酶學(xué)基礎(chǔ)(四)

1、酶學(xué)基礎(chǔ)（四）1.2 酶反應(yīng)動力學(xué)酶反應(yīng)動力學(xué) 酶動力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速度問題，酶動力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速度問題，即研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響。酶即研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響。酶動力學(xué)理論與實驗在生物化學(xué)領(lǐng)域，特別在動力學(xué)理論與實驗在生物化學(xué)領(lǐng)域，特別在酶學(xué)研究中，有十分重要的作用。酶學(xué)研究中，有十分重要的作用。vt1.2.11.2.1酶催化反應(yīng)速率酶催化反應(yīng)速率通常為底物濃度不超過通常為底物濃度不超過5時的產(chǎn)物生成速率。時的產(chǎn)物生成速率。 在低底物濃度時在低底物濃度時, , 反應(yīng)反應(yīng)速度與底物濃度成正比，速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)特征。表現(xiàn)為一級反應(yīng)特征。 當(dāng)?shù)孜餄舛?/p>

2、達(dá)到一定值，當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應(yīng)速度達(dá)到結(jié)合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（最大值（VmaxVmax），此時），此時再增加底物濃度，反應(yīng)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。零級反應(yīng)。1.2.2 1.2.2 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響0246810 12 14 16 18 20020406080100C oncentration of S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)1 單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)（1）米氏方程）米氏方程v = v

3、maxS / (Km+S)米氏方程的推導(dǎo)米氏方程的推導(dǎo) A快速平衡學(xué)說快速平衡學(xué)說 方程推導(dǎo)三點假設(shè)：方程推導(dǎo)三點假設(shè)： 在初速度范圍內(nèi)，產(chǎn)物生成量極少，在初速度范圍內(nèi)，產(chǎn)物生成量極少， ES -E+P這一這一個反應(yīng)可以忽略。個反應(yīng)可以忽略。 與底物濃度與底物濃度S相比，酶的濃度相比，酶的濃度E是很小的，因而可忽是很小的，因而可忽略由于生成中間復(fù)合物略由于生成中間復(fù)合物ES而消耗的底物濃度，底物而消耗的底物濃度，底物濃度以起始的濃度開始算起濃度以起始的濃度開始算起 中間復(fù)合物中間復(fù)合物ES分解為分解為E+S的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ES分解為分解為E+P的速度，在初速度范圍內(nèi)，的速度，在初速

4、度范圍內(nèi)，E+SES的正逆反應(yīng)的正逆反應(yīng)速度達(dá)到平衡，速度達(dá)到平衡，ES復(fù)合物的分解為產(chǎn)物復(fù)合物的分解為產(chǎn)物P的速率不足的速率不足以破壞這一平衡以破壞這一平衡 B 穩(wěn)態(tài)平衡狀態(tài)穩(wěn)態(tài)平衡狀態(tài) 推導(dǎo)假設(shè)進(jìn)行修正：推導(dǎo)假設(shè)進(jìn)行修正： 在穩(wěn)態(tài)平衡條件下，在穩(wěn)態(tài)平衡條件下，ES復(fù)合物分解為產(chǎn)物的復(fù)合物分解為產(chǎn)物的速度不能忽略，即速度不能忽略，即ES保持動態(tài)平衡是，保持動態(tài)平衡是，ES生生成速率等于成速率等于ES分解速率。分解速率。推導(dǎo)原則推導(dǎo)原則：從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照 “穩(wěn)態(tài)平衡穩(wěn)態(tài)平衡”假說的設(shè)想進(jìn)行推導(dǎo)。假說的設(shè)想進(jìn)行推導(dǎo)。1kSE 1kES2kEP SKSV

5、vmmax121kkkKm米氏方程米氏方程:米氏常數(shù)米氏常數(shù):米氏方程解釋：米氏方程解釋：當(dāng)當(dāng)SSKmKm時，時，v=(Vmax/Km) S, v=(Vmax/Km) S, 即即v v 正正比于比于SS當(dāng)當(dāng)SSKmKm時，時，v v Vmax, Vmax, 即即SS 而而v v不變不變SvKmVm 2v =（Vm/Km） Sv=Vm=K2E 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 V=Vmax SKm + S矩形雙曲線：矩形雙曲線：|Km：在數(shù)值上，酶促反應(yīng)速度為最大速度：在數(shù)值上，酶促反應(yīng)速度為最大速度一半時的底物濃度。一半時的底物濃度。|Km是酶的特征常數(shù)之一是酶的特征常

6、數(shù)之一|判斷酶的最適底物判斷酶的最適底物|幫助判斷某一代謝的方向及生理功能幫助判斷某一代謝的方向及生理功能|Km與與Ks關(guān)系，可表示酶與底物的親和力關(guān)系，可表示酶與底物的親和力|可以用來計算酶活性中心被底物飽和分?jǐn)?shù)?？梢杂脕碛嬎忝富钚灾行谋坏孜镲柡头?jǐn)?shù)。|通過抑制劑對酶的通過抑制劑對酶的Km及及Vmax的影響，區(qū)別的影響，區(qū)別抑制劑的類型。抑制劑的類型。雙倒數(shù)作圖法又稱林雙倒數(shù)作圖法又稱林- -貝氏作圖法（貝氏作圖法（19341934） 1 = Km 1 + 1 V Vmax S Vmax1/V-1/Km 0 1/S斜率斜率= Km/ Vmax1/Vmax2 雙底物酶促反應(yīng)動力學(xué)雙底物酶促反應(yīng)

