酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

關(guān)于酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第1頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六（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酶的催化特性

第2頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六絕對(duì)專一性

：一種酶只能催化一種化合物進(jìn)行一種反應(yīng)相對(duì)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)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)底物專一性：一種酶只能催化一種底物立體專一性：一種酶只能作用于所有立體異構(gòu)體中的一種

很強(qiáng)的專一性第3頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六具有溫和的反應(yīng)條件一般在生理溫度25~37℃的范圍，僅有少數(shù)酶反應(yīng)可在較高溫度下進(jìn)行。在接近中性的pH值條件下進(jìn)行第4頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六易變性與失活蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因而具有蛋白質(zhì)的所有性質(zhì)。常因變性而使活力下降，甚至完全失活。酶的變性多數(shù)為不可逆。

第5頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六激活劑和抑制劑激活劑：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；EDTA3）蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子：激活酶原抑制劑：降低酶的催化活性甚至完全失活的物質(zhì)（區(qū)別于變性劑）第6頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六7.2.1Michaelis-Menten方程:快速平衡學(xué)說

①與底物濃度[S]相比，酶的濃度[E]是很小的，因而可忽略由于生成中間復(fù)合物[ES]而消耗的底物。②不考慮這個(gè)逆反應(yīng)的存在(只適應(yīng)于反應(yīng)初期）③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,

k-1>>k2,也就是說ES分解生成P的速率不足以破壞E和ES之間的快速平衡k1k-1k2k-2第7頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六反應(yīng)快速建立平衡：反應(yīng)體系的總酶量為：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當(dāng)[Et]=[ES]時(shí)，(4)所以

將（4）代入（3），則：快速平衡學(xué)說：米氏方程第8頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六7.2.1Briggs-Haldane方程:擬穩(wěn)態(tài)學(xué)說

1、與底物濃度[S]相比，酶的濃度[E]是很小的，因而可忽略由于生成中間復(fù)合物[ES]而消耗的底物。

2、不考慮這個(gè)逆反應(yīng)的存在3、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。4、在一定時(shí)間內(nèi)雖然[S]和[P]在不斷變化，ES復(fù)合體也在不斷地生成和分解，但ES的生成速率與分解速率接近相等，[ES]基本保持不變k1k-1k2k-21925年BriggsG.E.和HaldaneJ.B.S.對(duì)該模型提出了修正第9頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六[ES]生成速度：，[ES]分解速度：當(dāng)酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)時(shí)：即：令：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當(dāng)[Et]=[ES]時(shí)，(4)所以

將（4）代入（3），則：穩(wěn)態(tài)學(xué)說：Brigges-Haldane方程第10頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六米氏常數(shù)的意義（1）物理意義：Km值等于酶反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)的底物濃度。（2）Km值愈大，酶與底物的親和力愈小；Km值愈小，酶與底物親和力愈大。酶與底物親和力大，表示不需要很高的底物濃度，便可容易地達(dá)到最大反應(yīng)速度。（3）Km值是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和酶促反應(yīng)條件(如溫度、pH、有無抑制劑等)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。酶的種類不同，Km值不同，同一種酶與不同底物作用時(shí)，Km值也不同。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六7.3有抑制的酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

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)稱為抑制劑?？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，不能用物理方法去掉抑制劑。此類抑制可使酶永久性地失活。例如重金屬離子Hg2+”、Pb2+”等對(duì)木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶的抑制都是不可逆抑制。不可逆抑制第12頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六根據(jù)產(chǎn)生抑制的機(jī)理不同，可逆抑制分為:

競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制混合性抑制

第13頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六1.競爭性抑制(competitiveinhibition)(1)含義和反應(yīng)式抑制劑I和底物S結(jié)構(gòu)相似，抑制劑I和底物S對(duì)游離酶E的結(jié)合有競爭作用，互相排斥，已結(jié)合底物的ES復(fù)合體，不能再結(jié)合I。第14頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六（2）特點(diǎn)：①抑制劑I與底物S在化學(xué)結(jié)構(gòu)上相似，能與底物S競爭酶E分子活性中心的結(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)相似，是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。第15頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六

