酶促反应动力学ppt课件
合集下载
第二章 生物反应动力学 1 酶促反应 PPT课件
经典酶学研究中，酶活力的测定是在反应 的初始短时间内进行的，并且酶浓度、底物浓 度较低，且为水溶液，酶学研究的目的是探讨 酶促反应的机制。 工业上，为保证酶促反应高效率完成，常 需要使用高浓度的酶制剂和底物，且反应要持 续较长时间，反应体系多为非均相体系，有时 反应是在有机溶剂中进行。
1.1.3 酶促反应的特征
优点：
• • • •
常温、常压、中性范围（个别除外）下进行反应； 与一些化学反应相比，省能且效率较高； 专一性好； 反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制等。
不足：
• 多限于一步或几步较简单的生化反应过程； • 一般周期较长。
1.1.4
研究酶促反应的目的
对工程技术人员而言，仅用于解释酶促反应的 机制是不够的，还应对影响其反应速率的因素进行 定量分析，建立可靠的反应速率方程式，为反应器 的合理设计合反应过程的最佳条件选择服务。
1.2 均相酶促反应动力学
• ������ 均相酶反应：系指酶与反应物系处于同一 相—液相的酶催化反应，它不存在相间的物质传 递。
• ������ 非均相酶反应：系指酶与反应物系处于不同 相的酶催化反应，反应过程存在相间的物质传递。
1.2.1 酶促反应动力学基础
1 影响酶促反应速率的因素
酶 促 反 应 速 率 的 影 响 因 素 浓度因素： 酶浓度、底物浓度、产物浓度、效应物浓度。
积分
(C A0
1 dCD k 2 dt C D )(C B 0 C D ) 1 1 1 ( )dCD k 2 dt C B 0 ) C A0 C D C B 0 C D
(C A0
(C A0
C (C C D ) 1 ln B 0 A0 k 2t C B 0 ) C A0 (C B 0 C D )
酶促反应动力学ppt课件
注：反应分子数和反应级数对简单反应时一致的，但比如水解反应，应为二级，通常可 以当做一级处理。
各级反应的速率特征 一级反应：半衰期与速率常数成反比，与反应物的初浓度无关。 二级反应：半衰期与速率常数和反应物的初浓度成反比。 零级反应：半衰期与速率常数成正比，与反应物的初始浓度成正比。
底物浓度对酶促反应速率的影响
关，而与其浓度无关。一种酶有几种底物就有几个Km值 ，其中Km值最小的底物一般称为该酶的
最适底物或天然底物。
在K2 K-1 时， Km = Ks，此时Km 代表ES的真实解离常，即 Km值表示酶与底物之间的亲 和程度：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。
中间络合物学说
（ Henri的蔗糖酶水解蔗糖试验）
酶促反应： ①当底物浓度低时, 大部分酶没有与底物 结合，即酶未被饱和，这时反应速度取决
于底物浓度，即与底物浓度成正比，表现
为一级反应特征；
②随着底物浓度的增高，ES生成逐渐增
多，这时反应速度取决于【ES】，反应
速度也随之增高，但反应不再成正比例
酶浓度固定，反应速率与底物 浓度的关系
活酶原）。
激活剂对酶的作用具有选择性，有时离子之间可以相互替代，但有些离子之间就具有拮抗作用，
另外，激活剂的浓度也对其效应有影响，一定浓度时起激活作用，超过这个浓度又起抑制作用。
在机体内有许多调节酶活力的方式，其中抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式。
影响机制：1）酸、碱可使酶变性或改变构象失活；2）影响酶活性基团的解离；3）影响底物的
解离，4）影响ES的解离。
注：虽然大部分酶的pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。
激活剂对酶反应的影响
各级反应的速率特征 一级反应：半衰期与速率常数成反比，与反应物的初浓度无关。 二级反应：半衰期与速率常数和反应物的初浓度成反比。 零级反应：半衰期与速率常数成正比，与反应物的初始浓度成正比。
底物浓度对酶促反应速率的影响
关，而与其浓度无关。一种酶有几种底物就有几个Km值 ，其中Km值最小的底物一般称为该酶的
最适底物或天然底物。
在K2 K-1 时， Km = Ks，此时Km 代表ES的真实解离常，即 Km值表示酶与底物之间的亲 和程度：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。
中间络合物学说
（ Henri的蔗糖酶水解蔗糖试验）
酶促反应： ①当底物浓度低时, 大部分酶没有与底物 结合，即酶未被饱和，这时反应速度取决
于底物浓度，即与底物浓度成正比，表现
为一级反应特征；
②随着底物浓度的增高，ES生成逐渐增
多，这时反应速度取决于【ES】，反应
速度也随之增高，但反应不再成正比例
酶浓度固定，反应速率与底物 浓度的关系
活酶原）。
激活剂对酶的作用具有选择性，有时离子之间可以相互替代，但有些离子之间就具有拮抗作用，
另外，激活剂的浓度也对其效应有影响，一定浓度时起激活作用，超过这个浓度又起抑制作用。
