第9章_酶促反應(yīng)動力學(xué)

1、第第9 9章章 酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)研究酶促反應(yīng)的速率以及影響速率的各種因素研究酶促反應(yīng)的速率以及影響速率的各種因素底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響 米氏方程米氏方程酶的抑制作用酶的抑制作用環(huán)境因素對酶反應(yīng)的影響環(huán)境因素對酶反應(yīng)的影響 1 底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響1.1米氏學(xué)說的提出米氏學(xué)說的提出 酶有被底物所飽和的現(xiàn)象酶有被底物所飽和的現(xiàn)象雙曲線雙曲線 酶酶-底物復(fù)合物學(xué)說底物復(fù)合物學(xué)說(Enzyme-substrate complex)1903年，年，Herin-Wurtz 快速平衡學(xué)說快速平衡學(xué)說1913年年Michaelis和和M

2、enten 提出米氏方程提出米氏方程Ks為為ES的解離常數(shù)的解離常數(shù)Maud Menten1879-1960Leonor Michaelis1875-1949 穩(wěn)態(tài)理論（穩(wěn)態(tài)理論（Steady State ）Briggs and Haldane in 1925Km=（k2+k3）/k1修正修正Michaelis-Menton EquationKm 米氏常數(shù)米氏常數(shù) Vmax 最大反應(yīng)最大反應(yīng)速率速率3個假設(shè)個假設(shè):（1）底物大過量，即底物大過量，即SE（2）P濃度極小，忽略濃度極小，忽略 這步反應(yīng)這步反應(yīng)ESE + Pk4（3）穩(wěn)態(tài)假設(shè)：穩(wěn)態(tài)假設(shè)：ES的生成速度和的生成速度和ES的分解速度的分

3、解速度相等，相等， ES 為常數(shù)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。為常數(shù)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。1.2 米氏方程式的推導(dǎo)米氏方程式的推導(dǎo)酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行：酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行：第一步：酶與底物作用，形成酶第一步：酶與底物作用，形成酶-底物復(fù)合物。底物復(fù)合物。第二步：第二步：ES復(fù)合物復(fù)合物分解分解形成產(chǎn)物形成產(chǎn)物，釋放出游離酶。，釋放出游離酶。酶與底物生成酶與底物生成ES的速度為：的速度為：注：ES分解的速度為：分解的速度為：當(dāng)整個反應(yīng)體系處于當(dāng)整個反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)時，時，ESES生成生成速度（速度（V V1 1）等于）等于ESES分解速度（分解速度（V V2 2）：）： 令: 將（將（2）代入（）代入（1） 用用Et代表

4、酶的總濃度，則代表酶的總濃度，則得：得：將（將（4 4）代入（）代入（3 3）酶促反應(yīng)速度酶促反應(yīng)速度v取決于取決于ES轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為E+P的速度的速度得：得：當(dāng)反應(yīng)體系中的底物濃度極大，而使所有的酶分子都當(dāng)反應(yīng)體系中的底物濃度極大，而使所有的酶分子都以以ES形式存在時，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（即最大反應(yīng)形式存在時，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（即最大反應(yīng)速度，速度，V）。）。得：得： 將（將（6）代入（）代入（5）米氏方程式米氏方程式Km-米氏常數(shù)米氏常數(shù)（Michaelis-Menton constant）表明當(dāng)已知表明當(dāng)已知Km和和Vmax時，酶反應(yīng)速率與底物濃時，酶反應(yīng)速率與底物濃度的定量關(guān)系。度的定

5、量關(guān)系。Km的物理意義的物理意義Km值是當(dāng)酶反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度值是當(dāng)酶反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度。單位是底物濃度的單位，一般用單位是底物濃度的單位，一般用mol/L或或mmolL表表示。示。計算：底物濃度計算：底物濃度反應(yīng)速度反應(yīng)速度底物濃度較低時，底物濃度較低時， S Km，米氏方程式的分母中，米氏方程式的分母中S一項一項可以忽略不計，得：可以忽略不計，得： 反應(yīng)速度與底物濃度成正比，反應(yīng)速度與底物濃度成正比， 符合一級反應(yīng)。符合一級反應(yīng)。在底物濃度很高時，在底物濃度很高時，SKm，米氏方程中，米氏方程中，Km可以忽略不可以忽略不計，得計，得 反應(yīng)速度與底物濃

6、度無關(guān)，反應(yīng)速度與底物濃度無關(guān)， 符合零級反應(yīng)符合零級反應(yīng)測定酶活力測定酶活力1.3米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義 Km是酶的一個特征常數(shù)。是酶的一個特征常數(shù)。Km的大小的大小只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。鑒別酶：鑒別酶：25，最適，最適pH的的Km值值 Km可以判斷酶的專一性和天然底物?？梢耘袛嗝傅膶Ｒ恍院吞烊坏孜?。酶的最適底物或天然底物：酶的最適底物或天然底物： Km值最小的底物值最小的底物酶對底物親和力的大?。好笇Φ孜镉H和力的大?。?/ Km 最適底物的親和力（最適底物的親和力（1/ Km）最大，）最大， Km最小最小,達(dá)最大反達(dá)最大反應(yīng)速率一半時所需

