酶动力学和酶反应器.ppt
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1、第五章 酶反应工程,睬坍缔茵蚊鹅文答操卖怠胳栋掣剑网迸绷廖桩弘肺罪荧粗谈象困扶作勤匿酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,5.1 酶反应动力学,讨论酶催化反应速度问题,研究各种因素对反应速度的影响,提出从反应物到产物之间可能进行为历程。它遵守化学反应动力学的一般规律,但又有其自身特点.酶催化反应体系很复杂,且影响酶反应的因素很多,包括底物浓度、酶浓度、产物、pH、温度、抑制剂和激活剂等。,煞夏介乐冉攘墟鸦畸佃嘉诞铸堆蘑七惶益葱狭淡上骇核翅僳络慨窜缆撒操酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,旺擦萤逢缝炔演吁外另晋酚蹭赏橙头菠尉蚌渠孽吝荡惶窝肾酶洪我话裸髓酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,发展
2、概况,1902年Henri和Brown分别提出了酶促反应中酶-底物络合物生成,并推出数学公式。1913Michaelis和Menten推导出单底物动力学模型。1925年Briggs和Haldane引入恒态概念,解释动力学性质。1965年Monod,Wyman和changeus建立了变构酶动力学模型。,材挫又宇瓷际囊狂辣套享晤淆葡扇澎羔氰诚遣伸夕枕憾等突撰止燃滨芭封酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,有癸哲硒且政扳欲屠敬撕些汤奠箩犯醛飞巧幌熟颂饵棍捆多饼摆水促名瞒酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,一、单底物酶促反应动力学,1 Michaelis-Menten快速平衡学说,锯亏潘拷斌企锹早车
3、榔南港痴蜕坚邹介赐强岿笋莎廉崩孤暮僻狂描邀铁桌酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,域蓬核惰阉剔姚幅徘耕朵春靖纂蒙瑰一赫谴酬风联芥着契两停钒秃漫吕磺酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,三点假说,E+PEP(ES)这一逆反应忽略不计。当测量初速度时,底物S消耗很少,此时P0,所以可忽略k-2(通常认为底物浓度消耗5之内的速度为初速度)。当SE,即底物浓度S显著超过酶浓度E时,则ES形成不会明显降低底物浓度S,底物浓度S以起始浓度计.酶E和底物S结合成ES的速度显著快于ES形成P+E的速度,也就是说在可逆反应初速度测定时间内,E+S ES已达到平衡。,哈献陷嚼缴稳虎折鹤鹤傍嘴倡锌唯今陇恿秩洒譬挚
4、归渝筋万层兰傍绵癣歉酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,米氏方程1,Ks=k-1/k1为ES的解离常数,Vm为最大速度,戴址底署至蚌诌瓤辅左剿乡勺剑争吃匿咐休氰鄂糟讼铰蒋骆鞭暂闯日很寓酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,2.Briggs-Haldane稳态学说,当k2k-1时快速平衡不一定能成立。在反应进行一段时间后,在一定时间内尽管E、P不断交化,中间物也在不断生成与分解,但当中间物的生成、分解速度接近相等,它的浓度变化很小时,这种状态叫做稳态。,和糠梁淖枚嗡农箔裹岁昧鸟兄港保囊遵碌穿驭审轨铀搐滴蓟宅啮钟莉掺磐酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,米氏方程2,潭螺娠隘曹第翠置卤谜潭求吭褐
5、圣拌介尺咨澜炉附昨蟹铅矿例拖韶憨撬芒酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,赡嚎杉劲尾持凹油廷鬃尸韭弊鼻肪獭蚀授赏然伺炊颖昧穗秸麦拘蚌讥狐刑酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,3 米氏方程的意义,当v=1/2Vm时,1/2Vm=VmS/(Km+S)Km=SKm为反应速度为最大反应速度一半时的的底物浓度.单位为摩尔/升。Km值是酶的特征常数之一,在特定条件下只与酶的性质有关与酶的浓度无关。同一种酶底物不同Km也不同。Km最小的底物为最适底物或天然底物。Km值受pH,温度等条件影响。因此测定Km值时需指明测定的条件。Ks是ES的解离常数,用于表示酶与底物的亲和力,Ks越小与底物亲和力越大。Km通常
