第10章 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

研究?jī)?nèi)容：反應(yīng)速率、影響其速率的因素第10章酶動(dòng)力學(xué)

化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)基本問(wèn)題：反應(yīng)進(jìn)行的方向、可能性和限度反應(yīng)進(jìn)行的速率和反應(yīng)機(jī)制一、有關(guān)化學(xué)動(dòng)力學(xué)概念化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)（一）基元反應(yīng)和化學(xué)計(jì)量方程（二）化學(xué)反應(yīng)的速率方程基元反應(yīng)瞬時(shí)速率：基元反應(yīng)速率方程：

（三）反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)1.反應(yīng)分子數(shù)：反應(yīng)中真正相互作用的分子的數(shù)目。單分子反應(yīng)：AP雙分子反應(yīng)：A+BP+Q

反應(yīng)級(jí)數(shù)：速率方程中反應(yīng)物濃度的指數(shù)或指數(shù)和。單分子反應(yīng)v=kc雙分子反應(yīng)v=kc1c2c、c1、c2：反應(yīng)物濃度（mol/l）

k：比例常數(shù)/反應(yīng)速率常數(shù)2.反應(yīng)級(jí)數(shù)能以v=kc表示，為一級(jí)反應(yīng)；能以v=kc1c2表示，則為二級(jí)反應(yīng)；v與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)，則為零級(jí)反應(yīng)。雙分子反應(yīng)、一級(jí)反應(yīng)（四）各級(jí)反應(yīng)的特征

1.一級(jí)反應(yīng)：

反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的一次方成正比。v=kcC0C0/20t?[P]Ct反應(yīng)物的消耗產(chǎn)物的增加半衰期t1/2：有一半反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的時(shí)間lnC0lnC0/20t?Ctk當(dāng)t=t?時(shí)，c=1/2c0,則t?＝0.693／k,即半衰期與反應(yīng)物的初濃度無(wú)關(guān)。2.二級(jí)反應(yīng)：v=k（a-x）（b–x）a、b：反應(yīng)物A、B的初濃度

x：t時(shí)已發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)濃度

（a-x）、（b–x）：t時(shí)后A、B的濃度3.零級(jí)反應(yīng)：v=k一級(jí)反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度無(wú)關(guān)二級(jí)反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成反比零級(jí)反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成正比E+SESP+Ek1k2k3二、中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)

k4三個(gè)假設(shè)：（1）E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于慢反應(yīng)即

V＝k3[ES]。（2）S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即[S]＝[St]。（3）P→0忽略這步反應(yīng)三、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響（一）底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響（文字描述）1、底物濃度低時(shí)，反應(yīng)速率與底物成正比，為一級(jí)反應(yīng)。2、底物濃度較高時(shí)，反應(yīng)速率隨底物濃度升高而增加，但不成正比，為混合級(jí)反應(yīng)。3、底物濃度達(dá)到某一恒定值時(shí)，反應(yīng)速率達(dá)到最大，不在增加。為零級(jí)反應(yīng)。（二）反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式——米氏方程（方程描述)ＶVmax[S]Km+[S]＝──[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速度Vmax：最大反應(yīng)速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(shù)(Michaelisconstant)

關(guān)于米氏方程的推導(dǎo)與發(fā)展？（了解）E+SESP+Ek1k2k3Km=

k2+k3k1米氏常數(shù)穩(wěn)態(tài)時(shí)ES濃度不變反應(yīng)速度：V0=k3[ES](Ⅲ)最大反應(yīng)速度：Vm=k3[Et](Ⅳ)ES的生成速度=消耗速度k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES](Ⅰ)E的質(zhì)量平衡方程[E]=[Et]-[ES](Ⅱ)E+SESP+Ek1k2k3E+SESP+Ek1k2k3V=V0[S]Km+[S]Km=

k2+k3k1米氏常數(shù)

a.當(dāng)[S]很小時(shí)V=V[S]/Km一級(jí)反應(yīng)米氏曲線(xiàn)b.當(dāng)[S]很大時(shí)V=V[S]/[S]=V0級(jí)反應(yīng)混合級(jí)（三）米氏曲線(xiàn)（圖形描述）（四）動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義1、米氏常數(shù)Km的意義Km＝[S]（1）定義：Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2（四）動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義1、米氏常數(shù)Km的意義（2）意義：對(duì)于簡(jiǎn)單的二步反應(yīng)，Km的意義是真實(shí)解離常數(shù)；對(duì)于多步反應(yīng)，Km的意義是表觀(guān)解離常數(shù)。

