第五节 反应动力学ppt课件

1、一、酶的活力与测定一、酶的活力与测定二、影响酶作用的因素二、影响酶作用的因素一、酶的活力与测定一、酶的活力与测定P1041、酶活力、酶活力 检测酶含量及存在，很难直接用酶的检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量量”（质量、体积、浓度（质量、体积、浓度来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量，即用来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量，即用酶的活力表示。酶的活力表示。 酶活力：酶催化一定化学反应的能力；酶活力：酶催化一定化学反应的能力； 酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。反应速率愈大，酶的活力愈高；反之愈小

2、。反应速率愈大，酶的活力愈高；反之愈小。P105测定酶活力，应测定酶促反应的初速度。测定酶活力，应测定酶促反应的初速度。初速度与酶量呈线性关系，初速度代表制剂中酶的含量。初速度与酶量呈线性关系，初速度代表制剂中酶的含量。斜率斜率=P/ t = V 初速度初速度Pt2、酶促反应速度的测定、酶促反应速度的测定 酶反应速度可用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的生成量来表示。 在实验中底物经常是过量的，测定时不易准确，而产在实验中底物经常是过量的，测定时不易准确，而产物的生成是从无到有的，测定准确。物的生成是从无到有的，测定准确。非线性原因：非线性原因：底物浓度的降低；底物浓度的降低；产物浓度

3、增加加产物浓度增加加速逆反应进行；速逆反应进行；产物对酶抑制；产物对酶抑制；时间过长酶失活。时间过长酶失活。3、酶活力测定方法、酶活力测定方法 终点法中止反应法）终点法中止反应法）: 酶反应进行到一定时间酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。应物量的变化。 动力学法动力学法:连续测定反应过程中产物连续测定反应过程中产物/底物或辅酶底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。的变化量，直接测定出酶反应的初速度。4、酶活力的表示方法最适条件下25OC）活力单位活力单位active unit） 习惯单位习惯单位U）

4、: 底物底物(或产物或产物)变化量变化量 / 单位时单位时间间 酶的含量用每克制剂或每毫升酶制剂含多少酶单酶的含量用每克制剂或每毫升酶制剂含多少酶单位表示位表示U/g，U/ml） 国际单位国际单位IU）: 1moL底物或产物变化底物或产物变化量量 / 分钟分钟催量单位催量单位KatalKat）：转化）：转化1moL底物的酶量底物的酶量 / 秒秒比活力比活力=总活力单位总活力单位总蛋白总蛋白mg数数= U(或或IU) mg蛋白蛋白量度酶催化能力大小量度酶催化能力大小量度酶纯度量度酶纯度比活力比活力specific activity）kat与与IU的换算：的换算： 1 IU=16.6710-9 k

5、at* 1Kat =6107 IU酶活力的测定条件：足够的底物浓度、最酶活力的测定条件：足够的底物浓度、最适适pH、最适温度、适合的缓冲液、适量的、最适温度、适合的缓冲液、适量的激活剂及辅助成分、去除抑制剂、适合的激活剂及辅助成分、去除抑制剂、适合的终止反应及检测方法终止反应及检测方法 * *酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反应在规定条件下，酶促反应在单位时间反应在规定条件下，酶促反应在单位时间s s、minmin或或h h内生成一定量内生成一定量mgmg、gg、molmol等等的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。的产物或消耗一定数量的底物所需的酶

6、量。 二、影响酶作用的因素二、影响酶作用的因素P73（一底物浓度对反应速度的影响（一底物浓度对反应速度的影响 *单底物、单产物反应单底物、单产物反应 *酶促反应速度一般在规定的反应条件下，酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示量来表示 *底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度反应速度取其初速度，即底物的消耗量反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小一般在很小一般在5以内时的反应速度以内时的反应速度初速度初速度 酶促反应速度逐渐降低酶促反应速度逐渐降低 酶促反应的时间进展曲线酶促反应的时间进展曲线 在低底物浓度时在

