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文檔簡(jiǎn)介
Chapter9
Enzymekinetics第一節(jié)底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響
第二節(jié)pH對(duì)酶反應(yīng)速率的影響
第三節(jié)
溫度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響第四節(jié)酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響第五節(jié)激活劑對(duì)酶反應(yīng)速率的影響第六節(jié)酶的抑制劑
第一節(jié)底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響
(1)當(dāng)?shù)孜餄舛刃r(shí),酶未被底物飽和,反應(yīng)速率取快于底物濃度,為一級(jí)反應(yīng);(2)底物濃度變大,ES生成較多,反應(yīng)速率取快于ES的濃度,為混合級(jí)反應(yīng);(3)當(dāng)?shù)孜餄舛认喈?dāng)高時(shí),酶全部被底物飽和,反應(yīng)速度不會(huì)因底物濃度增加而提高,反應(yīng)為0級(jí)。
為了要解釋這一現(xiàn)象,1903年由Henri和Wurtz提出了中間絡(luò)合物學(xué)說:當(dāng)酶催化某一化學(xué)反應(yīng)時(shí),酶首先與底物結(jié)合生成中間復(fù)合物(ES),然后生成產(chǎn)物(P),并釋放出酶:
一.中間絡(luò)合物學(xué)說:
Michaelis&Menten推導(dǎo)米氏方程。二.酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式
1.米氏方程的推導(dǎo)V
=Vmax·[S
]Km
+
[S
]KsKs為ES的解離常數(shù)(Ks=k2/k1)
二.酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式
[E]
酶總量;[Et]反應(yīng)后t時(shí)的酶量;[ES]中間產(chǎn)物濃度[Et]
[E]-[ES]1925年BriggsandHaldane提出了穩(wěn)態(tài)理論,對(duì)米氏方程做了修正
:(1)反應(yīng)分二步進(jìn)行:(2)反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài)即[ES]不變→ES的生成量=ES的分解量。剛反應(yīng)時(shí),若ES形成的速度為v1,則v1k1[Et][S]k1[(E)-(ES)][S](1)ES消失速度v23
:v2k2[ES];v3k3[ES]v23k2[ES]k3[ES]
(k2k3)[ES](2)ES的生成量=ES的分解量即:v1=v23k1[(E)-(ES)][S]=[ES](k2k3)[(E)-(ES)][S]/[ES]=(k2k3)/k1(3)設(shè)Km=(k2+k3)/k1
將(3)重排得[ES]=[E][S]/Km
[S](4)當(dāng)[S]>>[E]時(shí),即[E]=[ES],v=Vmax=K3[ES]=K3[E](7)將(7)式代入(6)式v=k3[ES](5)v=k3[E][S]/Km
[S]
(6)V
=Vmax·[S
]Km
+
[S
]Km—米氏常數(shù),當(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度,單位:mol/L;Km=(k2+k3)/k1
Km是酶的特征常數(shù),近似表示酶與底物的親和力。(1)當(dāng)[S]《Km時(shí),反應(yīng)速率與底物濃度成正比,v與[S]的關(guān)系符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。酶沒有全部被底物所飽和。(2)當(dāng)[S]》Km時(shí),反應(yīng)速率已達(dá)到最大速率,這時(shí)酶全部被底物所飽和,v與[S]無關(guān),符合0級(jí)動(dòng)力學(xué),只有在此條件下才能正確測(cè)得酶活力。(3)當(dāng)[S]=Km時(shí),反應(yīng)速率為最大速率的一半,因此Km就代表反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度。
[S]<<Km
Km=[S][S]>>Km
2.動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義(1)米氏常數(shù)的意義:Km是酶的一個(gè)特性常數(shù):Km可以判斷酶的專一性和天然底物:若已知某個(gè)酶的Km,就可計(jì)算出在某一底物濃度時(shí)的反應(yīng)速率相當(dāng)于Vmax的百分?jǐn)?shù)。Km可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向和途徑:(2)Vmax和k3(kcat)的意義:當(dāng)[S]很大時(shí),Vmax=k3[E],說明Vmax與[E]成線性關(guān)系,而直線的斜率為k3,為一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。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),這個(gè)常數(shù)又叫做轉(zhuǎn)換數(shù)(TN),通稱為催化常數(shù)(kcat),kcat越大,表示酶的催化效率越高。(3)kcat/Km的意義:在生理?xiàng)l件下,大多數(shù)酶并不被底物所飽和,在體內(nèi)[S]/Km的比值通常介于0.01-1.0之間。
Vmax=kcat[ET]
當(dāng)[S]<<Km時(shí),[E]=[ET]v(kcat/Km)·[E][S]kcat/Km=k1·k3/(k2+k3)
上限為k1kcat/Km表示酶的催化效率。常見酶的Km值
酶Km(mol/L)底物糜蛋白酶0.108甘氨酰酪氨酰甘氨酸過氧化氫酶0.025H2O2碳酸酐酶0.009H2CO3β-半乳糖苷酶0.004D-乳糖己糖激酶
0.0015D-果糖
0.05D-葡萄糖V
=Vmax·[S
]Km
+
[S
]
3.米氏方程中常數(shù)的測(cè)定所以采用雙倒數(shù)作圖法:即1/v-1/[S]作圖
雙倒數(shù)作圖法(Lineweaver-BurkPlot):
Vmax難以測(cè)定,不能從vV/2處求得,從而導(dǎo)致Km也難確定。Summaryof第二節(jié)pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響
pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響較大。其原因有:極度pH的條件引起酶蛋白的變性。pH影響底物的解離,從而影響酶與底物的結(jié)合。
pH影響酶分子解離狀態(tài)。
每種酶只能在一定的pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出它的活性,且在某一pH值范圍內(nèi)活性最高,其兩側(cè)活性都下降?!嗝复俜磻?yīng)具有一最適pH。2810pH酶的活性A:
