最新2酶促反应动力学
酶促反应动力学
40
M-M方程动力学参数旳拟定
作图法(经过方程变换，将方程线性化)
✓L-B法 ✓H-W法 ✓E-H法 ✓积分法
非线性最小二乘法回归处理
✓信赖域法(Matlab旳优化工具箱) ✓遗传算法(不依赖于初值，可并行计算)
41
L-B双倒数法
• 将米氏方程式两侧取双 倒数，得到下列方程式：
• 酶分子和反应物系(底物分子、产物 分子等)处于同一相－－液相中旳反 应
3
均相酶催化反应旳主要特征
• 不存在相间旳物质 • 分子水平上旳反应， 传递，不用考虑传 是本征动力学 质过程旳影响
4
酶催化动力学旳研究历史
• 1923年，Henri提出酶与底物作用旳中间 复合物学说。
• 1923年，Michaelis和Menten提出了酶催 化反应动力学基本模型---米氏方程。
• 双分子,如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表达为：
v k [A][B]
• 判断一种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怎样进行旳。
• 反应机制往往很复杂，不易搞清楚，但是反应速率与浓度 旳关系可用试验措施来拟定，从而帮助推论反应机制。
Km
k1 k2 k1
KS
k2 k1
VP max k2[E0]
(Km米氏常数)
(10)
30
k+1
k+2
k-1
31
迅速平衡学说与稳态学说在动力学方程形式上是一致
旳，但Km和KS表达旳意义是不同旳。 当k+2<<k-1时，Km=KS。这意味着生成产物旳速率远远
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。
酶促反应的动力学研究
酶促反应的动力学研究酶促反应是一种在生物体内外广泛存在的一类化学反应，它通过酶的催化作用来提高反应速率，参与细胞代谢过程中的物质代谢、信号传导以及其他特定生理生化过程。
酶促反应的动力学研究，是探究生物体内化学反应的一个重要途径。
酶性质及反应动力学参数酶是一种宏观蛋白质，具有高度催化活性和专一性。
酶的催化活性可以通过反应速率（v）来体现，反应速率与酶底物浓度（c）和酶的量（e）成正比，反应速率与反应物浓度（s）成正比。
反应动力学参数通常包括酶的最大催化速率（Vmax）、酶的反应常数（Kcat）、酶的亲和力（Km）等。
酶活性的影响因素酶的活性受到多种因素的影响。
其中 pH 值、温度、离子浓度等是影响酶活性的主要因素。
不同的酶在催化反应过程中要求的反应条件不同。
例如，将 pH 值改变到酶的最适范围内，可以使酶活性达到最大值；而超过最适范围则酶活性会降低。
酶动力学研究方法酶动力学研究需要量化反应速率以及酶反应动力学参数。
常见的研究方法有:1. 利用光度计或荧光计在不同时间下测定反应物或产物的浓度变化，然后绘制成反应曲线。
通过反应曲线，可以计算出最大反应速率（Vmax）和亲和力常数（Km）。
2. 利用比色法、荧光法等直接测定反应物或产物的浓度，然后通过计算得出反应速率。
反应速率也可以通过酶质量测定得出。
3. 采用基于表面等离子共振技术的生物传感器，监测反应物与酶结合的变化。
这种方法可以检测微量生物分子间的相互作用，例如酶受体配对的识别。
4. 利用分子模拟等计算机模拟手段，模拟酶的结构特征、反应过程及与底物的相互作用。
酶促反应动力学研究的应用酶促反应动力学研究，除了提供对生物体内化学反应本质的认识，也被广泛应用于医学、农业、生物工程等领域。
在医学上，酶的活性与某些疾病的发生、发展密切相关。
例如血浆中的酶含量和活性与某些器官的疾病有关，如肝功能、心脏功能和胰腺炎等。
通过对酶活性的研究，可以为临床医生提供一定的预测和诊断手段。
最新2酶促反应动力学汇总
2酶促反应动力学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。
酶促反应动力学 (2)PPT讲稿
（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
2、动力学参数的意义
（1）米氏常数Km的意义
V
Vmax Vmax/2
Vmax 2
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。
k2>>k3时
k2 + k3 Km=
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
➢ 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]）
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。
生化反应工程酶促反应动力学
d[ S ] r dt
