第五节 酶动力学.ppt

第五节 影响酶反应速度的因素（酶促反应动力学）酶动力学研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述影响因素包括：酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定一.底物浓度的影响(一) 酶反应速度与底物浓度的关系曲线对于对于简单的简单的酶反应，当酶反应，当酶浓度和其他条件恒定酶浓度和其他条件恒定时：时：v v SS0 0V Vmaxmax零级反应零级反应一级反应一级反应混合级反应混合级反应 该曲线可以用该曲线可以用米氏方程米氏方程 来描述来描述一.底物浓度的影响(一) 酶反应速度与底物浓度的关系曲线(P155)一.底物浓度的影响 dp/dtkES：一级反应dp/dtkE：零级反应(一) 酶反应速度与底物浓度的关系曲线v v SS0 0V Vmaxmax零级反应零级反应一级反应一级反应混合级反混合级反应应(二) 米氏方程 Michaelis & Menten 提出了中间络合物学说 1. 米氏方程的推导一.底物浓度的影响只适用于单底物、单产物反应(二) 米氏方程 1. 米氏方程的推导该学说必须两个条件： (1)符合质量作用定律(2)形成的中间产物决定整个反应的速度一.底物浓度的影响(二) 米氏方程 (1)推导的v为反应初速度 对于单底物、单产物反应，其反应过程需经过中间复合物ES，即 1. 米氏方程的推导ESK1K-1ESK2K-2EPMichaelis-Menten的三个假设：一.底物浓度的影响 产物的生成量很少 k-2 的反应忽略不计。

即ESK1K-1ESK2EP(二) 米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设： 一.底物浓度的影响Et酶总量； S=底物浓度ES中间产物浓度Et -ES: 游离酶浓度K 1、K2、K-1 : 各反应的速度常数(二) 米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设：(1)推导的v为反应初速度一.底物浓度的影响刚反应时，若ES形成的速度为v1,则v1k1 ES k1（Et）-（ES）S (1)ES消失速度：v2 k-1 ES k2ES (2) (二) 米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设： (2)反应体系处于稳态 一.底物浓度的影响稳态: 反应进行一段时间后,ES的浓度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变化,ES在不断地生成和分解,当反应系统中ES的生成速率与分解速率相等时,络合物ES浓度保持不变的这种反应状态称为稳态(二) 米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设： (2)反应体系处于稳态 一.底物浓度的影响(二) 米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设： (2)反应体系处于稳态 即ES不变 ES的生成量 = ES的分解量。

即v1 =v2k1（Et）-（ES）S = k-1 ES k2ES （Et）-（ES）S/ ES = （k-1 k2）/ k1 (3)设 Km=(k-1+k2)/k1 将(3)重排得 Km ES+ （ES）S= EtSES =EtS/ (Km S) (4)一.底物浓度的影响(二) 米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设： v = K2ES (5)Et =ES,Vmax = K2Et (6)(5)、(6)代入 (4) 得(3)S E一.底物浓度的影响V =Vmax S Km + S (二) 米氏方程V =Vmax S Km + S 1. 米氏方程的推导一.底物浓度的影响 Km : 米氏常数 当底物浓度较低时，V = Vmax S / Km 一级反应当底物浓度很高时， V = Vmax， 零级反应(二) 米氏方程V =Vmax S Km + S 2. 米氏方程中常数的意义(2)Km 米氏常数 由于 Km= (k2+k-1)/k1 ， 为复合常数 Km是酶的特征常数，经常表示酶与底物的亲和力 Km值越大，亲和力越小 Km的值是当反应速度为最大反应速度的一半时所对应的底物浓度。

所以Km的单位为浓度单位(1)Vmax 最大反应速度 由于 Vmax= k2E0， Vmax与酶浓度成正比， v也与酶浓度成正比一.底物浓度的影响(二) 米氏方程V =Vmax S Km + S 2. 米氏方程中常数的意义(1)Vmax 最大反应速度一.底物浓度的影响(二) 米氏方程V =Vmax S Km + S 3. 米氏方程中常数的测定所以采用双倒数作图法：即 1/v - 1/S 作图 v-S作图法： Vmax难以测定，不能从vV/2处求得，从而导致Km也难确定一.底物浓度的影响(二) 米氏方程V =Vmax S Km + S 3. 米氏方程中常数的测定一.底物浓度的影响二. 酶浓度对酶反应速度的影响 在一般的酶促反应中，常常SE，酶反应速度达到最大反应速度 由于Vmax=k2E0，反应速度与酶浓度成正比 酶浓度曲线三. pH对酶反应速度的影响 pH对酶反应速度的影响较大其原因有： 极度pH的条件引起酶蛋白的变性pH影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合 pH影响酶分子解离状态 每种酶只能在一定的pH范围内表现出它的活性，且在某一pH值范围内活性最高，其两侧活性都下降 酶促反应具有一最适pH。

