new第9章酶促反应动力学

1、第第9 9章章 酶促反应动力学酶促反应动力学YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学q酶促反应动力学研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响。的影响。q影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响四、四、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响六、抑制剂对反应速度的影

2、响六、抑制剂对反应速度的影响五、激活剂对反应速度的影响五、激活剂对反应速度的影响YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学 单底物、单产物反应 酶促反应速度用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度研究前提研究前提S PYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响矩形双曲线YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学底物浓度/S反应速度(v)V 与S呈线性(一级）关系V 与S无关系V =K1

3、S1,K1速率常数V =K2S0,K2速率常数YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式中间产物学说中间产物学说E + S k1k2k3ESE + P1902年，Brown和Henor发现了这一特殊的动力学规律，并提出了酶与底物存在一中间络合物的假设。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学1913年年Michaelis和和Menten提出反应速度与提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方米曼氏

4、方程 式程 式 ， 简 称 米 氏 方 程 式， 简 称 米 氏 方 程 式 ( M i c h a e l i s equation)。VmaxS Km + S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。不予考虑。S S超过超过E E，S S的变化可忽略不计。的变化可忽略不计。 E + S k1k2k3ESE + P反应过程中，反应反应过程中，反应中间产物中间产物ESES存在稳态存在稳态酶促反应速度的饱和现象，酶的最

5、大反应速度酶促反应速度的饱和现象，酶的最大反应速度Vm= KVm= K3 3 E ETotalTotalYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学米氏方程推导如下米氏方程推导如下v= Kv= K3 3ES (1)ES (1)式式E + SK1 K2 v1=v+v2 即 K1SE = K2ES + K3ES ES =ES=,令Km= (K2+K3)/ K1，有E + PK3 ESK1ES(K2+K3)v2= K2ESv1=K1SE (2)(2)式式ES KmES存在稳态存在稳态YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学由酶促反应的饱和现象由

6、酶促反应的饱和现象知知V Vmaxmax= K= K3 3 E ET TEET T=(ES+E) =(ES+E) (4)(4)式式将将(1)(1)和和(3)(3)式代入式代入(4)(4)式整理得式整理得v=式(4)和(5)是米氏方程的不同形式E=ESKm S(3)(3)式式(6) VmS (Km+S)(5)Vmax= K3 ES(S+Km)Sv= K3ES(1)YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学关于米氏方程的讨论关于米氏方程的讨论(1)(1)由米氏方程知，酶促反应初速度由米氏方程知，酶促反应初速度v v与底与底物浓度物浓度SS的关系曲线为直角双曲线，此的关系

7、曲线为直角双曲线，此双曲线的二个渐近线为双曲线的二个渐近线为v=Vv=Vmax和和S= -KS= -KmKmvSVmax-KmVmax12VmaxS Km + S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学( (续续) )(2)(2)当底物浓度较低时，（当底物浓度较低时，（SKSKm，当ET 浓度不变时, Km+SS,所以v=VmS, 为零级反应。VmaxS Km + S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学当当v=Vmax/2时时KmS 1. Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，

8、单位是半时的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxS（二）（二）K Km m与与V Vmaxmax的意义的意义VmaxS Km + S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学 2. 2. K Km m可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；=Kmk1k3k2+当当K2 K3时，时， Km KsE + S k1k2k3ESE + PYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学3.Km是酶的特征性常数之是酶的特征性常数之一一与酶及底物种类有关与酶及底物种类有关，与酶浓度无关与酶浓度无关，可以鉴定酶。，

9、可以鉴定酶。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学同一个酶有几种底物就有几个Km值，Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物最适底物YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学4. V4. Vmaxmax定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。度成正比。意义：意义：Vmax=K3 Et如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算酶的酶的转换数转换数(turnover number)，即动力学常数，即动力学常数K3。酶被底物饱和时酶被底物饱和时每一酶分子每一酶

10、分子或每一活性部位在或每一活性部位在单位时间内被转变为产物的底物分子数单位时间内被转变为产物的底物分子数YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学vVmax=0.5Vmax=0.5 mol/min, 1 mol/min, 1 g g纯酶（纯酶（Mr:92000)Mr:92000)v求转换数求转换数Vmax=K3 Et0.5/601/92000K 766.7 S-1酶被底物饱和时酶被底物饱和时酶分子酶分子在在每秒内每秒内被转变为产物被转变为产物的底物分子数的底物分子数YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学（三）（三）m m值与值与max