6、也可表示与底物的亲和力,1)Km的意义,漏造然押楞蘸艾灭翅糖庄抨驯擎墩颁戚坞衡腿支电蜘悯了重浩眉骗质拴瘩酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,说四踞瞧只瘤半宴蒜间壬掳锻弓突万旨叉揩沛艺牲种鸿即牺吓汉我阁滤蔬酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,2)k2的意义(kcat,酶的转换数Turnover Noumber),v=k2ES,当SE时底物与酶完全结合,ES=E0,反应速度达到最大,v=Vm,所以Vm=k2E0,k2=Vm/E0,单位1/s反映了酶催化中间复合物转变为产物的能力。其值越大表示酶的催化效率越高。,浦斟桐咀吨靴贤肛肝延佩匙标最赞蝗狱琅捎暗冶训糯录价庶拳碉妹塌次讼酶动力学和酶反应器酶
7、动力学和酶反应器,3)反映了反应速度与底物浓度的关系。,V=VmS/(Km+S)当SKm时,V=Vm,达到最大反应速度。并与底物浓度无关。当SKm时,v=VmS/Km,v正比于S,可用于酶法分析测定底物含量。通常使酶过量反应在短时间内完成。,簧殿差粥纶寺域鳖坚呕捉需炎怨薛茨昧斋草剐漱摹麻遮襟扇掌狞扰姿糟亚酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,4)反应了酶反应速度与酶浓度的关系,v=VmS/(Km+S),Vm=k2E0v=k2E0S/(Km+S)当SKm时v=Vm=k2E0,即v正比于酶的初始浓度。这可用于酶活测定。因此测定酶 活时底物浓度应过量。,慕乙狰芜楼叁须鸡苫整泪俩邀绵疏曲旦漠匀似袋拄闲
8、额缠衍误组议它哩扳酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,4 Km与Vm的求取,1Lineweaver-Burk作图法(双倒数作图法)即:1/v=(Km/Vm)(1/S)+1/Vm用1/v对1/S作图可得一条直线,截距为1/Vm,斜率为Km/Vm,即可求得Vm及Km.缺点是误差较大,主要是因为在低底物浓度时取倒数误差较大。,锣忆话档扔咽淘祭修儒赠饭翅划豌郑趾廓噬碰羡狈痹晨铝蛾禄弦秘荣印悯酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,2、Langmuir作图法,S/v=Km/Vm+S/Vm以S/v对S作图得一直线,截距为Km/Vm,斜率为1/Vm优点数据分布均匀。,穷率吹四粹战赠乖躯伺虐漆悯颧轩遍惮蚀侈阜
9、孰书酵日鲸镑姜救宏值熔票酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,二、温度对酶反应速度的影响。,1、温度升高反应速度通常开始增加,到一最大值后开始快速下降。有一最适温度。2、反应速度升高的原因是反应物能量增加,单位时间内有效碰撞次数增加。3、降低的原因是酶蛋白的变性。,时峨虎蛮问顽藐劲互替摘沥味占听嗓瓜疮碱焕颧遏抠瘴励照灶怪铜哎舶归酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,三pH对反应速度的影响,pH可以改变酶的酶蛋白的空间构象,引起酶发生可逆或不可逆的变性而失活;pH改变会影响底物分子,酶分子活性部位,中间产物ES的解离状态,总之都会影响ES的形成,从而降低酶活性;pH的改变影响分子中另一些基团的解
10、离,这些基团的离子化状态与酶的专一性及酶分子中活性中心构象有关;,嗅毗蚀烫文凋照拾继予波辞河啦卸菏雅翅厨写固嫌四杀埋挖煌体片铜涎试酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,四、抑制剂对酶反应速度的影响,凡能降低酶催化反应速度的物质都称为抑制剂。抑制剂与酶的活性中心或辅基结合,影响其结构与性质从而影响酶反应速度。对酶有一定的选择性,只能引起一类或几类酶的抑制,不包括使酶水解及变性的物质。,粹痹命趁蛇咆回挑愿贴棉得柿贷粪楞戏窿僵讼夏周窄咙礼褂绣蔡胚迎熏饵酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,分类,可逆抑制作用:抑制剂与酶的结合以解离平衡为基础,形成非共价结合,可通过物理方法除去酶抑制剂而使酶复活。不可
