酶促反应动力学
酶促反应动力学
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。
（一）不可逆性抑制作用(irreversible inhibition) 不可逆性抑制作用的抑制剂，通常以共价 键方式与酶的必需基团进行不可逆结合而使 酶丧失活性。常见的不可逆抑制剂如下图所 示。按其作用特点，又分专一性及非专一性 两种。
3.4 酶促反应动力学 酶促反应动力学(kinetics of enzymecatalyzed reactions)是研究酶促反应速度及其 影响因素的科学。 酶促反应的影响因素主要包括
1. 2. 3. 4. 5. 6. 底物的浓度、 酶的浓度、 pH、 温度、 抑制剂 激活剂
一、 底物浓度对反应速度的影响
木瓜蛋白酶
胆碱脂酶
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
五. 激活剂对酶反应速度的影响
能使酶活性提高的物质，都称为激活剂(activator)，其 中大部分是离子或简单的有机化合物。如Mg++是多种激酶和 合成酶的激活剂，动物唾液中的α-淀粉酶则受Cl-的激活。
3、反应系统处于稳态平衡状态，即„ES‟的形成速度等于„ES‟ 的分解速度：d„ES‟/dt＝－d„ES‟/dt
Briggs和Haldane“稳态平衡”理论
（1） （2）
稳态平衡理论：
反应进行一段时间后，系统的ES浓度，由零逐渐 增加到一定数值，在一定时间内，尽管底物浓度和 产物浓度不断变化，复合物ES的浓度也在不断的 生成和分解，但当系统中ES的生成速率和ES的分 解速率相等时，ES的浓度不变。
酶促反应动力学
谢 谢 大 家
2.1.3 酶和细胞的固定化技术
一、固定化技术的基本概念 二、固定化酶的特性 三、固定化细胞的特性 四、酶和细胞的固定化技术
2.1.4 酶促反应的特征
一、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。 二、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。
2.2
均相系酶促反应动力学
2.2.1 酶促反应动力学基础 一、零级反应
dS rm a x dt
二、一级反应——即酶催化A→B的过程
db k1 (a0 b) dt
三、二级反应，即A + B → C
dc k 2 (a0 c)(b0 c) dt
k`1 k2 • 对于连锁反应，如， A B C
1、底物浓度S 远大于酶的浓度efree ，因此x的
形成不会降低底物浓度S ，底物浓度以初始浓 度计算。 2、不考虑P + E → ES这个可逆反应的存在。要 忽略这一反应，必须是产物P为零，换言之， 该方程适用于反应的初始状态。 3、ES → E + P是整个反应的限速阶段，也就是 说E + S = ES的可逆反应在初速度测定时间内 已达到平衡。ES分解生成产物的速度不足以破 坏这个平衡。
k 2 e S r p,max S r p (rs ) Km S Km S
在实际的酶促反应中，人们关心的是反应时间与 底物转化率的关系．所以，基于t=0，S=S0初值积 分得
rmax
S0 t (S 0 S t ) K m ln St
Km S0 1 t ln( ) s rmax 1 s rmax
酶促反应动力学名词解释
酶促反应动力学名词解释
酶促反应动力学是研究酶催化反应速率、酶与底物之间的相互作用以及反应机制的科学领域。
酶是一种生物催化剂，能够加速化学反应的速率，而酶促反应动力学则是用来描述和解释酶催化反应速率的规律。
酶促反应动力学的主要研究内容包括反应速率、反应机理和酶动力学参数等。
反应速率是指单位时间内反应物转化为产物的量，可以通过测量底物浓度的变化来确定。
酶催化反应速率通常比非酶催化的速率高几个数量级，这是因为酶能够提供更适合反应进行的环境，如形成特定的活性位点、降低反应的活化能等。
