14_酶促反應(yīng)動力學-多底物動力學.ppt

1、第二節(jié)多底物反應(yīng)及其動力學，反應(yīng)機理的分類：(1)克萊蘭符號的基本符號和概念：底物：根據(jù)底物和酶結(jié)合的順序，產(chǎn)物用甲、乙、丙、丁表示；根據(jù)產(chǎn)物從酶中脫落的順序，游離酶用P、Q、R和S表示；抑制常數(shù)：起亞和KiAKiP，KiQ Michaelis常數(shù)：KmA，KmBKmP和KmQ抑制劑：I修飾劑：x或y反應(yīng)分子的數(shù)目為： Uni(單)、bi(雙)、Ter(第三)和Quad(第四)，酶反應(yīng)中間體分為兩類：(1)穩(wěn)定中間體：由酶和底物之間的共價鍵形成的相對穩(wěn)定的中間體。雙分子反應(yīng)可以在沒有自離解的情況下發(fā)生。例如，一些絲氨酸蛋白酶在催化過程中形成的?；钢虚g體包括：共價結(jié)合的酯酶中間體；游離酶的過渡

2、態(tài)復(fù)合物(2):不穩(wěn)定的酶中間體，能與單個分子解離或異構(gòu)化，然后解離成產(chǎn)物或底物。分為：非中心復(fù)合物：酶未被底物完全飽和；中心復(fù)合物：酶完全被底物飽和，(EABEPQ)；(2)反應(yīng)機理的分類和命名(以兩種底物和兩種產(chǎn)物的反應(yīng)為例):1 .順序反應(yīng)機制：酶必須與所有底物結(jié)合才能釋放產(chǎn)物。對于兩種底物和兩種產(chǎn)物的反應(yīng)，必須形成酶-底物三元復(fù)合物。根據(jù)底物和產(chǎn)物與酶的結(jié)合和釋放是否有序，可分為： (1)有序雙-雙-底物-雙-產(chǎn)物反應(yīng)：非中心復(fù)合物；(EABEPQ):中央綜合大樓a:主要基板；b:后續(xù)底物，如許多以NAD或NADP為輔酶的脫氫酶、乳酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶(MDH)等。蘋果酸NAD(MA

3、)草酰乙酸(OAA)NADH MA OAA E ENAD(ENAD E NADH)E NADH E NADH NAD/NADH形成一個外部底物對機制：由于底物A與酶結(jié)合后改變了酶的構(gòu)象，這使得推測A和B可能與酶的不同部分結(jié)合。(2)機會理論(T-C機制):第二個底物結(jié)合和釋放非?？?，沒有明顯的三元復(fù)合變構(gòu)過程。它可以看作是一種三元配合物濃度極低的序列排序機制。例如，馬肝臟乙醇脫氫酶：NAD乙醇乙醛NADH E ENAD E NADH E，(3)隨機畢比：a b b p q ea eq E(eabe pq)E b a q p產(chǎn)物從酶中釋放，底物和酶的結(jié)合沒有一定的順序。一些脫氫酶和一些磷酸激酶屬

4、于這一類，例如，肌酸激酶：肌酸三磷酸腺苷磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸畢比：在各種底物與酶結(jié)合之前，一種或多種底物被釋放出來而沒有形成三元復(fù)合物。大多數(shù)屬于這種機制的酶都有輔酶，如轉(zhuǎn)氨酶和黃素酶。草酸轉(zhuǎn)氨酶屬于一種典型的乒乓機制：ASP OAA AKG Glu Echo

5、(Echo ASP EN H2(En H2 AKG Echo EN H2O AA)Echo Glu)，概括如下：有序機制，順序反應(yīng)機制，T-C機制，隨機機制，乒乓反應(yīng)機制，兩個King-Altman速度方程圖解法，(1) Kappa記數(shù)法， E A k1 EA 1K-1 2 Vf=K1 A E；Vr=k-1 EA Kappa()=Kappa:12=kappa: 21=k-1為底物(產(chǎn)物)的正向反應(yīng)速度常數(shù)的濃度項，Kappa:21=k-1為K1A的反向反應(yīng)速度：Vf=12E；Vr=21 EA是方向的，是一個向量。它的方向與酶形式的流動方向有關(guān)。(2)金-奧特曼方法的步驟：(1)首先寫出反應(yīng)過程

6、，然后將反應(yīng)過程安排成閉環(huán)形式。環(huán)的數(shù)量是酶形式的數(shù)量，用n表示。然后在每個角之間的連線上標記每個步驟的反應(yīng)。E A k1 EA k2 EP k3 E P k-1k-2k-3 E k1A EA k-1k-3P k3 k2 k-2 EP，E=k-1k 3k-1k-2k k3ea=k1k 3iak-2ak-2k-3pep=k-1k-3pk 1k 2k 2k-3p，e:ea3360，ep3360，(2)繪制King-Altman圖，即所有n1條線都流向各種酶形式(3)速度方程3330的推導(dǎo)EP EP E0=E EA EP E=E E0 E=(E)E0 EA=EA E0 EA=(EA)E0 EP=EP

