第9章 酶促反应动力学
生物化学(第三版)第九章 酶促反应动力学课后习题详细解答_ 复习重点
第九章酶促反应动力学提要酶促反应动力学是研究酶促反应的速率以及影响此速率各种因素的科学。
它是以化学动力学为基础讨论底物浓度、抑制剂、pH、温度及激活剂等因素对酶反应速率的影响。
化学动力学中在研究化学反应速率与反应无浓度的关系时，常分为一级反应、二级反应及零级反应。
研究证明，酶催化过正的第一步是生成酶-底物中间产物，Michaelis-Menten该呢举中间产物学说的理论推导出酶反应动力学方程式，即Km、Vmax、kcat、kcat/Km。
Km是酶的一个特征常数，以浓度为单位，Km有多种用途，通过直线作图法可以得到Km及Vmax。
Kcat称为催化常数，又叫做转换数（TN值），它的单位为s-1，kcat值越大，表示酶的催化速率越高。
kcat/Km常用来比较酶催化效率的参数。
酶促反应除了单底物反应外，最常见的为双底物反应，按其动力学机制分为序列反应和乒乓反应，用动力学直线作图法可以区分。
酶促反应速率常受抑制剂影响，根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆，将抑制作用分为可逆抑制作用及不可逆抑制作用。
根据可逆抑制剂与底物的关系分为竞争性抑制、非竞争性抑制及反竞争性抑制3类，可以分别推导出抑制作用的动力学方程。
竞争性抑制可以通过增加底物浓度而解除，其动力学常数Kˊm变大，Vmax不变；非竞争性抑制Km不变，Vˊmax变小；反竞争性抑制Kˊm及Vˊmax均变小。
通过动力学作图可以区分这3种类型的可逆抑制作用。
可逆抑制剂中最重要的是竞争性抑制，过度态底物类似物为强有力的竞争性抑制剂。
不可逆抑制剂中，最有意义的为专一性Ks型及kcat型不可逆抑制剂。
研究酶的抑制作用是研究酶的结构与功能、酶的催化机制、阐明代谢途径以及设计新药物的重要手段。
温度、pH及激活剂都会对酶促反应速率产生重要影响，酶反应有最适温度及最适pH，要选择合适的激活剂。
在研究酶促反应速率及测定酶的活力时，都应选择酶的最适反应条件。
习题1.当一酶促反应进行的速率为Vmax的80%时，在Km和[S]之间有何关系？[Km=0.25[S]]解：根据米氏方程：V=Vmax[S]/(Km+[S])得：0.8Vmax=Vmax[S]/(Km+[S])Km=0.25[S]2.过氧化氢酶的Km值为2.5×10-2 mol/L，当底物过氧化氢浓度为100mol/L时，求在此浓度下，过氧化氢酶被底物所饱和的百分数。
第九章 酶促反应动力学
第九章酶促反应动力学一、是非判断题1．酶促反应的初速度与底物浓度无关。
（）2．当底物处于饱和水平时，酶促反应的速度与酶浓度成正比。
（）3．某些酶的Km由于代谢产物存在而发生改变，而这些代谢产物在结构上与底物无关。
（）4．在非竞争性抑制剂存在下，加入足量的底物，酶促的反应能够达到正常Vmax。
（）5．碘乙酸因可与活性中心-SH以共价键结合而抑制巯基酶，而使糖酵解途径受阻。
（）6．从鼠脑分离的己糖激酶可以作用于葡萄糖（K m=6×10-6mol/L）或果糖（K m=2×10-3mol/L），则己糖激酶对果糖的亲和力更高。
（）7．K m是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶浓度无关。
（）8．K m是酶的特征常数，在任何条件下，K m是常数。
（）9．K m是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶的底物无关。
（）10．一种酶有几种底物就有几种K m值。
（）11．当[S]>>K m时，V趋向于V max，此时只有通过增加[E]来增加V。
（）12．酶的最适pH值是一个常数，每一种酶只有一个确定的最适pH值。
（）13．酶的最适温度与酶的作用时间有关，作用时间长，则最适温度高，作用时间短，则最适温度低。
（）14．金属离子作为酶的激活剂，有的可以相互取代，有的可以相互拮抗。
（）15．增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。
（）16．竞争性可逆抑制剂一定与酶的底物结合在酶的同一部位。
（）答案1．错。
2．对。
3．对。
4．错。
5．对。
6．错。
7．对。
8．错。
9．错。
10．对。
11．对。
12．错。
13．错。
14．对。
15．对。
16．错。
二、填空题1．影响酶促反应速度的因素有、、、、和。
2．丙二酸和戊二酸都是琥珀酸脱氢酶的抑制剂。
3．通常讨论酶促反应的反应速度时，指的是反应的速度，即时测得的反应速度。
4．pH值影响酶活力的原因可能有以下几方面：影响，影响，影响。
5．温度对酶活力影响有以下两方面：一方面，另一方面。
