12、单底物酶促反应动力学解析

单底物酶促反应动力学解析

1. 酶促反应研究方法概述

酶促反应的研究方式多种多样，旨在探索催化作用的不同方面。例如，酶 - 底物和酶 - 抑制剂复合物可快速冷冻后用光谱方法研究；许多酶已被结晶，其结构可通过 X 射线衍射方法确定；近年来，多维核磁共振方法也用于确定酶的结构。不过，酶促反应的动力学分析是阐明酶作用机制最常用的手段，尤其与蛋白质工程结合时，能识别催化相关的结构成分。

我们将探讨稳态和瞬态酶动力学在定义简单酶的催化效率和底物亲和力方面的应用。稳态是指酶 - 底物复合物能积累到可观“稳态”水平的实验条件，这种条件在实验室中容易实现，便于解释酶反应的时间进程。后续的数据分析依赖于科学家在各种条件下方便地测量酶促反应初始速度的能力。

2. 酶促反应的时间进程

当在溶液中混合酶和底物，并通过合适方法测量随时间变化的底物剩余量和产物生成量时，会观察到类似图 5.1 的反应进程曲线。底物消耗曲线与产物生成曲线呈镜像关系。早期，底物损失和产物生成随时间快速变化，但随着时间增加，速率逐渐减小，当所有底物被酶转化为产物时，速率变为零。这种时间进程可用一级动力学很好地模拟：
[
[S] = [S_0]e^{-kt}
]
其中，([S]) 是时间 (t) 时剩余的底物浓度，([S_0]) 是起始底物浓度，(k) 是反应的拟一级速率常数。该反应的速度 (v) 为：
[
v = -\frac{d[S]}{dt} = \frac{d[P]}{dt} = k[S_0]e^{-kt}
]

更仔细观察酶促反应的产物生成曲线（图 5.2），若关注曲线的早期部分（阴影区域），会发现产物生成（以及