（推薦精選）酶促反應動力學

1、 酶促反應動力學 kinetics of enzymecatalyzed reactions 1 酶促反應動力學:是研究酶促反應的速率以及影響此速率的各種因素的科學。影響酶速率的各種因素1. 底物濃度 2. 酶的抑制劑3. 溫度4. pH5. 酶的激活劑2 第一節(jié) 底物濃度對酶反應速率的影響 3 底物濃度對速率影響的曲線圖當?shù)孜餄舛容^低時，表現(xiàn)為一級反應（其反應速率與濃度的關系能以單分子反應的動力學方程式表示：v=dc/dt=kc （線性關系）隨著底物濃度的增加，反應表現(xiàn)為混合級反應。當?shù)孜餄舛冗_到相當高時，表現(xiàn)為零級反應（與底物濃度無關）。 4 為解釋這一實驗結(jié)果，Henri和Wurtz提出

2、了酶底物中間絡合物學說。該學說認為當酶催化某一化學反應時，酶首先和底物結(jié)合生成中間復合物(ES)，然后生成產(chǎn)物(P)，并釋放出酶。反應式： S+E ES P+E5 二、酶促反應的動力學方程式 1米氏方程式的推導 （假設K4為0） k1 k3 k2 k4對于ES的形成速度： dES / dt =k1(E ES) * S 對于ES的分解速度： - dES / dt = k2ES + k3ESS+E ES P+E6 二、酶促反應的動力學方程式當酶體系處于動態(tài)平衡時，ES的形成速度和分解速度相等 k1(E ES) * S = k2ES + k3ES 移項 (E ES) * S / ES =(k2+k3

3、) / k1 令：Km = (k2+k3) / k1 ES= E*S Km+S （1）7 因為當?shù)孜餄舛群芨邥r，酶反應速率（v）與ES成正比，即 v = k3ES ,代入（1）式得：V = k3ES / (Km+S) （2）當?shù)孜餄舛群芨邥r所有的酶都被底物飽和而轉(zhuǎn)變?yōu)镋S復合物，即E=ES，酶促反應達到最大速度Vmax，所以Vmax = k3ES = k3E （3） V = Vmax *s Km +S 米氏方程，Km米氏常數(shù) 8 該方程式表明：當已知Km及Vmax時，酶反應速率與底物濃度之間的定量關系。若以S作橫坐標，v作縱坐標作圖，可得到一條雙曲線 vVmax VmaxKmS9 1. Km值

4、的物理意義當反應速率達到最大速率一半時，即= 1/2Vmax,可以得到 S = KmKm值的物理意義，即Km值是當酶反應速率達到最大反應速率一半時的底物濃度，單位是moll。三、Km值的意義 = Vmax *s Km +S10 三、Km值的意義2. Km值是酶的一個特征常數(shù)：Km值的大小只與酶的性質(zhì)有關，而與酶的濃度無關。因此，在一定條件下，可以通過Km值來區(qū)別不同的酶。Km值隨測定的底物、反應的溫度、pH及離子強度而改變。各種酶的Km值相差很大，大多數(shù)酶的Km值介于10-610-1mol/L之間。 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-磷酸脫氫

5、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32.0Km = (k2+k3) / k111 三、Km值的意義3. Km值可以判斷酶的專一性和天然底物 有的酶可作用于幾種底物，因此就有幾個Km值，其中Km值最小的底物稱為該酶的最適底物也就是天然底物。 Km愈小，達到最大反應速率一半所需要的底物濃度就愈小 ，底物最適。12 三、Km值的意義4. 判斷反應速率v和Vmax之間的關系：若已知某個酶的Km值，就可以計算出在某一底物濃度時，其反應速率v相當于Vmax的百分率。反之。 V = Vmax *s Km +S13 三、Km值的意義5. Km值可以幫助

6、推斷某一代謝反應的方向和途徑，這對了解酶在細胞內(nèi)的主要催化方向及生理功能有重要意義。 催化可逆反應的酶，對正逆兩向底物的Km值往往是不同的，測定這些Km值的差別以及細胞內(nèi)正逆兩向底物的濃度，可以大致推測該酶催化正逆兩向反應的效率，14 四、Vmax的意義 在一定酶濃度下，酶對特定底物的Vmax也是一個常數(shù)。 pH、溫度和離子強度等因素也影響Vmax的數(shù)值，同一種酶對不同底物的Vmax也不同。15 轉(zhuǎn)換數(shù)的定義當?shù)孜餄舛群芨邥r，Vmax = k3ES = k3E，k3表示當酶被底物飽和時，每秒鐘每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，這個常數(shù)又叫做轉(zhuǎn)換數(shù)(簡稱TN)，又稱為催化常數(shù)(catalytic co

7、nstant，kcat)。kcat值越大，表示酶的催化效率越高。16 五、Km和Vmax值的測定主要利用作圖法測定(1) 測定不同底物濃度的反應初速率，以v-S作圖，可以得到Vmax，再從1/2 Vmax，可求得相應的S，即Km值。 Vmax VmaxSvKm17 五、Km和Vmax值的測定(2) 雙倒數(shù)作圖法將米氏方程式兩側(cè)取雙倒數(shù)，以1/v-1/s作圖，得出一直線.18 五、Km和Vmax值的測定(3) HanesWoolf作圖法將前式兩邊均乘以S得：以s/ vs作圖，得一直線，橫軸的截距為 -Km，斜率為1/ Vmax 19 第二節(jié) 酶的抑制作用20 抑制與失活之間的關系失活作用(ina