• 若用单位时间内生成物浓度 的增加来表示，则：
r d[ P ] dt
2.2.1.4酶促反应动力学分类----反应级数
①零级反应 反应速率与底物的浓度无关，称为零级反应。
d [ s] rmax dt
（[S]-底物浓度，rmax-最大反应速率）
E ＋ S
k1
k-1
ES
k2
E ＋ P
稳态学说
稳态学说的几点假设条件： 1. 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。
2. 在反应的初始阶段，产物浓度很低，P+E→ES这个可逆反应
的速率极小，可以忽略不计。
3. [ES]的生成速率与其解离速率相等，其浓度不随时间而变 化。
• 当底物接近酶 的活性中心并 与之结合时， 酶的构象能发 生改变，更适 合于底物的结 合。
2.2.1.2影响酶促反应的因素
浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等） 外部因素（温度，pH，压力，溶液的介电常数，离子 强度等） 内部因素（酶的结构等）
2.2.1.3反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反应物或生成物浓度的改变。
酶量守恒 产物生成速率 动力学方程
KS
[E0 ] [E] [ ES ]
rP k2 [ ES]
rP rP max[ S ] K S [S ]
rP rP max[ S ] K m [S ]
与 Km
k K S 1 k1
k1 k 2 Km k1
动力学参数的求解
(9)
k 2 [ E0 ][S ] rP max[ S ] d[ P] rP k 1 k 2 dt [S ] K m [S ] k1
酶促动力学.ppt
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
（3）反竞争性抑制
酶只有与底物结合后才与抑制剂结合，形成的三元中间产物不能进一步分解为产物。
中间产物学说的关键在于中间产物的形成。酶和底物可以通过共价键、氢键、离子键和和配位键等结合形成中间产物。中间产物的稳定性较低，易于分解成产物并使酶重新游离出来。
二、底物浓度对酶反应速度的影响
2 中间络合物学说
※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，简称米氏方程式(Michaelis equation)。后来又有人进行了修正.
三、酶的抑制作用
（一）抑制作用与抑制剂
什么是酶的抑制作用和失活作用？ 失活作用：酶变性；酶活性丧失（无选择性）。 抑制作用：酶的必需基团的化学性质改变,但并不引起酶蛋白变性的作用,而降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的作用 引起作用的物质称为抑制剂（I）（选择性）。 研究抑制作用的意义？
特点
⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物结构类似物； ⑵ 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同—— 酶的活性中心 ⑶ 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除； ⑷ (表观）Km值增大，Vm值不变
竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图 ：
1/Vmax
(表观）Km值增大，Vm值不变
363
（Eisenthal和Cornish-Bowden法）
（5）直接线性作图法
363
实验二酶促反应动力学实验(共19张精选PPT)
碱性磷酸酶（AKP）的最适温度是37℃。 加酶液要准确快速，以保证各管酶促反应同时开始。
❖ 5mol/L NaOH 1.
2、酶活性测定的基础是化学反应速度的比较，即酶催化的化学反应速度与无酶或酶失活情况下化学反应速度的比较。
三、底物浓度对酶促反应速度的影响 ——碱性磷酸酶米氏常数的测定
Km/Vm
混匀，37 ℃水浴保温5分钟左右。
酶液（ml） 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
pH10碳酸钠缓 0 10/16 10/14 10/12 10/10 10/8 10/6 10/4 10/2 冲液（ml）
加入酶液后立即计时，各管混匀后在37 ℃准确保温15分钟。 3、保温结束，立即加入0.5mol/L NaOH 1.0 ml 以中止反应。 4、各管分别加入0.3% 4-氨基安替比林1.0 ml及0.5％ 铁氰化钾 2.0 ml，充分 混匀，放置10分钟，以管1为对照，于波长510 nm处比色。
pH10碳酸钠缓冲液（ml）
3、保温结束，立即加入0.
