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第10章酶动力学研究酶促反应的速度以及影响酶促反应速度的各种因素，包括底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂与抑制剂等酶动力学1903 Henri enzymesucrose + H2Oglucose + fructose一、底物浓度对酶促反应速度的影响（单底物酶促反应）（一）中间复合物学说酶动力学中间复合物学说认为酶与底物先络合成一个中间产物，然后中间产物进一步分解成产物和游离的酶n 中间复合物学说证据：p152 SEESPE1903年，Henri以蔗糖酶研究底物浓度与反 应速率的关系，提出了酶与底物作用的“中间复合物学说”酶动力学（二）“稳态理论”Briggs和Haldane1925 稳态理论的贡献在于：ES的动态平衡不仅与E+SES有关，还与ESP+E有关 所谓“稳态”：ES的形成速度与分解速度相等、ES的浓度保持不 变的反应状态酶动力学米氏常数：当Km及Vmax已知时，根据米氏方程可确定酶反应速度与底物浓度的关系 米氏方程：（三）用稳态理论推导米氏方程酶动力学1.当SKm时:3.当S=Km时:根据米氏方程可以说明以下关系：酶动力学1.当SKm时:3.当S=Km时:根据米氏方程可以说明以下关系：即Km是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度，单位：molL-1或mmolL-1。

复习酶动力学1、Km的物理意义当反应速度v=1/2Vmax时，Km=S，Km的物理意义是：当反应速度达到最大反应速度一半时的底物的浓度单位：molL-1或mmolL-1Km是酶的特征常数之一，一般只与酶的种类、底物种类及反应条件有关，与酶的浓度无关因此，在特定条件下测定酶的Km值，可以作为鉴别酶的一种手段一些酶的Km值（见表10-1）四）米氏方程中各参数的意义酶动力学有的酶可作用于几种底物，因而就有几个Km 值，其中Km最小的底物称该酶的最适底物或天然底物因为：Km愈小（达到Vmax一半所需的底物浓度愈小）,表示V对S越灵敏122、Km可以判断酶专一性和天然底物VS1/2VmaxKm2Km1酶动力学3、Km与底物亲和力n Km是ES分解速度（K2+K3）与形成速度（K1）的比值n Km值近似表示酶与底物之间的亲和程度：Km值愈大，表示亲和程度愈小酶动力学4、Km与米式方程的实际用途如当S3Km时（1）根据S求VV0.75Vmax酶动力学（2）根据相对速度推测酶活性中心饱和度Y： 当v=Vmax时，表明酶的活性部位已全部被底物占据，v与S无关，只和E0成正比 当v=1/2Vmax时，表示酶活性部位有一半被底物占据。

酶动力学5、Kcat的意义：催化常数或转换数 Kcat是指当酶被底物充分饱和时，每秒钟每个酶分子转换底物的分子数（称为转换数或催化常数），表示酶的最大催化活力的量度 一些酶的转换数见表10-2酶动力学（五）Km和Vmax的求解方法Lineweaver-Burk双倒数作图法（最常用）1/Vmax-1/Km1/S1/V斜率=Km/Vmax酶动力学（一）酶的最适pH 最适pH：使酶促反应速度达到最大时的pH称为该酶的最适pH 最适pH与底物种类、浓度及缓冲液成分有关 虽然大部分酶的pH酶活曲线是钟罩形，但也有半钟形甚至直线形二、pH对酶促反应速度的影响酶动力学（二） pH影响酶活力的原因过酸或过碱会影响酶蛋白构象，使酶活性丧失影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心的解离状态，最终影响ES形成影响酶分子中一些基团解离，这些基团的离子化状态影响酶的专一性及活性中心构象 酶动力学三、温度对酶促反应速度的影响（一）最适温度及影响因素 最适温度：温度对酶促反应速度的影响有两个方面：1.温度升高，加快反应速度2.温度升高，酶变性失活最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用时间、pH、离子强度等因素有关。

温血动物酶的最适温度3540；植物酶最适温度4050；微生物差别大，如细菌TaqDNA聚合酶70温度系数Q10：温度升高10，反应速度与原来的反应速度之比，大多数酶的Q10一般为12酶动力学酶动力学四、激活剂对酶促反应速度的影响（一） 无机离子的激活作用n无机离子：1.金属离子：K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+等；2.无机阴离子：Cl、Br、PO43等；特点：1.激活剂的选择性，即不同的离子激活不同的酶2.不同离子之间有拮抗作用和可替代作用，如Na+与K+、Mg2与Ca2之间常常拮抗，但Mg2与Zn2+常可替代3.激活剂的浓度要适中，过高往往有抑制作用，150mM激活剂：凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂包括无机离子或简单有机化合物许多金属离子是酶的辅助因子，是酶的组成成分，参与催化反应中的电子传递有些金属离子可与酶分子肽链上侧链基团结合，稳定酶分子的活性构象有的金属离子通过生成螯合物，在酶与底物结合中起桥梁作用酶动力学（二） 小分子有机物的激活作用1.某些激活剂（如Cys、GSH）能还原巯基酶中的某些二硫键使成-SH，-SH是巯基酶起催化作用所需的基团，提高了酶活性。