7、低底物浓度时, , 反应速反应速度与底物浓度成正比，表度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。现为一级反应特征。02468 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 002 04 06 08 01 0 0C o n c e n tra tio n o f S u b s tra te (u m o l/L )Rate of Reaction(v)底物浓度当底物浓度达到一定当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度底物结合后，反应速度达到最大值达到最大值VmaxVmax），），此时再增加底物浓度，此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表反应速度不再增加，表现

8、为零级反应。现为零级反应。v 在其他因素不变的情况下，在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈底物浓度对反应速度的影响呈双曲线关系。双曲线关系。一级反应零级反应当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。反应为一级反应。利用中间络合物学说解释利用中间络合物学说解释随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。合级反应。当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应为零级反应两个假设：两个

9、假设：*E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，复合物的反应是快速平衡反应，而而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，反应速的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即度取决于慢反应即 Vk3ES。* S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的总浓度，因此在反应的初始阶段，的初始阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt。 中间产物中间产物E + S k1k2k3ESE + Pv1913年年Michaelis和和Menten提出反应速度与底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，简称米氏方程式式，简称米氏方程式(M

10、ichaelis equation)。S：底物浓度：底物浓度V：不同：不同S时的反应速度时的反应速度Vmax：最大反应速度：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数：米氏常数(Michaelis constant) VmaxS Km + S 米米- -曼氏方程解释：曼氏方程解释： 当当SSKmKm时，时，v=(Vmax/Km) S=NS, v=(Vmax/Km) S=NS, 即即v v 与与SS成正比。成正比。即当即当SSKmKm时，时， v v 与与SS成正比，符合一成正比，符合一级动力学。这时底物浓度低，酶没有全部被底级动力学。这时底物浓度低，酶没有全部被底物饱和，故

11、底物浓度低时不能正确测定酶活力。物饱和，故底物浓度低时不能正确测定酶活力。 当当SSKmKm时，时，v v VmaxVmax，即，即SS而而v v不变不变KmS Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxS km= （k2 +k3)/k1 当当k3 k2时，时， Km k2 / k1S + EESE + P km可以看作可以看作ES的解离常数的解离常数 ks ：km= ks = SEES当当km大，说明大，说明ES容易解离，酶与底物结合容易解离，酶与底物结合的亲和力小。的亲和

12、力小。k1k3k2米氏常数米氏常数KmKm的意义的意义 重要特征物理常数，与酶浓度无关。不同的重要特征物理常数，与酶浓度无关。不同的酶具有不同酶具有不同KmKm值；值； 物理意义：物理意义：KmKm等于酶促反应速度为最大反应等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度；速度一半时的底物浓度；KmKm值近似等于值近似等于ESES的解离常数，可表示酶与底的解离常数，可表示酶与底物之间的亲和力：物之间的亲和力：KmKm值大表示亲和程度小，酶值大表示亲和程度小，酶的催化活性低的催化活性低; Km; Km值小表示亲和程度大值小表示亲和程度大, ,酶的酶的催化活性高。催化活性高。 从从kmkm可判断酶的

13、专一性和天然底物。有的可判断酶的专一性和天然底物。有的酶作用于几个底物，有几个酶作用于几个底物，有几个Km Km ，KmKm最小的底最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。物。米氏常数米氏常数KmKm的意义的意义kmkm还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。走哪条途径决定于最小走哪条途径决定于最小KmKm的酶。如丙酮酸在体内可被的酶。如丙酮酸在体内可被乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、丙酮酸脱羧酶催化形成乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、丙酮酸脱羧酶催化形成乳酸、乙酰辅酶乳酸、乙酰辅酶A A和乙醛。和乙醛。练习题

14、：已知某酶的练习题：已知某酶的Km值为值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的度的80时底物的浓度应为多少？时底物的浓度应为多少？在已知在已知KmKm的情况下，用米氏方程可计算任意的情况下，用米氏方程可计算任意ss时时的的v v，或任何，或任何v v下的下的ss，（用，（用KmKm的倍数表示）的倍数表示）vKmKm的测定的测定 1 Km 1 1 = + V Vmax S Vmax双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)(double reciprocal plot)，又称为又称为 林林- -贝氏

