第七章酶及其动力学
酶催化反应动力学
（2）特点：
① 抑制剂I与底物S在 化学结构上相似，能 与底物S竞争酶E分子 活性中心的结合基团.
例如，丙二酸、苹果酸 及草酰乙酸皆和琥珀酸 的结构相似，是琥珀酸 脱氢酶的竞争性抑制剂。
”
二．抑制程度取决于抑制剂与底 物的浓度比、
〔ES〕和〔EI〕的相对稳定 性；
3. 加大底物浓度，可使抑制作用减 弱甚至消除。
不可逆抑制
根据产生抑制 的机理不同， 可逆抑制分为:
竞争性抑制 反竞争性抑制
非竞争性抑制 混合性抑制
1.竞争性抑制(competitive inhibition) (1)含义和反应式
抑制剂I和底物S结构相似，抑制剂I和底物S对游离酶E的结合有竞争作 用，互相排斥，已结合底物的ES复合体，不能再结合I
第七章 酶的催 化特性和反应
动力学 7.1 酶的催化
特性
01
能降低反应的活化能， 加快生化反应的速率
02
不改变反应的方向和 平衡关系，即不能改 变反应的平衡常数， 而只能加快反应达到 平衡的速率
目录
CONTENTS
01
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
02
酶的催化特性
移反应
序列反应和乒乓反应的区别
本章重点
01
酶催化的基本特征
03
米氏方程的推导
05
酶反应抑制动力学，几 种抑制的反应式和特点
02
影响酶催化活性的因素
04
米氏常数的意义
反应快速建立平衡：
k1 k1
KM
[E][S] [ES ]
[ES ] [E][S] KM
酶的抑制作用及抑制
- S-CH3 咪唑基NH
-S (CH3)-R -咪唑基N-R
含有活泼双键试剂:(N-乙基顺丁烯二酸抱亚胺 (NEMI)、丙烯腈等
O N-CH2-CH3 + E
O
NH2 SH
O
NH
N-CH2-CH3
OO
S
N-CH2-CH3
O
亲电试剂:(四硝基甲烷(TNM)
NO2
O2N C NO2 + E--
OH
氧化剂: H2O2, NBS等 NO2
Kcat型抑制剂: 3.4-葵炔酰-N-乙酰半胱胺 CH3-(CH2)5-CC-CH2-CO-S-R
E
CH3-(CH2)5 HC=C=CH-CO-SR
N E
N H
CH3(CH2)5HC=C-CH2 -CO-SR
不可逆共价结合
第三节 可逆抑制作用的动力学:
可逆抑制作用: Reversible Inhibition
Vmapp [ S ] Km [S ]
Vmapp
Vm (1 [ I ])
KI
Vmapp为表观最大速度，减小
Km 为米氏常数 ， 不变。
KI 为抑制常数
双倒数作图法：1 K m (1 [I] ) 1 1 (1 [I] )
v Vm
K I [S ] Vm
KI
1/v (U/min) -1 1/ V m Km
第七章、酶的抑制作用及抑制动力学
失活作用: 通过变性作用引起酶活力下降或丧失 抑制作用: 改变必需基团性质,引起酶活力下降,丧失 第一节抑制作用的类型: 一、分类: (一)不可逆抑制作用: 抑制剂以很牢固的共价键与酶结合，不能用物理方法除
去，抑制后酶活力不能恢复 • 专一性的不可逆抑制剂: • 非专一性的不可逆抑制剂: (二)可逆抑制作用: 抑制剂以非共价键与酶结合阻遏酶的活性，可以用物理
酶反应动力学名词解释
酶反应动力学名词解释酶催化反应的速度很快，它可以和一些极微量的外来物质发生化学反应。
一个完整的酶系统包括两部分：催化剂和辅酶（底物）。
底物不能直接作用于催化剂，需要在催化剂的作用下才能参与化学反应。
而催化剂又是由特定的酶构成的，因此，要研究催化反应的机理，就必须了解酶及其辅助因子的结构和功能。
人们把参加某种生物化学反应的、具有催化功能的、并且化学结构已经知道的有关分子称为酶的催化剂或辅酶。
研究酶的催化机理的科学称为酶的化学或酶学。
从生物化学的角度讲，酶的催化过程是由一系列相互关联的酶促反应组成的，酶与底物的结合形式也各不相同。
一般将酶促反应的速度快慢和酶的活性强弱联系起来，称为酶的活性。
在一个酶促反应中，速度最快的是初速度，次快的是末速度。
酶活性随反应条件而变化，低温下酶活性增高，反之则减小，并且多数酶具有一定的专一性。
酶反应动力学是研究酶与底物或辅酶之间的反应机制、反应速率和化学平衡等方面的科学。
简单地说，酶反应动力学是通过测定酶的底物浓度，确定酶促反应的半速率，从而找出酶促反应速度常数K的科学。
酶反应动力学是酶学中的一门分支学科，目前对酶反应动力学还没有统一的概念。
酶的生物催化作用只能在一定条件下进行，这些条件称为限制性反应条件，酶的催化作用的效率和反应速率都随这些条件的改变而改变。
酶反应动力学实验室主要使用三种方法来确定限制性反应条件。
