酶的作用機(jī)理和酶促反應(yīng)動力學(xué)

酶的作用機(jī)理和酶促

反應(yīng)動力學(xué)酶的作用機(jī)理酶促反應(yīng)動力學(xué)酶的作用機(jī)理（一）酶的催化作用與活化能：酶之所以具有很高的催化效率就在于酶降低了化學(xué)反應(yīng)的活化分子所需要的能量；（二）中間產(chǎn)物理論：（1913,Michaaelic&Menten）酶降低活化能的原因是酶參加了反應(yīng)，與底物結(jié)合為不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物；（三）酶的活性中心：酶在催化反應(yīng)時，只是酶的活化中心在起作用；活化能酶反應(yīng)與活化能活化能是指一般分子成為能參加化學(xué)反應(yīng)的活化分子所需要的能量；要使反應(yīng)進(jìn)行迅速，途徑(1)外加能量；(2)降低活化能；中間絡(luò)合物學(xué)說1.在酶催化反應(yīng)SP時，酶E先與底物S結(jié)合成中間產(chǎn)物ES，ES轉(zhuǎn)變?yōu)镋和P，表示為

E+SESE+P2.實際的酶反應(yīng)要復(fù)雜得多：參加的底物不只一種；酶和底物結(jié)合以及轉(zhuǎn)化為底物和酶的步驟有幾步。酶反應(yīng)與活化能酶的活性部位酶的活性中心：在酶促反應(yīng)中，與底物分子結(jié)合的酶分子中的一小部分。酶的活性中心由酶蛋白的某些氨基酸殘基組成，輔酶（輔基）常參與組成酶的活力中心；酶的活性中心包括兩部分：酶與底物結(jié)合的部位（結(jié)合部位—決定酶的專一性）及參與催化反應(yīng)的部位（轉(zhuǎn)變部位—決定酶的催化能力）。鎖-鑰匙模型和誘導(dǎo)-契合模型活性部位只占相當(dāng)小的部分（1~2%）活性部位是一個三維實體底物與酶相互作用的“誘導(dǎo)契合”位于酶分子表面的一個裂縫內(nèi)底物通過次級鍵較弱的力結(jié)合到酶上活性部位具有柔性或可運(yùn)動性酶分子中的其它部位為活性部位的形成提供了結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。誘導(dǎo)-契合模型（1）當(dāng)?shù)孜锖突盍χ行慕Y(jié)合時，酶蛋白的構(gòu)象發(fā)生了一定的變化；（2）催化基團(tuán)正確地定向，才能使底物發(fā)生轉(zhuǎn)變；（3）酶蛋白構(gòu)象的變化使得底物能誘導(dǎo)催化基團(tuán)正確地定向。酶的作用機(jī)制酶與反應(yīng)的過渡態(tài)互補(bǔ)（Pauling）酶與底物的過渡態(tài)互補(bǔ)，親和力最強(qiáng)，釋放出結(jié)合能使ES的過渡態(tài)能級降低，有利于底物分子跨越能壘，加快反應(yīng)速度抗體酶免疫球蛋白，“催化性抗體”為酶的過渡態(tài)理論提供了有力的實驗證據(jù)；酶具有高催化效率的因素鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)使底物與底物之間、底物與酶之間結(jié)合于同一分子而使有效濃度升高定向反應(yīng)使反應(yīng)基團(tuán)和催化基團(tuán)之間正確取位底物的形變與誘導(dǎo)契合酸堿催化酶具有高催化效率的因素共價催化金屬離子催化多元催化和協(xié)同效應(yīng)活性部位微環(huán)境的影響鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)底物的形變與誘導(dǎo)契合當(dāng)酶遇到專一性底物時，酶中某些基團(tuán)或離子可以使底物分子內(nèi)敏感鍵中的某些基團(tuán)產(chǎn)生“電子張力”，從而改變底物狀態(tài)酶也會在底物的誘導(dǎo)下發(fā)生構(gòu)象改變可作為酸堿催化的功能基團(tuán)共價催化金屬離子催化1/3的酶催化活性需金屬離子金屬酶：含緊密結(jié)合的金屬離子，多屬過渡金屬金屬-激活酶：含松散結(jié)合的金屬離子，為堿和堿土金屬離子金屬離子以3種途徑參加催化過程通過結(jié)合底物為反應(yīng)定向通過可逆地改變金屬離子的氧化態(tài)調(diào)節(jié)氧化還原反應(yīng)通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷酶促反應(yīng)動力學(xué)影響酶促反應(yīng)的因素溫度：pH：酶的濃度：底物濃度：水分活度抑制劑與激活劑：酶濃度對反應(yīng)速度的影響對大多數(shù)酶促反應(yīng)來說，在適宜的溫度、pH和底物濃度在一定的條件下，反應(yīng)速度至少在初始階段與酶的濃度成正比；如反應(yīng)繼續(xù)下去，則速度將降低。底物濃度對反應(yīng)速度的影響米氏方程(1913,Michaelis&Menten)：

