酶催化反应动力学 (生物化学)

Chapter9

Enzymekinetics第一节底物浓度对酶促反应速率的影响

第二节pH对酶反应速率的影响

第三节

温度对酶反应速率的影响第四节酶浓度对酶反应速率的影响第五节激活剂对酶反应速率的影响第六节酶的抑制剂

第一节底物浓度对酶促反应速率的影响

（1）当底物浓度小时，酶未被底物饱和，反应速率取快于底物浓度，为一级反应；（2）底物浓度变大，ES生成较多，反应速率取快于ES的浓度，为混合级反应；（3）当底物浓度相当高时，酶全部被底物饱和，反应速度不会因底物浓度增加而提高，反应为0级。

为了要解释这一现象，1903年由Henri和Wurtz提出了中间络合物学说：当酶催化某一化学反应时，酶首先与底物结合生成中间复合物（ES），然后生成产物（P），并释放出酶：

一．中间络合物学说：

Michaelis&Menten推导米氏方程。二．酶促反应的动力学方程式

1.米氏方程的推导V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]KsKs为ES的解离常数（Ks=k2/k1）

二．酶促反应的动力学方程式

[E]

酶总量；[Et]反应后t时的酶量；[ES]中间产物浓度[Et]

[E]-[ES]1925年BriggsandHaldane提出了稳态理论，对米氏方程做了修正

：（1）反应分二步进行：(2)反应体系处于稳态即[ES]不变→ES的生成量=ES的分解量。刚反应时，若ES形成的速度为v1,则v1k1[Et][S]k1[（E）-（ES）][S](1)ES消失速度v23

：v2k2[ES];v3k3[ES]v23k2[ES]k3[ES]

（k2k3）[ES](2)ES的生成量=ES的分解量即：v1=v23k1[（E）-（ES）][S]=[ES]（k2k3）[（E）-（ES）][S]/[ES]=（k2k3）/k1(3)设Km=(k2+k3)/k1

将(3)重排得[ES]=[E][S]/Km

[S](4)当[S]>>[E]时，即[E]=[ES],v=Vmax=K3[ES]=K3[E]（7）将（7）式代入（6）式v=k3[ES]（5）v=k3[E][S]/Km

[S]

（6）V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]Km—米氏常数，当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，单位：mol/L；Km=(k2+k3)/k1

Km是酶的特征常数，近似表示酶与底物的亲和力。（1）当[S]《Km时，反应速率与底物浓度成正比，v与[S]的关系符合一级动力学。酶没有全部被底物所饱和。（2）当[S]》Km时，反应速率已达到最大速率，这时酶全部被底物所饱和，v与[S]无关，符合0级动力学，只有在此条件下才能正确测得酶活力。（3）当[S]=Km时，反应速率为最大速率的一半，因此Km就代表反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。

[S]<<Km

Km=[S][S]>>Km

2.动力学参数的意义（1）米氏常数的意义：Km是酶的一个特性常数：Km可以判断酶的专一性和天然底物：若已知某个酶的Km，就可计算出在某一底物浓度时的反应速率相当于Vmax的百分数。Km可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径：（2）Vmax和k3（kcat）的意义：当[S]很大时，Vmax=k3[E]，说明Vmax与[E]成线性关系，而直线的斜率为k3，为一级反应速率常数。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，这个常数又叫做转换数（TN），通称为催化常数（kcat），kcat越大，表示酶的催化效率越高。（3）kcat/Km的意义：在生理条件下，大多数酶并不被底物所饱和，在体内[S]/Km的比值通常介于0.01-1.0之间。

Vmax=kcat[ET]

当[S]<<Km时，[E]=[ET]v(kcat/Km)·[E][S]kcat/Km=k1·k3/(k2+k3)

上限为k1kcat/Km表示酶的催化效率。常见酶的Km值

酶Km(mol/L)底物糜蛋白酶0.108甘氨酰酪氨酰甘氨酸过氧化氢酶0.025H2O2碳酸酐酶0.009H2CO3β-半乳糖苷酶0.004D-乳糖己糖激酶

0.0015D-果糖

0.05D-葡萄糖V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]