反应机理是指酶催化反应中涉及的化学步骤和中间产物的生成过程。
酶催化的反应通常包括底物与酶结合形成底物-酶复合物、底物在酶的活性位点上发生化学反应、产物与酶解离的过程。
通过研究反应机理，可以更好地理解酶催化反应的特点和机制。
酶动力学参数是描述酶催化反应速率和酶与底物之间相互作用的定量指标。
常见的酶动力学参数包括最大反应速率（Vmax）、米氏常数（Km）和催化效率（kcat/Km）等。
Vmax表示在酶的浓度饱和状态下的最大反应速率，Km表示酶与底物结合的亲和力，kcat/Km则是酶催化反应的效率常数。
总的来说，酶促反应动力学的研究对于理解酶催化的反应机制、设计高效的酶催化反应以及开发新型药物和工业催化剂等方面具有重要的意义。
通过深入研究酶
促反应动力学，可以为生物工程、医药化学和工业生产等领域的应用提供理论和实践基础。
酶促反应动力学米氏方程
酶促反应动力学米氏方程摘要：1.酶促反应动力学的基本概念2.米氏方程的推导过程3.米氏方程的应用4.酶促反应动力学的影响因素5.总结正文：一、酶促反应动力学的基本概念酶促反应动力学是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。
在酶促反应中，酶作为催化剂，可以降低反应所需的活化能，从而加速反应速率。
酶促反应动力学主要研究酶浓度、底物浓度、温度、pH、抑制剂和激活剂等因素对反应速率的影响。
二、米氏方程的推导过程米氏方程是描述酶促反应速度与底物浓度之间关系的经典方程。
其推导过程如下：1.假设酶分子的数量为[E]，底物浓度为[S]，酶促反应速度为v。
2.酶在催化过程中会与底物结合形成酶- 底物复合物（ES），此过程为慢反应。
3.酶- 底物复合物在达到一定程度后会分解为酶和产物，此过程为快反应。
4.根据慢反应和快反应的速率常数，可以得到酶促反应速度的表达式。
5.将表达式中的慢反应和快反应速率常数用米氏常数（Km）表示，即可得到米氏方程：v = (Km * [S]) / (Km + [S])三、米氏方程的应用米氏方程可以用于分析酶促反应的动态过程，预测反应速度与底物浓度的关系，以及研究酶的结构与功能。
此外，通过比较不同底物和酶的米氏方程，可以了解酶的专一性和底物选择性。
四、酶促反应动力学的影响因素酶促反应动力学受到多种因素的影响，主要包括：1.酶浓度：在一定范围内，酶浓度的增加会提高反应速率，但当酶浓度达到饱和时，反应速率不再随酶浓度增加而提高。
2.底物浓度：底物浓度的增加会提高反应速率，但当底物浓度达到一定程度时，反应速率不再随底物浓度增加而提高。
3.温度：温度的升高会加速反应速率，但过高的温度会导致酶失活，使反应速率降低。
4.pH：酶的活性受pH 值的影响，pH 值的改变会影响酶的催化效率。
5.抑制剂和激活剂：抑制剂会降低酶的催化效率，而激活剂会提高酶的催化效率。
五、总结酶促反应动力学是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。
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。
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
【生物化学】第六章 酶促反应动力学
本章纲要
一、化学动力学基础 二、底物浓度对酶反应速度的影响 三、抑制剂对酶反应速度的影响 四、激活剂对酶反应速度的影响 五、温度对酶反应速度的影响 六、pH对酶反应速度的影响
一、化学动力学基础
了解反应速率及其测定 反应分子数和反应级数
一、化学动力学基础
㈠ 反应速率及其测定
单位时间内反应物的减少量或生成物的增加量用瞬时速率表示, 单位: 浓度/时间,研究酶反应速度以酶促反应的初速度为准。
第六章 酶促反应动力学
Enzyme kinetics
概述
研究酶促反应的速率以及影响此速率的各 种因素的科学,是酶工程中的重要内容