15、贝氏(Lineweaver- Burk)(Lineweaver- Burk)作作图法图法-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v双倒数作图法双倒数作图法斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax1/S1/V酶动力学的双倒数曲线酶动力学的双倒数曲线测定不同浓测定不同浓度下的反应度下的反应速度，绘图。速度，绘图。多底物的酶促反应动力学自学，理解）多底物的酶促反应动力学自学，理解）催化几个底物时，每个底物有一个催化几个底物时，每个底物有一个Km值。值。P77表表3-4）（二酶浓度对反应速度的影响（二酶浓度对反应速度的影响*当当SE，反，反应速

16、度与酶浓度应速度与酶浓度成正比。成正比。*关系式为：关系式为： V = K3 E0 V E 当当SE时，时，V max = k3 E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 P79酶均被底物饱和酶均被底物饱和（三）（三） 温度的影响温度的影响 温度升高温度升高, ,酶促反应速酶促反应速度加快。度加快。 温度升高温度升高, ,酶的高级结酶的高级结构将发生变化或变性，构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧导致酶活性降低甚至丧失。失。 大多数酶都有一个最适大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件温度。在最适温度条件下下, ,反应速度最大。反应速度最大。10203040506070809002

17、0406080100Temperature OCRelative Activity (%)l最适温度最适温度 (optimum temperature) (optimum temperature)：酶促反应速：酶促反应速度最快时的环境温度。它不是酶的特征性常数度最快时的环境温度。它不是酶的特征性常数动物35-40OC植物30-40OC（四）（四） pH pH 的影响的影响l最适最适 pH pH：酶具有最大酶具有最大的催化活性的催化活性时的环境时的环境pHpH值。值。l它不是酶的它不是酶的特征性常数特征性常数唾液淀粉酶胃蛋白酶精氨酸酶。过酸过碱影响酶分子构象，甚至使酶变性而失活；。过酸过碱影响酶

18、分子构象，甚至使酶变性而失活；。pHpH改变影响酶活性中心有关基团的解离。最适改变影响酶活性中心有关基团的解离。最适pHpH时酶分子上时酶分子上的活性基团的解离状态最适于与底物的结合；的活性基团的解离状态最适于与底物的结合；。pHpH影响底物的解离，底物分子上解离基团只有在一定的解离影响底物的解离，底物分子上解离基团只有在一定的解离状态时才易与酶发生反应。状态时才易与酶发生反应。（五抑制剂对酶活性的影响（五抑制剂对酶活性的影响 酶的抑制作用：使酶的活性降低或丧失，但不使酶蛋酶的抑制作用：使酶的活性降低或丧失，但不使酶蛋白变性的作用。白变性的作用。 抑制剂：能够引起酶的抑制作用的化合物。抑制剂：

19、能够引起酶的抑制作用的化合物。 与酶变性的区别：抑制剂对酶有一定的与酶变性的区别：抑制剂对酶有一定的选择性，而变性剂对酶没有选择性。选择性，而变性剂对酶没有选择性。酶的抑制剂一般能够与酶以非共价或共价酶的抑制剂一般能够与酶以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。的方式形成比较稳定的复合体或结合物。应用：研制杀虫剂、药物应用：研制杀虫剂、药物 研究酶的作用机理，确定代谢途径研究酶的作用机理，确定代谢途径（一抑制作用的机制：（一抑制作用的机制：1.1.抑制剂与酶结合成极稳定的络合物，从抑制剂与酶结合成极稳定的络合物，从而减低或破坏酶的活性。而减低或破坏酶的活性。2.2.破坏酶或辅基的活性

