第三章 酶反应动力学

Et S K m S
由于酶促反应速度由[ES]决定，即
v k2 ES
，所以

ES
将（2）代入（1）得：
Et S v k2 K m S
所以
v
k2 Et S (3) Km S
v k2
(2)
当[Et]=[ES]时，
v Vm
Understanding Vmax

The theoretical maximal velocity Vmax is a constant Vmax is the theoretical maximal rate of the reaction - but it is NEVER achieved in reality To reach Vmax would require that ALL enzyme molecules are tightly bound with substrate Vmax is as symptotically approached as substrate is increased

酶促反应的速度和酶浓度成正比
[S]>>[E] V∝[E]
反 应 速 度
0
酶浓度
[P]
产 物 浓 度
反应速度:用单位时间内、单 位体积中底物(S)的减少量或产 物(P)的增加量来表示。单位： 浓度/单位时间

引起酶反应速度降低的原因： 底物浓度的降低；酶的部分失 活；产物对酶的抑制；产物增 斜率=[P]/ t = V初速度 加引起的逆反应速度的增加 t •研究酶反应速度以酶促反应的 时间 初速度(initial speed)为准
可帮助推断某一 代谢反应的方向和途径和限速步骤
例：酶1，2，3分别催化 A B C D Km分别为10-2, 10-3, 10-4，A，B，C 浓度均为10-4 限速步骤？
1 2 3
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

酶反应速度曲线
二、底物浓度对反应速度的影响
1、单底物酶促反应动力学 （1））米氏方程（Michaelis－Menten equation
V Vmax
v = —————
km + [S]
可以用一个方程来表示 ：是最基本的
Vmax · [S]
动力学方程。
[S]
V=Vmax[S]/(Km+[S])
酶反应速度与底物浓度的关系曲线 (条件:[E];pH;t等条件固定不变)
v
Vmax
– Km
Vmax Km
v [S]

单底物酶促反应的反应速度与底物浓度呈 双曲线关系，不易直接求出Vmax和Km的 值，通常采用双倒数法进行参数估计。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
双倒数作图
米氏常数（Michaelis-constant）的意义
25 23
28 350 0.12
谷氨酸脱氢酶 乳酸脱氢酶
α—酮戊二酸
丙酮酸
2.0
0.017

KM值与米氏方程的实际用途：
例：当[S] = 3Km时，反应速率相当于Vmax的百分数？
Vmax [S] V＝ Km+[S]
当Km已知时，任何底物浓度下被酶饱和的百分数可
用下式表示：
[s]
fES =
Km + [s]
* 可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合
力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。
*在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意[s]时的
v，或任何v下的[s]。（用Km的倍数表示）
练习题：已知某酶的Km值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反
应速度达到最大反应速度的80％时底物的浓度应为多少？
双底物双产物的反应按动力学机制可分为两大类 : 序列反应 （sequential reactions）
双底物 双产物的反应
乒乓反应 （ping pong reactions）
序列有序反应；序列随机反应；乒乓反应；
A
B
P
Q
E
A+E B+E A
AE
AE EB
AEB
QEP
QE
QE
E
Q+E E+P Q
AEB
a Km的物理意义 当V＝1/2Vmax时的底物浓度，为Km的物理意义。 即［S］＝Km Km单位：m(mol)/L
b Km是酶的特征性常数
不同酶,Km是不一样的。 底物种类，pH（opt）,T（opt） 要定下来。 （E） A＋B C＋D 此酶有4个Km值
c 在一定条件下，Km表示酶与底物的亲和力 有些酶有很多底物，Km值最小的底物叫此酶的最适
第一节单底物酶促动力学
单底物酶促动力学 只有初速度才是酶的反应速度，原因： （1） 底物随反应时间的延长减少； （2） 酶随反应时间的延长受速度、pH的影响，酶部 分变性； （3） 随时间延长，产物增加，产物对酶的抑制作用； （4） 产物增加，逆反应速度增加。
因此，只有初速度才是酶的反应速度。
一、酶浓度的影响
Vm k2 Et
(4)
将（4）代入（3），则：
v
Vmax S K m S
2.2.3 米氏常数的意义
•当v=Vmax/2时，Km=[S]（ Km的单位为浓度单位）,即 米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。
* 是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的
数值，可鉴别酶。
2.2.4 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。
例：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
酶动力学的双倒数图线
Vmax [S] V＝ Km+[S]
原因:中间产物学说解释 E+S ES E+P
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;v=k[S] 当底物浓度较高时[S] 增加,反应速度v增加, 但增加幅度较小 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，表现为零级 反应。v= VmaxQBiblioteka PEPPB
E
AE
PE
E
EB
EQ
E
1．序列有序反应
2．序列随机反应
3．乒乓反应
第三节 酶反应影响因素
温度的影响 酶的最适温度（optimum temperature） 温度影响的两个方面 : 1.温度升高，酶反应速度增加 在达到最适温度之前提高温度，可以增 加酶促反应的速度。
底物，也叫酶的天然底物。
d 已知Km，可以求出V/Vmax与底物浓度[S]的关系。 测定Km的意义：（以上4点）
Understanding Km

Km is a constant derived from rate constants
Km
k 1 k 2 k1
Km is, under true Michaelis-Menten conditions, an estimate of the dissociation constant of E from S, because k1 ES ES at equilibrium, k1[E]S k 1[ES]
k1 Et ESS k1ES k2 ES
k1 k2 Km k1
Et S ESS k1 k2 ES k1 则： Km ES ESS Et S
(1)
v1 v2
经整理得：
ES


SE
S
Et ES
k1 k 1
ES
ES
k2 P E
[ES]生成速度： v1
k1 Et ESS ，[ES]分解速度： v2 k1ES k2 ES
米 氏 方 程 的 推 导
当酶反应体系处于恒态时： 即： 令：
第三章 酶反应动力学
中间产物学说 第一节单底物酶促动力学 第二节双底物酶促反应动力学 第三节 酶反应影响因素

中间产物学说 酶动力学研究始于1902年，当时，A.Brown用酵母β -呋喃 果糖糖苷酶对蔗糖进行水解。他发现当蔗糖的浓度比酶的浓度 高许多时，反应速度不再取决于蔗糖的浓度，即是说，反应速 度相对于蔗糖来说是零级反应。因此，他提出，蔗糖水解的总 反应是由两个基本反应构成，第一步是底物与酶形成一种复合 物，第二步是这种中间物生成产物并释放出酶: k1 k2 E + S ←→ ES → P + E k-1 这里,E、S、ES和P分别代表酶、底、酶-底物复合物和产物。 中间产物学说认为, 当酶催化某个反应时, 酶和底物先结合形 成一个中间复合物, 然后中间复合物再分解, 生成产物并释放 出酶。一般以产物的生成速度代表整个酶催化反应速度，而产 物的生成取决于中间物的浓度. 因此, 整个酶促反应的速度取 决于中间物的浓度.
米氏常数的测定
双倒数作图法，即 1/V对1/S作图

Lineweaver-Burk法。
1 Km 1 1 v Vmax [S] Vmax
第二节双底物酶促反应动力学

双底物双产物反应 A+B
P+Q
有序反应 （orderd reactions） 随机反应 （random reactions）