生物化学酶促反应动力学资料

生物化学酶促反应动力学资料第1页/共57页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第2页/共57页10.1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第3页/共57页10.1.1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+EESP+EABC第4页/共57页1913年，MichaelisandMenten根据中间复合物学说提出米氏方程。S+PEESE+Ksk[S]>>[E],[ES]分解为产物的逆反应忽略不计=Vmax[S]Ks+[S]第5页/共57页1925年，BriggsandHaldane提出了稳态理论，对米氏方程做出了重要的修正。E+SESk1k2ESE+Pk3k4（1）（2）[ES]不仅与（1）有关，也与(2)有关。第6页/共57页10.1.2米氏方程的推导E+SESE+Pk1k2k3k4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：d[ES]dt=0第7页/共57页10.1.2米氏方程的推导在反应初始阶段时，E+PES的速率极小，可以忽略不计，E+SES,于是ES的生成速率可表示为：d[ES]dt=k1([E]-[ES])[S](1)通常[S]》[E]，即[S]-[ES][S]，ES分解速率与ESS+E和ESP+E有关，于是ES的分解速率可表示为：d[ES]dt-=k2[ES]+k3[ES](2)第8页/共57页10.1.2米氏方程的推导达到动态平衡时，ES生成与分解速率相等：k1([E]-[ES])[S]=k2[ES]+k3[ES]（[E]-[ES]）[S][ES]=k2+k3k1=Km[ES]=[E][S]Km+[S](3)第9页/共57页10.1.2米氏方程的推导因为酶反应速率（）与[ES]成正比，即=k3[ES]=k3[ES]=k3[E][S]Km+[S]代入方程（3）得：由于反应系统中[S]»[E]，当酶全部被饱和形成ES时，[E]=[ES]酶促反应达到最大反应速率Vmax，即Vmax=k3[ES]=k3[E]=Vmax[S]Km+[S]第10页/共57页10.1.2米氏方程的推导第11页/共57页10.1.2米氏方程的推导根据米氏方程：（1）当[S]<<Km时符合一级反应动力学，酶未被全部饱和，因此在[S]低时不能正确测得酶活力；（2）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/2v=Vmax[S]Km=K[S]第12页/共57页10.1.3Km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。第13页/共57页10.1.3Km的意义酶 底物 Km/moLL-1谷氨酸脱氢酶谷氨酸1.210-4-酮戊二酸2.010-3NAD+

2.510-5NADH1.810-5丙酮酸羧化酶丙酮酸4.010-4HCO3-1.010-3ATP6.010-5第14页/共57页10.1.3Km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丙酮酸乳酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸丙酮酸乳酸Km=1.710-5乙酰辅酶AKm=1.310-3乙醛Km=1.010-3第15页/共57页10.1.4Vmax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。第16页/共57页10.1.4Vmax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。

第17页/共57页10.1.5Km和Vmax的求法Lineweaver-Burk双倒数作图法Eadie-Hofstee作图法第18页/共57页10.1.5Km和Vmax的求法

双倒数作图法0第19页/共57页10.1.5Km和Vmax的求法

Eadie-Hofstee作图法0第20页/共57页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。底物浓度(mol/L)1×10－6

5×10－6

1×10－5

1×10－4

1×10－3

1×10－2

初速度(μmol/min)0.080.250.330.480.500.50第21页/共57页①把表中的数据绘制成图，在给出的酶量下的Vmax是多少?②根据米氏方程，用Vmax、υ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?③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。④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?第22页/共57页10.2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第23页/共57页10.2酶的抑制作用10.2.1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。第24页/共57页10.2.2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=vivoa%=vivo100%i=1-a=1-vivoi%=(1-a)100%=(1-)100%vivo第25页/共57页10.2.3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。第26页/共57页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。E+SESP+E+IEIP+E第27页/共57页酶的竞争性抑制作用第28页/共57页酶的竞争性抑制作用第29页/共57页酶的非竞争性抑制作用E+SESP+E+IEI+SESIP+E+I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。第30页/共57页酶的非竞争性抑制作用第31页/共57页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。第32页/共57页10.2.4可逆与不可逆抑制的鉴别第33页/共57页Shi,G.,etal.EnvironHealthPerspect,2009.117(3):p.379-86第34页/共57页第35页/共57页10.2.5-竞争性抑制作用动力学[E]=[Ef]+[ES]+[EI]Vmax=k3[E]v=k3[ES]Vmaxv=[Ef]+[ES]+[EI][ES]Km=[Ef][S][ES][Ef]=[ES]Km[S]Ki=[Ef][I][EI][EI]=[Ef][I]Ki第36页/共57页10.2.5-竞争性抑制作用动力学第37页/共57页10.2.5-非竞争性抑制作用动力学第38页/共57页10.2.5-反竞争性抑制作用动力学第39页/共57页10.2.5-Dixon作图法求Ki第40页/共57页随[I]的增加…类型VmaxKm竞争性抑制不变增加非竞争性抑制减小不变反竞争性抑制减小减小第41页/共57页10.2.6一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）第42页/共57页10.2.6一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。第43页/共57页10.2.6一些重要的酶抑制剂有机磷化合物：抑制蛋白酶或酯酶活性敌敌畏敌百虫萨林第44页/共57页10.2.6一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路易斯毒气第45页/共57页10.2.6一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第46页/共57页10.2.6一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。第47页/共57页10.2.6一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第48页/共57页10.2.6一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第49页/共57页10.3温度对酶反应的影响最适温度受诸多因素影响温度系数Q10：2左右温度升高反应速率加快，但过高酶蛋白变性第50页/共57页10.3温度对酶反应的影响1minincubatio