第二章均相酶催化反應動力學2023/3/29第一頁，共七十四頁，2022年，8月28日酶催化反應的基本特征簡單酶催化反應動力學第2章均相酶催化應動力學復雜酶催化反應動力學有抑制的酶催化反應動力學有抑制的酶催化反應動力學影響催化反應速率的因素酶失活反應動力學2023/3/29第二頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧1、化學動力學的有關內容？

化學動力學的研究對象、反應速度和速率區別、反應速率表示式、反應速率如何求？（微分式和圖解法）、速率方程、反應機理。2、有關酶的內容？酶的特性、酶催化反應的特性、米氏動力學方程等2023/3/29第三頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧機理以及溫度、壓力、催化劑等外界因素對反應速率的影響◆化學動力學的研究對象◆反應速度和速率區別速度Velocity

是矢量，有方向性。速率Rate

是標量，無方向性，都是正值。2023/3/29第四頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧◆反應速率表示式對任何反應：2023/3/29第五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧◆反應速率表示式通常定容反應，反應速率為：反應進度2023/3/29第六頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧◆反應速率如何求？（實驗圖解法）如何繪制動力學曲線???用各種物理性質測定方法(旋光、折射率、電導率、電動勢、粘度等)2023/3/29第七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧◆速率方程反應速率只與反應物濃度的一次方成正比的反應稱為一級反應。一級反應的微分速率方程或反應：2023/3/29第八頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧一級反應的積分速率方程◆速率方程或2023/3/29第九頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧◆反應類型連串平行(對峙反應)支鏈反應2023/3/29第十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章均相酶催化應動力學>>回顧◆反應機理假定反應進行一段時間后，體系基本處于穩態，這時，各中間產物的濃度可認為保持不變，這種近似處理的方法稱為穩態近似，一般活潑的中間產物可以采用穩態近似。2023/3/29第十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第1節酶催化反應的基本特征具有催化活性的大分子生物物質，其物質組成是蛋白質。在多數酶促反應中，酶以游離狀態參與催化反應?！嗟拿复俜磻?，且多數是在液相中進行反應?！裘?)

Highlyspecific;◆

CatalyticcharactersofEnzyme2)

Highefficiency;（催化效率表示）3)

Reactioninnormalatmosphereandroomtemperature;4)

Enzymedenaturedandcatalyticactivitylowered.2023/3/29第十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第1節酶催化反應的基本特征顧◆

CommonpropertyofEnzyme-catalyzedReactions1)EnzymescanlowerΔG#,increasetherate

withoutbeingchangedthemselves.2)

Enzymedoesn’tchangethedirectionandbalance.2023/3/29第十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學一、什么是簡單的酶催化反應二、活性中間復合物學說一種底物參與的不可逆反應如：酶的催化水解反應；異構化反應該學說有大量實驗結果支持。包括兩步，底物S與酶E結合成中間復合物[ES]，然后分解成產物P，并釋放E。對簡單E催化反應，機理可表示為：其中：k+1，k1，k+2——反應速度常數

E，S，ES，P——酶,底物,酶-底物復合物,產物P14三點假設2023/3/29第十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學三、動力學方程上述機理下的動力學方程??機理中的反應為基元反應，產物生成速率可表示為：

∝??∝??rP=k+2C[ES]rS——底物S的消耗速率mol/(L.s)C[ES]如何求？2023/3/29第十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學四、Miechaelis-Menten方程◆在反應過程中，限制反應速度的反應是ES到E+P這一步反應；(1)◆E+S到ES的反應在整個過程中始終處于動態平衡；(2)◆酶以酶游離狀態E和酶-底物復合物ES的形式存在，酶在反應過程中總濃度不變；(3)◆底物濃度比酶-底物絡合物濃度要大得多。（1）Michaelis平衡態假設2023/3/29第十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學（2）方程的推導四、Miechaelis-Menten方程根據假設（1），有單一底物的酶催化反應的反應速度：（2-1）式中：CP，CS——產物，底物的濃度

t——時間根據假設（2）有:（2-2）2023/3/29第十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學即：（2-3）式中：Ks——酶與底物復合物的解離常數（2）Miechaelis-Menten方程的推導2023/3/29第十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學根據假設（3），有：總酶量：（2-4）聯立（2-1）、（2-2）、（2-3）有（2-5）（2）Miechaelis-Menten方程的推導Miechaelis-Menten方程2023/3/29第十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學（3）Miechaelis-Menten方程的討論兩個動力學參數，Ｋs和rP,max◆Ks——酶與底物復合物的解離常數當rP=rP,max/2有Ｋs＝ＣsKs表示酶與底物作用的特性．◆rP,max最大的酶促反應速度表示全部的酶都呈復合物狀態時的反應速率．Ｋ+2含義？？2023/3/29第二十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學五、Briggs-Haldance方程Miechaelis-Menten方程的適應條件:復合物ES生成產物的速率遠大于分解成酶與底物的速率。若這一條件不能滿足,則M-M的平衡假設不適用。1925年，Briggs和Haldance提出了擬穩態假設：認為在酶促反應過程中，反應的中間體ES（酶-底物復合物）的濃度不隨反應時間不變化，即在酶促反應過程中，反應的中間體ES的濃度處于穩定的狀態，稱“穩定態理論”。1、擬穩態假設2023/3/29第二十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學五、Briggs-Haldance方程由擬穩態假設：2、B-H方程的推導又（2-6）2023/3/29第二十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學2、B-H方程的推導五、Briggs-Haldance方程將（2-6）代入下式：得：式中——米氏常數；mol/L（2-6）2023/3/29第二十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學3、B-H方程的討論五、Briggs-Haldance方程◆米氏常數與解離常數若k+2<<k-1，km=kS，說明什么？？生成產物的速率大大慢于酶-底物復合物的速率。說明復合物結合力很弱2023/3/29第二十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學3、B-H方程的討論五、Briggs-Haldance方程◆轉換數P16P18