研究酶结构和功能的关系以及酶的作用机 制，需要动力学提供实验数据
发挥酶促反应的高效率，寻找最为有利的 反应条件
酶在代谢中的作用和某些药物的作用机制 具有理论研究的意义和实践价值
C是反应物的浓度变化, K为速率常数，是时间的倒数 基元反应:反应物分子在碰撞中一步直接转化为生成物分子的反应。
一、化学动力学基础
2. 反应级数：实验测得的表示反应速率与反应浓度之间关系的概念。 对于基元反应
1.一级反应单分子反应符合V=KC的反应
蔗糖+水
葡萄糖+果糖 V=KC蔗糖C水
由于水的浓度变化影响可忽略（非限制性因素）则V=KC蔗糖
二、底物浓度对酶反应速度的影响
㈠ 中间络合物学说
L.米歇利斯和L.M.门腾(1913)基于酶被底 物饱和的现象，提出“中间产物”学说:
酶与底物反应时，通过特异识别作用，先 形成酶底物复合物，然后再形成产物和酶分 子，酶分子重新结合底物。
该学说已得到大量实验证实
012345678
80
60
酶促反应动力学
化反应过程； 与微生物反应体系相比，在经济上有时 并不理想； 酶促反应条件比较温和，但一般周期较 长，有发生杂菌污染的可能； 固定化酶并非一定就是最优质的生物催 化剂。
第二节 均相系酶促反应动力学
均相酶催化反应，系指酶与反应物系处于同相
----液相的酶催化反应。它不存在相间的物质
传递！！！
均相酶催化反应动力学阐明酶催化反应机理的
重要手段。
通过研究影响反应速率的各种因素进行静态和
动态分析。
酶催化反应动力学的研究历史
1902年，Henri
V进行转化酶、苦杏仁酶 和淀粉酶的催化反应实验，研究反应机 理，并导出了动力学方程式； 1913年，Michaelis和ML Nenten应用快速 平衡解析方法对该速率方程进行详细研 究，发表了米氏方程，即M-M方程； 1925年， Briggs GG发表了稳态法解析方 法，对M-M方程的推导进行了修正。
（1）酶的固定化技术
是将水溶酶分子通过一定的方式，如静电吸
附、共价键等与载体，如琼脂、海藻酸钠、 明胶、离子交换树脂等材料结合，制成固相 酶，即固定化酶(Immobilized enzyme)的技术。
（三）酶的固定化方法
1 载体结合法：将水不溶性的载体与酶结合形 成固定化酶的方法。 （1）物理吸附法：使酶直接吸附在载体上的方 法称为物理吸附法。常用的载体有: a 有机载体， 如面筋、淀粉等； b 无机载体， 如氧化铝、活性炭、皂土、 白土、高岭土、多孔玻璃、硅胶等 （2）离子吸附法：此法是将酶与含有离子交换 基团的水不溶性载体结合。此法在工业上应 用较广泛， 常用的载体有: (1) 阴离子交换剂， 如二乙氨基乙基(DEA E)－纤维素等; (2) 阳 离子交换剂， 如羧甲基(CM ) －纤维素、纤 维素－柠檬酸盐等。
酶促反应动力学及其在生物过程中的应用
酶促反应动力学及其在生物过程中的应用酶作为生物催化剂，可以在非常温和的条件下，加速化学反应速率，具有高效、特异性、多功能性等优点。
而酶促反应动力学则是研究酶作为催化剂时，催化剂和底物之间的反应速率与反应条件之间关系的学科。
本文将介绍酶促反应动力学的基本概念、实验方法以及在生物过程中的应用。
一、酶促反应动力学的基本概念1. Michaelis-Menten方程当酶与底物反应的速率受到限制时，酶的活性就会随着底物浓度的增加而饱和。
这种限制反应动力学模型被称作酶的Michaels-Menten模型。
Michaels-Menten方程描述了酶速率（V）和底物浓度（[S]）之间的关系，即：V = Vmax * [S] / (Km + [S])其中，Vmax为最大反应速率，Km为酶与底物结合的亲和力指标，即Km越小，酶与底物之间的关系越紧密。
2. 酶反应速率常数酶反应速率常数分为两种：酶催化反应速率常数（kcat）和酶底物结合速率常数（kM）。
kcat表示单位时间内，每个酶催化的底物的转化数。
