第九章酶促反应动力学PPT课件
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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
酶促反应动力学(1)
① Km是酶的一个特征常数。
Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。
鉴别酶：25℃，最适pH的Km值
② Km可以判断酶的专一性和天然底物。
酶的最适底物或天然底物： Km值最小的底物
酶对底物亲和力的大小：1/ Km 最适底物的亲和力（1/ Km）最大， Km最小,达最大反 应速率一半时所需要的底物浓度愈小。
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20
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
以1／[S]为横坐标， 以1／v为纵坐标作图
缺点： 实验点过于集中于直线的左端， 作图不易十分准确。
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21
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起
得：
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15
米氏方程式
Km--米氏常数（Michaelis-Menton constant）
表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓 度的定量关系。
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16
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17
Km的物理意义
Km值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 单位是底物浓度的单位，一般用mol/L或mmol／L表示。 计算：底物浓度—反应速度
第9章 酶促反应动力学
研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素
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1
底物浓度对酶反应速率的影响 米氏方程
酶的抑制作用
环境因素对酶反应的影响
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2
1 底物浓度对酶反应速率的影响
1.1米氏学说的提出
① 酶有被底物所饱和的现象
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双曲线
3
Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。
鉴别酶：25℃，最适pH的Km值
② Km可以判断酶的专一性和天然底物。
酶的最适底物或天然底物： Km值最小的底物
酶对底物亲和力的大小：1/ Km 最适底物的亲和力（1/ Km）最大， Km最小,达最大反 应速率一半时所需要的底物浓度愈小。
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20
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
以1／[S]为横坐标， 以1／v为纵坐标作图
缺点： 实验点过于集中于直线的左端， 作图不易十分准确。
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21
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起
得：
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15
米氏方程式
Km--米氏常数（Michaelis-Menton constant）
表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓 度的定量关系。
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16
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17
Km的物理意义
Km值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 单位是底物浓度的单位，一般用mol/L或mmol／L表示。 计算：底物浓度—反应速度
第9章 酶促反应动力学
研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素
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1
底物浓度对酶反应速率的影响 米氏方程
酶的抑制作用
环境因素对酶反应的影响
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2
1 底物浓度对酶反应速率的影响
1.1米氏学说的提出
① 酶有被底物所饱和的现象
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双曲线
3
生物竞赛课件酶促反应动力PPT精品课件
k：比例常数/反应速率常数
• 双分子反应 A + B P + Q
v = kc1c2
c1、c2 ：A和B反应物浓度（mol/l）
k：比例常数/反应速率常数
——可通过v与c的关系推断反应机制。
2.反应级数
根据总反应速率与反应物浓度的关系： 能以v = kc表示，为一级反应； 能以v = kc1c2表示，则为二级反应； v 与反应物浓度无关，则为零级反应。
v
零级反应
混合级反应 一级反应
酶催化某一化学反应时， 酶首先与底物结合生成中 间复合物（ES），然后 生成产物（P）,并释放酶。
S+E [S]
底物浓度对酶催化反应初速率的影响
ES → P + E
V Vmax
[S] 当底物浓度较低时
反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。
V Vmax
[S] 随着底物浓度的增高
复杂反应由一连串简单反应组成，确定反应级数比较复杂， 且不一定是整数。实际上为各个反应物浓度指数的总和。
反应分子数和反应级数为两个不同概念 • 反应分子数：实际参加反应的分子数，是一个反应
机制的问题。
• 反应级数：由实验测得，表示反应速率与反应物浓 度间的关系问题。实际应用时常采用反应级数。
（三）各级反应的特征
1.一级反应： 反应速率与反应物浓度的一次方成正比。
v = kc
lnc = - kt + lnc0
C0
k = 1/t lnc0/c
产物的增加
[P]
c = c0 e-kt
C0/2
C 反应物的消耗
0
t½
t
半衰期t1/2：有一半反应物转化为产物所需的时间
酶促反应动力学ppt课件.ppt
五、Km和Vmax值的测定
(2) 双倒数 作图法
将米氏方 程式两侧 取双倒数， 以1/v1/[s]作图， 得出一直 线.