在机体内有许多调节酶活力的方式，其中抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式。
影响机制：1）酸、碱可使酶变性或改变构象失活；2）影响酶活性基团的解离；3）影响底物的
解离，4）影响ES的解离。
注：虽然大部分酶的pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。
激活剂对酶反应的影响
酶促反应动力学(1)
① Km是酶的一个特征常数。
Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。
鉴别酶：25℃，最适pH的Km值
② Km可以判断酶的专一性和天然底物。
酶的最适底物或天然底物： Km值最小的底物
酶对底物亲和力的大小：1/ Km 最适底物的亲和力（1/ Km）最大， Km最小,达最大反 应速率一半时所需要的底物浓度愈小。
医学课件ppt
20
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
以1／[S]为横坐标， 以1／v为纵坐标作图
缺点： 实验点过于集中于直线的左端， 作图不易十分准确。
医学课件ppt
21
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起
得：
医学课件ppt
15
米氏方程式
Km--米氏常数（Michaelis-Menton constant）
表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓 度的定量关系。
医学课件ppt
16
医学课件ppt
17
Km的物理意义
Km值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 单位是底物浓度的单位，一般用mol/L或mmol／L表示。 计算：底物浓度—反应速度
第9章 酶促反应动力学
研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素
医学课件ppt
1
底物浓度对酶反应速率的影响 米氏方程
酶的抑制作用
环境因素对酶反应的影响
医学课件ppt
2
1 底物浓度对酶反应速率的影响
1.1米氏学说的提出
① 酶有被底物所饱和的现象
医学课件ppt
双曲线
3
Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。
鉴别酶：25℃，最适pH的Km值
② Km可以判断酶的专一性和天然底物。
酶的最适底物或天然底物： Km值最小的底物
酶对底物亲和力的大小：1/ Km 最适底物的亲和力（1/ Km）最大， Km最小,达最大反 应速率一半时所需要的底物浓度愈小。
医学课件ppt
20
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
以1／[S]为横坐标， 以1／v为纵坐标作图
缺点： 实验点过于集中于直线的左端， 作图不易十分准确。
医学课件ppt
21
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起
得：
医学课件ppt
15
米氏方程式
Km--米氏常数（Michaelis-Menton constant）
表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓 度的定量关系。
医学课件ppt
16
医学课件ppt
17
Km的物理意义
Km值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 单位是底物浓度的单位，一般用mol/L或mmol／L表示。 计算：底物浓度—反应速度
第9章 酶促反应动力学
研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素
医学课件ppt
1
底物浓度对酶反应速率的影响 米氏方程
酶的抑制作用
环境因素对酶反应的影响
医学课件ppt
2
1 底物浓度对酶反应速率的影响
1.1米氏学说的提出
① 酶有被底物所饱和的现象
医学课件ppt
双曲线
3
第9章酶促反应动力学-PPT文档资料48页
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
以1／[S]为横坐标， 以1／v为纵坐标作图 缺点： 实验点过于集中于直线的左端， 作图不易十分准确。
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起
活力丧失。 变性剂对酶无选择性。
抑制作用（inhibition）：酶的必须基团化学性
③ 快速平衡学说 1913年Michaelis和Menten
提出米氏方程
Leonor Michaelis 1875-1949
Ks为ES的解离常数
Maud Menten 1879-1960