酶反应动力学实验技术除常规的活力测定外，还广泛采用诱导期测定法、最大反应速度法等现代酶反应动力学方法。
1。
活力法2。
时间分析法3。
固定底物法4。
放射性同位素示踪法5。
酶活标记法6。
生物标志物法7。
竞争法8。
数学模型法9。
合成法10。
神经网络法11。
模拟退火法酶活的测定可用于酶本身的鉴定、酶学方法的研究和新酶的创造等。
通过酶活测定可以鉴定所研究的酶是自催化酶还是异催化酶。
在实际工作中，要根据所测定的酶活来调整催化条件。
酶反应动力学与底物浓度、温度、 pH、激活剂、抑制剂等条件密切相关，如何控制酶的反应条件成为酶反应动力学研究的重点。
酶催化作用动力学
酶催化作用动力学酶催化作用动力学是研究酶在催化反应中的速率和影响因素的科学。
催化反应是化学反应速率的重要决定因素，而酶作为生物体中最重要的催化剂，其催化作用动力学对于生物体代谢的调控和调节起着关键作用。
本文将探讨酶催化作用动力学的基本概念、速率方程以及影响酶活性的因素。
酶催化作用动力学的基本概念和速率方程酶催化作用动力学的基本概念是描述酶催化反应速率的变化规律，以及与底物浓度之间的关系。
酶催化作用动力学研究的目的是通过确定催化反应的速率常数和底物浓度之间的关系，从而了解酶对催化反应速率的影响。
酶催化反应的速率方程通常由Michaelis-Menten方程表示：V = Vmax * [S] / (Km + [S])其中，V代表反应速率，[S]代表底物浓度，Vmax代表最大反应速率，Km代表米氏常数。
根据Michaelis-Menten方程，当底物浓度接近无穷大时，反应速率达到Vmax的一半，这时的底物浓度即为Km，表示酶与底物结合的亲和力。
酶催化作用动力学中的重要参数在酶催化作用动力学研究中，有几个重要的参数需要了解。
第一个参数是最大反应速率Vmax，它表示酶催化反应在达到饱和时的最快速度。
最大反应速率受到酶的浓度和底物浓度的影响。
第二个参数是米氏常数Km，它表示酶与底物之间结合的亲和力。
米氏常数越小，说明酶与底物结合越紧密，亲和力越大。
第三个参数是Vmax/Km，也称为催化效率，它表示酶催化反应的效率。
催化效率越高，说明酶对底物的催化作用越有效。
影响酶活性的因素酶活性受到多种因素的影响，包括温度、pH值、离子浓度、底物浓度以及抑制剂的存在等。
温度是影响酶活性的重要因素之一。
随着温度的升高，酶活性通常会增加，因为温度可以增加酶与底物之间的碰撞频率。
然而，当温度超过酶的最适温度范围时，酶的三维结构可能发生变化，导致活性降低或失活。
pH值也对酶活性有重要影响。
每种酶都有一个最适pH 值，当pH值偏离最适范围时，酶的结构可能发生变化，导致催化性能降低。
酶促反应动力学
化反应过程； 与微生物反应体系相比，在经济上有时 并不理想； 酶促反应条件比较温和，但一般周期较 长，有发生杂菌污染的可能； 固定化酶并非一定就是最优质的生物催 化剂。
第二节 均相系酶促反应动力学
均相酶催化反应，系指酶与反应物系处于同相
----液相的酶催化反应。它不存在相间的物质
传递！！！
均相酶催化反应动力学阐明酶催化反应机理的
重要手段。
通过研究影响反应速率的各种因素进行静态和
动态分析。
酶催化反应动力学的研究历史
1902年，Henri
V进行转化酶、苦杏仁酶 和淀粉酶的催化反应实验，研究反应机 理，并导出了动力学方程式； 1913年，Michaelis和ML Nenten应用快速 平衡解析方法对该速率方程进行详细研 究，发表了米氏方程，即M-M方程； 1925年， Briggs GG发表了稳态法解析方 法，对M-M方程的推导进行了修正。
（1）酶的固定化技术
是将水溶酶分子通过一定的方式，如静电吸
附、共价键等与载体，如琼脂、海藻酸钠、 明胶、离子交换树脂等材料结合，制成固相 酶，即固定化酶(Immobilized enzyme)的技术。
（三）酶的固定化方法
1 载体结合法：将水不溶性的载体与酶结合形 成固定化酶的方法。 （1）物理吸附法：使酶直接吸附在载体上的方 法称为物理吸附法。常用的载体有: a 有机载体， 如面筋、淀粉等； b 无机载体， 如氧化铝、活性炭、皂土、 白土、高岭土、多孔玻璃、硅胶等 （2）离子吸附法：此法是将酶与含有离子交换 基团的水不溶性载体结合。此法在工业上应 用较广泛， 常用的载体有: (1) 阴离子交换剂， 如二乙氨基乙基(DEA E)－纤维素等; (2) 阳 离子交换剂， 如羧甲基(CM ) －纤维素、纤 维素－柠檬酸盐等。
生物化学中的酶催化动力学
生物化学中的酶催化动力学是一门研究酶在生物反应中起作用的学科。
酶是生化过程中不可或缺的催化剂，它们通过加速化学反应的速率来运作。
