1 酶催化反应动力学作业参考

CS/rS 0.03 0.03 0.04 0.05 0.05
rS/Cs 34.69 30.20 24.68 20.75 21.05
根据上述表格进行数据回归,可得下表 L-B 法，1/rS-1/CS Y=0.0175X+3.4805 rmax=0.2873(mol/L min) Km=0.0050(mol/L) H-W 法,CS/rS-CS Y=3.3317X+0.0184 rmax=0.3001(mol/L min) Km=0.0055(mol/L) E-H 法.rs-rs/Cs Y=-0.0047X+0.2793 rmax=0.2793(mol/L min) Km=0.0047(mol/L)
1、酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催 化特性？谈谈酶反应专一性的机制。
催化共性:降低反应的活化能，加快生化反应的速率； 反应前后状态不变. 催化特性:高效的催化活性;高度的专一性; 酶反应需要辅因子的参与;酶的催化活性可被调控;酶 易变性与失活 机制：锁钥学说；诱导契合学说
2.什么是抑制百分数？它的物理含义是什么？ 怎样判断反应的抑制类型？
不合理
另有酶失活遵循一级失活动力学,故有 ln2 ln2 kd = 1.67 103 s 1 t1/2 414 CEa CE 0(实际) exp(kd t ) CE 0(实际) CEa exp(kd t ) 5.98 1021 kmol / m3 求得CE 0(实际) CE 0加入
3
) CS
C r r k k k k k k k k (1 k k k
max S S 1 2 1 3 2 3 2 1 2 2
3
) CS
思考
1-2 假设某酶有两个活性中心，它要经过下述 机理步骤，底物才能转化为产物：
试根据稳态假设，求其速率方程式。
k k k k 令K k k
S 1 1 S1
r

