酶动力学1财富值课件

1、酶动力学1财富值1酶促反应动力学酶促反应动力学(enzyme kinetics)v=vmax skm + s酶动力学1财富值2n反应进行的方向反应进行的方向n反应进行的可能性反应进行的可能性n反应进行的限度反应进行的限度n反应进行的速率反应进行的速率n反应机制反应机制化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学研究酶促反应的速率以及影响反应速研究酶促反应的速率以及影响反应速率的各种因素的科学率的各种因素的科学.酶动力学1财富值3 影响反应速率因素包括影响反应速率因素包括: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。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒

2、定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。酶动力学1财富值4（一）（一）. 酶促反应动力学基础酶促反应动力学基础n酶促反应速度一般在规定的反应条件下，酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示表示n反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在（一般在5以内）时的反应速度以内）时的反应速度n底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度酶动力学1财富值5单位时间底物浓单位时间底物浓度减少或产物浓度减少或产物浓度增加量度增加量1. 反应速率及其测定反应速率及其测定酶动力学1财富值6

3、2.反应分子数和反应级数反应分子数和反应级数反应分子数反应分子数(1)单分子反应单分子反应 a b(2)双分子反应双分子反应a+b c+dv= -dc/dt=kcv= -dc/dt=kc1c2酶动力学1财富值7 速率与反应物浓度的一次方成正比。速率与反应物浓度的一次方成正比。二级反应二级反应 速率与反应物浓度的速率与反应物浓度的2次方（或两种物质的浓度的乘次方（或两种物质的浓度的乘积）成正比积）成正比。 一级反应一级反应反应级数反应级数零级反应零级反应 反应速率与反应物的浓度无关，为常数反应速率与反应物的浓度无关，为常数速率常数与半衰期成反比，与反应物初浓度无关速率常数与半衰期成反比，与反应物

4、初浓度无关对时间作图，为直线，斜率为对时间作图，为直线，斜率为k半衰期与初浓度成反比半衰期与初浓度成反比酶动力学1财富值8平衡常数平衡常数n平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继平衡：可逆反应的正向反应和逆向反应仍在继续进行，但反应速率相等的动态过程。续进行，但反应速率相等的动态过程。n反应的平衡常数与酶的活性无关，与反应速率反应的平衡常数与酶的活性无关，与反应速率的大小无关，而与反应体系的温度、反应物及的大小无关，而与反应体系的温度、反应物及产物浓度有关。产物浓度有关。酶动力学1财富值9（二）底物浓度对酶反应速度的影响（二）底物浓度对酶反应速度的影响酶动力学1财富值101 中间络合物学说中

5、间络合物学说henri和和wurtz提出提出酶动力学1财富值11中间产物的证据中间产物的证据n中间复合物的直接观察n光谱改变n酶的物理性质改变n分离结晶n酶和底物的共沉降酶动力学1财富值12当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。酶动力学1财富值13随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。酶动力学1财富值14当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应反应为零级反

6、应酶动力学1财富值15酶反应的速度在不停地变，实验酶反应的速度在不停地变，实验上只有初速度的测定才有意义。上只有初速度的测定才有意义。酶动力学1财富值162. 单底物酶促反应动力学单底物酶促反应动力学（1）.米氏方程的提出米氏方程的提出1913年年michaelis和和menten推导推导了米氏方程了米氏方程 v=v m a x s k m + ss：底物浓度：底物浓度v：不同：不同s时的反应速度时的反应速度vmax：最大反应速度：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数：米氏常数(michaelis constant) 酶动力学1财富值17（2）.米氏方程的推导米氏方程

7、的推导根据酶反应的中间复合物学说（快速平衡）根据酶反应的中间复合物学说（快速平衡）( () )s s与与e e形成中间产物，且整个反应速度取决形成中间产物，且整个反应速度取决于于 es p+ees p+e( () ) sese两点假设两点假设酶动力学1财富值18根据酶反应的中间复合物学说（快速平衡）根据酶反应的中间复合物学说（快速平衡）es的生成速度的生成速度k1（e - es）ses的分解速度的分解速度k2es k1（e - es）s 酶反应速度酶反应速度v与与es成正比成正比 vmax k3es k3e 酶动力学1财富值19briggs认为并不总是k3 ce 酶量守恒 ce0=ce+ces

8、 产物生成速率 es2ddcktp 动力学方程 ddmaxsksvtpsp ddmaxsksvtpmp ks与 km 11kkks 121kkkks k+1k-1k+2酶动力学1财富值26a当当skm时，时，v=(vmax/km) s, 即即v 与与s成正比成正比b当当skm时，时，v vmax，即即s 而而v不变不变c当当skm时，时，v=1/2vmaxv=vmax skm + s(3)米氏方程的讨论米氏方程的讨论酶动力学1财富值27n. v- s曲线：近似双曲线曲线：近似双曲线 当当skm（ s很小时）很小时）即即v 与与s成正比成正比 当当skm（ s很大时）很大时）v vmax，酶被底

9、物饱和，酶被底物饱和，v与与s无关无关 当当v=1/2vmax时，时， skm（mol/l)酶动力学1财富值28a. km值是酶的特值是酶的特征性常数。与酶征性常数。与酶的浓度无关，不的浓度无关，不同的酶，其同的酶，其km值不同值不同 km 酶促反应速度为酶促反应速度为最大反应速度最大反应速度（vmax)的一的一 半时半时的的底物浓度底物浓度。单位是单位是mol/l。动力学参数的意义动力学参数的意义酶动力学1财富值29b.物理意义物理意义:酶促反应速度为酶促反应速度为最大反应速度最大反应速度（vmax)的一的一 半时的半时的底物浓度底物浓度。d. km可判断酶的可判断酶的专一性专一性和和天然底