酶的催化过程通过多种途径实现，而其速率则可以受到许多因素的影响。
一、酶的基本知识酶是一种生物催化剂，是由蛋白质组成的。
这些蛋白质中包含一种称为活性部位的立体化学结构。
在这个部位上，酶与待反应分子发生物理和化学相互作用，导致化学反应的加速。
酶具有专一性，它们只能催化与它们的结构相关的分子。
此外，酶呈现出一个最适工作条件的反应环境，因此酶的最适工作条件比较独特，如温度和pH值等。
二、酶催化动力学的基础酶催化动力学是研究酶如何催化生物过程的过程。
根据酶的催化过程，酶可以分为两种类型：单亲态酶和辅因子酶。
单亲态酶是指作用于基质并在反应后还原的酶。
例如，青霉素酰化酶 (penicillinase)，就符合单亲态酶的定义标准。
青霉素酰化酶催化青霉素水解并将其转化为谷氨酰酰胺和苯乙醇酸。
另一种类型的酶是辅酶酶。
这种酶需要与一些非蛋白质小分子如辅因子一起担任催化剂的角色。
辅因子是一种可活化酶作用的低分子化合物。
例如，NADH (辅硫胺酸还原形成的辅酶2)是一个常用的辅基酶，它能够在生物中实现电子传递过程。
三、酶速率方程酶催化动力学中最基础的是Michaelis-Menten (MM) 酶速率方程。
这个方程可以描述酶的催化速率与底物浓度之间的关系。
这个方程的形式为：v = Vmax [S] / (Km + [S])其中，v表示反应的速率，Vmax表示在酶与底物饱和时的反应速率，Km表示酶与底物的半饱和常数。
这个方程被广泛用于许多生物反应的研究。
四、酶催化反应动力学和机制酶催化的动力学行为是基于复杂的化学反应机制，因此酶动力学通常涉及到与反应物和产物之间的中间体的形成和分解过程。
酶催化反应动力学还考虑到酶催化与底物接触和脱离过程的时间。
酶催化的机制主要包括两个方面：酶活性的转变和反应机制的变化。
酶的酶学动力学与酶反应速率
酶的酶学动力学与酶反应速率酶学动力学是研究酶催化反应速率的一门科学，它对了解酶的功能及其在生物体内的重要作用具有极大的意义。
酶反应速率是指单位时间内酶催化反应所进行的化学转化数量，了解酶反应速率的影响因素，可以帮助我们更好地理解和应用酶。
一、酶学动力学的基本概念1. 反应速率（Reaction Rate）：反应速率是指单位时间内发生的化学反应的转化数量，通常用反应物消耗或生成的摩尔数表示。
2. 酶反应速率（Enzyme Reaction Rate）：酶反应速率是指酶催化反应在单位时间内进行的化学转化数量。
3. 酶反应速率常数（Enzyme Reaction Rate Constant）：酶反应速率常数是指酶催化反应速率和底物浓度之间的关系。
它表示单位时间内单位底物浓度所进行的化学转化数量。
4. 酶底物（Enzyme Substrate）：酶催化反应的底物，酶与底物结合形成酶底物复合物，进而发生催化反应。
5. 酶底物复合物（Enzyme-Substrate Complex）：酶与底物结合形成的中间产物，也称为酶底物复合物。
二、酶反应速率的影响因素1. 温度（Temperature）：温度是影响酶反应速率的重要因素。
一般情况下，随着温度的升高，酶反应速率会增加，因为温度升高可以提高酶分子的热运动速率，增加有效碰撞的频率。
但是超过一定温度，酶的构象会发生改变，失去催化活性。
2. pH值：pH值是指溶液的酸碱性，也是酶催化反应速率的重要影响因素。
不同酶对pH值的适应性不同，大部分酶在特定的pH值范围内才能发挥最大催化活性。
改变pH值会影响酶底物结合力、酶的构象和其所需离子的可用性，从而影响酶活性。
3. 底物浓度：底物浓度是影响酶反应速率的重要因素。
一般情况下，随着底物浓度的增加，反应速率也会增加，因为底物浓度的增加会增加有效碰撞的可能性。
但是当底物浓度超过酶的饱和浓度时，反应速率将达到极大值，此时反应速率不再增加。
酶催化反应动力学分析
酶催化反应动力学分析酶是生物体内最常见的催化剂，能够加速化学反应的速率，使化学反应在生命体内发生。
酶结构复杂，需要在特定的温度、pH值和离子浓度等条件下才能发挥最佳催化作用。
酶催化反应动力学分析是研究酶催化反应特性和机理的重要手段。
本文将对酶催化反应动力学分析进行探讨。
一、酶催化反应动力学酶催化反应动力学是研究酶催化反应速率的学科，主要关注酶催化反应的速率常数。
速率常数即反应速度与物质浓度之间的关系。
酶催化反应基本上遵循米氏动力学（Michaelis-Menten，简称M-M）方程。
M-M方程是描述酶催化反应速率的一种数学表达式。
其中，Vmax表示酶反应速率的最大值，Km表示酶与底物结合能力的常数。
酶对底物的亲和力越强，则Km值越小，酶在底物浓度足够大的条件下，其反应速率趋向于最大值Vmax。
