酶动力学课件

B.物理意义 酶促反应速度为最大反应速度 物理意义:酶促反应速度为 物理意义 酶促反应速度为最大反应速度 底物浓度。 （Vmax)的一 半时的底物浓度。 的一 半时的底物浓度
C. Km除了与底物类别有关，还与pH、温度有关， Km除了与底物类别有关 还与pH、温度有关， 除了与底物类别有关， 不同的条件下有不同的Km值。 条件下有不同的 不同的条件下有不同的 值 D. Km可判断酶的专一性和天然底物。如酶能催 可判断酶的专一性和天然底物。 可判断酶的专一性 化几种不同的底物， 化几种不同的底物，对每种底物都 有一个特 定的Km值，其中 定的 值 其中Km值最小的称该酶的最适 值最小的称该酶的最适 底物。 底物。
Briggs和Haldane提出稳态平衡理论 和 提出稳态平衡理论 Briggs认为并不总是K3<<K2, ES฀ E+P这一步也可能速度很快，这时，E， S和ES将不能处于一个平衡状态。布氏 提出稳态理论。
酶催化的反应中各成份的变化
稳态理论的假设
②．稳态米氏方程的推导
游离酶浓度=[E]游离酶浓度=[E]-[ES] ES生成速度=k1（[E]-[ES]）•[S] ES生成速度 生成速度=k [E]-[ES]） ES分解速度=k2[ES]+ k3[ES] ES分解速度 分解速度=k 当稳态时： ES生成速度 生成速度=ES分解速度 当稳态时： ES生成速度=ES分解速度 k1（[E]-[ES]）•[S]= k2[ES]+ k3[ES] [E]-[ES]）
Kcat/Km
表示酶的实际催化效率
Kcat/Km是[E]和S反应形成产物的表观二 是 反应形成产物的表观二 和 反应形成产物的 级速率常数，也称为专一性常数。 级速率常数，也称为专一性常数。
只有Kcat/Km可以客观地比较不同的 可以客观地比较不同的 只有 酶或同一种酶催化不同底物的催化效率
(4) 作图法测定 作图法测定Km和Vmax 和
用这些数据求丝氨酸脱水酶的表观米氏常数。 用这些数据求丝氨酸脱水酶的表观米氏常数。 作图法: 解：1、v对[S]作图法 、 对 作图法 丙 酮 酸 µM/20min µ µ µ
Lineweaver-Burk 双倒数作图法 Hanes-Woolf作图法 Woolf-Augustinson-Hofstee作图法 Eisenthal－Cornish-Bowden作图 作图法 － 作图 测定Km和 的方法很多， 测定Km和V的方法很多，最常用的是 Lineweaver–Burk的作图法 Lineweaver–Burk的作图法 — 双倒数作图法。 双倒数作图法。
2. 单底物酶促反应动力学
（1）.米氏方程的提出 ） 米氏方程的提出
1913年Michaelis和Menten推导 年 和 推导 了米氏方程
V m ax V=
[S ]
K m + [S]
[S]：底物浓度 ： V：不同[S]时的反应速度 ：不同 时的反应速度 Vmax：最大反应速度 最大反应速度(maximum velocity) 米氏常数(Michaelis constant) Ｋm：米氏常数
②二级反应
速率与反应物浓度的2次方（ 速率与反应物浓度的 次方（或两种物质的浓度的乘 次方 积）成正比。 对时间作图，为直线，斜率为K 对时间作图，为直线，斜率为 半衰期与初浓度成反比
③零级反应
反应速率与反应物的浓度无关， 反应速率与反应物的浓度无关，为常数
平衡常数
平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继 平衡： 续进行，但反应速率相等的动态过程。 续进行，但反应速率相等的动态过程。 反应的平衡常数与酶的活性无关， 反应的平衡常数与酶的活性无关，与反应速率 的大小无关，而与反应体系的温度、 的大小无关，而与反应体系的温度、反应物及 产物浓度有关。 产物浓度有关。
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
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
曲线： ①. v- [S]曲线：近似双曲线 曲线 ②．当[S]<< <<Km（ [S]很小时） （ 很小时） << 很小时 即v 与[S]成正比 成正比 ③．当[S]>> >>Km（ [S]很大时） （ 很大时） >> 很大时 v ≅Vmax，酶被底物饱和，v与[S]无关 ，酶被底物饱和， 与 无关 ④．当v=1/2Vmax时， 时 [S]＝Km（mol/L) ＝ （
（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。
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速； 反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。 为混合级反应。
V
Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度； 反应速度不再增加，达最大速度； 反应为零级反应
酶反应的速度在不停地变， 酶反应的速度在不停地变，实验 上只有初速度的测定才有意义。 上只有初速度的测定才有意义。
动力学方程
KS 与 K m
(3)米氏方程的讨论 米氏方程的讨论
V=
V m a x [S ] K m + [S]
a．当[S]<< ． <<Km时， << 时 v=(Vmax/Km) [S], 即v 与[S]成正比 成正比 b．当[S]>> >>Km时， ． >> 时 v ≅Vmax， ， 即[S]↑而v不变 ↑ 不变 c．当[S]＝Km时， ． ＝ 时 v=1/2Vmax
酶浓度、底物浓度、 、温度、 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。 抑制剂、激活剂等。 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
（一）. 酶促反应动力学基础
酶促反应速度一般在规定的反应条件下， 酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用 单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来 表示 反应速度取其初速度， 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小 一般在5﹪以内） （一般在 ﹪以内）时的反应速度 底物浓度远远大于酶浓度
E. Km值近似等于 的解离常数Ks， 值近似等于[ES]的解离常数 ，可表示酶 的解离常数 与底物之间的亲和力： 与底物之间的亲和力： Km越大，亲和力越小，酶的催化活性低； Km 越大，亲和力越小，酶的催化活性低； 越大 越小，亲和力越大， 越小，亲和力越大，酶的催化活性高
F.根据正逆反应 根据正逆反应Km的差别及细胞内正逆两 根据正逆反应 的差别及细胞内正逆两 相底物的浓度推测酶促反应的正逆方向 正逆方向。 相底物的浓度推测酶促反应的正逆方向。 G.根据代谢途径中各个酶的 根据代谢途径中各个酶的Km及其相应底 根据代谢途径中各个酶的 及其相应底 物浓度判断限速步骤 限速步骤。 物浓度判断限速步骤。 H.根据 根据Km值的大小判断分支代谢的流向。 值的大小判断分支代谢的流向 根据 值的大小判断分支代谢的流向。
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
（[E]-[ES]）•[S] [E]-[ES]） [ES] [ES]= ES]=
k2+ k3 = k1
= Km
[E][S]
Km + [S]
因v=k3[ES]，当所有E被S饱和时，即达到最大速 [ES]，当所有E 饱和时， 此时[ES]=[E]， 度，此时[ES]=[E]，Vmax=k3 [E] 代入上式： 代入上式： v= k3[E][S] = Km + [S] Vmax [S] Km + [S]
Km可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径 可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径:
乳酸脱氢酶 （1.7×10-5） ×
乳酸 乙酰 CoA 乙醛
丙酮酸
丙酮酸脱氢酶 （1.3×10-3） × 丙酮酸脱羧酶 （1.0×10-3） ×
当丙酮酸浓度较低时， 当丙酮酸浓度较低时，代谢走哪条途径决定于 Km最小的酶。 最小的酶。
酶促反应动力学(Enzyme Kinetics) 酶促反应动力学
Vmax [S] V= Km + [S]
反应进行的方向 反应进行的可能性 反应进行的限度 反应进行的速率 反应机制