第二章均相酶催化反应动力学

2.1 酶催化反应基本特征
酶是生物为提高其生化反应效率而产 生的生物催化剂。国际生物化学协会(IUB) 根据催化反应的类型，将酶分为六大类： 即氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、 异构酶、合成酶。
2.1.1 酶的催化共性
➢它能降低反应的活化能，加快生化反 应的速率；但它不能改变反应的平衡常 数，而只能加快反应达到平衡的速率。
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)
根据上述假设和式 （2－2），有：
和
rp dCp dCs k 2 C[ES ] (2-3)
dt
dt
k 1 CE Cs k 1C[ES ]
(2-4)
或表示为 CE k 1 C[ES ] Ks C[ES ]
(2-5)
kHale Waihona Puke Baidu 1 Cs
Cs
式中：CE—游离酶的浓度，mol/L; Cs—底物的浓度，mol/L； Ks—解离常数，mol/L。
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
反应体系中酶的总浓度 CE 0为 :
CE 0 C [ E ] C [ ES ]( 2 6)
所以： CE 0 Ks C [ ES ] C [ ES ] C [ ES ](1 KS )
Cs
Cs
即： C[ES ] CE0 Cs (2 7) Cs Ks
将式 (2－7)代入式 (2－3)
根据质量作用定律，P的生成速率可表示为
rp k 2 C[ES] (2-2)
上述方程的假设： (1)反应过程中，酶浓度保持恒定，即 C[E0] C[E] C[ES] (2)与底物浓度Cs相比，酶的浓度是很小的，因而可
忽略由于生成中间复合物[ES]而消耗的底物。 (3)产物的浓度是很低的，因而产物的抑制作用可以
一种酶仅能作用于一种物质或一类结 构相似的物质进行某一种反应，这种特性 称为酶的专一性。
绝对专一性，相对专一性，反应专一性， 底物专一性，立体专一性，官能团专一性， 序列专一性。
专一性是酶作为催化剂最重要的特性。
（3）具有温和的反应条件
酶催化反应温度一般在生理温度25～ 37℃的范围，仅有少数酶反应可在较高 温度下进行。同时，酶催化反应一般是 在接近中性的PH值条件下进行。
（4）酶易变性与失活
酶的变性多数为不可逆，引起变性的 原因有物理因素和化学因素。
2.2 简单的酶催化反应动力学
简单的酶催化反应动力学系指由一种反应物 （底物）参与的不可逆反应。属于此类反应的有 酶催化的水解反应和异构化反应。
酶催化反应过程机理：活性中间复合物学说。 该学说认为酶催化反应至少包括两步：首先底物S 和酶E相结合形成中间复合物[ES]，然后该复合物 分解成产物P，并释放出E。
能 量
水
平 E+S
E1 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。
➢酶在反应过程中，其立体结构和离子 价态可以发生某种变化，但在反应结束 时，一般酶本身不消耗，并恢复到原来 状态。
反应过程中能的变化
酶催化的中间产物理论
E S kk11 ES k 2 P E
酶 （ E） 与 底 物 （S） 结 合生 成不 稳定的 中间 物 （ ES ） ，再 分解 成产 物 （ P） 并释 放出 酶， 使 反应 沿一 个低活 化能 的 途径 进行 ，降低 反应 所 需活 化能 ，所以 能加 快 反应 速度 。
第二章 均相酶催化反应动力学
本章要求
1. 掌握酶催化反应的基本特征、M-M方程、 B-H方程；
2. 熟悉各种抑制作用的酶催化反应动力学、 影响酶催化反应速率的因素；
3. 了解复杂酶催化反应动力学、酶的失活 动力学。
均相酶催化反应：
系指酶与反应物系处于同一相 ——液相的 酶催化反应。
酶与反应物的反应，乃是分子水平上的 反应。因而均相酶催化反应动力学作为阐明 酶催化反应机理的重要手段而得到发展。它 通过研究影响反应速率的各种因素，通过对 各基元反应过程进行静态与动态的分析,而获 得反应机理有关信息。
国际单位（IU）: 1μmoL变化量 / 分钟 Katal（Kat）：1moL变化量 / 秒
比活力（specific activity） 量度酶纯度
总活力单位
比活力= 总蛋白mg数 = U(或IU) mg蛋白 转换系数（Kcat） 量度转换效率
底物（ μ moL）/ 秒·每个酶分子
（2） 有很强的专一性
➢酶活力：在特定条件下，每1min能催化 1mol底物转化为产物时所需要的酶量， 称为一个酶单位，或称国际单位，用U表 示。
酶活力还可用比活力表示，比活力 指每1mg酶所具有的酶单位数，用U/mg表 示。也可以根据实际情况自定义。
酶活力的表示方法
活力单位（active unit） 量度酶催化能力大小 习惯单位（U）: 底物(或产物)变化量 / 单位时间