第2章均相酶反应动力学.ppt

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1、均相酶反应均相酶反应指指酶酶与与反应物系反应物系处于处于同一相同一相液相液相的酶催化反应。的酶催化反应。动力学动力学指指反应速率反应速率与其与其影响因素影响因素的的关系关系。动力学方程动力学方程反应速率反应速率与其与其影响因素影响因素间间关系的式子关系的式子。因为反应物系均处在同一相中，所以不存在相间的物质因为反应物系均处在同一相中，所以不存在相间的物质传递传递不考虑传递影响的动力学不考虑传递影响的动力学本征动力学。本征动力学。而非均相，而非均相，考虑传递影响的动力学考虑传递影响的动力学宏观动力学宏观动力学。反应体系：反应体系：A+B A+B C CE E目录目录2.3 2.3 反应条件对酶反

2、应速率的影响反应条件对酶反应速率的影响2.2 2.2 有抑制酶催化反应动力学有抑制酶催化反应动力学2.1 2.1 单底物酶催化反应动力学单底物酶催化反应动力学 单底物单底物酶催化反应动力学是指由酶催化反应动力学是指由一种反应物一种反应物（底（底物）参与的物）参与的不可逆反应不可逆反应属于此类反应的有酶催化的属于此类反应的有酶催化的水解反应和异构化反应这种简单的单底物酶催化反水解反应和异构化反应这种简单的单底物酶催化反应动力学，是酶反应动力学的基础。应动力学，是酶反应动力学的基础。E ES S P P 式中式中:r rs s底物底物S S的消耗速率，的消耗速率，mol/(Lmol/(L*s)s)

3、；r rP P产物产物P P的生成速率，的生成速率，mol/(Lmol/(L*s)s)；反应体系的体积，；（也叫反应体积反应体系的体积，；（也叫反应体积=反应器有效反应器有效 体积体积=反应混合物体积反应混合物体积)，此体积区别于反应器体积；，此体积区别于反应器体积；n ns s底物底物S S的摩尔数，的摩尔数，molmol；n np p-产物产物P P的摩尔数，的摩尔数，molmol；tt反应时间，反应时间，s s。）（，12VdtdnrVdtdnrPPSS反应速率表示：反应速率表示：E ES S P P 讲二个概念：讲二个概念：反应速率：反应速率：单位反应时间，单位反应体系中某一组分的变化

4、量。单位反应时间，单位反应体系中某一组分的变化量。反应动力学：反应动力学：研究研究反应速率反应速率与其与其影响因素影响因素的的关系关系。对对均相均相酶催化反应，单位反应体系常用酶催化反应，单位反应体系常用单位反应体积单位反应体积表示。表示。对于底物对于底物S S，dndnS S/dt/dt0 0，因此用，因此用S S来计算反应速率时，常来计算反应速率时，常加一负号，以使反应速率恒为正值。而加一负号，以使反应速率恒为正值。而P P为产物，为产物，dndnP P/dt/dt0 0，故用故用P P来计算反应速率时，则不需要加负号。来计算反应速率时，则不需要加负号。对对液相反应液相反应可视为可视为恒容

5、恒容过程过程,则则:dtdCrdtdCrPPSS，）（，12VdtdnrVdtdnrPPSS中间复合物学说：中间复合物学说：反应机理为：反应机理为：式中式中ESES为酶底物复合物；为酶底物复合物；k k+1+1,k,k+2+2,k,k-1-1为相应各步的反应速率常数。为相应各步的反应速率常数。k k+1+1k k+2+2k k-1-1S+E ES E+PS+E ES E+P E E对单底物的简单酶催化反应，对单底物的简单酶催化反应，S S P P。根据质量作用定律，根据质量作用定律，P P的生成速率可表示为：的生成速率可表示为：r rP P=r=rS S=k=k+2+2C CESESC CES

