酶促反应动力学课件
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第五节
激活剂对酶反应的 影响
1. 激活剂(activator)
• 激活剂：凡是能提高酶活性的物质。其 中大部分是无机离子或简单有机化合物。
• 金属离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离 子，如Mg2+是多数激酶及合成酶的激 活剂，
• 无机阴离子如：Cl—、Br—、I—等都可作 为激活剂。如Cl—是唾液淀粉酶的激活剂
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
第二节 酶的抑制作用
抑制与失活之间的关系
• 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.
0.058
• Km值氢随酶测定的底物、反应的温度、pH及离子强度
而改变。各种酶的K苯m值甲相酰差酪很氨大酰，胺大多数酶2的.5Km
胰值凝介乳于蛋10白-6~酶10-1mol/甲L之酰间酪。氨酰胺
12.0
乙酰酪氨酰胺
32.0
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。
•
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。
二、抑制作用的类型
v • 根据抑制作用是否可逆:
• 1．不可逆的抑制作用: 抑 制剂与酶的必需基团以共价 键结合而引起酶活力丧失， 不能用透析、超滤等物理方 法除去抑制剂而使酶复活的 作用.
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（3）酶与底物结合是通过一种称为诱导契 合模式进行的。
酶促反应动力学
概念：
• 研究酶促反应速率及其影响因素。 • 反应速率：单位时间内底物减少或产物
增加的速率，常用初速率来衡量。
初速率
产 酶促反应速率逐渐降低
物
0
时间
酶促反应的时间进展曲线
影响酶促反应速度的因素：
• 底物浓度[S] • 酶浓度[E] •T • pH 值 • 抑制剂 • 激活剂
• 加样量的准确性 • 温度与时间的准确性 • 分光光度计的校准和使用
➢ 开启电源，仪器预热20分钟。
➢ 波长调至测试用波长（510nm）。
➢ 将比色皿架处于空白管位置，打开试样室盖，选 择“T”档，调节“0”按钮，使数字显示为“0.00”。
盖上试样室盖，使光电管受光，调节透过率 “100%”按钮，使数字显示为“100.0”。
可逆性 非竞争性抑制
类型
反竞争性抑制 不可逆性
可逆性抑制作用的动力学比较
作用特点 无抑 竞争 非竞争 反竞争 制剂 性抑制 性抑制 性抑制
与I结合组分
E
E、ES ES
动力学参数
表观Km Km
Km
表观Vm Vm Vm
本次实验方案
底物：磷酸苯二钠 酶： 碱性磷酸酶AKP 抑制剂：磷酸氢二钠
v
v=Vm=K3[E]
V= Vmax [S]
Vm
Km + [S]
2
Km
[S]
底物浓度对酶促反应速度的影响
(二)米---曼氏方程 （Michaelis-Menten equation）
Vmax [S] V=
Km + [S]
1、米-曼氏方程解释： 当[S]Km时，v=(Vmax/Km) [S], 即v 正比于 [S] 当[S]Km时，v Vmax, 即[S]而v不变
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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
酶动力学课件
①．动力学参数的意义
Km 酶促反应速度为最大反应速度 最大反应速度（ 酶促反应速度为最大反应速度（Vmax)的一 半时 的一 底物浓度。 的底物浓度。 单位是mol/l。 单位是 。 A. Km值是酶的特 值是酶的特 征性常数。 征性常数。与酶 的浓度无关， 的浓度无关，不 同的酶， 同的酶，其Km 值不同
Lineweaver-Burk 双倒数作图法
实 例
Neurospora crassa 的D-丝氨酸脱水酶催化反应： 丝氨酸脱水酶催化反应： 丝氨酸脱水酶催化反应 CH2OH · CHNH2 · COOH → CH3CO · COOH+NH3 在实验中测定酶的饱和曲线得到下列数据： 在实验中测定酶的饱和曲线得到下列数据： [s] ×10 -5（M） 0.20 0.40 0.85 1.25 1.70 2.00 8.00 v 20分钟生成丙酮酸（µM） 分钟生成丙酮酸（ ） 分钟生成丙酮酸 0.150 0.200 0.275 0.315 0.340 0.350 0.360
（二）底物浓度对酶反应速度的影响
1 中间络合物学说
Henri和Wurtz提出 和 提出
中间产物的证据
中间复合物的直接观察 光谱改变 酶的物理性质改变 分离结晶 酶和底物的共沉降
V Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比； 反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。 应为一级反应。
快速平衡假说与稳态平衡假说的实 质区别
项目
快速平衡学说
稳态学说
酶和底物生成不稳定复合物[ES]，酶催化反应是经该中间复合物完 成的，即： k+1 k+2 E+S [ES] E+P
k-1
假设 [ES]在反应开始后与 E 及 S 迅速 达到动态平衡 [ES]的生成速率与其解离速率相 等，其浓度不随时间而变化
第一章酶促反应动力学ppt课件
3. 忽略产物的抑制作用，不考虑P+E→ES这个可逆反应的 存在。
4. [ES]在反应开始后与E及S迅速达到动态平衡, ES分解
生成产物的速度不足以破. 坏这个平衡。
23
E ＋S
k+1
k-1
ES k+2 E ＋ P
➢ 对于单底物的酶促反应:
dP
dS
dtt0 dtt0
由假设4可得到： k1[E]S []k1[E]S (1)
反应速率采用初始速率
.
21
.