11、max值的测定值的测定双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法（林贝氏方程）（林贝氏方程） Vmaxv1=Km.1S +Vmax1YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学双倒数作图法双倒数作图法Vmaxv1=Km.1S +Vmax1YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学Eadie-HofsteeEadie-Hofstee作图法作图法YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学Hanes-woolfHanes-woolf作图法作图

12、法Vmaxv1=Km.1S +Vmax1YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响当当SSEE，反应速度与酶浓反应速度与酶浓度成正比。度成正比。0 V E 关系式为：关系式为：V = K3 EYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学q双重影响三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度 (optimum temperature)：酶促反应速度最酶促反应速度最快时的环境温度。快时的环境温度。* * 低温的应用低温的应用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 2

13、0 30 40 50 60 温度温度 C YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学四、四、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响0酶酶活活性性 pH胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶 246810 1.1.过酸、过碱使酶过酸、过碱使酶本身变性失活本身变性失活 2.pH2.pH改变能影响酶改变能影响酶分子活性部位上有分子活性部位上有关基团的解离关基团的解离 3.pH3.pH能影响底物的能影响底物的解离状态解离状态 总之，以上总之，以上2 2、3 3两两点均可影响酶与底点均可影响酶与底物间的诱导契合物间的诱导契合YOUR SITE HERE第第9 9章章

14、酶酶促促反反应应动动力力学学酶酶 最适最适 pHpH胃蛋白酶胃蛋白酶 1.81.8过氧化氢酶过氧化氢酶 7.67.6胰蛋白酶胰蛋白酶 7.77.7延胡索酸酶延胡索酸酶 7.87.8核糖核酸酶核糖核酸酶 7.87.8精氨酸酶精氨酸酶q最适最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学五、激活剂对反应速度的影响五、激活剂对反应速度的影响 激活剂(activator)能够提高酶活性的物质。能够提高酶活性的物质。大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机阴离子

15、阴离子 小分子有机物（还原剂、螯合剂）小分子有机物（还原剂、螯合剂） 蛋白酶（激活酶原）蛋白酶（激活酶原）YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学六、抑制剂对反应速度的影响六、抑制剂对反应速度的影响 酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化凡能使酶的催化活性下降活性下降而而不不引起引起酶蛋白酶蛋白变性变性的物质统称为酶的抑制剂。的物质统称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性区别于酶的变性抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因素对酶没有选择性素对酶没有选择性YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学 抑制作用

16、的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学可逆抑制作用和不可逆抑制用的鉴别可逆抑制作用和不可逆抑制用的鉴别不可逆抑制作用可逆抑制作用无抑制剂YOUR SITE HERE第第9

17、9章章酶酶促促反反应应动动力力学学( (一一) ) 不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用* 概念抑制剂通常以抑制剂通常以共价键共价键与酶活性中心的必需基团相与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。 * 举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶胆碱酯酶胆碱酯酶 催化乙酰胆碱水催化乙酰胆碱水解的羟基酶解的羟基酶 我国生产和使用的有机磷我国生产和使用的有机磷农药大多数属于高毒性及农药大多数属于高毒性及中等毒性。有很多种，如中等毒性。有很多种，如对硫磷（对硫磷（1605）、甲拌磷）、甲拌磷（3911）、乐果、敌敌畏等）、乐果

18、、敌敌畏等 YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学+ E OHROPOXROROPOOROE+ HX有机磷化合物磷酰化酶酸E OHORPOORNCH3CHNOH+NCH3CHNO+解磷定羟基酶有机磷化合物对羟基酶的抑制有机磷化合物对羟基酶的抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学（二）（二） 可逆性抑制作用可逆性抑制作用* 概念抑制剂以抑制剂以非共价键非共价键与酶或酶与酶或酶-底物复合物可逆性底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超透析、超滤滤等方法除去。等方法除去。竞

19、争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学1. 1. 竞争性抑制作用竞争性抑制作用定义抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。性降低。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学Vmax= K3 ETYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学竞争性抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应

20、动动力力学学竞争性抑制作用竞争性抑制作用 ：抑制剂和底物竞争与酶结合，当抑制剂与酶结合后，就妨碍了底物与酶的结合妨碍了底物与酶的结合，减少了酶的作用机会，因而降低了酶的活力。这种作用称为竞争性竞争性抑制作用抑制作用 EI复合物ESES复合物复合物YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学竞争性抑制作用竞争性抑制作用 米氏方程米氏方程设设则式中Km称为表观称为表观KmYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学 * * 特点特点抑制程度取决抑制程度取决于抑制剂与酶于抑制剂与酶的相对亲和力的相对亲和力及及S；I与与S结构类似，结构类似，竞争酶的