20、基团或改变活性部位破坏酶或辅基的活性基团或改变活性部位的构象。如重金属的构象。如重金属Ag+Ag+、Hg2+Hg2+和类金属和类金属As3+As3+破坏破坏SHSH。3.3.夺取酶与底物结合的机会，从而减少酶的夺取酶与底物结合的机会，从而减少酶的作用。（竞争性抑制剂）作用。（竞争性抑制剂）4.4.阻抑阻抑 反应的顺利进反应的顺利进行反馈抑制）行反馈抑制）S + EESE + PEv1.无抑制无抑制剂剂2.不可逆抑制剂不可逆抑制剂3.可逆抑制剂可逆抑制剂Ev不可逆抑制剂的作用不可逆抑制剂的作用I Ev 可逆抑制剂的作用可逆抑制剂的作用I （二抑制剂的作用方式：不可逆抑制、可逆抑制（二抑制剂的作用

21、方式：不可逆抑制、可逆抑制抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结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。合，引起酶的永久性失活。 不能用透析、过滤等物理方法解除抑制。不能用透析、过滤等物理方法解除抑制。1 1、不可逆抑制、不可逆抑制irreversible irreversible inhibitioninhibition 实例：实例： 有机磷杀虫剂敌敌畏、敌百虫、对硫磷有机磷杀虫剂敌敌畏、敌百虫、对硫磷等）：等）： 抑制昆虫体内的乙酰胆碱酯酶，乙酰胆碱不抑制昆虫体内的乙酰胆碱酯酶，乙酰胆碱不能分解为乙酸和胆碱，乙酰胆碱大量积累使神能分解为乙酸和胆碱，乙酰胆碱大量积累

22、使神经系统过度兴奋经系统过度兴奋神经中毒。神经中毒。神经毒剂神经毒剂-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX有机鳞农药有机鳞农药胆碱酯酶胆碱酯酶解磷定解磷定解毒解毒 - - - - - - 解磷定解磷定(PAM)(PAM)：无毒性的磷酰化解鳞定无毒性的磷酰化解鳞定有机汞、有机砷化合物：与酶分子中胱有机汞、有机砷化合物：与酶分子中胱氨酸残基的巯基作用，抑制含巯基的酶。氨酸残基的巯基作用，抑制含巯基的酶。 有机砷化合物如路易斯毒气有机砷化合物如路易斯毒气Lewisite，CHCL=CHAsCL2与酶的巯基结合使人蓄中毒。与酶的巯基结合使人蓄中毒。 英国发明一种与英国发明一种与L

23、ewisite有更大亲和力的解毒剂二巯有更大亲和力的解毒剂二巯基丙醇基丙醇BALBritishanti- Lewisite ）可重新使酶恢复）可重新使酶恢复活性。活性。ClAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl路易士气失活的酶失活的酶ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAsCHCHCl巯基酶失活的酶酸BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物解毒解毒 - - - - - - 二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL):(BAL):重金属盐：重金属盐：Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等的等的重金属盐在高浓度时，使酶蛋白

24、变性失活。低重金属盐在高浓度时，使酶蛋白变性失活。低浓度时对某些酶的活性产生抑制作用，可用金浓度时对某些酶的活性产生抑制作用，可用金属螯合剂属螯合剂EDTA、半胱氨酸等螯合除去有害金、半胱氨酸等螯合除去有害金属离子，恢复酶活力。属离子，恢复酶活力。青霉素：与糖肽转肽酶活性部位丝氨酸羟基共价结青霉素：与糖肽转肽酶活性部位丝氨酸羟基共价结合使酶失活。该酶在细菌细胞壁合成中使肽聚糖链交合使酶失活。该酶在细菌细胞壁合成中使肽聚糖链交联，酶失活，细菌细胞壁合成受阻，细菌生长受损。联，酶失活，细菌细胞壁合成受阻，细菌生长受损。氰化物、硫化物、氰化物、硫化物、CO：与酶中金属离子形成稳定：与酶中金属离子形成

