生化工程第二章酶促反应动力学优秀课件 (2)
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生化工程,第二章酶促反应动力学
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 •P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
•t
• 若用单位时间内生成物浓
•v
度的增加来表示，则：
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•t
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
•符合双分子反应的表达式，为二级反应。
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生化工程,第二章酶促反应动力学
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
•Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
•甲醇
甘油 ＋ 脂肪酸 NaOH
•生物柴油
• 高果糖浆:
•
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
•淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
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生化工程,第二章酶促反应动力学
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
•化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
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•化学动力学
•对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， •ES •k-1 E + S •k+1
•其解离常数可以表示为,
•(4)
•即,
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•代入公式(2)得到
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 •P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
•t
• 若用单位时间内生成物浓
•v
度的增加来表示，则：
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•t
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
•符合双分子反应的表达式，为二级反应。
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生化工程,第二章酶促反应动力学
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
•Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
•甲醇
甘油 ＋ 脂肪酸 NaOH
•生物柴油
• 高果糖浆:
•
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
•淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
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生化工程,第二章酶促反应动力学
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
•化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
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•化学动力学
•对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， •ES •k-1 E + S •k+1
•其解离常数可以表示为,
•(4)
•即,
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•代入公式(2)得到
生化工程,第二章酶促反应动力学
第二章 生物反应动力学 1 酶促反应 PPT课件
经典酶学研究中，酶活力的测定是在反应 的初始短时间内进行的，并且酶浓度、底物浓 度较低，且为水溶液，酶学研究的目的是探讨 酶促反应的机制。 工业上，为保证酶促反应高效率完成，常 需要使用高浓度的酶制剂和底物，且反应要持 续较长时间，反应体系多为非均相体系，有时 反应是在有机溶剂中进行。
1.1.3 酶促反应的特征
优点：
• • • •
常温、常压、中性范围（个别除外）下进行反应； 与一些化学反应相比，省能且效率较高； 专一性好； 反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制等。
不足：
• 多限于一步或几步较简单的生化反应过程； • 一般周期较长。
1.1.4
研究酶促反应的目的
对工程技术人员而言，仅用于解释酶促反应的 机制是不够的，还应对影响其反应速率的因素进行 定量分析，建立可靠的反应速率方程式，为反应器 的合理设计合反应过程的最佳条件选择服务。
1.2 均相酶促反应动力学
• ������ 均相酶反应：系指酶与反应物系处于同一 相—液相的酶催化反应，它不存在相间的物质传 递。
• ������ 非均相酶反应：系指酶与反应物系处于不同 相的酶催化反应，反应过程存在相间的物质传递。
1.2.1 酶促反应动力学基础
1 影响酶促反应速率的因素
酶 促 反 应 速 率 的 影 响 因 素 浓度因素： 酶浓度、底物浓度、产物浓度、效应物浓度。
积分
(C A0
1 dCD k 2 dt C D )(C B 0 C D ) 1 1 1 ( )dCD k 2 dt C B 0 ) C A0 C D C B 0 C D
(C A0
(C A0
C (C C D ) 1 ln B 0 A0 k 2t C B 0 ) C A0 (C B 0 C D )
酶促反应动力学ppt课件
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
生化工程第二章酶促反应动力学优秀课件
化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
v
dS dt
• 若用单位时间内生成物浓
v
度的增加来表示，则：
v
dP dt
t
v
dP dt
t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