在酶催化时，酶分子与底物反应所需的时间称为酶催化反应时间。
在相同的反应条件下，kcat一定，但不同酶的kcat可能不同。
kM则表示底物与酶结合的亲和力。
kM越小，说明酶与底物的结合亲和力越强，酶催化底物的效率越高。
3. 细胞内底物浓度细胞内底物浓度反映了化学反应是否发生的概率。
当细胞内底物浓度过低时，酶反应速率可能受到限制，反应速率在极低浓度下呈现一定的线性关系。
然而，当细胞内底物浓度越来越高时，酶反应速率将不再随着底物浓度的增加而线性增加，而是呈现饱和状态。
二、酶促反应动力学的实验方法在实验室中，可以通过测量酶反应速率的变化，来研究酶催化反应的动力学。
1. 单点酶反应速率测定法单点酶反应速率测定法，是指在已知酶底物的浓度下，只测量一次反应后的酶反应速率。
通过改变底物浓度，可以确定在不同浓度下的酶反应速率，从而建立酶反应速率曲线。
酶促反应的动力学及其影响因素
种因素。
在探讨各种因素对酶促反应速度的影响时，通常测定其初始速度来代表酶促反应速度，即底物转化量＜5%时的反应速度。
影响酶促反应速度的因素包括：1. 酶浓度：在其他因素不变的情况下，底物浓度的变化对反应速率影响的作图时呈矩形双曲线。
底物足够时，酶浓度对反应速率的影响呈直线关系。
2. 底物浓度：在其他因素不变的情况下，随着底物浓度的增加，反应速率也会相应增加。
3. pH值：pH值通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率。
4. 温度：温度对反应速率的影响具有双重性。
在适宜的温度范围内，随着温度的升高，反应速率加快。
但当温度过高时，酶的活性会受到抑制，反应速率反而下降。
5. 抑制剂和激活剂：抑制剂可逆或不可逆的降低酶促反应速率，而激活剂可加快酶促反应速率。
在实际生产中要充分发挥酶的催化作用，以较低的成本生产出较高质量的产品，就必须准确把握酶促反应的条件。
酶促反应的动力学研究与探讨的是酶促反应的速率及影响酶促反应速率的各种因素。
其中，主要的因素包括酶浓度、底物浓度、pH值、温度、激活剂和抑制剂等。
1. 酶浓度：在其他因素不变的情况下，底物浓度的变化对反应速率的影响呈矩形双曲线。
当底物浓度足够时，酶浓度对反应速率的影响则呈直线关系。
2. 底物浓度：在酶浓度不变的情况下，底物浓度的增加会促进反应速度的增加，但当底物浓度达到一定值后，再增加底物浓度对反应速度的影响不大。
3. pH值：pH值通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率。
4. 温度：温度对酶促反应速率的影响具有双重性。
在低温条件下，由于分子运动速度较慢，反应速度比较慢；随着温度的升高，分子运动速度加快，反应速度也会加快；但当温度升高到一定值后，过高的温度会使酶变性，反应速度反而下降。
5. 激活剂和抑制剂：激活剂可以加快酶促反应速度，而抑制剂可以降低酶促反应速度。
在实际生产中要充分发挥酶的催化作用，以较低的成本生产出较高质量的产品，就必须准确把握酶促反应的条件。
酶促反应动力学分析
酶促反应动力学分析酶促反应动力学是研究酶催化反应速率及其影响因素的科学。
它对于理解生物体内的代谢过程、疾病的发生机制以及药物的作用原理等都具有重要意义。
酶作为生物催化剂，能够显著加快反应速率，但酶促反应的速率并非一成不变，而是受到多种因素的影响。
首先要了解的是底物浓度对酶促反应速率的影响。
在酶浓度不变的情况下，随着底物浓度的增加，反应速率会逐渐加快。
这是因为更多的底物分子有机会与酶结合，形成酶底物复合物，从而促进反应的进行。
但当底物浓度增加到一定程度时，反应速率不再增加，达到最大反应速率（Vmax）。
此时，酶被底物饱和，所有的酶活性中心都被占据。
米氏方程（MichaelisMenten equation）很好地描述了底物浓度与反应速率之间的关系：V ＝ VmaxS ／（Km ＋ S) 。
其中，V 是反应速率，S是底物浓度，Km 称为米氏常数。
