生化工程第二章酶促反应动力学优秀课件 (2)
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生化工程,第二章酶促反应动力学
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 •P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
•t
• 若用单位时间内生成物浓
•v
度的增加来表示，则：
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•t
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
•符合双分子反应的表达式，为二级反应。
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生化工程,第二章酶促反应动力学
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
•Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
•甲醇
甘油 ＋ 脂肪酸 NaOH
•生物柴油
• 高果糖浆:
•
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
•淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
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生化工程,第二章酶促反应动力学
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
•化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
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•化学动力学
•对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， •ES •k-1 E + S •k+1
•其解离常数可以表示为,
•(4)
•即,
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•代入公式(2)得到
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 •P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
•t
• 若用单位时间内生成物浓
•v
度的增加来表示，则：
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•t
生化工程,第二章酶促反应动力学
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
•符合双分子反应的表达式，为二级反应。
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生化工程,第二章酶促反应动力学
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
•Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
•甲醇
甘油 ＋ 脂肪酸 NaOH
•生物柴油
• 高果糖浆:
•
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
•淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
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生化工程,第二章酶促反应动力学
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
•化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
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•化学动力学
•对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， •ES •k-1 E + S •k+1
•其解离常数可以表示为,
•(4)
•即,
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•代入公式(2)得到
生化工程,第二章酶促反应动力学
第二章 生物反应动力学 1 酶促反应 PPT课件
经典酶学研究中，酶活力的测定是在反应 的初始短时间内进行的，并且酶浓度、底物浓 度较低，且为水溶液，酶学研究的目的是探讨 酶促反应的机制。 工业上，为保证酶促反应高效率完成，常 需要使用高浓度的酶制剂和底物，且反应要持 续较长时间，反应体系多为非均相体系，有时 反应是在有机溶剂中进行。
1.1.3 酶促反应的特征
优点：
• • • •
常温、常压、中性范围（个别除外）下进行反应； 与一些化学反应相比，省能且效率较高； 专一性好； 反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制等。
不足：
• 多限于一步或几步较简单的生化反应过程； • 一般周期较长。
1.1.4
研究酶促反应的目的
对工程技术人员而言，仅用于解释酶促反应的 机制是不够的，还应对影响其反应速率的因素进行 定量分析，建立可靠的反应速率方程式，为反应器 的合理设计合反应过程的最佳条件选择服务。
1.2 均相酶促反应动力学
• ������ 均相酶反应：系指酶与反应物系处于同一 相—液相的酶催化反应，它不存在相间的物质传 递。
• ������ 非均相酶反应：系指酶与反应物系处于不同 相的酶催化反应，反应过程存在相间的物质传递。
1.2.1 酶促反应动力学基础
1 影响酶促反应速率的因素
酶 促 反 应 速 率 的 影 响 因 素 浓度因素： 酶浓度、底物浓度、产物浓度、效应物浓度。
积分
(C A0
1 dCD k 2 dt C D )(C B 0 C D ) 1 1 1 ( )dCD k 2 dt C B 0 ) C A0 C D C B 0 C D
(C A0
(C A0
C (C C D ) 1 ln B 0 A0 k 2t C B 0 ) C A0 (C B 0 C D )
酶促反应动力学ppt课件
