【導(dǎo)讀】酶是生物提高其生化反應(yīng)效率而產(chǎn)生的。生物催化劑，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。在生物體內(nèi)，所有的反應(yīng)均在酶的催化。都與酶的作用緊密聯(lián)系。生物酶分為六大類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移。酶、水解酶、裂合酶、異構(gòu)酶、合成酶。耗，并恢復(fù)到原來狀態(tài)。為一個(gè)酶單位，或稱為國(guó)際單位，用U表示。1mg酶所具有的酶單位數(shù)，用U/mg表示。專一性或選擇性。較高溫度下進(jìn)行。般是在接近中性的pH值條件下進(jìn)行。其中，容易變性的性質(zhì)，降，甚至完全失去活力，即失活。變性多數(shù)為不可逆。簡(jiǎn)單的酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是指由一種反。應(yīng)物(底物)參與的不可逆反應(yīng)。是酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)?？珊雎杂捎谏芍虚g復(fù)合物[ES]而消耗的底物。②不考慮這個(gè)逆反應(yīng)的存在。對(duì)酶催化反應(yīng)過程的機(jī)理，得到大量實(shí)。驗(yàn)結(jié)果支持的是活性中間復(fù)合物學(xué)說，該學(xué)說認(rèn)為酶催化反應(yīng)至少包括兩步，應(yīng)體系常用單位體積表示。根據(jù)質(zhì)量作用定律，P的生成速率可表。根據(jù)上述假定，可列出。假設(shè)進(jìn)行修正，提出了“擬穩(wěn)態(tài)”假設(shè)。

　　

【正文】 a x,? ? ? ?? ? ? ?SKPKKPSrrmSmPeP????????????????????1m a x,二、產(chǎn)物抑制的酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 與上述可逆反應(yīng)不同 ， 產(chǎn)物抑制系指當(dāng)產(chǎn)物與酶形成復(fù)合物 EP后 ， 就停止繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)的情況 ， 特別是當(dāng)產(chǎn)物濃度較高時(shí)有可能出現(xiàn)這種抑制 。 其反應(yīng)機(jī)理式為 其中 EP為無活性的端點(diǎn)復(fù)合物 k +1E+S ESk +2P + Ek1E + P k +3k 3 EP應(yīng)用穩(wěn)態(tài)法推導(dǎo)出下列反應(yīng)速率方程式 ，稱為產(chǎn)物抑制解離常數(shù)。 與無抑制相比較，最大反應(yīng)速率值 rmax不變，米氏常數(shù)增大了 倍，同競(jìng)爭(zhēng)性抑制一樣，使反應(yīng)速率下降。 ? ?? ? ? ?SKPKSrrPmS???????????1m a x33???kkKP? ????????? ?PKP1 三、 多底物酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 對(duì)于一般的酶催化反應(yīng)可用下列通式表示： 在這種情況下 ， 動(dòng)力學(xué)方程中包含 A、 B、 C…及 P、 Q、 R… 的濃度項(xiàng) ， 因而非常復(fù)雜 ， 動(dòng)力學(xué)參數(shù)也很多 。 屬于這類多底物反應(yīng)的酶有氧化酶 、 轉(zhuǎn)移酶 、 連接酶等 。 這里僅涉及雙底物酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) 。 ??????????????????? RQPCBA 對(duì)雙底物酶催化反應(yīng)的機(jī)理 ， 一般認(rèn)為要讓兩個(gè)底物同時(shí)與酶的活性部位相結(jié)合形成復(fù)合物似乎不太可能 ， 而是雙底物酶反應(yīng)系統(tǒng)中復(fù)合物的形成有三種最簡(jiǎn)單的情況 ， 即隨機(jī)機(jī)制 、 順序機(jī)制和乒乓機(jī)制 。 