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实验33    酶反应动力学的研究

一、目的
了解米氏公式及其重要常数的意义，研究酶的一些动力学特性

二、原理
酶促反应动力学是研究酶促反应的速度以及各种因素，如底物浓度、酶浓度、抑制剂和激活剂、pH和温度等对酶促反应速度影响的科学。对酶促反应动力学的研究有助于了解酶与底物的结合机制和作用方式，它是研究酶的结构与功能关系的一个重要方面。
为了寻找有利的反应条件，更在限度地提高酶反应的效率，需要从事酶动和学的研究；另外，生物机体的新陈代谢是由一系列的酶促生化反应构成的，对酶的激活和抑制机理的研究，有助于探讨某些代谢疾病的发病机理和治疗方法，从而进一步阐明相应的药物作用机理，以便寻找或设计更高效、安全的药物。总之，对酶促动力学的研究，掌握酶促反应的规律是酶学研究中一个既有理论意义又有实践价值的课题。

三、实验内容
各实验小组可任选下列一项内容进行实验设计
1、胰蛋白酶的动力学研究
2、溶菌酶的动力学研究
3、过氧化氢酶的动力学研究
4、过氧化物歧化酶的动力学研究
酶动力学研究的内容包括以下几点：
①底物浓度对酶水鲜速度的影响——Km测定。
②酶浓度对酶促反应速度的影响。
③激活剂和抑制剂对酶反应速度的影响。
④温度和pH值对酶反应速度的影响。

四、实验报告
1、底物浓度与反应速度的关系曲线，某一酶Km值。
2、绘制酶的各项动力学曲线（抑制作用曲线，反应温度曲线，反应pH曲线等）并分析讨论。


Nature：蛋白酶动力学结构新解 
来源：  

 
Brandeis大学发表在本周《Nature》上的一项研究加深了人们对蛋 
白的动力学特性的一些基本认识，并且认为这些酶比以前想象的更具有可变性， 
即更具有可塑性。这项基于核磁共振（NMR）的实验可能启发人们更加关注于如何 
通过将酶和动 力学靶标结合来改善理性药物设计。 
Brandeis大学生物物理学家Dorothee Kern， 
其也是哈佛霍金斯医学研究所的研究员，说到 
目前为止，这项研究第一次将酶的低能量状态 
和较少出现的高能量状态与其功能相联系。 
这很重要，因为药物会找寻稀有的较少出现的 
靶酶来结合，停靠。Kern相信这项研究将使致 
力于阐明最终用于理性药物设计的高能态酶的 
结构研究新领域的科学家朝该领域前进一步。 
Kern解析道，这项研究改变了我们对蛋白如何 
发挥作用的认识范例。传统观点认为酶不行使功能时，其动力学变化不大，只有 
在其活性状态时，也就是催化时，动力学特性才有大的改变。我们现在所知道的 
是没有静息态，即使缺少底物，在催化前，许多原子也固定地运动，这也是这些 
酶的本质特性。 
Kern――在1989年柏林墙倒掉之前是东德国家队的篮球运动员，后来是联邦德国 
的职业球员，解析说，这很像篮球比赛，选手们一直有策略地带球或者不带球运 
动。自然界已经使这些生物分子进化以至于它们能持续地在固定方向运动，有助 
于它们在有底物和没有底物时起作用。 
这项研究包括用NMR技术研究亲环蛋白A酶――从酵母到人体中都发现其存在的高 
保守的蛋白，在人类HIV的复制中也起作用。阐明亲环蛋白A在人体中的作用将是 
开发阻断其毒力，而且不用干扰正常细胞功能的药物的一个重要一步。 
Kern总结道，生命的基本原理就是分子随时间持续改变，意即动力学的含义。 


米氏方程大约在1913年左右提出，是表示一个酶促反应的速度与底物浓度关系的数学方程，该方程的提出为研究人员深入认识酶催化生物反应速度的机理提供了一种系统的方法。传统上，米氏方程动力学描述的是分子数量为1015的集体分子的行为。然而，对集体分子行为的描述忽略了单个分子的行为。在2006年2月出版的《自然—化学生物学》上，研究人员报告说米氏方程实际上一直在单分子水平上是有效的。

　　Sunney  Xie和同事使用单分子方法来确定酶在单个体时与集体时的作用有何不同。他们的研究证实了米氏方程实际上描述的是单分子水平的酶促动力学，这也强调了酶分子的个性特征。

　　为了研究相同的动力学是否适合于单个酶分子，Xie和同事将一种模式酶——β半乳糖苷酶吸附到固体表面上，再移送到单个分子上，然后通过显微镜观察酶将底物转化为荧光产物的过程。经过许多次的观察，他们发现随着时间的过去，每个分子都在重复米氏方程的动力学过程。然而，他们的数据也表明在任何给定的时间里，单个酶分子会采用各种不同的分子形状，每种形状都有不同的功能。

　　新研究显示，单个酶分子形状的变化对细胞来说可能是很重要的，因为细胞中的每种酶都有几种不同的类型。明显地，单分子酶的奇异多变左右了细胞的表现。