酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)課件

化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)基本問題：

反應(yīng)進(jìn)行的方向，可能性和限度：化學(xué)熱力學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速率和反應(yīng)機(jī)制：化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率：指一定條件下單位時(shí)間內(nèi)某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏乃俾?。反?yīng)速率方程是由實(shí)驗(yàn)得出的。速率方程：表示反應(yīng)速率和反應(yīng)物濃度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，也稱動(dòng)力學(xué)方程式。基元反應(yīng):aA+bB→cC+dD的恒溫下，基元反應(yīng)的速率方程遵循質(zhì)量作用定律：反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度系數(shù)方次的乘積成正比（V=k[A]a[B]b）。對(duì)于非基元反應(yīng)來說，通常分解成幾個(gè)基元反應(yīng)，其中的限速反應(yīng)步驟的反應(yīng)速率就代表整個(gè)反應(yīng)的速率。速率常數(shù)k的意義②k由化學(xué)反應(yīng)本身決定，是化學(xué)反應(yīng)在一定溫度時(shí)的特征常數(shù)，它的大小與反應(yīng)體系的本性，和溫度有關(guān)；③相同條件下，k值越大，反應(yīng)速率越快；④k的數(shù)值與反應(yīng)物的濃度無關(guān)。注意：反應(yīng)的速率常數(shù)和平衡常數(shù)是不同的反應(yīng)的分子數(shù)：基元反應(yīng)中參與相互碰撞而形成過渡態(tài)復(fù)合物分子的反應(yīng)物分子數(shù)?？煞譃閱畏肿?、雙分子和三分子反應(yīng)。反應(yīng)的分子數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)

反應(yīng)級(jí)數(shù)：反應(yīng)的速率方程中各反應(yīng)物濃度指數(shù)之和。反應(yīng)級(jí)數(shù)可以是0、1、2、3或分?jǐn)?shù)?；蛘?，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，整個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率服從哪種分子反應(yīng)速率方程，就屬于哪級(jí)反應(yīng)。各級(jí)反應(yīng)的速率特征一級(jí)反應(yīng)：半衰期與速率常數(shù)成反比，與反應(yīng)物的初濃度無關(guān)。二級(jí)反應(yīng)：半衰期與速率常數(shù)和反應(yīng)物的初濃度成反比。零級(jí)反應(yīng)：半衰期與速率常數(shù)成正比，與反應(yīng)物的初始濃度成正比。注：反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)一致的，但比如水解反應(yīng)，應(yīng)為二級(jí)，通常可以當(dāng)做一級(jí)處理。底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響酶促反應(yīng)：①當(dāng)?shù)孜餄舛鹊蜁r(shí),大部分酶沒有與底物結(jié)合，即酶未被飽和，這時(shí)反應(yīng)速度取決于底物濃度，即與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)特征；②隨著底物濃度的增高，ES生成逐漸增多，這時(shí)反應(yīng)速度取決于【ES】，反應(yīng)速度也隨之增高，但反應(yīng)不再成正比例加速，表現(xiàn)為混合級(jí)反應(yīng)；③當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，酶全部被底物飽和，此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，反應(yīng)速度達(dá)到最大值，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)，即酶促反應(yīng)具有飽和現(xiàn)象。中間絡(luò)合物學(xué)說（Henri的蔗糖酶水解蔗糖試驗(yàn)）酶濃度固定，反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系非酶促反應(yīng)：反應(yīng)速度與底物濃度成正比，即非酶促反應(yīng)無飽和現(xiàn)象。米氏方程的推導(dǎo)，由穩(wěn)態(tài)模型推導(dǎo)，平衡態(tài)模型不全面從穩(wěn)態(tài)模型米氏方程得到的信息當(dāng)[S]<<Km時(shí)V=Vmax[S]/Km即v正比于[S]當(dāng)[S]＞＞Km時(shí)V=Vmax即v與[S]無關(guān)當(dāng)[S]=Km時(shí)V=Vmax/2Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。米氏常數(shù)Km的意義Km值是酶的一個(gè)重要的特征物理常數(shù)，不同的酶具有不同Km值，其大小只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與其濃度無關(guān)。一種酶有幾種底物就有幾個(gè)Km值，其中Km值最小的底物一般稱為該酶的最適底物或天然底物。在K2K-1時(shí)，Km=Ks，此時(shí)Km代表ES的真實(shí)解離常，即Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低；Km值小表示親和程度大，酶的催化活性高。在K2與K-1大小相當(dāng)時(shí)時(shí)，Km≠Ks，此時(shí)Km代表ES的表觀解離常，即Km值不能真實(shí)反映酶與底物之間的親和程度。若已知某個(gè)酶的Km值，可以計(jì)算在某一底物濃度時(shí)，其反應(yīng)速率相當(dāng)于Vmax的百分率