管号 吸取上表稀释基质液1ml 试剂 01 mol/L基质液（ml）
1、不同浓度基质液的配制：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1、在37°C下保温15分钟产生1mg酚为1个酶活性单位，从标准曲线查出释放的酚量（ug），以此计算处各管的酶活性（v）。
加测入定酶 酶液活吸后性立的取即所计有上时反，应表各速稀管率混的释匀比后较在都（必37须℃1依准）赖确该保（曲温线215的）分线钟性（。部分3），因（此要4测）定最（初反5应）速度（，即6底）物浓（度7变）化在（底物8起）始浓（度的95）％以内的速度 。 基质液1ml
酶促反应动力学
ES k1酶 促反E 应动S力 学 k 2 EP k-1
❖ ES(酶-底物复合物)生成速度
dS
dt
k1ES
❖ ES分解速度= k1ESk2ES ❖ ES净生成速度 d E S =ES生成速度-ES分解速度
dt
酶促反应动力学
❖ t=0, [ES]=0, [P]=0, [S]最 大,ES生成速度最大,
酶促反应动力学
❖ 六、均相连续反应系统：A k 1 B k 2 C
1、如果第一个反应为零级反应，第二个反应为一级反应，则有：
-dA/dt k1 + dB /dtk1k2B
+dC/dtk2B
反应开始后：
AA0-k1 t
Bk1/k2 1ek2t
C k 1t k 1/k 21 e k 2 t
❖ 四、均相双分子可逆反应系统：
A+B k1 C+D
k1
Keq
Ceq A
Deq B
eq
eq
（Keq为无因次常数。）
❖ 五、对于反应系统：
A+B k1 C k1
按合成方向：-A /d t k 1A B k 1C
C
Keq A
eq
B
eq
eq
此处Keq为结合常数，其因此为浓度-1；解离常数有浓度因次。
种类
单酶系统
多酶系统
恒态酶
别构酶
溶液酶
固定化酶
单底物
双或多底物
稳态动力学 稳态前动力学
稳态初过程 稳态全过程
酶抑促反制应动剂力学,活化剂,pH,温度等
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。
酶促反应动力学有方程推导过程
4 了解酶的底物在体内具有的浓度水平：一般地,体 内酶的天然底物的 S 体内≈Km,如果 S 体内<< Km,那 么V<< Vmax,细胞中的酶处于浪费状态,反之, S 体内 >> Km,那么V≈Vmax,底物浓度失去生理意义,也不 符合实际状态,
3.酶4 酶促反促应反动应力动学力学
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 包括酶的浓度、底物的浓度、pH、温度、抑 制剂和激活剂等，
一. 酶浓度的影响
在一定温度和pH下,酶 促反应在底物浓度大于 100 Km时,速度与酶的浓 度呈正比,
k1 E+S ES
k3 E+P
E+I
k2
〔E〕〔S〕
由米氏方程得：Km＝
〔ES〕
ki EI
①
Ki＝
〔E〕〔I〕 〔EI〕
②
〔E〕＝〔E〕t－〔ES〕－〔EI〕 ③
解方程①②③得：
〔ES〕=
〔E〕t
Km
〔S〕 1 +
〔I〕 Ki
＋1
又因vi＝k3〔ES〕,代入上式得：
Vi＝
Vmax〔S〕
Km
1
〔I〕 + Ki
双倒数作图法
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，
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2酶促反应动力学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。
2 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。
2.1.3酶的应用研究与经典酶学研究的联系与区别经典酶学研究中，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。
2.2 均相酶促反应动力学均相酶促反应动力学是以研究酶促反应机制为目的发展起来的。
作为酶工程技术人员，如果仅仅比较详细地解释了酶促反应机制和过程是不够的，还应对影响其反应速率的因素进行定量的分析，建立可信赖的反应速率方程，并以此为基础进行反应器的合理设计和确定反应过程的最佳条件。
因此，以讨论反应机制为目的的酶促反应动力学与为了设计与操作反应器的工业酶动力学，在研究方法上自然不同。
这与化学中的反应动力学和工业上的化学反应动力学的不同一样。
2.2.1 酶促反应动力学基础可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。
对酶促反应 Q P B A k+→+ ，有：B A P AC kC r r r === （2－1） dtdC r A A -= （2－2） dtdC r P P = （2－3） 式中，k ：酶促反应速率常数；r ：酶促反应速率；r A ：以底物A 的消耗速率表示的酶促反应速率；r P ：以产物P 的生成速率表示的酶促反应速率。
对连锁的酶促反应，如P M A k k −→−−→−21，有：A A kC dtdC =- （2－4） M A M C k C k dtdC 21-= （2－5） M P C k dtdC 2= （2－6） 2.2.2 单底物酶促反应动力学（米氏方程）单底物不可逆酶促反应是最简单的酶促反应。
水解酶、异构酶及多数裂解酶的催化反应均属此类。
对单底物酶促反应 P S →，根据酶－底物中间复合物假说，其反应机制可表示为：P E ES S E k k k +→⇔+-211下面我们分别采用快速平衡法和稳态法推导其动力学方程。
快速平衡法：几点假设：（1）C S >>C E ，中间复合物ES 的形成不会降低C S 。
（2）不考虑EP P E ⇔+这个可逆反应。
