生化反应属于酶催化反应,或者称为酶促反应对于一个小分子催化的均相溶液反应来说,当底物浓度增加时,通常反应速度会随之呈线性增加,一般不存在极限值,但这种情况在酶促反应中却不同固定一个酶促反应体系中酶浓度不变,随着体系中底物浓度逐渐提高,酶促反应速度增加曲线为一条双曲线,最终趋向于一个与底物浓度无关的最大速率这说明当底物浓度较高时,所有的酶的有效催化位点都结合了底物,因此进一步提高底物浓度不会再引起反应速率的增加这种酶被底物饱和的现象是酶促反应的特征,L.Michaelis和M.L.Menten通过实验论证了这一结果 对于酶促反应的这种现象,目前基本采用酶—底物复合物理论进行解释它假定酶促反应过程中酶和底物首先形成酶—底物复合物ES,然后这个复合物再分解生成产物,同时酶被释放出来用反应式表示 在这个反应中,整个反应速度是与酶—底物复合物(ES)的浓度成正比当酶浓度增加时,形成的酶—底物复合物浓度也将增加,因此可以提高反应速度而当保持酶浓度固定不变时,逐渐增加底物浓度可以提高反应速度,直至所有的酶全部反应生成酶—底物复合物时,反应速度达到最大值如图11-2所示,当底物浓度达到极大值后,反应速度趋向于vmax。
显然,不同的酶浓度确定一个不同的最大反应速度 L.Michaelis和M.L.Menten根据酶-底物复合物理论,提出了底物浓度与酶促反应速率之间的关系式,称为Michaelis&Menten方程式(简称米-蒙方程式)要利用公式(11-17)来计算实际酶促反应速度,还需要知道vmax和Km的具体值将公式(11-17)变形得当 时,有Km=S也就是说Km是酶促反应速度达到最大反应速度的一半时的底物浓度,因此Km,又被称为半反应速度常数 在酶和底物混合后短时间内,系统实际处于一种恒定状态,在这一阶段内,反应速度和时间呈线性关系,而酶—底物复合物等反应中间产物浓度几乎保持不变,即l尝鱼J二o,此波称为恒态Briggs和Haldane采用恒态法对米-蒙方程进行推导 对于反应式(11-16),反应开始时产物P浓度很低,反应式中的第二步在正方向上进行得很完全,因此逆反应L:可以忽略当考察中间产物ES的生成速率vf和消除速率vd时,有以下式子根据上面的数学推导,可以得到如下一些结论:(1)米氏常数Km的实质是中间产物[ES]达到恒态时的反应平衡常数,主要由三个反应常数(k1、k2、k3)决定大部分酶促反应的Km值处于10-1~10-6mol/L之间,Km的值越小,则酶和底物之间的亲和能力越强。
2)在公式(11-17)中我们可以看出,当底物浓度[S]极小时,Km+S=Km,,此时酶促反应速度和底物浓度成正比,为一级反应;当底物浓度[S]极大时,Km+S≈Km ,此时所有的酶几乎被底物饱和,酶促反应速度达到最大值,为零级反应;而更多情况下酶促反应处于以上两种特例的过渡状态,反应级数处于0~1之间3)将米-蒙方程重排后得到Lineweaver-Burk方程 利用Lineweaver-Burk方程对实验数据进行处理,通过 对 作图得到一条直线,该直线的斜率为 ,截距为 这样可以较为精确地测定酶促反应的Km值。