酶促反应动力学
第一节 酶促反应的动力学方程
一、化学动力学基础
1、反应分子数和反应级数 1）反应分子数
指在反应中真正相互作用的分子数。
A
P
A+B
P+Q
2）反应级数
指实验测得的反应速率与反应物浓度之间的关系，符合 哪种速率方程，则这个反应就是几级反应。
蔗糖 + H2O 蔗糖酶 葡萄糖 + 果糖
1
3）零级反应的特征
反应速率与反应物浓度无关。初始浓度增加，反应速度不变， 要使反应物减少一半所需完成的反应量增加，因此最后表现为半 衰期与初始浓度成正比。
二、底物浓度对酶促反应的影响
1、酶促反应初速度与底物浓度之间的关系 1903年Henri以蔗糖酶水解蔗糖为例，研究底物浓度与酶促反
应速度之间关系时，发现两者的关系符合双曲线关系。
k2
Km= (k2+k3)/k1
Km是[ES]的分解常数与生成常数的比值。 Km的真正含义是， Km越大意为着[ES]越不稳定，越容易分解。但不能说明[ES]是容 易分解成底物还是产物。
kcat/Km可表示为 [k3/(k2 + k3)]k1， k3/(k2 + k3)代表[ES] 分解成产 物的分解常数占[ES] 总分解常数的比值。 k3/(k2 + k3)越大，说明 [ES]越容易分解成产物。 k1是[ES] 生成常数。因此， kcat/Km数 值大不仅表示[ES]容易生成，还表示[ES]易分解成产物。真正代 表酶对某一特定底物的催化效率。所以，也称为专一性常数。 极限值是k1 ，意为[ES]不会再分解为底物。
酶的化学本质是蛋白质，因此，酶 对温度具有高度的敏感性，随着温度 的升高，分子的构象会逐渐地被破 坏，失去催化活性。
第9章酶促反应动力学
3 环境因素对酶反应的影响
温度 pH值 激活剂 抑制剂
① 温度对酶反应的影响
最适温度（optimum temperature ）：受底物的种类、浓度, 溶液的离子强度, pH, 反应时间等的影响。
② pH对酶反应的影响
反 应反
应
速速 度
度
0
6
8
最适pH
pH 10 pH
最适pH（optimum pH）:受到底物的种类、浓度、 缓冲液 的种类等影响。
第9章 酶促反应动力学
研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素
底物浓度对酶反应速率的影响 米氏方程
酶的抑制作用
环境因素对酶反应的影响
1 底物浓度对酶反应速率的影响
1.1米氏学说的提出
① 酶有被底物所饱和的现象
双曲线
② 酶-底物复合物学说(Enzyme-substrate complex)
1903年，Herin-Wurtz
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
以1／[S]为横坐标， 以1／v为纵坐标作图 缺点： 实验点过于集中于直线的左端， 作图不易十分准确。
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起
活力丧失。 变性剂对酶无选择性。
抑制作用（inhibition）：酶的必须基团化学性
将（4）代入（3）
得：
当反应体系中的底物浓度极大，而使所有的酶分子都 以ES形式存在时，反应速度达到最大值（即最大反应 速度，V）。
将（6）代入（5）
得：
米氏方程式
Km--米氏常数（Michaelis-Menton constant） 表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓 度的定量关系。
9第九章 酶促反应动力学
第九章酶促反应动力学（一）底物浓度对酶反应速率的影响（1）OA段：反应底物浓度较低时v与[S]成正比，表现为一级反应， v = k[S]。
根据酶底物中间络合物学说，酶催化反应时，首先和底物结合生成中间复合物ES，然后再生成产物P，并释放出E。
E + S = ES →P + EOA段上，底物浓度小，酶未被底物饱和，有剩余酶，反应速率取决于ES浓度，与[S]呈线性关系，v正比于[S]。
（2）AB段：反应速度不再按正比升高，表现为混合级反应。
此时酶渐渐为底物饱和，[E S]慢慢增加，v也慢慢增加，为分数级反应。
（3）BC段：反应速度趋于V max，为零级反应，酶促反应表现出饱和现象。
此时底物过量[S]>[E],[E]已全部转为[E S]而恒定，因此反应速率也恒定，为最大反应速率，V max为[E]所决定。
非催化反应无此饱和现象。
酶与底物形成中间复合物已得到实验证实。
（二）酶促反应力学方程式（1）米氏方程推导1913年Michaelis和Menten提出并推导出表示[S]与v之间定量关系的米氏方程V max[S]V =K m + [S]Km：米氏常数，物理意义为反应速率为最大速率V max一半时底物的浓度，单位与底物浓度同。