r
2 2 1 1
max
则r S
K S 1 K S 2 (1 K S 2 ) C S
k ,K k k r C
S2 max
(1 k 2 ) C S
2 2 2 S
CS
（2）B—H 方程（拟稳态法）
1-8 Eadie测量了存在和不存在某抑制剂情况下 乙酰胆碱在某酶作用下进行的水解反应的初始 速率，数据如下：
（1） 判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？ （2） 用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。
解：有上数据进行变换后可得：
1-10 在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫酸。在一 定的酶浓度下，测得M-M方程中的参数Km=6.7×10-4mol/l,rmax=3×107mol/(l· min)。对该反应，半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。 当CS0=2×10-5mol/l , CI0=1×10-5mol/l时，测得反应速率rSI=1.5×109mol/(l· min)。试求KmI和K I值。
1-4 一分批进行的均相酶催化反应，底物的初始浓度为 3×10-5 mol/l,Km=1×10-3 mol/l,,经过2 min后，底物转 化了5% ，假定该反应符合M-M方程，试问当该反应经 过10 min、30 min和60 min时，该底物转化了多少？
解: 由于Cs0 Km, 故可用一级处理,此时, rmax 1 1 1 1 -3 K mln 1 10 ln t 1-Xs 2 1 0.05
dC[ES] dt dC[ES] dt dC[ESS] dt dC[ESS] dt 0
k1CE CS (k2 k3 )C[ ESS ] k1C[ ES ] k2C[ ES ]CS k4C[ ES ] 0 k2C[ ES ]CS (k3 k2 )C[ ESS ] 0
0
k2CEa dt
k2CE0 e( kd t)dt 0.002
CE0 2 108 kmol / m3 2 108 故可求得酶的纯度为 100%=0.01% 4 2 10
kmol/m3。
10 103 4 3 解: CE 0加入 2 10 kmol / m 0.001 5 104 由于cS0 K m , 故该酶催化反应为零级反应 则rmax t cso cs 0.002 rmax 4.63 108 kmol / m3 s rmax k2CEa CEa rmax 4.63 108 2.79 1010 kmol / m3 k2 166 0.002 12 3600
2.56 10 5 mol /( L min) 代入不同的时间可求得分别为22.6%,53.6%, 78.5%.
1-7 某一酶催化反应的Km=4.7×10-5mol/l , rmax=22μmol/(l· min) , CS=2×10-4mol/l , CI=5×10-4mol/l , KI=5×10-4mol/l , 试分别计算在竞争性抑制、非竞 争性抑制、反竞争抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。
解：由题中数据进行变换后可达下表：
CS rso (mol/L) (mol/L min) 0.0032 0.111 0.0049 0.148 0.0062 0.153 0.008 0.166 0.0095 0.2
1/CS 312.50 204.08 161.29 125.00 105.26
1/rS 9.01 6.76 6.54 6.02 5.00
E+S K1 K -1 [ES] K2 K-2
1
作业
[ES]
K3
2
E+P
，
试分别用（1）快速平衡法（M—M 法）和（2）拟稳态法（B—H 法） ，求 其速率方程式。
（1）M—M 方程（快速平衡法）
r k CES
S 3
2
k C C k CES
1 E S 1
1
k CES k CES
抑制百分数是为了表示抑制剂对酶催化反应抑制程度，其定义式 为
i值越大，表示抑制的程度越大；i值越小，表示抑制的程度越小。
rS rSI rSI i 1 rS rS
考虑增加底物浓度与抑制因子的关系来判断，不随底物浓度 改变的为非竞争性抑制，随底物浓度增加而减小的为竞争 性抑制，随底物浓度增加反而减小的为反竞争性抑制。 （也可用作图法比较有抑制与无抑制时的图形差别，根据 如下图形得以判断）
C
E0
C E C ES C ESS
rp k3C[ ESS ] k4C[ ES ]
作业
1-3 Eadie在1942年测量了乙酰胆碱（底物）在 某酶上进行水解反应的初始速率，数据如下：
试用（1）L-B法；（2）H-W法；（3）E-H法估计其动力学参 数值。
此题不少同学把两个参数得值弄混
此题很多同学算错
CI 解 : 在非竞争性抑制时, i 50% CI K I rSI 0.5rS 8.91( mol / L min) 在反竞争抑制时, 22 2 rSI 9.84( mol / L min) CI K m Cs (1 ) 0.47 2 2 KI rSI 9.84 i 1 1 44.7% rS 17.81 r Cs max
解：由题意可得：
r Cs r Cs max max rSI C K m (1 I ) Cs K mI Cs KI K mI K mI 5 (r rSI )C (3 0.015) 2 10 S max 3.98 103 mol / L rSI 0.015 CI CI 1105 K m (1 ) K I 2.02 106 mol / L K mI 3.98 KI 1 1 0.67 Km
dC
dt
dC
ES
1
k C C k CES k CES k CES 0
1 E S 2
2
1
1
2
1
ES
2
dt
k2 C
ES k 2 CES k 3 CES 0
1 2 2
C
E0
CE C
ES CES
3.谈谈影响酶催化反应速率的因素
影响酶催化反应速率的因素有很多，从内部因 素来看，包括酶的结构特性和底物的结构特性； 从外部因素来看，包括各种物质的浓度因素 （如酶浓度、底物和产物的浓度、抑制剂的浓 度等）和操作条件（如温度、压力、离子强度、 pH等）。
1-1.某酶催化反应机理中有多种复合物存在，表示为：
1
2
联立求解得：
k k C C CES ( k k k k k k ) k (k
E0 1 2
2
S 2
1
2
1
Baidu Nhomakorabea
3
2
3
1
k 3) k 1 k 2
C
S

C C k k k k k k (1 k k k k k
E0 S 1 2 1 3 2 3 2 1 2 2
2
1
2
2
C
E0
CE C
ES CES
1
2
联立求解得：
C k k C CES k k (k k k k ) C

E0 1 2 S
2

1
2
2
1
1
2
S
C C k k (1 k k k k
E0 S 1 2 1 2
2 2
) CS
问题出在rmax是变化的,不能直接用下式求
rmax t cso cs 0.002 rmax 4.63 108 kmol / m3 s
0.002 12 3600
而只能用
123600
0
rmax dt cso cs 0.002
43200 0

43200
r Cs 22 2 max 解 : 在无抑制时, rS rS 17.81( mol / L min) K m Cs 0.47 2 CI 5 1 1 2 KI 5 r Cs 22 2 max 在竞争性抑制性况下, rSI 14.97( mol / L min) K mI Cs 0.47 2 2 rSI i 1 15.96% rS
1-12 在以腺苷三磷酸酯酶为催化剂进行的
ATP ADP+Pi
反应中，酶的分子量为5×104 , Km为1×10-4 kmol/m3 , k+2为 166 s-1.该酶失活遵循一级动力学，其半衰期t1/2=414 s,如果 加入体积为0.001 m3的间歇反应器中的酶量为10 g,反应12 h 后测定产物浓度为0.002kmol/m3 , 试确定该酶的纯度（以 CE0实际的/CE0加入的值表示）。底物的初始浓度为0.02