Km 值反映了酶与底物的亲和力，Km 值越小，说明酶与底物的亲和力越强，在较低的底物浓度下就能达到较高的反应速率。
酶浓度也是影响酶促反应速率的重要因素。
在底物浓度充足的情况下，反应速率与酶浓度成正比。
这就好比工厂里的工人数量越多，在原材料充足的情况下，生产产品的速度就越快。
温度对酶促反应速率的影响具有双重性。
在一定范围内，随着温度的升高，酶促反应速率加快。
这是因为温度升高增加了分子的热运动，使酶和底物分子更容易碰撞并结合，从而提高反应速率。
但当温度超过一定限度时，酶的活性会逐渐丧失，导致反应速率下降。
这是因为高温会破坏酶的空间结构，使其失去催化活性。
每种酶都有其最适温度，在这个温度下，酶的催化效率最高。
pH 值同样对酶促反应速率有着显著影响。
大多数酶都有一个最适pH 值范围，在这个范围内，酶的活性最高。
pH 值的改变可能会影响酶活性中心的某些必需基团的解离状态，改变酶的空间结构，从而影响酶与底物的结合以及催化作用。
例如，胃蛋白酶在酸性环境中活性较高，而胰蛋白酶则在碱性环境中表现出最佳活性。
酶促反应动力学
研究的是酶促反应速度及其影响因素的 关系。 酶促反应速度：用单位时间内底物的 消耗量或产物的生成量表示
研究酶促反应动力学要采用初速度 初速度：反应速度与时间呈正比的阶 段。 反应10min. 或底物消耗在5%
影响因素： • 底物浓度（[S]） • 酶浓度（[E]） • 温度 • pH • 抑制剂和激活剂等
Glu
H2N
+ COOH
FH2合成酶 FH2 FH2还原酶
PABA +
二氢蝶呤
氨甲蝶呤
H2N
SO2NHR
FH4
磺胺药
• 举例： ③抗代谢物的抗癌作用 如氨甲蝶呤、5-氟尿嘧啶、6-巯基嘌呤等。
2. 非竞争性抑制作用
• 概念：抑制剂与酶活性中心外的必需基 团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。
• 酶促反应动力学特点：Vmax降低，Km 不变。
2. 巯基酶抑制剂 重金属离子及砷，为非专一性抑 制剂。 可用二巯基丙醇（BAL）解毒。
SH
E
+ Hg2+
SH
SH Cl E + As
SH Cl
H C CHCl
S
H
H2C SH
E As C CHCl+ HC SH
S
H2C OH
S
E
Hg + 2H+
S
S
H
E As C CHCl + 2HCl
S
SH H2C
S As
H C
CHCl
E + HC S
SH H2C OH
（二）可逆抑制作用
• 概念：抑制剂与酶非共价键可逆结合，使酶活 性降低，可用透析、超滤等方法将抑制剂除去 而使酶活性恢复。分为：
《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。
酶催化反应动力学
酶催化反应动力学酶是生物体内一类非常重要的催化剂，可以加速化学反应的速率，而不影响反应的化学平衡。
酶催化反应动力学，即研究酶催化反应速率的变化规律以及影响反应速率的因素。
本文将重点介绍酶催化反应动力学的基本概念、实验方法和相关影响因素。
一、酶催化反应速率酶催化反应速率是反应物转化为产物的速度。
在酶催化下，反应速率明显增加，可以达到每秒数百倍甚至上千倍。
反应速率由酶的浓度、底物浓度、反应温度和pH值等因素决定。
酶催化反应速率通常遵循麦克斯韦-玛尔计算公式，即速率v等于最大反应速率vmax与反应物浓度[S]的比例关系：v = vmax[S] / (Km + [S])。
其中Km称为米氏常数，表示反应物浓度为一半时的速率。
当[S]远大于Km时，速率v ≈ vmax，此时反应速率近似与反应物浓度成正比；当[S]远小于Km时，速率v ≈vmax[S]/Km，此时反应速率与反应物浓度成线性关系。
二、酶催化反应的实验方法进行酶催化反应动力学研究，需要了解反应速率及其影响因素。
实验方法主要包括测定酶催化反应速率的变化和测定酶的两个重要参数：最大反应速率vmax和米氏常数Km。