隨機(jī)機(jī)制 兩個(gè)底物 S1和 S2隨機(jī)地與酶相結(jié)合 ， 產(chǎn)物 P1和P2也隨機(jī)地釋放出來 。 許多激酶類的催化機(jī)制屬于此種 。 其機(jī)理可表示為 E +S 1k +1k 1ES 1E +S 2k +2k 2ES 2 反應(yīng)速率可表示為 ES 1 +SS 2k +3k 3S 2 ES 1 S 2ES 2 ++k +4k 4S 1 ES 1 S 22121 5 PPESES k ??? ?? ?? ?215 SESKr S ??當(dāng)假定 [S2]恒定時(shí)，經(jīng)推導(dǎo)可得 其中 ? ?? ?11m a x,221 SKSrrmSSS ??? ???????????23m a xm a x,12SKrrS? ?? ????????????????????23224112SKSKKK mS當(dāng)假定 [S1]恒定時(shí) ， 同樣可推導(dǎo)得 其中 解離常數(shù)： ? ?? ?22m a x,112 SKSrrmSSS ??? ???????????14m a xm a x,11SKrrS? ?? ????????????????????14113111SKSKKK mS111??? kkK222??? kkK333??? kkK444??? kkK順序機(jī)制 兩個(gè)底物 S1和 S2與酶結(jié)合形成復(fù)合物是有順序的 ， 酶先與底物 S1結(jié)合形成 ES1復(fù)合物 ， 然后 ES1再與 S2結(jié)合形成具有催化活性的 ES1S2。 按同樣的方法推導(dǎo)出下列方程式 式中的 Km： S1為單底物時(shí)的米氏常數(shù)； KmS1： S2濃度飽和時(shí) ， S1的米氏常數(shù)； KmS2： S1濃度飽和時(shí) ， S2的米氏常數(shù) 。 大部分脫氫酶屬于順序機(jī)制 。 ? ? ? ? ? ?? ?2121m a x1211SSKKSKSKrrmSmmSmSS ?????3．乒乓機(jī)制 最主要的特點(diǎn)是底物 S1和 S2始終不同時(shí)與酶結(jié)合 ， 其機(jī)理式 11 ESSE ??11 PEES ?? ?22 SESE ?? ??22 PESE ??? 式中 E*為修改過的酶。這種構(gòu)型的修改有利于酶與 S2相結(jié)合。當(dāng)生成第二個(gè)產(chǎn)物 P2以后，酶又從 E*恢復(fù)到 E構(gòu)型，以有利于與 S1相結(jié)合，其速率方程式為 ? ? ? ?21m a x211SKSKrrmSmSS???第五節(jié) 酶的失活動(dòng)力學(xué) 酶是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)，常因溫度、 pH等因素的影響而產(chǎn)生不可逆的活性下降。 酶在保存和參與反應(yīng)時(shí)均可能失活 。 前者的失活又稱為穩(wěn)定性 。 在使用時(shí)酶的失活規(guī)律對(duì)于酶催化反應(yīng)過程的設(shè)計(jì)和控制都是十分重要的 。 其中酶的熱失活 ， 或稱作熱變性是最重要的一種酶失活形式 。 一、 未反應(yīng)時(shí)的熱失活動(dòng)力學(xué) 了解未反應(yīng)時(shí)酶的熱穩(wěn)定性關(guān)系到酶的保存。測(cè)定酶未反應(yīng)時(shí)的熱穩(wěn)定的方法，是在一定條件下，使酶溶液恒溫保持一定的時(shí)間，然后在最適宜的 pH和溫度下測(cè)定殘存的酶活力，即殘存酶活 。 在不同溫度下反復(fù)測(cè)定，即可得到一條曲線。該曲線可以表示的酶失活特性，稱為酶的熱穩(wěn)定性。若改變保溫時(shí)間，則會(huì)得到不同的穩(wěn)定曲線。 如要了解酶在未反應(yīng)時(shí)的失活速率，可將殘存的酶活性對(duì)其失活時(shí)間作圖，則又可得到一條曲線，該曲線稱為失活曲線。 