fES=S/(Km＋S)fES不能代表酶活性部位被底物飽和百分?jǐn)?shù)根據(jù)Km的大小推斷某一代謝物在體內(nèi)可能的代謝途。遇到連鎖反應(yīng)時(shí)，Km值大的就是限速步驟。遇到同一種底物被多種酶利用時(shí)，當(dāng)?shù)孜餄舛群艿蜁r(shí)，Km值小的酶促反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。Vm和k2的意義在一定的反應(yīng)條件下，Vm與酶濃度成正比。當(dāng)[S]>>Km時(shí)，V=Vm=k2[E]0，此時(shí)對(duì)底物來說是零級(jí)反應(yīng)，對(duì)酶來說是一級(jí)反應(yīng)，k2是一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)，k3表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)（又稱為轉(zhuǎn)換數(shù)），這時(shí)的k2又可以寫成kcat，kcat越大，說明酶的催化效率越高。Kcat/Km（課本推導(dǎo)過程）又叫表觀二級(jí)速率常數(shù)或?qū)Ｒ恍猿?shù)，表示酶的催化效率，Kcat/Km越大，催化效率越高。其最大值極限是k1，而k1是酶與底物結(jié)合的速率常數(shù)，此常數(shù)受到底物在溶液中擴(kuò)散速度的影響。用它可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率多底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)序列反應(yīng)（又分為有序反應(yīng)，如輔酶1,2和隨機(jī)反應(yīng)，如肌酸激酶催化肌酸生成磷酸肌酸）乒乓反應(yīng)（轉(zhuǎn)氨酶催化的轉(zhuǎn)氨基作用）酶活性降低或喪失的類型：失活作用（變性劑）活力完全喪失對(duì)酶沒有選擇性抑制作用（活力下降或喪失）對(duì)酶有選擇性不可逆性抑制（共價(jià)修飾）可逆性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制（Vmax不變，Km變大通常是底物類似物，加大底物濃度可解除，如丙二酸、蘋果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的結(jié)構(gòu)相似，是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（Km不變，Vmax變?。┓锤?jìng)爭(zhēng)性抑制（兩者都變?。╇p倒數(shù)作圖法加抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制溫度對(duì)酶反應(yīng)的影響對(duì)于酶反應(yīng)來說，有一個(gè)最適反應(yīng)溫度。一般來說，動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)酶的最適反應(yīng)溫度在35～40℃，植物細(xì)胞中的酶可達(dá)40～50℃，微生物酶的最適溫度差別較大，如TaqDNA聚合酶的最適溫度可高達(dá)70℃。最適溫度不是酶的特征性常數(shù)。不是一個(gè)固定的常數(shù)，它受底物的種類、濃度,溶液的離子強(qiáng)度、pH,反應(yīng)時(shí)間等的影響。例:反應(yīng)時(shí)間短，最適溫度高；反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，最適溫度低。反應(yīng)速度與原來反應(yīng)速度的比稱為溫度系數(shù)。對(duì)于大多數(shù)酶，溫度系數(shù)為2.PH對(duì)酶反應(yīng)的影響存在一個(gè)最適反應(yīng)pH。酶的最適反應(yīng)pH也不是一個(gè)特征性常數(shù)。最適PH和生理PH不一定相同影響機(jī)制：1）酸、堿可使酶變性或改變構(gòu)象失活；2）影響酶活性基團(tuán)的解離；3）影響底物的解離，4）影響ES的解離。注：雖然大部分酶的pH—酶活曲線是鐘形，但也有半鐘形甚至直線形。激活劑對(duì)酶反應(yīng)的影響大部分是無機(jī)離子或小分子化合物（半胱氨酸，還原型谷胱甘肽可以是含巰基酶的激活劑，EDTA作金屬