第9章酶促反應(yīng)動力學(xué)

1、第九章第九章 酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)1、化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)：了解反應(yīng)速率及其測定、反應(yīng)分子數(shù)、化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)：了解反應(yīng)速率及其測定、反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級數(shù)、各級反應(yīng)的特征（和反應(yīng)級數(shù)、各級反應(yīng)的特征（351頁）。頁）。2、什么叫酶促反應(yīng)動力學(xué)？、什么叫酶促反應(yīng)動力學(xué)？(Kinetics of enzyme-catalyzed reaction ) 酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速度以及影是研究酶促反應(yīng)的速度以及影響此速度的各種因素的科學(xué)，是酶工程研究中的一響此速度的各種因素的科學(xué)，是酶工程研究中的一個重要內(nèi)容。個重要內(nèi)容。一、化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)一、化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)二、底物濃度對酶反應(yīng)速

2、度的影響二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響1 1、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n在低底物濃度時在低底物濃度時, , 反應(yīng)速度反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)特征。級反應(yīng)特征。n當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（反應(yīng)速度達(dá)到最大值（V Vmaxmax），），此時再增加底物濃度，反應(yīng)速此時再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。02468101214161820020406080100C oncentration o

3、f S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)酶被底物飽和現(xiàn)象和酶被底物飽和現(xiàn)象和“中間絡(luò)中間絡(luò)合物合物”假說假說 k1 k2 E + S ES E + P k-12 2、酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式、酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式米氏學(xué)說的提出米氏學(xué)說的提出（1 1）19131913年年Michaelis Michaelis 和和 MentenMenten提出酶促動力學(xué)的基本原理提出酶促動力學(xué)的基本原理米氏方米氏方程程V=Vmax SKm + SnK Km m 即為米氏常數(shù)，即為米氏常數(shù)，nV Vmaxmax為最大反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度n當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半當(dāng)反應(yīng)速

4、度等于最大速度一半時時, ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax, max, K Km = S m = S n上式表示上式表示, ,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。為最大值的一半時的底物濃度。n因此因此, ,米氏常數(shù)的單位為米氏常數(shù)的單位為mol/Lmol/L。二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響When S is very low (Km), Vo=Vmax（2 2）米氏常數(shù)（）米氏常數(shù)（KmKm）的意義）的意義1、Km值是酶的特征常數(shù)之一，跟只跟酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度值是酶的特征常數(shù)之一，跟只跟酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃

5、度無關(guān)（無關(guān)（359頁）。頁）。2、 Km值作為常數(shù)只是對一定的底物、一定的值作為常數(shù)只是對一定的底物、一定的pH、一定的溫度條件、一定的溫度條件而言，測定酶的而言，測定酶的Km值可以作為鑒別酶的一種手段。值可以作為鑒別酶的一種手段。3、1/ Km可以表示酶對底物親和力的大小，可以表示酶對底物親和力的大小，1/ Km越大，表明親和力越大，表明親和力越大，多底物酶有不同的越大，多底物酶有不同的 Km值，值， 最適底物的最適底物的Km值最小。值最小。4、 Km值與米氏方程的應(yīng)用值與米氏方程的應(yīng)用二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響2 2、酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式、酶促反應(yīng)的動

6、力學(xué)方程式米氏學(xué)說的提出米氏學(xué)說的提出（3 3） 米氏常數(shù)的求法米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法（雙倒數(shù)作圖法（362362頁）頁） 1 1 K Km 1 1m 1 1 = = + + V V V Vmax S max S V VmaxmaxV=Vmax SKm + S二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響2 2、酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式、酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式米氏學(xué)說的提出米氏學(xué)說的提出-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響

7、二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響3 3、多底物的酶促反應(yīng)動力學(xué)、多底物的酶促反應(yīng)動力學(xué)E + A + B = EAB=E + P + Q 1、依次反應(yīng)機理、依次反應(yīng)機理 2、隨機機理、隨機機理 3、乒乓反應(yīng)機理、乒乓反應(yīng)機理三、三、 pHpH對酶反應(yīng)速度的影響對酶反應(yīng)速度的影響n在一定的在一定的pH pH 下下, , 酶具有最大的催酶具有最大的催化活性化活性, ,通常稱此通常稱此pH pH 為最適為最適 pHpH。2345678910020406080100pHRelative Activity (%)四、四、 溫度溫度對酶反應(yīng)速度的影響對酶反應(yīng)速度的影響n一方面是溫度升高一方面是溫度升高, ,

8、酶促酶促反應(yīng)速度加快。反應(yīng)速度加快。n另一方面另一方面, ,溫度升高溫度升高, ,酶的酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。喪失。 n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。 在最適溫度條在最適溫度條件下件下, ,反應(yīng)速度最大。反應(yīng)速度最大。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity (%)五、酶濃度五、酶濃度對酶反應(yīng)速度的影響對酶反應(yīng)速度的影響 如果底物濃度足如果底物濃度足夠大，足以使酶飽夠大，足以使酶飽和，則反應(yīng)速度與和，則反應(yīng)速度

9、與酶濃度成正比。酶濃度成正比。六、抑制劑對酶活性的影響六、抑制劑對酶活性的影響n使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。作用。n能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。 n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：na.a.在化學(xué)結(jié)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。nb.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。抑制劑的作

10、用方式抑制劑的作用方式n1. 1. 不可逆抑制不可逆抑制n抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價形式結(jié)抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。合，引起酶的永久性失活。 n2. 2. 可逆抑制可逆抑制n抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法透析等方法被被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為兩類抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為兩類六、抑制劑對酶活性的影響六、抑制劑對酶活性的影響(1) (1) 竟?fàn)?/p>

11、性抑制竟?fàn)幮砸种苙某些抑制劑的化學(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)抑制劑與活性中心結(jié)合后，爭與酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。制了。n竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物竟?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。的競爭能力來消除。六、抑制劑對酶活性的影響六、抑制劑對酶活性的影響2. 2. 可逆抑制可逆抑制抑制劑的作用方式抑制劑的作用方式(2) (2) 非竟?fàn)幮砸种品蔷範(fàn)幮砸种苙酶可同時與底物

12、及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，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)并不是與底物競爭并導(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，所以稱為非競爭性抑制劑。與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。n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，通常等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的能與酶分子的調(diào)控部位中的-SH-SH基團(tuán)作用，改變酶的空基團(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。六、抑制劑對酶活性的影響六、抑制劑對酶活性的影響抑制劑的作用方

13、式抑制劑的作用方式2. 2. 可逆抑制可逆抑制可可逆逆抑抑制制作作用用的的動動力力學(xué)學(xué)特特征征n加入競爭加入競爭性抑制劑性抑制劑后，后，K Km m 變大，酶變大，酶促反應(yīng)速促反應(yīng)速度減小。度減小。-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v（1 1） 競爭性抑制競爭性抑制無抑制劑無抑制劑競爭性抑制劑競爭性抑制劑1/Vmaxn加入非競爭性加入非競爭性抑制劑后，抑制劑后，K Km m 雖然不變，但雖然不變，但由于由于V Vmaxmax減小，減小，所以酶促反應(yīng)所以酶促反應(yīng)速度也下降了。速度也下降了。（2 2）非競爭性抑制）非競爭性抑制-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v無抑制劑非競爭性抑制劑-1/km六、六、激活劑對酶活性的影響激活劑對酶活性的影響激活劑激活劑(activator)對酶促反應(yīng)速度的影響（對酶促反應(yīng)速度的影響（380頁）頁） 凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為