酶促反应动力学(有方程推导过程)

为解释酶被底物饱和现象，Michaelis和 Menten做了大量的定量研究，积累了足够的实验 数据，提出了酶促反应的动力学方程：
S E k1 ES k2 P E
S Et ES
k1
ES
[ES]生成速度：v1 k1Et ES S ，[ES]分解速度：v2 k1ES k2ES
在一定范围内，反应速度达到最大时对应的温度称为该酶促反应的最适温
度（optimum temperature Tm）.一般动物组织中的酶其最适温度为35～
40℃，植物与微生物中的酶其最适温度为30～60℃，少数酶可达60℃以上， 如细菌淀粉水解酶的最适温度90℃以上。
温度对酶促反应速度的影响机理：
3.4 酶促反应动力学
酶促反应动力学
酶促反应动力学(kinetics of enzymecatalyzed reactions)是研究酶促反应速度 及其影响因素的科学。酶促反应的影响因素 主要包括酶的浓度、底物的浓度、pH、温度、 抑制剂和激活剂等。
一. 酶浓度的影响
在一定温度和pH下，酶促反应 在底物浓度大于100 Km时，速度 与酶的浓度呈正比。
当酶反应体系处于恒态时： v1 v2
即： k1Et ESS k1ES k2ES
Et
S ES ES
S

k1 k1
k2
令： k1 k2 Km k1
则：KmES ESS Et S
经整理得： ES
2.米氏常数的意义
（1）. 物理意义： Km值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
（2）. Km 值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物亲和力愈 大。酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反 应速度。
（3）. Km 值是酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的底物和酶促反应 条件(如温度、pH、有无抑制剂等)有关，与酶的浓度无关。酶的种类不同， Km值不同，同一种酶与不同底物作用时，Km 值也不同。各种酶的 Km 值范 围很广，大致在 10-1～10-6 M 之间。
(4)
将（4）代入（3），则：
v
Vmax S Km S
Vmax指该酶促反应的最大速度，[S]为底 物浓度，Km是米氏常数，V是在某一底物浓 度时相应的反应速度。从米氏方程可知：
当底物浓度很低时 [S] << Km,则 V≌Vmax[S]/Km ，反应速度 与底物浓度呈正比; 当底物浓度很高时， [S]>> Km ，此时V≌Vmax ，反应速度达最大 速度，底物浓度再增高也不影响反应速度。
三. pH对酶促反应速度的Hale Waihona Puke Baidu响
大多数酶的活性受 pH 影响显著，在某一 pH 下 表现最大活力，高于或低于此pH，酶活力显著下降。 酶表现最大活力的pH称为酶的最适 pH(optimumpH pHm)。典型的酶速度-pH曲线 是较窄的钟罩型曲线，但有的酶的速度-pH曲线并 非一定呈钟罩型。如胃蛋白酶和木瓜蛋白酶的速度pH曲线。
3. Km在实际应用中的重要意义 （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。
（2）判断酶的最佳底物：如果一种酶可作用于多个底物,就有几个Km值， 其中Km最小对应的底物就是酶的天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解 (Km=28mmol/L),也可催化棉子糖水解(Km=350mmol/L),两者相比， 蔗糖为该酶的天然底物。
2、pH影响酶分子的构象：过高或过低pH都会影响酶分子活性中心的构象， 或引起酶的变性失活。
动物体内多数酶的最适pH值接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH约 1.8，肝精氨酸酶最适pH约为9.8(见下表)。
一些酶的最适pH
四、 底物浓度对反应速度的影响 1、酶反应与底物浓度的关系
1902年，Henri用蔗糖酶水解蔗糖的实验中观 察到：在蔗糖酶酶的浓度一定的条件下测定底物 （蔗糖）浓度对酶 反应速度的影响, 它们之间的 关系呈现矩形双曲线(rectangular hyperbola)。 如下图所示：
1. 温度影响反应体系中的活化分子数：温度增加，活化分子数增加，反应 速度增加。
2. 温度影响酶的活性：过高的温度使酶变性失活，反应速度下降。
最适温度不是酶的特征常数，因为一种酶的最适温度不是一成不变的， 它要受到酶的纯度、底物、激活剂、抑制剂、酶反应时间等因素的影响。 因此，酶的最适温度与其它反应条件有关。
酶浓度对速度的影响机理：酶浓 度 增 加 ， [ES] 也 增 加 ， 而 V=k3[ES]，故反应速度增加。
二. 温度对酶促反应速度的影响
酶促反应与其它化学反应一样，随温度的增加，反应速度加快。化学反应 中温度每增加10℃反应速度增加的倍数称为温度系数Q10。一般的化学反应 的Q10为2～3，而酶促反应的Q10为1～2。
胃蛋白酶的速度-温度曲线如下图：
胃蛋白酶和葡萄糖-6-磷酸酶的pH活性曲线 ：
pH对酶促反应速度的影响机理： 1、pH影响酶和底物的解离: 酶的活性基团的解离受pH影响，底物有的也能 解离，其解离状态也受pH的影响，在某一反应pH下，二者的解离状态最有 利于它们的结合，酶促反应表现出最大活力，此pH称为酶的最适pH；当反 应pH偏离最适pH时，酶促反应速度显著下降。
在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增 加而急骤加快，两者呈正比关系，表现为一级反 应。随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比 例加快，反应速度增加的幅度不断下降。如果继 续加大底物浓度，反应速度不再增加，表现为零 级反应。此时，无论底物浓度增加多大，反应速 度也不再增加，说明酶已被底物所饱和。所有的 酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需底物浓度 各不相同而已。
Et S Km S
(1)
由于酶促反应速度由[ES]决定，即 v k2 ES
，所以 ES v (2)
k2
将（2）代入（1）得：
v k2

Et S Km S
v

k2Et S Km S
(3)
当[Et]=[ES]时， v Vm
所以 Vm k2 Et