第9章 酶促反应动力学.ppt

第九章 酶促反应动力学 主要内容 底物浓度对酶促反应速率的影响酶的抑制作用温度对酶促反应的影响pH对酶促反应的影响激活剂对酶促反应的影响 9 1底物浓度对酶促反应速率的影响 酶促反应中 如果 S 大大过量 V与 E 的关系如何 实际情况下 E 稳定 而 S 变化 V与 S 的关系如何 S E P E 9 1 1中间络合物学说 1903年Henri用蔗糖酶水解蔗糖实验研究底物浓度与反应速率的关系 S 为解释此现象 提出了中间络合物学说S E ES P E A B C 1913年 MichaelisandMenten根据中间复合物学说提出米氏方程 S E ES 分解为产物的逆反应忽略不计 Vmax S Ks S 1925年 BriggsandHaldane提出了稳态理论 对米氏方程做出了重要的修正 E S ES k1 k2 ES E P k3 k4 1 2 ES 不仅与 1 有关 也与 2 有关 9 1 2米氏方程的推导 E S ES E P k1 k2 k3 k4 当反应系统中ES的生成速率与降解速率相等时 络合物ES的浓度保持不变 即达到稳定状态即 9 1 2米氏方程的推导 在反应初始阶段时 E P ES的速率极小 可以忽略不计 E S ES 于是ES的生成速率可表示为 通常 S E 即 S ES S ES分解速率与ES S E和ES P E有关 于是ES的分解速率可表示为 9 1 2米氏方程的推导 达到动态平衡时 ES生成与分解速率相等 9 1 2米氏方程的推导 因为酶反应速率 与 ES 成正比 即 k3 ES 9 1 2米氏方程的推导 9 1 2米氏方程的推导 根据米氏方程 1 当 S Km时 v Vmax 此条件下可正解测得酶活力 3 当 S Km时 v Vmax 2 v Vmax S Km K S 9 1 3Km的意义 1 Km是酶的特性常数Km的大小只与酶的性质有关 而与酶浓度无关 但与底物 温度 pH及离子强度有关 2 Km可判断酶的专一性和天然底物Km最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物 1 km近似表示酶与底物的亲和力 3 当k3 k2时 Km k2 k1 Km Ks 解离常数 严格地说是1 Ks表示酶与底物的亲和力 当k3极小时 1 Km才表示酶与底物的亲和力 9 1 3Km的意义 9 1 3Km的意义 4 已知Km可求在某一底物浓度时的反应速率如当 S 4Km时 V 80 Vmax 当 S 10Km时 V 91 Vmax5 Km可帮助推断某一代谢反应的方向和途径 9 1 4Vmax和K3的意义 1 在一定酶浓度下 酶对特定底物的Vmax也是一常数 同一种酶对不同的底物的Vmax不一样 pH 温度和离强度等也会影响Vmax的值 2 当 S 很大时 Vmax k3 E k3是一级反应速率常数 因此k3表示当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的分子数 又称转换系数 TN 或催化常数 Kcat Kcat越大 表示催化效率越高 9 1 4Vmax和K3的意义 3 生理条件下S Km Vmax kcat E 代入米氏方程v kcat E S Km S kcat E S Km得出 v kcat Km E S kcat Km为 E 和 S 反应形成产物的表观二级速度常数 单位 L mols kcat Km大小可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效率 9 1 5Km和Vmax的求法 Lineweaver Burk双倒数作图法Eadie Hofstee作图法Hanes Woolf作图法Eisenthal Cornish Bowden直接线性作图法 9 1 5Km和Vmax的求法双倒数作图法 0 9 1 5Km和Vmax的求法Eadie Hofstee作图法 0 9 1 5Km和Vmax的求法Hanes Woolf作图法 S 9 1 5Km和Vmax的求法直接线性作图法 例题 为了确定某酶的催化反应的初速度的底物依赖关系 制备了一系列的l00ml含有不同底物浓度的反应混合物 向每个混合物加入相同量的酶后便开始反应 通过测定每单位时间 分钟 所形成的产物量而获得催化反应的初速度 其结果如下表所示 把表中的数据绘制成图 在给出的酶量下的Vmax是多少 