第章酶促反应动力学

第章酶促反应动力学第1页，共53页。0第章酶促反应动力学第2页，共53页。酶促反应动力学研究各种因素对酶促反应速度的影响。影响因素包括有酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。第3页，共53页。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第4页，共53页。单底物、单产物反应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）时的反应速度研究前提SP第5页，共53页。一、底物浓度对反应速度的影响矩形双曲线第6页，共53页。底物浓度/[S]反应速度(v)V与S呈线性(一级）关系V与S无关系V=K1S1,K1速率常数V=K2S0,K2速率常数第7页，共53页。第8页，共53页。（一）米－曼氏方程式中间产物学说E+S

k1k2k3ESE+P1902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。第9页，共53页。※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(Michaelisequation)。ＶVmax[S]

Km+[S]＝第10页，共53页。米－曼氏方程式推导基于两个假设：①反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。②［S］超过［E］，［S］的变化可忽略不计。E+S

k1k2k3ESE+P反应过程中，反应中间产物[ES]存在稳态酶促反应速度的饱和现象，酶的最大反应速度Vm=K3[E]Total第11页，共53页。

米氏方程推导如下v=K3[ES](1)式E+SK1

K2

v1=v+v2即K1[S][E]=K2[ES]+K3[ES][ES]=[ES]=,令Km=(K2+K3)/K1，有E+PK3

ESK1[E][S](K2+K3)v2=K2[ES]v1=K1[S][E](2)式[E][S]

Km[ES]存在稳态第12页，共53页。由酶促反应的饱和现象知Vmax=K3[E]T[E]T=([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]=[ES]Km[S](3)式(6)

Vm[S]

(Km+[S])(5)Vmax=K3[ES]([S]+Km)[S]v=K3[ES](1)第13页，共53页。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]=-KmKmv[S]Vmax-KmVmax12ＶVmax[S]

Km+[S]＝第14页，共53页。(续)(2)当底物浓度较低时，（[S]<<Km）Km+[S]≈Kmv=Vmax[S]/Km,若酶的总浓度不变则进一步有v与[S]成正比，即一级反应。[E]T

V[S]反应速度ＶVmax[S]

Km+[S]＝第15页，共53页。(3)当底物浓度很大时，即[S]>>Km，当[E]T

浓度不变时,Km+[S]≈[S],所以v=Vm[S]º,为零级反应。ＶVmax[S]

Km+[S]＝第16页，共53页。当v=Vmax/2时Km＝[S]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

Vmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2（二）Km与Vmax的意义ＶVmax[S]

Km+[S]＝第17页，共53页。

2.

Km可近似表示酶对底物的亲和力；当K2>>K3时，Km≈KsE+S

k1k2k3ESE+P第18页，共53页。3.

Km是酶的特征性常数之一酶底物Km(mmol/L)脲酶尿素25溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖-6-磷酸脱氢酶6-磷酸-葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶苯甲酰酪氨酰胺2.5甲酰酪氨酰胺12.0乙酰酪氨酰胺32.0与酶及底物种类有关，与酶浓度无关，可以鉴定酶。第19页，共53页。同一个酶有几种底物就有几个Km值，Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物第20页，共53页。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[E]t如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转换数(turnovernumber)，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第21页，共53页。Vmax=0.5mol/min,1g纯酶（Mr:92000)求转换数Vmax=K3[E]t766.7S-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第22页，共53页。（三）Ｋm值与Ｖmax值的测定双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法

Vmax[S]Km+[S]V=（林－贝氏方程）两边同取倒数第23页，共53页。

双倒数作图法第24页，共53页。Eadie-Hofstee作图法

Vmax[S]Km+[S]V=第25页，共53页。Hanes-woolf作图法

Vmax[S]Km+[S]V=第26页，共53页。二、酶浓度对反应速度的影响当[S]＞＞[E]，反应速度与酶浓度成正比。0V[E]关系式为：V=K3[E]第27页，共53页。双重影响三、温度对反应速度的影响最适温度(optimumtemperature)：酶促反应速度最快时的环境温度。*低温的应用酶活性0.51.02.01.50102030405060温度ºC第28页，共53页。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2468101.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第29页，共53页。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(optimumpH)：酶催化活性最大时的环境pH。第30页，共53页。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）第31页，共53页。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第32页，共53页。抑制作用的类型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)：竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)第33页，共53页。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第34页，共53页。(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毒性。有很多种，如对硫磷（1605）、甲拌磷（3911）、乐果、敌敌畏等第35页，共53页。

有机磷化合物对羟基酶的抑制第36页，共53页。（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*类型第37页，共53页。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，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。第38页，共53页。Vmax=K3[E]T第39页，共53页。竞争性抑制第40页，共53页。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复合物第41页，共53页。竞争性抑制作用

——米氏方程设则式中K’m称为表观Km第42页，共53页。*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]第43页，共53页。*举例

1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸第44页，共53页。2.磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制对氨苯甲酸对氨基苯磺酰胺第45页，共53页。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[E]T第46页，共53页。非竞争性抑制抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然第47页，共53页。*特点抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合；抑制程度取决于［I］；动力学特点：Vmax↓，表观Km不变。抑制剂↑1/v1/[S]无抑制剂表观Vmax第48页，共53页。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[E]T第49页，共53页。反竞争性抑制