注：反应分子数和反应级数对简单反应时一致的，但比如水解反应，应为二级，通常可 以当做一级处理。
各级反应的速率特征 一级反应：半衰期与速率常数成反比，与反应物的初浓度无关。 二级反应：半衰期与速率常数和反应物的初浓度成反比。 零级反应：半衰期与速率常数成正比，与反应物的初始浓度成正比。
底物浓度对酶促反应速率的影响
关，而与其浓度无关。一种酶有几种底物就有几个Km值 ，其中Km值最小的底物一般称为该酶的
最适底物或天然底物。
在K2 K-1 时， Km = Ks，此时Km 代表ES的真实解离常，即 Km值表示酶与底物之间的亲 和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低； Km值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。
中间络合物学说
（ Henri的蔗糖酶水解蔗糖试验）
酶促反应： ①当底物浓度低时, 大部分酶没有与底物 结合，即酶未被饱和，这时反应速度取决
于底物浓度，即与底物浓度成正比，表现
为一级反应特征；
②随着底物浓度的增高，ES生成逐渐增
多，这时反应速度取决于【ES】，反应
速度也随之增高，但反应不再成正比例
酶浓度固定，反应速率与底物 浓度的关系
活酶原）。
激活剂对酶的作用具有选择性，有时离子之间可以相互替代，但有些离子之间就具有拮抗作用，
另外，激活剂的浓度也对其效应有影响，一定浓度时起激活作用，超过这个浓度又起抑制作用。
在机体内有许多调节酶活力的方式，其中抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式。
影响机制：1）酸、碱可使酶变性或改变构象失活；2）影响酶活性基团的解离；3）影响底物的
解离，4）影响ES的解离。
注：虽然大部分酶的pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。
激活剂对酶反应的影响
各级反应的速率特征 一级反应：半衰期与速率常数成反比，与反应物的初浓度无关。 二级反应：半衰期与速率常数和反应物的初浓度成反比。 零级反应：半衰期与速率常数成正比，与反应物的初始浓度成正比。
底物浓度对酶促反应速率的影响
关，而与其浓度无关。一种酶有几种底物就有几个Km值 ，其中Km值最小的底物一般称为该酶的
最适底物或天然底物。
在K2 K-1 时， Km = Ks，此时Km 代表ES的真实解离常，即 Km值表示酶与底物之间的亲 和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低； Km值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。
中间络合物学说
（ Henri的蔗糖酶水解蔗糖试验）
酶促反应： ①当底物浓度低时, 大部分酶没有与底物 结合，即酶未被饱和，这时反应速度取决
于底物浓度，即与底物浓度成正比，表现
为一级反应特征；
②随着底物浓度的增高，ES生成逐渐增
多，这时反应速度取决于【ES】，反应
速度也随之增高，但反应不再成正比例
酶浓度固定，反应速率与底物 浓度的关系
活酶原）。
激活剂对酶的作用具有选择性，有时离子之间可以相互替代，但有些离子之间就具有拮抗作用，
另外，激活剂的浓度也对其效应有影响，一定浓度时起激活作用，超过这个浓度又起抑制作用。
在机体内有许多调节酶活力的方式，其中抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式。
影响机制：1）酸、碱可使酶变性或改变构象失活；2）影响酶活性基团的解离；3）影响底物的
解离，4）影响ES的解离。
注：虽然大部分酶的pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。
激活剂对酶反应的影响
生化工程第二章酶促反应动力学优秀课件
化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
v
dS dt
• 若用单位时间内生成物浓
v
度的增加来表示，则：
v
dP dt
t
v
dP dt
t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
单底物酶促反应动力学
E ＋S
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
快速平衡学说的几点假设条件：
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合物完 成的。
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的形成不会降低 底物浓度[S]，底物浓度以初始浓度计算。
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
v k[A] • 双如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表示为：
vk[A]B []
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制， 即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用 实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
生化工程第二章酶 促反应动力学
实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
油料
甘油 ＋ 脂肪酸
甲醇 NaOH
生物柴油
• 高果糖浆:
α-淀粉酶
糖化酶Biblioteka 葡萄糖异构酶淀粉浆液
酶促反应动力学 (2)PPT讲稿
（3） kcat/km的意义：
Vmax[S] V=
Km + [S]
∵Vmax=kcat[Et] ∴
kcat[Et][S] V=
Km + [S]
当[S] <<Km时， [E]＝[Et]
是E和S反应形成产物的表观二级速率常数。 其大小可用于比较酶的催化效率。
kcat/km＝ k3k1
k2+k3
kcat/km的上限为k1,即生成ES的速率，即酶 的催化效率不超过E和S形成ES的结合速率
2、动力学参数的意义
（1）米氏常数Km的意义
V
Vmax Vmax/2
Vmax 2
Km
[S]
＝ Vmax[S] Km + [S]
Km＝[S]
∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
①Km是酶的特性常数：
与pH 、温度、离子强度、酶及底物种类有关，与酶浓度 无关，可以鉴定酶。
k2>>k3时
