酶催化反應動力學 (生物化學).

1、Chapter 9 Enzyme kinetics第一節(jié)第一節(jié) 底物濃度對酶促反應速率的影響底物濃度對酶促反應速率的影響 第二節(jié)第二節(jié) pHpH對酶反應速率的影響對酶反應速率的影響 第三節(jié)第三節(jié) 溫度對酶反應速率的影響溫度對酶反應速率的影響第四節(jié)第四節(jié) 酶濃度對酶反應速率的影響酶濃度對酶反應速率的影響第五節(jié)第五節(jié) 激活劑對酶反應速率的影響激活劑對酶反應速率的影響第六節(jié)第六節(jié) 酶的抑制劑酶的抑制劑 第一節(jié)第一節(jié) 底物濃度對酶促反應速率的影響底物濃度對酶促反應速率的影響 （1 1）當?shù)孜餄舛刃r，酶未被底物飽和，反應）當?shù)孜餄舛刃r，酶未被底物飽和，反應速率取快于底物濃度，為一級反應；速率取快于底

2、物濃度，為一級反應；（2 2）底物濃度變大，）底物濃度變大，ESES生成較多，反應速率取生成較多，反應速率取快于快于ESES的濃度，為混合級反應；的濃度，為混合級反應；（3 3）當?shù)孜餄舛认喈敻邥r，酶全部被底物飽和，）當?shù)孜餄舛认喈敻邥r，酶全部被底物飽和，反應速度不會因底物濃度增加而提高，反應為反應速度不會因底物濃度增加而提高，反應為0 0級。級。 為了要解釋這一現(xiàn)象，為了要解釋這一現(xiàn)象， 19031903年由年由HenriHenri和和WurtzWurtz提提出了中間絡合物學說出了中間絡合物學說：當酶催化某一化學反應時，酶：當酶催化某一化學反應時，酶首先與底物結合生成中間復合物（首先與底物結

3、合生成中間復合物（ESES），然后生成產(chǎn)），然后生成產(chǎn)物（物（P P），并釋放出酶：），并釋放出酶： 一中間絡合物學說：一中間絡合物學說： E + S ES E + PK3K4K1K2 MichaelisMichaelis & Menten & Menten推導米氏方程。推導米氏方程。 二酶促反應的動力學方程式二酶促反應的動力學方程式 1. 1. 米氏方程的推導米氏方程的推導V =Vmax S Km + S KsKsKs為為ESES的解離常數(shù)的解離常數(shù)（Ks=kKs=k2 2/k/k1 1） 二酶促反應的動力學方程式二酶促反應的動力學方程式 E + S ES E + PK3K4K1K2EE 酶

4、總量；酶總量； E Et t 反應后反應后t t時的酶量；時的酶量；ESES 中間產(chǎn)物濃度中間產(chǎn)物濃度Et E-ESE-ES19251925年年Briggs and HaldaneBriggs and Haldane提出了穩(wěn)態(tài)理論，對米提出了穩(wěn)態(tài)理論，對米氏方程做了修正氏方程做了修正 ： （1 1）反應分二步進行：）反應分二步進行：(2)(2)反應體系處于穩(wěn)態(tài)反應體系處于穩(wěn)態(tài) 即即ESES不變不變 ES ES的生成量的生成量 = ES= ES的分解量。的分解量。剛反應時，若剛反應時，若ESES形成的速度為形成的速度為v v1 1, ,則則v v1 1 k k1 1 EEt t SS k k1

5、1 （E E）- -（ESES）S (1)S (1)ESES消失速度消失速度v v2323 ：v v2 2 k k2 2ES; vES; v3 3 k k3 3ESESv v23 23 k k2 2 ESES k k3 3ES ES （k k2 2 k k3 3）ES (2) ES (2) ESES的生成量的生成量 = ES= ES的分解量的分解量即：即：v v1 1 =v=v2323k k1 1 （E E）- -（ESES）S S = ES = ES （k k2 2 k k3 3） （E E）- -（ESES）S/ S/ ES = ES = （k k2 2 k k3 3）/ k/ k1 1

6、(3) (3)設設 K Km m=(k=(k2 2+k+k3 3)/k)/k1 1 將將(3)(3)重排得重排得ES =ES/ KES =ES/ Km m S S (4)(4)當當S ES E時，即時，即E =ES,E =ES,v=Vmax = Kv=Vmax = K3 3ES= KES= K3 3E E （7 7）將（將（7 7）式代入（）式代入（6 6）式）式v=kv=k3 3ES ES （5 5）v=kv=k3 3ES / Km ES / Km SS （6 6）V =Vmax S Km + S KmKm米氏常數(shù)米氏常數(shù)，當酶反應速率達到最大反應速率一半時的底，當酶反應速率達到最大反應速率