当底物浓度为Km时，反应速率的一半为Vmax/2。
公式：V=Vmax*[S]/(Km+[S])其中，V表示反应速率，[S]表示底物浓度。
二、酶催化反应动力学分析过程1.测定酶反应速率酶催化反应速率可以通过测定产生的产物量或消耗的底物量来反应。
通常需要对底物和产物的浓度进行测定分析。
比如，在酶催化下，葡萄糖可以被转化为葡萄糖酸，可以通过测定葡萄糖和葡萄糖酸的浓度来反应酶的催化速率。
2.绘制酶反应速率曲线在实验中，通常会对不同底物浓度下的反应速率进行测定，并将反应速率与底物浓度绘制成曲线。
根据M-M方程，当底物浓度充分大时，反应速率趋向于最大值Vmax。
曲线的最大值即为酶反应速率的最大值Vmax，曲线的一半处即为酶的底物浓度Km。
3.计算酶催化常数通过实验测定的结果，可以计算出酶的催化常数。
其中，Km越小，表示酶与底物结合的亲和力越强，反应速率越快；Vmax则表示酶催化反应的最大速率，与酶的浓度和酶的催化效率有关。
三、酶催化反应动力学分析在生物学中的应用酶催化反应动力学分析是生物学领域中的重要研究方法之一。
酶催化反应机理的研究可以帮助我们理解生物反应的基本特性，例如代谢反应和细胞信号转导等。
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第七章酶及其动力学
丙酮酸脱氢酶系（E.coli）：丙酮酸脱氢酶（EⅠ）、硫 辛酰转乙酰酶（EⅡ）和二氢硫辛酰脱氢酶（EⅢ）。
EⅠ EⅡ EⅢ
碱性
EⅠ + EⅡ EⅢ
脲
EⅡ + EⅢ
第七章酶及其动力学
四、酶的分类与命名
1、酶的分类
1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据 酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：
C—C键
CH3 C=O COOH
CH3 C=O H
+ CO2
C—O键
CH2COOH
HO—CH—COOH
HCCOOH
HOOCCH
+ H2O
第七章酶及其动力学
C—N键
COOH CH—NH2 CH2 COOH
COOH CH HC + NH3 COOH
5. 异构酶：催化 各种异构体之间的互变。
A
B
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。
1. 氧化还原酶类：主要催化氢的转移或电子传递的氧化还 原反应。
AH2 + B（O2） A + BH2（H2O2，H2O） （1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。
AH2 +B
A +BH2（需辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ）
第七章酶及其动力学
（2）氧化酶类
①催化底物脱氢，氧化生成H2O2：
AH2 + O2
A + H2O2（需FAD或FMN）
有关概念
酶促反应 底物（S） 产物（P） 途径 循环 原始底物 中间产物 最终产物
表示方法
S →E P SE P
S＋s－E→1P1 －E→2 Pi －E→i Pn －E→n P
p1 s1 pi si pn sn p
第七章酶及其动力学
二、酶作用的特点
酶具有一般催化剂的特征 1.只能进行热力学上允许进行 的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变 反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。
第七章酶及其动力学
第一节 概述
一、酶的概念
定义：酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物 催化剂。
酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多 种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
生物学意义
能在体内十分温和的条件下高效率地起催化作用， 并通过自我调节使生物体内各种物质处于不断的 有序的代谢之中。第七章酶及其动力学
第七章酶及其动力学
2、酶的命名
有两种方法：系统名、惯用名。
系统名：底物名称：底物名称＋反应类型＋酶
乳酸 + NAD+
丙酮酸 + NADH + H+
乳酸：NAD+氧化还原酶
惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型，有的加来源。
乳酸：NAD+氧化还原酶 蛋白质水解酶