22
快速平衡
E ＋S 假设条件：
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合 物完成的，反应过程中酶的浓度保持恒定。
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的形成不 会降低底物浓度[S]，底物浓度以初始浓度计算。
第一章 均相酶催化反应动力学
Lysozyme
各节学时分布
• 第一节 酶催化反应概论：0.5 • 第二节 简单的酶催化反应动力学：2.5 • 第三节 有抑制的酶催化反应动力学：2.5 • 第四节 复杂的酶催化反应动力学：1 • 第五节 反应条件对酶催化反应速率的影响：1.5
.
2
什么是均相酶催化反应？
由假设3可得到产物的合成速率为：
vP dd[Pt]k2[ES] .
(2)
24
反应体系中酶量守恒： [E0][E][ES ] (3)
由前面的公式(1)得：
[E ]
k-1[ES] k1[S]
代入公式(3),变换后得：
[ES]
[E0][S ]
[S ]
酶促反应动力学(有方程推导过程)ppt课件
当酶反应体系处于恒态时： v1 v2
即： k 1 E t E S S k 1 E k 2 S E S EtSE E SSSk1k 1k2
令： k1 k2 Km k1
则： K m E S E S S E tS
经整理得： ES
Et S Km S
(1)
由于酶促反应速度由[ES]决定，即 vk2ES
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。
整理版课件
9
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
整理版课件
10
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
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。
整理版课件
17
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。
➢ 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。
《酶促反应动力学》课件
底物浓度对反应速率的影响
总结词
随着底物浓度的增加，反应速率通常会加快，但当底 物浓度达到一定值后，反应速率将不再增加。
详细描述
底物是酶催化反应的对象，底物的浓度也会影响反应速 率。通常情况下，随着底物浓度的增加，反应速率会加 快。然而，当底物浓度达到一定值后，反应速率将趋于 稳定，不再增加。这是因为酶的活性位点有限，只能与 一定量的底物结合。
详细描述
酶促反应的活化能是酶促反应所需的最小能量，只有当底物获得足够的能量时，才能够 被酶催化发生反应。活化能的大小反映了酶促反应发生的难易程度，活化能越高，反应 越难以进行。通过实验测定活化能的大小，可以帮助我们了解酶促反应的动力学特征和
机制。
03
米氏方程与双倒数图
米氏方程的推导
总结词
米氏方程是描述酶促反应速度与底物浓 度关系的数学模型，通过实验数据和推 导，可以得出该方程的具体形式。
酶促反应动力学在药物代谢领域的应用，如研究药物在体内的代 谢过程和代谢产物的生成，有助于了解药物的作用机制和药效。
药物合成
在药物合成过程中，酶促反应动力学可用于优化药物合成 的反应条件和提高产物的纯度，降低副反应和废物产生。
在Hale Waihona Puke 境科学中的应用污染物降解酶促反应动力学可用于污染物降解领域，如有机污染物的 生物降解和重金属离子的转化，通过研究酶促反应动力学 参数，实现污染物的有效降解和转化。
温度对反应速率的影响
总结词
温度的升高通常会加快反应速率，但过高的温度可能导致酶失活。
详细描述
温度可以影响酶促反应的速率。一般来说，温度越高，分子间的运动越快，从而促进酶与底物的结合和反应的进 行。然而，过高的温度可能导致酶失活，从而降低反应速率。因此，选择合适的温度对于维持酶的活性和促进反 应的进行非常重要。
课件：酶促反应动力学
竞争性抑制作用的动力学
➢ 有竞争性抑制剂存在时，Km值增大 (1+[I]/Ki)倍，Km值随[I]的增高而增大；
➢ 在[E]固定时，当[S] ﹥﹥ Km (1+[I]/Ki), Km (1+[I]/Ki)项可忽略不计，则v= Vmax， 即最大反应速率不变。
竞争性抑制的动力学曲线
a=1+[I]/Ki
底物浓度对酶促反应速率的影响
• 反应速率对底物浓度作图，得到的是一个 双曲线
• 在低底物浓度时, 反应速率与底物浓度成正 比，表现为一级反应特征。
• 当底物浓度达到一定值，反应速率达到最 大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反 应速率不再增加，表现为零级反应
• 此现象称为饱和效应，对应的图称为底物 饱和曲线，说明酶促反应中酶的底物结合 部位都被底物占据时反应达到最大速率
• 抑制剂：引起抑制作用的化合物。抑制剂 能够与酶的必需基团以非共价或共价的方 式形成比较稳定的复合体或结合物。抑制 剂对酶的抑制具有选择性。
• 酶的抑制作用机理：
– 在化学结构上与被抑制的酶的底物分子（底物 类似物）或底物的过渡状态相似——活性中心 结合。
– 非底物类似物——不与活性部位结合，但和酶 活性部位以外的必需基团结合，从而影响酶促 反应过程。
酶促反应动力学
• △G为负，说明热力学有利，其值与反应的 平衡常数有关
• 活化能是动力学的范畴，和反应的速率常数
• 酶促反应动力学研究酶促反应速率以及影 响此速率的各种因素
• 酶促反应速率指反应的初速率，一般指底 物浓度被消耗5％以内的速率
• 影响因素：底物浓度、酶浓度、产物浓度、 pH、温度、抑制剂、激活剂等
米氏方程
Vmax [S] V=
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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
第10章 酶促反应动力学
kinetics of enzyme—catalyzed reactions
酶促反应动力学
1
• 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
• 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
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
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
抑制与失活之间的关系
• 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.
酶促反应动力学
2
第一节
底物浓度对酶反应 速率的影响
酶促反应动力学
3
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）。
• 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
Km 酶促反应动力学
[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
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）
• 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
•
k1
k3
• S+E k2
ES 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]
P+E
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
•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。Biblioteka 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
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)。