第四章 酶催反应动力学.ppt

第四章 酶催化反应动力学 第一节?? 酶催化反应的基本特征  酶是生物提高其生化反应效率而产生的生物催化剂，其化学本质是蛋白质。 在生物体内，所有的反应均在酶的催化作用下完成，几乎所有生物的生理现象都与酶的作用紧密联系。 生物酶分为六大类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、合成酶。 一、酶的催化共性 酶参与生物化学反应，它能降低反应的活化能（分子参与化学反应时所需要的最低能量），加快生化反应的速率，但它不改变反应的方向和平衡关系，即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；酶在反应过程中，其主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。 二、酶的催化特性 （1）较高的催化效率 （2）很强的专一性 （3）具有温和的反应条件 （4）易变性与失活 较高的催化效率 酶活力表示方法 酶的分子活力：在最适宜条件下，每1mol酶在单位时间内所能催化底物的最大量（mol） 酶的催化中心活力：在单位时间内，每一个酶的催化中心所催化底物的量（mol） 酶活力：在特定条件下，每1min能催化 1 mol底物转化为产物时所需要的酶量，称为一个酶单位，或称为国际单位，用U表示。酶活力还可用比活力表示。比活力系指每1mg酶所具有的酶单位数，用U/mg表示。 酶催化反应和化学催化反应的转换数大小的比较 很强的专一性 酶催化反应有很高的选择性，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或选择性。 绝对专一性 ：一种酶只能催化一种化合物进 行一种反应 相对专一性：一种酶能够催化一类具有相同 化学键或基团的物质进行某种类型的反应 反应专一性：一种酶只能催化某化合物在热 力学上可能进行的许多反应中的一种反应 底物专一性 ：一种酶只能催化一种底物 立体专一性：一种酶只能作用于所有立体异 构体中的一种 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。 易变性与失活 酶的化学本质是蛋白质，因而具有蛋白质的所有性质。其中，容易变性的性质，使得酶在应用时，常因变性而使活力下降，甚至完全失去活力，即失活。酶的变性多数为不可逆。 第二节 简单的酶催化反应动力学 简单的酶催化反应动力学是指由一种反应物(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。这种简单的单底物酶反应动力学，是酶反应动力学的基础。 对酶催化反应过程的机理，得到大量实验结果支持的是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，首先是底物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，并释放出酶E。 例如：酶反应 其反应机理可表示为 根据化学动力学，反应速率通常以单位时间、单位反应体系中某一组分的变量来表示。对均相酶的催化反应，单位反应体系常用单位体积表示。 反应的速率可表示为 rs：底物S的消耗速率（mol/L﹒s） rp：产物P生成速率（mol/L﹒s） v：反应体系的体积（L） ns、np：底物S和产物P的质量（mol） t：时间（s） 根据质量作用定律，P的生成速率可表示为： 速率控制步骤在反应动力学中是一个重要的概念。在一个多步骤的反应体系中，其中反应速率最慢的一步称为速率的控制步骤，并且控制步骤的速率决定了该反应的速率。 根据上述假定（3），可列出 K S 为解离常数（mol/l） 反应体系中酶的总浓度 为 代入 得米氏方程或称M—M方程 rp,max：P的最大生成速率 [E0]：酶的总浓度，亦为酶的初始浓度 G．E．Briggs和J．B．Haldane对上述第三点假设进行修正，提出了“拟稳态”假设。 认为由于反应体系中底物浓度要比酶的浓度高得多，中间复合物分解时所得到的酶又立即与底物相结合，从而使反应体系中复合物的浓度维持不变，即中间复合物的浓度不再随时间而变化。 消去 得 km：米氏常数(mol/l) km与ks的关系为 由两种推导方法所得速率方程式形式基本相同，不同的是ks值代表反应的平衡常数，而km值称为米氏常数，它代表动态的平衡常数，表示实际的恒态时的浓率关系。 当