第2章酶促反应动力学
生化工程,第二章酶促反应动力学
v
dP dt
t
v
dP dt
t5
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
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。
V k E Pma x 2[0]
代入式(5)得：
vPd d [P t]kK 2 S [E 0 [ ]S S ] []V K PS m [ [ a S S x ] ]
(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，
• 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。
6
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
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。
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。
17
E ＋S
k+1
k-1
酶促反应动力学实验报告
酶促反应动力学实验报告酶促反应动力学实验报告摘要：本实验旨在研究酶促反应的动力学过程。
通过测量不同底物浓度下酶催化反应速率的变化，分析酶的催化特性和底物浓度对反应速率的影响。
实验结果表明，酶促反应速率与底物浓度呈正相关关系，但随着底物浓度增加，反应速率逐渐趋于饱和。
1. 引言1.1 酶的作用1.2 酶促反应动力学2. 实验方法2.1 材料准备2.2 实验步骤3. 实验结果与分析3.1 反应速率与底物浓度关系曲线3.2 酶活性计算公式及计算结果4. 讨论与结论4.1 反应速率与底物浓度关系解释4.2 实验误差及改进方案1 引言1.1 酶的作用酶是一类生物催化剂，能够加速生物体内化学反应的进行。
它们通常是蛋白质或核酸分子，并具有高度特异性。
在细胞内，酶参与调节代谢途径、合成新物质以及降解废物等重要生物过程。
1.2 酶促反应动力学酶促反应动力学研究酶催化反应速率与底物浓度、温度和pH等因素之间的关系。
其中，底物浓度是影响酶催化速率的重要因素之一。
当底物浓度较低时，反应速率随着底物浓度的增加而迅速增加；当底物浓度较高时，反应速率逐渐趋于饱和。
2 实验方法2.1 材料准备- 酶溶液：根据实验要求选择合适的酶溶液。
- 底物溶液：根据实验要求配置不同浓度的底物溶液。
- 缓冲液：用于维持实验环境中恒定的pH值。
- 试管或微孔板：用于进行反应混合和观察。
- 分光光度计：用于测量反应混合液的吸光度变化。
2.2 实验步骤1. 准备一系列不同浓度的底物溶液，并标明其浓度。
2. 在试管或微孔板中分别加入相同体积的酶溶液和不同浓度的底物溶液，混合均匀。
3. 将反应混合物放入分光光度计中，设置适当的波长并记录吸光度值。
4. 在一定时间间隔内，测量吸光度值的变化，并记录下来。
5. 根据实验数据计算反应速率。
3 实验结果与分析3.1 反应速率与底物浓度关系曲线根据实验数据绘制反应速率与底物浓度关系曲线。
实验结果显示，随着底物浓度的增加，反应速率也增加。
2 酶促反应动力学(2)
2.2.4 抑制剂对酶促反应速率的影响首先应搞清失活作用与抑制作用的异同。
失活作用：指物理或化学因素部分或全部破坏了酶的三维结构，引起酶的变性，导致酶部分或全部丧失活性。
抑制作用：指酶在不变性条件下，由于活性中心化学性质的改变而引起酶活性的降低或丧失。
凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称做酶的抑制剂(inhibitor)。
使酶变性失活(称为酶的钝化)的因素如强酸、强碱等，不属于抑制剂。
通常抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。