乳酸脱氢酶 （胰、胃、木瓜）蛋白酶
第七章酶及其动力学
三、酶的化学本质与组成
1、酶的化学本质
蛋白质
1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为 蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。 酶是蛋白质的证据：其组成、结构、性质与蛋白质一样
第七章酶及其动力学
2、化学组成
单纯酶 酶
结合酶（全酶）= 酶蛋白 + 辅因子
辅因子
乳酸脱氢酶 EC 1.
1. 1. 27
第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+是 -C-OH＋NAD（P第）七章＋酶→及其-C动力O学-H＋NAD（P）H＋H＋
黄嘌呤氧化酶 EC：1. 2. 3. 2
第1大类，氧化还原酶 第2亚类，氧化基团-CO第3亚亚类，H受体为O2 该酶在亚亚类中的流水编号
辅酶 ：与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 辅基 ：与酶蛋白结合得紧密的小分子有机物。 金属激活剂 ：金属离子作为辅助因子。
酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分，辅因子通常是 作为电子、原子或某些化学基团的载体。
第七章酶及其动力学
3、单体酶、寡聚酶和多酶复合物
单体酶（monomeric enzyme)：仅有一条具有活性部位的多 肽链，全部参与水解反应。 寡聚酶 (oligomeric enzyme)：由几个或多个亚基组成，亚基 牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以非共 价键结合。 多酶复合物 (multienzyme system)：几个酶镶嵌而成的复合 物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。
对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。
第七章酶及其动力学
五、酶作用的专一性
1、酶作用的专一性
酶作用的 专一性
结构专一性
族（基团）专一性 相对专一性
绝对专一性
立体异构专一性
第七章酶及其动力学
族专一性：可作用于一类或一些结构很相似的底物。
O 酯酶：R—C—O—R′ + H2O
RCOO- +R′OH + H+
第七章酶及其动力学
酶的催化特点
1.高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的106~1013倍。
2H2O2
2H2O + O2 1mol过氧化氢酶 5×106molH2O2
1mol离子铁
6×10-4molH2O2
2.专一性：酶对底物具有严格的选择性。
3.敏感性：对环境条件极为敏感，易于失活。
4.可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。
第七章酶及其动力学
6. 合成酶类：催化有ATP参加的合成反应。
A + B + ATP
A·B + ADP +Pi
第七章酶及其动力学
编号
EC：n1.n2.n3.n4
EC 国际酶学委员会 n1 据反应性质分六大类 n2 n1下再分亚类 n3 n2下再分亚亚类 n4 在亚亚类中的排行
n1=1——6 n2=1——i n3=1——i n4=1——i
②催化底物脱氢，氧化生成H2O： 2AH2 + O2 2A + 2H2O
（3）过氧化物酶
ROO + H2O2
RO + H2O + O2
（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）
O2 +
OH OH
OH C=O
（顺，顺-已二烯二酸）
C=O OH
第七章酶及其动力学
RH + O2 + 还原型辅助因子
ROH + H2O + 氧化型辅助因子
（又称羟化酶）
2. 转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。
A·X + B A +B·X
根据X分成8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、 烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。
3. 水解酶类：催化加水分解作用。
AB + H2O
AOH + BH
第七章酶及其动力学
4. 裂解酶类：催化非水解性地除去基团而形成双键的反应 或逆反应。