第九章 酶反应动力学

5)根据Km大小，可以判断某一代谢途径的方向和途 径。GDH之NAD+ Km=2.5x10-5；NADH为1.8x10-5 对于一系列反应来说，Km大小可以判断反应的限速 步骤。 6)可用于判断反应级数：当[S]<0.01Km时，反应为一 级反应； 当[S]>100Km时，ν=Vmax，反应为零级反应； 当0.01Km<[S]<100Km时，为混合级反应。 Vmax的意义：同一种酶，但底物不同，则Vmax也不 同，并且受pH，温度，离子强度的影响。




酶促反应速度受各种因素影响：底物浓度、酶浓 度、温度、pH值、激活剂、抑制剂等。 酶促反应动力学是研究酶促反应的速度以及影响 酶反应速度的各种因素的科学。 The study of enzyme kinetics addresses the biological roles of enzymatic catalysts and how they accomplish their remarkable feats. 意义？
第一节 概念 一、反应速率：单位时间内反应物或生成 物的浓度变化，通常用瞬时速率表示反应 速率。 V=-dc/dt，负号表示反应物浓度的减小； 或v=+dc/dt 二、反应分子数：是在反应中真正相互作 用的分子数目。一般为单分子反应，2分 子反应，3分子少见，大于3分子未发现。

元素衰变，分子重排，异构体互变是单分子反应， 符合：v=dc/dt=kc,其中c为mol/l,k是比例常数，谓 之反应速率常数。单位：s-1


当S很大时，Vmax=k3[E]，此时，酶被底物饱和， k3表示酶被底物饱和时，每个酶分子转换底物的 分子数，又谓之转换数（TN），又常常被称为催 化常数kcat. kcat数值越大，则酶的催化效率越高。 生理条件下，大多数酶不会被底物所饱和， [S]/Km一般介于0.01-0.1之间，根据 Vmax=k3[ET]=kcat[ET],当[S]<<Km,则有：

双分子反应很多，符合v=dc/dt=kc1c2, c1,c2分别 代表两种反应物的浓度。即与A、B成正比


三、反应级数：根据整个化学反应的速率服从哪 种分子反应速率方程式，则这个反应即为几级反 应。 如果反应速率能用单分子反应的速率方程式表示， 该反应即为一级反应；反应速率与反应物浓度无 关的反应谓之零级反应。 凡是反应速率能用双分子速率方程描述，则为二


二、酶促反应动力学方程式
1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物 学说对酶促反应的动力学进行研究， 推导出了表示整个反应中底物 浓度和反应速度关系的著名公 式，称为米氏方程。
V=
Vmax [S] Km + [S]
1925, Briggs and Haldane修正： •根据中间产物学说，酶促反应分两 步进行:




3）根据Km=(k2 + k3)/k1,若k3<<k2时，Km=Ks，则 ES分解即为反应的限速步骤，此时，Km值表示酶与 底物之间的亲和程度：成反比关系，Km值大表示亲 和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程度 大,酶的催化活性高。 4）如果已知Km，可以计算某一底物浓度下，反应 速率相当于Vmax的百分率，生产上，底物浓度太小， 不经济，太大浪费底物。当v=Vmax时，反应速率与 [E0]成正比，如果某一酶Km已知，则任何底物下， 酶被底物饱和百分数为： fES=v/Vmax=[S]/(Km+[S])
显然kcat/Km是E 和S反应 形成产物的二级速率常数。

3. Km和Vmax的求法，米氏方程的作图：基本原则： 将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，再用作 图法求出Km。
By rearrangements of the M-M eq, the hyperbolic Curve can be transformed into a straight-line equation. These transformation include (1) the Lineweaver-Burk double-reciprocal plot, the best know transformation
一级反应半衰期与初始浓度无关， 与速率常数成反比。

二级反应：反应物浓度二次方或两个反应物浓度
乘积成正比的反应。最常见的反应。


二级反应半衰期与初始浓度成反比，即初始浓 度越大则半衰期越短，这是二级反应的重要特 征。 零级反应速率与初始浓度无关，半衰期与初始 浓度成正比，即初始浓度越高，则半衰期越长。

非正比 不再增加速率
底物对酶促反应的饱和现象

证据：EM和X-ray diffraction observation， 如DNA polymerase I； 荧光光谱的变化p356； 物理性质如溶解度在形成 复合物后产生变化；分 离得到胰凝乳蛋白酶和底 物复合物的结晶；透析 和超速离心证据
总的酶量
当反应速度等于最大速度一半时,即 V = 1/2 Vmax, Km = [S] 上式表示,米氏常 数是反应速度为 最大值的一半时 的底物浓度。单位是mol/L



2. 动力学参数的意义 米氏常数的意义：
1）它是酶的一个重要的特征物理常数，其大小与 酶的性质有关而与酶浓度无关。Km值只是在固定的 底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中 测定的，不同条件下具有不同的Km值。不同的酶具 有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物理常数。 2)Km可以判断酶的专一性和天然底物。一个酶有几 个底物，就由几个Km，其中Km最小的底物为其最适 底物，即天然底物。

级反应。



但还需要区别对待，如蔗糖水 解： 蔗糖 + H2O 葡萄糖 + 果糖，由于稀溶液水比蔗糖多 的多，故可以视为一级反应。 故反应速率只决定于蔗糖浓度： v=kcsucrose。 四、各级反应的特征:
一级反应：反应速率只与反应物 浓度一次方成正比的反应。

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t 1/2为一般反应物转变为产物所 需要的时间，谓之半衰期
第二节 底物浓度对反应速率的影响 一、中间复合物学说 Henri 1903年蔗糖酶水解实验：酶浓度不变，改 变底物浓度，开始为一级反应，中间为混合级反 应，最后，底物浓度无论如何增加，反应速率不 再增加，为零级反应。 表明酶可以被饱和，形成 中间产物： S+E ES P+E 。 正比关系