酶反应动力学讲稿.ppt
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1、关于酶反应动力学第一页,讲稿共五十四页哦n中间产物学说中间产物学说n第一节单底物酶促动力学单底物酶促动力学n第二节双底物酶促反应动力学n第三节酶反应影响因素第二页,讲稿共五十四页哦 中中间产间产物学物学说说 酶动力学研究始于1902年,当时,A.Brown用酵母-呋喃果糖糖苷酶对蔗糖进行水解。他发现当蔗糖的浓度比酶的浓度高许多时,反应速度不再取决于蔗糖的浓度,即是说,反应速度相对于蔗糖来说是零级反应。因此,他提出,蔗糖水解的总反应是由两个基本反应构成,第一步是底物与第一步是底物与酶酶形成一种复合物,第二步是形成一种复合物,第二步是这这种中种中间间物生成物生成产产物并物并释释放出放出酶酶:k1
2、k2k1 k2 E +S ES P +E E +S ES P +E k-1 k-1 这里,E、S、ES和P分别代表酶、底、酶-底物复合物和产物。中中间产间产物学物学说认为说认为,当酶催化某个反应时,酶和底物先结合形成一个中间复合物,然后中间复合物再分解,生成产物并释放出酶。一般以产物的生成速度代表整个酶催化反应速度,而产物的生成取决于中间物的浓度.因此因此,整个整个酶酶促反促反应应的速度取决于中的速度取决于中间间物的物的浓浓度度.第三页,讲稿共五十四页哦第一节单底物酶促动力学单底物酶促动力学单底物酶促动力学单底物酶促动力学只有初速度才是酶的反应速度,原因:(1)底物随反应时间的延长减少;(2)
3、酶随反应时间的延长受速度、pH的影响,酶部分变性;(3)随时间延长,产物增加,产物对酶的抑制作用;(4)产物增加,逆反应速度增加。因此,只有初速度才是酶的反应速度。因此,只有初速度才是酶的反应速度。第四页,讲稿共五十四页哦一、酶浓度的影响n酶促反应的速度和酶浓度成正比SEV E第五页,讲稿共五十四页哦n反应速度:用单位时间内、单位体积中底物(S)的减少量或产物(P)的增加量来表示。单位:浓度/单位时间n引起酶反应速度降低的原因:底物浓度的降低;酶的部分失活;产物对酶的抑制;产物增加引起的逆反应速度的增加研究酶反应速度以酶促反应的初速度(initial speed)为准酶反应速度曲线时间时间产产
4、物物浓浓度度斜率斜率=P/t=V初速度初速度Pt第六页,讲稿共五十四页哦二、底物浓度对反应速度的影响1、单底物酶促反应动力学(1)米氏方程(MichaelisMentenequationVVmaxS可以用一个方程来表示:是最基本的动力学方程。V=VmaxS/(Km+S)v=Vmax Skm +S第七页,讲稿共五十四页哦酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线(条件:E;pH;t等条件固定不变)n在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比,表现为一级反应特征;v=kSn当底物浓度较高时S增加,反应速度v增加,但增加幅度较小n当底物浓度达到一定值,反应速度达到最大值(Vmax),
5、此时再增加底物浓度,反应速度不再增加,表现为零级反应。v=Vmax 原因:中间产物学说解释E+S ES E+P第八页,讲稿共五十四页哦一级反应一级反应混合级反应混合级反应零级反应零级反应 V S第九页,讲稿共五十四页哦中间复合物学说:中间复合物学说:第一步第一步:E+SES第二步第二步:ESE+PV ES1913年年Michaelis和和Menten推导了米氏方程推导了米氏方程第十页,讲稿共五十四页哦酶促反应的米氏方程及酶促反应的米氏方程及Km推导推导原则原则:从酶被底物饱和的现象出发,按照从酶被底物饱和的现象出发,按照 “稳态平衡稳态平衡”假说的设想进行推导。假说的设想进行推导。米氏方程米氏
6、方程:米氏常数米氏常数:第十一页,讲稿共五十四页哦米氏方程讨论米氏方程讨论n当底物浓度较低时,有SKm,代入米氏方程则有v=Vmax/KmS,即反应速度与底物浓度呈正比,符合一级反应n当底物浓度很高时,有SKm,代入米氏方程则有v=Vmax,即反应速度与底物浓度无关,符合零级反应n当S=Km时,v=Vmax/2第十二页,讲稿共五十四页哦米米氏氏方方程程的的推推导导令令:将将(4)代入代入(3),则,则:ES生成速度生成速度:,ES分解速度分解速度:即即:则则:(1)经整理得经整理得:由于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定,即决定,即,所以所以(2)将将(2)代入代入(1)得得:(3)当酶