④ 稳态理论（Steady State ）
Briggs and Haldane in 1925
修正
Km=（k2+k3）/k1
酶促反应分两步进行：
第一步：酶与底物作用，形成酶-底物复合物。
第二步：ES复合物分解形成产物，释放出游离酶。
酶与底物生成ES的速度为： ES分解的速度为：
注：
当整个反应体系处于稳态时，[ES]生成 速度（V1）等于ES分解速度（V2）：
令:
用[Et]代表酶的总浓度，则
将（2）代入（1）
得：
∵酶促反应速度v取决于ES转换为E+P的速度
可逆的抑制作用（reversible inhibition） ： 抑制剂与酶的必须基团以非共价键结合而引起酶活
力丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂 而使酶复活。
可逆的抑制作用： 竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。
2.3 竞争性抑制作用（competitive inhibition)
① 概念：抑制剂与底物竞争酶的结合部位，从而影响
酶促动力学.ppt
加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图 ：
加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的基团结合。这类抑制作用不会因提高底物浓度而减弱
（3）反竞争性抑制
酶只有与底物结合后才与抑制剂结合，形成的三元中间产物不能进一步分解为产物。
中间产物学说的关键在于中间产物的形成。酶和底物可以通过共价键、氢键、离子键和和配位键等结合形成中间产物。中间产物的稳定性较低，易于分解成产物并使酶重新游离出来。
二、底物浓度对酶反应速度的影响
2 中间络合物学说
※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。后来又有人进行了修正.
三、酶的抑制作用
（一）抑制作用与抑制剂
什么是酶的抑制作用和失活作用？ 失活作用：酶变性；酶活性丧失（无选择性）。 抑制作用：酶的必需基团的化学性质改变,但并不引起酶蛋白变性的作用,而降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的作用 引起作用的物质称为抑制剂（I）（选择性）。 研究抑制作用的意义？
特点
⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物结构类似物； ⑵ 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同—— 酶的活性中心 ⑶ 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除； ⑷ (表观）Km值增大，Vm值不变
竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图 ：
1/Vmax
(表观）Km值增大，Vm值不变
363
（Eisenthal和Cornish-Bowden法）
（5）直接线性作图法
363
酶促反应动力学PPT课件
1913年前后，Michaelis和Menten提出“米氏学说”
• 米氏方程
Vmax [S] V= Km + [S]
Km 即为米氏常数， Vmax为最大反应速
度
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。
因此,米氏常数的单位为 mol/L。
2021/3/9 Vmax=K3[E授]课：XX(X7)
12
Vmax=K3[E] (7)
将（7）代入（6）得：
Vmax [S]
V=
米氏方程
Km + [S]
当[S]Km时，v=Vmax/Km[S] 当[S]Km时,v=Vmax 当[S]=Km时,v=Vmax/2
2021/3/9
授课：XXX
（Hale Waihona Puke ）132021/3/9
授课：XXX
8
Briggs和Haldane“稳态平衡”理论
（1）
（2）
稳态平衡理论：
反应进行一段时间后，系统的ES浓度，由零逐渐 增加到一定数值，在一定时间内，尽管底物浓度和 产物浓度不断变化，复合物ES的浓度也在不断的 生成和分解，但当系统中ES的生成速率和ES的分 解速率相等时，ES的浓度不变。
温度、有无抑制剂） Km 值不同。
➢ 各种酶的 Km 值范围很广，大致在 10 -1 ～10 -6
2M021/3/9之间。
授课：XXX
17
3. Km在实际应用中的重要意义 p359~360
（1）.鉴定酶：通过测定可以鉴别不同来源或相同来源但 在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否 属于同一种酶。
酶促反应动力学ppt课件.ppt
五、Km和Vmax值的测定
(2) 双倒数 作图法
将米氏方 程式两侧 取双倒数， 以1/v1/[s]作图， 得出一直 线.