单底物酶促反应动力学
E ＋S
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
快速平衡学说的几点假设条件：
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。
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。
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
v k[A] • 双如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表示为：
vk[A]B []
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制， 即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用 实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
生化工程第二章酶 促反应动力学
实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
油料
甘油 ＋ 脂肪酸
甲醇 NaOH
生物柴油
• 高果糖浆:
α-淀粉酶
糖化酶Biblioteka 葡萄糖异构酶淀粉浆液
酶促反应动力学 (2)PPT讲稿
（3） kcat/km的意义：
Vmax[S] V=
Km + [S]
∵Vmax=kcat[Et] ∴
kcat[Et][S] V=
Km + [S]
当[S] <<Km时， [E]＝[Et]
是E和S反应形成产物的表观二级速率常数。 其大小可用于比较酶的催化效率。
kcat/km＝ k3k1
k2+k3
kcat/km的上限为k1,即生成ES的速率，即酶 的催化效率不超过E和S形成ES的结合速率
2、动力学参数的意义
（1）米氏常数Km的意义
V
Vmax Vmax/2
Vmax 2
Km
[S]
＝ Vmax[S] Km + [S]
Km＝[S]
∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
①Km是酶的特性常数：
与pH 、温度、离子强度、酶及底物种类有关，与酶浓度 无关，可以鉴定酶。
k2>>k3时
k2 + k3 Km=
k1
Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）
k1
k3
E+S
ES
P+E
k2
Km越小，亲和力越强。
[S]很小时，反应速度就能达到很大。
性能优，代谢中这类酶更为重要
③根据Km：
判断某[s]时v与Vmax的关系 判断抑制剂的类型
④ Km可帮助判断某代谢反应的方向和途径 催化可逆反应的酶对正/逆两向底物Km不同 —— Km较小者为主要底物
➢ 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很 小（一般在5﹪以内）时的反应速度；
➢ 底物浓度远远大于酶浓度。（[S] 》[E]）
酶催化反应动力学ppt课件
(a) L-B法；(b)H-W法；(C) E-H法
32
(5) 积分法
33
微分法和积分法比较
微分法中要引入反应速率为变量，但实 验中不能直接测定反应速率，在Cs与t的关 系曲线上求取相应各点的切线的斜率，才 能确定不同时间的反应速率； 积分法的主要问题是要保证随着反应的 进行，反应产物的增加对反应速率不产生 影响，否则不符合M-M方程成立的条件；
如果有一个酶有几种底物，则对每一种底物，各 有一个特定的Km值。并且， Km值还受pH及温度的 影响。 Km值作为常数只是对一定的底物，一定的 pH值，一定的温度条件而言，测定Km可以作为鉴别 酶的手段。
22
23
1.2.2 动力学特征
rp
rc p ,ma x S
(Km
c S
)
rs rmax
第1章 酶催化反应动力学
基本要求： 了解酶反应的特点，掌握M－M方程的推 导、应用和各种抑制动力学的特征及其应 用；熟悉复杂酶反应及其失活动力学的处 理方法。
重点和难点： M－M方程的推导、应用，各参数的意义 及求取。
1
第1章 酶催化反应动力学
1.1 酶催化反应概论 1.2 简单的酶催化反应动力学 1.3 有抑制的酶催化反应动力学 1.4 复杂的酶催化反应动力学 1.5 反应条件对酶催化反应速率的影响 1.6 酶的界面催化反应动力学
(1)反应机理
(S E P) : S E k1
k1
rS
1 V
dnS dt
rp
1 dnp V dt
k2CES
[ES] k2 E P
(2-1)
17
⑵快速“平衡”假设理论（L. Michaelis和M .L. Menten（1913））：
32
(5) 积分法
33
微分法和积分法比较
微分法中要引入反应速率为变量，但实 验中不能直接测定反应速率，在Cs与t的关 系曲线上求取相应各点的切线的斜率，才 能确定不同时间的反应速率； 积分法的主要问题是要保证随着反应的 进行，反应产物的增加对反应速率不产生 影响，否则不符合M-M方程成立的条件；
如果有一个酶有几种底物，则对每一种底物，各 有一个特定的Km值。并且， Km值还受pH及温度的 影响。 Km值作为常数只是对一定的底物，一定的 pH值，一定的温度条件而言，测定Km可以作为鉴别 酶的手段。
22
23
1.2.2 动力学特征
rp
rc p ,ma x S
(Km
c S
)
rs rmax
第1章 酶催化反应动力学
基本要求： 了解酶反应的特点，掌握M－M方程的推 导、应用和各种抑制动力学的特征及其应 用；熟悉复杂酶反应及其失活动力学的处 理方法。
重点和难点： M－M方程的推导、应用，各参数的意义 及求取。
1
第1章 酶催化反应动力学
1.1 酶催化反应概论 1.2 简单的酶催化反应动力学 1.3 有抑制的酶催化反应动力学 1.4 复杂的酶催化反应动力学 1.5 反应条件对酶催化反应速率的影响 1.6 酶的界面催化反应动力学
(1)反应机理
(S E P) : S E k1
k1
rS
1 V
dnS dt
rp
1 dnp V dt
k2CES
[ES] k2 E P
(2-1)
17
⑵快速“平衡”假设理论（L. Michaelis和M .L. Menten（1913））：
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。
酶促动力学.ppt
加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图 ：
加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的基团结合。这类抑制作用不会因提高底物浓度而减弱
（3）反竞争性抑制
酶只有与底物结合后才与抑制剂结合，形成的三元中间产物不能进一步分解为产物。
中间产物学说的关键在于中间产物的形成。酶和底物可以通过共价键、氢键、离子键和和配位键等结合形成中间产物。中间产物的稳定性较低，易于分解成产物并使酶重新游离出来。
二、底物浓度对酶反应速度的影响
2 中间络合物学说
※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。后来又有人进行了修正.