7、動力學(xué)（1）順序機(jī)制：特征，酶與底物的結(jié)合和產(chǎn)）順序機(jī)制：特征，酶與底物的結(jié)合和產(chǎn)物的釋放按照一定次序進(jìn)行物的釋放按照一定次序進(jìn)行A 有序順序機(jī)制有序順序機(jī)制EAEBPQEAEABEPQEQB 隨機(jī)順序機(jī)制隨機(jī)順序機(jī)制EABEABAEBEABEPQEPQQPEQEP(2)乒乓機(jī)制乒乓機(jī)制 底物與酶的結(jié)合和產(chǎn)物的釋放是交替進(jìn)行。底物與酶的結(jié)合和產(chǎn)物的釋放是交替進(jìn)行。EAPBQEEAEPEEBEQ1.2.31.2.3酶濃度對酶促反應(yīng)的影響酶濃度對酶促反應(yīng)的影響 在一個酶作用的最適條件下，如果底物在一個酶作用的最適條件下，如果底物濃度足夠大，酶促反應(yīng)的速度與酶濃度濃度足夠大，酶促反應(yīng)的速度與酶濃度成

8、正比。成正比。UkE1.2.4 1.2.4 溫度對酶促反應(yīng)的影響溫度對酶促反應(yīng)的影響 一方面是溫度升高一方面是溫度升高,酶促反酶促反應(yīng)速度加快。應(yīng)速度加快。 另一方面另一方面,溫度升高溫度升高,酶的高酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。 因此大多數(shù)酶都有一個最因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。適溫度。 在最適溫度條件在最適溫度條件下下,反應(yīng)速度最大。反應(yīng)速度最大。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity (%)1.2.5 pH 1.2.5 pH 對酶促

9、反應(yīng)的影響對酶促反應(yīng)的影響 在一定的在一定的pH 下下, 酶具有最酶具有最大的催化活大的催化活性性,通常稱此通常稱此pH 為最適為最適 pH。1.2.61.2.6抑制劑對酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對酶反應(yīng)速度的影響 能夠和酶的必需基團(tuán)結(jié)合，改變必需基團(tuán)的結(jié)能夠和酶的必需基團(tuán)結(jié)合，改變必需基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而引起酶活性的下降，甚至使酶構(gòu)和性質(zhì)，從而引起酶活性的下降，甚至使酶的活性完全喪失的現(xiàn)象稱酶的的活性完全喪失的現(xiàn)象稱酶的抑制作用抑制作用。 能引起抑制作用的化合物則稱為能引起抑制作用的化合物則稱為抑制劑抑制劑。酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點： a.a.在化學(xué)結(jié)

10、構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。過渡狀態(tài)相似。 b.b.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合物。形成比較穩(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合物。1、 抑制劑的作用方式抑制劑的作用方式（1） 不可逆抑制不可逆抑制 抑制劑與酶反應(yīng)中心的活抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價形式結(jié)合，性基團(tuán)以共價形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如引起酶的永久性失活。如有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。酸酯。 （2 2） 可逆抑制可逆抑制 抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶

11、活性暫時性喪失。抑制劑可引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過以通過透析等方法透析等方法被除去，并且能被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類。三類。A A 竟?fàn)幮砸种凭範(fàn)幮砸种?某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)而能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。抑制了。 竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大底物濃度

12、，竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。即提高底物的競爭能力來消除。竟竟?fàn)帬幮孕砸忠种浦凭範(fàn)幮砸种凭範(fàn)幮砸种艬 B 非竟?fàn)幮砸种品蔷範(fàn)幮砸种?酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。性抑制劑。 如某些金屬離子（如某些金屬離子（CuCu2+2+、AgAg+ +、HgHg2+2+）以及）以及EDTAEDTA等，等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的通常能與酶分

13、子的調(diào)控部位中的-SH-SH基團(tuán)作用，改基團(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。C 反競爭性反競爭性抑抑制作用制作用 酶與底物結(jié)合后酶與底物結(jié)合后抑抑制劑才能和酶結(jié)合制劑才能和酶結(jié)合v=VmaxSKm(1+I/Ki)+S1v=Km Vmax(1+ ) +IKi1 S1 Vmax I 正常正常1v1 S1 Vmax-1Km(1+ )I Ki-1 KmIIII1v=Km Vmax(1+ ) +IKi1 S1 Vmax（1+ ）IKi1v正正常常 I1 S-1 Km1 Vmax(1+ )IKiIIv=VmaxSKm +(1+I/Ki) S1v=Km Vmax(1+ )IKi1 S1 Vmax I 正常正常1v1 S1 Vmax-1KmI Ki+(1+ )-1 Km1 Vmax(1+ )I Ki1.2.71.