中南民族大学研究生酶学第六章多种因素对酶反应速度的影响

第六章 pH、温度、抑制剂和活化剂对酶反应速度的影响

6.1 pH对酶反应速度的影响

6.1.1 酶反应的最适pH

如果在不同pH条件下测定酶反应速度，可得到左图中的曲线

A,最适pH为6.8。如果将酶在不同pH条件下预保温，然后在pH6.8

下测酶反应速度，得到曲线B，说明pH5～8（除了pH6.8附近）

使酶可逆失活，当pH回到6.8时，酶活性可完全恢复；当pH 〉8或pH〈5时，酶发生了不可逆失活。

一些酶的最适pH和等电点

酶底物等电点最适反应pH

α－淀粉酶（猪胰）淀粉 5.2～5.6 6.9

β－淀粉酶（麦芽）淀粉 6.0 5.2

蔗糖酶蔗糖 5.0 4.5

乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱 5.0 8.4

核糖核酸酶（牛胰）核糖核酸7.8 7.8

胃蛋白酶各种蛋白质 3.8 1.5～2.5

胰蛋白酶各种蛋白质7.8 7.5

胰凝乳蛋白酶各种蛋白质8.1～8.6 8～9

木瓜蛋白酶各种蛋白质9.0 5.0～5.5

菠萝蛋白酶各种蛋白质9.5～10.0 6.0～6.5

脲酶尿素 5.0～5.1 6.4～7.6

脱羧酶（酵母）丙酮酸 5.1 6.0

过氧化氢酶（也叫触酶，牛肝）H2O2 5.6 5.7

醛缩酶（兔肌）果糖二磷酸 6.0 7.5～8.5

己糖激酶（酵母）葡萄糖，A TP 4.5～4.8 8～9

黄嘌呤氧化酶（牛乳）黄嘌呤 6.7 8.5～9.0 注意最适pH与等电点的差别。与等电点相比，最适pH偏酸的说明要在带正电荷的情况下工作，最适pH偏碱的说明要在带负电荷的情况下工作。

6.1.2 最适pH的解释

酶分子中含有多种可解离的基团，如－COOH 、－NH 2、－SH 、－OH 、咪唑基、胍基等。在最适pH 时，各基团的解离状态处于使构象正常及活性中心处于结合底物和催化反应的最佳状态。当pH 偏离最适pH 时，活性中心基团的解离状态发生变化，使酶与底物的结合能力（亲和力）下降，催化能力也下降，致使酶活性下降，即保持正确解离状态的酶分子比例下降。若pH 偏离得太多，导致构象发生不可逆变化，就会使酶变性失活。如溶菌酶活性中心的两个氨基酸只有处于Asp52－COO －

和Glu35－COOH 状态下才具有活性。

底物的解离状态也受pH 的影响，从而影响到底物与酶的结合及被催化反应。 6.1.3 酶的酸碱稳定性

一般来说，酶反应的最适pH 也是使酶最稳定的pH ，偏离的pH 会使酶分子的构象发生变化，构象变化的程度与pH 偏离的程度及偏离pH 处理的时间有关。若pH 偏离不多，或处理时间较短，回复到最稳定pH 后，酶活性可得到恢复，这种恢复也是随着时间的推移逐渐发生的。若pH 偏离较多或处理的时间较长，则酶发生不可逆失活。 6.1.4 pH 影响酶反应速度的动力学

下面讨论几种不同的解离体系的动力学，并假定在实验涉及到的pH 范围内，酶的构象不发生变化。

6.1.4.1 游离酶和ES 复合物二者的解离体系 A ．解离模式

假定各可逆过程均迅速达到平衡，ESH →EH ＋P 为限速反应。 B ．速度方程的推导

用迅速平衡法处理：

12]

[]

][[e K EH H EH =+

+ ………① 2]

[]

][[e K EH H E =+- ………②

12]

[]

][[es K S EH H EHS =+

+ ………③

2]

[]

][[es K EHS H ES =+- ………④

']

[]

][[s K EHS S EH = ………⑤

由②⑤得 ][]

][['][2EHS S H K K E s e ⋅=

+-

； 由⑤得 ][]

['][EHS S K EH s ⋅=

；

由①⑤得 ][]

[]['][12EHS S K H K EH e s ⋅=

++

； 由④得 ][]

[][2

EHS H K ES es ⋅=

+-； 由③得 ][]

[][1

2

EHS K H S EH es ⋅=++；

∵ V = k 2[EHS]， [E]0 = [E －]＋[EH]＋[EH 2+]＋[ES －

]＋[EHS]＋[EH 2+S]， ∴

]

[][][][][][][][2220S EH EHS ES EH EH E EHS k E V

+

-+-+++++= 将式⑥代入上式得

]

[)]

[1][][][']

[']][['(]

[][121202EHS K H H K S K H K S K S H K K EHS E k V es es e s s s e ⋅+++++=

++++

分子分母同乘以[S]得

)

]

[][1]([)][][1(']

[][2

12102++

+++++++=

H K K H S H K K H K S E k V es es e e s 分子分母同除以 ]

[][12

1+

+++H K K H es es 得

]

[][]

[]

[][1]

[][1']

[][][1][2121210

2S K

S V S H K K H H K K H K S H K K H E k V H m

H m e e es es s es es +=

++

++

+⋅⋅+

+=

++

++++++ ……………⑦

式中k 2 [E]0 = V m 。将上式取双倒数形式得

)]

[][1(1][1)][][1('12

121+++++++⋅++=H K K H V S H K K H V K V es es e e s m m …………⑧ C ．讨论

[H +]既影响V m H +

，又影响K m H +

。当[H + ]很高或很低时，式子可简化，得K m H +

的简化式，但意义不大。 D ．作图法求常数

a ．斜率及截距的再作图法：

当K e 1≥100 K e 2，K es 1≥100 K es 2时，可用本法求K e 1、K e 2、K es 1、K es 2、K s ’、V m 等常数。

式⑧中的斜率和截距整理得 斜率＝

m

m m V K H V K K H K V K s e s e s '][1

']['2

1

+

⋅+

⋅++

截距＝

m

m m H

m

V H V K H K V V

es es 1

][1][1121+⋅+⋅=

+++

根据式⑧，在不同的pH 下作直线，每一个pH 可以得到一个斜率和一个截距。 当[H +]较高时，上面两式中的

]

[1

+

H 项可以忽略不计，剩下的部分为直线方程。以斜率对[H +]作图得左上图，以截距对[H +]作图得右上图。

当[H +]很低时，上面两式中的[H +]项可以忽略不计，以斜率对

]

[1

+H 作图得左下图，以截距