25、稳定的络合物，使酶活性受到抑制。如氰化物与含铁卟的络合物，使酶活性受到抑制。如氰化物与含铁卟啉的酶细胞色素氧化酶中啉的酶细胞色素氧化酶中Fe2+络合使酶失活。络合使酶失活。烷化试剂：试剂中含有一个活泼的卤素原子，如碘烷化试剂：试剂中含有一个活泼的卤素原子，如碘乙酸、碘乙酰胺、乙酸、碘乙酰胺、2，4-二硝基氟苯，作用于巯基、二硝基氟苯，作用于巯基、氨基、羧基、咪唑基、硫醚基。氨基、羧基、咪唑基、硫醚基。2 2、可逆抑制、可逆抑制(reversible (reversible inhibition)inhibition)：u抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶

26、活性暂时性丧失。酶活性暂时性丧失。u 抑制剂可以通过透析等方法被除去，抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。并且能部分或全部恢复酶的活性。u类型：类型：u竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition) (competitive inhibition)u非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive I. (non-competitive I.）u反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive I.) (uncompetitive I.)（1 1） 竞争性抑制竞争性抑制 某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与某些抑制剂的化学结

27、构与底物相似，因而能与底物竞争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性底物竞争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。结果是酶促反应被抑制了。 竞争性抑制消除方法：可以通过增大底物浓度，竞争性抑制消除方法：可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。即提高底物的竞争能力来消除。+反应模式反应模式【举例【举例1 1】 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延

28、胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸竞争性抑制竞争性抑制草酸HOOC-COOH草酰乙酸丙二酸HOOC-CH2-COOH戊二酸HOOCCH2-CH2-CH2-COOH琥珀酸延胡索酸HOOCCH2-CH2-COOH琥珀酸脱氢酶【举例【举例2 2】抗癌类药物的抗癌机制】抗癌类药物的抗癌机制 竞争性抑制剂与天然代谢物结构十分相似，能竞争性抑制剂与天然代谢物结构十分相似，能选择性地抑制病菌和癌细胞在代谢过程中的某些选择性地抑制病菌和癌细胞在代谢过程中的某些酶，具抗菌和抗癌作用，称抗代谢物或代谢类似酶，具抗菌和抗癌作用，称抗代谢物或代谢类似物。物。 如如5-5-氟尿嘧啶结构与尿嘧啶相似，能抑制胸氟尿嘧啶结构与尿嘧啶

29、相似，能抑制胸腺嘧啶合成酶的活性，阻碍胸腺嘧啶合成代谢，腺嘧啶合成酶的活性，阻碍胸腺嘧啶合成代谢，体内核酸不能正常合成，使癌细胞增殖受阻。体内核酸不能正常合成，使癌细胞增殖受阻。 OHN HO H N H OHN FO H N 【举例【举例3 3】磺胺类药物的抑菌机制：】磺胺类药物的抑菌机制：与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物人体能利用食物中的叶酸嘌呤核苷酸合成重要辅酶四氢叶酸人体能利用食物中的

30、叶酸嘌呤核苷酸合成重要辅酶四氢叶酸的前身），细菌只能在体内合成。的前身），细菌只能在体内合成。二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶 磺胺药磺胺药 (-) 氨甲蝶呤氨甲蝶呤(-)FH2竞争抑制的特点竞争抑制的特点抑制程度取决于抑制剂抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及与酶的相对亲和力及底物浓度底物浓度I与与S结构类似，竞争酶结构类似，竞争酶的活性中心的活性中心动力学特点：动力学特点：Vmax不变，不变，表观表观Km增大增大 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V 1/S VSmaxVIK(1) SmKiiKI111m(1)VVKSVmaxmax排斥性抑制排斥性抑制（2 2

31、非竞争性抑制非竞争性抑制酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。如某些金属离子如某些金属离子Cu2+Cu2+、Ag+Ag+、Hg2+Hg2+）以及以及EDTAEDTA等，通常能与酶分子的调控部位等，通常能与酶分子的调控部位中的中的-SH-SH基团作用，改变酶的空间构象，基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。引起非竞争性抑制。反应模式反应模式非竞争抑制的特点非