這些曲線反映了酶的真正熱穩(wěn)定性。酶的熱變性失活很復(fù)雜。一般將其分為可逆失活與不可逆失活兩大類，并提出了多種失活動(dòng)力學(xué)模型。下面主要介紹一步失活模型。 該模型又稱為一級(jí)失活模型 。 以 E和 D分別表示活性酶與失活酶 ， 則失活反應(yīng)方程式可表示為 Kd和 Kr分別表示正 、 逆反應(yīng)的速率常數(shù) 。 時(shí)間為 t時(shí) ， 活性酶 E的濃度為 [Et]， 則活性酶的濃度隨時(shí)間的凈減少速率為 E Dk dk r? ? ? ? ? ?DkEkdtEdrtdt ???系統(tǒng)中酶的總濃度若以 [E0]表示 ， 則存在下式 [D]為失活的酶濃度 。 代入上式 ， 并利用初始條件 t=0， [Et]=[E0] ，經(jīng)整理可得下式 對(duì)不可逆失活反應(yīng) ， Kr=0。 因此 ? ? ? ? ? ?DEE t ??0? ? ? ? ? ?? ?? ?tkkkkkk EE rddrrdt ????? e x p0? ? ? ? ? ?tkEE dt ?? e x p0 多數(shù)酶的熱失活服從上式 ， kd可稱為衰變常數(shù) ，單位為 。 kd的倒數(shù)稱為時(shí)間常數(shù) td。 當(dāng) [Et]為 [E0]的一半的時(shí)間稱為半衰期 。 用 表示 。 kd、td和 之間的關(guān)系為 ? ? 1?時(shí)間21t21t212ln1ttkdd ??二、反應(yīng)時(shí)酶的熱失活動(dòng)力學(xué) 反應(yīng)時(shí)酶的穩(wěn)定性將直接關(guān)系到酶的使用壽命 ， 因而特別重要 。 酶在反應(yīng)中的穩(wěn)定性稱為操作穩(wěn)定性 。 假如做不同溫度下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化曲線 ， 即反應(yīng)過程曲線 ， 可得到如圖所示的結(jié)果 。 （ a） 以溫度 T為參數(shù)，轉(zhuǎn)化率 X與時(shí)間 t的關(guān)系曲線 （ b） 以時(shí)間 t為參數(shù)，轉(zhuǎn)化率 X溫度 T的關(guān)系曲線 從圖中可以看出，在時(shí)間一定時(shí)，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率在增大，因而轉(zhuǎn)化率在提高；但當(dāng)溫度高到某一數(shù)值時(shí)，其轉(zhuǎn)化率反而下降。這時(shí)因?yàn)楫?dāng)溫度升高到某一值，酶的熱失活速率也在加速，致使活性酶的量在減少，因而反應(yīng)速率下降，最終為 0。又從圖中曲線可看出，對(duì)某一反應(yīng)時(shí)間，就有一轉(zhuǎn)化率最高的溫度，該溫度稱為最佳溫度。不同的反應(yīng)時(shí)間，有不同的最佳溫度。最佳溫度是溫度對(duì)酶催化速率和酶失活速率雙重作用的結(jié)果。 對(duì)于底物濃度的變化對(duì)酶穩(wěn)定性的影響，提出了下述模型。 E + S k+1k1ESk +2P + EDk dD + S k d 根據(jù)上述機(jī)理可看出 ， 無論是游離酶還是酶的復(fù)合物均有可能失活 ， 其失活速率方程可表示為 式中 其中 為底物對(duì)酶穩(wěn)定性的影響系數(shù) , [Ef]為游離酶濃度 。 ? ? ? ?? ? ? ?tmmdt ESKSKkdtEd ????? ?121??? ??kkkKm? ? ? ? ? ?ESEE ft ??? 根據(jù)上述模型可知： ① 時(shí) ， 底物對(duì)酶失活沒有影響； ② 時(shí) ， 酶完全被底物所保護(hù) ， 復(fù)合物 [ES] 完全不失活 ， 此時(shí)只有游離酶失活； ③ 時(shí) ， 底物對(duì)酶有部分保護(hù)作用 ， 能在 一定程度上抑制酶的失活； ④ 時(shí)，底物加速酶的失活。 1??0??10 ?? ?1??