第9章 酶促反应动力学1
酶促反应动力学PPT课件
第五节
激活剂对酶反应的 影响
1. 激活剂(activator)
• 激活剂：凡是能提高酶活性的物质。其 中大部分是无机离子或简单有机化合物。
• 金属离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离 子，如Mg2+是多数激酶及合成酶的激 活剂，
• 无机阴离子如：Cl—、Br—、I—等都可作 为激活剂。如Cl—是唾液淀粉酶的激活剂
五、Km和Vmax值的测定
• (3) Hanes— Woolf作图法
• 将前式两边均 乘以[S]得：以 [s]/ v～[s]作图， 得一直线，横 轴的截距为 -Km，斜率为 1/ Vmax
第二节 酶的抑制作用
抑制与失活之间的关系
• 失活作用(inactivation) :使酶蛋白变性 而引起酶活力丧失的作用 ,变性剂对酶 的变性作用无选择性.
0.058
• Km值氢随酶测定的底物、反应的温度、pH及离子强度
而改变。各种酶的K苯m值甲相酰差酪很氨大酰，胺大多数酶2的.5Km
胰值凝介乳于蛋10白-6~酶10-1mol/甲L之酰间酪。氨酰胺
12.0
乙酰酪氨酰胺
32.0
三、Km值的意义
• 3. Km值可以判断酶的专一性和天然底物 有的酶可作用于几种底物，因此就有几个 Km值，其中Km值最小的底物称为该酶的 最适底物也就是天然底物。
•
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。
二、抑制作用的类型
v • 根据抑制作用是否可逆:
• 1．不可逆的抑制作用: 抑 制剂与酶的必需基团以共价 键结合而引起酶活力丧失， 不能用透析、超滤等物理方 法除去抑制剂而使酶复活的 作用.
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。
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
DNA TOPOISOMERASE I
ACE抑制肽的合成及生物活性
李晓晖 副教授
Dalian University of Technology
ACE抑制肽的合成及生物活性
研究背景
高血压是一种最常见的心血管疾病，是导致脑 卒中、心力衰竭、冠心病等疾病的重要因素。
体内血管紧张素Ⅰ转换酶(Angiotensin Ⅰconverting enzyme, ACE)的调节作用是引起高 血压的主要原因之一。
Increasing the concentration of S would enhance the inhibition
(2) 不可逆抑制剂
有机磷化合物：与胆碱酯酶结合，使乙酰胆碱不能分解 为乙酸和胆碱，引起神经中毒，因此被称为神经毒剂。 有机汞、有机砷化合物：与含巯基的酶或含硫辛酸辅酶 的酶结合，从而使酶失活。
Km—米氏（M-M）常数
反应速率 为最大 反应速 率一半 时的底 物浓度
动力学参数的意义
（1）Km的意义： a. Km是酶的一个特性常数； b. Km值可以判断酶的专一性和天然底物；
Km值最小的底物是酶的最适底物；Km值越小，酶与底物的亲和力越大。
c. 计算特定条件下反应速率与底物浓度之间的关系； d. 推断反应的方向和途径； （2）Vm和k3的意义：
Dalian University of Technology
研究背景
卡托普利与ACE活性中心相互作用
2-甲基丙酰基与S1’结合 吡咯环与S2’结合
巯基与Zn2+结合
氧负离子对结合酶起重要作用
羰基可以和受体形成氢键
Dalian University of Technology
研究背景
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
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]。
《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9章酶促反应动力学
反应速 率与反 应物浓 度的关 系分类
反应分子数
单分子反应 A →P
例如：放射性元素的蜕变、分子重排、 同分异构体互变等。v=-dc/dt=kc
反应中真正 相互作用的 分子数目
双分子反应 A+B →P+Q
例如：2H2+O2 →2H2O; v=-dc/dt=kc1c2
反应级数
整个化学反 应的速率服 从哪种分子 反应速率
一级反应 v=-dc/dt=kc
总反应速率与浓度的关系能以单分子反应的速率 方程式表示。注意：水解反应（双分子、一级反应）
二级反应 v=-dc/dt=kc1c2
以双分子反应的速率方程式表示；反应 速率与反应物质浓度二次方成正比
零级反应 v=-dc/dt=k
例如酶促反应的最大速度
3. 各级反应的特征：
100
v
80
60
40
20
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
