第四章酶催化反应动力学
第四章 酶催化反应动力学
第一节酶催化反应的基本特征 ●酶是生物提高其生化反应效率而产生的 生物催化剂,其化学本质是蛋白质 ●在生物体内,所有的反应均在酶的催化 作用下完成,几乎所有生物的生理现象 都与酶的作用紧密联系。 ●生物酶分为六大类:氧化还原酶、转移 酶、水解酶、裂合酶、异构酶、合成酶
第一节 酶催化反应的基本特征 ⚫ 酶是生物提高其生化反应效率而产生的 生物催化剂，其化学本质是蛋白质。 ⚫ 在生物体内，所有的反应均在酶的催化 作用下完成，几乎所有生物的生理现象 都与酶的作用紧密联系。 ⚫ 生物酶分为六大类：氧化还原酶、转移 酶、水解酶、裂合酶、异构酶、合成酶
酶催化反应和化学催化反应的转换数大小的比较 催化剂 反应 转换数 温度℃ mo(中心点S) 酶催化剂 菠萝蛋白酶 肽的水解 4×10-3~5×10-1 木瓜蛋白酶 肽的水解 8×10-2~1×10 痍蛋白酶 肽的水解 3×103~1×102 碳酸肝酶 羰基化合物的可 8×10-16×105 0~37 逆反应 化学催化剂 硅胶一氧化铝 异丙基苯裂解 硅胶一氧化铝 异丙基苯裂解 420 氧化钒 环己烷脱氢 7×10l 氧化钒 环己烷脱氢 1×102 350
酶催化反应和化学催化反应的转换数大小的比较 催化剂 反应 转换数 mol/（中心点·S） 温度℃ 酶催化剂 菠萝蛋白酶 木瓜蛋白酶 胰蛋白酶 碳酸肝酶 肽的水解 肽的水解 肽的水解 羰基化合物的可 逆反应 4×10-3~5×10-1 8×10-2~1×10 3×10-3~1×102 8×10-1~6×105 0~37 0~37 0~37 0~37 化学催化剂 硅胶－氧化铝 硅胶－氧化铝 二氧化钒 二氧化钒 异丙基苯裂解 异丙基苯裂解 环己烷脱氢 环己烷脱氢 3×10-8 2×104 7×10-11 1×102 25 420 25 350
酶活力表示方法 1酶的分子活力:在最适宜条件下,每1mol 酶在单位时间内所能催化底物的最大量 mol 2酶的催化中心活力:在单位时间内,每一个 酶的催化中心所催化底物的量(mol) 3酶活力:在特定条件下,每lmin能催化1mol 底物转化为产物时所需要的酶量,称为一个 酶单位,或称为国际单位,用U表示。酶活 力还可用比活力表示。比活力系指每lmg酶 所具有的酶单位数,用U/mg表示
酶活力表示方法 1 酶的分子活力：在最适宜条件下，每 1mol 酶在单位时间内所能催化底物的最大量 （mol） 2 酶的催化中心活力：在单位时间内，每一个 酶的催化中心所催化底物的量（mol） 3 酶活力：在特定条件下，每1min能催化1mol 底物转化为产物时所需要的酶量，称为一个 酶单位，或称为国际单位，用U表示。酶活 力还可用比活力表示。比活力系指每1mg酶 所具有的酶单位数，用U/mg表示
平衡假设 与底物浓度[S]相比,酶的浓度[F很小,因 而可忽略由于生成中间复合物ES而消耗的底物 不考虑这个逆反应的存在。若要忽略该反应的 存在,则必须是产物P为零,换言之,该方程 适用于反应的初始状态。 3认为基元反应的反应速率最慢,为该反应速率 的控制步骤,而这一反应速率最快,并很快达 到平衡状态
平衡假设 1 与底物浓度[S]相比，酶的浓度 [E]很小，因 而可忽略由于生成中间复合物ES而消耗的底物。 2 不考虑这个逆反应的存在。若要忽略该反应的 存在，则必须是产物P为零，换言之，该方程 适用于反应的初始状态。 3 认为基元反应的反应速率最慢，为该反应速率 的控制步骤，而这一反应速率最快，并很快达 到平衡状态