7、反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时:当当Et=ES时时,(4)所以所以 第十三页,讲稿共五十四页哦2.2.3米氏常数的意义米氏常数的意义当当v=Vmax/2时时,Km=S(Km的的单单位位为为浓浓度度单单位位),即即米米氏氏常常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。*是是酶酶在在一一定定条条件件下下的的特特征征物物理理常常数数,通通过过测测定定Km的的数数值值,可可鉴别酶。鉴别酶。*可可近近似似表表示示酶酶和和底底物物亲亲合合力力,Km愈愈小小,E对对S的的亲亲合合力力愈愈大大,Km愈大,愈大,E对对S的亲合力愈小。的亲合力愈小。*在在已已知知K
8、m的的情情况况下下,应应用用米米氏氏方方程程可可计计算算任任意意s时时的的v,或或任何任何v下的下的s。(用。(用Km的倍数表示)的倍数表示)练练习习题题:已已知知某某酶酶的的Km值值为为0.05mol.L-1,要要使使此此酶酶所所催催化化的的反反应应速速度度达到最大反应速度的达到最大反应速度的80时底物的浓度应为多少?时底物的浓度应为多少?第十四页,讲稿共五十四页哦2.2.4米氏常数的测定米氏常数的测定基本原则基本原则:将将米米氏氏方方程程变变化化成成相相当当于于y=ax+b的的直直线线方方程程,再再用用作图法求出作图法求出Km。例:例:双倒数作图法双倒数作图法(Lineweaver-Bur
9、k法)法)米氏方程的双倒数形式:米氏方程的双倒数形式:1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax 第十五页,讲稿共五十四页哦酶动力学的双倒数图线酶动力学的双倒数图线第十六页,讲稿共五十四页哦Km值的物理意义:值的物理意义:即是即是Km值是当酶反值是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。物浓度。(摩尔摩尔/升升)。Km是酶的一个特性常数与酶的性质有是酶的一个特性常数与酶的性质有关,与酶浓度无关,只是对一定底物、关,与酶浓度无关,只是对一定底物、一定的一定的pH、一定的温度条件而言。、一定的温度条件而言。VVmax2VmaxVmaxSKm+S2得
10、得化简得:化简得:Km=SVKm+SVmax S 对活细胞的实验表明:酶的底物对活细胞的实验表明:酶的底物浓度通常就在这种底物的浓度通常就在这种底物的Km值附近,值附近,不是大大高于或大大低于不是大大高于或大大低于Km?第十七页,讲稿共五十四页哦2.动力学参数的意义动力学参数的意义(1)Km值的意义值的意义KS=K2K1Km=K2+K3K1Km=Ks E +S ES P +EK1K3K2K4第十八页,讲稿共五十四页哦酶酶底底 物物Km(mmol/L)过氧化氢酶过氧化氢酶H2O225 脲酶脲酶 尿素尿素 23蔗糖酶蔗糖酶蔗糖蔗糖28棉子糖棉子糖350谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷谷 氨氨 酸酸0.1
11、2酮戊二酸酮戊二酸2.0乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙丙 酮酮 酸酸0.017第十九页,讲稿共五十四页哦nKM值与米氏方程的实际用途:值与米氏方程的实际用途:例:当例:当S=3Km时,反应速率相当于时,反应速率相当于Vmax的百分数?的百分数?VKm+SVmax S 当当Km已知时,任何底物浓度下被酶饱和的百分数可用下式已知时,任何底物浓度下被酶饱和的百分数可用下式表示:表示:fES=sKm+s第二十页,讲稿共五十四页哦v可帮助推断某一可帮助推断某一 代谢反应的方向和途径和限速步骤代谢反应的方向和途径和限速步骤例:酶例:酶1,2,3分别催化分别催化 A B C D Km分别为分别为10-2,10-3,
12、10-4,A,B,C 浓度均为浓度均为10-4 限速步骤?限速步骤?123例:丙酮酸可被乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱例:丙酮酸可被乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱 羧酶羧酶催化,当丙酮酸浓度较低时,走哪条途径?催化,当丙酮酸浓度较低时,走哪条途径?Km分别为分别为 1.710-5、1.310-3和和 1.010-3mol/L第二十一页,讲稿共五十四页哦(2)Vmax 和和 k3(kcat)的意义的意义nKcat值越大,表示酶的催化效率越高。值越大,表示酶的催化效率越高。E +S ES P +EK1K3K2K4(3)Kcat/km的意义的意义K m=K2+K3K1Kcat/km=K2+K
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