2.2.4.1竞争性抑制图2－3 竞争性抑制作用示意图 反应机理：P E ES S E k k k +→⇔+−211 （2－36）EI I E IK ⇔+ （2－37） 采用快速平衡法推导动力学方程：ES C k r 2= （2－38）S ES S E K k k C C C ==−11（2－39） I EIIE K C C C = （2－40） EI ES E E C C C C ++=0 （2－41）解之，得SI I S SC K C K C r r ++=)/1(max （2－42）E IS式中，02max E C k r =，11k k K S −=采用稳态法推导动力学方程：ES C k r 2= （2－43）0211=−−=−ES ES S E ESC k C k C C k dtdC （2－44）0=−=−EI i I E i EIC k C C k dtdC （2－45） EI ES E E C C C C ++=0（2－46）解之，得SI I m SC K C K C r r ++=)/1(max （2－47）式中: 02max E C k r =，121k k k K m +=− 令 )/1(I I m m K C K K +=′，（2－47）式可变形为Sm SC K C r r +′=max （2－48） 式中 m m K K >′将（2－48）式与米氏方程比较，可知最大反应速率测有变化，而K m 增大。
2酶促反应动力学-28页精选文档
2 酶促反应动力学教学基本内容：酶促反应的特点；单底物酶促反应动力学方程（米氏方程）的推导；抑制剂对酶促反应的影响，竞争性抑制和非竞争性抑制酶促反应动力学方程的推导；产物抑制、底物抑制的概念，产物抑制和底物抑制酶促反应动力学方程的推导；多底物酶促反应的机制，双底物酶促反应动力学的推导；固定化酶的概念，常见的酶的固定化方法，固定化对酶性质的影响及固定化对酶促反应的影响，外扩散过程和内扩散过程分析；酶的失活动力学。
2.1 酶促反应动力学的特点2.2 均相酶促反应动力学2.2.1 酶促反应动力学基础2.2.2 单底物酶促反应动力学2.2.3抑制剂对酶促反应速率的影响2.2.4多底物酶促反应动力学2.3 固定化酶促反应动力学2.4 酶的失活动力学授课重点：1. 酶的应用研究与经典酶学研究的联系与区别2. 米氏方程。
3 竞争性抑制酶促反应动力学方程。
4. 非竞争性抑制酶促反应动力学方程。
5. 产物抑制酶促反应动力学方程。
6. 底物抑制酶促反应动力学方程。
7. 双底物酶促反应动力学方程。
8. 外扩散对固定化酶促反应动力学的影响，Da准数的概念。
9. 内扩散对固定化酶促反应动力学的影响，φ准数的概念。
10. 酶的失活动力学。
难点：1. 采用稳态法和快速平衡法建立酶促反应动力学方程。
2. 固定化对酶促反应的影响，五大效应(分子构象的改变、位阻效应、微扰效应、分配效应及扩散效应)的区分。
3. 内扩散过程分析，涉及到对微元单位进行物料衡算和二阶微分方程的求解、无因次变换、解析解与数值解等问题。
4.温度对酶促反应速率和酶的失活速率的双重影响，最适温度的概念。
温度和时间对酶失活的影响。
本章主要教学要求：1. 掌握稳态法和快速平衡法推导酶促反应动力学方程。
2. 了解酶的固定化方法。
理解固定化对酶促反应速率的影响。
掌握Da 准数的概念及φ准数的概念，理解外扩散和内扩散对酶促反应速率的影响。
3. 了解酶的一步失活模型与多步失活模型，反应过程中底物对酶稳定性的影响。
酶促动力学
H C
S CHCl E S As
H C
CHCl + 2HCl
巯基酶
S E S
路易士气
H2C SH
失活的酶
酸
H As C CHCl + HC SH H2C OH
H SH H2C S As C CHCl + HC S E SH H2C OH
失活的酶
BAL
巯基酶 BAL与砷剂结合物
三、酶的抑制作用
（五）一些重要的抑制剂
*竟争性抑制举例
1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制
琥珀酸
琥珀酸脱氢酶 FAD FADH2
延胡索酸
COOH CH2 C H2 COOH 琥珀酸
COOH CH2 COOH 丙二酸
•
磺胺类药物的抑菌机制
与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶
二氢蝶呤啶 ＋ 对氨基苯甲酸 ＋ 谷氨酸
二氢叶酸 合成酶 二氢叶酸
H2N
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
三、酶的抑制作用
(二) 抑制作用的类型
（3）反竞争性抑制
影响因素包括有
底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂、酶浓度等。
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
影响酶促反应速率的因素：
底物浓度[S] 酶浓度[E] 反应温度 pH 值 抑制剂I 激活剂A
二、底物浓度对酶反应速度的影响
355
当底物浓度达到一定值 反应速度达到最大值 （Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加
酶促反应动力学.