32、竞争抑制的特点抑制剂与酶活性中心外抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关与抑制剂之间无竞争关系系抑制程度取决于抑制剂的抑制程度取决于抑制剂的浓度浓度动力学特点：动力学特点：VmaxVmax降低，表观降低，表观KmKm不变。不变。 抑制剂抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI11I1m(1)(1)VVKSVKmaxmax是一种旁若无人式抑制是一种旁若无人式抑制v=VmaxS(1+I/Ki)Km + S抑制剂只能与酶和底物的中间复合物结合，抑制抑制剂只能与酶和底物的中间复合物结合，抑制酶活性。酶活性。 反竞争性抑制的作用模式：反竞争性抑制的

33、作用模式： （3反竞争性抑制反竞争性抑制uncompetitive inhibition）反竞争抑制的特点：反竞争抑制的特点：抑制剂只与酶底物复抑制剂只与酶底物复合物结合合物结合抑制程度取决于抑制剂抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度的浓度及底物的浓度动力学特点：动力学特点：VmaxVmax降降低，表观低，表观KmKm降低。降低。 抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 是一种条件性抑制是一种条件性抑制, ,叠氮化合物离子对叠氮化合物离子对氧化态细胞色素氧化酶的抑制作用。氧化态细胞色素氧化酶的抑制作用。v=VmaxSKm +(1+I/Ki) SV=Vmax SKm + S影响酶作用因

34、素小结影响酶作用因素小结底物浓度的影响底物浓度的影响 1、一种现象：酶被底物饱和、一种现象：酶被底物饱和 2、一种假说：酶、一种假说：酶-底物复合物中间产物学说底物复合物中间产物学说 3、米氏方程：、米氏方程： （1v-S曲线：近似双曲线曲线：近似双曲线（2）sKm(S很大时很大时)，vVm，酶被底，酶被底物饱和物饱和v米氏常数米氏常数Km：v酶的特征性常数；酶的特征性常数；v物理意义：反应速度达到最大反应速物理意义：反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度；度一半时的底物浓度；v近似等于酶近似等于酶-底物复合物的解离常数；底物复合物的解离常数；v可用作酶与底物亲和能力的度量指标：可用作酶与底

35、物亲和能力的度量指标：Km越大、亲和力越小；越大、亲和力越小；Km越小、亲和越小、亲和力越大力越大（4v(1/2)Vm时，时，sKm(二二)酶浓度的影响：正比酶浓度的影响：正比(三三)温度影响：最适温度温度影响：最适温度(四四)pH值影响：最适值影响：最适pH(五五)抑制剂影响抑制剂影响v竞争性抑制：丙二酸；磺胺药，等竞争性抑制：丙二酸；磺胺药，等1、不可逆抑制剂、不可逆抑制剂2、可逆抑制剂、可逆抑制剂v非竞争性抑制非竞争性抑制v反竞争性抑制反竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制无抑制无抑制1/v1/S竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争

36、性抑制反竞争性抑制结合部位结合部位活性中心活性中心活性中心以外活性中心以外活性中心以外活性中心以外抑制剂结合组分抑制剂结合组分EE、ESES增加底物浓度增加底物浓度消除抑制消除抑制不能消除抑制不能消除抑制不能消除抑制不能消除抑制对对Vm的影响的影响不变不变降低降低降低降低对对Km的影响的影响增加增加不变不变降低降低（六激活剂对反应速度的影响（六激活剂对反应速度的影响激活剂激活剂: : 凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。如：物质。如：* *金属离子：金属离子： Mg 2+ Mg 2+ 、 K+ K+、 Mn2+ Mn2+* *阴离子：阴离子

37、： Cl- Cl-* *有机物：有机物： 胆汁酸盐胆汁酸盐分类：分类：* *必需激活剂：如，必需激活剂：如，Mg 2+ Mg 2+ 对己糖激酶对己糖激酶* *非必需激活剂：如，非必需激活剂：如，Cl- Cl- 对淀粉酶对淀粉酶第六节第六节 酶活性的调节控制酶活性的调节控制一、别构酶变构酶与变构调节一、别构酶变构酶与变构调节 变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector) (allosteric effector)一些代谢物可与某些酶分子活性中一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节变，

