酶促反应动力学(1)ppt课件

1、第第9 9章章 酶促反响动力学酶促反响动力学研讨酶促反响的速率以及影响速率的各种要素研讨酶促反响的速率以及影响速率的各种要素底物浓度对酶反响速率的影响底物浓度对酶反响速率的影响 米氏方程米氏方程酶的抑制造用酶的抑制造用环境要素对酶反响的影响环境要素对酶反响的影响 1 底物浓度对酶反响速率的影响1.1米氏学说的提出米氏学说的提出 酶有被底物所饱和的景象酶有被底物所饱和的景象双曲线双曲线 酶酶-底物复合物学说底物复合物学说(Enzyme-substrate complex)1903年，年，Herin-Wurtz 快速平衡学说快速平衡学说1913年年Michaelis和和Menten 提出米氏方程提

2、出米氏方程Ks为为ES的解离常数的解离常数Maud Menten1879-1960Leonor Michaelis1875-1949 稳态实际稳态实际Steady State Briggs and Haldane in 1925Km=k2+k3/k1修正修正Michaelis-Menton EquationKm 米氏常数米氏常数 Vmax 最大反响速率最大反响速率3个假设个假设:1底物大过量，即底物大过量，即SE2P浓度极小，忽略浓度极小，忽略 这步反响这步反响ESE + Pk43稳态假设：稳态假设：ES的生成速度和的生成速度和ES的分解速度的分解速度相等，相等， ES 为常数，到达稳态。为常

3、数，到达稳态。1.2 米氏方程式的推导酶促反响分两步进展：酶促反响分两步进展：第一步：酶与底物作用，构成酶第一步：酶与底物作用，构成酶- -底物复合底物复合物。物。第二步：第二步：ESES复合物分解构成产物，释放出游复合物分解构成产物，释放出游离酶。离酶。酶与底物生成酶与底物生成ES的速度为：的速度为：注：ES分解的速度为：分解的速度为：当整个反响体系处于稳态时，当整个反响体系处于稳态时，ESES生成生成速度速度V1V1等于等于ESES分解速度分解速度V2V2： 令: 将将2代入代入1 用用Et代表酶的总浓度，那么代表酶的总浓度，那么得：得：将将4 4代入代入3 3酶促反响速度酶促反响速度v取

4、决于取决于ES转换为转换为E+P的速度的速度得：得：当反响体系中的底物浓度极大，而使一切的酶分子都当反响体系中的底物浓度极大，而使一切的酶分子都以以ES方式存在时，反响速度到达最大值即最大反响方式存在时，反响速度到达最大值即最大反响速度，速度，V。得：得： 将将6代入代入5米氏方程式米氏方程式Km-米氏常数米氏常数Michaelis-Menton constant阐明当知阐明当知Km和和Vmax时，酶反响速率与底物浓度时，酶反响速率与底物浓度的定量关系。的定量关系。Km的物理意义的物理意义Km值是当酶反响速度为最大反响速度一半时的底值是当酶反响速度为最大反响速度一半时的底物浓度。物浓度。单位是

5、底物浓度的单位，普通用单位是底物浓度的单位，普通用mol/L或或mmolL表示。表示。计算：底物浓度计算：底物浓度反响速度反响速度底物浓度较低时，底物浓度较低时， SKm，米氏方程中，米氏方程中，Km可以忽略可以忽略不计，得不计，得 反响速度与底物浓度无关，反响速度与底物浓度无关， 符合零级反响符合零级反响测定酶活力测定酶活力1.3米氏常数的意义米氏常数的意义 Km是酶的一个特征常数。是酶的一个特征常数。Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。鉴别酶：鉴别酶：25，最适，最适pH的的Km值值 Km可以判别酶的专注性和天然底物。可以判别酶的专注性和天然

6、底物。酶的最适底物或天然底物：酶的最适底物或天然底物： Km值最小的底物值最小的底物酶对底物亲和力的大小：酶对底物亲和力的大小：1/ Km 最适底物的亲和力最适底物的亲和力1/ Km最大，最大， Km最小最小,达最大反达最大反响速率一半时所需求的底物浓度愈小。响速率一半时所需求的底物浓度愈小。1.4 米氏常数的求法米氏常数的求法双倒数作图法双倒数作图法Lineweaver-BurkLineweaver-Burk作图法作图法以以1 1SS为横坐标，为横坐标， 以以1 1v v为纵坐标作图为纵坐标作图 缺陷：缺陷：实验点过于集中于直线的左端，实验点过于集中于直线的左端，作图不易非常准确。作图不易非