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
五、Km和Vmax值的测定
(3) Hanes— Woolf作图法
- d[ES] / dt = k2[ES] + k3[ES]
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、酶促反应的动力学方程式
当酶体系处于动态平衡时，ES的形成速 度和分解速度相等
k1([E] — [ES]) * [S] = k2[ES] + k3[ES]
因为当底物浓度很高时，酶反应速率（v）与 [ES]成正比，即
v = k3[ES] ,代入（1）式得：
V = k3[E][S] / (Km+[S])
（2）
当底物浓度很高时所有的酶都被底物饱和而转 变为ES复合物，即[E]=[ES]，酶促反应达到最 大速度Vmax，所以
Vmax = k3[ES] = k3[E]
i =1-a (4) 抑制百分数; i %=(1-a) x 100% 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、抑制作用的类型
v 根据抑制作用是否可逆:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2
第一节
底物浓度对酶反应 速率的影响
底
物
浓
度
对
速
率
影 响 的 曲 线
• 当底物浓度较低时，表现为一级反应（其反应速 率与浓度的关系能以单分子反应的动力学方程式 表示：v=dc/dt=kc （线性关系）
• 随着底物浓度的增加，反应表现为混合级反应。
图
• 当底物浓度达到相当高时，表现为零级反应（与 底物浓度无关）。
第10章 酶促反应动力学
kinetics of enzyme—catalyzed reactions
• 酶促反应动力学:是研究酶促反应的速率以及 影响此速率的各种因素的科学。
• 影响酶速率的各种因素 • 1. 底物浓度 • 2. 酶的抑制剂 • 3. 温度 • 4. pH • 5. 酶的激活剂
酶促反应动力学
• kcat值越大，表示酶的催化效率越高。
酶促反应动力学
16
五、Km和Vmax值的测定
• 主要利用作图法测定 • (1) 测定不同底物浓度的反应初速率，以v-[S]作图，
可以得到Vmax，再从1/2 Vmax，可求得相应的[S]，即 Km值。
v
Vmax
½ Vmax
K酶m促反应动力学
[S]
17
五、Km和Vmax值的测定
• (2) 双倒数作 图法
• 将米氏方程 式两侧取双 倒数，以 1/v-1/[s]作 图，得出一 直线.
酶促反应动力学
18
五、Km和Vmax值的测定
• (3) Hanes— Woolf作图法
• 将前式两边均 乘以[S]得：以 [s]/ v～[s]作图， 得一直线，横 轴的截距为
-Km，斜率为 1/ Vmax
• Km愈小，达到最大反应速率一半所需要的底物 浓度就愈小 ，底物最适。
酶促反应动力学
12
三、Km值的意义
• 4. 判断反应速率v和Vmax之间的关系： • 若已知某个酶的Km值，就可以计算出在某一底
物浓度时，其反应速率v相当于Vmax的百分率。 反之。
V = Vmax *[s] Km +[S]
酶促反应动力学
14
四、Vmax的意义
• 在一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一 个常数。 pH、温度和离子强度等因素也影响 Vmax的数值，
• 同一种酶对不同底物的Vmax也不同。
酶促反应动力学
15
转换数的定义
• 当底物浓度很高时，Vmax = k3[ES] = k3[E]，k3 表示当酶被底物饱和时，每秒钟每个酶分子转 换底物的分子数，这个常数又叫做转换数(简称 TN)，又称为催化常数(catalytic constant，kcat)。
酶促反应动力学
4
• 为解释这一实验结果，Henri和Wurtz提出了酶 底物中间络合物学说。该学说认为当酶催化某 一化学反应时，酶首先和底物结合生成中间复 合物(ES)，然后生成产物(P)，并释放出酶。反 应式：
• S+E
ES
P+E
酶促反应动力学
5
二、酶促反应的动力学方程式
• 1．米氏方程式的推导 （假设K4为0）
酶促反应动力学
19
第二节 酶的抑制作用
酶促反应动力学
20
抑制与失活之间的Biblioteka 系• 失活作用(inactivation) :使酶蛋白变性而引起 酶活力丧失的作用 ,变性剂对酶的变性作用无 选择性.