1. 测定酶催化反应速率的变化测定酶催化反应速率的变化，可以通过观察底物消失或产物增加的速度来确定。
常用的方法包括光度法、荧光法、比色法等。
这些方法都是通过测量反应物和产物的光学性质的变化，建立光学性质与反应速率之间的关系，来间接确定反应速率。
2. 测定最大反应速率vmax测定最大反应速率vmax是了解酶催化能力的重要指标。
最常用的方法是通过实验测量不同底物浓度下的反应速率，并将速率与底物浓度作图。
根据麦克斯韦-玛尔计算公式，绘制速率-底物浓度曲线，可以确定最大反应速率vmax。
3. 测定米氏常数Km米氏常数Km是衡量底物与酶结合力的指标。
测定Km的常用方法是选择一种底物，通过实验测量不同底物浓度下的反应速率，并将速率与底物浓度作图。
绘制速率-底物浓度曲线，可以确定Km。
第7章 酶促反应动力学
符合一级反应动力学，酶未被全部饱和，因此在[S]低时不能 正确测得酶活力； （2）当[S]>>Km时，v=Vmax，此条件下可正解测得酶活力 （3）当[S]=Km时，v=Vmax/2
Km的意义
1、Km是酶的特征物理常数 Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关，但与底物、 温度、pH及离子强度有关。 2、Km可判断酶的专一性和天然底物 Km最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。1/km近似 表示酶与底物的亲和力。 3、当k3<<k2时，Km=k2/k1，Km=Ks（解离常数），严格 地说是1/Ks表示酶与底物的亲和力，当k3极小时，1/Km才 表示酶与底物的亲和力。
二、酶的抑制作用
➢ 酶的失活与抑制的区别 ➢ 酶抑制程度的表示方法 ➢ 酶抑制作用的类型 ➢ 可逆与不可逆抑制作用的鉴别 ➢ 可逆抑制作用动力学 ➢ 一些重要的抑制剂
（一）酶的失活与抑制的区别
凡是使酶蛋白质变性而引起酶活力丧失的作用称为失 活作用；由于酶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。 变性剂对酶的变性作用无选择性 抑制剂对酶的抑制作用有选择性
特点：
A.抑制剂结构与底物的分子结构不相似。 B.抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合。 C.抑制作用的强弱取决于[I]，不能通过增加[S]减弱或解 除抑制。 D.Vmax降低，Km不变。
酶的可逆抑制作用——反竞争性抑制
酶只有与底物结合后才能与抑制剂结 合。L-Phe，L-Arg等对碱性磷酸酶的 作用是反竞争性抑制，肼类化合物抑 制胃蛋白酶、氰化物抑制芳香硫酸酯 酶的作用也属此类。
抑制剂只与酶—底物复合物结合生成抑制 剂—酶—底物死端复合物（ESI），从而抑 制酶的活性。
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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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。
酶 脲酶 溶菌酶
底物 尿素 6-N-乙酰葡萄糖胺
Km(mmol/L) 25
产 酶促反应速度逐渐降低
物
0
时间
酶促反应的时间进展曲线
❖ 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速 度的影响呈矩形双曲线关系。
V
反 应 初 速 度
0
底 物 浓 度 [S]
反应初速度随底物浓度变化曲线
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]
V=V[S]/Km 一级反应
0 Km （米氏常数）
[S]
米氏曲线
0 级反应
Km=?
