第三章 酶催化反應動力學

第三章酶催化反應動力學（2學時）主要內容：

酶催化反應速率與酶活的測定1底物濃度對酶促反應速度的影響2酶濃度對酶促反應速度的影響3其它因素對酶促反應速度的影響5抑制劑對酶促反應速度的影響4酶催化反應動力學研究包括哪些內容?重要（1）底物濃度（2）酶濃度（3）抑制劑（4）溫度（5）

pH影響因素（6）激活劑酶促反應速度目的和意義

找到適宜的反應條件提高或抑制酶催化反應效率

了解酶在生理代謝過程中的作用和某些藥物的作用機制等定義：酶催化反應動力學是研究酶促反應速度以及影響此速度的各種因素的科學。1酶催化反應速率與酶活力的測定酶活力是指酶催化某一化學反應的能力，其大小可以用在一定條件下該酶所催化的某一化學反應的反應速度（reactionvelocity）來表示，酶活力的高低和化學反應的反應速度的大小兩者呈線性關系。1.1酶催化反應速率隨時間的變化酶催化的反應速度可用在單位時間內底物的減少量或者產物的增加量來表示。如圖3-1所示的曲線圖。酶促反應速度隨反應時間延長而降低。圖3-1酶促反應的速度曲線（1）底物濃度的降低、產物濃度增加從而加速了逆反應的進行；（2）產物對酶的抑制作用；（3）隨著反應時間的延長引起酶的部分失活等。引起酶促反應速度隨反應時間延長而降低的原因？測定反應初速度的方法來測定相關制劑中酶的含量（活性）。如何避免影響？1.2酶活力的測定原理酶蛋白的含量很低，很難直接測定其蛋白質的含量，且常與其他各種蛋白質混合存在，將其提純耗時費力。故不能直接用重量或體積等指標來衡量。分光光度法熒光法同位素法電化學方法其他方法：如旋光法、量氣法、量熱法和層析法等測定酶活力常用的方法：測定酶活力的基本原理測定底物減少量測定產物增加量1.3酶活力測定時需注意：（1）選擇反應的最適溫度，根據不同的底物和緩沖液選擇反應的最適pH。（2）速度要快，取反應的初速度（3）底物濃度要足夠大（一般在10Km以上）使酶被底物飽和，以充分反映待測酶的活力2底物濃度對酶促反應速度的影響2.1中間絡合物學說中間絡合物學說最早是由Henri和Wurtz兩位科學家提出的。在1903年，Henri在用蔗糖酶水解蔗糖實驗研究化學反應中底物濃度與反應速度的關系時發(fā)現，當酶濃度不變時，可以測出一系列不同底物濃度下的化學反應速度，以該反應速度對底物濃度作圖，可得到如圖3-2所示的曲線。

圖3-2底物濃度對酶促反應速度的影響根據這一實驗結果，Henri和Wurtz提出了酶促化學反應的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(E)首先需要和底物(S)結合生成酶底物中間絡合物即中間復合物(ES)，然后再生成產物(P)，同時釋放出酶。該學說可以用下面的化學反應方程式來表示：酶底物中間絡合物學說E+Sk1k2k3ESE+P酶底物中間絡合物學說酶還未被底物所飽和酶已全部被底物所飽和2.2酶促反應的動力學方程式（米氏方程）1913年Michaelis和Menten兩位科學家在前人工作的基礎上，根據酶促反應的中間絡合物學說，推導出一個數學方程式，用來表示底物濃度與酶反應速度之間的量化關系，通常把這個數學方程式稱為米氏方程：[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速度Vmax：最大反應速度(maximumvelocity)Ｋm：米氏常數(Michaelisconstant)米氏常數Km的含義Km值就代表著反應速度達到最大反應速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。

。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]Km＝[S]Km值的推導：米氏常數的應用價值Km是酶的一個特征性常數：也就是說Km的大小只與酶本身的性質有關，而與酶濃度無關。Km值還可以用于判斷酶的專一性和天然底物，Km值最小的底物往往被稱為該酶的最適底物或天然底物。Km可以作為酶和底物結合緊密程度的—個度量指標，用來表示酶與底物結合的親和力大小。已知某個酶的Km值，就可以計算出在某一底物濃度條件下，其反應速度相當于Vmax的百分比。

Km值還可以幫助我們推斷具體條件下某一代謝反應的方向和途徑，只有Km值小的酶促反應才會在競爭中占優(yōu)勢。米氏方程的雙倒數作圖雙倒數作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=（林－貝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]兩邊同取倒數-1/Km1/[S]1/V03酶濃度對反應速度的影響當[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應速度與酶濃度成正比關系式為：V=K3[E]0