7、 E0 EP=(EP)E0，V=k3epk-3 E P=(K3ep/k-3 PE/)E0=(k1k2k 3 A k-1k-2k-3p)E0(k-1k 3k-1k-2k 3)k1(k2 k-2k 3)A k-3(k-1k-2k 2)P=num 1a(n-1)！(m-n 1)！N=角度數(shù)；M=閉環(huán)中的行數(shù)，n=3；m=3；n-1線矢量圖的數(shù)量=3！=3 (3-1)！(3-3 1)！金-奧特曼圖不包含閉環(huán)形式E1 E2 E3 E4 n=4，m=5 n-1線(3條線)圖號=5！=10，(4-1)！(5-4 1)！兩個閉環(huán)形式無效，應(yīng)該刪除。有8個有效的金-奧特曼圖。有時在反應(yīng)過程中可能沒有逆反應(yīng)，一些

8、金-阿爾特曼圖此時不存在。如果在這個反應(yīng)中沒有k-3線，一些King-Altman圖就不存在，而那些包含k-3項的圖在反應(yīng)速率中也不存在。E :k-1k-1 k3 k3 k-2 k2 EA : k1A k1A k3 k-2k-3P k-2 ep3360 k-1 k1A k-3P k2 k-3P k2，E=k-1k 3k-1k-2 k2k k3ea=k1k3a k1k-2A k-2k-3P EP=k-1k-3P k1A k2k-3P，V=k3 EPk-3 E=k1k k3 k3a k-1k-2 (1)有序雙機制：1方程推導(dǎo)：e a k 1 ea b k2(eab pq)k 3 eq p k-1k

9、-2k-3k-4k 4 e q e k 1 a ea k-1k 4k-4 q k-2k 2 b k-3 p eq(eab pq)k 3，n=4，M=4，則n-1行(3行)的矢量圖數(shù)為4e 3360 ea : eab 3360 eq 3: v=K4EQ k-4EQ=(K4EQ k-4QE)E0=num 1 ab-num 2 pq常數(shù)系數(shù)a系數(shù)bb系數(shù)ppcoef QQ系數(shù)abab系數(shù)apap系數(shù)fbq系數(shù)qpq系數(shù)fabbp系數(shù)qpq如果不考慮積的影響，即P=0，Q=0初速度v=num1ab常數(shù)系數(shù)a a coef bb系數(shù)abab， 2動力學常數(shù)的定義：最大反應(yīng)速度：正向：Vmf=num1反向

10、：vmr=num 2 COEFB COEFB Michaelis常數(shù)：KMA=COEFB KMB=COEFB COEFB KMP=COEFQ KMQ=COEFP COEFP COEFP q離解常數(shù)：KIa=co NST KiB=const coefA COEFB KiP=const KIq=const COEFP COEFQ， V=num1AB常數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系

11、數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)KMB:是當甲飽和時酶對底物乙的米氏常數(shù)。和3獲得了有序機制的動力學常數(shù)(二次映射法):第一次是雙倒數(shù)映射，它通常固定一種底物的濃度而改變另一種底物的濃度(例如，固定B和改變A)有序機構(gòu)的動力學方程用雙倒數(shù)處理：1=KMA(1k mbkia)11(1k MB)V VM KMAB A VM B如果B在不同濃度下固定，用1/V 1/

12、A畫出一組與第二或第三象限相交的直線，交點的坐標為：1/V，1/。B3，第二個映射：縱向截距1/B映射，KmB和Vm可以從第二個映射中知道，并且可以從相交坐標中知道，如果A (A當A飽和時):1=1 (1 KmB) V Vm B被轉(zhuǎn)換成米氏方程如果B (B當B飽和時): 1=1 (1 KmA) V Vm A這就是為什么水解反應(yīng)可以被認為是單一底物反應(yīng)的原因。(2)隨機雙曲的推導(dǎo)：1動力學方程：m=8，n=6，n-1=5線路圖：56個閉環(huán)：24個有效數(shù)字：32，假設(shè)在反應(yīng)過程中第一底物與酶的結(jié)合或第一產(chǎn)物從酶中的釋放是一個快速平衡過程，如果P=0，則快速平衡隨機對為： V=num1ab-num2pq常量系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)那么：v=nu M1Ab const coefa coef bb coef abab v=VM fab KIA kmb kmba kmab這個方程與有序機制相同，稱為序列機制的一般方程。 1速度方程：乒乓機制的King-Altman環(huán)表達式為：ek1a(eafp)k-1k4k-4qk2k-2p(eq FB)k-3fk 3bm=4n=4，每種酶有四種三線圖。v=num 1 ab-n