含義？六、M-M方程與B-H方程的比較P192023/3/29第二十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學七、M-M方程動力學特征.A.BCO(2)Cs>>Km曲線?曲線點Cs=Km時r=??(1)Cs<<Km(2-17)一級反應.Km很大時,大多數E游離,[ES]少,欲提反應速度,提高Cs零級反應.因為Km很小,大多數E復合,游離E少,因而提高Cs,也不能提高反應速度(3)Cs與Km數量關系介于兩者之間2023/3/29第二十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學八、動力學參數的求取(1)Lineweaver-Burk法(簡稱L-B法)欲建立完整的動力學方程,就必須求取動力學參數.M-M方程中的rmax和Km。因為非線性,難求.怎么辦?怎么辦?rrrrCsrrCs2023/3/29第二十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學八、動力學參數的求取（2）Hanes-Woolf法(簡稱H-W法)對L-B法方程式的等式兩端同乘CS

，此種方法減少了CS值過大或過小所帶來的測量誤差。Slope=1/rmax2023/3/29第二十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學（3）Eadie-Hofstee法（簡稱E-H法）八、動力學參數的求取Slope=-Km2023/3/29第二十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學八、動力學參數的求取4）積分法用不同的酶促反應的時間t與其反應過程相對應的底物濃度之間的函數關系通過作圖或回歸的方法確定酶促反應動力學參數。TheabovethreemethodsfordeterminingtheparametersarealsocalledindirectmethodordifferentialmethodbecauseofthersmaybeobtainedbyplottingCsagainsttimeandmakingthetangentlineandreadingtheslope(rs).Thesemethodsareinaccuracy.2023/3/29第三十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學八、動力學參數的求取4）積分法SubstitutingthosedataabouttimeandconcentrationindynamicsexperimentintotheM-Mequation,anewformequationcanbeobtained:P21

式2-34Slope=rmax/Km2023/3/29第三十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學九、例題例1：在pH5.1、15℃下所測定的用葡萄糖淀粉酶水解麥芽糖的反應速度r如表所示。求這一酶促反應的動力學參數rmax和Km。表1-1葡萄糖淀粉酶水解麥芽糖的反應初速度與底物濃度CS（mmol/L）r0（mmol/L·min）5.550.1638.330.21111.110.24113.890.27616.660.30122.220.33927.770.3472023/3/29第三十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學解：采用Lineweaver-Burk法，對實驗數據回歸，有則2023/3/29第三十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學rr2023/3/29第三十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學采用Hanes-Woolf法，對實驗數據回歸，有則2023/3/29第三十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學rr2023/3/29第三十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學采用Eadie-Hofstee法，對實驗數據回歸，有則2023/3/29第三十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學r2023/3/29第三十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學例2葡萄糖在葡萄糖異構酶存在時轉化為果糖的反應機理為:

試分別用如下不同方法推導出反應速率方程：（?。┢胶鈶B近似法；（ⅱ）擬穩態近似法。2023/3/29第三十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學解：（?。┢胶鈶B近似法rP==k2cX－k－2cEcP(a)

因為cE=cE,0－cX所以rP

=k2cX－k2cP(cE,0－cX)(b)又，根據平衡態近似法(c)Ｃs2023/3/29第四十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學結合式(b)、(c)，得(d)將式(d)代入式(a)，得rP2023/3/29第四十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學（ⅱ）擬穩態近似法＝k1cEcS+k－2cEcP－k1cX

－k2cX=0

(a)又cE=cE,0－cX

(b)將式(b)代入式(a)，得(c)2023/3/29第四十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學而rP==k2cX－k－2cEcP(d)

把式(b)及(c)代入式(d)，得rP=

(e)

若k1>>k2和k－1>>k－2則rP=則2023/3/29第四十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學例3.有一均相酶催化反應，Km值為2×10－3mol.dm－3,當底物的初始濃度cS,0

為1×10－5mol.dm－3時，若反應進行1min，則底物的轉化率xS為2％。試計算：（?。┊敺磻M行3min時，底物轉化率為多少？此時，底物和產物的濃度如何？（ⅱ）當cS,0