根据米氏方程 用Vmax 和 S 推演出Km的代数表达式 计算每个反应混合物的Km Km值取决于底物浓度吗 当底物浓度为0 1mol L 1和l l0 7mol L 1时 计算它们的初速度 反应混合物保温2分钟后确定反应的初速度 当初始底物浓度为1 10 2mol L 1时 计算产物的生成量 在2分钟后底物总量的百分之几被转换 9 2酶的抑制作用 酶的失活与抑制的区别酶抑制程度的表示方法酶抑制作用的类型可逆与不可逆抑制作用的鉴别可逆抑制作用动力学一些重要的抑制剂 9 2酶的抑制作用 9 2 1酶的失活与抑制的区别凡是使酶蛋白质变性而引起酶活力丧失的作用称为失活作用 由于酶必需基团化学性质的改变 但酶未变性 而引起酶活力的降低或丧失而称为抑制作用 9 2 2酶抑制程度的表示方法 相对活力分数相对活力百分数抑制分数抑制百分数 a vi vo a vi vo 100 i 1 a 1 vi vo i 1 a 100 1 100 vi vo 9 2 3酶抑制作用的类型 不可逆抑制作用 Irreversibleinhibition 抑制剂与酶的必需基团以共价键相结合引起酶活力丧失 不能用透析 超滤等物理方法去除抑制剂的影响 可逆抑制作用 Reversibleinhibition 抑制剂与酶的必需基团以非共价键相结合引起酶活力下降或丧失 能用物理方法去除抑制剂的影响 它分为三种 竞争性抑制 非竞争性抑制和反竞争性抑制 酶的竞争性抑制作用 大部分竞争性抑制剂 competitiveinhibitor 与底物结构类似 因此能与酶活性部位结合 与酶形成可逆的EI复合物 但EI不能分解成产物P 酶反应速率下降 它可以通过增加底物浓度而解除 如丙二酸和戊二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂 酶的竞争性抑制作用 酶的竞争性抑制作用 酶的非竞争性抑制作用 底物和抑制剂同时和酶结合 两者无竞争作用 I与S结构无共同之处 酶活性降低或被抑制 不能用增加底物浓度来解除抑制 酶的非竞争性抑制作用 酶的反竞争性抑制作用 酶只有与底物结合后才能与抑制剂结合 L Phe L Arg等对碱性磷酸酶的作用是反竞争性抑制 肼类化合物抑制胃蛋白酶 氰化物抑制芳香硫酸酯酶的作用也属此类 9 2 4可逆与不可逆抑制的鉴别 9 2 5 竞争性抑制作用动力学 9 2 5 竞争性抑制作用动力学 9 2 5 非竞争性抑制作用动力学 9 2 5 反竞争性抑制作用动力学 9 2 5 Dixon作图法求Ki 9 2 6一些重要的酶抑制剂 不可逆抑制剂 非专一性抑制剂 有机磷化合物 有机汞砷化合物 重金属盐 氰化物 硫化物 CO 青霉素等专一性抑制剂 TLCK 对甲基苯磺酰 L 赖氨酰氯甲酮 卤代 D Ala是丙氨酸消旋酶的抑制剂可逆抑制剂 磺胺药 如对氨基苯磺酰胺 9 2 6一些重要的酶抑制剂 二异丙基氟磷酸 抑制胆碱酯酶活性 使乙酰胆碱不能被分解成乙酸和胆碱 引起乙酰胆碱的积累 使神经处于过渡兴奋状态 因此此类化合物又称神经毒气 9 2 6一些重要的酶抑制剂 有机磷化合物 抑制蛋白酶或酯酶活性 萨林 9 2 6一些重要的酶抑制剂 有机砷化合物 与酶的巯基结合而抑制活性 9 2 6一些重要的酶抑制剂 苯甲脒是胰蛋白酶的竞争性抑制剂 苯甲脒 9 2 6一些重要的酶抑制剂 对氨基苯磺酰胺是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂 在细菌中催化对氨基苯甲酸合成二氢叶酸 对氨基苯甲酸 对氨基苯磺酰胺 磺胺类药物可与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶 影响FH2的合成 导致细菌生长繁殖受抑制 达到治病效果 9 2 6一些重要的酶抑制剂 过渡态底物类似物作为酶的竞争性抑制剂 腺苷 次黄嘌呤腺苷 羟化嘌呤核苷 9 2 6一些重要的酶抑制剂 过渡态底物类似物作为酶的竞争性抑制剂 酵母醛缩酶反应 磷酸乙二醇羟胺 9 3温度对酶反应的影响 9 3温度对酶反应的影响 9 4pH对酶反应的影响 1 影响酶蛋白构象 甚至失活2 影响底物 酶 中间产物的解离状态3 影响侧链基团的解离 从而影响酶活性中心 9 4pH对酶反应的影响 9 5激活剂对酶反应的影响 酶激活剂 简单有机物或无机小分子 如Mg2 是多数激酶及合成酶的激活剂 Cl 是唾液淀粉酶的