其它：①Km是酶的特性常數(shù)：

與pH、溫度、離子強(qiáng)度、酶及底物種類(lèi)有關(guān)，與酶濃度無(wú)關(guān)，可以鑒定酶。酶底物Km(mmol/L)脲酶尿素25溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖-6-磷酸脫氫酶6-磷酸-葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶苯甲酰酪氨酰胺2.5甲酰酪氨酰胺12.0乙酰酪氨酰胺32.0②可以判斷酶的專(zhuān)一性和天然底物Km值最小的底物——最適底物/天然底物1/Km近似表示酶對(duì)底物的親和力：1/Km越大、親和力越大Km=

k2+k3k1Km≈k2（分離能力）/k1（親合能力）E+SESP+Ek1k2k3Km越小，親和力越強(qiáng)。[S]很小時(shí)，反應(yīng)速度就能達(dá)到很大。性能優(yōu)，代謝中這類(lèi)酶更為重要k2>>k3時(shí)E+SESP+Ek1k2k3④Km可幫助判斷某代謝反應(yīng)的方向和途徑催化可逆反應(yīng)的酶對(duì)正/逆兩向底物Km不同——Km較小者為主要底物③根據(jù)Km：判斷某[s]時(shí)v與Vmax的關(guān)系判斷抑制劑的類(lèi)型（2）Vmax和k3（kcat)的意義一定酶濃度下，酶對(duì)特定底物的Vmax也是一個(gè)常數(shù)。[S]很大時(shí)，Vmax＝k3[E]。k3表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)，每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，——又稱(chēng)為轉(zhuǎn)換數(shù)、催化常數(shù)kcatkcat越大，酶的催化效率越高（3）kcat/km的意義：V=Vmax[S]Km+[S]∵Vmax=kcat[Et]∴V=kcat[Et][S]Km+[S]當(dāng)[S]<<Km時(shí)，[E]＝[Et]是E和S反應(yīng)形成產(chǎn)物的表觀(guān)二級(jí)速率常數(shù)。其大小可用于比較酶的催化效率。kcat/km＝

kcat/km的上限為k1,即生成ES的速率，即酶的催化效率不超過(guò)E和S形成ES的結(jié)合速率kcat/km的大小可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率（催化效率指數(shù)、專(zhuān)一性常數(shù)）。（1）Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法（五）Km與Vm的求取林-貝氏方程（2）Eadie-Hofstee作圖法vV[S]Vmax斜率－Km四、多底物的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分為單底物、雙底物和三底物反應(yīng)1.酶促反應(yīng)按底物分子數(shù)分類(lèi)：①有序反應(yīng)（orderedreactions）先導(dǎo)底物釋放釋放A和Q競(jìng)爭(zhēng)地與自由酶結(jié)合（1）序列反應(yīng)或單置換反應(yīng)2.多底物反應(yīng)按動(dòng)力學(xué)機(jī)制分類(lèi)：②隨機(jī)反應(yīng)（randomreactions）如肌酸激酶使肌酸磷酸化的反應(yīng)AAEPE`PEE`QEQEBB

A和Q競(jìng)爭(zhēng)自由酶E形式B和P競(jìng)爭(zhēng)修飾酶形式E’A和Q不同E’結(jié)合B和P也不與E結(jié)合。(2)乒乓反應(yīng)或雙－置換反應(yīng)3.雙底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程（1）序列機(jī)制的底物動(dòng)力學(xué)方程及動(dòng)力學(xué)圖——在B的濃度達(dá)到飽和時(shí)A的米氏常數(shù)——在A(yíng)的濃度達(dá)到飽和時(shí)B的米氏常數(shù)——底物A與酶結(jié)合的解離常數(shù)——底物A、B都達(dá)到飽和時(shí)最大反應(yīng)速率（2）乒乓機(jī)制的底物動(dòng)力學(xué)方程及動(dòng)力學(xué)圖——在B的濃度達(dá)到飽和時(shí)A的米氏常數(shù)——在A(yíng)的濃度達(dá)到飽和時(shí)B的米氏常數(shù)——底物A、B都達(dá)到飽和時(shí)最大反應(yīng)速率五、影響酶促反應(yīng)速率的其它因素

