酶促反应动力学(有方程推导过程).ppt

1、a，1，3.4酶反应动力学(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)是研究酶反应速度及其影响因素的科学。酶反应的影响因素主要包括酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、活化剂等。酶反应动力学，a，2，1。酶浓度的影响，在特定温度和pH时，酶反应与底物浓度大于100公里时的速度和酶浓度成正比。酶浓度对速度的影响机制：酶浓度增加时ES也增加，V=k3ES，因此反应速度增加。a、3、2。温度对酶反应速度的影响，酶反应和其他化学反应一样，随着温度的增加，反应速度加快。在化学反应中，每次温度增加10，反应速度增加的倍数称为温度系数Q10。一般化学反应的Q10为23，酶

2、反应的Q10为12。当在一定范围内反应速度达到最大值时，该温度称为相应酶反应的最佳温度(optimum temperature Tm)。一般动物组织中酶的最佳温度为3540，植物和微生物的酶最佳温度为3060，某些酶可以达到细菌淀粉水解酶的最佳温度90以上等60以上。a，4，温度对酶反应速度的影响机制：1。温度影响反应系统的激活分子数：温度增加，激活分子数增加，反应速度增加。2 .温度影响酶活性：温度过高会停用酶变性，降低反应速度。最佳温度不是酶特性常数。酶的最佳温度不是固定不变的，因为受到酶纯度、气质、活化剂、抑制剂、酶反应时间等因素的影响。因此，酶的最佳温度与其他反应条件相关。a、5、a、

3、6、3。pH对酶反应速度的影响，大部分酶活性由pH显着影响，在特定pH时最大活性，高于或低于此pH的酶活性显着降低。酶最活跃的ph称为酶的最佳ph(最佳pH)。典型的酶速度-pH曲线是更窄的钟形曲线，但有些酶的速度-pH曲线不一定是钟形曲线。胃蛋白酶和木瓜蛋白酶的速度-pH曲线。胃蛋白酶的速度-温度曲线受a，7，胃蛋白酶和葡萄糖-6-磷酸酶的pH活性曲线：a，8，a，9，pH对酶反应速度的影响机制：1，pH影响酶和底物水解3360酶活性组分的降解pH影响反应pH偏离最佳pH时，酶反应速度明显降低。2，pH影响酶分子的形态：pH过高或过低，可能影响酶分子活性中心的结构或酶变性停用等。a，10，动

4、物中大多数酶的最佳pH值接近中性，但也有例外，例如胃蛋白酶的最佳pH值约1.8，肝氨基转移酶的最佳pH值约9.8(见下表)。在部分酶的最佳pH，a，11，1902年，Henri用蔗糖酶水解蔗糖的实验中观察到：在蔗糖酶浓度的特定条件下，测定基质(蔗糖)对酶反应速度的影响，两者之间的关系呈矩形双曲(rectangular hyperbola)。如下图所示，4，底物浓度对反应速度的影响，1，酶反应与底物浓度的关系，a，12，a，13，底物浓度低时，反应速度随底物浓度的增加而急剧加快，两者具有比例关系，表现为初级反应。随着气质浓度的提高，反应速度不再成比例加快，反应速度增加的幅度持续下降。继续增加气质

5、浓度，反应速度不再增加，出现了0级反应。此时，无论底物浓度如何增大，反应速度也不再增加，表明酶在底物中饱和了。所有的酶只有达到饱和状态所需的气质浓度多种多样。，a，14，为了说明酶在基质中饱和的现象，Michaelis和Menten进行了大量的定量研究，积累了足够的实验数据，提出了酶反应的动力学方程：a，15，ES生成速度：ES分解速度：当酶反应系统是常数时：即：命令从米氏方程中可以看出，气质的浓度低时S Km，此时VVmax的反应速度达到最大速度，气质的浓度再高也不会影响反应速度。a，17，2。米氏常数的意义，(1)。物理意义：Km值等于酶反应速度为最大速度的一半时的基质浓度。(2)。Km值

