第9章酶促反应动力学

1、2009.7.290 第9章 酶促反应动力学 q酶促反应动力学 研究各种因素对酶促反应速度的影响。 q影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。 一、底物浓度对反应速度的影响 二、酶浓度对反应速度的影响 三、温度对反应速度的影响 四、 pH对反应速度的影响 六、抑制剂对反应速度的影响 五、激活剂对反应速度的影响 v单底物、单产物反应 v酶促反应速度用单位时间内底物 的消耗量和产物的生成量来表示 v反应速度取其初速度，即底物的 消耗量很小（一般在5以内）时 的反应速度 S P 一、底物浓度对反应速度的影响 矩形双曲线 底物浓度 /S 反应速度 (v) V 与S呈线性( 一

2、级）关系 V 与S无关系 V =K1S1,K1速率常 数 V =K2S0,K2速率 常数 （一）米曼氏方程式 中间产物学说 E + S k1 k2 k3 ESE + P 1902年，Brown和Henor发现了这一特殊的动力 学规律，并提出了酶与底物存在一中间络合物 的假设。 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 ( M i c h a e l i s equation)。 V Vmax maxS S K Km m + S + S 米曼氏方程式推导基于两个假设： 反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆

3、反应可 不予考虑。 S S超过E E，S S的变化可忽略不计。 E + S k1 k2 k3 ESE + P 反应过程中，反应中间产物ESES存在稳态 酶促反应速度的饱和现象，酶的最大反应速度 Vm= KVm= K3 3 E ETotal Total 米氏方程推导如下 v= K3ES (1)式 E + S K1 K2 v1=v+v2 即 K1SE = K2ES + K3ES ES = = ES=ES= ,令Km= (K2+K3)/ K1 ，有 E + P K3 E S K1E S(K2+K3 ) v2= K2ES v1=K1SE (2)(2)式 ESES KmKm ESES存在稳态 由酶促反应

4、的饱和现象 知Vmax= K3 ET ET=(ES+E) (4)式 将(1)和(3)式代入(4)式整理得 v = 式(4)和(5)是米氏方程的不同形 式 E = ESK m S (3)(3)式 ( 6 ) VmS (Km m+S ) (5 ) Vmax= K3 ES(S+Km ) S v= K3ES(1)v= K3ES(1) 关于米氏方程的讨论 (1)由米氏方程知，酶促反应初速度v 与底物浓度S的关系曲线为直角双 曲线，此双曲线的二个渐近线为 v=Vmax和S= -Km Km m v S Vmaxmax -Km m Vmaxmax 1 2 VmaxS Km + S (续) (2)当底物浓度较低

5、时，（SKm m， 当ET 浓度不变时, Km m+SS,所以v=Vm mS, 为零 级反应。 V Vmax maxS S K Km m + S + S 当v=Vmax/2时 KmS 1. 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 + S Vmax VmaxS （二）K Km m与V Vmax max的意义 V Vmax maxS S K Km m + S + S 2. Km可近似表示酶对底物的亲和力； =K m k1 k3k2+ 当K2 K3时， Km Ks E + S k1 k2 k3 ESE + P 3.Km是酶的特征性常数之一 与酶及底物种类

6、有关，与酶浓度无关，可以鉴定酶。 同一个酶有几种底物就有几个Km m值， Km m值最小的底物一般称为该酶的最适底物 4. Vmax 定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度， 与酶浓度成正比。 意义：Vmax=K3 Et 如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转 换数(turnover number)，即动力学常数K3。 酶被底物饱和时每一酶分子或每一活性部位在 单位时间内被转变为产物的底物分子数 vVmax=0.5mol/min, 1 g纯酶 （Mr:92000) v求转换数 Vmax=KVmax=K3 3 E Et t 0.5/60 1/92000 K 766.7766.7 S S-1

7、 -1 酶被底物饱和时酶分子在每秒内被转变为产物 的底物分子数 （三）m值与max值的测定 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏 (Lineweaver- Burk)作图法 （林贝氏方程） V max v 1 = K m . 1 S + V max 1 双倒数作图法 Vmax v 1 = Km . 1 S + Vmax 1 Eadie-Hofstee作图法 Hanes-woolf作图法 Vmax v 1 = Km . 1 S + Vmax 1 二、酶浓度对反应速度的影响 当SE， 反应速度与酶 浓度成正比。 0 V E 关系式为：V = K3 E q双

8、重影响 三、温度对反应速度的影响 q最适温度 (optimum temperature)： 酶促反应速度最 快时的环境温度。 * * 低温的应用 酶 活 性 0.5 1.0 2.0 1.5 0 10 20 30 40 50 60 温度 C 四、 pH对反应速度的影响 0 酶 活 性 pH 胃蛋白酶 淀粉酶 胆碱酯酶 246810 1.过酸、过碱使酶 本身变性失活 2.pH改变能影响酶 分子活性部位上有 关基团的解离 3.pH能影响底物的 解离状态 总之，以上2、3两 点均可影响酶与底 物间的诱导契合 酶 最适 pHpH 胃蛋白酶 1.81.8 过氧化氢酶 7.67.6 胰蛋白酶 7.77.7

