生物化學(xué)：酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

1第四節(jié)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要是研究酶反應(yīng)速度規(guī)律及各種環(huán)境因素（T、pH、[E]、[S]、激活劑、抑制劑）對(duì)酶促反應(yīng)速度影響的科學(xué)。

2單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)酶促反應(yīng)速度用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來(lái)表示反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量很?。ㄒ话阍?﹪以?xún)?nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度研究前提3初速度：在酶促反應(yīng)最初一段時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速度。 反應(yīng)速率下降的原因：

[1]、底物濃度的降低

[2]、酶的部分失活

[3]、產(chǎn)物的抑制

[4]、逆反應(yīng)速度的增加4一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響51、中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)（機(jī)制）關(guān)鍵在于中間物（過(guò)渡態(tài)）的形成，中間物穩(wěn)定性較低。反應(yīng)物（初始態(tài)）中間物（過(guò)渡態(tài)）產(chǎn)物（終態(tài)）E+Sk1k2k3ESE+P米－曼氏方程式6

中間產(chǎn)物機(jī)制:通過(guò)形成中間產(chǎn)物降低反應(yīng) 活化能形成中間產(chǎn)物

中間產(chǎn)物7[1]、底物濃度較低時(shí)一級(jí)反應(yīng)(firstorder)V=k[S][2]、當(dāng)S增大時(shí)混合級(jí)反應(yīng)(mixedorder)[3]、當(dāng)S很大時(shí)零級(jí)反應(yīng)(zeroorder)V=Vmax酶活性中心被底物飽和反應(yīng)趨向于極限Vmax。82、米氏方程及推導(dǎo)Michaelis和Menten提出了底物對(duì)反應(yīng)速度影響的數(shù)學(xué)表達(dá)式-----即米－曼氏方程式，簡(jiǎn)稱(chēng)米氏方程式(Michaelisequation)。9米氏方程的推導(dǎo)（平衡法）：假設(shè)條件：

(1)在初速度范圍內(nèi)，產(chǎn)物生成量極少，所以逆反應(yīng)可以E+PES可以忽略不計(jì)

(2)[S]>>[E]，ES形成不會(huì)明顯降低底物[S]的量

(3)中間復(fù)合物ES分解為E+S的速度遠(yuǎn)大于分解為E+P的速度；在初速度范圍內(nèi)E+SES迅速達(dá)到平衡，因此ES復(fù)合物分解生成產(chǎn)物的速度不足以破壞E和S的解離平衡][][SKSVvsm+=10穩(wěn)態(tài)平衡米氏方程的推導(dǎo)（穩(wěn)態(tài)法）：11d[ES]/dt=0V=k3[ES]

[E]=[Et]-[ES]ES的生成速率=k1([Et]-[ES])[S]ES的分解速率

=k2[ES]+k3[ES]k1([Et]-[ES])[S]=

k2[ES]+k3[ES] k1[Et][S][ES]=--------------k1[S]+k2+k3反應(yīng)物（初始態(tài)）中間物（過(guò)渡態(tài)）產(chǎn)物（終態(tài)）E+Sk2ESE+Pk1k312

因?yàn)閂=k3[ES]k3k1[Et][S]k3[Et][S]Vmax[S]V=------------=---------------=----------k1[S]+k2+k3[S]+(k2+k3)/k1[S]+KmKm=(k2+k3)/k113Vmax[S]V=---------[S]+KmVmaxKmVmax那么：V=-------=-----Km+Km2

如果：[S]=Km143、米氏方程的意義（1）Km（米氏常數(shù)）∶

酶的特征性常數(shù)之一。

一般只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無(wú)關(guān)。 不同的酶有不同的Km值，各種酶的Km值大多在10-7-10-1mol/L的區(qū)間。

物理意義：使反應(yīng)速度達(dá)到最大速度一半時(shí)的底物濃度。即∶使反應(yīng)系統(tǒng)中有一半的酶分子處于被底物飽和狀態(tài)時(shí)所必須具有的底物濃度。Km的單位是濃度單位(mol/L)。15(a)如果一個(gè)酶有幾種底物，則對(duì)每一種底物各有一個(gè)特定的Km值。Km值最小的底物一般稱(chēng)為該酶的最適或天然底物。Km值受溫度、pH的影響。因此，Km作為只是對(duì)一定的底物、一定的pH、一定的溫度條件而言。測(cè)定酶的Km值可以作為鑒別酶的一種手段但是必須在指定的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行。16（b）Km值的大小可以反映酶與底物的親和力。

