酶工程1-3影响酶催化作用的因素详解
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提出：拟稳态法（B-H法）
四点假设： ①、②、③ 同“快速平衡法”； ④中间复合体[ES]在一开始浓度增高后，可在相当一段 时间内保持浓度的恒定；在这段时间里，[ES]的生成速度 和[ES]消失（包括分解成 E+S 和 E+P）的速度相等，达 到动态的平衡，即“拟稳态”。
c[ES]不随时间而变化
dc[ES ] dt
k1cE cS
k1c[ES ]
k2c[ES ]
0
c
cE0 cE c[ES ]
vP
dcP dt
k2c[ES ]
cS c[ ES ]
c[ E ]
拟稳态
cp t
vP
k2cE0 cs Km cs
vP ,max cs Km cs
Km
k1 k2 k1
为米氏常数（mol/L）
Km
Ks
k2 k1
当k+2远小于k-1时，Km=Ks
每一种酶的催化反应都有其最适宜的温度范围及最 适温度。
添加酶的作用底物或者某些稳定剂可以适当提高酶 的热稳定性。
4、pH值的影响
在不同的pH值条件下，酶分子和底物分子中的基 团的解离状态发生改变，从而影响酶分子的构象以 及酶与底物的结合能力和催化能力。 在极端的pH值条件下，酶分子的空间结构发生改 变，从而引起酶的变性失活。 每种酶都有其各自的适宜pH值范围和最适pH值。
k1cEcS k1c[ES ]
cE0 cE c[ES ]源自vPdcP dtk2c[ES ]
vP
k2cE0 cs Ks cs
vP ,max cs Ks cs
Ks
k 1 k 1
为解离常数（mol/L）
M-M 方程的修正
1925年，Brigg 和 Haldane 认为：许多酶有很大的催化 能力，当[ES]形成后，即迅速转化成产物P而释放出酶， 即当k+2>k-1时，M-M 方程不成立。
6、激活剂的影响
激活剂：能够增加酶的催化性或使酶的催化性显示出来的物 质。亦称活化剂。
常见的激活剂：
Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Mn2+等金属离子； Cl- 、Br- 、 I- 、 CN- 、 PO43-等无机阴离子； 某些酶类等大分子（如：胰蛋白酶对天冬氨酸酶和对胰蛋白酶原）
激活剂对酶的作用具有一定的选择性，即一种激活剂对某种 酶起激活作用，而对另一种酶可能起抑制作用；有时离子之 间有拮抗作用；有时金属离子间也可互相替代。
在底物转变成产物之前，必须先与酶形 成中间复合体，后者再转变成产物而重新 释放出游离的酶。
E S k1 [ES] k2 E P k1
M-M 方程的建立
1913年，Michaelis 和 Menten 对中间复合物 学说提出四点假设，建立了酶催化反应的动力学 方程----米氏方程（M-M方程）。
5、抑制剂的影响
抑制剂： 能够使酶的催化活性降低或者丧失的物质。
不可逆抑制剂
抑制剂
竞争性抑制剂
可逆抑制剂 非争性抑制剂
反争性抑制剂
竞 非 反
3
1/VmI(1/VIm)
2 4 1
-1/KmI
1/Vm -1/Km -1/KIm
L— B 作图法
1 ： 无抑制 2 ：竞争性抑制 Vm不变，Km增大 3 ： 非竞争性拟制 Vm减小，Km不变 4 ：反竞争性抑制 Vm和Km同时减小
为了纪念Michelis 和 Menten,把 M-M法 v vmcs
和 B-H法 求得的方程都称为米氏方程！
Km cs
2、酶浓度的影响
在底物浓度足够高的条件下，酶催化反应 速度与酶的浓度成正比：v = k cE 。
v
0
cE
3、温度的影响
反应中，仅改变温度时，每升高 10oC ，化学反应 速度增加1~2倍；但又因酶是生物大分子，其活性会 随温度的升高而受影响，甚至变性失活（一般在 60oC 以上易失活，极少数酶的热稳定性很高）。
四点假设：
①反应中，酶的浓度保持恒定； ②酶的浓度远小于底物的浓度； ③产物的浓度很低，可以忽略其对反应的影响； ④生成产物的速度要慢于底物与酶生成复合物的可逆 反 应速度，是整个反应速度的决定因素。
可逆反应在反应一开始就快速达到平衡，“快速平衡学说”
Vm
0 KS
cS
v —反应速度
Vm—最大反应速度 cS —底物浓度 cE — 酶浓度 cE0 — 初酶浓度 c[ES] — 酶浓度 KS—米氏常数
§1-3 影响酶催化作用的因素
酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温 度、pH值、激活剂浓度、抑制剂浓度等诸 多因素的影响。在酶的应用过程中，必须 控制好各种环境条件，以充分发挥酶的催 化功能。
1、底物浓度的影响
实验：1902年，Henri 在研究蔗糖酶水解蔗糖的反应中
发现：在酶浓度恒定的条件下，随着底物浓度的增加，反 应速度的上升呈双曲线，即：在低浓度底物时，反应速度 呈直线上升，而在高浓度底物时，反应速度上升很少，甚 至不再上升。
(双曲线形图)
Vm
③
②
①
0
cS
①直线： cS 较低时, v 与cS 成正比;
② 曲线： cS 达到一定的数值时, v 与cS 不再成正比;
③ 接近直线： cS 增大到极大值时, v 上升很少甚至不再上升(无限靠 近Vm)。