V

[E]

當[S]>>[E]時，Vmax=k3[E]酶濃度對反應速度的影響E+Sk1k2k3ESE+P4抑制劑對酶促反應速度的影響區(qū)別于酶的變性抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性酶的抑制劑(inhibitor)：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質稱為酶的抑制劑。（1）是研究酶的結構與功能、酶的催化機制以及闡明機體代謝途徑的基本手段。（2）可以為醫(yī)藥產業(yè)中設計新藥物和農業(yè)生產中設計新農藥提供重要的理論依據。（3）在食品生產和保鮮中控制酶的催化效率。研究抑制劑的意義4.1抑制作用的類型及鑒別根據抑制劑與酶的作用方式的區(qū)別以及抑制作用是否可逆，我們可以將抑制作用分為兩大類，即：不可逆的抑制作用(irreversibleinhibition)可逆的抑制作用(reversibleinhibition)鑒別不可逆抑制作用抑制劑與酶的必需基團以共價鍵的形式結合而引起酶活力降低或喪失。是不可逆的。本質上來說就是酶的修飾抑制可逆抑制作用由于抑制劑與酶以非共價鍵的形式結合而引起酶活力降低或喪失。是可逆的。鑒別方法（1）能否用透析、超濾和凝膠過濾等物理方法除去抑制劑？（2）化學動力學的方法（見下圖）如何鑒別？圖3-4可逆抑制劑與不可逆抑制劑的區(qū)別（一）曲線1，無抑制劑；曲線2，不可逆抑制劑；曲線3，可逆抑制劑4.2不可逆的抑制作用根據不可逆抑制劑選擇性的差異，通常把不可逆抑制劑分為兩種類型，即非專一性不可逆抑制劑和專一性不可逆抑制劑。①非專一性不可逆抑制劑有機磷化合物有機汞、有機砷化合物重金屬鹽烷化劑硫化物、氰化物和CO非專一性青霉素與絲氨酸羥基共價結合與半胱氨酸的巰基共價結合使酶蛋白變性與酶多個必須基團結合與酶中金屬離子形成穩(wěn)定絡合物機理與糖肽轉肽酶絲氨酸羥基結合舉例1：有機磷化合物對羥基酶的抑制

有機磷化合物

羥基酶解毒------解磷定(PAM)路易士氣失活的酶巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結合物舉例2：有機砷對巰基酶的抑制砷化合物

巰基酶解毒------二巰基丙醇(BAL)②專一性不可逆抑制劑a) Ks型不可逆抑制劑：具有與底物相類似的結構例如：對甲苯磺酰-L-賴氨酰氯甲酮（TLCK）和胰蛋白酶的底物對甲苯硫磺-L-賴氨酰甲酯（TLME）具有相似化學結構b) Kat型不可逆抑制劑：不但具有與天然底物相類似的結構，而且抑制劑本身也是酶的底物，專一性極高，因此也被稱為自殺性底物。例如：β-鹵代-D-Ala是丙氨酸消旋酶的不可逆抑制劑4.3可逆的抑制作用根據可逆抑制劑與底物的關系，我們將可逆抑制作用分為三種類型。競爭性抑制1非競爭性抑制2反競爭性抑制3①競爭性抑制(competitiveinhibition)：是最常見的一種可逆抑制作用。大多數競爭性抑制劑與底物的結構相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。其抑制程度取決于底物和抑制劑的相對濃度，可以通過增加底物濃度的方法來解除這種抑制作用。競爭性抑制反應模式在競爭性抑制中，底物(S)或抑制劑(I)與酶(E)的結合都是可逆的，因此存在著如下的化學平衡式：[S]>>[I]：高濃度的底物可解除抑制圖3-5競爭性抑制曲線⑴Vm值不變，(表觀）Km值增大；⑵Km隨抑制劑濃度[I]的增加而增加；⑶雙倒數作圖所得直線相交于縱軸；⑷抑制作用可以被高濃度的底物減低以致消除。特點：與對氨基苯甲酸競爭性抑制二氫葉酸合成酶舉例：磺胺類藥物的抑菌機制②非競爭性抑制(noncompetitiveinhibition)：非競爭性抑制劑(I)和底物(S)可以同時與酶(E)結合，兩者之間不存在競爭關系。但是在酶與抑制劑結合后，還可以進一步與底物結合形成酶-底物-抑制劑復合物ESI；酶與底物結合后，也可