6、越大，酶和基质的亲和力越小。Km值越小，酶和基质的亲和力就越高。酶和气质的亲和力较大，意味着即使气质浓度不高，也很容易达到最大反应速度。(3)。Km值是与酶特性、酶催化的基质和酶反应条件(如温度、pH、无抑制剂等)相关的酶的特性常数，与酶浓度无关。不同种类的酶具有不同的Km值，同一种酶与不同的基质工作时Km值也不同。各种酶的Km值很广，大约在10-110-6米之间。a，18，3。在Km的实际应用中具有重要意义，(1)确认酶：可以查明不同来源或相同来源，但在不同发展阶段，不同生理状态下催化相同反应的酶是否属于同一酶。(2)判断酶的最佳底物：如果一种酶可以用于多种底物，则有几公里的值，其中Km的最

7、小对应底物是酶的天然底物。蔗糖酶既可以催化蔗糖水解(Km=28mmol/L)，也可以催化蔗糖水解(km=350mol/l)，蔗糖是这种酶的天然基质。(3)计算在特定速度下的气质浓度：需要某种反应的反应速度达到最大反应速度的99%时，S=99Km，a，19，(4)了解酶气质在体内的浓度水平：一般在体内酶内的天然气质在S体内Km，在S体内Km，VVmax的气质浓度，(5)反应方向或趋势判断：对双向反应，徐璐催化其他量的反转反应的酶，如果正反转反应的底物浓度相似，反应则指向Km的小相应底物的反应方向。a，20，Lineweaver-Buck方程式(或双逆向方程式)(double reciprocal

8、 plot or lineweaversburk plot)，方程式：坡度比为Km/Vmax该地图除了用于求出Km及Vmax值外，对研究酶的抑制效果具有重要价值。a，21，双迭代映射方法，a，22，5。活化剂对酶反应速度的影响，能提高酶活性的物质称为活化剂，其中大部分是离子或简单的有机化合物。Mg是多种激酶和神田理江酶的活化剂，动物唾液中的-淀粉酶由Cl-激活。特征：1，酶对活化剂有选择性，一种酶的活化剂对另一种酶有抑制剂2，特定浓度要求，活化剂的浓度超过一定范围后成为抑制剂。a，23，活化剂，a，24，6，抑制剂对反应速度的影响，不引起酶蛋白变性而降低酶活性的物质称为酶抑制剂。不激活酶变性(

9、称为酶的钝化)的因素不属于江珊、江珊等抑制剂。一般来说，抑制效果分为可逆抑制和不可逆抑制两类。a，25，a，26，(a)不可逆抑制效果，不可逆抑制抑制剂，一般以孔刘结合方式，由于酶的必需组和不可逆结合，酶活性丧失。典型的不可逆抑制剂如下图所示。根据其作用特性，又分为特异性和非特异性两种。、a、27、a、28，1。非特异性非可逆抑制，抑制剂可以与酶分子中一个或多个组的作用结合，因为必需组也可以与抑制剂结合，酶抑制被禁用。某些重金属(Pb，Cu，Hg)和氯化汞苯甲酸等可以与酶分子的巯基(merkapto)不可逆，在很多情况下被使用巯基(merkapto)作为必需组分的酶抑制。可以用含有巯基的化合物

10、(如双巯基丙醇(British antilewisite，BAL)或二巯基丁二酸钠)还原酶。a、29、a、30，2。特异性不可逆抑制作用于酶活性中心或其必需组，通过孔刘结合来抑制酶活性。有机磷杀虫剂特定于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基，可以产生磷脂酰，而不是可逆抑制酶活性。如果被有机磷农药抑制了胆碱酯酶，就不能及时分解成乙酸和胆碱，从而积累了乙酰胆碱，将乙酰胆碱作为传导介质的部分神经系统处于过度兴奋状态，可能出现神经中毒症状。解磷等药物可以与有机磷农药结合，分离酶和有机磷农药，使其复苏。a，31，a，32，(2)可逆抑制，抑制剂和酶是非共价键，可以用透析等物理方法去除抑制剂，然后恢复酶活性。也就