胃蛋白酶;
B:葡萄糖-6-磷酸酶AB最適pH一些酶的最適pH值酶最適pH胃蛋白酶1.8過氧化氫酶7.6胰蛋白酶7.7延胡索酸酶7.8核糖核酸酶7.8精氨酸酶9.8最適pH:在一定條件
下,酶具有最大的催化活性的pH值。溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響具有雙重性:隨著溫度的升高,酶蛋白會(huì)失活,使反應(yīng)速度下降隨著溫度的升高,反應(yīng)速度會(huì)加快第三節(jié)溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響
因此,在這雙重因素的綜合作用下,酶促反應(yīng)具有一最適溫度。
不同酶的最適溫度也不一樣。動(dòng)物酶的最適溫度一般在35-40℃,植物酶為40-50℃。少數(shù)酶可達(dá)60℃以上,如:細(xì)菌淀粉水解酶的最適溫度90℃以上。嗜熱細(xì)菌:Taq聚合酶最適溫度70℃,93℃不失活。酶的最適溫度并非酶的特征性常數(shù),它與底物、作用時(shí)間等因素有關(guān)。第四節(jié)酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響
在一般的酶促反應(yīng)中,常常[S]>>[E],酶反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度。當(dāng)[S]>>[E],由于Vmax=k[E]0,∴反應(yīng)速度與酶濃度成正比。酶濃度曲線第五節(jié)激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響激活劑:能提高酶活性的物質(zhì)。無機(jī)離子:主要是金屬離子,它們有的本身就是酶的輔助因子,有的是酶的輔助因子的必要成分。如:激酶需要Mg2+激活唾液淀粉酶需要Cl-激活主要的激活劑有:有機(jī)小分子:一些還原劑,如抗壞血酸、半胱氨酸,使含-SH的酶處于還原態(tài)金屬螯合劑,如EDTA(乙二胺四乙酸),可絡(luò)合一些重金屬雜質(zhì),解除它們對(duì)酶的抑制,從而使酶活升高。抑制作用:有些物質(zhì)與酶結(jié)合后,引起酶的活性中心或必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變,從而使酶活力降低或喪失。第六節(jié)酶的抑制劑抑制作用:失活作用:凡可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用。抑制作用:凡使酶活力下降,但并不引起酶蛋白變性的作用。抑制劑:能引起對(duì)酶的抑制作用的物質(zhì)??赡嬉种谱饔貌豢赡嬉种谱饔枚愐种朴猛镜蔫b別?抑制程度的表示方法:一般用反應(yīng)速率的變化來表示。不加抑制劑時(shí)的反應(yīng)速率為v0,加入抑制劑后的反應(yīng)速率為vi,則表示:(1)相對(duì)活力分?jǐn)?shù)(殘余活力分?jǐn)?shù)):
a=vi/v0(2)相對(duì)活力百分?jǐn)?shù)(殘余活力百分?jǐn)?shù)):
a%=vi/v0×100%(3)抑制分?jǐn)?shù):指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù)
i=1—a=1—vi/v0(4)抑制百分?jǐn)?shù)(抑制率):
i%=(1—a)×%=(1—vi/v0)×%
可逆抑制作用可分為三種類型:
1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用
2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用
3.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用
酶與抑制劑非共價(jià)地可逆結(jié)合,當(dāng)用透析或超濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復(fù),這種抑制作用叫可逆抑制作用。(一)可逆抑制作用
某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似,與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心并與之結(jié)合,從而減少了酶與底物的結(jié)合,因而降低酶反應(yīng)速度。這種作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用例如,丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。
這種抑制作用可通過增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng),因而能削弱或解除這種抑制作用。
琥珀酸延胡索酸丙二酸Linewevery-Burk圖米氏方程Lineweaver-Burkplotofcompetitiveinhibition競(jìng)爭(zhēng)性抑制中,Vmax不變,Km增大可通過增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng),因而能削弱或解除這種抑制作用。
某些抑制劑結(jié)合在酶活性中心以外的部位,因而與底物和酶的結(jié)合無競(jìng)爭(zhēng),即底物與酶結(jié)合后還能與抑制劑結(jié)合,同樣抑制劑與酶結(jié)合后還能與底物結(jié)合。但酶分子上有了抑制劑后其催化功能基團(tuán)的性質(zhì)發(fā)生改變,從而降低了酶活性。這種作用稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。
2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來消除。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑,例如:金屬絡(luò)合劑,如:EDTA、F-、CN-、N3-等,可以絡(luò)合金屬酶中的金屬離子,從而抑制酶的活性。NoncompetitiveinhibitionLinewevery-Burk圖非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中,Vmax變小,Km不變這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來消除。3.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用
某些抑制劑不能與游離的酶結(jié)合,而只能在酶與底物結(jié)合成復(fù)合物后再與酶結(jié)合。當(dāng)酶分子上有了抑制劑后其催化功能被削弱。這種作用稱為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用(uncompetitiveinhibition)。常見可逆抑制劑的應(yīng)用:5’-氟尿嘧啶的抗癌作用:磺胺類藥物的抑菌作用:磺胺藥:對(duì)-氨基苯磺酰胺
競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑
對(duì)氨基苯甲酸
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