乒乓反应 （双置换反应）动力学方程
• 双置换反应的特点是：酶同A的反应产物（P）是酶同第二 个底物结合之前释放出来，相应的酶转变E。
乒乓反应动力学方程
乒乓反应动力学曲线图
三、酶的抑制作用
能够和酶的必需基团结合，改变必需基团的结构和性质，酶未发生变性， 从而引起酶活性的下降，甚至使酶的活性完全丧失的现象称酶的抑制作 用。能引起抑制作用的物质称为抑制剂。
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 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； 反应为零级反应
米氏方程
Vmax [S] V= Km + [S]
在低底物浓度时, 反应速 度与底物浓度成正比，表 现为一级反应特征。 当底物浓度达到一定值， 几乎所有的酶都与底物结 合后，反应速度达到最大
值（Vmax），此时再增加
底物浓度，反应速度不再 增加，表现为零级反应。
Rate of Reaction(v)
100
80
60
40
20
0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Concentration of Substrate(umol/L)
•
和底物的亲和力。
• ⑤催化可逆反应的酶正逆方向反应的Km是不相同的，测定 细胞内Km和正逆方向反应的底物浓度，可大致推测正逆反
应的效率，判断酶在细胞内的催化的主要方向。
(2)Vmax和K3（Kcat）的意义
(3) Kcat / Km的意义
酶促反应动力学ppt课件.ppt
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/v1/[s]作图， 得出一直 线.
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
五、Km和Vmax值的测定
(3) Hanes— Woolf作图法
- d[ES] / dt = k2[ES] + k3[ES]
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
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
k1([E] — [ES]) * [S] = k2[ES] + k3[ES]
因为当底物浓度很高时，酶反应速率（v）与 [ES]成正比，即
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]
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。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、抑制作用的类型
v 根据抑制作用是否可逆:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第二章均相酶催化反应动力学
能 量
水
平 E+S
ES
E2
G
P+ E
反应过程
2.1.2 酶的催化特性
(1)有较高的催化效率
➢ 酶的分子活力：在最适宜的条件下，每 1mol酶在单位时间内所能催化底物的最 大量(mol)。
➢ 酶催化中心活力：在单位时间内，每一 个酶的催化中心所能催化底物的量(mol)。 又称为酶的转换数。
得：
rp k 2 CE 0 Cs rp, max Cs (2 8)
ks Cs
Ks Cs
M- M方 程
动力学参数： Ks k 1 Cs CE (2 9) k 1 C [ES ]
rp, max k 2 CE 0
式中： rp, max — P的最大生成速率， mol /( L s)
忽略，也不必考虑这个P E [ES ] 逆反应存在。 可见，此方程仅适用于反应初始状态
2.2.1 Michaelis-Menten 方程
该法认为酶催化反应机理中，生成产物一步的速率要慢于 底物与酶生成复合物的可逆反应的速率，因此，生成产物一步 的速率决定整个酶催化反应的速率，而生成复合物的可逆反应 达到平衡状态，因此又称为“平衡”假设。
对单一底物参与的简单酶催化反应
E S k1 ES k2 E P k1
根据化学动力学，反应速率可表示为