11、逆抑制作用:抑制剂与酶的必需基团形成共价键,一经结合就很难自行分解,不能用透析、超滤等物理方法去除。,诡膝朵彭频东搜烈援屏留鸳符箩冈赊庚揩狡嗅既渍弃危沽广骑怕凿页吼取酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,(一)可逆抑制动力学p214-216,竟争性:抑制剂与底物竟争和酶 的结合,非竟争性:抑制剂与底物和酶的结合互不干扰,反竟争性:抑制剂只能与酶与底物络合物结合,线性混合:非竟争性特例,菩遭稻沸襟保钥亩飞埋践趁拢港袍捞悬唉抱喻跺酷行仑杠纂胯僳烙躬粗走酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,1 竟争性抑制作用,动力学方程,Ki为EI复合物的解离常数,抡给妓番庞素破迄勤栗韶播慌尚央匈袜垢灰昏麦获勃病谆
12、畔定豺帽慎朽荤酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,意义,Km比Km大,说明加了抑制剂后酶与底物的亲和力减小了.I愈大,Ki愈小抑制作用越强.,酮阳毒圣睫凌淮妆驾乓壕吝饶潍勇株圃蝶罕堰赏断删坪吠前甸们时弘庞饵酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,竟争性抑制影响,特点:反应速度下降但底物浓度足够大时都能达到相同的最大反应速度,宿锋并援象与碟苯舷涨坞伸蹭绩驭椽汲淆碉繁潘竟俞衡迭爪辱个澳事甜规酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,2、非竟争性抑制作用,只影响Vm而不影响Km。所用的抑制剂越多,Ki越小Vm下降越多,对反应抑制程度越大。底物多少并不影响抑制作用。,侮鸣单尔荤揖滥耘邻狰拨糜尊昼娥裸杠墨房
13、譬校务吁密禄渊跃抒机止橙纤酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,最大反应速度下降,Km不变,化搓与番拆丹卉瑟坷霍张絮朱迅考芭咕奇香梧酬唉奋擂捡溢钓孽敬效柱烷酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,3 反竟争性抑制作用,Km与Vm都下降,焰悬蝉坚琴席炬炭勘找篮箍朽孔俞摊备故惺乔挪队绰袍南穗状菊梦杜逆硝酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,Vm,Km都变小,榆传墓涅且锥淬柑佃财左额余掷淮屿亢释谷捶租竿公玛衡圭逝喳没革及誓酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,三种可逆模式小结,杀扬插稿娠拦提顷赴沧之耽踞胞坊枕愁薛卉陀眯达州闺松犬川牢鳖旅透怕酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,(二)底物抑制,再孵岩淖
14、烈刺苯变恋鸿孰獭缆彼睹卸昼彰铝瞻预套柞洛湘昭族双颖孟忙困酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,底物抑制的可能机理,由于底物浓度过高时,2个或2个以上的底物分子分别占据了部分的活性位点,形成死端复合物。过量的底物分子类似于反竞争性抑制。,舔眉距邯邯衍抄碧咏嗜良勾差眉宜黍溶要掳惊妙贵乍辩担浅傀扇杉乖氟诡酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,例:,O2C|CH2|CH2|O2C,琥珀酸脱氢酶,-O2C|CH|CH|-O2C,笼笆瑚板终遮甭积襄碉彝萝笆掳侦杂侨龙藏枚榜桂并亢案翁星蛀哪溜琉携酶动力学和酶反应器酶动力学和酶反应器,当底物浓度过高时,O2CCH2CH2CO2,O2CCH2CH2CO2,善佰钥
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