7、一半時的底物濃度，單位：物濃度，單位：mol/Lmol/L； Km=Km= (k (k2 2+k+k3 3)/k)/k1 1 Km Km是酶的特征常數(shù)，近似表示酶與底物的親和力。是酶的特征常數(shù)，近似表示酶與底物的親和力。（1 1）當）當SSKmKm時，反應速率與底物濃度成正比，時，反應速率與底物濃度成正比，v v與與SS的的關系符合一級動力學。酶沒有全部被底物所飽和。關系符合一級動力學。酶沒有全部被底物所飽和。（2 2）當）當SSKmKm時，反應速率已達到最大速率，這時酶全部時，反應速率已達到最大速率，這時酶全部被底物所飽和，被底物所飽和，v v與與SS無關，符合無關，符合0 0級動力學，只有

8、在此級動力學，只有在此條件下才能正確測得酶活力。條件下才能正確測得酶活力。（3 3）當）當S=KmS=Km時，反應速率為最大速率的一半，因此時，反應速率為最大速率的一半，因此KmKm就就代表反應速率達到最大反應速率一半時的底物濃度。代表反應速率達到最大反應速率一半時的底物濃度。 SKm 2. 2.動力學參數(shù)動力學參數(shù)的意義的意義 （1 1）米氏常數(shù)的意義：）米氏常數(shù)的意義： KmKm是酶的一個特性常數(shù)：是酶的一個特性常數(shù)： KmKm可以判斷酶的專一性和天然底物：可以判斷酶的專一性和天然底物： 若已知某個酶的若已知某個酶的KmKm，就可計算出在，就可計算出在某一底物濃度時的反應速率相當于某一底物

9、濃度時的反應速率相當于VmaxVmax的百分數(shù)。的百分數(shù)。 KmKm可以幫助推斷某一代謝反應的方可以幫助推斷某一代謝反應的方向和途徑：向和途徑：（2 2）VmaxVmax和和k k3 3（kcatkcat）的意義：）的意義： 當當SS很大時，很大時，Vmax = kVmax = k3 3EE，說明，說明VmaxVmax與與EE成成線性關系，而直線的斜率為線性關系，而直線的斜率為k k3 3，為一級反應速率常數(shù)。，為一級反應速率常數(shù)。K K3 3表示當酶被底物飽和時每秒鐘每個酶分子轉換底物表示當酶被底物飽和時每秒鐘每個酶分子轉換底物的分子數(shù)，這個常數(shù)又叫做的分子數(shù)，這個常數(shù)又叫做轉換數(shù)（轉換數(shù)（

10、TNTN），），通稱為通稱為催催化常數(shù)（化常數(shù)（kcatkcat），），kcatkcat越大，表示酶的催化效率越高。越大，表示酶的催化效率越高。（3 3）k kcatcat/Km/Km的意義：在生理條件下，大多數(shù)酶的意義：在生理條件下，大多數(shù)酶并不被底物所飽和，在體內并不被底物所飽和，在體內S/KmS/Km的比值通常的比值通常介于介于0.01-1.00.01-1.0之間。之間。 Vmax=kVmax=kcatcatEET T 當當SKmSESE，酶反應，酶反應速度達到最大反應速度。速度達到最大反應速度。 當當 SESE，由于由于V Vmaxmax=kE=kE0，反應速度與酶反應速度與酶濃度成正

11、比。濃度成正比。 酶濃度曲線酶濃度曲線第五節(jié)第五節(jié) 激活劑對酶反應速度的影響激活劑對酶反應速度的影響激活劑：能提高酶活性的物質。激活劑：能提高酶活性的物質。 無機離子：無機離子： 主要是金屬離子，它們有的本身就是酶的輔主要是金屬離子，它們有的本身就是酶的輔助因子，有的是酶的輔助因子的必要成分。助因子，有的是酶的輔助因子的必要成分。 如如: : 激酶需要激酶需要MgMg2+2+激活激活 唾液淀粉酶需要唾液淀粉酶需要ClCl- -激活激活主要的激活劑有：主要的激活劑有： 有機小分子：有機小分子： 一些還原劑，如抗壞血酸、半胱氨酸，使含一些還原劑，如抗壞血酸、半胱氨酸，使含-SH-SH的酶處于還原態(tài)

12、的酶處于還原態(tài) 金屬螯合劑，如金屬螯合劑，如EDTA(EDTA(乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸) )，可絡合，可絡合一些重金屬雜質，解除它們對酶的抑制，從而使酶一些重金屬雜質，解除它們對酶的抑制，從而使酶活升高?；钌?。抑制作用：有些物質與酶結合后，引起酶的活性中心抑制作用：有些物質與酶結合后，引起酶的活性中心或必需基團的化學性質發(fā)生改變，從而使或必需基團的化學性質發(fā)生改變，從而使酶活力降低或喪失。酶活力降低或喪失。第六節(jié)第六節(jié) 酶的抑制劑酶的抑制劑抑制作用：抑制作用：失活作用：凡可使酶蛋白變性而引起酶活力失活作用：凡可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用。喪失的作用。抑制作用：凡使酶活力下降，但并不

