酶催化反應(yīng)動力學(xué)-文檔資料

1、1第七章第七章 酶的催化特性和反應(yīng)動力學(xué)酶的催化特性和反應(yīng)動力學(xué)7.1 7.1 酶的催化特性酶的催化特性 u能降低反應(yīng)的活化能，加快生化反應(yīng)的速率u不改變反應(yīng)的方向和平衡關(guān)系，即不能改變反應(yīng)的平衡常數(shù)，而只能加快反應(yīng)達(dá)到平衡的速率2（1）較高的催化效率 （2）很強(qiáng)的專一性 （3）具有溫和的反應(yīng)條件 （4）易變性與失活 7.1 7.1 酶的催化特性酶的催化特性 3n絕對專一性絕對專一性 ：一種酶只能催化一種化合物進(jìn)行一種反應(yīng) n相對專一性：相對專一性：一種酶能夠催化一類具有相同化學(xué)鍵或基團(tuán)的物質(zhì)進(jìn)行某種類型的反應(yīng) n反應(yīng)專一性：一種酶只能催化某化合物在熱力學(xué)上可能進(jìn)行的許多反應(yīng)中的一種反應(yīng) n底

2、物專一性 ：一種酶只能催化一種底物 n立體專一性：一種酶只能作用于所有立體異構(gòu)體中的一種 很強(qiáng)的專一性 4具有溫和的反應(yīng)條件n一般在生理溫度2537的范圍，僅有少數(shù)酶反應(yīng)可在較高溫度下進(jìn)行。n在接近中性的pH值條件下進(jìn)行5易變性與失活n蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因而具有蛋白質(zhì)的所有性質(zhì)。n常因變性而使活力下降，甚至完全失活。n酶的變性多數(shù)為不可逆。 6激活劑和抑制劑n激活劑：能提高酶活性的物質(zhì)激活劑：能提高酶活性的物質(zhì) 1）無機(jī)離子：酶的輔因子；橋梁作用 2）中等大小的有機(jī)分子：還原劑；EDTA 3）蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子：激活酶原n抑制劑：降低酶的催化活性甚至完全失活的抑制劑：降低酶的催化活性甚

3、至完全失活的物質(zhì)（區(qū)別于變性劑）物質(zhì)（區(qū)別于變性劑）77.2.1 Michaelis-Menten 方程方程: :快速平衡學(xué)說快速平衡學(xué)說 與底物濃度與底物濃度SS相比，酶的濃度相比，酶的濃度EE是很小的，是很小的，因而可忽略由于生成中間復(fù)合物因而可忽略由于生成中間復(fù)合物 ESES而消耗的底物。而消耗的底物。 不考慮這個逆反應(yīng)的存在不考慮這個逆反應(yīng)的存在( (只適應(yīng)于反應(yīng)初期）只適應(yīng)于反應(yīng)初期） 認(rèn)為基元反應(yīng)的反應(yīng)速率最慢，為該反應(yīng)速率的認(rèn)為基元反應(yīng)的反應(yīng)速率最慢，為該反應(yīng)速率的控制步驟控制步驟, , k k-1-1kk2 2, ,也就是說也就是說ESES分解生成分解生成P P的速率不足的速率

4、不足以破壞以破壞E E和和ESES之間的快速平衡之間的快速平衡PEESSEk1k-1k2k-281kES 1kES2kEP ESEt SES反應(yīng)快速建立平衡反應(yīng)快速建立平衡：反應(yīng)體系的總酶量為反應(yīng)體系的總酶量為：EESEtSESKEEEESMtt11ESSEKkkM(1)經(jīng)整理得經(jīng)整理得： SKSEMtES由于酶促反應(yīng)速度由由于酶促反應(yīng)速度由ES決定，即決定，即ESkv22kvES，所以所以(2)將將（2）代入代入（1）得得： SKSEkvMt2 SKSEkMt2v(3)當(dāng)當(dāng)Et=ES時(shí)時(shí)，mVv tmEkV2(4)所以所以 將將（4）代入代入（3），則，則： SKSVvmmaxMKSEES快

5、速平衡學(xué)說：米氏方程快速平衡學(xué)說：米氏方程97.2.1 Briggs-Haldane 方程方程: :擬穩(wěn)態(tài)學(xué)說擬穩(wěn)態(tài)學(xué)說 1 1、與底物濃度、與底物濃度SS相比，酶的濃度相比，酶的濃度EE是很小的，是很小的，因而可忽略由于生成中間復(fù)合物因而可忽略由于生成中間復(fù)合物 ESES而消耗的底物。而消耗的底物。 2 2、不考慮這個逆反應(yīng)的存在、不考慮這個逆反應(yīng)的存在 3 3、認(rèn)為基元反應(yīng)的反應(yīng)速率最慢，為該反應(yīng)速率、認(rèn)為基元反應(yīng)的反應(yīng)速率最慢，為該反應(yīng)速率的控制步驟。的控制步驟。 4 4、在一定時(shí)間內(nèi)雖然、在一定時(shí)間內(nèi)雖然SS和和PP在不斷變化，在不斷變化，ESES復(fù)復(fù)合體也在不斷地生成和分解，但合體也