Km值越小表明酶對(duì)底物的親和力越大。（c）Km與Ks值的關(guān)系∶

當(dāng)速度常數(shù)k2>>k3時(shí)，Km=k2/k1=Ks

Km值實(shí)際上是指中間產(chǎn)物ES分解速度與形成速度的比值，而Ks值是指ES的解離常數(shù)。1718（2）、關(guān)于Vm

Vm是酶的理論最大反應(yīng)速度，也是一個(gè)重要的動(dòng)力學(xué)常數(shù)。米氏方程的用途：

[1]、由所要求的反應(yīng)速度（應(yīng)達(dá)到Vm的百分?jǐn)?shù)）求出加入底物的合理濃度。

[2]、根據(jù)已知的底物濃度求出該條件的反應(yīng)速度。應(yīng)注意:米氏方程只適用于反應(yīng)簡(jiǎn)單的單底物酶促反應(yīng)。

19（3）Ｋm值與Ｖm值的測(cè)定雙倒數(shù)作圖法(doublereciprocalplot)，又稱(chēng)為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=（林－貝氏方程）兩邊同取倒數(shù)20二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響

當(dāng)[S]＞＞[E]，酶反應(yīng)速度與酶濃度之間存在線性關(guān)系。V=k[E]

這在生產(chǎn)上很有用，用酶量來(lái)控制生產(chǎn)時(shí)間。21三、pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響∶最適pH（optimumpH）22pH對(duì)酶促反應(yīng)的影響：[1]、酶活性中心基團(tuán)的解離和酶的構(gòu)象。[2]、影響底物的解離。[3]、影響酶分子的穩(wěn)定性使酶失活。0酶活性pH胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶24681023四、溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響∶

酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC24溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響有兩方面∶[1]、同一般的化學(xué)反應(yīng)一樣，溫度升高，速度加快（一般用Q10表示）。[2]、溫度高于一定溫度時(shí)蛋白質(zhì)變性，速度降低。

最適溫度(optimumtemperature)不是酶的特性物理常數(shù)，它也不是一個(gè)固定值。它受反應(yīng)時(shí)間、酶濃度、底物濃度等因素的影響。25*酶的熱穩(wěn)定性(heatstability)：

在一定條件下，不使酶變性或極少變性的溫度和溫度范圍。*低溫的應(yīng)用26五、激活劑對(duì)酶促反應(yīng)的影響

凡是能提高酶反應(yīng)活性的物質(zhì)都稱(chēng)為激活劑(activator)。激活劑無(wú)機(jī)離子小分子有機(jī)物金屬離子：K+、Na+、Mg+、Zn+、Fe+、Ca+陰離子：Cl-（唾液淀粉酶）EDTA：解除重金屬對(duì)酶的抑制半胱氨酸、谷胱甘肽27酶的抑制：

一些化學(xué)物質(zhì)對(duì)酶蛋白或其輔基的直接作用，使酶活力下降，但并不引起酶蛋白變性的作用。

抑制劑：某些物質(zhì)，它們并不引起酶蛋白變性，但能使酶分子上某些必需基團(tuán)（主要指酶活性中心的一些基團(tuán)）發(fā)生變化，因而引起酶活力下降，甚至喪失，致使酶反應(yīng)速度降低，能引起這種作用的物質(zhì)稱(chēng)為抑制劑（inhibitor）。六、抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響酶的失活(inactivation)：

可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用。28抑制作用的類(lèi)型：不可逆抑制作用(irreversible)： 可逆抑制作用(reversible)

：

可逆抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制(noncompetitiveinhibition)競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibition)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制(uncompetitiveinhibition)29

1、不可逆抑制作用(irreversibleinhibition)：

這類(lèi)抑制劑通常以比較牢固的共價(jià)鍵與酶蛋白中的基團(tuán)結(jié)合而使酶失活，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑，而恢復(fù)酶活性。 如∶有機(jī)磷、砷、汞等重金屬。

舉例

有機(jī)磷化合物

羥基酶 解毒------解磷定(PAM)

重金屬離子及砷化合物

巰基酶 解毒------二巰基丙醇(BAL)

30

有機(jī)磷化合物對(duì)羥基酶（膽堿酯酶）的抑制31路易士氣失活的酶巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物砷化合物對(duì)巰基酶的抑制32

2、可逆抑制作用(reversibleinhibition)

：

這類(lèi)抑制劑以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；可用透析法除去抑制劑，恢復(fù)酶的活性。

可逆抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制(noncompetitiveinhibition)競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibition)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制(uncompetitiveinhibition)33（1）.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。34競(jìng)爭(zhēng)性抑制35*特點(diǎn)抑制程度取決于抑制劑與酶的相對(duì)親和力及［I］；I與S結(jié)構(gòu)類(lèi)似，競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀Km↑。36（2）.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

37非競(jìng)爭(zhēng)性抑制38*特點(diǎn)抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合；抑制程度取決于［I］動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax↓，表觀Km不變39（3）.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物結(jié)合，使ES的量下降。40反競(jìng)爭(zhēng)性抑制41*