2.9 酶的抑制作用失活作用：使酶蛋白变性而引起酶活力丧失。
抑制作用：酶的必需基团的化学性质改变而引起酶活力降低或丧失，但不引起酶蛋白变性。
引起抑制作用的物质称为抑制剂。
研究酶的抑制剂，可以研究酶的结构与功能、酶催化机制，进行药物、农药的设计与筛选。
（一）抑制作用的类型：（1）不可逆抑制作用：抑制剂与酶必需基团以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超过滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活，酶被化学修饰。
（2）可逆抑制作用：抑制剂与酶以非共价键结合而使酶活力降低或丧失，能用物理方法除去抑制剂而使酶复活。
可逆抑制又分为三种类型。
1.竞争性抑制：抑制剂（I）和底物（S）竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结合。
生化第九章
7.对一个遵从米氏方程的酶来说，当底物浓度[S]=Km，竞争抑制剂浓度[I]=Ki时，反应的初速率是多少？[V=1/3Vmax]
解：根据米氏方程可得：V=Vmax[S]/ (Km(1+[I]/Ki)+[S]),其中[S]=Km，[I]=Ki
解：∵Km=1×10-6molL-1《[S]=0.1molL-1 ∴V=Vmax=0.1μmolL-1min-1
将题中数据代入米氏方程：V=Vmax[S]/(Km+[S])得：设[S]=xKm
V=Vmax?xKm/((x+1)Km)=x/(x+1)?Vmax=1/(1+1/x)?Vmax
V1=0.1 V2=0.09998 V3=1/2?Vmax=0.05
13．假设2×10-4 molL-1的[I]抑制了一个酶催化反应的75%，计算这个非竞争性抑制剂的Ki？[6.66×10-5 molL-1]
解：i%=（1-a）×100%=（1-Vi/Vo）×100%=75% Vi/Vo=1/4 → Vo=4Vi……①
再根据无抑制剂时的米氏方程：Vo=Vmax[S]/(Km+[S])……②
解：i%=（1-a）×100%=（1-Vi/Vo）×100%=75% Vi/Vo=1/4 → Vo=4Vi……①
再根据无抑制剂时的米氏方程：Vo=Vmax[S]/(Km+[S])……②
加入竞争性抑制剂时：V=Vˊmax[S]/(Kˊm(1+[I]/Ki) +[S])……③，此时Vmax变小，Km不变。
解：（1）无抑制剂时：V=Vmax[S]/(Km+[S])，将表中数据代入此式可得Km=1.1×10-5 molL-1，Vmax=45.1μmolL-1min-1
生物化学-生化知识点_酶促反应动力学 (9章)
§2.8 酶促反应动力学（9章 P351）一一一底物浓度对酶反应速率的影响用反应初速度v对底物浓度[S]作图得P355 图9-6。
曲线分以下几段：一1一OA段：反应底物浓度较低时v与[S]成正比，表现为一级反应， v = k[S]。
根据酶底物中间络合物学说，酶催化反应时，首先和底物结合生成中间复合物ES，然后再生成产物P，并释放出E。
E + S = ES → P + EOA段上，底物浓度小，酶未被底物饱和，有剩余酶，反应速率取决于ES浓度，与[S]呈线性关系，v正比于[S]。
一2一AB段：反应速度不再按正比升高，表现为混合级反应。
此时酶渐渐为底物饱和，[E S]慢慢增加，v也慢慢增加，为分数级反应。
一3一BC段：反应速度趋于V max，为零级反应，酶促反应表现出饱和现象。
此时底物过量[S]>[E],[E]已全部转为[E S]而恒定，因此反应速率也恒定，为最大反应速率，V m为[E]所决定。
ax非催化反应无此饱和现象。
酶与底物形成中间复合物已得到实验证实。
一一一酶促反应力学方程式一1一米氏方程推导1913年Michaelis和Menten提出并推导出表示[S]与v之间定量关系的米氏方程V max[S]V =K m + [S]Km：米氏常数，物理意义为反应速率为最大速率V max一半时底物的浓度，单位与底物浓度同。
推导：酶促反应分两步进行。
k1 k3E + S ES → P + Ek2v = k3 [ES]一般k3为限速步骤 v = k3 [ES] … ①1.[ES] 生成速率：d[ES]/dt = k1([E] - [ES]) [S]2.[E S]分解速率：-d[ES] / dt = k2 [ES] + k3 [ES] = (k2 + k3) [ES]3.稳态下[ES]不变，ES生成速率和分解速率相等：k1 ([E]- [ES]) [S] = (k2+k3) [ES]4.引入K m：令K m = k2+k3 / k1代入K m = ([E]- [ES]) [S] / [ES] ,K m [ES] = [E] [S]- [S] [ES], [ES] (K m + S) = [E] [S],[ES] = [E] [S] / K m+[S],5.代入①式：v = k3 [ES] = k3 [E] [S] / K m + [S] … ②6.引入V max：为所有酶都被底物饱和时的反应速率，即此时[E]= [ES]V max = k3 [ES] = k3 [E]代入②式：v = V max [S] / K m + [S]米氏方程表示K m及V max已知时，v~[S]的定量关系。