6、在不斷地生成和分解，但ESES的生成速率的生成速率與分解速率接近相等，與分解速率接近相等，ESES基本保持不變基本保持不變PEESSEk1k-1k2k-21925年Briggs G. E.和Haldane J. B. S.對該模型提出了修正101kES 1kES2kEP ESEt SESES生成速度生成速度： SESEkvt11，ES分解速度分解速度：ESkESkv212當(dāng)酶反應(yīng)體系處于當(dāng)酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)恒態(tài)時(shí)時(shí)：21vv 即即： ESkESkSESEkt211 121kkkESSESSEt令令：Kmkkk121則則： SSESESKmtE(1)經(jīng)整理得經(jīng)整理得： SKSEmtES由于酶促反

7、應(yīng)速度由由于酶促反應(yīng)速度由ES決定，即決定，即ESkv22kvES，所以所以(2)將將（2）代入代入（1）得得： SKSEkvmt2 SKSEkmt2v(3)當(dāng)當(dāng)Et=ES時(shí)時(shí)，mVv tmEkV2(4)所以所以 將將（4）代入代入（3），則，則： SKSVvmmax穩(wěn)態(tài)學(xué)說：穩(wěn)態(tài)學(xué)說：Brigges-Haldane方程方程11米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義（1 1）物理意義：物理意義：KmKm值等于酶反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)的底物值等于酶反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)的底物濃度。濃度。（2 2）Km Km 值愈大，酶與底物的親和力愈小值愈大，酶與底物的親和力愈??；KmKm值愈小，酶與底物值愈小，酶與

8、底物親和力愈大。酶與底物親和力大，表示不需要很高的底物濃親和力愈大。酶與底物親和力大，表示不需要很高的底物濃度，便可容易地達(dá)到最大反應(yīng)速度。度，便可容易地達(dá)到最大反應(yīng)速度。（3 3）Km Km 值是酶的值是酶的特征性常數(shù)特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和酶促反應(yīng)條件和酶促反應(yīng)條件( (如溫度、如溫度、pHpH、有無抑制劑等、有無抑制劑等) )有關(guān)，與酶的有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。酶的種類不同，濃度無關(guān)。酶的種類不同，KmKm值不同，同一種酶與不同底物值不同，同一種酶與不同底物作用時(shí)，作用時(shí)，Km Km 值也不同。值也不同。127.37.3有抑制的酶催化反應(yīng)動力

9、學(xué)有抑制的酶催化反應(yīng)動力學(xué) 在酶催化反應(yīng)中，由于某些外源化合物的存在而在酶催化反應(yīng)中，由于某些外源化合物的存在而使反應(yīng)速率下降，這種物質(zhì)稱為使反應(yīng)速率下降，這種物質(zhì)稱為抑制劑抑制劑?？赡嬉种瓶赡嬉种瓶捎弥T如透析等物理方法把抑制劑去掉而恢復(fù)酶的可用諸如透析等物理方法把抑制劑去掉而恢復(fù)酶的活性，酶與抑制劑的結(jié)合存在著解離平衡的關(guān)系。活性，酶與抑制劑的結(jié)合存在著解離平衡的關(guān)系。抑制劑與酶的基因成共價(jià)結(jié)合，不能用物理方法去抑制劑與酶的基因成共價(jià)結(jié)合，不能用物理方法去掉抑制劑。此類抑制可使酶永久性地失活。例如重掉抑制劑。此類抑制可使酶永久性地失活。例如重金屬離子金屬離子Hg2+Hg2+”、Pb2+Pb2

10、+”等對木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白等對木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶的抑制都是不可逆抑制。酶的抑制都是不可逆抑制。不可逆抑制不可逆抑制13根據(jù)產(chǎn)生抑制的機(jī)理不同，可逆抑制可逆抑制分為:v 競爭性抑制v 非競爭性抑制v 反競爭性抑制v 混合性抑制 141.1.競爭性抑制競爭性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)(1)(1)含義和反應(yīng)式含義和反應(yīng)式抑制劑抑制劑I I和底物和底物S S結(jié)構(gòu)相似，抑制劑結(jié)構(gòu)相似，抑制劑I I和底物和底物S S對游離酶對游離酶E E的結(jié)合的結(jié)合有有競爭作用競爭作用，互相排斥，已結(jié)合底物的，互相排斥，已結(jié)合底物的ESES復(fù)

11、合體，不能再結(jié)合復(fù)合體，不能再結(jié)合I I。15（2 2）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： 抑制劑抑制劑I I與底物與底物S S在化學(xué)結(jié)構(gòu)上在化學(xué)結(jié)構(gòu)上相似，能與底物相似，能與底物S S競爭酶競爭酶E E分子活性中心的分子活性中心的結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán). . 例如，丙二酸、蘋果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的結(jié)構(gòu)例如，丙二酸、蘋果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的結(jié)構(gòu)相似，是相似，是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。 抑制程度取決于抑制劑與底物的抑制程度取決于抑制劑與底物的濃度比濃度比、ESES和和EIEI的相對穩(wěn)定性的相對穩(wěn)定性； 加大底物濃度，可使抑制作用減弱甚至消除加大底物濃度，可使抑制作用減弱甚至消除。 1