3.米氏方程中常数的测定所以采用双倒数作图法：即1/v-1/[S]作图

双倒数作图法（Lineweaver-BurkPlot)：

Vmax难以测定，不能从vV/2处求得，从而导致Km也难确定。Summaryof第二节pH对酶反应速度的影响

pH对酶反应速度的影响较大。其原因有：极度pH的条件引起酶蛋白的变性。pH影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。

pH影响酶分子解离状态。

每种酶只能在一定的pH范围内表现出它的活性，且在某一pH值范围内活性最高，其两侧活性都下降。∴酶促反应具有一最适pH。2810pH酶的活性A:

胃蛋白酶;

B:葡萄糖-6-磷酸酶AB最适pH一些酶的最适pH值酶最适pH胃蛋白酶1.8过氧化氢酶7.6胰蛋白酶7.7延胡索酸酶7.8核糖核酸酶7.8精氨酸酶9.8最适pH：在一定条件

下,酶具有最大的催化活性的pH值。温度对酶反应速度的影响具有双重性：随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反应速度下降随着温度的升高，反应速度会加快第三节温度对酶反应速度的影响

因此，在这双重因素的综合作用下，酶促反应具有一最适温度。

不同酶的最适温度也不一样。动物酶的最适温度一般在35-40℃，植物酶为40-50℃。少数酶可达60℃以上，如：细菌淀粉水解酶的最适温度90℃以上。嗜热细菌：Taq聚合酶最适温度70℃，93℃不失活。酶的最适温度并非酶的特征性常数，它与底物、作用时间等因素有关。第四节酶浓度对酶反应速度的影响

在一般的酶促反应中，常常[S]>>[E]，酶反应速度达到最大反应速度。当[S]>>[E]，由于Vmax=k[E]0，∴反应速度与酶浓度成正比。酶浓度曲线第五节激活剂对酶反应速度的影响激活剂：能提高酶活性的物质。无机离子：主要是金属离子，它们有的本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。如:激酶需要Mg2+激活唾液淀粉酶需要Cl-激活主要的激活剂有：有机小分子：一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶处于还原态金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。抑制作用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失。第六节酶的抑制剂抑制作用：失活作用：凡可使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。抑制作用：凡使酶活力下降，但并不引起酶蛋白变性的作用。抑制剂：能引起对酶的抑制作用的物质。可逆抑制作用不可逆抑制作用二类抑制用途的鉴别？抑制程度的表示方法：一般用反应速率的变化来表示。不加抑制剂时的反应速率为v0，加入抑制剂后的反应速率为vi，则表示：（1）相对活力分数（残余活力分数）：

a=vi/v0（2）相对活力百分数（残余活力百分数）：

a%=vi/v0×100%（3）抑制分数：指被抑制而失去活力的分数

i=1—a=1—vi/v0（4）抑制百分数(抑制率)：

i%=（1—a）×%=（1—vi/v0）×%

可逆抑制作用可分为三种类型：

1.竞争性抑制作用

2.非竞争性抑制作用

3.反竞争性抑制作用

酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超滤等方法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑制作用叫可逆抑制作用。(一）可逆抑制作用

某些抑制剂的化学结构与底物相似，与底物竞争酶的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的结合，因而降低酶反应速度。这种作用称为竞争性抑制作用。1.竞争性抑制作用例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。

这种抑制作用可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。

琥珀酸延胡索酸丙二酸Linewevery-Burk图米氏方程Lineweaver-Burkplotofcompetitiveinhibition竞争性抑制中，Vmax不变，Km增大可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。

某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因而与底物和酶的结合无竞争，即底物与酶结合后还能与抑制剂结合，同样抑制剂与酶结合后还能与底物结合。但酶分子上有了抑制剂后其催化功能基团的性质发生改变，从而降低了酶活性。这种作用称为非竞争性抑制作用。

2.非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。非竞争性抑制剂，例如：金属络合剂，如:EDTA、F-、CN-、N3-等，可以络合金属酶中的金属离子，从而抑制酶的活性。NoncompetitiveinhibitionLinewevery-Burk图非竞争性抑制中，Vmax变小，Km不变这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。3.反竞争性抑制作用

某些抑制剂不能与游离的酶结合，而只能在酶与底物结合成复合物后再与酶结合。当酶分子上有了抑制剂后其催化功能被削弱。这种作用称为反竞争性抑制作用(uncompetitiveinhibition)。常见可逆抑制剂的应用：5’-氟尿嘧啶的抗癌作用：磺胺类药物的抑菌作用：磺胺药：对－氨基苯磺酰胺

竞争性抑制剂

对氨基苯甲酸