13、引起酶抑制作用：凡使酶活力下降，但并不引起酶蛋白變性的作用。蛋白變性的作用。抑制劑：能引起對酶的抑制作用的物質。抑制劑：能引起對酶的抑制作用的物質。 可逆抑制作用可逆抑制作用不可逆抑制作用不可逆抑制作用二類抑制用途的鑒別？二類抑制用途的鑒別？抑制程度的表示方法：一般用反應速率的變化來表示。抑制程度的表示方法：一般用反應速率的變化來表示。不加抑制劑時的反應速率為不加抑制劑時的反應速率為v v0 0，加入抑制劑后的反應，加入抑制劑后的反應速率為速率為v vi i，則表示：，則表示：（1 1）相對活力分數(shù)（殘余活力分數(shù)）：）相對活力分數(shù)（殘余活力分數(shù)）： a = va = vi i / v / v0

14、 0（2 2）相對活力百分數(shù)（殘余活力百分數(shù)）：）相對活力百分數(shù)（殘余活力百分數(shù)）： a % = va % = vi i / v / v0 0 100%100%（3 3）抑制分數(shù)：指被抑制而失去活力的分數(shù)）抑制分數(shù)：指被抑制而失去活力的分數(shù) i = 1i = 1a = 1a = 1v vi i / v / v0 0（4 4）抑制百分數(shù)）抑制百分數(shù)( (抑制率抑制率) )： i % = i % = （1 1a a）% = % = （1 1v vi i / v / v0 0）% % 可逆抑制作用可分為三種類型：可逆抑制作用可分為三種類型： 1. 1. 競爭性抑制作用競爭性抑制作用 2. 2. 非競

15、爭性抑制作用非競爭性抑制作用 3. 3. 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用 酶與抑制劑非共價地可逆結合，當用透析或超酶與抑制劑非共價地可逆結合，當用透析或超濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復，這種抑濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復，這種抑制作用叫可逆抑制作用。制作用叫可逆抑制作用。( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用 某些抑制劑的化學結構與底物相似，與底物某些抑制劑的化學結構與底物相似，與底物競爭酶的活性中心并與之結合，從而減少了酶與競爭酶的活性中心并與之結合，從而減少了酶與底物的結合，因而降低酶反應速度。這種作用稱底物的結合，因而降低酶反應速度。這種作用稱為競爭性抑制作用。為競爭性抑

16、制作用。1. 1. 競爭性抑制作用競爭性抑制作用例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。 這種抑制作用可通過增加底物濃度而使整這種抑制作用可通過增加底物濃度而使整個反應平衡向生成產(chǎn)物的方向移動，因而能削個反應平衡向生成產(chǎn)物的方向移動，因而能削弱或解除這種抑制作用。弱或解除這種抑制作用。 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸丙二酸丙二酸S)/ I (1SVvimmaxKKEIIEiKmaximaxV1S1) I 1 (V1KKvmLineweveryLinewevery-Burk-Burk圖圖 米氏方程Lineweaver-Burk plot of compe

17、titive inhibition競爭性抑制中，競爭性抑制中，VmaxVmax不變，不變，KmKm增大增大可通過增加底物濃度可通過增加底物濃度而使整個反應平衡向而使整個反應平衡向生成產(chǎn)物的方向移動，生成產(chǎn)物的方向移動，因而能削弱或解除這因而能削弱或解除這種抑制作用。種抑制作用。 某些抑制劑結合在酶活性中心以外的部位，某些抑制劑結合在酶活性中心以外的部位，因而與底物和酶的結合無競爭，即底物與酶結合因而與底物和酶的結合無競爭，即底物與酶結合后還能與抑制劑結合，同樣抑制劑與酶結合后還后還能與抑制劑結合，同樣抑制劑與酶結合后還能與底物結合。但酶分子上有了抑制劑后其催化能與底物結合。但酶分子上有了抑制劑

18、后其催化功能基團的性質發(fā)生改變，從而降低了酶活性。功能基團的性質發(fā)生改變，從而降低了酶活性。這種作用稱為非競爭性抑制作用。這種作用稱為非競爭性抑制作用。 2. 2. 非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來消除。這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來消除。 非競爭性抑制劑，非競爭性抑制劑，例如：金屬絡合劑，如例如：金屬絡合劑，如:EDTA:EDTA、F F - -、CNCN - -、N N3 3- - 等，可以絡合金屬酶中的金屬離子，從而抑制等，可以絡合金屬酶中的金屬離子，從而抑制酶的活性。酶的活性。Noncompetitive inhibitionNoncompetitive inhibition)S)(/ I (1SVmimaxKKv) I 1 (V11) I 1 (V1imaximaxKSKKvmLineweveryLinewevery-Burk-Burk圖圖 非競爭性抑制中，非競爭性抑制中，VmaxVmax變小，變小，KmKm