三、酶的抑制作用
（一）抑制作用与抑制剂
什么是酶的抑制作用和失活作用？ 失活作用：酶变性；酶活性丧失（无选择性）。 抑制作用：酶的必需基团的化学性质改变,但并不引起酶蛋白变性的作用,而降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的作用 引起作用的物质称为抑制剂（I）（选择性）。 研究抑制作用的意义？
特点
⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物结构类似物； ⑵ 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同—— 酶的活性中心 ⑶ 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除； ⑷ (表观）Km值增大，Vm值不变
竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图 ：
1/Vmax
(表观）Km值增大，Vm值不变
363
（Eisenthal和Cornish-Bowden法）
（5）直接线性作图法
363
《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。
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离子强度等） ✓ 内部因素（效应物，酶的结构）
酶与底物的作用机理
• Lock and Key Model
Induced-Fit Model
• 手与手套的关 系.
• 当底物接近酶 的活性中心并 与之结合时， 酶的构象能发 生改变，更适 合于底物的结 合。
酶反应动力学
➢ 酶反应动力学的两点基本假设：
化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
v
dS dt
• 若用单位时间内生成物浓
v
度的增加来表示，则：
v
dP dt
t
v
dP dt
t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
v kAB
k指反应的速率常数。 反应速率与反应物的性质和浓度、 温度、压力、催化剂及溶剂性质 有关
酶促反应动力学基础－平衡常数
• 平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继续进行， 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，与反应速率的大小无 关，而与反应体系的温度、反应物及产物浓度有关。
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
因为蔗糖的稀水溶液中，水的浓度比蔗糖浓度大得多， 水浓度的减少与蔗糖比较可以忽略不计。因此，反应速 率只决定于蔗糖的浓度。
(4)
即, [ES][[SE0]][SKS ]
代入公式(2)得到
vP
k2[E0][S] [S]KS
(5)
当反应初始时刻，底物[S]>>[E],几乎所有的酶都与底物结合成 复合物[ES]，因此[E0]≈[ES],反应速率最大，此时产物的最大 合成速率为：
VPma xk2[E0]
代入式(5)得：
vPd d [P t]kK 2 S [E 0[ ]S S [ ]]V KPS m [ [a S Sx ] ]
vP dd[Pt]k2[ES]
(2)
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
]
k1 k1
对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， ES
k-1 E+S
k+1
其解离常数可以表示为, KS kk11 [E[E]S[S]]
(6)
式中：
Vp,max: 最大反应速率
如果酶的量发生改变，最大反应速率相应改变。
KS: 解离常数，饱和常数 低KS值意味着酶与底物结合力很强， (看看KS的公式就知道了)。
E ＋S
k+1
ES
k-1
k+2 E ＋ P
稳态学说
稳态学说的几点假设条件：
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。
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
单底物酶促反应动力学
E ＋S
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
快速平衡学说的几点假设条件：
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。
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。
v = k [S]
酶促反应动力学基础－反应速率
零级反应 v dd[St] rmax
dA
dt
k
A
一级反应 A ─→ B
A0
v ddtAkA
积分后得： ln A ktC
这儿：k是反应速率常数，C是积分常数
t 一级反应
若反应开始(t=0)时,A=A0,则C=lnA0, 最后得到: A=A0e-kt
k 二级反应 A+B ─→ C
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的 在反应的初始阶段，产物浓度很低，P+E→ES这个可逆反 应的速率极小，可以忽略不计。
4. [ES]的生成速率与其解离速率相等，其浓度不随时间而变 化。
当反应系统中 [ES]的生成速率与分解速率相等时，[ES]浓度 保持不变的状态称为稳态。
生化工程第二章酶 促反应动力学
实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
油料
甘油 ＋ 脂肪酸
甲醇 NaOH
生物柴油
• 高果糖浆:
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
• 平衡常数(K)的计算：
例：A+3B
2C+D
K C2D A B3
酶的基本概念
酶可加快反应速率 降低反应的活化能(Ea) 不能改变反应的平衡常数K 不能改变反应的自由能变化(ΔG)
✓酶有很强的专一性 ✓较高的催化效率 ✓反应条件温和 ✓酶易失活
酶促反应动力学基础
影响酶促反应的主要因素
✓ 浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等） ✓ 外部因素（温度，压力，pH，溶液的介电常数，
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 应速率方程式，则这个反应即为几级反应。 例：对于某一反应其总反应速率能以单分子反应的速 率方程式表示，那么这个反应为一级反应。 又如某一反应： A + B → C + D
vk[A ][B] 式中k为反应速率常数
符合双分子反应的表达式，为二级反应。
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
v k[A] • 双如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表示为：
vk[A]B []
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制， 即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用 实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
3. 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。
E ＋S
k+1
k-1
ES k+2 E ＋ P
快速平衡学说
➢ 对于单底物的酶促反应:
dP dS
dt t 0
dt t 0
由假设4可得到： k 1[E]S []k 1[E]S
(1)
由假设3可得到产物的合成速率为：
酶与底物的作用机理
• Lock and Key Model
Induced-Fit Model
• 手与手套的关 系.