6、ES中间复合物中间复合物ESES浓度，为难测定的未知量，因浓度，为难测定的未知量，因而不能用它来表示最终速率方程要用易测定的量表示。而不能用它来表示最终速率方程要用易测定的量表示。下面的任务就是求下面的任务就是求C CESES。第一次结束第一次结束8 8月月2828日日k k+1+1k k+2+2k k-1-1S+E ES E+PS+E ES E+P 有有M MichaelisichaelisM Menten(enten(米彻利斯和曼吞米彻利斯和曼吞)快速平衡法和快速平衡法和B BriggsriggsH Haldanealdane（布里格斯一霍尔丹）拟稳态法两种方法（布里格斯一霍尔丹）拟稳态法

7、两种方法推导动力学方程。推导动力学方程。E ES S P P r rS S=r=rP P 在求在求C CESES时，对中间产物学说所提出的反应机理时，对中间产物学说所提出的反应机理做如下假设：做如下假设：在反应过程中，酶的浓度保持恒定，在反应过程中，酶的浓度保持恒定，C CE0E0=C=CE E+C+CESES。与与C CS S相比，相比，C CE E很小，所以可忽略由于生成很小，所以可忽略由于生成ESES而而消耗的消耗的S S。产物浓度很低，可忽略产物浓度很低，可忽略P P抑制作用，也无须考虑抑制作用，也无须考虑P+EEPP+EEP这个逆反应。这个逆反应。初始状态时初始状态时.根据上述假设，

8、有根据上述假设，有M MichaelisichaelisM Mentenenten和和B BriggsriggsH Haldanealdane两种方法推出各自的速率方程。两种方法推出各自的速率方程。k k+1+1k k+2+2k k-1-1S+E ES E+PS+E ES E+P 2.2.1 M2.2.1 Michaelis-ichaelis-M Mentenenten方程方程 2.2.2 B2.2.2 Briggs-riggs-H Haldanealdane方程方程 2.2.3 2.2.3 动力学动力学特征特征与与参数求取参数求取目录目录2.2.M Michaelisichaelis-M-M

9、entenenten方程方程平衡态法平衡态法假设：假设：k k-1-1 S+E S+E ES ES 达平衡。达平衡。k k+1+1 k k+1+1C CS SC CE E=k=k-1-1C CESES (2-3)(2-3)令令K KS S=k=k-1-1/k/k+1+1 (解离常数，也叫平衡常数或饱和常数，解离常数，也叫平衡常数或饱和常数，mol/Lmol/L）ESESCCC C CE0E0=C=CE E+C+CESES (2-4)(2-4)由（由（2-32-3）（）（2-42-4）得）得 C CES ES=SSSECKCC0(2-5)(2-5)推导动力学：推导动力学：r rS S=k=k+2

10、+2C CESES(2-2)(2-2)dtdC-Sk k+1+1k k+2+2k k-1-1S+E ES E+PS+E ES E+P 代入（代入（2-22-2）得：）得：r rS S，maxmaxSS的最大消耗速率，的最大消耗速率，mol/(Ls);mol/(Ls);C CE0E0酶的总浓度，亦为酶的初始浓度，酶的总浓度，亦为酶的初始浓度，mol/L.mol/L.两个重要的动力学参数，即两个重要的动力学参数，即K KS S和和r rS S，maxmax。，K KS S单位与单位与C CS S单位同。单位同。K KS S物理意义：当物理意义：当 时，时，K KS S=C=CS S，K KS S表

11、示酶与底物相互作用的表示酶与底物相互作用的特性。特性。ESES11SCCCkkK maxSSr21r，k k-1-1S+E S+E ESESk k+1+1r rS S，maxmax=k=k+2+2C CE0E0，表示当全部酶都呈复合物状态时的反应速率。，表示当全部酶都呈复合物状态时的反应速率。(2-6)M-M(2-6)M-M方程（米氏方程）方程（米氏方程）SSSmaxSSSS0E2SSCKCrCKCCkdtdCr，r rS S=k=k+2+2C CESES第第1次结束次结束09.3.10.B Briggsriggs-H-Haldanealdane方程方程拟稳态法拟稳态法假设：假设：dCdCES