rs 1 dns rp 1 dnp (2-1)
v dt
v dt
式中：rs—底物S的消耗速率，mol/(L•S) rp—产物P的生成速率，mol/(L•S) v—反应体系的体积，L ns—底物S的物质的量，mol np—产物P的物质的量，mol t—时间，s
根据上述假设和式 （2－2），有：
和
湖南农业大学生物化学04-酶学-02酶促反应动力学
（一）基本概念
失活（Inactivation） 使酶蛋白变性而引起酶活 力的丧失 变性剂 无 抑制（Inhibition） 酶的必需基团化学性质发 生改变，但酶没有变性，而导 致的酶活性的降低甚至丧失 有 选择性 抑制剂
抑制程度的表示方法： 不加抑制剂时的反应速率为v0，加抑制剂后的速率为vi 相对（残余）活力分数（a） 抑制分数（i） 指被抑制而失去活力的分数 a = vi / v0 i = 1 - a = 1 - vi / v0
二、底物浓度对酶反应速率的影响
（一）中间络合物学说
⊙
（二）酶促反应动力学方程式
⊙
Back
（一）中间络合物学说
1903年，Henri和Wurtz提出“酶底物中间络合物学说” 亦称 “中间产物学说”
E
+
S
k1 k2
ES
k3ELeabharlann +Pv Vmax
Henri用蔗糖酶水解蔗糖，得到双曲线
零级反应 混合级反应 一级反应 [S]
0.5 / 60 = K = 1/ 92000
766.7 S-1 Back
3、米氏常数的测定
基本原则：将米氏方程变化成相当于 y=ax+b的直线 方程，再用作图法求出Km。 双倒数作图法（Lineweaver-Burk法） 米氏方程的双倒数形式：
1 Km 1 1 — = —— . — + —— v Vmax [S] Vmax
不加抑制剂时的反应速率为v0加抑制剂后的速率为vi相对残余活力分数a抑制分数i指被抑制而失去活力的分数aviv0i1a1viv0二抑制作用的类型非专一性不可逆抑制作用irreversible酶的抑制作用专一性竞争性抑制competitive可逆抑制作用reversible非竞争性抑制noncompetitive反竞争性抑制uncompetitiveback可逆与不可逆抑制抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活力降低或丧失能用物理方法如透析超滤等除去抑制剂而使酶复活抑制作用是可逆的
第二章酶促反应动力学
谢 谢 大 家
第二章
酶促反应动力学
2.1 酶促反应动力学的特点
2.1.1 酶的基本概念 2.1.2 酶的稳定性及应用特点 酶是以活力、而不是以质量购销的。 酶有不同的质量等级：工业用酶、食品用酶、 医药用酶。酶的实际应用中应注意，没有必要使 用比工艺条件所需纯度更高的酶。
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。
x
i
i
1
E k d Ad exp d RT
2.4.1.3 温度对酶失活的影响
Ed kd Ad e xp RT
k 2 e S r p,max S r p (rs ) Ks S Ks S
• 式中rs为底物消耗速度（负号表示减少）； • rp为产物生成速率； • Ks为平衡常数,其又称饱和常数（saturation constant）。
利用稳态法获得米氏方程，同样基于三点假设。 其中第（1）和（2）两点与快速平衡法一致，第 三点是在基于底物浓度比酶的浓度高得多，中间 复合物ES分解时所得到的酶又立即与底物结合， 使中间复合物浓度维持不变。即在这段时间里， x的生成速率与x的消失速率相等，达到动态平衡， 即所谓“稳态”。
S
S
I
I E
E
竞争性抑制反应机理：
快速平衡法推导动力学方程：
解之，得
，
式中:
采用稳态法推导动力学方程：
解之， 得
《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。
第二章 酶促反应动力学习题答案
第三章 酶促反应动力学习题答案1. 答：酶促反应特征：(1)反应条件温和（常温）；(2)高度的专一性；(3)反应效率高；(4) 反应过程易于控制。
三者主要区别：p262. 答：①Lineweaver-Burk 法：米氏方程可变形为以作图，将得一直线，直线截距为率为据此计算r max 和K m 。
