；(3)底物浓度比酶-底物络合物浓度要大得多。（1）Michaelis平衡态假设2023/5/23第16 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学（2）方程的推导四、Miechaelis-Menten方程根据假设（1），有单一
8、底物的酶催化反应的反应速度：（2-1）式中：CP，CS产物，底物的浓度 t时间根据假设（2）有:（2-2）2023/5/23第17 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学即：（2-3）式中：Ks 酶与底物复合物的解离常数（2）Miechaelis-Menten方程的推导2023/5/23第18 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学根据假设（3），有：总酶量：（2-4）联立（2-1）、（2-2）、（2-3）有（2-5）（2）Miechaelis-Menten方程的推导Miechaelis-Menten方程2023/5/23第19 页，本讲稿共74 页第2章
9、第2节 简单酶催化反应动力学（3）Miechaelis-Menten方程的讨论两个动力学参数，s和rP,max Ks 酶与底物复合物的解离常数当rP=rP,max/2 有ss Ks表示酶与底物作用的特性 rP,max最大的酶促反应速度表示全部的酶都呈复合物状态时的反应速率+2含义？2023/5/23第20 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学五、Briggs-Haldance方程 Miechaelis-Menten方程的适应条件:复合物ES生成产物的速率远大于分解成酶与底物的速率。若这一条件不能满足,则M-M的平衡假设不适用。1925年，Briggs 和 Haldance
10、提出了拟稳态假设：认为在酶促反应过程中，反应的中间体ES（酶-底物复合物）的浓度不随反应时间不变化，即在酶促反应过程中，反应的中间体ES的浓度处于稳定的状态，称“稳定态理论”。1、拟稳态假设2023/5/23第21 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学五、Briggs-Haldance方程由拟稳态假设：2、B-H方程的推导又（2-6）2023/5/23第22 页，本讲稿共74 页第22章 第第2节 简单酶催化反应动力学2、B-H方程的推导五、Briggs-Haldance方程将（2-6）代入下式：得：式中米氏常数；mol/L（2-6）2023/5/23第23 页，本讲稿共7
11、4 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学3、B-H方程的讨论五、Briggs-Haldance方程米氏常数与解离常数若k+2k-1，km=kS，说明什么？生成产物的速率大大慢于酶-底物复合物的速率。说明复合物结合力很弱2023/5/23第24 页，本讲稿共74 页第第22章 第第22节 简单酶催化反应动力学3、B-H方程的讨论五、Briggs-Haldance方程转换数 P16 P18 含义？六、M-M方程与B-H方程的比较 P192023/5/23第25 页，本讲稿共74 页第第2章 第2节节 简单酶催化反应动力学简单酶催化反应动力学七、M-M方程动力学特征.A.BCO(2)CsKm曲线?
12、曲线点Cs=Km 时r=?(1)CsKm(2-17)一级反应.Km很大时,大多数E游离,ES少,欲提反应速度,提高Cs零级反应.因为Km很小,大多数E复合,游离E少,因而提高Cs,也不能提高反应速度(3)Cs 与Km数量关系介于两者之间2023/5/23第26 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学八、动力学参数的求取(1)Lineweaver-Burk法(简称L-B法)欲建立完整的动力学方程,就必须求取动力学参数.M-M方程中的rmax和Km。因为非线性,难求.怎么办?怎么办?rrr rCsrrCs2023/5/23 第27 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反
13、应动力学八、动力学参数的求取（2）Hanes-Woolf法(简称H-W法)对L-B法方程式的等式两端同乘CS，此种方法减少了CS值过大或过小所带来的测量误差。Slope=1/rmax2023/5/23第28 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学（3）Eadie-Hofstee法（简称E-H法）八、动力学参数的求取Slope=-Km2023/5/23 第29 页，本讲稿共74 页第2章 第22节 简单酶催化反应动力学八、动力学参数的求取4）积分法 用不同的酶促反应的时间t与其反应过程相对应的底物浓度之间的函数关系通过作图或回归的方法确定酶促反应动力学参数。The above
14、three methods for determining the parameters are also called indirect method or differential method because of the rs may be obtained by plotting Cs against time and making the tangent line and reading the slope(rs).These methods are inaccuracy.2023/5/23 第30 页，本讲稿共74 页第22章章 第第22节 简单酶催化反应动力学八、动力学参数的求
15、取4）积分法 Substituting those data about time and concentration in dynamics experiment into the M-M equation,a new form equation can be obtained:P21 式2-34Slope=rmax/Km2023/5/23 第31 页，本讲稿共74 页第2章 第22节 简单酶催化反应动力学九、例题例1：在pH5.1、15下所测定的用葡萄糖淀粉酶水解麦芽糖的反应速度r如表所示。求这一酶促反应的动力学参数rmax和Km。表1-1 葡萄糖淀粉酶水解麦芽糖的反应初速度与底物浓度CS