12、ES/dt=0/dt=0且且 dCdCESES/dt/dt =k=k+1+1C CE EC CS S-k-k-1-1C CESES-k-k+2+2C CESES=0 (2-8)=0 (2-8)则则k k+1+1C CE EC CS S=(k=(k-1-1+k+k+2+2)C)CESES 又又 C CE0E0=C=CESES+C+CE E (2-9)(2-9)则则(2-10)(2-10)S121S0EESCkkkCCC SmS0EESCKCCC 则则SmSmax,SSmSE02SCKCrCKCCkr 推导动力学方程：推导动力学方程：r rS S=-=k=-=k+2+2C CESES (2-7)(

13、2-7)dtdCSmol/LKkkkm121-米氏常数，米氏常数，令令 B-HB-H方程方程 K Km m与与K Ks s关系是：关系是：K Km m=（k k-1-1+k+k+2+2）/k/k+1+1 K Ks s=k k-1-1/k/k+1+1 k k+2 +2 k k-1-1，K Km m=K=Ks s。因为生成的因为生成的ESES结合力很弱，所以解离速率很快；而复合物生结合力很弱，所以解离速率很快；而复合物生成产物则包括化学键的生成和断开，其速率当然要慢的多。这对许成产物则包括化学键的生成和断开，其速率当然要慢的多。这对许多酶反应是正确的。多酶反应是正确的。SSSmax,SSCKCrr

14、SmSmax,SSCKCrr比较上述两方程比较上述两方程:M-MM-M方程方程 米氏方程即为米氏方程即为:引出两个参数：引出两个参数：r rS,maxS,max和和K Km m。SmSmaxS,SCKCrr -表示表示r rS S与与C CS S的关系。的关系。K Km m表示与亲和力的大小表示与亲和力的大小K Km m大，表示亲和力弱，易解离，大，表示亲和力弱，易解离，K Km m小，亲和力强，不易解离，对某一特定的酶，在一定条件下，小，亲和力强，不易解离，对某一特定的酶，在一定条件下，进行酶催化反应，进行酶催化反应，K Km m为特征常数。为特征常数。r rS,maxS,max可表示为：可

15、表示为：r rmaxmax，M-MM-M方程通常表示为：方程通常表示为：SmSmaxSCKCrr 121-mkkkK .动力学特征与参数求取动力学特征与参数求取1.1.动力学特征：动力学特征：M-MM-M方程表示反应速率与底物浓度关系，即方程表示反应速率与底物浓度关系，即r rs s-C-Cs s关关系系,此关系作图。得此关系作图。得曲线曲线表示三个不同动力学特征区域。表示三个不同动力学特征区域。当当c cs sKKKm m时，近似为一水平线，零级反应。时，近似为一水平线，零级反应。dtrdCt0 maxCCSS0S max0SmaxSsrCr dtdC r -SmSmaxSCKCrr tr

16、-C Ct r )C-(C-maxS0SmaxS0S r rS Sr rmaxmax一级反应一级反应 r rS S=k C=k CS S零级反应零级反应 r rS S=k C=k CE0E0C CS S当当C Cs s与与K Km m相当符合相当符合M-MM-M方程表示形式方程表示形式tmaxSCCSSmdtrdCCCKSS000000SSSSSSSSCCCXnnnX 恒恒容容时时用转化率表示：用转化率表示：SmSSCKCrrmax）（SSSXCC10SmSmaxSSCKCrdtdC-r dtrdCCCK-maxSSSm 则则而转化率（底物）：而转化率（底物）：tr)C-(CCClnKmaxS0SS0Sm SS0mSS0maxCClnK)C-(Ctr SmSS0maxX-11lnKXCtr 第第2 2次结束次结束9 9月月2525日日r rS Sr rmaxmax一级反应一级反应 r rS S=k C=k CS S零级反应零级反应 r rS S=k C=k CE0E0C CS S2.2.参数求取：参数求取：r rmaxmax,K,Km m通过实验可得数据：通过实验可得数据：t-Ct-C