k2 + k3 Km=
k1
Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）
k1
k3
E+S
ES
P+E
k2
Km越小，亲和力越强。
[S]很小时，反应速度就能达到很大。
性能优，代谢中这类酶更为重要
③根据Km：
判断某[s]时v与Vmax的关系 判断抑制剂的类型
④ Km可帮助判断某代谢反应的方向和途径 催化可逆反应的酶对正/逆两向底物Km不同 —— Km较小者为主要底物
➢ 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很 小（一般在5﹪以内）时的反应速度；
➢ 底物浓度远远大于酶浓度。（[S] 》[E]）
酶催化反应动力学ppt课件
(a) L-B法；(b)H-W法；(C) E-H法
32
(5) 积分法
33
微分法和积分法比较
微分法中要引入反应速率为变量，但实 验中不能直接测定反应速率，在Cs与t的关 系曲线上求取相应各点的切线的斜率，才 能确定不同时间的反应速率； 积分法的主要问题是要保证随着反应的 进行，反应产物的增加对反应速率不产生 影响，否则不符合M-M方程成立的条件；
如果有一个酶有几种底物，则对每一种底物，各 有一个特定的Km值。并且， Km值还受pH及温度的 影响。 Km值作为常数只是对一定的底物，一定的 pH值，一定的温度条件而言，测定Km可以作为鉴别 酶的手段。
22
23
1.2.2 动力学特征
rp
rc p ,ma x S
(Km
c S
)
rs rmax
第1章 酶催化反应动力学
基本要求： 了解酶反应的特点，掌握M－M方程的推 导、应用和各种抑制动力学的特征及其应 用；熟悉复杂酶反应及其失活动力学的处 理方法。
重点和难点： M－M方程的推导、应用，各参数的意义 及求取。
1
第1章 酶催化反应动力学
1.1 酶催化反应概论 1.2 简单的酶催化反应动力学 1.3 有抑制的酶催化反应动力学 1.4 复杂的酶催化反应动力学 1.5 反应条件对酶催化反应速率的影响 1.6 酶的界面催化反应动力学
(1)反应机理
(S E P) : S E k1
k1
rS
1 V
dnS dt
rp
1 dnp V dt
k2CES
[ES] k2 E P
(2-1)
17
⑵快速“平衡”假设理论（L. Michaelis和M .L. Menten（1913））：
32
(5) 积分法
33
微分法和积分法比较
微分法中要引入反应速率为变量，但实 验中不能直接测定反应速率，在Cs与t的关 系曲线上求取相应各点的切线的斜率，才 能确定不同时间的反应速率； 积分法的主要问题是要保证随着反应的 进行，反应产物的增加对反应速率不产生 影响，否则不符合M-M方程成立的条件；
如果有一个酶有几种底物，则对每一种底物，各 有一个特定的Km值。并且， Km值还受pH及温度的 影响。 Km值作为常数只是对一定的底物，一定的 pH值，一定的温度条件而言，测定Km可以作为鉴别 酶的手段。
22
23
1.2.2 动力学特征
rp
rc p ,ma x S
(Km
c S
)
rs rmax
第1章 酶催化反应动力学
基本要求： 了解酶反应的特点，掌握M－M方程的推 导、应用和各种抑制动力学的特征及其应 用；熟悉复杂酶反应及其失活动力学的处 理方法。
重点和难点： M－M方程的推导、应用，各参数的意义 及求取。
1
第1章 酶催化反应动力学
1.1 酶催化反应概论 1.2 简单的酶催化反应动力学 1.3 有抑制的酶催化反应动力学 1.4 复杂的酶催化反应动力学 1.5 反应条件对酶催化反应速率的影响 1.6 酶的界面催化反应动力学
(1)反应机理
(S E P) : S E k1
k1
rS
1 V
dnS dt
rp
1 dnp V dt
k2CES
[ES] k2 E P
(2-1)
17
⑵快速“平衡”假设理论（L. Michaelis和M .L. Menten（1913））：
酶促反应动力学(有方程推导过程)ppt课件
当酶反应体系处于恒态时： v1 v2
即： k 1 E t E S S k 1 E k 2 S E S EtSE E SSSk1k 1k2
令： k1 k2 Km k1
则： K m E S E S S E tS
经整理得： ES
Et S Km S
(1)
由于酶促反应速度由[ES]决定，即 vk2ES
2、pH影响酶分子的构象：过高或过低pH都会影响酶分子 活性中心的构象，或引起酶的变性失活。
整理版课件
9
动物体内多数酶的最适pH值接近中性，但也有例外，如胃 蛋白酶的最适pH约1.8，肝精氨酸酶最适pH约为9.8(见下表)。
一些酶的最适pH
整理版课件
10
四、 底物浓度对反应速度的影响
1、酶反应与底物浓度的关系
种酶与不同底物作用时，Km 值也不同。各种酶的 Km 值
范围很广，大致在 10-1～10-6 M 之间。
整理版课件
17
3. Km在实际应用中的重要意义
（1）鉴定酶：通过测定可以鉴别不同来源或相同来源但 在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是 否属于同一种酶。
（2）判断酶的最佳底物：如果一种酶可作用于多个底 物,就有几个Km值，其中Km最小对应的底物就是酶的 天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解 (Km=28mmol/L),也可催化棉子糖水解 (Km=350mmol/L),两者相比，蔗糖为该酶的天然底物。
➢ 在一定范围内，反应速度达到最大时对应的温度称为该 酶促反应的最适温度（optimum temperature Tm）.一 般动物组织中的酶其最适温度为35～40℃，植物与微生 物中的酶其最适温度为30～60℃，少数酶可达60℃以上， 如细菌淀粉水解酶的最适温度90℃以上。
酶促动力学.ppt
加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图 ：
加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。
非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的基团结合。这类抑制作用不会因提高底物浓度而减弱
（3）反竞争性抑制
酶只有与底物结合后才与抑制剂结合，形成的三元中间产物不能进一步分解为产物。
中间产物学说的关键在于中间产物的形成。酶和底物可以通过共价键、氢键、离子键和和配位键等结合形成中间产物。中间产物的稳定性较低，易于分解成产物并使酶重新游离出来。
二、底物浓度对酶反应速度的影响
2 中间络合物学说
※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。后来又有人进行了修正.
