酶動(dòng)力學(xué)和抑制作用

1、Enzyme kinetics and inhibition酶動(dòng)力學(xué)和抑制作用底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 在低底物濃度時(shí)： 反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)特征。隨著底物濃度的增高 反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。 當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值 反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。o米-曼氏模式oMichaelis-Menten modelSKSVvmmax Km ：當(dāng)v=1/2 Vmax 時(shí)的底物濃度Km值：是當(dāng)酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，它的單位是mol/L,與底物濃度的單位一樣。米氏常數(shù)米氏常數(shù)Km（2）Km

2、值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測(cè)定的，不同條件下具有不同的Km值。（3）一般情況下，1/Km可以近似地表示酶對(duì)底物的親和力大小， 1/Km愈大，表明親和力愈大。（1）Km是酶的一個(gè)特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無(wú)關(guān) o同一種酶有幾種底物就有幾個(gè)Km值，其中Km值最小的底物一般稱為該酶的最適底物或天然底物 。 Lineweaver-Burk plotLineweaver-Burk制圖maxmaxmV1S1VKv1 Enzyme inhibition 酶的抑制oIrreversible 不可逆的oReversible 可逆的nCompetitive 競(jìng)爭(zhēng)性的

3、nNoncompetitive 非競(jìng)爭(zhēng)性的 （1）抑制作用與抑制劑 凡使酶的活性降低或喪失，但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用。主要是由于酶的必需基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變而引起的。 （抑制作用不同于失活作用） 能夠引起抑制作用的化合物則稱為抑制劑。 （抑制劑不同于變性劑）不可逆抑制作用 （irreversible inhibition） 定義：抑制劑與酶的活性中心的功能基團(tuán)共價(jià)結(jié)合而抑制酶的活性,不能用透析或超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活性。不可逆抑制作用（irreversible inhibition） E+IEI例: DFP（DIFP）對(duì)乙酰膽堿脂酶的抑制 可逆抑制作用 抑制劑與酶蛋白以

4、非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過(guò)透析等物理方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。 根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為:競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制2、可逆抑制作用(reversible inhibition)（1）競(jìng)爭(zhēng)性可逆抑制作用（competitive reversible inhibition） E+I EI 竟?fàn)幮砸种?某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。 竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^(guò)增大底物濃度，即提高底物的競(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)消除。S競(jìng)爭(zhēng)性可逆抑制圖示I例: 丙二酸對(duì)琥珀

5、酸脫氫酶的抑制作用 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用動(dòng)力學(xué)方程的討論 A、與標(biāo)準(zhǔn)米氏方程比較 B、當(dāng) I 0時(shí)，方程還原成米氏方程。 mK0v , I 時(shí)， C、取方程的倒數(shù)，進(jìn)行雙倒數(shù)作圖 （2）非競(jìng)爭(zhēng)性可逆抑制作用（noncompetitive reversible inhibition） E+S ES ESI IE+I EI ESI S非竟?fàn)幮砸种?酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，即底物和抑制劑沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)作用。酶與抑制劑結(jié)合后，還可與底物結(jié)合；酶與底物結(jié)合后，也可再結(jié)合抑制劑，但是三元的中間產(chǎn)物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，所以酶活性降低。 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與酶活性中心以外的基團(tuán)結(jié)合。這類抑制作用不會(huì)因提高底物濃度而減弱

6、非競(jìng)爭(zhēng)性可逆抑制圖示非競(jìng)爭(zhēng) 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用動(dòng)力學(xué)方程討論 A、與米氏方程比較 imaxK I 1VV B、當(dāng)I0 VVmax I 0v0Vmax C、取方程倒數(shù)，進(jìn)行雙倒數(shù)作圖 可逆抑制作用的動(dòng)力學(xué) a. a. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v1/Vmax競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑無(wú)抑制劑無(wú)抑制劑1/s1/v1/v斜率斜率=Km/Vmax 加入競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑后，Km 變大，酶促最大反應(yīng)速度Vmax不變。b.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v非競(jìng)

7、爭(zhēng)性抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑無(wú)抑制劑無(wú)抑制劑-1/km1/v1/v1/Vmax 加入非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑后，Km 不變，而Vmax減小。1/sv可逆抑制的動(dòng)力學(xué)比較抑制類型 Vmax Km無(wú)抑制劑 Vmax Km競(jìng)爭(zhēng)性抑制 不變 變大非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 變小 不變 3、一些重要的抑制劑及其實(shí)際意義 （1）不可逆抑制劑：E+IEI POOXOR1R2POOXR2R1或 有機(jī)磷化合物 化學(xué)結(jié)構(gòu)通式: R1、R2 : 烷基 ; X: -F, -CN等 這些有機(jī)磷化合物能抑制某些蛋白酶及酯酶的活力，特別是強(qiáng)烈抑制膽堿酯酶。 膽堿 乙酸乙酰膽堿乙酰膽堿酶膽堿酯酶 有機(jī)磷化合物中常用的是DFP以及有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，如1605

8、、敵百蟲(chóng)、敵敵畏、樂(lè)果等。 巰基酶抑制劑 A、烷化劑：例 ICH2COOH，ICH2CONH2等 B、有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物 C、巰基氧化劑 2E-SH + GSSGE-S-S-E + 2GSH E-S H + I CH2COOHE-S-CH2COOH + HICOOHHgSE+ HClE-S H +COOHHgCl2 E-S H +AsROAsRSSEE+ H2O 金屬酶抑制劑 金屬酶抑制劑如氰化物、硫化物和一氧化碳等 。 重金屬抑制劑 如含Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等金屬鹽能使大多數(shù)酶失活。 （2）可逆抑制劑 最常見(jiàn)的是競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 例1：磺胺藥中的對(duì)一氨基苯磺酰胺 例例2： 抗癌

9、藥物抗癌藥物5一氟尿嘧啶一氟尿嘧啶 Control of enzyme activity酶活性的調(diào)節(jié)Feedback regulation 反饋調(diào)節(jié)oFeedback inhibition反饋抑制oSequential feedback inhibition順序反饋抑制Allosteric enzymes 變構(gòu)酶 變構(gòu)效應(yīng)（allosteric effect） 天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶ATCaseaspartate transcarbamylase（1）ATCase催化的化學(xué)反應(yīng)和ATCase的動(dòng)力學(xué)曲線 （2）ATCase活性調(diào)節(jié)的機(jī)理 CTPATP有催化活性的構(gòu)象 無(wú)催化活性的構(gòu)象 Revers

10、ible covalent modification可逆共價(jià)修飾oPhosphorylation 磷酸化作用-protein kinase 蛋白激酶oDephosphorylation 脫磷酸化作用-protein phosphatase 蛋白磷酸酶Proteolytic activation蛋白水解的活化作用o酶原酶在生物體內(nèi)首先合成出來(lái)的無(wú)活性前體。 o酶原的激活酶原必須在一定的條件下去掉一個(gè)或幾個(gè)特殊的肽鍵，從而使酶的構(gòu)象發(fā)生一定的變化，才有活性，這一過(guò)程稱為酶原激活。1、胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活 HCl胃胃蛋蛋白白酶酶原原pH1.52（從從N N端端失失去去4 44 4個(gè)個(gè)氨氨基基酸酸殘殘基基）自自身身激激活活胃胃蛋蛋白白酶酶2、胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活 3、胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活 o為什么不直接以酶形式存在呢？激活的本質(zhì):酶的活性中心形成或暴露的過(guò)程意義：避免自身受損傷oBlood