此法由于采用两个独立变量物浓度很低时，反应速率也很低，取倒数，误差较大。
斜，底，②HanesWoolf 法：米氏方程可变形为作图，将得一直线，直线截距为，斜率为，据此计算r max 和K m 。
此法在底物浓度很低时误差较小。
③EadieHofstee 法：米氏方程可变形为将得一直线，直线截距为r max ，斜率为，据此计算r max 和K m 。
上述方法的共同点，是要从动力学实验中获取不同的C S 值和r 值。
而r 不能由试验直接取得，试验中能直接得到的是不同时间t 时的浓度C S 值（或C P 值）。
为此需要根据速率的定义式，在C S ～t 的关系曲线上求取相应各点切线的斜率，才能确定不同时间的反应速率r 。
这种求取动力学参数的方法又称之为微分法。
显然，用这种微分法作图求取反应速率会带来较大的误差。
④积分法米氏方程积分后可变形为作图，将得一直线，直线斜率为,截距为。
因此直接采用动力学实验中测得的时间t、底物浓度C S 数据作图，即可求取动力学参数值。
3.4.6．解：酶催化水解反应机制为采用稳态法推导反应动力学方程：7．答：（1）酶的稳定性受温度和时间的双重影响，其函数表达式为图2－11 清楚地表明了温度和时间对酶稳定性的双重影响。
在同一温度下，不同的保温时间残存酶活力有极大差异。
图（a）中不同温度下保温10min 后残余酶活力曲线只表明，在保温时间为10min时，酶在50°C 以下是稳定的，而并不能得出“酶在50°C 以下是稳定的”这一结论。
因为不同的保温时间必将对酶的稳定性产生影响。
酶促反应动力学多底物动力学
k2[B] k-4[Q] k-3[P]
EQ:
k1[A]
k-1
k-1
k2[B] k-4[Q] k3
k-2 k-4[Q] k3
k2[B] k-4[Q] k3
V=k4[EQ] – k-4[E][Q] =(k4∙КEQ – k-4[Q]∙КE) [E0]／∑К
=
num1[A][B] - num2[P][Q]
反应速度：Vf= К12 [E] ; Vr= К21 [EA]
❖ К具有方向性，是一种矢量。其方向与酶形式旳 流向有关
(二)King-Altman 法环节:
(1)首先写出反应历程，然后将反应历程安排成封 闭环形式。环旳角数就是酶存在形式数目，用n表 达。然后在各角之间连线上标出各步反应旳К。
E + A k1 EA k2 EP k3 E + P
3!
=3
(3-1)!(3-3+1)!
King- Altman 图形不包括封闭环形式：
E1
E2
E3
E4
❖ n=4，m=5
n-1线（3线）图数目=
5！
=10个，
(4-1)！(5-4+1)！
❖ 2个封闭环形式无效，应清除。共有8个有效旳 King- Altman 图形
反应历程中有时可能没有逆反应，此时有些 KingAltman 图形不存在。
分为: 非中心复合物：酶未完全被底物饱和 中心复合物： 酶已经完全被底物饱和，
(EAB EPQ); (EA EP)
(二) 反应机制旳分类和命名
(以双底物双产物反应为例）：
1. 序列(sequential)反应机制: 酶必需与全部底物都结合之后才有产物放出。对于双
第二章生物反应动力学1酶促反应
A B
k 1
dC A d C B k ( C A C B ) 或 k 1 ( C A C B ) 1 0 0 dt dt
式中：k1－一级反应速率常数 CA0－底物A的初始浓度 CB－t时刻产物B的浓度
1.2.1 酶促反应动力学基础
5 二级反应
k 2 A B D
1dn p dC p rp v dt dt
式中：rs—底物S的消耗速率，mol/(L•S)
rp—产物P的生成速率，mol/(L•S)
v—反应体系的体积，L ns ，np—分别为底物S和产物P的物质的量，mol Cs ，Cp—分别为底物S和产物P的浓度，mol /L t—时间，s
根据质量作用定律，P的生成速率可表示为：
可忽 略由于生成中间复合物[ES]而消耗的底物。 （3）产物的抑制作用可以忽略。
P E [ ES ]
[ E 0 ] C [ E ] C [ ES ] （1）反应过程中，酶浓度保持恒定，即C
有两种推导反应速率方程的方法： 平衡假设法和拟稳态假设法。