V[S] V=
Km + [S]
若 V＝V/2
Km = [S]
V1 ＝ V [S] 2 Km + [S] Km + [S] = 2[S]
2、动力学参数的意义
（1）米氏常数Km的意义
V
Vmax Vmax/2
Vmax 2
2. 加入3U/ml已在35 ℃水浴保温的酶溶液，准确作用5分 钟，终止反应；
3. 各吸取0.5ml反应液与3，5-二硝基水杨酸，沸水浴5分 钟，冷却后在540nm测定吸光度OD值；
4. 作图
（2）Eadie-Hofstee作图法
v=Vmax-Km[Sv]
v
Vmax
斜率－Km
V[S] V=
Km + [S]
V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et]
k2 + k3 Km=
k1
米氏常数
V 反 应
V[S] V=
初
Km + [S]
速
度
0
底 物 浓 度 [S]
反应初速度随底物浓度变化曲线
b.当[S]很大时
最V
大
V=V[S]/[S]=V
反V
应
速
率
混合级
V/2 a.当[S]很小时
k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES]
(Ⅰ)
E的质量平衡方程
[E]=[Et] - [ES]
(Ⅱ)
k1
k3
E+S
ESPBiblioteka Ek2稳态时ES浓度不变
反应速度
V=k3[ES]
ES的生成速度=消耗速度
k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES]
E的质量平衡方程
米氏方程
[E]=[Et] - [ES]
一底物多酶反应
乳酸脱氢酶
（1.7×10-5）
乳酸
丙酮酸
丙酮酸脱羧酶
（1.0×10-3）
丙酮酸脱氢酶
（1.3×10-3）
乙醛 乙酰CoA
丙酮酸浓度较低时： 代谢哪条途径决定于Km最小的酶
（2）Vmax和k3（kcat)的意义
一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一 个常数。 [S]很大时， Vmax＝ k3[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， ——又称为转换数、催化常数kcat kcat越大，酶的催化效率越高
0.006
葡萄糖-6-磷酸脱 氢酶
胰凝乳蛋白酶
6-磷酸-葡萄糖
苯甲酰酪氨酰胺 甲酰酪氨酰胺 乙酰酪氨酰胺
0.058
2.5 12.0 32.0
②可以判断酶的专一性和天然底物
Km值最小的底物——最适底物/天然底物
Km近似表示酶对底物的亲和力： Km越大、亲和力越小
k2>>k3时
k2 + k3 Km=
Ｖ ── ＝ Vmax[S] Km + [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)
k1
k3
E+S
ES
P+E
k2
稳态时ES浓度不变
反应速度
(Ⅲ)
V=k3[ES]
ES的生成速度=消耗速度
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
酶促反应动力学
二、底物浓度对酶反应速率的影响
研究前提
➢ 单底物、单产物反应；
➢ 酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用 单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来 表示；
➢ 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]）
初速度
kcat/km的大小可以比较不同酶或同一种 酶催化不同底物的催化效率。
3、 Km与V的求取
（1）Lineweaver-Burk双倒数作图法
蔗糖酶米氏常数（Km）的测定
1. 配12支蔗糖底物溶液，浓度分别为0、0.005、0.00625、 0.0075、0.00875、0.010、0.0125、0.015、0.02、 0.025、0.0375、0.050M，在35℃水浴保温；
（2）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]。
（3）P→0 忽略 E + P k4 ES 这步反应
E + S ES
E+P
（二）酶促反应的动力学方程式 1、米氏方程的推导
❖ 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(Michaelis equation)。
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）中间复合物学说
k1 k3 E + S ES P + E
k2 k4
三个假设：
（1）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]。
（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