7、常准确。2 酶的抑制造用酶的抑制造用2.1 抑制造用抑制造用失活作用失活作用inactivation：酶蛋白：酶蛋白变性而引起活力丧失。变性而引起活力丧失。 变性剂对酶无选择性。变性剂对酶无选择性。抑制造用抑制造用inhibition：酶的必需：酶的必需基团化学性质的改动，引起酶活力基团化学性质的改动，引起酶活力降低或丧失。但酶未变性。降低或丧失。但酶未变性。 一种抑制剂只能使一种酶或一类酶一种抑制剂只能使一种酶或一类酶产生抑制造用。产生抑制造用。不可逆的抑制造用不可逆的抑制造用irreversible inhibition：抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活力抑制剂与酶的必需基团以共

8、价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。而使酶复活。可逆的抑制造用可逆的抑制造用reversible inhibition ：抑制剂与酶的必需基团以非共价键结合而引起酶活抑制剂与酶的必需基团以非共价键结合而引起酶活力丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂力丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。而使酶复活。可逆的抑制造用：可逆的抑制造用： 竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。2.2 分类分类根据抑制剂与酶作用方根据抑制剂与酶作用方式及能否可逆式及能否可逆2.3

9、2.3 竞争性抑制造用竞争性抑制造用competitive competitive inhibition)inhibition) 概念：抑制剂与底物竞争酶的结合概念：抑制剂与底物竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常部位，从而影响了底物与酶的正常结合。结合。最常见的一种可逆抑制造用。最常见的一种可逆抑制造用。 缘由：缘由：抑制剂与底物的构造类似，与酶可构抑制剂与底物的构造类似，与酶可构成可逆的复合物，但此复合物不能成可逆的复合物，但此复合物不能够分解成产物，酶反响速率下降。够分解成产物，酶反响速率下降。 添加底物浓度可解除这种抑制。添加底物浓度可解除这种抑制。动画 竞争性抑制的特征竞争性抑

10、制的特征 a a 反响式：反响式：EI + SESIb动力学方面动力学方面 : Vmax不变，但不变，但Km增大增大 。 竞争性抑制的临床应意图义竞争性抑制的临床应意图义 磺胺类药物：对氨基苯磺酰胺磺胺类药物：对氨基苯磺酰胺磺胺类药物有抑制细菌生长繁衍的作用，而不损伤人和磺胺类药物有抑制细菌生长繁衍的作用，而不损伤人和畜禽。畜禽。叶酸和二氢叶酸是四氢叶酸的前体。二氢叶酸合成酶叶酸和二氢叶酸是四氢叶酸的前体。二氢叶酸合成酶PABA人：人： 叶酸叶酸 食物食物FH2FH4叶酸复原酶叶酸复原酶FH2复原酶复原酶细菌：细菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4FH2复原酶复原酶对氨基苯磺胺与对氨基苯

11、磺胺与PABA两者竞争两者竞争FH2合成酶合成酶细菌：细菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4抗菌增效剂抗菌增效剂TMP与与FH2类似，抑制细菌类似，抑制细菌FH2复原酶复原酶细菌：细菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4FH2复原酶复原酶2.4 非竞争性抑制造用非竞争性抑制造用 noncompetitive inhibition概念：底物和抑制剂同时与酶结合，两者没概念：底物和抑制剂同时与酶结合，两者没有竞争作用。有竞争作用。抑制剂抑制剂I和底物和底物S可以同时结合在酶分可以同时结合在酶分子子E的不同部位上，构成的不同部位上，构成ESI三元复合物。三元复合物。但是，中间产物但是，中间

