酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) (生物化學(xué)).

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

2、物濃度，為一級(jí)反應(yīng)；（2 2）底物濃度變大，）底物濃度變大，ESES生成較多，反應(yīng)速率取生成較多，反應(yīng)速率取快于快于ESES的濃度，為混合級(jí)反應(yīng)；的濃度，為混合級(jí)反應(yīng)；（3 3）當(dāng)?shù)孜餄舛认喈?dāng)高時(shí)，酶全部被底物飽和，）當(dāng)?shù)孜餄舛认喈?dāng)高時(shí)，酶全部被底物飽和，反應(yīng)速度不會(huì)因底物濃度增加而提高，反應(yīng)為反應(yīng)速度不會(huì)因底物濃度增加而提高，反應(yīng)為0 0級(jí)。級(jí)。 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(luò)合物學(xué)說(shuō)出了中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)：當(dāng)酶催化某一化學(xué)反應(yīng)時(shí)，酶：當(dāng)酶催化某一化學(xué)反應(yīng)時(shí)，酶首先與底物結(jié)合生成中間復(fù)合物（首先與底物結(jié)

3、合生成中間復(fù)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(luò)合物學(xué)說(shuō)：一中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)： E + S ES E + PK3K4K1K2 MichaelisMichaelis & Menten & Menten推導(dǎo)米氏方程。推導(dǎo)米氏方程。 二酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式二酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式 1. 1. 米氏方程的推導(dǎo)米氏方程的推導(dǎo)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(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式二酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式 E + S ES E + PK3K4K1K2EE 酶

4、總量；酶總量； E Et t 反應(yīng)后反應(yīng)后t t時(shí)的酶量；時(shí)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(duì)米提出了穩(wěn)態(tài)理論，對(duì)米氏方程做了修正氏方程做了修正 ： （1 1）反應(yīng)分二步進(jìn)行：）反應(yīng)分二步進(jìn)行：(2)(2)反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài)反應(yīng)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(yīng)時(shí)，若剛反應(yīng)時(shí)，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(shè)設(shè) 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(dāng)當(dāng)S ES E時(shí)，即時(shí)，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(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底，當(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率

7、一半時(shí)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(dāng)）當(dāng)SSKmKm時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度成正比，時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度成正比，v v與與SS的的關(guān)系符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。酶沒(méi)有全部被底物所飽和。關(guān)系符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。酶沒(méi)有全部被底物所飽和。（2 2）當(dāng)）當(dāng)SSKmKm時(shí)，反應(yīng)速率已達(dá)到最大速率，這時(shí)酶全部時(shí)，反應(yīng)速率已達(dá)到最大速率，這時(shí)酶全部被底物所飽和，被底物所飽和，v v與與SS無(wú)關(guān)，符合無(wú)關(guān)，符合0 0級(jí)動(dòng)力學(xué)，只有

8、在此級(jí)動(dòng)力學(xué)，只有在此條件下才能正確測(cè)得酶活力。條件下才能正確測(cè)得酶活力。（3 3）當(dāng)）當(dāng)S=KmS=Km時(shí)，反應(yīng)速率為最大速率的一半，因此時(shí)，反應(yīng)速率為最大速率的一半，因此KmKm就就代表反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度。代表反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度。 SKm 2. 2.動(dòng)力學(xué)參數(shù)動(dòng)力學(xué)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(gè)特性常數(shù)：是酶的一個(gè)特性常數(shù)： KmKm可以判斷酶的專(zhuān)一性和天然底物：可以判斷酶的專(zhuān)一性和天然底物： 若已知某個(gè)酶的若已知某個(gè)酶的KmKm，就可計(jì)算出在，就可計(jì)算出在某一底物濃度時(shí)的反應(yīng)速率相當(dāng)于某一底物

9、濃度時(shí)的反應(yīng)速率相當(dāng)于VmaxVmax的百分?jǐn)?shù)。的百分?jǐn)?shù)。 KmKm可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)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(dāng)當(dāng)SS很大時(shí)，很大時(shí)，Vmax = kVmax = k3 3EE，說(shuō)明，說(shuō)明VmaxVmax與與EE成成線性關(guān)系，而直線的斜率為線性關(guān)系，而直線的斜率為k k3 3，為一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。，為一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。K K3 3表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，這個(gè)常數(shù)又叫做的分子數(shù)，這個(gè)常數(shù)又叫做轉(zhuǎn)換數(shù)（轉(zhuǎn)換數(shù)（