21、活性竞争酶的活性中心；中心；动力学特点：动力学特点：Vmax不变，表不变，表观观Km。 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/v 1/S VSmaxVIK(1) SmKiK111mVVSVmaxmaxYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学* * 举例举例 1. 1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸CH2CCOOH琥珀酸COOHCH2COOH丙二酸COOHH2YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学2. 磺胺药对细菌磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制合成

22、酶的抑制Glu +H2NCOOH +二氢蝶呤FH2FH4H2NSO2NHR磺胺药氨甲蝶呤PABAFH2还原酶FH2合成酶对氨苯甲酸对氨基苯磺酰胺YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学2. 2. 非竞争性抑制非竞争性抑制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。Vmax= K3 ETYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学非竞争性抑制抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然NoImageYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学* 特点特点抑制剂与酶

23、活性抑制剂与酶活性中心中心外外的必需基的必需基团结合；团结合；抑制程度取决于抑制程度取决于I；动力学特点：动力学特点：Vmax，表观，表观Km不变。不变。 抑制剂抑制剂 1/v 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI11I1m(1)(1)VVKSVKmaxmax表观VmaxYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学3. 3. 反竞争性抑制反竞争性抑制抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使ES的量下降。Vmax= K3 ETYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学反竞争性抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力

24、学学* 特点特点抑制剂只与抑制剂只与ES结合；结合；抑制程度取抑制程度取决 与 决 与 I 及及S；动力学特点：动力学特点：Vmax，表观，表观Km。 抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学v一一. . 单项选择题单项选择题v1. 1. 下面是谁提出的米下面是谁提出的米- -曼氏方程式曼氏方程式vA. A. 巴斯德巴斯德 B. Thomas Cech C. Watsson B. Thomas Ce

25、ch C. Watsson vD. Crick E. Leonor MichaelisD. Crick E. Leonor Michaelis和和Maud L. MentenMaud L. Mentenv2. 2. 那一种情况可用增加那一种情况可用增加SS的方法减轻抑制程度的方法减轻抑制程度vA. A. 不可逆抑制作用不可逆抑制作用 B. B. 竞争性抑制作用竞争性抑制作用 C. C. 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 vD. D. 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 E. E. 无法确定无法确定v3. 3. 酶的竞争性抑制剂可以使酶的竞争性抑制剂可以使vA. VmaxA. Vmax减小，减小，

26、KmKm减小减小 B. VmaxB. Vmax增加，增加，KmKm增加增加 vC. VmaxC. Vmax不变，不变，KmKm增加增加 D. VmaxD. Vmax不变，不变，KmKm减小减小 vE. Vmax E. Vmax 减小，减小，KmKm，增加，增加v4. 4. 下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂 vA. A. 有机磷化合物有机磷化合物 B. B. 有机汞化合物有机汞化合物 C. C. 有机砷化合物有机砷化合物 vD. D. 氰化物氰化物 E. E. 磺胺类药物磺胺类药物v5. 5. 别构酶的别构酶的V VSS正协同效应的曲线是正协同效应的曲线是

27、 vA.Z B. S C. A.Z B. S C. 倒倒L D. L E.L D. L E.无法确定无法确定v6. 6. 假定假定RsRs（酶与底物结合达（酶与底物结合达9090饱和度时的底物浓度）饱和度时的底物浓度）/(/(酶与底物结合达酶与底物结合达1010饱和饱和度时的底物浓度度时的底物浓度) )，则正协同效应的别构酶，则正协同效应的别构酶vA. Rs81 B. Rs =81 C. Rs 81 B. Rs =81 C. Rs 81 D. Rs81 E. Rs81v7. 7. 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于vA. A. 反竞争性抑制反竞争性抑制 B. B. 非

28、竞争性抑制非竞争性抑制 C. C. 专一性抑制专一性抑制 vD. D. 非专一性抑制非专一性抑制 E. E. 竞争性抑制竞争性抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学v 10. 10. 酶分子经磷酸化作用进行的化学修饰主要发生在其分子酶分子经磷酸化作用进行的化学修饰主要发生在其分子中哪个氨基酸残基上中哪个氨基酸残基上v A. Phe B. Cys C. Lys D. Trp E. A. Phe B. Cys C. Lys D. Trp E. SerSer v 11. 11. 如按如按Lineweaver-BurkLineweaver-Burk方程作图测定方程作图测定KmKm和和VmaxVmax时，时，X X轴上轴上实验数据应示以实验数据应示以 v A. 1A. 1Vmax B. Vmax C. 1Vmax B. Vmax C. 1S D. S E. S D.