38、从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。方式称变构调节。vS变构酶的变构酶的S形曲线形曲线变构抑制变构抑制变构激活变构激活变构酶变构酶米氏酶米氏酶别构酶结构特点：别构酶结构特点：（1多数为寡聚蛋白，具有多个亚基多数为寡聚蛋白，具有多个亚基（2双中心：活性中心、调节中心别构中心）双中心：活性中心、调节中心别构中心）（3调节物多为小分子调节物多为小分子（4动力学特点：不符合米氏方程，动力学特点：不符合米氏方程，v-S曲线为曲线为S形形（5调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点（6稳定特性：室温稳定，稳定特性：室温稳定，0不稳定不稳定ATP、柠檬酸柠檬酸（）A

39、MP、ADP(+)6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1的变构调节的变构调节P149糖酵解中： 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 磷酸果糖激酶为标兵酶或定步酶，糖酵解整个过程的进行速度受到此酶限制。调节亚基调节亚基催化亚基催化亚基催化位点催化位点蛋白激酶蛋白激酶A A ( (无活性无活性) )蛋白激酶蛋白激酶A A ( (有活性有活性) )蛋白激酶蛋白激酶A的激活的激活释放有活性的催化亚基依赖于 cAMP的蛋白激酶；存在没有活性的四聚体形式，含两个催化亚基和两个调节亚基。每个调节亚基上含一段假底物序列pseudosubstrate sequence ），该序列结合到催化亚基的活性中心上，通过阻断底物

40、的结合，抑制催化亚基的活性。别构效应物cAMP结合到调节亚基上诱导假亚基序列构象改变，使其不能与催化亚基结合，寡聚酶解聚产生两个有活性的单肽催化亚基和一个调节亚基二聚体。 随cAMP水平下降，通过重新形成无活性的四聚体，使依赖于 cAMP的蛋白激酶活性被重新关闭。二、二、 酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节共价修饰共价修饰(covalent modification)(covalent modification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程

41、称为共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。修饰。P328共价修饰调节共价修饰调节 该调节由共价调节酶完成。该调节由共价调节酶完成。共价调节酶是一类在其它酶的作用下，对共价调节酶是一类在其它酶的作用下，对它的结构进行共价修饰，从而使其在活性它的结构进行共价修饰，从而使其在活性形式与非活性形式之间转变的酶。形式与非活性形式之间转变的酶。共价调节酶的基本特征：共价调节酶的基本特征： 共价调节酶一般存在相对无活性和有活共价调节酶一般存在相对无活性和有活性两种形式，这两种形式之间互变的正、性两种形式，这两种形式之间互变的正、逆向反应由不同的酶催化。逆向反应由不同的酶催化。磷酸化与去磷酸化 蛋白

42、质活性调节的一个主要机制是在丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上加一个磷酸和去除磷酸基团。其中蛋白激酶催化磷酸化，磷酸酯酶催化去磷酸化。作用相反的激酶和磷酸酯酶给细胞提供了一个“开关”，开启和关闭各种蛋白的功能。 磷酸化改变蛋白电荷，通常导致蛋白构象的变化，构象变化的效应是明显的改变蛋白质与配基的结合，从而影响其活性。 酵母中，近3的蛋白质为激酶和磷酸酯酶，它们的靶分子涵盖了所有种类的蛋白质，包括结构蛋白、酶、膜上的通道、信号分子。 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OH酶蛋白酶蛋白H2OPi蛋白磷酸酯酶蛋白磷酸酯酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白