Vmax[S]V=Ks+[S]1925,Briggs&Haldane

穩(wěn)態(tài)理論動力學(xué)參數(shù)Km（1）[S]<<Km，則為一級反應(yīng)；[S]>>Km，則為零級反應(yīng)；（2）Km是酶的一個特性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)，其隨測定的底物、溫度、pH及離子強(qiáng)度而改變；（3）Km可以判斷酶的反應(yīng)專一性和天然底物，1/Km是酶和底物親和力的量度；（4）當(dāng)反應(yīng)速度是最大速度的一半時，米氏常數(shù)相當(dāng)于此時的底物濃度；（5）Km=(k2+k3)/k1，若k3<<k2,則Km近似于Ks；（6）Km可幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向和途徑；Vmax和k3Vmax：當(dāng)反應(yīng)物濃度增加時，酶催化反應(yīng)的速度趨于一個極限值；k3（kcat）：當(dāng)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)，“轉(zhuǎn)換數(shù)TN”Vmax=[E]k3賴-布二氏作圖法求KmKm是酶學(xué)中的一個重要常數(shù)，其倒數(shù)叫“親和力常數(shù)”。賴-布二氏作圖法求Km：

多底物反應(yīng)動力學(xué)序列反應(yīng):E+A+BEABEPQE+P+Q有序反應(yīng):隨機(jī)反應(yīng)序列反應(yīng)有序反應(yīng)

AB

PQEEAEABEPQEQE隨機(jī)反應(yīng)

ABPQEEABEPQEBAQP乒乓反應(yīng)酶同A的的反應(yīng)產(chǎn)物是在酶同第二個底物B反應(yīng)前釋放出來，且酶E轉(zhuǎn)變?yōu)樾揎椕感问紼’，后再與底物B反應(yīng)產(chǎn)生Q，E’再生為E。序列機(jī)制乒乓機(jī)制激活劑對酶反應(yīng)的影響概念：一些無機(jī)離子起著使酶激活的作用(鈉、鎂、鈣、鋅、氯等)激活劑對酶的作用有選擇性離子之間可能存在拮抗激活劑對酶反應(yīng)的影響陽離子:(1)是酶活力中心的組成部分；(2)是輔基與輔酶結(jié)構(gòu)中的必要成分；(3)保持活力中心結(jié)構(gòu)；(4)是酶作用底物的組成成分；陰離子：較為一般，典型的為氯離子對α-淀粉的激活能力?？寡趸镔|(zhì)：巰基為活性基團(tuán)的酶抑制劑對酶反應(yīng)的影響酶的失活&酶的抑制劑競爭性抑制劑：此抑制劑與酶的正常底物相似，可結(jié)合到酶的活力中心，生成酶-抑制劑絡(luò)合物；E+IEI(I為抑制劑)非競爭性抑制劑：其與酶的底物并不類似，但可和酶結(jié)合形成酶-抑制劑絡(luò)合物；重金屬、氰化物、螯合劑、氧化劑及能與-SH作用的物質(zhì)非競爭性抑制劑反競爭抑制：酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合可逆抑制作用不可逆抑制作用競爭性抑制劑競爭性抑制可能是由于底物與抑制劑結(jié)合在酶分子的同一部位上,也可能是由于底物或抑制劑中的一個酶結(jié)合后而引起酶發(fā)生變化非競爭性抑制反競爭性抑制劑競爭性抑制1.公式中a=(1+[I]/Ki);2.

3.改變Km而不改變V，當(dāng)?shù)孜餄舛壬?，抑制作用可被解除；競爭性抑制非競爭抑制非競爭性抑制改變Vmax而不改變Km非競爭性抑制劑可能是作用于酶活性部位中催化基團(tuán)，也可能與維持酶構(gòu)象的必需基團(tuán)作用，降低酶活性非競爭抑制反競爭抑制幾種抑制劑不可逆抑制劑非專一性~：有機(jī)磷化合物（抑制蛋白酶和酯酶活力）、有機(jī)汞、有機(jī)砷（與Cys的-SH）、重金屬鹽、烷化試劑、氰化物、硫化物、CO（與酶中金屬結(jié)合）、青霉素（與糖肽轉(zhuǎn)肽酶的Ser的-OH結(jié)合）專一性~Ks型~：親和標(biāo)記試劑Kcat型~：自殺形底物幾種抑制劑可逆抑制劑：（競爭性~）5‘-氟尿嘧啶、磺胺藥、過渡態(tài)底物類似物磺胺—競爭性抑制劑（對氨基苯磺酰胺&對氨基苯甲酸-葉酸）溫度對酶反應(yīng)速度的影響溫度對酶反應(yīng)的影響有二:(1)酶反應(yīng)隨溫度升高而加速；(2)酶因熱變性而失活；大多數(shù)酶的最適溫度在30~40℃之間，≥50℃失活；酶的最適溫度是一個有條件的常數(shù)。（pH、時間、底物濃度等）酶的熱失活酶的熱失活：當(dāng)溫度升高時，由于酶蛋白的熱變性使得酶的活力逐漸喪失；酶失活速度隨著溫度升高而很快上升，隨著溫度升高，酶熱失活所需的時間很快減少。pH對酶作用的影響大多數(shù)酶的最適pH值在4.5~8.0范圍內(nèi)，但也有例外；酶在