（3）ES S E k k ⇔+-11为快速平衡，P E ES k +→2为整个反应的限速阶段，此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡。
根据以上假设，建立动力学方程：ES C k r 2= （2－7）11k k K C C C S ES S E -== （2－8） ES E E C C C +=0 （2－9）解之，得SS S E C K C C k r +=02 （2－10） 令02max E C k r =， （2－11） 则SS S C K C r r +=max （2－12） 稳态法：几点假设：（1）C S >>C E ，中间复合物ES 的形成不会降低C S 。
（2）不考虑EP P E ⇔+这个可逆反应。
（3）C S >>C E 中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即0=dtdC ES 。
根据稳态法假设建立动力学方程：ES C k r 2= （2－13） 0211=--=-ES ES S E ESC k C k C C k dt dC（2－14） ES E E C C C +=0（2－15） 解之，得SSE C k k k C C k r ++=-12102（2－16） 令02max E C k r =，121k kk K m +=- （2－17）则Sm SC K C r r +=max （2－18）上式即为通常所说的米氏方程。
米氏方程可用图形表示：讨论： （1） 当C S <<K m 时，S mC K r r max=，属一级反应。
（2） 当C S >>K m 时，max r r =，属零级反应。
rr maxr max /2K m C S图2－1 酶浓度一定时反应速率与底物浓度的关系（3） 当C S ＝K m 时，2max r r =。
K m 在数量上等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
K m 和r max 的测定方法Linewear Burk 法，即双倒数法。
对米氏方程两侧取倒数，得S m C r K r r 111max max +=。
以SC r 1~1作图，得一直线，直线斜率为m ax r K m ，截距为m ax 1r 。
根据直线斜率和截距可计算出K m 和r max 。
图2－2 双倒数法求解K m 和r max2.2.3温度对酶促反应速率的影响温度对酶促反应速率的影响，是通过影响k 2和K S （m K ≈）实现的。
)exp(2RTEa A k -= Arrhenius 方程 （2－34） )exp(RTH K S ∆-∝ Van ’t-Hoff 方程 （2－35） 值得注意的是Arrhenius 方程仅在较低温度下适用于酶促反应。
过高的温度将导致酶的失活（见教材P 23 图2-4）。
（2－35）式中H ∆为反应热。
－1／K m 1／r max 1／r 斜率－K m /r max 1／2.2.4 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） EI SI EII E K C C C = （2－40） EI ES E E C C C C ++=0 （2－41）解之，得SI I S S C K C K C r r ++=)/1(max （2－42） 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 ES C k C k C C k dtdC （2－44）0=-=-EI i I E i EI C k C C k dt dC （2－45） EI ES E E C C C C ++=0 （2－46）解之，得SI I m S C 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 S C 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。
以S C r 1~1作图，得一直线，直线斜率为maxr K m '，截距为m ax 1r ，如图2－3所示。
图2－4 竞争性抑制作用下SC r 1~1曲线 2.2.4.2非竞争性抑制图2－5 非竞争性抑制作用示意图 反应机理：P E ES S E k k k +→⇔+-211 （2－49）EI I E IK ⇔+ （2－50）ESI I ES IK ⇔+ （2－51） 采用快速平衡法推导动力学方程：ES C k r 2= （2－52）ESI1／1／C S1／r max-1／-1／K m ’C I = 0C IS ES S E K k k C C C ==-11（2－53） I EIIE K C C C = （2－54） I ESIIES K C C C = （2－55） EI ES E E C C C C ++=0 （2－56） 解之，得))(/1(max S S I I SC K K C C r r ++=（2－57）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= （2－58）0211=-+--=--I ES i ESI i ES ES S E ESC C k C k C k C k C C k dtdC （2－59）0=-=-EI i I E i EIC k C C k dtdC （2－60）0=-=-ESI i I ES i ESIC k C C k dtdC （2－61） ESI EI ES E E C C C C C +++=0 （2－62） 解之，得))(/1(max S m I I SC K K C C r r ++=（2－63）式中，02max E C k r =，121k k k K m +=-令II K C r r /1'maxmax +=，（2－63）式可变形为Sm SC K C r r +='max （2－64）式中 max max 'r r <将（2－64）式与米氏方程比较，可知最大反应速率减小，而K m 不变。