酶失活动力学.

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酶的失活动力学第一页，共十九页。

1●酶是一种不稳定的物质，常因温度，pH等因素的影响而产生不可逆的活力下降。●一般胞外酶较为稳定，而胞内酶在外部环境中容易失活。●酶在保存和参与反应时均可能失活；酶在保存过程中的失活又称为酶的稳定性，失活越快，说明酶的稳定性降低。●酶的热失活是最重要的一种酶失活形式，下面主要讨论此种失活的动力学。第二页，共十九页。

2一、未反应时的热失活动力学●测定酶未反应时的热失活动力学方法：在一定条件下，使酶溶液恒温保持一定时间，然后在最适宜的pH和温度下测定残存的酶活力，即残存酶活力。在不同温度下反复测定，即可得到一条曲线。该曲线可以表示酶的失活特性，称为酶的热失活曲线。若改变保温时间，则会得到不同的热失活曲线（图1-1)。●如果要了解酶在未反应时的失活速率，可将残存的酶活力对其失活时间作图，则又可得到一条曲线（图1-2）。第三页，共十九页。

3图1-1不同温度下的酶失活曲线图1-2不同时间下的酶失活曲线这些曲线反应了酶的生活规律。酶的热变性失活很复杂，一般将其分为可逆失活与不可逆失活两类，并提出了多种失活动力学模型。下面主要介绍一步失活模型。第四页，共十九页。

41.一步失活模型（onestepmodel)式中：E—活性酶D—失活酶kd—正反应的速率常数kr—负反应的速率常数第五页，共十九页。

5则活性酶的浓度随时间的净减少率或失活反应方程式可表示为：系统中酶的总浓度若以cE0表示，则存在下述关系式：cE0=cEt+cD(a)(b)将式(b)代入式(a)，并利用边界条件t=0，cE0=cEt积分，经整理可得下式：(c)第六页，共十九页。

6对不可逆失活反应，kr=0,可得cEt=cE0exp(-kdt)(d)多数酶的热失活服从式(d)，kd可称为一步失活常数或衰变常数，单位为(时间)-1。kd的倒数称为时间常数td。当cEt为cE0的一半的时间称为半衰期，用t1/2表示。kd、td和t1/2之间的关系为：第七页，共十九页。

72.多步失活模型（multi-stepmodel)A多半串联失活模型：酶的失活经历多步，即D→F→E。B同步失活模型：全部酶分子可划分为热稳定性不同的若干个组分，每个组分均符合一步失活模型。该模型全部酶中残存酶活力的比率为：式中：cE0表示酶的初始浓度；xi表示失活速率常数为ki的酶组分的分率。因此，第八页，共十九页。

83.温度对酶失活的影响对一级失活模型，有失活反应Arrihenius方程式中：kd表示衰变常数；Ad表示失活反应Arrihenius方程的前指因子；Ed表示失活反应活化能。一般蛋白质的变性或失活的活化能为125kJ.mol-1，高于一般化学反应的活化能（20~83kJ.mol-1）,这意味着酶失活对温度十分敏感。同时考虑温度和时间对酶失活影响的关系式第九页，共十九页。

9二、反应时的酶热失活动力学●酶在反应中的稳定性称为操作稳定性，可通过分批测定、连续测定及圆二色谱分析等方法测定。作不同温度下反应转化率随时间的变化曲线，即反应过程曲线，如图2-1所示。图2-1不同温度下酶促反应过程曲线(a)以温度T为参数，转化率X与时间t的关系曲线；(b)以时间t为参数，转化率X与温度T的关系曲线第十页，共十九页。

10由图(a)知时间一定时，随着温度的升高，反应速率增大，因而转化率增大；但当温度高到某一值时。其转化率反而减少。因为当温度升高到某一值时，酶的热失活速率也在加速，致使有活力酶的量在减少，因而反应速率下降，最终为零。由图(b)知：对于某一反应时间，存在一转化率最高的温度，该温度称为最佳温度。不同的反应时间，有不同的最佳温度。最佳温度是温度对酶催化速率和酶失活速率双重作用的结果。第十一页，共十九页。

11就底物浓度的变化对酶失活的影响，提出了下述模型：从上述机制看出，无论是游离酶，还是酶的复合物，均有可能失活，其失活速率方程可表示为:式中：σ表示底物对酶失活的影响系数；cEf表示游离酶浓度。第十二页，共十九页。

12根据上述模型可知：（1）当σ=0时，反应时酶失活速率达到最低。从反应机制中可以看出，复合物ES完全不失活，或者说酶完全被底物所保护。（2）当σ=1时，反应时与未反应时酶的失活速率完全相同。从反应机制中可以看出，复合物ES与游离酶E失活速率常数完全相同，或者说底物对酶失活没有影响。（3）0<σ<1时，反应时酶失活速率低于未反应时酶失活速率。从反应机制中可以看出，复合物ES失活速率常数低于游离酶E，或者说底物对酶失活有部分保护作用，能在一定程度上一只酶的失活。（4）σ>1时，反应时酶失活速率高于未反应时酶失活速率。从反应机制中可以看出，复合物ES失活速率常数大于游离酶E，或者说底物加速酶的失活。由上述分析可见，σ反映了底物对酶失活速率的影响，因此称σ为底物对酶失活影响系数（也称为稳定性影响系数）。第十三页，共十九页。

13若只有游离酶失活时，其分批反应的动力学方程为对于零级不可逆反应，cs值趋于无穷大，因此有：对该式积分，得到第十四页，共十九页。

14当cs值足够大时，可简化为：进行积分得到：代入式中积分得式中，k2,kd'均为温度的函数。第十五页，共十九页。

15三、失活动力学研究实例以青蟹N-乙酰氨基葡萄糖苷酶在甲醛溶液中的失活动力学的研究为例，通过在酶活力测定体系中加入不同浓度的甲醛，检测酶的剩余活力(2-2)。研究显示酶在甲醛溶液中的失活作用是一种可逆过程。建立失活动力学模型，可以测定游离酶(E)和结合酶(ES)的微观失活速度常数(表d)。图2-2酶在不同浓度甲醛中的失活作用动力学(a)动力学过程；(b)半对数作图。0~4代表不同浓度的甲醛第十六页，共十九页。

16表d青蟹N-乙酰氨基葡萄糖苷酶在甲醛溶液中的失活速度常数从表d中可以看出，在相同浓度的甲醛溶液中，游离酶的正向微观失活速度常数(k+0)是酶底物络合物的失活速率常数(k'+0)的3~5倍，表明游离酶比结合酶更容易失活；此外正向微观失活速度常数(k+0)随着甲醛浓度的增加而增加，说明其变性越来越快，逆向反应的微观速度常数k-0相反地随着甲醛浓度的增大而下降，表明酶复活的过程越来越慢。第十七页，共十九页。

17Theend－thanks第十八页，共十九页。

18内容总结酶的失活动力学。●酶是一种不稳定的物质，常因温度，pH等因素的影响而。A多半串联失活模型：酶的失活经历多步，即D→F→E。●酶在反应中的稳定性称为操作稳定性，可通过分批测定、。连续测定及圆二色谱分析等方法测定。不同的反应时间，有不同的最佳温度。失活影响系数（也称为稳定性影响系数）。图2-2酶在不同浓度甲醛中的失活作用动力学。而增加，说明其变性越来越快，逆向反应的微观速度常数k-0相反地随着甲。－thanks第十九页，共十九页。