• 抑制作用(inhibition) :酶的必需基团化学性质 的改变，但酶未变性，而引起酶活力的降低或 丧失
• Km值的物理意义，即Km值是当酶反应速率达 到最大反应速率一半时的底物浓度，单位是 mol／l。
酶促反应动力学
10
三、Km值的意义
Km = (k2+k3) / k1
• 2. Km值酶是酶的一个特征常底数物：Km值的大Km小(m只mo与l/酶L) 的性质脲有酶关，而与酶的浓度尿无素关。因此，在一25定条 件下溶，菌可酶以通过Km值6-N来-乙区酰别不葡同萄的糖酶胺。 0.006
13
三、Km值的意义
• 5. Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途 径，这对了解酶在细胞内的主要催化方向及生 理功能有重要意义。
• 催化可逆反应的酶，对正逆两向底物的Km值往 往是不同的，测定这些Km值的差别以及细胞内 正逆两向底物的浓度，可以大致推测该酶催化 正逆两向反应的效率，
酶促反应动力学
酶促反应动力学
8
• 该方程式表明：当已知Km及Vmax时，酶反应 速率与底物浓度之间的定量关系。若以[S]作横 坐标，v作纵坐标作图，可得到一条双曲线
v
Vmax
½ Vmax
Km 酶促反应动力学
[S]
9
三、Km值的意义
υ = Vmax *[s] Km +[S]
• 1. Km值的物理意义
• 当反应速率达到最大速率一半时，即υ= 1/2Vmax,可以得到 [S] = Km
v = k3[ES] ,代入（1）式得：
• V = k3[E][S] / (Km+[S])
（2）
• 当底物浓度很高时所有的酶都被底物饱和而转 变为ES复合物，即[E]=[ES]，酶促反应达到最大 速度Vmax，所以
• Vmax = k3[ES] = k3[E]
（3）
V = Vmax *[s]
Km +[S] 米氏方程，Km米氏常数
•葡K而m萄改值糖变氢随-6。酶测-磷各定酸种的脱酶底的物K、m6值反-磷相应酸差的-很葡温大萄度，糖、大pH多及数离酶0子的.0强5K8m度值
介于10-6~10-1mol/L之苯间甲。酰酪氨酰胺
2.5
胰凝乳蛋白酶
甲酰酪氨酰胺
12.0
乙酰酪氨酰胺
32.0
酶促反应动力学
11
三、Km值的意义
• 3. Km值可以判断酶的专一性和天然底物 有的 酶可作用于几种底物，因此就有几个Km值，其 中Km值最小的底物称为该酶的最适底物也就是 天然底物。
k1([E] — [ES]) * [S] = k2[ES] + k3[ES]
移项 ([E] — [ES]) * [S] / [ES] =(k2+k3) / k1
令：Km = (k2+k3) / k1
[ES]= [E]*[S]
Km+[S]
（1）
酶促反应动力学
7
• 因为当底物浓度很高时，酶反应速率（v）与 [ES]成正比，即
•
k1
k3
S+E
ES
P+E
•
k2
k4
• 对于ES的形成速度：
d[ES] / dt =k1([E] — [ES]) * [S]
对于ES的分解速度：
- d[ES] / dt = k2[ES] + k3[ES]
酶促反应动力学
6
二、酶促反应的动力学方程式
• 当酶体系处于动态平衡时，ES的形成速度和分 解速度相等