16、（mmol/L）r0（mmol/Lmin）5.55 0.1638.33 0.21111.11 0.24113.89 0.27616.66 0.30122.22 0.33927.77 0.3472023/5/23第32 页，本讲稿共74 页第2章 第2节节 简单酶催化反应动力学简单酶催化反应动力学解：采用Lineweaver-Burk法，对实验数据回归，有则2023/5/23第33 页，本讲稿共74 页第22章 第2节 简单酶催化反应动力学rr2023/5/23 第34 页，本讲稿共74 页第第2章 第第2节 简单酶催化反应动力学采用Hanes-Woolf法，对实验数据回归，有则2023/5/2
17、3 第35 页，本讲稿共74 页第2章 第第2节节 简单酶催化反应动力学简单酶催化反应动力学rr2023/5/23 第36 页，本讲稿共74 页第22章 第2节 简单酶催化反应动力学采用Eadie-Hofstee法，对实验数据回归，有则2023/5/23 第37 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学r2023/5/23 第38 页，本讲稿共74 页第22章 第第22节 简单酶催化反应动力学例2 葡萄糖在葡萄糖异构酶存在时转化为果糖的反应机理为:试分别用如下不同方法推导出反应速率方程：（）平衡态近似法；（）拟稳态近似法。2023/5/23第39 页，本讲稿共74 页第22章
18、第第2节 简单酶催化反应动力学解：（）平衡态近似法 rP=k2cXk2cEcP(a)因为 cE=cE,0cX所以 rP=k2cXk2cP(cE,0cX)(b)又，根据平衡态近似法(c)s2023/5/23第40 页，本讲稿共74 页第第2章 第2节 简单酶催化反应动力学结合式(b)、(c)，得(d)将式(d)代入式(a)，得 rP2023/5/23第41 页，本讲稿共74 页第2章 第2节 简单酶催化反应动力学（）拟稳态近似法k1cEcS+k2cEcPk1cX k2cX=0(a)又 cE=cE,0cX(b)将式(b)代入式(a)，得(c)2023/5/23第42 页，本讲稿共74 页第2章 第
19、22节 简单酶催化反应动力学而 rP=k2cXk2cEcP(d)把式(b)及(c)代入式(d)，得 rP=(e)若 k1k2和k1 k2则 rP=则 2023/5/23 第43 页，本讲稿共74 页第22章 第22节 简单酶催化反应动力学例3.有一均相酶催化反应，Km值为2103 mol.dm3,当底物的初始浓度cS,0 为1105 mol.dm3时，若反应进行1min，则底物的转化率xS为2。试计算：（）当反应进行3min时，底物转化率为多少？此时，底物和产物的浓度如何？（）当cS,0 为1106 mol.dm3 时，也反应3min,底物和产物的浓度又是多少？（）最大反应速率rP,max为多
20、少？2023/5/23 第44 页，本讲稿共74 页 写出零级、一级和二级反应动力学方程的一般微分表达式；推导出零级、一级和二级反应动力学方程的一般积分表达式；指出零级、一级和二级反应的特征？转化率和半衰期概念？2023/5/23第45 页，本讲稿共74 页第2章 第第2节 简单酶催化反应动力学解：（）因为cS,0Km,所以可按一级反应计算，代入t=min，xS=0.02,代入后，得k=49.5min 于是可求得，当t=3min时，xS=0.06,cP=cS,0 xS=1105 mol.dm3 0.06=6107 mol.dm3,cS=cS,0cP=1105 mol.dm36107 mol.d
21、m3=0.94105 mol.dm32023/5/23 第46 页，本讲稿共74 页第22章 第2节 简单酶催化反应动力学（）当cS,0=1106 时，cS,0Km,仍视为一级，同理，可得xS=0.06,cS=0.94106mol.dm3 cP=6108mol.dm3（）由49.5min，Km=2103moldm3得rP,max=4.04105mol.dm3.min12023/5/23 第47 页，本讲稿共74 页第2章章 第22节 简单酶催化反应动力学2023/5/23第48 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学Review:What is the character
22、istics of Enzyme-catalyzed Reactions?(dynamics balance;single substrate;rate proportional to concentration).Factually,over-high concentration of substrate may result in inhibition to the reaction.概述因底物或产物浓度过高或其他外源化合物（抑制剂）影响而降低反应速度的现象.何为抑制何为抑制?2023/5/23第49 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学概述抑制类型E与I的基团成共
23、价结合而使酶永远失活，如重金属离子Hg2+，Pb2+对木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶的抑制。(1)可逆抑制可用物理法（透析等）把抑制剂（I）去除而恢复酶活性的抑制作用，E与I的结合存在解离平衡关系。竞争性非竞争性反竞争性混合型抑制(1)不可逆抑制2023/5/23 第50 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学一、竞争性抑制的酶促反应动力学 当反应物系中存在与底物的结构相似的物质，这一物质也可能与酶的活性部位结合，形成非活性复合物，阻碍酶与底物结合，从而影响酶促反应（速率下降）。、机理、定义Where:I=inhibitor;EI=non-activity complexThe