8、ctivation) :使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用 ,變性劑對酶的變性作用無選擇性.抑制作用(inhibition) :酶的必需基團化學性質(zhì)的改變，但酶未變性，而引起酶活力的降低或喪失 一種抑制劑只能使一種酶或一類酶產(chǎn)生抑制作用，因此抑制劑對酶的抑制作用是有選擇性的.21 抑制與失活之間關系的總結(jié)失 活抑 制酶蛋白變性未變性機 理酶蛋白結(jié)構(gòu)解體必需基團性質(zhì)改變變性劑或抑制劑無選擇性有選擇性22 一、抑制程度的表示方法 酶受抑制后活力降低的程度一般用反應速率的變化來表示(vi-加入抑制劑后的速度; v0- 不加抑制劑時的速度) (1) 相對活力分數(shù)(殘余活力分數(shù));a=vi / v0(2

9、) 相對活力百分數(shù)(殘余活力百分數(shù));a%= vi / v0 x 100%(3) 抑制分數(shù)：指被抑制而失去活力的分數(shù); i =1-a(4) 抑制百分數(shù); i %=(1-a) x 100%通常所謂抑制率是指抑制分數(shù)或抑制百分數(shù)。 23 二、抑制作用的類型 根據(jù)抑制作用是否可逆: 1不可逆的抑制作用: 抑制劑與酶的必需基團以共價鍵結(jié)合而引起酶活力喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活的作用. 2可逆的抑制作用: 抑制劑與酶以非共價鍵結(jié)合而引起酶活力降低或喪失，能用物理方法除去抑制劑而使酶復活，抑制作用是可逆的vE1224 根據(jù)可逆抑制劑與底物的關系，可逆抑制作用分為3種類型： (1)

10、競爭性抑制: 抑制劑(I)和底物(S)競爭酶的活性部位(一般抑制劑與底物類似)，解除方法:其抑制程度取決于底物及抑制劑的相對濃度，這種抑制作用可以通過增加底物濃度而解除。 25 (2)非競爭性抑制:這類抑制作用的特點是底物和抑制劑同時和酶結(jié)合，2者沒有競爭作用。EI+SESI或ES+IESI。但三元復合物不能分解為產(chǎn)物，這類抑制劑與酶活性部位以外的基團相結(jié)合,其結(jié)構(gòu)與底物無共同之處. (3)反競爭性抑制:酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，即ES+I-ESI,不能分解為產(chǎn)物。 26 三、可逆抑制作用動力學 1競爭性抑制底物或抑制劑與酶的結(jié)合都是可逆的，存在著下面平衡式： Ki：為抑制劑常數(shù)K

11、i= Ki2 / Ki1 27 1競爭性抑制曲線圖（1）V下降，發(fā)生抑制（2） Vmax不變（底物濃度增大，抑制劑結(jié)合機率減?。?（3） Km增大，親和力下降28 1競爭性抑制曲線圖29 2非競爭性抑制30 2非競爭性抑制曲線（1）V下降，發(fā)生抑制（2） Vmax減?。ㄒ徊糠置甘冀K失活）（3） Km不變，酶與底物親和力不受影響 31 2非競爭性抑制曲線32 3反競爭性抑制這類抑制作用的特點是酶先與底物結(jié)合，然后才與抑制劑結(jié)合，存在以下平衡： 33 3反競爭性抑制的曲線34 總 結(jié)35 四、一些重要的抑制劑抑制劑: 使酶活性降低的物質(zhì)。抑制劑作用分可逆抑制劑與不可逆抑制劑可逆的依據(jù)：能否用透析、

12、超濾等物理方法除去抑制劑，使酶復活機理：實際上是底物的類似物，專一地作用于某一種酶活性部位的必需基團而導致酶的失活，36 第三節(jié) 溫度對酶反應的影響 37 溫度對酶反應的影響 最適溫度 機理：溫度導致酶蛋白變性38 溫度對酶反應的影響在最適溫度之前，一般溫度越高，反應速度就越快。Q10（溫度系數(shù)）：反應溫度提高10，其反應速率與原來反應速率之比，對大多數(shù)酶來講，溫度系數(shù)Q10多為2，酶的固體狀態(tài)比在溶液中對溫度的耐受力要高。通常酶制劑以固體保存為佳。 39 第四節(jié) pH對酶反應的影響 40 pH對酶反應的影響41 pH影響酶活力的原因： (1) 過酸或過堿可以使酶的空間結(jié)構(gòu)破壞，引起酶構(gòu)象的改變，酶活性喪失。(2) 當pH改變不很劇烈時，酶雖未變性，但活力受到影響。影響了底物的解離狀態(tài)；影響酶分子活性部位上有關基團的解離；影響到中間絡合物ES的解離狀態(tài)，不利于催化生成產(chǎn)物。42 第五節(jié) 激活劑對酶反應的影響 43 1. 激活劑(activator) 激活劑：凡是能提高酶活性的物質(zhì)。其中大部分是無機離子或簡單有機化合物。金屬離子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子，如Mg2+是多數(shù)激