三. pH对酶反应速度的影响 反应速度和pH的关系见下图： 酶的最适酶的最适pHpH一般在一般在7 7左右也有很多例外，如胃蛋白酶左右也有很多例外，如胃蛋白酶的最适的最适pHpH只有只有1.51.5 酶的最适酶的最适pHpH并非酶的特征性常数，它与底物的种类、浓并非酶的特征性常数，它与底物的种类、浓度等因素有关度等因素有关三. pH对酶反应速度的影响 反应速度和pH的关系见下图：温度对酶反应速度的影响具有双重性：随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反应速度下降 随着温度的升高，反应速度会加快四. 温度对酶反应速度的影响 因此，在这双重因素的综合作用下，酶促反应具有一最适温度四. 温度对酶反应速度的影响反应速度和温度的关系见下图： 不同酶的最适温度也不一样动物酶的最适温度一般不同酶的最适温度也不一样动物酶的最适温度一般在在3535 4040，植物酶为，植物酶为4040 5050 酶的最适温度并非酶的特征性常数，它与底物、作用酶的最适温度并非酶的特征性常数，它与底物、作用时间等因素有关时间等因素有关五. 激活剂对酶反应速度的影响激活剂：能提高酶活性的物质P161 无机离子： 主要是金属离子，它们有的本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。

如 激酶需要Mg2+激活 唾液淀粉酶需要Cl-激活主要的激活剂有：五. 激活剂对酶反应速度的影响 有机小分子： 一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶处于还原态 金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高六. 抑制剂对酶反应速度的影响 抑制作用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失P161酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂 区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性六. 抑制剂对酶反应速度的影响 六. 抑制剂对酶反应速度的影响 引起抑制作用的物质称为抑制剂抑制作用可分为两大类：可逆抑制作用 不可逆抑制作用 (一）可逆抑制作用 可逆抑制作用可分为三种类型： I 竞争性抑制作用 II 非竞争性抑制作用 III 反竞争性抑制作用 酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超滤等方法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑制作用叫可逆抑制作用一）可逆抑制作用 某些抑制剂的化学结构与底物相似，与底物竞争酶的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的结合，因而降低酶反应速度。

这种作用称为竞争性抑制作用1. 竞争性抑制作用ESESEPEI+ + + +E EE ES SI IESESEIEIEPEP* 举例 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂 这种抑制作用可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用 * 特点b. 抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；a. I与S结构类似，竞争酶的活性中心；c. 动力学特点：Vmax不变，表观Km增大 抑制剂 无抑制剂 1/V1/S(一）可逆抑制作用1. 竞争性抑制作用竞争性抑制中，Vmax不变，Km增大可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用一）可逆抑制作用 某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因而与底物和酶的结合无竞争，即底物与酶结合后还能与抑制剂结合，同样抑制剂与酶结合后还能与底物结合但酶分子上有了抑制剂后其催化功能基团的性质发生改变，从而降低了酶活性这种作用称为非竞争性抑制作用 2. 非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除ESESEPEIESIS+ + S S S S+ + S S S S+ +ESIESIEIEIE EESESE EP P* 反应模式E+SE+SESESE+PE+P+ +I IE EI I+S +S E EI IS S + +I I(一）可逆抑制作用2. 非竞争性抑制作用例如：金属络合剂，如EDTA、F -、CN -、N3- 等可以与络合金属酶中的金属离子，从而抑制酶的活性。

特点a) 抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；b) 抑制程度取决于抑制剂的浓度；c) 动力学特点：Vmax降低，表观Km不变 抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂 (一）可逆抑制作用3. 反竞争性抑制作用 某些抑制剂不能与游离的酶结合，而只能在酶与底物结合成复合物后再与酶结合当酶分子上有了抑制剂后其催化功能被削弱这种作用称为反竞争性抑制作用 反竞争性抑制* 反应模式E+SE+SE+P E+P ESES+ +I IESESI I+ + +E ES SESESESIESIE EP P* 特点：a) 抑制剂只与酶底物复合物结合；b) 抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；c) 动力学特点：Vmax降低，表观Km降低 抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂 (一）可逆抑制作用各种可逆性抑制作用的比较 (二）不可逆抑制作用不可逆抑制剂不能用透不可逆抑制剂不能用透析或超滤等方法去除析或超滤等方法去除 抑制剂以共价键不可逆地与酶相结合而抑制酶的活性这种抑制作用叫不可逆抑制作用二）不可逆抑制作用常见的不可逆抑制剂： 碘乙酸（ICH2COOH） 是一种烷化剂，可使巯基烷化： E-SH + I-CH2COOH E-S-CH2COOH + HI 所以它是巯基酶的抑制剂。

如抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶、脲酶、a-淀粉酶等(二）不可逆抑制作用 有机磷化合物 可使-OH磷酯化，所以它是活性中心有Ser残基的酶的抑制剂 常见的有机磷农药，如敌敌畏、敌百虫，它们杀灭昆虫的机理就在于可抑制乙酰胆碱酯酶的活性，该酶的作用是将神经递质乙酰胆碱水解，若它被抑制，会导致乙酰胆碱的积累，使神经过度兴奋，引起昆虫的神经系统功能失调而中毒致死。