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酶促反应动力学

酶促反应动力学. 是研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学。. 一、. 影响酶促反应速度的因素. 二.底物浓度对酶促反应速度的影响. 1903年， Henri 用蔗糖酶水解蔗糖的实验. 在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。 当底物浓度达到一定值，反应速度达到最大值（ V max）， 此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。. （一） 酶与底物的中间络合物学说 （ Henri 和 Wurtz）. 该学说认为当酶催化某一化学反应时，酶首先和底物结合生成中间复合物（ ES）， 然后生成产物（ P）， 并释放出酶。

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酶促反应动力学

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  1. 酶促反应动力学 是研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学。

  2. 一、

  3. 影响酶促反应速度的因素 二.底物浓度对酶促反应速度的影响 1903年，Henri 用蔗糖酶水解蔗糖的实验 • 在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。 • 当底物浓度达到一定值，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。

  4. （一）酶与底物的中间络合物学说（Henri和Wurtz）（一）酶与底物的中间络合物学说（Henri和Wurtz） 该学说认为当酶催化某一化学反应时，酶首先和底物结合生成中间复合物（ES），然后生成产物（P），并释放出酶。 S+E ES P+E

  5. （二）酶促反应的动力学方程式 Ks k S+E ES P+E 1913年前后，Michaelis和Menten在前人工作的基础上，假定 S+E ES 快速建立平衡，底物浓度远远大于酶浓度，ES分解产物的逆反应忽略不计，推导出下列方程： 米氏方程

  6. 1.米氏方程的推导 • 在Michaelis和Menten的酶促反应动力学基础上，1925年，Briggs和Haldane提出酶反应分两步进行，即“稳态平衡”理论： 所谓稳态是指反应进行一段时间后，系统的复合物ES浓度，由零逐渐增加到一定数值，在一定时间内，尽管底物浓度和产物浓度不断地变化．复合物ES也在不断地生成和分解，但是当反应系统中ES的生成速率和ES的分解速率相等时，络合物ES浓度保持不变的这种反应状态称为稳态，即： 第一步： 第二步： ES的浓度与（1）（2）都有关系 [E]为酶的总浓度 [ES]为中产物浓度 [E]-[ES]为游离酶浓度 [S]为底物浓度 由于[S][E]所以 [S]-[ES][S] （1） （2） ES的形成速度为： （3） （4） ES的分解速度：

  7. 在稳态下，ES的生成速率和ES的分解速率相等，即[ES]保持动态平衡：在稳态下，ES的生成速率和ES的分解速率相等，即[ES]保持动态平衡： 因为酶反应速率 与[ES]成正比，即： 由干反应系统中［S］＞＞［E]，当［S］很高时所有的酶都被底物所饱和形成ES，即［E]=［ES]，酶促反应达到最大速率 ，则： 米氏方程

  8. 当[S]Km时，v=Vmax/Km[S] 当[S]Km时,v=Vmax 当[S]=Km时,v=Vmax/2 所以，Km的物理意义是： 米氏常数是当酶反应速率达到最大反应速率的一半时的底物浓度。 • 因此,米氏常数的单位为mol/L。

  9. 2.动力学参数的意义 （1）米氏常数的意义 ①Km是酶的一个重要的特征常数。 只与酶的性质有关，而与其浓度无关。Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。 Km值可用来鉴别酶。 ②Km值可以判断酶的专一性和天然底物。 有的酶可作用于几种底物，因此有几个Km 值，同一种酶有几种底物就有几个Km值，其中Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物。1/Km值可近似地表示酶对底物亲和力的大小， 1/Km值大表示亲和程度大，酶的催化活性低; 1/Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。 可判断酶的专一性。

  10. ③Km与KsKm不等于Ks 。在K3<<K1、K2时， Km看作Ks，也只有此时1/Km 才可以近似表示酶与底物结合的难易程度。 Km= 所以1/Km表示形成ES的趋势大小 特例： Km=K2/K1=Ks(在K3K2时)

  11. ④若已知某个酶的Km值，可以计算在某一个底物浓度时，反应速率相当于最大反应速率Vmax的百分率。④若已知某个酶的Km值，可以计算在某一个底物浓度时，反应速率相当于最大反应速率Vmax的百分率。 如：[S]=3Km时，根据： 则： ⑤Km可以帮助推断某一反应的方向和途径

  12. A.判断可逆反应方向的效率，了解其主要催化方向A.判断可逆反应方向的效率，了解其主要催化方向 肌酸+ATP 磷酸肌酸+ADP Km (mol/L) B.可推断连锁反应的限速步骤 Km (mol/L） 酶1 10-2 酶2 10-3 酶3 10-4

  13. C.可推断多酶体系中的优势途径 Km=1.7x10-5mol/L Km=1.3x10-3 mol/L Km=1.0x10-3mol/L 丙酮酸 乳酸 乳酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶 乙酰CoA 丙酮酸脱羧酶 乙醛

  14. （2）Vmax和 的意义 在一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一个常数。同一种酶对不同底物的Vmax 也不同，pH、温度和离子强度等因素也影响Vmax 的数值。 当[S] 很大时， 成线性关系，而直线的斜率为 ，为一级反应速率常数，它表示当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，这个常数又叫做转换数（简称TN），通称为催化常数 。 值越大，表示酶的催化效率越高。