7、要的底物濃度愈小。應(yīng)速率一半時所需要的底物濃度愈小。1.4 米氏常數(shù)的求法米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk作圖法作圖法）以以1 1SS為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)， 以以1 1v v為縱坐標(biāo)作圖為縱坐標(biāo)作圖 缺點：缺點：實驗點過于集中于直線的左端，實驗點過于集中于直線的左端，作圖不易十分準(zhǔn)確。作圖不易十分準(zhǔn)確。2 酶的抑制作用酶的抑制作用2.1 抑制作用抑制作用失活作用失活作用（inactivation）：酶蛋白）：酶蛋白變性變性而引起而引起活力喪失?；盍适А?變性劑對酶變性劑對酶無選擇性無選擇性。抑制作用抑制作用（inhibition）：酶的酶的必須基團(tuán)必須基團(tuán)

8、化學(xué)性化學(xué)性質(zhì)的改變，引起酶活力降低或喪失。但酶質(zhì)的改變，引起酶活力降低或喪失。但酶未變性。未變性。 一種抑制劑一種抑制劑只能只能使一種酶或一類酶產(chǎn)生抑制作用。使一種酶或一類酶產(chǎn)生抑制作用。不可逆的抑制作用（不可逆的抑制作用（irreversible inhibition）：）：抑制劑與酶的必須基團(tuán)以抑制劑與酶的必須基團(tuán)以共價鍵共價鍵結(jié)合而引起酶活力結(jié)合而引起酶活力喪失，喪失，不能不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。而使酶復(fù)活。可逆的抑制作用（可逆的抑制作用（reversible inhibition） ：抑制劑與酶的必須基團(tuán)以抑制劑與酶的必須基團(tuán)以

9、非共價鍵非共價鍵結(jié)合而引起酶活結(jié)合而引起酶活力喪失，力喪失，能能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。而使酶復(fù)活?？赡娴囊种谱饔茫嚎赡娴囊种谱饔茫?競爭性抑制、非競爭性抑制、反競爭性抑制。競爭性抑制、非競爭性抑制、反競爭性抑制。2.2 分類分類根據(jù)抑制劑與酶作用方式及是否可逆根據(jù)抑制劑與酶作用方式及是否可逆2.3 2.3 競爭競爭性抑制作用性抑制作用（competitive inhibition) 概念概念：抑制劑與底物抑制劑與底物競爭競爭酶的結(jié)合部位酶的結(jié)合部位，從而，從而影響影響了了底物與酶的底物與酶的正常正常結(jié)合。結(jié)合。最常見的一種可逆抑制作用。最常

10、見的一種可逆抑制作用。 原因原因：抑制劑與底物的抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)類似結(jié)構(gòu)類似，與酶可，與酶可形成可逆的復(fù)合物形成可逆的復(fù)合物，但但此復(fù)合物不可能分解成產(chǎn)物此復(fù)合物不可能分解成產(chǎn)物，酶反應(yīng)速酶反應(yīng)速率率下降。下降。 增加底物濃度可解除這種抑制。增加底物濃度可解除這種抑制。動畫 競爭性抑制的特征競爭性抑制的特征 a 反應(yīng)式：反應(yīng)式：EI + SESIb動力學(xué)方面動力學(xué)方面 : VmaxVmax不不變，但變，但KmKm增大增大 。 競爭性抑制的臨床應(yīng)用意義競爭性抑制的臨床應(yīng)用意義 磺胺類藥物磺胺類藥物：對氨基苯磺酰胺：對氨基苯磺酰胺磺胺類藥物有抑制細(xì)菌生長繁殖的作用，而不傷害人和畜禽?；前奉愃幬镉?/p>

11、抑制細(xì)菌生長繁殖的作用，而不傷害人和畜禽。葉酸和二氫葉酸是四氫葉酸的前體。（二氫葉酸合成酶）葉酸和二氫葉酸是四氫葉酸的前體。（二氫葉酸合成酶）PABA人：人： 葉酸葉酸 （食物）（食物）FH2FH4葉酸還原酶葉酸還原酶FH2還原還原酶酶細(xì)菌：細(xì)菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4FH2還原還原酶酶對氨基苯磺胺對氨基苯磺胺與與PABA兩者競爭兩者競爭FH2合成酶合成酶細(xì)菌：細(xì)菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4抗菌增效劑抗菌增效劑TMP與與FH2相似，抑制細(xì)菌相似，抑制細(xì)菌FH2還原酶還原酶細(xì)菌：細(xì)菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4FH2還原還原酶酶2.4 非競爭性抑制作用非

12、競爭性抑制作用 （noncompetitive inhibition）概念概念：底物和抑制劑同時與酶結(jié)合，兩者沒有競爭作用。底物和抑制劑同時與酶結(jié)合，兩者沒有競爭作用。抑制劑（抑制劑（I I）和底物（）和底物（S S）可以同時結(jié)合在酶分子（）可以同時結(jié)合在酶分子（E E）的不同）的不同部位上，形成部位上，形成ESIESI三元復(fù)合物。但是，中間產(chǎn)物三元復(fù)合物。但是，中間產(chǎn)物ESIESI三元復(fù)三元復(fù)合物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物合物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物, ,酶酶活力降低?；盍档?。動畫原因原因抑制劑的抑制劑的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可與底物毫無相關(guān)之處可與底物毫無相關(guān)之處 如亮氨酸是精氨酸的一種非競爭性抑制劑如亮氨酸是