9、延胡索酸酶 7.87.8 核糖核酸酶 7.87.8 精氨酸酶 q最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大时的环境pH。 五、激活剂对反应速度的影响 激活剂(activator) 能够提高酶活性的物质。 大多数是无机离子，包括金属阳离子和 无机阴离子 小分子有机物（还原剂、螯合剂） 蛋白酶（激活酶原） 六、抑制剂对反应速度的影响 酶的抑制剂(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起 酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因 素对酶没有选择性 抑制作用的类型 不可逆性抑制 (irreversible inhibition) 可逆

10、性抑制 (reversible inhibition)： 竞争性抑制 (competitive inhibition) 非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition) 可逆抑制作用和不可逆抑制用的鉴别 不可逆 抑制作 用 可逆 抑制 作用 无 抑 制 剂 (一) 不可逆性抑制作用 * 概念 抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需 基团相结合，使酶失活，不能用透析、超滤等 方法予以除去。 * 举例 有机磷化合物 羟基酶 胆碱酯酶 催化乙酰胆碱 水解的羟基酶 我国生产和使用的有机磷农 药大多数属于高毒性及中等

11、 毒性。有很多种，如对硫磷 （16051605）、甲拌磷（39113911） 、乐果、敌敌畏等 + E OH RO P O X RO RO P O O RO E + HX 有机磷化合物 磷酰化酶酸 E OH OR P O OR N CH3 CHNOH + N CH3 CHNO + 解磷定 羟基酶 有机磷化合物对羟基酶的抑制 （二） 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 1. 竞争性抑制作用 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

12、物复合物的形成， 使酶的活性降低。 Vmax= K3 ET 竞争性抑制 竞争性抑制作用 ：抑制剂和底物竞争与酶结合，当抑制 剂与酶结合后，就妨碍了底物与酶的结合，减少了酶的 作用机会，因而降低了酶的活力。这种作用称为竞争性 抑制作用 EI复 合物 ES复合物 竞争性抑制作用 米氏方程 设 则 式中Km称为表 观Km * * 特点 抑制程度取决 于抑制剂与酶 的相对亲和力 及S； 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。 抑制剂 无抑制剂 1/v 1/S VS max V I K(1) S m Ki K 111 m VVSV maxmax * * 举例 1

13、. 1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制 琥珀酸 琥珀酸脱氢酶 FADFADFADHFADH2 2 延胡索酸 CH2 C COOH 琥珀酸 COOH CH2 COOH 丙二酸 COOH H2 2. 磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制 Glu + H2NCOOH + 二氢蝶呤 FH2 FH4 H2NSO2NHR 磺胺药 氨甲蝶呤 PABA FH2还原酶 FH2合成酶 对氨苯甲酸 对氨基苯磺酰胺 2. 非竞争性抑制 抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与 抑制剂之间无竞争关系。 Vmax= K3 ET 非竞争性抑制 抑制剂的结合不影响底物的结合， 反之亦然 * 特点 抑制剂与酶活性 中心外的必需基 团结

14、合； 抑制程度取决于 I； 动力学特点： Vmax，表观 Km不变。 抑制剂 1/v 1/S 无抑制剂 ii K I11I1 m (1)(1) VVKSVK maxmax 表观Vmax 3. 3. 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。 Vmax= K3 ET 反竞争性抑制 * 特点 抑制剂只与 ES结合； 抑制程度取 决与I及 S； 动力学特点： Vmax，表观 Km。 抑制剂 1/V 1/V 1/S 1/S 无抑制剂 各种可逆性抑制作用 的比较 v一. 单项选择题 v1. 下面是谁提出的米-曼氏方程式 vA. 巴斯德 B. Thomas Cech C. Wa

15、tsson vD. Crick E. Leonor Michaelis和Maud L. Menten v2. 那一种情况可用增加S的方法减轻抑制程度 vA. 不可逆抑制作用 B. 竞争性抑制作用 C. 非竞争性抑制作用 vD. 反竞争性抑制作用 E. 无法确定 v3. 酶的竞争性抑制剂可以使 vA. Vmax减小，Km减小 B. Vmax增加，Km增加 vC. Vmax不变，Km增加 D. Vmax不变，Km减小 vE. Vmax 减小，Km，增加 v4. 下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂 vA. 有机磷化合物 B. 有机汞化合物 C. 有机砷化合物 vD. 氰化物 E. 磺胺类药物 v5. 别构酶的VS正协同效应的曲线是 vA.Z B. S C. 倒L D. L E.无法确定 v6. 假定Rs（酶与底物结合达90饱和度时的底物浓度）/(酶与底物结合达10饱和度时的底物浓度)， 则正协同效应的别构酶 vA. Rs81 B. Rs =81 C. Rs 81 D. Rs81 E. Rs81 v7. 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于 vA. 反竞争性抑制 B. 非竞争性抑制 C. 专一性抑制 vD. 非专一性抑制 E. 竞争性抑制 v10. 酶分子经磷酸化作用进行的化学修饰主要发生在其分子中哪个氨基 酸残基上 vA. Phe B. Cys C. Lys D. T