酶的作用机制

二 米 曼氏方程式 中间产物 米氏方程的理论依据 中间产物学说 k4 1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式 即米 曼氏方程式 简称米氏方程式 Michaelisequation S 底物浓度V 不同 S 时的反应速度Vmax 最大反应速度 m 米氏常数 当反应速度为最大反应速度一半时 1 Km值的推导 Km S Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度 单位是mol L 2 Km与Vmax的意义 Km值 Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度 Vmax 是酶完全被底物饱和时的反应速度 与酶浓度成正比 Km是酶的特征性常数 在温度 PH 离子强度恒定时 Km只与酶和底物的性质有关 与酶浓度 E 无关 Km值表示酶与底物之间的亲和程度 Km值大表示亲和程度小 酶的催化活性低 Km值小表示亲和程度大 酶的催化活性高 Km的意义 同一酶对于不同底物有不同的Km值 Km最小的底物是酶的最适底物 Km可帮助判断某代谢反应的方向和途径 催化可逆反应的酶对正 逆两向底物Km不同 Km较小者为主要底物 乳酸脱氢酶 1 7 10 5 丙酮酸脱氢酶 1 3 10 3 丙酮酸脱羧酶 1 0 10 3 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA 乙醛 丙酮酸浓度较低时 代谢哪条途径决定于Km最小的酶 一底物多酶反应 双倒数作图法 doublereciprocalplot 又称为林 贝氏 Lineweaver Burk 作图法 林 贝氏方程 3 m值与 max值的测定 双倒数作图法 在底物浓度较低时 即 S 很小 Km S Km S Km V Vmax Km S k S 反应速度与底物浓度成正比 符合一级反应 在底物浓度很高时 S 很大 S KmKm S S V Vmax S Vmax反应速度与底物浓度无关 符合零级反应 当反应速度等于最大反应速度Vmax的一半时 即v 1 2Vmax时 Km S 4 米氏方程的讨论 二 酶浓度对反应速度的影响 当 S E 所有酶被底物饱和形成ES复合物 关系式为 V K3 E 反应速度与酶浓度成正比 双重影响温度升高 酶促反应速度升高 酶的本质是蛋白质 温度升高 可引起酶的变性 从而反应速度降低 最适温度酶促反应速度最快时的环境温度 三 温度对反应速度的影响 通常 动物体内酶的最适温度在35 40 植物体内酶的最适温度在40 50 酶活性 0 5 1 0 2 0 1 5 0102030405060 温度 C 温度对淀粉酶活力的影响 最适温度 低温的应用 种质保存 人工杂交授精过程 1 最适pH酶具有最大的催化活性的PH 通常称为最适pH 四 pH对反应速度的影响 过酸 过碱能使酶本身失活 变性 pH改变影响酶分子活性部位基团的解离 与底物结合能力下降 pH改变也影响底物分子的解离 以及中间产物ES的解离 从而影响反应速率 2 pH改变影响酶活力的机制 五 激活剂对酶反应的影响 定义 凡是能提高酶活性的物质都称为酶的激活剂 其中大部分是一些无机离子和小分子简单有机物 Cl 是唾液淀粉酶的激活剂Mn2 是醛缩酶的激活剂Mg2 是RNAse的激活剂Mg2 Mn2 Co2 是羧化酶的激活剂 2 举例 一般情况下 一种激活剂对某种酶是激活剂 而对另一种酶则起抑制作用 对于同一种酶 不同激活剂浓度会产生不同的作用 3 激活剂的作用方式 这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合 可能是酶活性部位的组成部分 也可能作为辅酶或辅基的一个组成部分起作用 4 激活剂的特点 六 抑制剂对酶作用的影响 使酶的必需基团或酶活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力的物质叫抑制剂 常用I inhibitor 表示 其作用称为抑制作用 1 定义 2 抑制剂与酶的变性剂的区别 抑制剂对酶有一定选择性引起变性的因素对酶没有选择性 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点 a 在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似 b 能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物 4 抑制作用的类型 不可逆性抑制 irreversibleinhibition 可逆性抑制 reversibleinhibition 竞争性抑制 competitiveinhibition 非竞争性抑制 non competitiveinhibition 反竞争性抑制 uncompetitiveinhibition 1 不可逆抑制作用定义 抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合 引起酶的永久性失活 I与E的结合为不可逆反应 不能用透析法除去I而使酶恢复活力 举例有机磷化合物 羟基酶解毒 解磷定 PAM 重金属离子及砷化合物 巯基酶解毒 二巯基丙醇 BAL 有机磷化合物对羟基酶的抑制 2 可逆性抑制作用 概念抑制剂以非共价键与酶或酶 底物复合物可逆性结合 使酶的活性降低或丧失 抑制剂可用透析 超滤等方法除去 竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制 类型 定义 抑制剂与底物的结构相似 能与底物竞争酶的活性中心 从而阻碍酶底物复合物的形成 使酶的活性降低 竞争性抑制作用 机制 可能是由于底物与抑制剂结合在酶分子的同一部位上 也可能是由于底物或抑制剂中的一个与酶结合后 而引起酶发生构象变化 产生不利于与另一个结合的构象 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同 I与S结构类似 竞争酶的活性中心 动力学特点 Vmax不变 表观Km 有竞争性抑制剂存在时 Km 是原Km的1 I Ki倍 而且Km 值将随 I 的增加而增大 抑制剂浓度越大 则抑制作用越大 但增加底物浓度可使抑制程度减小 竞争性抑制的特点 举例 1 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制 2 磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制 3 抗代谢物的抗癌作用 非竞争性抑制 抑制剂和底物可同时结合在酶的不同部位上 形成ESI三元复合物 形成的三元复合物不能发生化学反应 非竞争性抑制剂作用特点 C 动力学特点 Vmax 表观Km不变 a 抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合 b E与S或I的结合互不相关 但三元复合物均不能分解为产物 反竞争性抑制 抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合 使ES的量下降 反竞争性抑制特点 抑制剂不能与游离的酶结合 只与ES结合 必须有底物存在 抑制剂才能对酶产生抑制作用 抑制程度取决与 I 及 S 动力学特点 Vmax 表观Km 抑制剂 1