43、Thr苏）苏）SerTyr酪）酪）三、酶原和酶原的激活三、酶原和酶原的激活酶原酶原(zymogen)(zymogen)：酶的无活性的前体：酶的无活性的前体酶原的激活：由无活性的酶原转变为有活酶原的激活：由无活性的酶原转变为有活性的酶的过程。性的酶的过程。酶原激活的意义：酶原激活的意义： 在特定的环境和条件下发挥作用；在特定的环境和条件下发挥作用； 避免细胞自身消化；避免细胞自身消化； 有的酶原可以视为酶的储存形式。有的酶原可以视为酶的储存形式。P81 酶原激活的机理酶原激活的机理:酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断

44、裂，水解掉一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽+弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶 + 碎片碎片胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 +二肽二肽羧基肽酶原羧基肽酶原A羧基肽酶羧基肽酶A + 碎片碎片肠激酶肠激酶自身催化自身催化肠激酶启动的酶原激活肠激酶启动的酶原激活消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（芳香）（芳香）赖、精碱性）赖、精碱性）（丙、甘、短脂肪链）（丙、甘、短脂

45、肪链）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（芳香）（芳香）四、酶的多种分子形式四、酶的多种分子形式-同工酶同工酶同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质不同的一组酶。化性质、免疫学性质不同的一组酶。 存在于同一种属或不同种属，同一个体存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞，具有的不同组织或同一组织、同一细胞，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶

46、，称之为同工酶的一组酶，称之为同工酶乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶CH3CCOOHOCH3CCOOHHO H + NAD+ NADH + H + +LDHVmax及对产物抑制的敏感性等通常是不同的，反映出新陈代谢对同工酶的需要。人体心、肝和骨骼肌人体心、肝和骨骼肌LDHLDH同工酶谱同工酶谱组织器官组织器官 LDH1 LDH2 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5LDH3 LDH4 LDH5 （ 占总占总 LDH LDH活性的百分活性的百分比）比） 心心 3570 3570 2845 216 06 2845 216 06 0505 肝肝 08 08 210 333 627 2

47、10 333 627 308308 骨骼肌骨骼肌 110 418 110 418 838 936 4097838 936 4097正常血清正常血清 27.1 27.12.8 34.7 2.8 34.7 4.3 20.9 4.3 20.9 2.4 11.7 2.4 11.7 3.3 3.3 57 57 2.9 2.9乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因a b+H4MH3M2H2M3HM4点样线点样线乳酸脱氢酶同工酶乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱电泳图谱不同组织中不同组织中LDH同工酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(

48、H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原点原点M骨骼肌型，H型心肌型12345酶活性酶活性迁移位置迁移位置酶活性酶活性迁移位置迁移位置ab(a) LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱 (b)（a正常人正常人LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱,（b心肌梗塞病人血清心肌梗塞病人血清LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱 12345心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶 活活 性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5同工酶在各学科中的应

49、用同工酶在各学科中的应用 (1) 遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。(2) 发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。况，以及个体发育和系统发育的关系。(3) 生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。解释它们代谢功能的差别。（4医学和

50、临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。一、酶与疾病的发生：一、酶与疾病的发生： 酶的数量、构造、位置及其调节改酶的数量、构造、位置及其调节改变变酪氨酸转化为黑素2、酶与疾病的诊断：血清酶活性测定、酶与疾病的诊断：血清酶活性测定5核苷酸酶核苷酸酶肝胆疾患肝胆疾患山梨醇脱氢酶山梨醇脱氢酶肝实质病变肝实质病变3、酶与疾病的治疗、酶与疾病的治疗替代治疗：消化不良替代治疗：消化不良-胃酶、胰酶胃酶、胰酶抗菌治疗：磺胺药竞争性抑制剂）抗菌治疗：磺胺药竞争性抑制剂）对症治疗：预防血栓形成对症治疗：预防血栓形成-尿激酶、链尿激酶、链激酶、纤溶酶激酶、纤溶酶 第八节第八节 酶工程简介酶工程简介一、化学酶工程一、化学酶工程 天然酶天然酶 固定化酶固定化酶 化学修饰酶化学修饰酶 人工模拟酶人工模拟酶二、生物酶工程二、生物酶工程 克隆酶克隆酶 突变酶突变酶 新酶新酶 将酶学和工程学相结合，