第9章 酶促反应动力学
Байду номын сангаас
思考与练习 1. 1/v对1/[S]的双倒数作图得到的直线斜率为1.2×103min，在1/v轴上的截距为2.0×10-2ml.min/ n mol。 计算Vmax和Km。 2. 一个二肽酶对二肽Ala-Gly和二肽Leu-Gly的Km分别为 2.8×10-4和3.5×10-2，哪一个二肽是酶的最适底物？ 该酶的两个非竞争性抑制剂的Ki值分别为5.7×10-2 和2.6×10-4。哪一个是最强的抑制剂？ 3. 根据米式方程求（a）Kcat为30s-1，Km为0.005M的酶， 在底物浓度为多少时，酶促反应的速度为1/4 Vmax？ （b）底物浓度为1/2Km，2 Km和10 Km时，酶促反应 的速率分别相当于多少Vmax？
5.红细胞中的碳酸酐酶(相对分子质量为30 000)具有很 高的转换数。它催化C02的可逆水合反应： 此反应对CO2从组织运往肺部很重要。如果l0μ g的纯 碳酸酐酶在37℃下lmin内，以最大速度可催化0．3g CO2的水合反应，那么碳酸酐酶的转换数(Kcat)是多少
6. 酶溶液加热时，随着时间的推移，酶的催化活性逐 渐丧失。这是由于加热导致天然酶的构象去折叠。己糖 激酶溶液维持在45℃12分钟后，活性丧失百分之五十。 但是若己糖激酶与大量的底物葡萄糖共同维持在 45℃12分钟，则活性丧失仅为3％。请解释，为什么在 有底物存在下，己糖激酶的热变性会受到抑制？ 7.新掰下的玉米的甜味是由于玉米粒中的糖浓度高。可 是掰下的玉米贮存几天后就不那么甜了，因为50％糖已 经转化为淀粉了。如果将新鲜玉米去掉外皮后浸入沸水 几分钟，然后于冷水中冷却，储存在冰箱中可保持其甜 味。这是什么道理？
4.枯草杆菌蛋白酶(相对分子质量27 600)是一种能催化 某些氨基酸酯和酰胺水解的细菌蛋白酶。对于合成的底 物N—乙酰—L—酪氨酸乙酯(Ac-Tyr-OEt)，枯草杆菌蛋 白酶的Km和kcat分别为0．15mol／L和550 s-1。 (a) 当 枯 草 杆 菌 蛋 白 酶 的 浓 度 是 0 ．40 g／L时 ， AcTyr—OEt水解的Vmax是多少? (b)吲哚是枯草杆菌蛋白酶的竞争性抑制剂，抑制剂常 数Ki为0．05mol／L。当吲哚为6．25mmol／L时，计 算 Ac—Tyr-OEt 被 0 ． 4 0 g／L 枯 草 杆 菌 蛋 白 酶 水 解 的 Vmax。 (c)计算0．40g／L枯草杆菌蛋白酶与0.25mol／L Ac— Tyr-OEt和1.0mol/L吲哚共同存在时的V。
第九章 酶促反应动力学
第九章酶促反应动力学（一）底物浓度对酶反应速率的影响用反应初速度v对底物浓度[S]作图得P355 图9-6。
曲线分以下几段：（1）OA段：反应底物浓度较低时v与[S]成正比，表现为一级反应， v = k[S]。
根据酶底物中间络合物学说，酶催化反应时，首先和底物结合生成中间复合物ES，然后再生成产物P，并释放出E。
E + S = ES →P + EOA段上，底物浓度小，酶未被底物饱和，有剩余酶，反应速率取决于ES浓度，与[S]呈线性关系，v正比于[S]。
（2）AB段：反应速度不再按正比升高，表现为混合级反应。
此时酶渐渐为底物饱和，[E S]慢慢增加，v也慢慢增加，为分数级反应。
（3）BC段：反应速度趋于V max，为零级反应，酶促反应表现出饱和现象。
此时底物过量[S]>[E],[E]已全部转为[E S]而恒定，因此反应速率也恒定，为最大反应速率，V max为[E]所决定。
非催化反应无此饱和现象。
酶与底物形成中间复合物已得到实验证实。
（二）酶促反应力学方程式（1）米氏方程推导1913年Michaelis和Menten提出并推导出表示[S]与v之间定量关系的米氏方程V max[S]V =K m + [S]Km：米氏常数，物理意义为反应速率为最大速率V max一半时底物的浓度，单位与底物浓度同。
推导：酶促反应分两步进行。