三、酶的抑制作用
（一）抑制作用与抑制剂
什么是酶的抑制作用和失活作用？ 失活作用：酶变性；酶活性丧失（无选择性）。 抑制作用：酶的必需基团的化学性质改变,但并不引起酶蛋白变性的作用,而降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的作用 引起作用的物质称为抑制剂（I）（选择性）。 研究抑制作用的意义？
特点
⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物结构类似物； ⑵ 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同—— 酶的活性中心 ⑶ 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除； ⑷ (表观）Km值增大，Vm值不变
竞争性抑制作用的Lineweaver–Burk图 ：
1/Vmax
(表观）Km值增大，Vm值不变
363
（Eisenthal和Cornish-Bowden法）
（5）直接线性作图法
363
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离子强度等） ✓ 内部因素（效应物，酶的结构）
酶与底物的作用机理
• Lock and Key Model
Induced-Fit Model
• 手与手套的关 系.
• 当底物接近酶 的活性中心并 与之结合时， 酶的构象能发 生改变，更适 合于底物的结 合。
酶反应动力学
➢ 酶反应动力学的两点基本假设：
化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
v
dS dt
• 若用单位时间内生成物浓
v
度的增加来表示，则：
v
dP dt
t
v
dP dt
t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
v kAB
k指反应的速率常数。 反应速率与反应物的性质和浓度、 温度、压力、催化剂及溶剂性质 有关
酶促反应动力学基础－平衡常数
• 平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继续进行， 但反应速率相等的动态过程。
• 反应的平衡常数与酶的活性无关，与反应速率的大小无 关，而与反应体系的温度、反应物及产物浓度有关。
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
因为蔗糖的稀水溶液中，水的浓度比蔗糖浓度大得多， 水浓度的减少与蔗糖比较可以忽略不计。因此，反应速 率只决定于蔗糖的浓度。
(4)
即, [ES][[SE0]][SKS ]
代入公式(2)得到
vP
k2[E0][S] [S]KS
(5)
当反应初始时刻，底物[S]>>[E],几乎所有的酶都与底物结合成 复合物[ES]，因此[E0]≈[ES],反应速率最大，此时产物的最大 合成速率为：
VPma xk2[E0]
代入式(5)得：
vPd d [P t]kK 2 S [E 0[ ]S S [ ]]V KPS m [ [a S Sx ] ]
vP dd[Pt]k2[ES]
(2)
反应体系中酶量守恒：
[E0][E][ES ]
(3)
由前面的公式(1)得：
[E
]
k-1[ES] k1[S]
代入公式(3),变换后得：
[ES]
[E0][S ]
[S
]
k1 k1
对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， ES
k-1 E+S
k+1
其解离常数可以表示为, KS kk11 [E[E]S[S]]
(6)
式中：
Vp,max: 最大反应速率
如果酶的量发生改变，最大反应速率相应改变。
KS: 解离常数，饱和常数 低KS值意味着酶与底物结合力很强， (看看KS的公式就知道了)。
E ＋S
k+1
ES
k-1
k+2 E ＋ P
稳态学说
稳态学说的几点假设条件：
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合物完 成的。
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
单底物酶促反应动力学
E ＋S
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
快速平衡学说的几点假设条件：
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合物完 成的。
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的形成不会降低 底物浓度[S]，底物浓度以初始浓度计算。