1.2.2.1 平衡假设法—Michaelis-Menten方程 平衡假设：1913年， Michaelis-Menten认 为酶催化反应历程中，生成产物一步的反应 速率要慢于底物S和酶形成中间复合物的可 逆反应速率，因此生成产物一步的反应速率 决定整个酶催化反应的速率，生成复合物的 可逆反应则达到平衡状态。
第二章 生物反应动力学
生物反应动力学：是研究生物反应速率和各种 因素对反应速率影响的的科学。
������ 生物反 应 酶促反应 细胞培养
第二章 生物反应动力学
第一节 酶促反应动力学
第二节 细胞生长过程动力学
酶工程 第二章酶动力学 第一节酶促反应动力学
1913年前后，米彻利斯（Michaelis）和曼吞（Menten） 在前人工作的基础上，通过大量的定量研究，提出了酶促动力 学基本原理，并推导出了著名的米-曼氏方程，推导过程如下：
根据上述反应式，中间产物ES的生成速度(底物S的消失速度)
v1＝k1[S][E]－k2[ES]
（2-1）
而ES的消失速度(产物P的生成速度) v2＝k3 [ES]，当反应达到 平衡时，即v1＝v2时
第一节 酶促反应动力学
对许多酶的性质的观察和研究得知，在低的底物浓度[S]下， 反应速度（v）直接与底物浓度[S]成正比；在高底物浓度[S]下， 速度趋向于最大值（Vmax），此时反应速度与底物浓度[S]无关 （如图2-1）。
图2-1 单底物酶促反应的反应速度与底物浓度的关系
第一节 酶促反应动力学
图2-5 乒乓反应机理 实际上，多底物酶促反应动力学是非常复杂的，以上只是作以简要介绍， 有关详细内容，可查阅相关专著。
将米氏方程改写成以下形式
以 对作图，绘出曲线，横轴截距即为－值，纵轴截距则是 （图2-2）。
第一节 酶促反应动力学
图2-2 双倒数作图
第一节 酶促反应动力学
二、多底物动力学 通常情况下，酶催化反应涉及两个(少数情况下三个)底物。 现在我们考虑一个涉及两种底物和两种产物的酶促反应物反应。现在已知的生化反应 中有六成以上属于这一种反应。双底物反应的机理有下面三种 可能：
第一节 酶促反应动力学
1.有序反应机理(ordered reaction) 这种情况下，A和B分别可被说成是先导底物和后随底物，Q 是A的产物，最后被释放。A和Q竞争同游离酶E结合，但A和B则 不会（或者Q和B也不会）发生竞争（如图2-3）。依赖烟酰胺腺 嘌呤二核苷酸（NAD＋或NADP＋）的脱氢酶的反应就属于这种类型。
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酶应用的特点
1) 酶的稳定性及应用特点 2) 酶是以活力、而不是以质量购销的 3) 酶有不同的质量等级：
工业用酶 食品用酶 医药用酶 …… 实际应用酶时应注意，没有必要使用比工艺条件所需 纯度更高的酶。
酶应用的特点
酶应用的特点
酶应用的特点
酶应用的特点
• 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。
酶的分类
• 例如：
编号EC1.1.1.1（已醇脱氢酶）
第一大 类（氧 化还原 酶）
第一亚 类（氧 化基团 是CHO
H）
第一亚
亚类 （NAD 为H的 受体）
在此亚 亚类中 的顺序
号
酶的催化共性
1）降低反应的活化能 如过氧化氢的分解，无催化剂时反应 活化能为75.31kJ/mol，加入过氧化氢酶后，过氧化氢分 解反应的活化能为8.37kJ/mol；
酶的分类
• 国际生物化学联合会(International Union of Biochemistry IUB)国际酶学委员会(Enzyme Commission, EC)于1961年 提出的酶的分类与命名方案的规定，按照酶进行催化反应 的类型，可将酶分为六类： 1）氧化还原酶类(oxidoreductases) 2）转移酶类(transferases) 3）水解酶类(hydrolases) 4）裂合酶(lyases) 5）异构酶(isomerases) 6）连接（或合成）酶(ligase, synthetases)
2）加快反应速率 一般非酶催化反应速率太低，不易观察， 酶催化反应速率和在相同pH值与温度下非酶催化反应速 率可直接比较的例子很少。已知己糖激酶可加快反应速率， 大于1010倍；乙醇脱氢酶大于2×108倍。
酶的催化共性
3）不能改变反应的平衡常数，只能加快反应达到平衡的速 度