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
五、Km和Vmax值的测定
(3) Hanes— Woolf作图法
- d[ES] / dt = k2[ES] + k3[ES]
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、酶促反应的动力学方程式
当酶体系处于动态平衡时，ES的形成速 度和分解速度相等
k1([E] — [ES]) * [S] = k2[ES] + k3[ES]
因为当底物浓度很高时，酶反应速率（v）与 [ES]成正比，即
v = k3[ES] ,代入（1）式得：
V = k3[E][S] / (Km+[S])
（2）
当底物浓度很高时所有的酶都被底物饱和而转 变为ES复合物，即[E]=[ES]，酶促反应达到最 大速度Vmax，所以
Vmax = k3[ES] = k3[E]
i =1-a (4) 抑制百分数; i %=(1-a) x 100% 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、抑制作用的类型
v 根据抑制作用是否可逆:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第9章酶促反应动力学-PPT文档资料48页
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
以1／[S]为横坐标， 以1／v为纵坐标作图 缺点： 实验点过于集中于直线的左端， 作图不易十分准确。
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起
活力丧失。 变性剂对酶无选择性。
抑制作用（inhibition）：酶的必须基团化学性
③ 快速平衡学说 1913年Michaelis和Menten
提出米氏方程
Leonor Michaelis 1875-1949
Ks为ES的解离常数
Maud Menten 1879-1960
④ 稳态理论（Steady State ）
Briggs and Haldane in 1925
修正
Km=（k2+k3）/k1
酶促反应分两步进行：
第一步：酶与底物作用，形成酶-底物复合物。
第二步：ES复合物分解形成产物，释放出游离酶。
酶与底物生成ES的速度为： ES分解的速度为：
注：
当整个反应体系处于稳态时，[ES]生成 速度（V1）等于ES分解速度（V2）：
令:
用[Et]代表酶的总浓度，则
将（2）代入（1）
得：
∵酶促反应速度v取决于ES转换为E+P的速度
可逆的抑制作用（reversible inhibition） ： 抑制剂与酶的必须基团以非共价键结合而引起酶活
力丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂 而使酶复活。
可逆的抑制作用： 竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。
2.3 竞争性抑制作用（competitive inhibition)
① 概念：抑制剂与底物竞争酶的结合部位，从而影响
酶动力学 PPT课件
琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制
竞争性抑制剂
E S
k1 K-1
v v m ax [ S ] [S ] K
m
ES
k2
E P
Km 升高 vmax 不变
I
KI
(1
[I ] K
I
)
EI
v
vmax
Km(1+[I]/KI)
1/v
+抑制剂
斜率=Km/vmax
斜率= Km(1+[I]/KI)/vmax
1/v
(1+[I]/KI)/Vmax
+抑制剂
斜率=Km/vmax
斜率= Km(1+[I]/KI)/vmax
[S]
-1/Km
1/vmax
1/[S]
反竞争性抑制剂
E S
Km 降低 vmax 降低
k1 k-1
ES
I
k2
E P
KI’
EIS
v
vmax
1/v
(1+ /(1+[I]/KI)/Vmax Vmax/(1+[I]/KI)
温度对反应速率的影响
最适pH
pH对反应速率的影响
底物浓度对酶反应速率的影响
米氏反应动力学
酶反应动力学最简单的模型由Lenor Michaelis和 Maude Menten于1913年提出，因此又名为 Michaelis-Menten模型或M-M模型。 米氏方程推导设定的3个条件： ① 反应速率为初速率，因为此时反应速率与酶浓度呈 正比关系，避免了反应产物以及其它因素的干扰 ② 酶底物复合物处于稳态即ES浓度不发生变化 ③ 符合质量作用定律
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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*在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意 [s]时的v，或任何v下的[s]。（用Km的倍数表示）
（4）利用作图法测定Km和Vmax值 a. 双倒数作图法
将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程， 再用作图法求出Km。 例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）
米氏方程的双倒数形式：
O-R X P O-R
O
O-R -Ser-O P O-R
O
竞争性抑制动力学
若在反应体系中存在有与底物结构相类似的物质，该物 质也能在酶的活性部位上结合，从而阻碍了酶与底物的结 合，使酶催化底物的反应速率下降。这种抑制称为竞争性 抑制，该物质称为竞争性抑制剂。其主要特点是，抑制剂 与底物竞争酶的活性部位，当抑制剂与酶的活性部位结合 之后，底物就不能再与酶结合，反之亦然。在琥珀酸脱氢 酶催化琥珀酸为延胡索酸时，丙二酸是其竞争性抑制剂。
