【正文】 該方程適用于反應的初始狀態(tài) 。 屬于此類反應的有酶催化的水解反應和異構(gòu)化反應 。 易變性與失活 ?酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因而具有蛋白質(zhì)的所有性質(zhì)。 ? 酶催化反應和化學催化反應的轉(zhuǎn)換數(shù)大小的比較 催化劑 反應 轉(zhuǎn)換數(shù) mol/（ 中心點 一、酶的催化共性 酶參與生物化學反應，它能降低反應的活化能（分子參與化學反應時所需要的最低能量），加快生化反應的速率，但它不改變反應的方向和平衡關系，即它不能改變反應的平衡常數(shù)，而只能加快反應達到平衡的速率；酶在反應過程中，其主體結(jié)構(gòu)和離子價態(tài)可以發(fā)生某種變化，但在反應結(jié)束時，一般酶本身不消耗，并恢復到原來狀態(tài)。 第四章 酶催化反應動力學 第一節(jié) 酶催化反應的基本特征 ?酶是生物提高其生化反應效率而產(chǎn)生的生物催化劑，其化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 二、酶的催化特性 （ 1） 較高的催化效率 （ 2） 很強的專一性 （ 3） 具有溫和的反應條件 （ 4） 易變性與失活 較高的催化效率 酶活力表示方法 1 酶的分子活力：在最適宜條件下，每 1mol酶在單位時間內(nèi)所能催化底物的最大量（ mol） 2 酶的催化中心活力：在單位時間內(nèi)，每一個酶的催化中心所催化底物的量（ mol） 3 酶活力：在特定條件下，每 1min能催化 1 mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物時所需要的酶量，稱為一個酶單位，或稱為國際單位，用 U表示。S） 溫度 ℃ 酶催化劑 菠蘿蛋白酶 木瓜蛋白酶 胰蛋白酶 碳酸肝酶 肽的水解 肽的水解 肽的水解 羰基化合物的可逆反應 4 103~5 101 8 102~1 10 3 103~1 102 8 101~6 105 0~37 0~37 0~37 0~37 化學催化劑 硅膠－氧化鋁 硅膠－氧化鋁 二氧化釩 二氧化釩 異丙基苯裂解 異丙基苯裂解 環(huán)己烷脫氫 環(huán)己烷脫氫 3 108 2 104 7 1011 1 102 25 420 25 350 很強的專一性 ?酶催化反應有很高的選擇性，一種酶僅能作用于一種物質(zhì)或一類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)進行某一種反應，這種特性稱為酶的專一性或選擇性。其中，容易變性的性質(zhì)，使得酶在應用時，常因變性而使活力下降，甚至完全失去活力，即失活。 這種簡單的單底物酶反應動力學 ，是酶反應動力學的基礎 。 ③ 認為基元反應的反應速率最慢 ， 為該反應速率的控制步驟 ， 而這一反應速率最快 ， 并很快達到平衡狀態(tài) 。 反應的速率可表示為 rs： 底物 S的消耗速率 （ mol/L﹒ s） rp： 產(chǎn)物 P生成速率 （ mol/L﹒ s） v： 反應體系的體積 （ L） ns、 np： 底物 S和產(chǎn)物 P的質(zhì)量 （ mol） t： 時間 （ s） dtdnvrs??? 1sdtdnvrpp ?? 1 ?根據(jù)質(zhì)量作用定律， P的生成速率可表示為 ： 速率控制步驟在反應動力學中是一個重要的概念。 消去 得 km： 米氏常數(shù) (mol/l) ? ? 0??dtESd? ? ? ? ? ? ? ? 0211 ?????? ??? ESkkSEk? ?ES? ? ? ?? ?? ?? ?SkSrSkkkSEkrmpp ???????????? m a x,12102km與 ks的關系為 由兩種推導方法所得速率方程式形式基本相同 ，不同的是 ks值代表反應的平衡常數(shù) ， 而 km值稱為米氏常數(shù) ， 它代表動態(tài)的平衡常數(shù) ， 表示實際的恒態(tài)時的濃率關系 。 