k1k3E + S ES →P + Ek2v = k3 [ES]一般k3为限速步骤v = k3 [ES] …①1.[ES] 生成速率：d[ES]/dt = k1([E] - [ES]) [S]2.[E S]分解速率：-d[ES] / dt = k2 [ES] + k3 [ES] = (k2 + k3) [ES]3.稳态下[ES]不变，ES生成速率和分解速率相等：k1 ([E]- [ES]) [S] = (k2+k3) [ES]4.引入K m：令K m = k2+k3 / k1代入K m = ([E]- [ES]) [S] / [ES] ,K m [ES] = [E] [S]- [S] [ES], [ES] (K m + S) = [E] [S],[ES] = [E] [S] / K m+[S],5.代入①式：v = k3 [ES] = k3 [E] [S] / K m + [S] …②6.引入V max：为所有酶都被底物饱和时的反应速率，即此时[E]= [ES]V max = k3 [ES] = k3 [E]代入②式：v = V max [S] / K m + [S]米氏方程表示K m及V max已知时，v~[S]的定量关系。
第9章__酶动力学
max
V max [ S ] V max V Km [ S ] 2
K 3 [ E ][S ] V max [ S ] K 3 [ E ][S ] 复 习 V K 3 [ ES ] V K 3 [ ES ] Km [ S ] Km [ S ] Km [ S ]
失活 (inactivation)：凡是酶活力的降低或丧失都称为 酶的失活。 抑制 (inhibition)：使酶活力下降或丧失但并不引起酶 蛋白变性，它主要改变酶活性中心的化学性质。 抑制剂（ inhibitor ）：引起酶的抑制作用的物质称为 酶的抑制剂。
研究抑制剂对酶的作用有重大的意义： （1）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发；抗癌药 （2）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵； （3）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基 团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶 工业的基础。
最适温度： 温度对酶促反应速度的影响有两个方面： 1. 温度升高，加快反应速度。 2. 温度升高，酶变性失活。 最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用时间、pH、离子强 度 等因素有关。 温血动物酶的最适温度35℃—40℃；植物酶最适温度40℃—50℃；微生 物差别大，如细菌Taq DNA聚合酶70℃。 温度系数 Q10：温度升高 10℃，反应速度与原来的反应速度之比，大多 数酶的Q10一般为1~2。
（二） 小分子有机物的激活作用
1.某些激活剂（如Cys、GSH）能还原巯基酶中的某些二硫键使 成-SH，-SH是巯基酶起催化作用所需的基团，提高了酶活性。 2.金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属离 子，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。
第九章 酶动力学
抑制剂I
激活剂A
一、酶反应速度
测量：单位时间内底物的减少或产物的增加。 （v=dp/dt) 反应进程曲线 初速度
只有初速度的 测定才有意义
初速度 产
酶促反应速度逐渐降低 物
0
时
间
酶反应进程曲线
酶反应的速度不停在变
)
二、底物浓度对酶反应速度的影响
零级反应 v = k [E] 混合级反应
4.Km与Ks：Km不等于Ks，只有在特殊情况下，Km 才可表示酶 和底物的亲和力。
S + E
k1 k2
ES
k3
E+P
∵ Km= （k2 +k3)/k1 当k2＞＞k3时 Km ≈ k2 / k1 ∴ Km可以看作ES的解离常数ks ： [S][E] Km= ks = ———— [ES]
5. 当反应速度达到最大反应速度的90%，则
抑制作用：使酶的必需基团的化学性质改变而降
低酶活性甚至使酶完全丧失活性的作用，引起作用 物质称为抑制剂（I）（选择性）。 研究抑制作用的意义？
类型：
不可逆抑制作用
可逆抑制作用
竞争性抑制
非竞争性抑制 反竞争性抑制
1.不可逆抑制（irreversible inhibition）
抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合, 使酶丧失活性, 不能用透析超滤等物理方法除去 抑制剂使酶恢复活性. 例1： 巯基酶的抑制
例: 反应时间短，最适温度高。 反应时间长，最适温度低。
温度系数： 当温度增高10摄氏度，反应速度与原来 反应速度的比。对于大多数酶，温度系数为2.
