催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-5pH與T

酶學(xué)彭益強(qiáng)Enzymology國(guó)立華僑大學(xué)生物工程與技術(shù)系第一節(jié)單底物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第二節(jié)抑制作用動(dòng)力學(xué)第三節(jié)多底物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第四節(jié)別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)第五節(jié)pH和溫度對(duì)酶催化反應(yīng)速度的影響主要內(nèi)容第四章酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第五節(jié)

pH和溫度對(duì)酶催化反應(yīng)速度的影響一、pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響pH對(duì)酶反應(yīng)速度具有很大影響；多數(shù)情況下，酶反應(yīng)速度隨pH的變化呈左右對(duì)稱的鐘罩；反應(yīng)速度最大時(shí)的pH值，稱之。特性：不是常數(shù)，受許多因素影響。1，最適pH(optimumpH)pH對(duì)酶及其反應(yīng)系統(tǒng)的影響（1）破壞酶空間構(gòu)象，使酶可逆或不可逆變性失活。這種失活分可逆和不可逆兩種方式，可逆失活指在不同pH下保溫的酶液在最適pH測(cè)活時(shí)，活力完全恢復(fù)。（2）改變反應(yīng)系統(tǒng)的組成成分,主要是影響酶、底物和酶－底物復(fù)合物的解離狀態(tài)。A,影響酶活性部位催化基團(tuán)的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產(chǎn)物；B,影響酶活性部位結(jié)合基團(tuán)的解離狀態(tài)，使其不能與底物結(jié)合；C,影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結(jié)合或結(jié)合后不能生成產(chǎn)物。最適合pH曲線并不能看出是蛋白變性影響還是酶與底物不正常離解影響；故再做pH耐受性曲線，即酶在下同pH下保溫后再到最適pH測(cè)酶活，58在pH5~8內(nèi)，不是酶變性造成的2、pH與酶活性部位基團(tuán)解離關(guān)系雙解離模型:假定酶活性位上有兩個(gè)解離基團(tuán)，用X與Y表示；當(dāng)在酸性范圍內(nèi)時(shí)，呈XH，YH，即EH2；pH增高時(shí)，XH為X，酶為EH；

pH繼續(xù)增高時(shí)，酶以E存在；酶隨pH不同的3種狀態(tài)模式反應(yīng)式:解離常數(shù):總酶不變:[E0]=[EH2]+[EH]+[E]方程式推導(dǎo):則有:hh-h--

稱為米氏pH函數(shù)假設(shè)hh-h--分別代表各型酶分子濃度與[E0]之比hh-h--隨pH值變化曲線圖如下(Fig6.5）：可見只有h-曲線與酶反應(yīng)速度的pH曲線相似，也是對(duì)稱鐘罩曲線。由此可見，只有EH狀態(tài)才能發(fā)生反應(yīng)，即EH是一種活化態(tài)，只有EHS才能分解獲得產(chǎn)物。因此若假定S在研究的pH范圍內(nèi)不改變其解離態(tài),則反應(yīng)模式有三個(gè)：（1）酶只存在三種解離態(tài)，EH2，EH，E2-，只有EH-有活性（2）酶只有一種形式EH-酶與底物絡(luò)合物EHS-有不同解離3（考慮最復(fù)雜的情況，即酶與酶-底物絡(luò)合物都存在不同形式，只有EHS能分解為產(chǎn)物）:假定Ks,K’s,K”s和K2與pH無關(guān)，H+解離和再結(jié)合速度及底物結(jié)合解離速度比EHS形成產(chǎn)物P的速度大得多，即滿足快速平衡學(xué)說，各解離常數(shù)定義如下:(I)這七個(gè)解離常數(shù)間存在兩種關(guān)系:Kes1/Ke1=K”s/Ks,Kes2/Ke2=Ks/K’s,故只有5個(gè)是獨(dú)立的。選擇Ke1,Ke2,Kes1,Kes2和Ks作為獨(dú)立的解離常數(shù).

由上兩式得:根據(jù)快速平衡法，v=k2[EHS][E0]=[E]+[EH]+[EH2]+[ES]+[EHS]+[EH2S](II)由式(I)可得：(III)將(III)代入(II)得:可簡(jiǎn)化為:此式與米氏方程一樣。其中:（1)（2)(3）根據(jù)[H+]濃度高低可對(duì)(1）、(3）簡(jiǎn)化,采用雙倒數(shù)作圖法可分別求出Ke1,Ke2,Kes1和Kes2這四個(gè)解離常數(shù)。二、溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響溫度對(duì)酶催化反應(yīng)的影響，主要影響到影響酶和底物分子中某些解離基團(tuán)的pK值。酶的穩(wěn)定程度，酶蛋白的熱變性；影響最大反應(yīng)速度，即影響k2；影響酶和底物的結(jié)合，即影響Ks或k1和k-1;最適溫度（optiman

temparature）定義:酶反應(yīng)速度隨著溫度的升高達(dá)到一個(gè)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。特性:它不是酶催化反應(yīng)的特征值，受作用時(shí)間、底物濃度、酶濃度及反應(yīng)的pH等條件影響。溫度提高時(shí)，除反應(yīng)速度隨之增加外，酶蛋白變性失去活力的速度也迅速增加，所謂的最適溫度，實(shí)際上是這兩種因素綜合影響的結(jié)果。溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響用Arrhenius方程來描寫(1)對(duì)上式取對(duì)數(shù)k2為酶促反應(yīng)速度常數(shù)，A為頻率系數(shù)，R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，Ea為活化能以lgk2對(duì)1/T做圖得一直線，從斜率可求得Ea.（2）Arrhenius方程積分形式(當(dāng)T從T1到T2時(shí),k2為k2’和k2’’)有:對(duì)上式,引入溫度系數(shù)Q10

溫度系數(shù)Q10表示溫度升高10℃時(shí)反應(yīng)速度增加的因素。

Q10=k2’’/k2’k2’’、k2’表示T2、T1時(shí)的反應(yīng)速度常數(shù)，其中T2-T1=10℃可從Q10求出活化能:lgQ10=Ea/2.3R*(10/T2T1)Ea=(2.3RT2T1lgQ10)/10

(4-105)可見Ea與Q10成正比,活化能越大，溫度系數(shù)也越大，即反應(yīng)速度對(duì)溫度的敏感性大。Q10與反應(yīng)速度之間不是線性關(guān)系，公式如下:v=k2[E]對(duì)圖中上升部分，k2=Ae-Ea/(RT),Ea為反應(yīng)活化能對(duì)下降部分，Kdd[E]/dt=kd[E][E]=[E0]e-kdtkd=Ade-Ed/(RT),Ed為失活能因此，

v=AeE