• 当底物接近酶 的活性中心并 与之结合时， 酶的构象能发 生改变，更适 合于底物的结 合。
酶反应动力学
➢ 酶反应动力学的两点基本假设：
化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
v
dS dt
• 若用单位时间内生成物浓
v
度的增加来表示，则：
v
dP dt
t
v
dP dt
t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
v kAB
k指反应的速率常数。 反应速率与反应物的性质和浓度、 温度、压力、催化剂及溶剂性质 有关
酶促反应动力学基础－平衡常数
• 平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继续进行， 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，与反应速率的大小无 关，而与反应体系的温度、反应物及产物浓度有关。
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
因为蔗糖的稀水溶液中，水的浓度比蔗糖浓度大得多， 水浓度的减少与蔗糖比较可以忽略不计。因此，反应速 率只决定于蔗糖的浓度。
(4)
即, [ES][[SE0]][SKS ]
代入公式(2)得到
vP
k2[E0][S] [S]KS
(5)
当反应初始时刻，底物[S]>>[E],几乎所有的酶都与底物结合成 复合物[ES]，因此[E0]≈[ES],反应速率最大，此时产物的最大 合成速率为：
VPma xk2[E0]
代入式(5)得：
vPd d [P t]kK 2 S [E 0[ ]S S [ ]]V KPS m [ [a S Sx ] ]
vP dd[Pt]k2[ES]
(2)
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
]
k1 k1
对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， ES
k-1 E+S
k+1
其解离常数可以表示为, KS kk11 [E[E]S[S]]
(6)
式中：
Vp,max: 最大反应速率
如果酶的量发生改变，最大反应速率相应改变。
KS: 解离常数，饱和常数 低KS值意味着酶与底物结合力很强， (看看KS的公式就知道了)。
E ＋S
k+1
ES
k-1
k+2 E ＋ P
稳态学说
稳态学说的几点假设条件：
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。
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
单底物酶促反应动力学
E ＋S
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
快速平衡学说的几点假设条件：
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。
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。
v = k [S]
酶促反应动力学基础－反应速率
零级反应 v dd[St] rmax
dA
dt
k
A
一级反应 A ─→ B
A0
v ddtAkA
积分后得： ln A ktC
这儿：k是反应速率常数，C是积分常数
t 一级反应
若反应开始(t=0)时,A=A0,则C=lnA0, 最后得到: A=A0e-kt
k 二级反应 A+B ─→ C
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的 在反应的初始阶段，产物浓度很低，P+E→ES这个可逆反 应的速率极小，可以忽略不计。
4. [ES]的生成速率与其解离速率相等，其浓度不随时间而变 化。
当反应系统中 [ES]的生成速率与分解速率相等时，[ES]浓度 保持不变的状态称为稳态。
生化工程第二章酶 促反应动力学
实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
油料
甘油 ＋ 脂肪酸
甲醇 NaOH
生物柴油
• 高果糖浆:
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
• 平衡常数(K)的计算：
例：A+3B
2C+D
K C2D A B3
酶的基本概念
酶可加快反应速率 降低反应的活化能(Ea) 不能改变反应的平衡常数K 不能改变反应的自由能变化(ΔG)
✓酶有很强的专一性 ✓较高的催化效率 ✓反应条件温和 ✓酶易失活
酶促反应动力学基础
影响酶促反应的主要因素
✓ 浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等） ✓ 外部因素（温度，压力，pH，溶液的介电常数，
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 应速率方程式，则这个反应即为几级反应。 例：对于某一反应其总反应速率能以单分子反应的速 率方程式表示，那么这个反应为一级反应。 又如某一反应： A + B → C + D
vk[A ][B] 式中k为反应速率常数
符合双分子反应的表达式，为二级反应。
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
v k[A] • 双如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表示为：
vk[A]B []
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制， 即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用 实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
3. 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。
E ＋S
k+1
k-1
ES k+2 E ＋ P
快速平衡学说
➢ 对于单底物的酶促反应:
dP dS
dt t 0
dt t 0
由假设4可得到： k 1[E]S []k 1[E]S
(1)
由假设3可得到产物的合成速率为：