五、 pH对酶反应速度的影响
A: 胃蛋白酶; B: 葡萄糖-6-磷酸酶 酶 的 活 性
第九章 酶促反应动力学
酶，从而抑制细菌生长繁殖。
-2-
中国海洋大学海洋生命学院
生物化学习题
2008 年修订
[S] mol/L（×10-4）
1.0
1.5 36 23
2.0 43 29
5.0 65 50
7.5 74 61
28 无I v（μ mol/min） 有 I（2.2×10-4mol/L） 17 v（μ mol/min）
）
A、竞争性可逆抑制剂；B、非竞争性可逆抑制剂；C、反竞争性可逆抑制剂；D、不可逆抑制剂； ⒖ 如果某个单底物酶促反应是二级反应， E S ES E P ，那么决定其催化反应速度的常 A、Km；B、Ks；C、Kcat；D、Kcat/Km
Kcat
⒎ Km 值是酶的特征常数，有的酶虽然有几种底物，但 Km 值是固定不变的。 ⒏ Km 是酶的特征常数，与酶的底物、底物浓度以及温度等因素无关。 ⒐ 酶的最适 pH 值是一个常数，每一种酶只有一个确定的最适常数。 ⒑ 酶的最适温度与酶和底物的作用时间有关，作用时间越长，则最适温度高；作用时间短，则最适 温度低 三、填空题 ⒈ 酶反应速度受许多因素影响，以反应速度对底物浓度作图，得到的是一条 对酶浓度作图，得到的是一条 ⒉ 讨论酶促反应速度时指的是反应的 ⒊ 磺胺类药物可以抑制 三、名词解释 ⒈ 酶催化的中间烙合物学说；⒉ 转换数；⒊ 酶激活剂和抑制剂；⒋ 酶抑制作用和失活作用； 四、问答题 ⒈ 什么是米氏方程？Km 的意义是什么？如何求米氏常数？ ⒉ 什么是酶的最适 pH？pH 如何影响酶的活力？ ⒊ 什么是酶的最适温度？温度如何影响酶促反应速度？ ⒋ 测定酶活力时为什么要加过量的底物？ ⒌ 什么是酶的抑制作用？可逆抑制作用和不可逆抑制作用有什么区别？又怎样区别？ ⒍ 竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制作用的主要区别是什么？它们在酶促反应中会使 Vmax 和 Km 值发生什么变化？ ⒎ 甘油醛-3-磷酸脱氢酶，相对分子质量 4 万，由 4 个相同亚基组成，每个亚基上有一个活性位点， 在最适条件下， 5μ g 纯酶制剂每分钟可以催化 2.8μ mol 甘油醛-3-磷酸转化为甘油酸-3-磷酸。 请 计算酶的比活力和单个活性位点的转换数。 ⒏ 在不同底物浓度的反应体系中，分别测有无抑制剂存在时的 V，数据如下 速度，即底物消耗量 线；以反应速度 线。 线；以反应速度对 pH 作图，得到的是一条 时测得的反应速度。
第9章 酶促反应动力学
v
5、激活剂对酶作用的影响 激活剂对酶作用的影响
凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（ 凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator） 激活剂 ）
类别
、 、 、 金属离子： 金属离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+
阴离子： 阴离子： Cl-、Br还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、 有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂： 金属螯合剂：EDTA
米氏常数: 米氏常数
Km
k2 + k3 = k1
推导原则 从酶被底物饱和的现象出发， 推导原则：从酶被底物饱和的现象出发，按照 原则
假说的设想进行推导。 “稳态平 衡”假说的设想进行推导。
酶反应速度与底物浓度的关系曲线
[S ]
S +E
[Et ] [ES ]
k 1 ←→ 2 k
ES
[ES ]
→ P + E
总活力单位
比活力= 总蛋白 数 总蛋白mg数
= U(或IU) mg蛋白 或 蛋白
转换系数（Kcat） ）
量度转换效率
底物（ 底物（ moL）/ 秒每个酶分子 ） 每个酶分子
称取25mg蛋白酶配成 蛋白酶配成25mL溶液，取2mL溶液测得含蛋白氮 溶液， 溶液测得含蛋白氮0.2mg，另取 例:称取 称取 蛋白酶配成 溶液 溶液测得含蛋白氮 ，另取0.1mL 溶液测酶活力，结果每小时可以水解酪蛋白产生1500g酪氨酸，假定 个 酪氨酸， 溶液测酶活力，结果每小时可以水解酪蛋白产生 酪氨酸 假定1个 酶活力单位定义为每分钟产生1g酪氨酸的酶量 请计算：（ 酪氨酸的酶量， ：（1） 酶活力单位定义为每分钟产生 酪氨酸的酶量，请计算：（ ）酶溶液的蛋 白浓度及比活。（ 每克纯酶制剂的总蛋白含量及总活力。 。（2） 白浓度及比活。（ ）每克纯酶制剂的总蛋白含量及总活力。[ Vm= k23 Et ](4)
第9章 酶促反应动力学
第九章酶促反应动力学第一节化学动力学基础一、反应速率及其测定二、反应分子数和反应级数反应分子数反应级数三、各级反应的特征（一）一级反应其速率与反应物浓度的一次方成正比。