②抑制程度取決于抑制劑與底物的濃度比、〔ES〕和〔EI〕的相對(duì)穩(wěn)定性；③加大底物濃度，可使抑制作用減弱甚至消除。第16頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六（3）競爭性抑制劑的動(dòng)力學(xué)方程

E+SESE+PE+IEIk1k2k3由米氏方程得：Km＝①

Ki＝②

〔E〕＝〔E〕t－〔ES〕－〔EI〕③〔E〕〔S〕〔ES〕〔E〕〔I〕〔EI〕ki第17頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六解方程①②③得：〔ES〕=

〔E〕t

（1+）＋1Km〔S〕〔I〕Ki又因vi＝k3〔ES〕,代入上式得：Vi＝

（1+）＋〔S〕Km〔I〕KiVmax〔S〕第18頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六競爭性抑制劑雙倒數(shù)曲線，如下圖所示：有競爭性抑制劑存在的曲線與無抑制劑的曲線相交于縱坐標(biāo)1/Vmax處，但橫坐標(biāo)的截距，因競爭性抑制存在變小，說明該抑制作用，并不影響酶促反應(yīng)的最大速度Vmax，而使Km值變大。1vi＝（1+）KmVmax〔S〕1+Vmax1〔I〕Ki第19頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六2.非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)(1)含義和反應(yīng)式抑制劑I和底物S與酶E的結(jié)合完全互不相關(guān)，既不排斥，也不促進(jìn)結(jié)合，抑制劑I可以和酶E結(jié)合生成EI，也可以和ES復(fù)合物結(jié)合生成ESI。底物S和酶E結(jié)合成ES后，仍可與I結(jié)合生成ESI，但一旦形成ESI復(fù)合物，再不能釋放形成產(chǎn)物P。第20頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六第21頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六（2）特點(diǎn)：

①I和S在結(jié)構(gòu)上一般無相似之處，I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的結(jié)合，增加底物濃度并不能減少I對(duì)酶的抑制。②非競爭性抑制劑的雙倒數(shù)曲線：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)-1/Km處，但縱坐標(biāo)的截距，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Km值，而使Vmax值變小，如下圖所示：第22頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六非競爭性抑制Vi＝Vmax〔S〕(1+)〔I〕KiKm+()〔S〕1Vi＝（1+）〔I〕Ki×（＋）1VmaxKmVmax1〔S〕第23頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六3.反競爭性抑制

(1)含義和反應(yīng)式反競爭性抑制劑必須在酶結(jié)合了底物之后才能與酶與底物的中間產(chǎn)物結(jié)合，該抑制劑與單獨(dú)的酶不結(jié)合。第24頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六

酶第25頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六（2）特點(diǎn)：反競爭性抑制劑存在下，Km、Vmax都變小。1Vi＝KmVmax1〔S〕+1Vmax〔I〕Ki(1+)Vi＝Vmax〔S〕〔S〕〔I〕Ki（1＋）Km＋第26頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六復(fù)雜的酶促反應(yīng)——雙底物反應(yīng)A+BP+Q序列反應(yīng)：在任何產(chǎn)物釋放前兩種底物必須先結(jié)合到酶上乒乓反應(yīng)：在所有底物完全結(jié)合之前即有產(chǎn)物釋放k1k-1k2k-2k1k-1k2k-2第27頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六復(fù)雜的酶促反應(yīng)——雙底物反應(yīng)第28頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六第29頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六復(fù)雜的酶促動(dòng)力學(xué)：雙底物反應(yīng)

第30頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)6分，星期六復(fù)雜的酶促動(dòng)力學(xué)：乒乓反應(yīng)(無三元復(fù)合物，酶的過度態(tài)

第31頁，共3