13、精氨酸的一種非競爭性抑制劑 加入加入大量底物不能解除大量底物不能解除非競爭性抑制劑對酶活性的抑非競爭性抑制劑對酶活性的抑制。這是不同于競爭性抑制的一個特征制。這是不同于競爭性抑制的一個特征。 特征特征a反應(yīng)式反應(yīng)式 b b動力學(xué)方面動力學(xué)方面：VmaxVmax降低，但降低，但KmKm值不改變。值不改變。2.5 反競爭性抑制反競爭性抑制（uncompetitive inhibition）概念概念酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。與酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。與抑制劑結(jié)合后的三元復(fù)合物不能形成產(chǎn)物。抑制劑結(jié)合后的三元復(fù)合物不能形成產(chǎn)物。特征特征a反應(yīng)式反應(yīng)式：b動力學(xué)方面動力學(xué)方面：

14、 VmaxVmax和和KmKm值值均均降低。降低。P373E+IEI 有機磷化合物有機磷化合物 POOXOR1R2POOXR2R1或或 化學(xué)結(jié)構(gòu)通式化學(xué)結(jié)構(gòu)通式: R1、R2 : 烷基烷基 ; X: -F等等2.6 不可逆抑制不可逆抑制（irreversible inhibition）有機磷化合物有機磷化合物:與酶活直接相關(guān)的絲氨酸上的羥基牢固結(jié)合，與酶活直接相關(guān)的絲氨酸上的羥基牢固結(jié)合， 從而抑制某些蛋白酶及酯酶。從而抑制某些蛋白酶及酯酶。神經(jīng)毒氣神經(jīng)毒氣DFP 、有機磷殺蟲劑、有機磷殺蟲劑E-S H +COOHHgCl有機汞、有機砷化合物有機汞、有機砷化合物 與酶中的半胱氨酸殘基的巰基作用

15、，抑制含巰基的酶與酶中的半胱氨酸殘基的巰基作用，抑制含巰基的酶COOHHgSE+ HCl重金屬鹽重金屬鹽如含如含Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等金屬鹽能使大多數(shù)酶失活等金屬鹽能使大多數(shù)酶失活烷化試劑烷化試劑例例 ICH2COOH，ICH2CONH2等等 E-S H + I CH2COOHE-S-CH2COOH + HI 青霉素青霉素糖肽轉(zhuǎn)肽酶糖肽轉(zhuǎn)肽酶：在細(xì)菌細(xì)：在細(xì)菌細(xì)胞壁合成中使肽聚糖胞壁合成中使肽聚糖鏈交聯(lián)。鏈交聯(lián)。與活性部位絲氨酸羥基與活性部位絲氨酸羥基共價結(jié)合，使酶失活，共價結(jié)合，使酶失活，影響肽聚糖鏈交聯(lián)，影響肽聚糖鏈交聯(lián)，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁合成導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁合成受阻，細(xì)菌生長被

16、損受阻，細(xì)菌生長被損害。害。溫度溫度pH值值激活劑激活劑抑制劑抑制劑3 環(huán)境因素對酶反應(yīng)的影響環(huán)境因素對酶反應(yīng)的影響 溫度對酶反應(yīng)的影響溫度對酶反應(yīng)的影響最適溫度最適溫度（optimum temperature ）：）：受底物的種類、濃度受底物的種類、濃度, , 溶液的離子強度溶液的離子強度, pH, , pH, 反應(yīng)時間等的影響。反應(yīng)時間等的影響。 pHpH對酶反應(yīng)的影響對酶反應(yīng)的影響反反應(yīng)應(yīng)速速度度pH最最 適適 p pH H68100反應(yīng)速度反應(yīng)速度pH最適最適pH（optimum pH）:受到底物的種類、濃度、受到底物的種類、濃度、 緩沖液緩沖液的種類等影響。的種類等影響。胃蛋白酶過氧

17、化氫酶精氨酸酶phosphatase堿性磷酸酶胃黏膜 激活劑對酶反應(yīng)的影響激活劑對酶反應(yīng)的影響激活劑激活劑（activator)：凡是能提高酶活性的物質(zhì)。凡是能提高酶活性的物質(zhì)。金屬離子：如金屬離子：如Na+、K+、Mg2+、Ca2+Zn2+、Fe2+等。等。 無機離子無機離子陰離子：如陰離子：如Cl-、Br-等等氫離子氫離子選擇性選擇性 有的金屬離子可以互相替代有的金屬離子可以互相替代 有的離子間有拮抗作用有的離子間有拮抗作用濃度要適中濃度要適中 有機分子有機分子某些還原劑如某些還原劑如Cys、GSH等等EDTA 具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子無活性的酶原無活性的酶原激活作用激活作用有活性的酶有活性的酶名詞