為1×10－6mol.dm－3

時，也反應3min,底物和產物的濃度又是多少？（ⅲ）最大反應速率rP,max為多少？2023/3/29第四十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日寫出零級、一級和二級反應動力學方程的一般微分表達式；推導出零級、一級和二級反應動力學方程的一般積分表達式；指出零級、一級和二級反應的特征？轉化率和半衰期概念？2023/3/29第四十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學解：（?。┮驗閏S,0<<Km,所以可按一級反應計算，代入t=min，xS=0.02,代入后，得kˊ=49.5min于是可求得，當t=3min時，xS=0.06,cP=cS,0xS=1×10－5mol.dm－3×0.06=6×10－7mol.dm－3,cS=cS,0－cP=1×10－5mol.dm－3－6×10－7mol.dm－3=0.94×10－5mol.dm－32023/3/29第四十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學（ⅱ）當cS,0=1×10－6時，cS,0<<Km,仍視為一級，同理，可得xS=0.06,cS=0.94×10－6mol.dm－3cP=6×10－8mol.dm－3（ⅲ）由＝49.5min，Km=2×10－3mol×dm－3得rP,max

=4.04×10－5mol.dm－3.min－12023/3/29第四十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第2節簡單酶催化反應動力學2023/3/29第四十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學Review:

WhatisthecharacteristicsofEnzyme-catalyzedReactions?(dynamicsbalance;singlesubstrate;rateproportionaltoconcentration).Factually,over-highconcentrationofsubstratemayresultininhibitiontothereaction.

概述因底物或產物濃度過高或其他外源化合物（抑制劑）影響而降低反應速度的現象.何為抑制?2023/3/29第四十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學概述抑制類型E與I的基團成共價結合而使酶永遠失活，如重金屬離子Hg2+，Pb2+對木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶的抑制。(1)可逆抑制可用物理法（透析等）把抑制劑（I）去除而恢復酶活性的抑制作用，E與I的結合存在解離平衡關系。競爭性非競爭性反競爭性混合型抑制(1)不可逆抑制2023/3/29第五十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學一、競爭性抑制的酶促反應動力學當反應物系中存在與底物的結構相似的物質，這一物質也可能與酶的活性部位結合，形成非活性復合物，阻礙酶與底物結合，從而影響酶促反應（速率下降）。２、機理１、定義Where:I=inhibitor;[EI]=non-activitycomplexTheratedenotedinsubstrateis:rSI=k+2C[ES]2023/3/29第五十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學３、方程推導一、競爭性抑制的酶促反應動力學基于穩定態理論，有總酶量為2023/3/29第五十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學３、方程推導一、競爭性抑制的酶促反應動力學式中：KmI—競爭性抑制的表觀M-M常數

KI—抑制劑的解離常數聯立上面幾個方程，有2023/3/29第五十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學３、競爭性抑制的rs-Cs曲線一、競爭性抑制的酶促反應動力學rmax/2KmI？？？？Km2023/3/29第五十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學一、競爭性抑制的酶促反應動力學對有競爭性抑制的酶促反應動力學方程取倒數得到４、有競爭性抑制的方程參數的求取2023/3/29第五十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學一、競爭性抑制的酶促反應動力學４、有競爭性抑制的方程參數的求取2023/3/29第五十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學Fig.RelationofKmandＣI一、競爭性抑制的酶促反應動力學５、ＫmI與CI關系KI愈小，表示抑制劑與Ｅ的結合力愈強。對Ｅ催化反應抑制作用愈強2023/3/29第五十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學二、非競爭性抑制的酶促反應動力學當反應物系中存在與酶的活性部位以外相結合，且這一結合與底物的結合無競爭性關系的抑制作用。與競爭性抑制相比較，當有非競爭性抑制劑時，提高底物濃度不會消除其抑制作用。

1、定義2、機理E+SES

E+Pk+1k+2k1E+IEIk+3k3EI+SSEIk+4k4ES+ISEIk+5k5其中：k+4，k-4，k+5，k-5，—反應速度常數

I，EI—抑制劑，酶-抑制劑復合物

IES—底物、酶-抑制劑三元復合物2023/3/29第五十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學二、非競爭性抑制的酶促反應動力學3、方程推導基于穩定態理論，有總酶量為2023/3/29第五十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學二、非競爭性抑制的酶促反應動力學聯解上述方程,得有非競爭性抑制的酶促反應動力學方程為:3、方程推導說明最大反應速率降低了(1+CI/KI)倍2023/3/29第六十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學二、非競爭性抑制的酶促反應動力學rmaxI/2rmax/2???Km4、非競爭性抑制的rSI-Cs曲線2023/3/29第六十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學二、非競爭性抑制的酶促反應動力學４、有競爭性抑制的方程參數的求取L-B法或2023/3/29第六十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日第2章>>第3節有抑制的酶催化反應動力學二、非競爭性抑制的酶促反應動力學４、有競爭性抑制