根據(jù) km值可以推斷酶和底物的親和力 。 ? ?胞內(nèi)Smk ? ?mpp kSrr ??m a x,pr? ? mkS ? ? ? mkS 1 0 0 0???S mk 另一個動力學參數(shù)為最大反應速率，根據(jù)定義，它表示當全部的酶都是復合物狀態(tài)時的反應速率。 當 ， 即底物濃度比 km值小很多時 ， 該曲線近似為一條直線 ， 這表示反應速率與底物濃度近似正比關系 ， 此時酶催化反應可近似看作一級反應 。因而此時的反應速率主要取決于底物濃度的變化。這是因為當 km值很小時，絕大多數(shù)酶呈復合物狀態(tài)，反應體系內(nèi)游離的酶很少。試求：（ 1）當反應進行了 3 min， 底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的百分數(shù)是多少？此時底物和產(chǎn)物的濃度分別為多少？（ 2）當 [S0]為 1 106mol/l時，也反應了 3 min， 底物和產(chǎn)物的濃度又是多少？（ 3）最大反應速率 rmax值為多少？ 解： （ 1） 根據(jù)題意 ， ﹤ ， 此時一般可認為按一級反應處理 ， 其動力學方程可表示為： 時 ， ∴ mol/l ? ?0S ? ?? ? tktkrSSm???? m a x0lnm in1?t? ?sx00SSSxS??? ? ? ?? ? ? ? 550 ?? ??????? SxSS將已知數(shù)據(jù)代入上式中，求得 min1 當 t=3min時 ， 可以求得 mol/l xS=6 % mol/l ?k? ? ???S? ? ? ? 70 106%6 ????? SP（ 2）當 mol/l時，仍可視為一級反應， ∴ t=3 min時 ， 同樣可求得 xS=6 % mol/l mol/l ? ? ???S? ? ? ? 80 106%6 ????? SP （ 3） 據(jù) 得 mol/l為此常將該方程加以線性化，通過作圖法直接求取動力學參數(shù)。 2. 圖解法（ Hanes Woolf圖解） 將 M— M方程變換成下式 : 以 為縱坐標 ， 為橫坐標 ， 此方程為一直線方程 ， 直線斜率為 ， 與縱軸交點為 ，與橫軸交點為 。這時，就可選用積分方程式來測定酶的 及 值。 解：從表 S及 r值，計算得 及 值，作圖。 如果抑制劑與酶的基因成共價結(jié)合 ， 則此時不能用物理方法去掉抑制劑 。 一 、 競爭性抑制動力學 若在反應體系中存在有與底物結(jié)構(gòu)相類似的物質(zhì)，該物質(zhì)也能在酶的活性部位上結(jié)合，從而阻礙了酶與底物的結(jié)合，使酶催化底物的反應速率下降。 式中： I為抑制劑； (EI)為非活性復方物 。若 [I]不變，增加 [S]， 抑制程度降低；若 [S]不變，增加 [I]，抑制程度增加。 當酶的活性部位與一個抑制劑分子相結(jié)合時 ， KmI與 [I]的關系為一直線 ， 可稱為線型競爭抑制；如果酶的活性部位與兩個以上的抑制劑分子相結(jié)合 ， 則與的關系為一拋物線 ， 可稱為拋物線型競爭抑制 。 此時抑制劑既可與游離的酶相結(jié)合 ， 也可以與復合物 ES相結(jié)合 ， 生成了底物 — 酶 — 抑制劑的復合物 SEI。 非競爭性抑制的普遍機理式可表示為 式中： 為非競爭性抑制時的最大反應速率 。 ? ? ? ?? ?SrKKIrKIrmIISI1111m a xm a x?????????????????????? ?SrKrr ImISI111m a x,m a x,???? ?SrSI11 與 又根據(jù)式 可通過實驗測得不同 [I]下 rI,max的，進而確定 KI值。 PEIS E I k ?? ?? ? 6? ?? ?SKSrrmISI ??? m a x, 非競爭性抑制與競爭性抑制的主要不同點是：對競爭性抑制，隨著底物濃度的增大，抑制劑的影響可減弱；而對