2 酶促反应动力学(1)

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 A

C kC r r r === （2－1） dt

dC r A A −= （2－2） dt

dC 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 dt

dC =− （2－4） M A M C k C k dt

dC 21−= （2－5） M P C k dt

dC 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

S

S S E C K C C k r +=02 （2－10） 令02max E C k r =， （2－11）