12、产物ESI三元复合物不能进一步三元复合物不能进一步分解为产物分解为产物,酶活力降低。酶活力降低。动画缘由缘由抑制剂的构造可与底物毫无相关之处抑制剂的构造可与底物毫无相关之处 如亮氨酸是精氨酸的一种非竞争性抑制剂如亮氨酸是精氨酸的一种非竞争性抑制剂 参与大量底物不能解除非竞争性抑制剂对酶活性参与大量底物不能解除非竞争性抑制剂对酶活性的抑制。这是不同于竞争性抑制的一个特征。的抑制。这是不同于竞争性抑制的一个特征。 特征特征a反响式反响式 b动力学方面：Vmax降低，但Km值不改动。2.5 反竞争性抑制反竞争性抑制uncompetitive inhibition概念概念酶只需与底物结合后，才干与抑制

13、剂酶只需与底物结合后，才干与抑制剂结合。与抑制剂结合后的三元复合结合。与抑制剂结合后的三元复合物不能构成产物。物不能构成产物。特征特征a反响式：反响式：b动力学方面：动力学方面： Vmax和和Km值均降低。值均降低。P373E+IEI 有机磷化合物有机磷化合物 POOXOR1R2POOXR2R1或或 化学构造通式化学构造通式: R1、R2 : 烷基烷基 ; X: -F等等2.6 不可逆抑制不可逆抑制irreversible inhibition有机磷化合物有机磷化合物:与酶活直接相关的丝氨酸上的羟基结实结合，与酶活直接相关的丝氨酸上的羟基结实结合， 从而抑制某些蛋白酶及酯酶。从而抑制某些蛋白酶

14、及酯酶。神经毒气神经毒气DFP 、有机磷杀虫剂、有机磷杀虫剂E-S H +COOHHgCl有机汞、有机砷化合物有机汞、有机砷化合物 与酶中的半胱氨酸残基的巯基作用，抑制含巯基的酶与酶中的半胱氨酸残基的巯基作用，抑制含巯基的酶COOHHgSE+ HCl重金属盐重金属盐如含如含Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等金属盐能使大多数酶失活等金属盐能使大多数酶失活烷化试剂烷化试剂例例 ICH2COOH，ICH2CONH2等等 E-S H + I CH2COOHE-S-CH2COOH + HI 青霉素青霉素糖肽转肽酶：在细糖肽转肽酶：在细菌细胞壁合成中使菌细胞壁合成中使肽聚糖链交联。肽聚糖链交联。与活性

15、部位丝氨酸与活性部位丝氨酸羟基共价结合，使羟基共价结合，使酶失活，影响肽聚酶失活，影响肽聚糖链交联，导致细糖链交联，导致细菌细胞壁合成受阻，菌细胞壁合成受阻，细菌生长被损害。细菌生长被损害。温度温度pH值值激活剂激活剂抑制剂抑制剂3 环境要素对酶反响的影响环境要素对酶反响的影响 温度对酶反响的影响温度对酶反响的影响最适温度最适温度optimum temperature ：受底物的种类、浓度：受底物的种类、浓度, 溶液的离子强度溶液的离子强度, pH, 反响时间等的影响。反响时间等的影响。 pH pH对酶反响的影响对酶反响的影响反反应应速速度度pH最最 适适 p pH H68100反响速度反响速

16、度pH最适最适pHoptimum pH:遭究竟物的种类、浓度、遭究竟物的种类、浓度、 缓冲液缓冲液的种类等影响。的种类等影响。胃蛋白酶过氧化氢酶精氨酸酶phosphatase碱性磷酸酶胃黏膜 激活剂对酶反响的影响激活剂对酶反响的影响激活剂激活剂activator)：凡是能提高酶活性的物质。：凡是能提高酶活性的物质。金属离子：如金属离子：如Na+、K+、Mg2+、Ca2+Zn2+、Fe2+等。等。 无机离子无机离子阴离子：如阴离子：如Cl-、Br-等等氢离子氢离子选择性选择性 有的金属离子可以相互替代有的金属离子可以相互替代 有的离子间有拮抗作用有的离子间有拮抗作用浓度要适中浓度要适中 有机分子有机分子某些复原剂如某些复原剂如Cys、GSH等等EDTA 具有蛋白质性质的大分子具有蛋白质性质的大分子无活性的酶原无活性的酶原激活作用激活作用有活性的