-dc/dt=kclnc=-kt+lnc0lnc=-kt+B（直线）K=(1/t)ln(c0/c)c=(1/2)c0时k=(ln2)/t1/2t1/2=(ln2)/k半衰期与反应物的初始浓度无关。
（二）二级反应反应的速率与反应物浓度的二次方成正比。
1．若A和B为同一物质-dc/dt=kc2，dc/c2=-kdt；c/c0=1/(1+kc0t)；c/c0=1/2时，k=1/c0t1/2。
2．A和B的初始浓度相同k=(1/t){x/[a(a−x)] }3．A和B的初始浓度不同k=[1/t(a−b)]/ln{[b(a−x)]/[a(b−x)]}a：反应物A的初始浓度。
b：反应物B的初始浓度。
(a-x)：反应时间为t时A的浓度。
(b-x)：反应时间为t时B的浓度。
（三）零级反应反应速率与反应物的浓度无关。
-dc/dt=k，或dx/dt=k。
X=kt，或k=x/t。
第二节底物浓度对酶反应速率的影响一、中间产物学说中间产物学说的实验依据：（1）核酸和酶的复合物可直接用电镜观察；（2）下图；（3）复合物的溶解度和稳定性有所变化；（4）有些复合物可直接分离得到。
酶催化的反应中各成份的变化：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。
酶反应的初速度与底物浓度之间的关系：二、酶促反应的动力学方程式（一）米氏方程的推导米氏方程v=Vmax[S]/(Km+[S])符合v-[S]曲线。
若Km>>[S]，v=(Vmax/Km)[S]；若[S]>>Km，v=Vmax；由v=Vmax[S]/(Km+[S])，得Km=[S][(Vmax/v)-1]，为典型的双曲线方程。
（二）动力学参数的意义1．Km的意义a.Km值等于反应速度达最大反应速度一半时的底物浓度，单位是浓度单位，是酶的特征常数，酶对一定的底物只有一个特定的Km：V/2=V[S]/(Km+[S])，则Km=[S]。
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其他影响酶反应速率的因素
酶浓度
抑制剂
pH值
激活剂
酶反应速率
温度 。。。
底物浓度
9.3 酶的抑制作用
Enzyme Inhibition
凡可使酶蛋白变形而引起酶活性丧失的作用称
为失活作用(inactivation)。 由于酶的必需基团化学性质的改变，但酶未变 性，而引起酶活力的降低或丧失而称为抑制作 用(inhibition)。 变性剂对酶的变性作用无选择性，而一种抑制 剂只能使一种酶或一类酶产生抑制作用。
1 v Vmax 2
3 v Vmax 4
(B)
2 v Vmax 3 4 v Vmax 5
(C)
(D)
Vmax [S] Vmax 3Km 3 v Vmax [S] Km 3Km Km 4
k3 (kcat) 的意义
由Vmax = k3 [E]，得：
k3 =
Vmax [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，称为转换数（TN）或催化常数，即kcat。
kcat 的单位是 S-1。 kcat 值越大，表示酶的催化效率越高。
How to measure Km and Vmax?
How to measure Km and Vmax?
1）研究酶的结构与功能的关系及作用机制。
2）发挥酶催化反应的高效率,寻找最有利的反
应条件。 3）了解酶在代谢中的作用和某些药物的作用 机制。
Kinetics of Enzyme —Catalyzed Reactions
9.1 化学动力学基础 9.2 底物浓度对酶反应速率的影响
9.3 酶的抑制作用
化学动力学基础
9.1.2.3各级反应的特征
1.一级反应
凡是反应速率只与反应物的浓度的一次方呈正比的，
为一级反应。 2.二级反应 凡是反应速率与反应物的浓度的二次方（或两种物质 浓度的乘积）呈正比的，为二级反应。 3.零级反应 凡是反应速率与反应物的浓度无关而受其它因素影响 而改变的反应，为零级反应。
Change in spectroscopic characteristics with the formation of an enzyme (tryptophan synthetase) substrate (serine and indole吲哚) complex.
底物浓度对酶反应速率的影响
底物浓度对酶反应速率的影响
底物浓度对酶反应速率的影响
中间络合物学说的实验证明： 1）ES复合物已被电子显微镜和X射线晶体结构
分析直接观察到。如DNA聚合酶Ⅰ可结合到它 合成的DNA模板上。 2）许多酶和底物的光谱特性在形成ES复合物 后发生变化。
底物浓度对酶反应速率的影响
Structure of an enzyme-substrate complex (cytochrome P-450 bound to camphor).
