酶动力学和酶反应器

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1、第五章酶反应工程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。发展概况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

2、。1965年Monod,Wyman和changeus建立了变构酶动力学模型。一、单底物酶促反应动力学1Michaelis-Menten快速平衡学说三点假说E+PEP(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P0，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[S]》[E]，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

3、度测定时间内，E+SES已达到平衡。米氏方程1Ks=k-1/k1为ES的解离常数，Vm为最大速度2.Briggs-Haldane稳态学说当k2>k-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。米氏方程23米氏方程的意义当v=1/2Vm时,1/2Vm=Vm[S]/(Km+[S])Km=[S]Km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

4、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通常也可表示与底物的亲和力1)Km的意义酶底物Km蔗糖酶糖蔗2.8X10-2蔗糖酶棉子糖35X10-2麦芽糖酶麦芽糖2.1X10-12)k2的意义(kcat,酶的转换数TurnoverNoumber)v=k2[ES],当[S]>>[E]

5、时底物与酶完全结合,[ES]=[E0],反应速度达到最大，v=Vm，所以Vm=k2[E0],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。3）反映了反应速度与底物浓度的关系。V=Vm[S]/(Km+[S])当S>>Km时，V=Vm，达到最大反应速度。并与底物浓度无关。当S<

6、,Vm=k2[E0]v=k2[E0][S]/(Km+[S])当S>>Km时v=Vm=k2[E0],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。4Km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。2、Langmuir作图法[S]/v=Km/Vm+[S]/Vm以

7、[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。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。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

8、团的解离，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；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。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