12、7（3 3）競爭性抑制劑的動力學(xué)方程）競爭性抑制劑的動力學(xué)方程 E+S ES E+P E+I EIk1k2k3由米氏方程得：由米氏方程得：Km Ki EEtESEI ESESEIEIki18解方程得：解方程得：ES= Et （1 + ）1KmSIKi又因又因vik3ES,代入上式得：代入上式得：Vi （1 + ）SKmIKiVmaxS 競爭性抑制劑競爭性抑制劑雙倒數(shù)曲線，雙倒數(shù)曲線，如下圖所示：如下圖所示： 有競爭性抑制劑存在的有競爭性抑制劑存在的曲線與無抑制劑的曲線相曲線與無抑制劑的曲線相交于交于縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)1/Vmax1/Vmax處，但處，但橫坐標(biāo)的截距橫坐標(biāo)的截距，因競爭性，因競爭性抑制

13、存在變小，說明該抑抑制存在變小，說明該抑制作用，并不影響酶促反制作用，并不影響酶促反應(yīng)的最大速度應(yīng)的最大速度VmaxVmax，而使，而使KmKm值變大。值變大。 1vi （ 1 + ）KmVmaxS1+Vmax1IKi202.2.非競爭性抑制非競爭性抑制(non-competitive (non-competitive inhibition)inhibition)(1)(1)含義和反應(yīng)式含義和反應(yīng)式 抑制劑抑制劑I I和底物和底物S S與酶與酶E E的結(jié)合的結(jié)合完全互不相關(guān)完全互不相關(guān)，既不排，既不排斥，也不促進(jìn)結(jié)合，抑制劑斥，也不促進(jìn)結(jié)合，抑制劑I I可以和酶可以和酶E E結(jié)合生成結(jié)合生成E

14、IEI，也可以和也可以和ESES復(fù)合物結(jié)合生成復(fù)合物結(jié)合生成ESIESI。底物。底物S S和酶和酶E E結(jié)合成結(jié)合成ESES后，仍可與后，仍可與I I結(jié)合生成結(jié)合生成ESIESI，但，但一旦形成一旦形成ESIESI復(fù)合物，再復(fù)合物，再不能釋放形成產(chǎn)物不能釋放形成產(chǎn)物P P。 2122（2 2）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： I I和和S S在結(jié)構(gòu)上在結(jié)構(gòu)上一般無相似之處，一般無相似之處，I I常與酶分子上結(jié)合常與酶分子上結(jié)合基團(tuán)以外的化學(xué)基團(tuán)結(jié)合，這種結(jié)合并不影響底物和酶基團(tuán)以外的化學(xué)基團(tuán)結(jié)合，這種結(jié)合并不影響底物和酶的結(jié)合，增加底物濃度并不能減少的結(jié)合，增加底物濃度并不能減少I I對酶的抑制。對酶的抑制。

15、非競爭性抑制劑的非競爭性抑制劑的雙倒數(shù)曲線：雙倒數(shù)曲線：有非競爭性抑制劑有非競爭性抑制劑存在的曲線與無抑制劑的曲線相交于橫坐標(biāo)存在的曲線與無抑制劑的曲線相交于橫坐標(biāo) -1/Km-1/Km處，處，但縱坐標(biāo)的但縱坐標(biāo)的截距截距，因競爭性抑制存在變大，說明該抑，因競爭性抑制存在變大，說明該抑制作用，并不影響酶促反應(yīng)的制作用，并不影響酶促反應(yīng)的KmKm值，而使值，而使VmaxVmax值變小，值變小，如下圖所示：如下圖所示：非競爭性抑制非競爭性抑制ViVmaxS( 1+ ) IKiKm+( )S1Vi （1+ ）IKi（ ）1VmaxKmVmax1S243. 3. 反競爭性抑制反競爭性抑制 (1)(1)含義和反應(yīng)式含義和反應(yīng)式 反競爭性抑制劑反競爭性抑制劑必須在酶結(jié)合了底物之后必須在酶結(jié)合了底物之后才能與酶與才能與酶與底物的中間產(chǎn)物結(jié)合，該抑制劑底物的中間產(chǎn)物結(jié)合，該抑制劑與單獨(dú)的酶不結(jié)合與單獨(dú)的酶不結(jié)合。 酶酶（2 2）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： 反競爭性抑制劑存在下，反競爭性抑制劑存在下，K Km m、V Vmaxmax都變小。都變小。1ViKmVmax1S+1VmaxIKi(1+ )ViVmaxSSIKi（1 ）Km27復(fù)雜的酶促反應(yīng)雙底物反應(yīng) A+B P+Qn序列反應(yīng)：在任何產(chǎn)物釋放前兩種底物必須先