令 Km = (k2+k3)/k1，Km 称为米氏常数 [E] · [S]
[ES]
=
[S] + Km
－－方程(5)
Michaelis-Menton equation
（4）酶促反应速率 v = k3 [ES] k3 [E] · [S] = [S] + Km －－－－方程(6)
Michaelis-Menton equation
3）酶的物理性质，如溶解度和热稳定性，在
形成ES复合物后发生变化。 4）已分离得到的酶与底物相互作用生成的ES 复合物。 5）超离心沉降过程中，可观察到酶与底物共 沉降现象。
The
existence of ES complexes has been shown in a variety of ways:
Michaelis-Menton equation
1925, Briggs & Haldane, Steady state
k1 k3 E + S ES E + P k2 k4
Michaelis-Menton equation
当反应系统中ES复 合物的生成速率和 ES复合物的分解速
率相等时，ES复合
反应速率是以单位时间内反应物或生成物浓度
的改变来表示。 用瞬时速率表示反应速率：
dc v= - —— dt
（反应物浓度的减小）
or
dc v = + —— （生成物浓度的增加） dt
9.1..2.1 反应分子数
反应分子数是在反应中真正相互作用的分子数目。 单分子反应,速率方程式：
底物浓度对酶反应速率的影响
100 80
Rate of Reaction(v)
60
40
20
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Concentration of Substrate(umol/L)
Reaction velocity versus substrate concentration in an enzyme catalyzed reaction.
9.4 温度对酶反应的影响
9.5 pH对酶反应的影响
9.6 激活剂对酶反应的影响
9.1 化学动力学基础
两个基本问题：
反应进行的方向、可能性和限度 反应进行的速率和反应机制 前者属于化学热力学的研究范围，后者属于化
学动力学研究范围。
化学动力学基础
9.1.1 反应速率及其测定
k2 k3 Km k1
Vmax 的意义
在一定酶浓度下，Vmax是常数；Vmax值只是在
固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定 的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的 Vmax值。
当[S]很大时，酶被底物饱和，Vmax = k3 [E]
Question: When [s] = 3 Km, which is right? (A)
The Km can vary greatly from enzyme to enzyme, and even for different substrates of the same enzyme.
米氏常数Km的意义
1/Km值可用于近似地表示酶与底物之间 的亲和程度： 1/Km值大表示亲和程度大; 1/Km值小表示亲和程度小。
dc v= - —— = kc dt 双分子反应的速率方程式： dc v= - —— =kc′c″ dt
化学动力学基础
9.1.2.2 反应级数
根据实验结果，整个化学反应的速率服从哪种
分子反应的速率方程式，则这个反应即为几级 反应。反应分子数和反应级数这两种分类方法 对很简单的反应来说是一致的。
9.2.2 酶促反应的动力学方程式
9.2.2.1 米氏方程的推导 Michaelis-Menton equation
v = ────── Ks + [S]
Vmax ·[S]
Michaelis-Menton equation
Leonor Michaelis and Maud Menten (1913), Die kinetic der invertin wirkung, Biochem. Z., 19, 333-369.
（3）因为在稳态下，v1 = v2 ， 所以 k1 ( [E]-[ES] ) · = k2[ES] + k3[ES]－－方程(3) [S]
移项，得
k1 [E] · [S] [ES] = [E] · [S] ＝ －－方程(4)
k1[S] + (k2+k3)
[S] + (k2+k3)/k1
Michaelis-Menton equation
（5）当底物浓度[S]很高时，所有的酶被底物饱和形成ES 复合物，酶促反应达到最大速率 Vmax，此时 [ES] = [E] Vmax = k3 [ES] = k3 [E]
所以
Vmax · [S] v = ────── [S] + Km
Vmax · [S] v = ────── [S] + Km
意义：
米氏常数是反应速度为最
大值的一半时的底物浓度。
因此,米氏常数的单位为
mol/L。
米氏常数Km的意义
Km 是酶的一个重要的特征物理常数，Km的大小只
与酶的性质有关，与酶的浓度无关；不同的酶具有
不同Km值。
Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，
一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的 Km值。 对某一酶促反应而言，在一定条件下都有特定的Km 值，可用来鉴别酶以及酶的最适（天然）底物。
（[P]表示产物的浓度）
（[E]表示酶的总浓度）
[S]游离＝[S] - [ES]－[P] ≈ [S] （[S]表示底物的总浓度）
所以
v1= k1 ( [E] - [ES] ) · [S] －－－－－－－－－ 方程(1)
Michaelis-Menton equation
k3 E + S ES E + P k2 （2）ES复合物分解速率： v2= k2 [ES] + k3 [ES] －－－－－－方程(2)
当[S] «Km 时， 曲线1
Vmax [S] Km
v=
=
K [S]
曲线2
当[S] »Km 时，
v=
Vmax [S] [S]
=
Vmax
当[S] = Km 时， v=
Vmax [S] [S] + [S]
=
Vmax