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  • 發布時間:2019-04-14 14:13 原文鏈接: 酶促反應動力學

    一、酶促反應1913年,Michaelis和Menten根據Henri等提出的酶-底物復合物學說,用簡單的快速平衡或準平衡概念推導了單底物的酶促反應方程,即米-曼氏方程(Michaelis-Menten equation)。酶促反應可表示為:


    k1 k2 E + S ------------- ES -------- E + P k-1 酶 底物 酶-底物復合物 酶 產物





    根據公式進行推導,反應速率(V0或v)與底物濃度[S]、酶濃度[E]和產物濃度[P]的關系如下:












    式中Vmax為最大反應速率。這一公式與根據快速平衡學說推導的米-曼氏原始方程形式相同,區別在于用米氏常數Km取代了復合物ES的解離常數Ks,因此仍稱為米-曼氏方程。

    二、Km與Vmax(一)Km 若v=0.5Vmax,則Km=[S],可見Km值等于酶促反應的初速率為最大速率Vmax一半時的底物濃度。Km值一般在10-6~10-2mol/L之間。Km只與酶的性質有關,而與酶的濃度無關。Km是酶的特征性常數之一,在臨床酶學分析中有重要意義。

    1. 1/Km可近似地表示酶對底物的親和力的大小,Km值越小,表示酶與底物的親和力越大,反之亦然。

    2. 如果一個酶有幾種底物,則對每一種底物各有一個特定的 Km值,其中Km值最小的底物大都是該酶的最適底物或天然底物。

    3.如已知酶的Km,可計算某一底物濃度時反應速率v和最大速率Vmax的比值,并可推知酶的活性中心被底物飽和的分數。同樣,如要求v和Vmax有一定的百分比,也可算出所需底物濃度為其Km的多少倍。

    4.利用工具酶來測定體液中某一成分的濃度或某一酶的催化活性濃度時,可根據米-曼氏方程或其衍變方程式來計算工具酶的用量。

    5.測定Km值可鑒別不同來源但催化相同反應的酶是同一種酶或是同工酶。

    6.如一個酶催化正逆兩個方向,測定正逆兩個方向底物的Km及底物濃度,可大體推測該酶在體內催化反應的方向及其催化效率。

    7.在代謝酶系中,當一組酶催化連續的代謝反應時,如已知各酶的Km及其相應底物的濃度,有助于尋找代謝的限速步驟。一般Km值最大的酶所催化的反應為該酶系的限速步驟。

    (二)VmaxVmax表示在一定酶量下的最大反應速率,即酶完全被底物飽和時的反應速度,與酶濃度呈正比。

    在酶的濃度不變時,對于特定底物而言,Vmax也是一個常數。如果酶的總濃度已知,可從Vmax計算酶的催化常數,即轉換數Kcat。計算公式為Vmax=Kcat[E0]。Kcat表示單位時間內每個酶分子將底物分子轉換成產物的最大值。Kcat越大,表示酶的催化效率越高。

    對于多數酶而言,Kcat在每1 s-1~104 s-1范圍內。Kcat/Km比值不僅可用來衡量酶對底物的專一性,還可用于檢驗酶催化反應是否達到恒態或平衡態。

    (三)Km和Vmax的測定將米-曼氏方程經過演變而轉換成直線方程,然后根據直線的斜率及用外推法或用計算機以最小二乘法處理實驗數據即可得到Km和Vmax。其中以Lineweaver-Burk雙倒數作圖最常用。將米-曼氏方程進行倒數處理,得下列方程:







    以1/V0為縱坐標,1/[S]為橫坐標作圖可得一直線。縱軸截距為1/Vmax,斜率為Km/Vmax,橫軸截距為-1/Km。Lineweaver-Burk雙倒數作圖除用于求取Km和Vmax外,還可用于判斷可逆性抑制反應的性質。

    此外還有Woolf作圖、Eadie-Hofstee作圖和Hanes作圖等,實際應用較少。


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