  15. 米氏方程

  16. 3. 利用作图法测定Km和Vmax 1 Km 1 1  =  +  VVmax [S] Vmax

  17. a.双倒数作图法(Lineweaver-Burk) 斜率=Km/Vmax -1/Km 1/Vmax

  18. 将米氏方程改写： b. v-v/[S]作图法(Eadie-Hofstee) Vmax Vmax/Km

  19. 1 Km 1 1  =  +  VVmax [S] Vmax c.Hanes-Woolf作图法

  20. d. Eisenthal和Cornish-Bowden直接线性作图 将米氏方程改写为：

  21. （三）多底物的酶促反应动力学 1.酶促反应按参加的底物数目来分 分单底物、双底物和三底物反应，最重要的是双底物反应。 2.按动力学机制来分 （1）序列反应——底物的结合和产物的释放有一定的顺序，产物不能在底物完全结合前释放。A和B两底物均结合到酶上，然后反应产生两产物P和Q。 序列反应分两类：有序反应和随机反应

  22. ①有序反应——底物按照一定的顺序与酶结合，形成三元复合物，然后按照一定的顺序释放反应的产物。①有序反应——底物按照一定的顺序与酶结合，形成三元复合物，然后按照一定的顺序释放反应的产物。 需要NAD或NADP的脱氢酶属于这种类型，这些脱氢酶的一般反应为： 优先底物A 随后底物B 随后产物Q 优先产物P

  23. 以乙醇脱氢酶为例： 底物B 底物A AEB PEQ 产物Q 产物P

  24. ②随机反应——两底物随机地与酶结合，形成三元复合物，产物的释放也是随机的。②随机反应——两底物随机地与酶结合，形成三元复合物，产物的释放也是随机的。

  25. 以肌酸激酶为例： 肌酸（Cr） + ATP 磷酸肌酸+ADP

  26. （2）乒乓反应——酶与领先底物A的反应产物（P）在酶与第二个底物B反应之前释放出来，结果酶E转变为一种修饰酶形式E’，然后再与底物B反应生成第二个产物Q，同时释放出未被修饰的酶E。（2）乒乓反应——酶与领先底物A的反应产物（P）在酶与第二个底物B反应之前释放出来，结果酶E转变为一种修饰酶形式E’，然后再与底物B反应生成第二个产物Q，同时释放出未被修饰的酶E。 氨基转移酶属于这类作用机制

  27. 谷氨酸：天冬氨酸氨基转移酶

  28. 双底物反应的动力学方程 （1）乒乓机制的动力学方程和动力学图 对上式取双倒数，得下式：

  29. （2）序列机制的动力学方程和动力学图 对上式取双倒数，得下式：

  30. （抑制剂对酶反应速度的影响） 三.酶的抑制作用 ۝抑制作用与抑制剂 凡使酶的活性降低或丧失，但并不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用（inhibition）。 能够引起抑制作用的化合物则称为抑制剂(inhibitor)。（抑制剂不同于变性剂） (一) 抑制程度的表示方法 加入抑制剂后的反应速率 不加抑制剂时的反应速率

  31. (二) 抑制作用的类型 包括不可逆抑制作用（irreversible inhibition)和可逆抑制作用(reversible inhibition)。 　 1. 不可逆抑制作用（irreversible inhibition) 抑制剂与酶蛋白中的必需基团以共价键形式结合，引起酶的永久性失活,不能用透析或超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性。 专一性不可逆抑制作用：这类抑制剂只作用于与酶活性部位有关的氨基酸残基或一类酶。 非专一性不可逆抑制作用：这类抑制剂作用于酶分子上不同的基团或作用于几类不同的酶。如：酰化剂酸酐和磺酰氯等可使酶蛋白的-OH、SH、NH2等发生酰化。

  32. 2. 可逆抑制作用(reversibleinhibition)抑制剂与酶蛋白以非共价键方式结合，引起酶活性降低或暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类 竞争性抑制(competitive inhibition) 非竞争性抑制(noncompetitive inhibition ) 反竞争性抑制(uncompetitive inhibition )

  33. （1）竞争性抑制(competitive inhibition) • 某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竞争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。 竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度， 即提高底物的竞争能力来消除。

  34. 竟争性抑制作用的例子：

  35. （2） 非竟争性抑制(noncompetitive inhibition ) • 酶可同时与底物及抑制剂结合，即底物和抑制剂没有竞争作用。酶与抑制剂结合后，还可与底物结合；酶与底物结合后，也可再结合抑制剂，但是三元的中间产物不能进一步分解为产物，所以酶活性降低。 如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg+、Pb2+等）通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制；EDTA结合金属离子引起的抑制作用也属于非竞争性抑制。 非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的基团结合。这类抑制作用不会因提高底物浓度而减弱

  36. （3） 反竞争性抑制(uncompetitive inhibition ) • 酶只有与底物结合后才与抑制剂结合，从而导致酶活性下降。这类抑制作用最不重要。

  37. （三）可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鉴别 1.物理方法 用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法区别。 2.动力学方法 ①在测定酶活力的系统中加入一定量的抑制剂，然后测定不同酶浓度的反应初速率。

  38. ②在测定酶活力的系统中加入不同浓度的抑制剂，然后测定不同酶浓度的反应初速率。②在测定酶活力的系统中加入不同浓度的抑制剂，然后测定不同酶浓度的反应初速率。

  39. （四）可逆抑制作用动力学 1. 竞争性抑制 • 加入竞争性抑制剂后，Km 变大，酶促最大反应速度不变。

  40. 2.非竞争性抑制 • 加入非竞争性抑制剂后，Km 不变，而Vmax减小。

  41. 3.反竞争性抑制 加入反竞争性抑制剂，使Km和Vmax均减小

  42. （五）一些重要的抑制剂 1.不可逆抑制剂 （1）非专一性不可逆抑制剂 ①有机磷化合物—与酶活性直接有关的丝氨酸上的-OH牢固地结合，从而抑制某些蛋白酶或酯酶。（DFP、敌百虫、敌敌畏、农药1605等）

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