v = k [S]
酶促反应动力学基础－反应速率
零级反应 v dd[St] rmax
dA
dt
k
A
一级反应 A ─→ B
A0
v ddtAkA
积分后得： ln A ktC
这儿：k是反应速率常数，C是积分常数
t 一级反应
若反应开始(t=0)时,A=A0,则C=lnA0, 最后得到: A=A0e-kt
k 二级反应 A+B ─→ C
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的 在反应的初始阶段，产物浓度很低，P+E→ES这个可逆反 应的速率极小，可以忽略不计。
4. [ES]的生成速率与其解离速率相等，其浓度不随时间而变 化。
当反应系统中 [ES]的生成速率与分解速率相等时，[ES]浓度 保持不变的状态称为稳态。
生化工程第二章酶 促反应动力学
实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
油料
甘油 ＋ 脂肪酸
甲醇 NaOH
生物柴油
• 高果糖浆:
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
• 平衡常数(K)的计算：
例：A+3B
2C+D
K C2D A B3
酶的基本概念
酶可加快反应速率 降低反应的活化能(Ea) 不能改变反应的平衡常数K 不能改变反应的自由能变化(ΔG)
✓酶有很强的专一性 ✓较高的催化效率 ✓反应条件温和 ✓酶易失活
酶促反应动力学基础
影响酶促反应的主要因素
✓ 浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等） ✓ 外部因素（温度，压力，pH，溶液的介电常数，
反应级数
根据实验结果，整个化学反应的速率服从哪种分子反 应速率方程式，则这个反应即为几级反应。 例：对于某一反应其总反应速率能以单分子反应的速 率方程式表示，那么这个反应为一级反应。 又如某一反应： A + B → C + D
vk[A ][B] 式中k为反应速率常数
符合双分子反应的表达式，为二级反应。
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
v k[A] • 双如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表示为：
vk[A]B []
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制， 即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用 实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
3. 不考虑P+E→ES这个可逆反应的存在。
4. [ES]在反应开始后与E及S迅速达到动态平衡。
E ＋S
k+1
k-1
ES k+2 E ＋ P
快速平衡学说
➢ 对于单底物的酶促反应:
dP dS
dt t 0
dt t 0
由假设4可得到： k 1[E]S []k 1[E]S
(1)
由假设3可得到产物的合成速率为：
酶与底物的作用机理
• Lock and Key Model
Induced-Fit Model
• 手与手套的关 系.
• 当底物接近酶 的活性中心并 与之结合时， 酶的构象能发 生改变，更适 合于底物的结 合。
酶反应动力学
➢ 酶反应动力学的两点基本假设：
化学动力学
反应速率及其测定
• 反应速率：单位时间内反 应物或生成物浓度的改变。 P
• 设瞬时dt内反应物浓度的 很小的改变为dS，则：
v
dS dt
• 若用单位时间内生成物浓
v
度的增加来表示，则：
v
dP dt
t
v
dP dt
t
反应分子数
• 反应分子数：是在反应中真正相互作用的分子的数目。
• 如：A → P
v kAB
k指反应的速率常数。 反应速率与反应物的性质和浓度、 温度、压力、催化剂及溶剂性质 有关
酶促反应动力学基础－平衡常数
• 平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继续进行， 但反应速率相等的动态过程。
• 反应的平衡常数与酶的活性无关，与反应速率的大小无 关，而与反应体系的温度、反应物及产物浓度有关。
把反应速率与反应物浓度无关的反应叫做零级反应。
v = k [A]0
• 反应分子数和反应级数对简单的基元反应来说是 一致的，但对某些反应来说是不一致的。例如：
Sucrase
• Sucrose + H2O ─→ Glucose + Frucose • 是双分子反应，但却符合一级反应方程式。