HeCnonrcei的ntrat蔗ion o糖f Su水bstr解ate(u实mol验/L) [S] ——保持酶浓度不变
2.1 底物浓度对酶反应速度的影响
2.1.1 中间络合物学说
酶与底物先络合成一个过渡态络合物，然后络合物进一步分解为产物和
Vmax [S] V= Km + [S]
Km — 米氏常数 Vmax — 最大反应速度
米氏方程——
•Michaelis和Menten根据中 间复合物学说提出：
E+S
ES E+P
Briggs 和 Haldance对其 进行修正，提出了稳态理 论：
E+S
ES
E+P
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Vmax
定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与
酶浓度成正比。 意义：Vmax=K3 [E] 如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算 酶的 转换数(turnover number)，即动力学常数K3。
酶的转换数
定义 — 当酶被底物充分饱和时，单位时间内 每个酶分子催化底物转变为产物的分 子数。 意义 — 可用来比较每单位酶的催化能力。
双底物双产物反应
A+B P+Q
双底物双产物的反应按动力学机制可分为两大类 :
有序反应 （orderd reactions）
序列反应 （sequential reactions）
双底物 双产物的反应 乒乓反应 （ping pong reactions） 随机反应 （random reactions）
二级反应 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）成正比，t1/2=1/ka，半衰期 与反应物初浓度成反比，即初浓度越大半衰的影响， 并加以定量的阐述。
影响因素包括有
酶浓度、底物浓度、pH、温度、 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。
（三）利用作图法对Ｋm值与Ｖmax值的测定
（1）v对[S]作图
V=
Vm [S]
Km+[S]
双倒数作图法
1 1 ~ [S] v
V＝
Vmax [S] Km+[S]
1 v
（1）双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法） 米氏方程两边取倒数：
V=
1
Vm [S] Km+[S] Km+[S]
1.0
底
物
Km（mmol/L） 25 23 28
H 2O2 尿素 蔗糖
棉子糖
谷氨酸脱氢酶 乳酸脱氢酶 谷氨酸 α-酮戊二酸 丙酮酸
350
0.12 2.0 0.017
（5）已知某酶的Km值可以计算出在某一底物浓度 时反应速率相当于vmax的百分率
[S] 100Km 10Km 3Km 1Km 0.1Km 0.01Km
在林－贝氏方程基础上，两边同乘[S]
[S]/V
[S]/V=Km/Vmax + [S]/Vmax
Km/Vm
-Km
[S]
（3） [S]/v 对[S]作图（Hanes-Woolf法）
1 Km 1 1 · + = V Vm [S] Vm
两边均乘以[S]，得到
[S]
=
Km
+
[S]
V
Vm
Vm
（4）直接线性作图法 （Eisenthal和Cornish-Bowden法）
例：酶1，2，3分别催化 A 限速步骤？
1
B
2
C
3
D
Km分别为10-2, 10-3, 10-4，A，B，C 浓度均为10-4
例：丙酮酸可被乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱 羧酶催化，当丙酮酸浓度较低时，走哪条途径？ Km分别为 1.7×10-5、 1.3×10-3和 1.0×10-3mol/L
酶 过氧化氢酶 脲酶 蔗糖酶
3．乒乓反应（ping pong reactions，写作Ping Pong
Bi Bi）
酶同底物A生成的产物P是在酶同底物B反 应前释放，酶被修饰后再同底物B反应生 成产物Q，和释放未修饰酶
为酶的修 饰形式
底物A先与E结合成AE二元复合物，AE →
PE’（修饰酶形式），释放第一个产物P，接 着底物B与E’形成E’B，E’B →EQ，释放第二 个产物Q
K3 K4
P+E
V＝K3[ES] (1)
推导过程
稳态：是指ES的生成速率与分解速率相等， 即[ES]恒定。
ES生成的速率只与 E+S
K1
ES 有关
d[ES]/dt=k1([Et]-[ES])· [S] ES分解的速率只与分解反应 ES K3 ES E+P 有关 -d[ES]/dt=k2[ES]+k3[ES]
V （Km+[S]） m [S] ＝V
V [S]
Vm ＝ V +
·Km
把[S]标在横轴的负半轴 上，相应的S和V连接乘 直线
（三）多底物的酶促反应动力学
米氏方程讨论的是单底物动力学，但双底物的酶 促反应也十分重要，如：转移酶类等 酶促分子按底物分类