（一）pH對(duì)酶反應(yīng)的影響最適pH時(shí)的酶活力最大最適pH因酶而異，多數(shù)酶在7.0左右是酶的特性之一，但不是特征常數(shù)pH最適pHv影響原因：

過(guò)酸過(guò)鹼導(dǎo)致酶蛋白變性

影響酶分子解離狀態(tài)、影響酶的活性中心構(gòu)象

影響底物分子解離狀態(tài)（二）溫度對(duì)酶反應(yīng)的影響影響：1、在達(dá)到最適溫度以前，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快。2、在達(dá)到最適溫度以后，反應(yīng)速度隨溫度升高而下降。原因：溫度升高，活化分子越多，反應(yīng)速度快；當(dāng)溫度過(guò)高，酶變性，反應(yīng)速度下降。幾個(gè)概念：

溫度系數(shù)：最適溫度：

酶的最適溫度不是一個(gè)固定不變的常數(shù)。最適溫度動(dòng)物酶

35~40℃植物酶40~50℃微生物大部分

40~50℃?zhèn)€別高溫菌90℃以上（三）激活劑對(duì)酶反應(yīng)的影響定義：凡是能提高酶活性的物質(zhì)，稱(chēng)為酶的激活劑（activator）類(lèi)別

金屬離子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+、Co2+、Fe2+陰離子：

Cl-、Br-

有機(jī)分子還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA六、酶的抑制作用抑制劑：使酶促反應(yīng)速率減慢或完全停止的物質(zhì)。抑制作用：抑制劑與酶的必需基因結(jié)合，而降低酶活力甚至使酶完全喪失活性的效應(yīng)。（有選擇性）失活作用：使酶Pr變性而引起酶活力喪失。無(wú)選擇性。（一）抑制作用的概念1、概念2、抑制程度的表示方法V0：Vi：不加入抑制劑時(shí)的反應(yīng)速率加入抑制劑后的反應(yīng)速率以反應(yīng)速率的變化表示1.相對(duì)活力（殘余活力分?jǐn)?shù)）ViV02.抑制分?jǐn)?shù)指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù)V0Vi研究意義：研究酶的作用機(jī)理確定代謝途徑研制殺蟲(chóng)劑、藥物

不可逆抑制與可逆抑制（二）抑制作用的類(lèi)型抑制作用可通過(guò)透析等方法除去。原因：非共價(jià)鍵結(jié)合根據(jù)抑制劑與底物的關(guān)系競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibition)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制(non-competitiveI.）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制(uncompetitiveI.)

1、可逆抑制：

競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用【舉例】

丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸琥珀酸磺胺類(lèi)藥物的抑菌機(jī)制：與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸利用競(jìng)爭(zhēng)性抑制是藥物設(shè)計(jì)主要思路磺胺類(lèi)藥抗菌機(jī)理：（與對(duì)氨基苯甲酸是結(jié)構(gòu)類(lèi)似物）競(jìng)爭(zhēng)性抑制細(xì)菌葉酸形成，抑制細(xì)菌繁殖人通過(guò)食物直接補(bǔ)充葉酸，對(duì)人無(wú)毒害。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用2、不可逆抑制作用：

抑制劑與酶必需基團(tuán)以牢固的共價(jià)鍵相連很多為劇毒物質(zhì)重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)砷、氰化物、青霉素、毒鼠強(qiáng)等。應(yīng)用舉例有機(jī)磷化合物（敵百蟲(chóng)、沙林）乙酰膽堿酯酶OHPOC2H5OC2H5S有機(jī)磷農(nóng)藥部分