11、是说，抑制剂和酶的结合是可逆的。a、33，1。竞争抑制(competitive inhibition)，(1)意义和反应式，抑制剂I和气质s的结构相似，抑制剂I和气质s对自由酶e的结合起竞争作用，徐璐排斥，已经与气质相结合的ES复合体不能再结合I。抑制剂的EI复合物不能再与s结合。a，34，a，35，(2)特性：抑制剂I和底物s是化学结构中相似底物s竞争酶e分子活性中心的结合群，如丙二酸，苹果酸和草酸乙酸是丁二酸脱氢酶的竞争抑制剂，类似于丁二酸的结构。a、36、抑制剂与底物的浓度比、ES和EI的相对稳定性不同，抑制程度也不同。增加气质浓度可以减弱或消除抑制效果。a，37，(3)竞争抑制剂的动力

12、学方程，e s e s e p e I e I，k1，k2，k3，m，k是m ki eetesei，es，ei，ei，ei，1，VI，(1)，km，VMAX，s，1，VMAX，1，I，ki，a，40，很多药物都是酶的竞争抑制剂。例如，磺胺类药物的结构与对氨基苯甲酸相似，对氨基苯甲酸、双甲氨蝶呤和谷氨酸是由某些细菌合成核酸时不可缺少的辅酶四氢叶酸合成的原料。磺胺类药物是双氢叶酸合成酶的竞争抑制剂，可以减少细菌内四氢叶酸的合成，引起核酸合成障碍，杀死细菌。抗菌协同剂-甲氧基苄基氨基嘧啶(TMP)可以将特异性抑制细菌的二氢叶酸还原为四氢叶酸，提高磺胺类药物的作用。a，41，sulfonamidES的

13、抗菌活性，a，42，2。非竞争抑制(non-competitive inhibition)、(1)语义和反应型、抑制剂I与气质s和酶e的结合完全不相关、排斥或促进，抑制剂I可以与酶e结合生成EI，也可以与es复合体结合生成ESI。基质s和酶e结合成ES，仍然可以与I结合产生ESI，但一旦形成ESI复合物，就不能再释放形成产物p。a，43，a，44，(2)特征：I和s一般在结构上没有相似性，I经常与酶分子上的结合组以外的化学组结合，即使增加底物浓度也不会减少对酶的I抑制。，非竞争抑制剂的双重反算曲线：具有非竞争抑制剂的曲线在横坐标-1/Km与具有无抑制剂的曲线相交，但是纵座标拦截由于竞争抑制而存

14、在增大，其抑制效果不影响酶反应的Km值，使Vmax值变小，如下图所示。a，45，抑制非竞争，VI，VmaxS，(1)，I，Ki，Km，()，s，1，Vi，(1)逆境斗争抑制，(1)意义和反应性，反斗争抑制剂必须与酶和基质的中间产物结合，其抑制剂不能与单独的酶结合。a，47，a，48，(2)特征：如果存在反竞争抑制剂，Km，Vmax就会变小。1、VI、km、VMAX、1、s、1、VMAX、I、ki、(1)、VI、vmaxs、细胞内酶：除水解酶外，其他酶粉碎细胞，酶分布部位不同，最好先分离酶存在的小器官，然后粉碎其小器官，再用适当的缓冲溶液或水提取酶。a，51，(2)分离材料：动植物原料或微生物的

15、发酵液。微生物发酵液是分离酶最常用的物质。因为微生物种类多，繁殖快，培养时间短，酶丰富。微生物发酵产生的酶或其他生物组织中的酶含有很多其他物质，因此必须经过分离、纯化、结晶等阶段才能实现实用化。特定酶的特定制备方法，了解酶的来源、特性及纯度要求，没有固定方案。a，52，(3)原则：避免高温、过酸、过碱、剧烈冲击和其他可能使酶失效的工作流程，同时提高酶的产量和纯度。尽量保存酶活性。(4)分离纯化：1。酶提取：溶解酶称为提取。细胞外酶：固体培养菌通过添加水或浸泡在适当的缓冲溶液中过滤即可。用液体培养的菌只需将发酵液离心，除去菌体回收离心液即可。细胞内酶：分解细胞，然后用水或适当的缓冲溶液提取。a，53，2。酶的纯化：片剂的核心是维持酶活性。因为随着酶的逐步纯化，一些自然可维持酶活性的其他成分逐渐减少，酶的