另外，反应中酶的立体结构和离子价态可能发生变化，但在 反应结束时，酶本身一般不消耗，并恢复到原来状态。
另外，酶易失活；酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有 关；酶活性受到浓度参数、激素的量、反馈抑制等因素的 调节和控制。
酶催化活力的定义
酶的催化效率是用酶活力表示 • 在一定条件（如25℃，在具有最适底物浓度、最适缓冲液
离子强度和pH值）下，１min能催化１μmol底物转化为 产物时所需要的酶量为一个国际单位（IU）。 • 1972 年 国 际 酶 学 委 员 会 推 荐 一 个 新 的 酶 活 力 国 际 单 位 katal，符号为kat。 • kat的定义：在最适条件下1 s催化１mol底物转化的酶量。 1 kat= 1mol/s = 60×106μmol/min = 6×107 IU 1 IU = 1μmol/min = 1/60μmol/s = 1/60μkat = 16.67×10-9 kat • 酶的比活力为每千克酶所具有的katal数，即kat/kg。
生物反应工Hale Waihona Puke 原理第二章 酶促反应动力学
主要内容
1. 酶与固定化酶的性质 2. 利用稳态法和快速平衡法建立酶促反应动力学方程 3. 操作参数（温度与pH）对酶促反应的影响 4. 酶的抑制动力学 5. 固定化酶促反应动力学 6. 酶的失活动力学
学习的目的
目的
熟悉酶促反应与化学反应的区别与特点
了解抑制酶促反应动力学的特征
• 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，有时也在有机溶剂中进行。
与底物相结合； 3）酶的高级结构发生变化，相对而言是一种宏观变化； 4）多肽链的断裂，可以说是一种“激烈的分解作用”； 5）……
确保酶活力稳定的方法
稳定化方法
稳定的原因
低温（冷冻保存） 添加盐类 添加底物 添加有机溶剂 化学修饰 加入强变性剂 加入蛋白质
结晶化 固定化
难以被化学物质或蛋白酶等破坏 例如加入高浓度硫铵后，增强酶高级结构的稳定性 保护酶的活性中心，有利于酶分子高级结构的稳定 酶分子构象刚性增强等 稳定酶的高级结构，保护酶的活性中心 只要保留一级结构，仍可再生 加入清蛋白（albumin）等用于保护在稀薄状态下易发生变 性失活的酶类 有利于高级结构的稳定 防止或减少蛋白酶的作用
• 酶还是一类多用途的催化剂，通过特殊操作，可产生具有 两种或更多种不同功能（或活性中心）的酶。此外，酶的 区域化（compartmentation）和多酶复合体等都和酶活力 的调节控制有密切关系。
引起酶失活的原因
1）酶活性中心特定氨基酸（或其它）残基被化学修饰； 2）外部环境的影响，酶活性中心出现空间障碍，使其不能
酶的调节功能
• 酶是生物催化剂，而且具有调节功能。生物反应中的有序 性受多方面因素调节与控制，而酶活力的控制是代谢调节 作用的主要方式。
• 酶活力的调节方式：1）酶浓度的调节；2）激素调节；3） 共价修饰调节；4）限制性蛋白水解作用与酶活性调控；5） 抑制剂调节；6）反馈调节；7）金属离子和其它小分子化 合物的调节等。
2-1-1 酶
• 生物反应工程是建立在生物科学与工程学基础之上。 • 生物反应离不开生物催化剂，因此首先应深入了解生物催
化剂的基本概念。 • 酶是生物体为其自身代谢活动而产生的生物催化剂，除具
有催化活性的RNA外基本都是蛋白质。 • 基本概念：
1) 为什么称酶促反应？不说酶反应？ 2) 生物催化剂与化学催化剂具有相同的性质吗？ 3）购买酶时，是购买的活力还是什么？
酶的生物催化特性
1）很强的专一性 底物专一性(substrate specificity) 反应专一性(reaction specificity) 立体专一性(stereo specificity)
2）较高的催化效率, 酶的催化反应是在常温、常压等温和条 件下进行的，相对于此条件下的化学反应，催化效率高。
掌握零级、一级和米氏酶促反应动力学方 程及其应用原理
具备分析固定化酶反应过程中的传质与反应 和固定化酶动力学反应不同阶段特性的能力
了解酶的失活动力学与反应过程中酶失活 动力学行为。
2-1 酶与固定化酶的性质
1. 酶 2. 固定化酶
熟悉酶促反应与一般化学反应的区别与特点 掌握酶促反应过程中的一些基本概念