，所以
ES
v k2
(2)
将（2）代入（1）得：
v k2
EtS Km S
v
k2Et S Km S
(3)
当[Et]=[ES]时， v Vm
将（4）代入（3），则：
所以 Vmk2Et (4)
v
VmaxS Km S
(3) 米氏 常数 的意
义
V = 1/2 Vmax, Km = [S]
米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。 米氏常数的单位为mol/L。
可逆抑制剂
竞争性抑制剂
非竞争性抑制剂 反竞争性抑制剂
非专一性不可逆抑制剂
抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些 基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。
类型：
专一性不可逆抑制剂
这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与
酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活 性丧失。
实例：有机磷杀虫剂
-Ser-OH
凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基团 的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失 活性的物质，叫酶的抑制剂（inhibitor） 。
类型：不可逆抑制剂 一些重要的抑制剂 可逆抑制剂
应用：研制杀虫剂、药物 研究酶的作用机理，确定代谢途径
抑制剂类型和特点
不可逆抑制剂
非专一性不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂
米
当酶反应体系处于恒态时： v1 v2
氏 方 程 的 推 导
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
第九章 酶促反应动力学
主要内容：介绍酶作用的化学动力基础， 讨论各种因素对酶反应速度的影响，重点 是底物浓度对对酶反应速度的影响，理解 抑制剂对酶促反应的影响。
目录
第一节 化学动力学基础 第二节 影响酶促反应速度的因素 第三节 酶的抑制作用
第一节 化学动力学基础
一、反应速率及其测定
产
物
生
成
量
反应初速度
Vmax[s] （1）、米氏方程的推导 V =
Km+ [s]
（2）、米氏方程的讨论 当Km＞＞ [s]时，
当Km＜＜ [s]时，
V = Vmax[s] Km
V = Vmax
SE k1 ES k2 PE
S EtES
k1
ES
[ES]生成速度：v 1 k 1 E t ES S ，[ES]分解速度：v 2 k 1 E S k 2 ES
竞争性抑制作用
*当k3<<k2时，km的大小可以表示酶与底物的亲和性
k1
S+E
ES
k3
E+P
k2
Km =
k2 + k3 k1
当k3 << k2时，Km k2/k1。即相当于ES分解为
E + S 的解离常数（Ks）。此时，Km代表酶对底物 的亲和力。
当km大，说明ES容易解离，酶与底物结合的亲和力小
Km越大，表示酶对底物的亲和力越小； Km越小，表示酶对底物的亲和力越大。
应为一级反应。
V Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速率不再成正比例加速；反应
为混合级反应。
V Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 酶被底物所饱和，反应速率不再增
加，达最大速率；反应为零级反应。
二、酶促反应的动力学方程式
1913年Michaelis和 Menten推导了米氏方程
v Vmax[S] Km [S]
* 是酶在一定条件下的特征物理常数，通过 测定Km的数值，可鉴别酶。
Km值受温度、pH的影响。 Km值作为常数只是对一定的底物、 一定的pH、一定的温度条件而言
*可以判断酶的专一性和天然底物
如果一个酶有几种底物，则对每一种底物， 各有一个特定的Km值。
Km 值最小的底物一般称为该酶的最适底 物或天然底物。
1 Km 1 1 — = —— . — + ——
v Vmax [S] Vmax
b. Eadie-Hofstee作图法
V
Vm
[S] 1 [S]Km
v VmaxΒιβλιοθήκη VmaxVm/Km V/[s]
c. Hanes作图法
[S]/V
vKm[Sv]Vm ax
-Km
斜率= 1/Vm Km/Vm
[S]
第三节 酶的抑制作用
E2
G
P+ E
反应过程
*无酶参与 S→P（要求S的自由能高）
*有酶参与下
E + S →ES →E + P （要求S的自由能低）
一定时间内 到同一地点
马拉松
坐车
ES 中间产物
V
混合级 一级
零级
[S]
应底 速物 度浓 之度 间与 的酶 关促 系反
V Vmax
[S]
当底物浓度较低时 反应速率与底物浓度成正比；反
第二节 底物浓度对酶反应速度的影响
一、酶催化的中间产物理论
ES kk11 ES k2 PE
酶（E）与底物（S） 结合生成不稳定的中间 物（ES），再分解成产 物（P）并释放出酶，使 反应沿一个低活化能的 途径进行，降低反应所 需活化能，所以能加快 反应速度。
能 量 水
平 E+S
E1 ES
的测量
时间
二、反应级数
1、一级反应：反应速率与反应物浓度一 次方成正比 2、二级反应：反应速率与反应物浓度二 次方（或两种物质浓度的乘积）成正比 3、零级反应：反应速率与反应物浓度无 关而受它种因素影响而改变的反应
影响对酶反应速度的因素
1、底物浓度 2、温度 （最适温度的概念） 3、 pH （最适 pH的概念） 4、激活剂 5、抑制剂 6、酶浓度