Vm— 最大反应速度，v —反应速度， cS —底物浓度
Henri：酶—底物中间复合物学说
四点假设： ①、②、③ 同“快速平衡法”； ④中间复合体[ES]在一开始浓度增高后，可在相当一段 时间内保持浓度的恒定；在这段时间里，[ES]的生成速度 和[ES]消失（包括分解成 E+S 和 E+P）的速度相等，达 到动态的平衡，即“拟稳态”。
c[ES]不随时间而变化
dc[ES ] dt
k1cE cS
k1c[ES ]
k2c[ES ]
0
c
cE0 cE c[ES ]
vP
dcP dt
k2c[ES ]
cS c[ ES ]
c[ E ]
拟稳态
cp t
vP
k2cE0 cs Km cs
vP ,max cs Km cs
Km
k1 k2 k1
为米氏常数（mol/L）
Km
Ks
k2 k1
当k+2远小于k-1时，Km=Ks
每一种酶的催化反应都有其最适宜的温度范围及最 适温度。
添加酶的作用底物或者某些稳定剂可以适当提高酶 的热稳定性。
4、pH值的影响
在不同的pH值条件下，酶分子和底物分子中的基 团的解离状态发生改变，从而影响酶分子的构象以 及酶与底物的结合能力和催化能力。 在极端的pH值条件下，酶分子的空间结构发生改 变，从而引起酶的变性失活。 每种酶都有其各自的适宜pH值范围和最适pH值。
k1cEcS k1c[ES ]
cE0 cE c[ES ]源自vPdcP dtk2c[ES ]
vP
k2cE0 cs Ks cs
vP ,max cs Ks cs
Ks
k 1 k 1
为解离常数（mol/L）
M-M 方程的修正
1925年，Brigg 和 Haldane 认为：许多酶有很大的催化 能力，当[ES]形成后，即迅速转化成产物P而释放出酶， 即当k+2>k-1时，M-M 方程不成立。
6、激活剂的影响
激活剂：能够增加酶的催化性或使酶的催化性显示出来的物 质。亦称活化剂。
常见的激活剂：
Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Mn2+等金属离子； Cl- 、Br- 、 I- 、 CN- 、 PO43-等无机阴离子； 某些酶类等大分子（如：胰蛋白酶对天冬氨酸酶和对胰蛋白酶原）
激活剂对酶的作用具有一定的选择性，即一种激活剂对某种 酶起激活作用，而对另一种酶可能起抑制作用；有时离子之 间有拮抗作用；有时金属离子间也可互相替代。
在底物转变成产物之前，必须先与酶形 成中间复合体，后者再转变成产物而重新 释放出游离的酶。
E S k1 [ES] k2 E P k1
M-M 方程的建立
1913年，Michaelis 和 Menten 对中间复合物 学说提出四点假设，建立了酶催化反应的动力学 方程----米氏方程（M-M方程）。
5、抑制剂的影响
抑制剂： 能够使酶的催化活性降低或者丧失的物质。
不可逆抑制剂
抑制剂
竞争性抑制剂
可逆抑制剂 非争性抑制剂
反争性抑制剂
竞 非 反
3
1/VmI(1/VIm)
2 4 1
-1/KmI
1/Vm -1/Km -1/KIm
L— B 作图法
1 ： 无抑制 2 ：竞争性抑制 Vm不变，Km增大 3 ： 非竞争性拟制 Vm减小，Km不变 4 ：反竞争性抑制 Vm和Km同时减小
为了纪念Michelis 和 Menten,把 M-M法 v vmcs
和 B-H法 求得的方程都称为米氏方程！
Km cs
2、酶浓度的影响
在底物浓度足够高的条件下，酶催化反应 速度与酶的浓度成正比：v = k cE 。
v
0
cE
3、温度的影响
反应中，仅改变温度时，每升高 10oC ，化学反应 速度增加1~2倍；但又因酶是生物大分子，其活性会 随温度的升高而受影响，甚至变性失活（一般在 60oC 以上易失活，极少数酶的热稳定性很高）。
四点假设：
①反应中，酶的浓度保持恒定； ②酶的浓度远小于底物的浓度； ③产物的浓度很低，可以忽略其对反应的影响； ④生成产物的速度要慢于底物与酶生成复合物的可逆 反 应速度，是整个反应速度的决定因素。
可逆反应在反应一开始就快速达到平衡，“快速平衡学说”
Vm
0 KS
cS
v —反应速度
Vm—最大反应速度 cS —底物浓度 cE — 酶浓度 cE0 — 初酶浓度 c[ES] — 酶浓度 KS—米氏常数
§1-3 影响酶催化作用的因素
酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温 度、pH值、激活剂浓度、抑制剂浓度等诸 多因素的影响。在酶的应用过程中，必须 控制好各种环境条件，以充分发挥酶的催 化功能。
1、底物浓度的影响
实验：1902年，Henri 在研究蔗糖酶水解蔗糖的反应中
发现：在酶浓度恒定的条件下，随着底物浓度的增加，反 应速度的上升呈双曲线，即：在低浓度底物时，反应速度 呈直线上升，而在高浓度底物时，反应速度上升很少，甚 至不再上升。
(双曲线形图)
Vm
③
②
①
0
cS
①直线： cS 较低时, v 与cS 成正比;
② 曲线： cS 达到一定的数值时, v 与cS 不再成正比;
③ 接近直线： cS 增大到极大值时, v 上升很少甚至不再上升(无限靠 近Vm)。
Vm— 最大反应速度，v —反应速度， cS —底物浓度
Henri：酶—底物中间复合物学说