2.金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属离子，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高酶动力学五、抑制剂对酶促反应速度的影响失活 (inactivation)：凡是酶活力的降低或丧失都称为酶的失活抑制 (inhibition)：使酶活力下降或丧失但并不引起酶蛋白变性，它主要改变酶活性中心的化学性质抑制剂（inhibitor）：引起酶的抑制作用的物质称为酶的抑制剂酶动力学研究抑制剂对酶的作用有重大的意义：（1）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发；抗癌药（2）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵；（3）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业的基础酶动力学（一）抑制程度的两种表示方法1、相对活力2、抑制分数酶动力学（二）抑制作用的类型1、不可逆的抑制作用:抑制剂与酶的必需基团共价结合，使酶的活性丧失，无法用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活S+EESE+P + IEI酶动力学2、可逆的抑制作用:抑制剂与酶以非共价键结合引起酶活力降低或丧失，可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活根据可逆抑制剂与底物的关系分为：（1）竞争性抑制（2）非竞争性抑制（3）反竞争性抑制抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制剂的浓度以及底物的浓度决定。

酶动力学（1）竞争性抑制（Competitiveinhibition）n 酶活性部位是不能同时结合底物与抑制剂的抑制剂具有与底物相似的化学结构，竞争酶的活性中心，并与酶形成可逆的EI复合物，阻止底物与酶结合；可以通过增加底物浓度(即提高底物的竞争能力）而解除此种抑制酶动力学例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂琥珀酸丙二酸酶动力学（2）非竞争性抑制（noncompetitiveinhibition）n 底物和抑制剂可以同时与酶结合，但是，中间的三元复合物ESI不能进一步分解为产物，因此，酶的活性降低；抑制剂与酶活性中心以外的基团结合，其结构与底物无共同之处；不能用增加底物浓度的办法来消除非竞争性抑制作用n 例如；某些重金属离子（Cu2+、Hg2+、Pb2+）对酶的抑制属于非竞争性抑制酶动力学n酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合nE+SES+IESI常见于多底物的酶促反应中3）反竞争性抑制（uncompetitiveinhibition）酶动力学 （三）可逆抑制作用与不可逆抑制作用的鉴别1、看通过透析、超滤、凝胶过滤等方法能否除去抑制剂；2、通过vE动力学曲线区分213Ev不可逆与可逆曲线1：无抑制剂曲线2：不可逆抑制剂曲线3：可逆抑制剂酶动力学 （四）可逆抑制作用的动力学推出三种抑制方程：（1）竞争性抑制 （2）非竞争性抑制 （3）反竞争性抑制酶动力学Vmax不变；Km变大，而且随I浓度的增大而增大动力学方程：（Ki为EI的解离常数）1、竞争性抑制：交于y轴酶动力学2、非竞争性抑制动力学方程：交于x轴Km不变，Vmax降至Vmax/（1+I/Ki）酶动力学3、反竞争性抑制Km及Vmax都变小动力学方程：一组平行直线酶动力学有无抑制剂时酶促反应的最大速度与Km值的比较 类型 方程式VmaxKm反竞争性抑制非竞争性抑制竞争性抑制无抑制剂VmaxKm不变增加减小不变减小减小总 结酶动力学（五）一些重要的抑制剂酶动力学1、不可逆抑制剂 有机磷化合物n 有机磷化合物的化学结构式PYOXRROY为氧或硫。

含氧的为磷酸酯类，含硫的为硫代磷酸基类目前含硫的硫代磷酸酯类农药由于属剧毒类，现多已停止生产市场上农药多为磷酸酯类 酶动力学n有机磷农药呈油状或结晶状，淡黄至棕色，稍有挥发性n较易通过皮肤和黏膜、呼吸道及消化道吸收n在中毒死亡者中，因服有机磷农药中毒致死者占83.6% 酶动力学病 因 使用性中毒生活性中毒生产性中毒酶动力学有机磷化合物n能与乙酰胆碱酯酶的活性部位的SerOH形成磷酯键，强烈地抑制酶的活力，使乙酰胆碱不能够被分解而过分积累，导致神经系统过于兴奋，引起神经系统功能失调而中毒致死乙酰胆碱酯酶磷酰化胆碱酯酶有机磷杀虫药中毒机制：有机磷农药和胆碱酯酶结合示意图酶动力学解毒剂：PAM（解磷定）可以把磷酰化胆碱酯酶上的磷酸根除去，使酶复活酶动力学青霉素：不可逆抑制糖肽转肽酶酶动力学Kcat型不可逆抑制剂（自杀性底物，suicidesubstrate）n这种抑制剂是根据酶的催化反应机制来设计的，它们与天然底物的结构类似，其本身也是酶的底物，既能与酶结合，也能被催化发生反应，但在其分子中具有潜伏反应基团，当酶对它进行催化反应时，该基团会被暴露或活化，并立即与酶活性中心内的必需基团共价结合，引起不可逆抑制。

此种抑制专一性强，又是经酶催化后引起，被称为自杀性底物n例如：卤代-D-Ala是细菌中丙氨酸消旋酶的不可逆抑制剂酶动力学2、可逆抑制剂n 竞争性抑制剂（Competitiveinhibition）一些竞争性抑制剂与天然代谢物结构相似，能选择性抑制病菌和癌细胞在代谢过程中的某些酶，而具有抗菌和抗癌作用如磺胺类药物和抗癌药酶动力学磺胺类药物及其抗菌机理（以对氨基苯磺酰胺为例说明）细菌是以对氨基苯甲酸为原料合成二氢叶酸的二氢叶酸是核酸的嘌呤核苷酸合成中的重要原料成分，对氨基苯磺酰胺是对氨基苯甲酸的结构类似物酶动力学n这样，对氨基苯磺酰胺可与对氨基苯甲酸相互竞争，抑制二氢叶酸合成酶的活性，影响二氢叶酸的合成，导致细菌的生长繁殖受到抑制，从而达到治病的效果磺胺类药物二氢叶酸合成酶二氢叶酸 对氨基苯甲酸 嘌呤核苷酸酶动力学酶动力学。