底物数 单底物 单向单底物 假单底物 双底物 双底物 三底物 酶分类 异构酶 裂合酶 水解酶 氧化还原酶 转移酶 连接酶 酶占总酶百分比 5％ 12％ 26％ 27％ 24％ 6％
（二）双底物反应的动力学方程
vmax 0.99vmax 0.91vmax 0.75vma
x
0.50vma
x
0.091vma
x
0.01vma
x
Km、Ks与底物亲和力
K2 K3 K2 K3 K3 Km Ks K1 K1 K1 K1
★Km 是ES分解速度（K2+K3 ）与形成速度（K1 ）的比值， 它包含ES解离趋势（K2 ／K1 ）和产物形成趋势（K3 ／ K1）。 ★Ks是底物常数，只反映ES解离趋势（底物亲和力）， 1/Ks可以准确表示酶与底物的亲和力大小。 ★只有当K1 、 K2》K3时，Km≈Ks，因此，1/Km只能近 似地表示底物亲和力的大小。 ★底物亲和力大不一定反应速度大（反应速度更多地 与产物形成趋势K3／K1有关）
1903年Henri和Wurtz提出酶底物中间络和
物学说，认为酶催化某一化学反应时，酶首先
和底物结合生成中间复合物（ES），然后生成
产物（P），并释放出酶。
k1 k2
E+S
ES
k3
E+P
米－曼氏方程式
酶促反应模式——中间产物学说
E+S
k1 k2
ES
k3
E+P
中间产物
K1 ([Et]－[ES]) [S]＝K2 [ES] + K3 [ES]
2.根据稳态理论对米氏方程的修正推导
1925年Briggs和Haldane提出了稳态理 论，是指ES的生成速度与分解速度相等，即 [ES]恒定。 对米氏方程做了一项很重要的修 正，酶促反应分两步反应:
第一步：形成酶－底物复合物
E+S
K1 K2
ES
第二步：ES复合物分解形成产物释放游离酶 ES
K2
E+S
d[ES]/dt= -d[ES]/dt=k1([Et]-[ES])· [S]
＝K2 [ES] + K3 [ES] ([Et]－[ES])[S] [ES] K2+K3 K1 K2+K3
整理得：
＝
(2)
K1
令：
＝ Km （米氏常数）
则(2)变为: ([Et]－[ES]) [S] ＝Km [ES]
Vmax
v [S] V＝
Vmax [S]
Km+[S]
– Km
Vmax Km v [S]
（2）v对 V 作图（Eadie-Hofstee法）
[S]
V=
Vm [S]
Km+[S]
V （Km+[S]） m [S] ＝V V [S] ＝Vm [S]－ V Km
V = Vm － Km V [S]
（3） Hanes作图法
Km为米氏常数，是ES的分解速度和形成速度的比值。
将(3)代入(1) 得
K3[Et][S] V＝──── Km + [S]
(4) (1) (3)
V＝K3[ES] 整理得:
[Et][S] [ES]＝─── Km + [S]
当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即
[Et]＝[ES]，反应达最大速度
第九章 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
一、化学动力学基础
二、底物浓度对酶反应速率的影响
三、酶的抑制作用
四、温度对酶反应速度的影响
五、pH对酶反应的影响
六、激活剂对酶反应速度的影响
为了掌握酶促动力学，先了解有关化学动 力学的概念
化学反应的两个基本问题： 一方面是反应进行的方向、可能性和限度，属化学 热力学研究范围。 另一方面是反应进行的速率和反应机制，属化学动
的影响呈矩形双曲线关系。
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
（一）
中间络合物学说
Ｖ＝ ──[S] K +
m
Vmax[S]
[S]：底物浓度 V：不同[S]时的反应速度
Vmax：最大反应速度(maximum velocity)
Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
米－曼氏方程式推导基于三个假设：
E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而
ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决 于慢反应即 V＝k3[ES]。 (1) S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的 初始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。 因为研究的是初速度，P的量很小，由P+E ES 可以忽略不记。
证据
ES复合物被电子显微镜和X射线结构分析看到 酶和底物的光谱特性在形成ES复合物后改变 酶的溶解性、热稳定性等在形成ES复合物后 改变 离心沉降可观察到酶和底物共沉淀现象
※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底