10、TNTN），），通稱(chēng)為通稱(chēng)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?xiàng)l件下，大多數(shù)酶的意義：在生理?xiàng)l件下，大多數(shù)酶并不被底物所飽和，在體內(nèi)并不被底物所飽和，在體內(nèi)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(dāng)當(dāng)SKmSESE，酶反應(yīng)，酶反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度。速度達(dá)到最大反應(yīng)速度。 當(dāng)當(dāng) SESE，由于由于V Vmaxmax=kE=kE0，反應(yīng)速度與酶反應(yīng)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(duì)酶反應(yīng)速度的影響激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響激活劑：能提高酶活性的物質(zhì)。激活劑：能提高酶活性的物質(zhì)。 無(wú)機(jī)離子：無(wú)機(jī)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(jī)小分子：有機(jī)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(luò)合，可絡(luò)合一些重金屬雜質(zhì)，解除它們對(duì)酶的抑制，從而使酶一些重金屬雜質(zhì)，解除它們對(duì)酶的抑制，從而使酶活升高?；钌摺Ｒ种谱饔茫河行┪镔|(zhì)與酶結(jié)合后，引起酶的活性中心抑制作用：有些物質(zhì)與酶結(jié)合后，引起酶的活性中心或必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而使或必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)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(duì)酶的抑制作用的物質(zhì)。抑制劑：能引起對(duì)酶的抑制作用的物質(zhì)。 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(lèi)抑制用途的鑒別？二類(lèi)抑制用途的鑒別？抑制程度的表示方法：一般用反應(yīng)速率的變化來(lái)表示。抑制程度的表示方法：一般用反應(yīng)速率的變化來(lái)表示。不加抑制劑時(shí)的反應(yīng)速率為不加抑制劑時(shí)的反應(yīng)速率為v v0 0，加入抑制劑后的反應(yīng)，加入抑制劑后的反應(yīng)速率為速率為v vi i，則表示：，則表示：（1 1）相對(duì)活力分?jǐn)?shù)（殘余活力分?jǐn)?shù)）：）相對(duì)活力分?jǐn)?shù)（殘余活力分?jǐn)?shù)）： a = va = vi i / v / v0

14、 0（2 2）相對(duì)活力百分?jǐn)?shù)（殘余活力百分?jǐn)?shù)）：）相對(duì)活力百分?jǐn)?shù)（殘余活力百分?jǐn)?shù)）： a % = va % = vi i / v / v0 0 100%100%（3 3）抑制分?jǐn)?shù)：指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù)）抑制分?jǐn)?shù)：指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù) i = 1i = 1a = 1a = 1v vi i / v / v0 0（4 4）抑制百分?jǐn)?shù)）抑制百分?jǐn)?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(lèi)型：可逆抑制作用可分為三種類(lèi)型： 1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 2. 2. 非競(jìng)

15、爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 3. 3. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 酶與抑制劑非共價(jià)地可逆結(jié)合，當(dāng)用透析或超酶與抑制劑非共價(jià)地可逆結(jié)合，當(dāng)用透析或超濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復(fù)，這種抑濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復(fù)，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(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，與底物某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心并與之結(jié)合，從而減少了酶與競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心并與之結(jié)合，從而減少了酶與底物的結(jié)合，因而降低酶反應(yīng)速度。這種作用稱(chēng)底物的結(jié)合，因而降低酶反應(yīng)速度。這種作用稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。為競(jìng)爭(zhēng)性抑

16、制作用。1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 這種抑制作用可通過(guò)增加底物濃度而使整這種抑制作用可通過(guò)增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，因而能削個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，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(jìng)爭(zhēng)性抑制中，競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，VmaxVmax不變，不變，KmKm增大增大可通過(guò)增加底物濃度可通過(guò)增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，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(jié)合在酶活性中心以外的部位，某些抑制劑結(jié)合在酶活性中心以外的部位，因而與底物和酶的結(jié)合無(wú)競(jìng)爭(zhēng)，即底物與酶結(jié)合因而與底物和酶的結(jié)合無(wú)競(jìng)爭(zhēng)，即底物與酶結(jié)合后還能與抑制劑結(jié)合，同樣抑制劑與酶結(jié)合后還后還能與抑制劑結(jié)合，同樣抑制劑與酶結(jié)合后還能與底物結(jié)合。但酶分子上有了抑制劑后其催化能與底物結(jié)合。但酶分子上有了抑制劑

18、后其催化功能基團(tuán)的性質(zhì)發(fā)生改變，從而降低了酶活性。功能基團(tuán)的性質(zhì)發(fā)生改變，從而降低了酶活性。這種作用稱(chēng)為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。這種作用稱(chēng)為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。 2. 2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，例如：金屬絡(luò)合劑，如例如：金屬絡(luò)合劑，如:EDTA:EDTA、F F - -、CNCN - -、N N3 3- - 等，可以絡(luò)合金屬酶中的金屬離子，從而抑制等，可以絡(luò)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(jìng)爭(zhēng)性抑制中，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，VmaxVmax變小，變小，KmKm