24、rate denoted in substrate is:rSI=k+2CES2023/5/23 第51 页，本讲稿共74 页第22章 第3节节 有抑制的酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学、方程推导一、竞争性抑制的酶促反应动力学 基于稳定态理论，有 总酶量为2023/5/23 第52 页，本讲稿共74 页第22章章 第第3节 有抑制的酶催化反应动力学、方程推导一、竞争性抑制的酶促反应动力学 式中：KmI竞争性抑制的表观M-M常数KI抑制剂的解离常数联立上面几个方程，有2023/5/23第53 页，本讲稿共74 页第第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学、竞争性抑制的rs-Cs曲线一、竞
25、争性抑制的酶促反应动力学 rmax/2KmI？Km2023/5/23第54 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学一、竞争性抑制的酶促反应动力学 对有竞争性抑制的酶促反应动力学方程取倒数得到、有竞争性抑制的方程参数的求取2023/5/23 第55 页，本讲稿共74 页第第22章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学一、竞争性抑制的酶促反应动力学、有竞争性抑制的方程参数的求取2023/5/23 第56 页，本讲稿共74 页第2章章 第33节节 有抑制的酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学Fig.Relation of Km and I一、竞争性抑制的酶促反应动力学、mI与C
26、I关系KI愈小，表示抑制剂与的结合力愈强。对催化反应抑制作用愈强2023/5/23第57 页，本讲稿共74 页第第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学二、非竞争性抑制的酶促反应动力学 当反应物系中存在与酶的活性部位以外相结合，且这一结合与底物的结合无竞争性关系的抑制作用。与竞争性抑制相比较，当有非竞争性抑制剂时，提高底物浓度不会消除其抑制作用。1、定义2、机理E+S ES E+Pk+1k+2k1E+I EIk+3k3EI+S SEIk+4k4ES+I SEIk+5k5其中：k+4，k-4，k+5，k-5，反应速度常数 I，EI抑制剂，酶-抑制剂复合物 IES底物、酶-抑制剂三元复合物2023
27、/5/23 第58 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学二、非竞争性抑制的酶促反应动力学 3、方程推导基于稳定态理论，有总酶量为2023/5/23 第59 页，本讲稿共74 页第22章 第33节 有抑制的酶催化反应动力学二、非竞争性抑制的酶促反应动力学 联解上述方程,得有非竞争性抑制的酶促反应动力学方程为:3、方程推导说明最大反应速率降低了(1+CI/KI)倍2023/5/23第60 页，本讲稿共74 页第2章 第3节节 有抑制的酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学二、非竞争性抑制的酶促反应动力学 rmaxI/2rmax/2?Km4、非竞争性抑制的rSI-Cs曲线2
28、023/5/23第61 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学二、非竞争性抑制的酶促反应动力学、有竞争性抑制的方程参数的求取L-B法或2023/5/23第62 页，本讲稿共74 页第22章 第第33节 有抑制的酶催化反应动力学二、非竞争性抑制的酶促反应动力学、有竞争性抑制的方程参数的求取The effect of a noncompetitive inhibitor cannot be overcome at high substrate concentrations.On Lineweaver-Burk plot a noncompetitive inhibitor c
29、an be seen to decrease Vmax but leave km unchanged.2023/5/23 第63 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学三、反竞争性抑制动力学 P33-33 1、定义及机理四、高浓度底物抑制作用的酶促反应动力学E+S ES E+Pk+1k+2k1ES+S SESk+3k3SES不具有催化活性,不能分解为产物的三元复合物2023/5/23 第64 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学四、高浓度底物抑制作用的酶促反应动力学2、方程应用稳态理论，可得到底物抑制的酶促反应动力学方程为:2023/5/23 第6
30、5 页，本讲稿共74 页第第2章 第第33节节 有抑制的酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学四、高浓度底物抑制作用的酶促反应动力学3、方程讨论根据即解得2023/5/23 第66 页，本讲稿共74 页第2章 第第33节 有抑制的酶催化反应动力学四、高浓度底物抑制作用的酶促反应动力学4、底物抑制曲线2023/5/23 第67 页，本讲稿共74 页第2章 第33节节 有抑制的酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学五、产物抑制作用的酶促反应动力学 P36六、各种抑制的比较2023/5/23 第68 页，本讲稿共74 页第2章 第4节复杂的酶催化反应动力学节复杂的酶催化反应动力学2.4.1可逆酶催化反应动力学 某木糖催化葡萄糖为果糖的反应至一定程度即达到平衡,其机理可认为是:2023/5/23第69 页，本讲稿共74 页第2章 第3节 有抑制的酶催化反应动力学2023/5/23 第70 页，本讲稿共74 页第第2章 第第3节节 有抑制的酶催化反应动力学有抑制的酶催化反应动力学2023/5/23 第71 页，本讲稿共74 页2023/5/23第72 页，本讲稿共74 页2023/5/23第73 页，本讲稿共74 页第74 页，本讲稿共74 页