酶促反应动力学

酶促反应动力学_生物化学检验技术

    

    酶促反应动力学是研究酶促反应速度规律及影响因素的科学。其意义有以下几个方面。

    1.酶作用的主要特征是加速化学反应速度,研究反应速度是酶学研究的主要内容之一。

    2.在酶的结构与功能之间的关系及酶作用原理的研究中,需要动力学提供实验证据。

    3.在实际工作中,为使酶能最大限度地发挥催化效率,须寻找酶作用的最佳条件。

    4.为了解酶在代谢中的作用和某些药物的作用原理等,需要掌握酶促反应速度规律。

    (一)底物浓度对酶促反应速度的影响

    米氏方程:研究前提是单底物、单产物反应。反应速度取其初速度,即底物的消耗量很小(5%以内)时的反应速度。采用反应的初速率(initial velocity),即反应速率与反应时间呈正比阶段。采用初速率可避免反应进行过程中因底物消耗而导致速率下降,或因反应产物堆积、酶被饱和及部分酶失活而造成的反应速率下降等。

    底物浓度对反应速度的影响:在其他条件不变,[E]恒定条件下,酶促反应速度与底物浓度的关系,不是简单的单一反应级数,而是呈矩形双曲线。反应速度v随[S]变化表现出三个性质不同的动力学区域。底物浓度很低时,反应速度与底物浓度成正比;底物浓度再增加,反应速度的增加趋缓;当底物浓度达某一值后,反应速度达最大,反应速度不再增加(图4-2)。

    解释底物浓度和反应速度关系最合理的学说是中间产物学说。根据此学说得出了反应速度与底物浓度关系的数学方程式,即米氏方程:v=V max[S]/Km+[S], V max为最大反应速度。Km为米氏常数,是酶特征常数之一,只与酶的性质有关,而与酶的浓度无关,具有重要的临床应用价值。

    (二)Km和V m的应用

    1.Km值计算 当反应速度为最大速度的一半时,米氏方程式可变换如下。

    

图4-2　底物浓度与酶促反应速度的关系

     ,进一步整理得Km=[S]。由此可见,Km值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。

    2.鉴定酶的种类 Km值是酶的特征性常数之一,只与酶的结构、酶所催化的底物和反应环境(如温度、p H、离子强度)有关,与酶的浓度无关。各种酶的Km值范围很广。对于同一底物,不同的酶有不同的Km值,多底物反应的酶对于不同底物也有不同的Km值。大多数酶的Km值在(10-8~10-1)mol/L。

    3.选择酶的最适底物 1/Km值的大小可近似表示酶和底物的亲和力。Km值大意味着酶和底物亲和力小;Km值小意味着酶和底物亲和力大。一种专一性较低的酶作用于多种底物,各底物对该酶的Km值有差异,具有最小的Km或最高的V m/Km值的底物就是该酶的最适底物或天然底物。

    4.设计适宜的底物浓度 酶促反应进程曲线表明,只有初速度才能真正代表酶活性,一般要求初速度达到最大速度的92%左右,既可近似表示酶的活性,又不至于使底物浓度过高造成浪费。从米氏方程计算得出,底物浓度在10~20Km时,初速度可达最大速度的90%~ 95%。当[S]=10Km时,V=91%V m,此时[S]为最合适测定酶活性所需底物的浓度。

    5.V m可用于酶转化率的计算 V max是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度成正比。如果酶的总浓度已知,便可从V max计算酶的转换数(turnover number,TN),即当酶被底物充分饱和时,单位时间内每个酶分子(或活性中心)催化底物转化为产物的分子数。如10-6 mol/L的碳酸酐酶溶液在1s内催化生成0.6mol/L H 2 CO3,则每一秒钟酶可催化生成6×105个分子的H 2 CO3,TN=6×105/s。酶的转化率代表酶的催化效率,转化率越大,酶的催化效率越高,大多数酶的转化率在101~104/s。