绝对专一性:一种酶只能催化一种化合物进行 种反应 相对专一性:一种酶能够催化一类具有相同化学键 或基团的物质进行某种类型的反应 反应专一性:一种酶只能催化某化合物在热力学上 可能进行的许多反应中的一种反应 底物专一性:一种酶只能催化一种底物 立体专一性:一种酶只能作用于所有立体异构体中 的一种
绝对专一性 ：一种酶只能催化一种化合物进行一 种反应 相对专一性：一种酶能够催化一类具有相同化学键 或基团的物质进行某种类型的反应 反应专一性：一种酶只能催化某化合物在热力学上 可能进行的许多反应中的一种反应 底物专一性 ：一种酶只能催化一种底物 立体专一性：一种酶只能作用于所有立体异构体中 的一种
第二节简单的催化应 例如,酶反应S一P 其反应机理可表示为 1 S+E Es〕 2 etP d ⅴd y dt 式中 底物S的消耗速率,mol/(I mol ·s)↓ 产物P的生成速率,mol/(L·s); V—反应体系的体积,L; n一底物S的质量,mol 产物P的质量,mol; 时间 p=k+aCcE
第二节 简单的酶催化反应动力学
Michaelis- Menten方程 方程推导三点假设 ①与底物浓度C相比,酶的浓度C1是很小的,因而可忽略由于 生成中间复合物[ES]而消耗的底物 ②在反应过程中,酶浓度保持恒定。 ③产物的浓度很低,因而产物的抑制作用可以忽略。生成产物 一步的速率要慢于底物与酶生成复合物的可逆反应的速率,因此, 生成产物一步的速率决定整个酶的催化反应速率,而生成复合物 的可逆反应达到平衡状态
一、Michaelis-Menten 方程 方程推导三点假设： ①与底物浓度CS相比，酶的浓度CI是很小的，因而可忽略由于 生成中间复合物[ES]而消耗的底物。 ②在反应过程中，酶浓度保持恒定。CE0 ＝CE＋CES ③产物的浓度很低，因而产物的抑制作用可以忽略。生成产物 一步的速率要慢于底物与酶生成复合物的可逆反应的速率，因此， 生成产物一步的速率决定整个酶的催化反应速率，而生成复合物 的可逆反应达到平衡状态
+1·C·Cs=k-1·C 或表示为 Ks E E 式中CE—游离酶的浓度,mol/L; s—底物的浓度,mol/L Ks解离常数,mol/L。 反应体系中酶的总浓度CE为 CECE+CLEs 所以 Chek CcEs)=Co s〕 1 即 C.…Cs K 将式(2-5)代入式(2-2), 得 CE.·Cs Ks+ 式中r,m—P的最大生成速率,mol/(L·s) 酶的总浓度,亦为酶的初始浓度,mol/L 式(2-6)即为米氏方程,或称MM方程
Briggs- Haldane方程 G.E. Briggs和B.J. Haldane对上述第3点假设进行了修正 提出了“拟稳态”假设。 由于反应体系中底物浓度要比酶的浓度高得多,中间 复合物分解时所得到的酶又立即与底物相结合,从而使反应 体系中复合物浓度维持不变,即中间复合物的浓度不再随时 间而变化,这就是“拟稳态”假设。这是从反应机理推导动 力学方程又一重要假设
二、Briggs－Haldane 方程 G．E．Briggs和B．J．Haldane对上述第3点假设进行了修正， 提出了“拟稳态”假设。 由于反应体系中底物浓度要比酶的浓度高得多，中间 复合物分解时所得到的酶又立即与底物相结合，从而使反应 体系中复合物浓度维持不变，即中间复合物的浓度不再随时 间而变化，这就是“拟稳态”假设。这是从反应机理推导动 力学方程又一重要假设