因为蔗糖的稀水溶液中，水的浓度比蔗糖浓度大得多， 水浓度的减少与蔗糖比较可以忽略不计。因此，反应速 率只决定于蔗糖的浓度。
(4)
即, [ES][[SE0]][SKS ]
代入公式(2)得到
vP
k2[E0][S] [S]KS
(5)
当反应初始时刻，底物[S]>>[E],几乎所有的酶都与底物结合成 复合物[ES]，因此[E0]≈[ES],反应速率最大，此时产物的最大 合成速率为：
VPma xk2[E0]
代入式(5)得：
vPd d [P t]kK 2 S [E 0[ ]S S [ ]]V KPS m [ [a S Sx ] ]
vP dd[Pt]k2[ES]
(2)
反应体系中酶量守恒：
[E0][E][ES ]
(3)
由前面的公式(1)得：
[E
]
k-1[ES] k1[S]
代入公式(3),变换后得：
[ES]
[E0][S ]
[S
]
k1 k1
对于酶复合物ES的解离平衡过程来说， ES
k-1 E+S
k+1
其解离常数可以表示为, KS kk11 [E[E]S[S]]
(6)
式中：
Vp,max: 最大反应速率
如果酶的量发生改变，最大反应速率相应改变。
KS: 解离常数，饱和常数 低KS值意味着酶与底物结合力很强， (看看KS的公式就知道了)。
E ＋S
k+1
ES
k-1
k+2 E ＋ P
稳态学说
稳态学说的几点假设条件：
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合物完 成的。
反应物在容器中混合良好
反应速率采用初始速率
单底物酶促反应动力学
E ＋S
k+1 ES
k-1
k+2
E ＋P
快速平衡学说的几点假设条件：
1. 酶和底物生成复合物[ES]，酶催化反应是经中间复合物完 成的。
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的形成不会降低 底物浓度[S]，底物浓度以初始浓度计算。
v = k [S]
酶促反应动力学基础－反应速率
零级反应 v dd[St] rmax
dA
dt
k
A
一级反应 A ─→ B
A0
v ddtAkA
积分后得： ln A ktC
这儿：k是反应速率常数，C是积分常数
t 一级反应
若反应开始(t=0)时,A=A0,则C=lnA0, 最后得到: A=A0e-kt
k 二级反应 A+B ─→ C
2. 底物浓度[S]远大于酶的浓度[E]，因此[ES]的 在反应的初始阶段，产物浓度很低，P+E→ES这个可逆反 应的速率极小，可以忽略不计。
4. [ES]的生成速率与其解离速率相等，其浓度不随时间而变 化。
当反应系统中 [ES]的生成速率与分解速率相等时，[ES]浓度 保持不变的状态称为稳态。
生化工程第二章酶 促反应动力学
实例
• 脂肪酶催化酯化反应: 生物柴油
油料
甘油 ＋ 脂肪酸
甲醇 NaOH
生物柴油
• 高果糖浆:
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
淀粉浆液
糊精 葡萄糖
果糖
化学反应的基础知识
• 反应进行的方向 • 反应进行的可能性 • 反应进行的限度
化学热力学
• 反应进行的速率 • 反应机制
• 平衡常数(K)的计算：
例：A+3B
2C+D
K C2D A B3
酶的基本概念
酶可加快反应速率 降低反应的活化能(Ea) 不能改变反应的平衡常数K 不能改变反应的自由能变化(ΔG)
✓酶有很强的专一性 ✓较高的催化效率 ✓反应条件温和 ✓酶易失活
酶促反应动力学基础
影响酶促反应的主要因素
✓ 浓度因素（酶浓度，底物浓度，产物浓度等） ✓ 外部因素（温度，压力，pH，溶液的介电常数，
反应级数
根据实验结果，整个化学反应的速率服从哪种分子反 应速率方程式，则这个反应即为几级反应。 例：对于某一反应其总反应速率能以单分子反应的速 率方程式表示，那么这个反应为一级反应。 又如某一反应： A + B → C + D
vk[A ][B] 式中k为反应速率常数
符合双分子反应的表达式，为二级反应。
属于单分子反应
• 根据质量作用定律，单分子反应的速率方程式是：
v k[A] • 双如：A＋B → C＋D
属于双分子反应
• 其反应速率方程可表示为：
vk[A]B []
• 判断一个反应是单分子反应还是双分子反应，必须先了解反应机制， 即了解反应过程中各个单元反应是如何进行的。
• 反应机制往往很复杂，不易弄清楚，但是反应速率与浓度的关系可用 实验方法来确定，从而帮助推论反应机制。
3. 不考虑P+E→ES这个可逆反应的存在。
4. [ES]在反应开始后与E及S迅速达到动态平衡。
E ＋S
k+1
k-1
ES k+2 E ＋ P
快速平衡学说
➢ 对于单底物的酶促反应:
dP dS
dt t 0
dt t 0
由假设4可得到： k 1[E]S []k 1[E]S
(1)
由假设3可得到产物的合成速率为：