10、物天然底物。如酶能催。如酶能催化几种不同的底物，对每种底物都化几种不同的底物，对每种底物都 有一个特有一个特定的定的km值，其中值，其中km值最小的称该酶的最适值最小的称该酶的最适底物底物。c. km除了与底物类别有关，还与除了与底物类别有关，还与ph、温度有关，、温度有关，不同的不同的条件条件下有不同的下有不同的km值。值。酶动力学1财富值30e. km值近似等于值近似等于es的解离常数的解离常数ks，可，可表示酶表示酶与底物之间的亲和力：与底物之间的亲和力：km越大，亲和力越小，酶的催化活性低；越大，亲和力越小，酶的催化活性低； km越小，亲和力越大，酶的催化活性高越小，亲和力越大，酶的催

11、化活性高酶动力学1财富值31酶动力学1财富值32f.根据正逆反应根据正逆反应km的差别及细胞内正逆两的差别及细胞内正逆两相底物的浓度推测酶促反应的相底物的浓度推测酶促反应的正逆方向正逆方向。g.根据代谢途径中各个酶的根据代谢途径中各个酶的km及其相应底及其相应底物浓度判断物浓度判断限速步骤。限速步骤。h.根据根据km值的大小判断值的大小判断分支代谢的流向。分支代谢的流向。酶动力学1财富值33 km可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径:丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙酰乙酰coa乙醛乙醛乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（1.710-5）丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶（1.310-3）

12、丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶（1.010-3）当丙酮酸浓度较低时，代谢走哪条途径决定于当丙酮酸浓度较低时，代谢走哪条途径决定于km最小的酶最小的酶。酶动力学1财富值34nvmax不是一个常数，它取决于酶的浓度，它不是一个常数，它取决于酶的浓度，它是一个酶反应体系的速度的极限值。是一个酶反应体系的速度的极限值。 vmax=k3 enk3代表酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换代表酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，称为底物的分子数，称为转换数或催化常数转换数或催化常数， （ catalytic constant,kcat）。）。kcat值越大，值越大，表示酶的催化效率越高表示酶的催化效率越

13、高。 vmax和k3(kcat)酶动力学1财富值35 kcat/km表示酶的实际催化效率表示酶的实际催化效率kcat/km是是e和和s反应形成产物的反应形成产物的表观二表观二级速率常数，也称为专一性常数。级速率常数，也称为专一性常数。酶动力学1财富值36只有只有kcat/km可以客观地比较不同的可以客观地比较不同的酶或同一种酶催化不同底物的催化效率酶或同一种酶催化不同底物的催化效率酶动力学1财富值37(4) 作图法测定作图法测定km和和vmaxnlineweaver-burk 双倒数作图法nhanes-woolf作图法nwoolf-augustinson-hofstee作图法neisentha

14、lcornish-bowden作图作图法酶动力学1财富值38lineweaver-burk 双倒数作图法酶动力学1财富值39实实例例 neurospora crassa 的的d-丝氨酸脱水酶催化反应：丝氨酸脱水酶催化反应：ch2oh chnh2 cooh ch3co cooh+nh3在实验中测定酶的饱和曲线得到下列数据：在实验中测定酶的饱和曲线得到下列数据： s v 10 -5（m） 20分钟生成丙酮酸（分钟生成丙酮酸（ m） 0.20 0.150 0.40 0.200 0.85 0.275 1.25 0.315 1.70 0.340 2.00 0.350 8.00 0.360酶动力学1财富值

15、40用这些数据求丝氨酸脱水酶的表观米氏常数。用这些数据求丝氨酸脱水酶的表观米氏常数。 vvm0.30.2vm 20.10 1 2 3 4 5 6 7 8 10-6 s丙酮酸丙酮酸 m/20minvmax=0.36 1/2vmax=0.18 km=3.2 10-7解：解：1、v对对s作图法作图法:酶动力学1财富值41 s 1/s v 1/v 0.20 5.0 0.150 6.66 0.40 2.5 0.200 5.00 0.85 1.17 0.275 3.64 1.25 0.80 0.315 3.17 1.70 0.58 0.340 2.94 2.00 0.50 0.350 2.86 8.00

16、0.125 0.360 2.78解解2、1/v 对对1/s作图法：作图法：酶动力学1财富值427654321-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 51/v1/s -1/km=-2.85 10 5 km=3.51 10-6 1/vm=2.55 ; vm=0.39酶动力学1财富值43(三）三）. ph对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响反反应应速速度度ph最最 适适 p ph h68100最适最适ph：酶具酶具有最大催化活性有最大催化活性时的环境时的环境ph。典型的酶速度典型的酶速度-ph曲线是较窄的曲线是较窄的钟罩型曲线。钟罩型曲线。酶动力学1财富值44最适ph与底物种类、浓度及缓冲液

17、成分有关。酶动力学1财富值45（四）（四）.温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响提高温度，提高温度，加快反应速度加快反应速度。温度系数温度系数q10：温度升高：温度升高10，反应速度与，反应速度与原来的反应速度之比，大多数酶的原来的反应速度之比，大多数酶的q10一一般为般为2。提高温度，提高温度，酶变性酶变性失活。失活。在一定范围内，反应速度达到最大时对应的在一定范围内，反应速度达到最大时对应的温度称为该酶促反应的最适温度温度称为该酶促反应的最适温度(optimum temperature).酶动力学1财富值46最适温最适温不是酶的特征性常数。不是酶的特征性常数。酶动力学1财富值4

18、7（五）五）.酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响n当当s e ，反应，反应速度对酶浓度呈正比。速度对酶浓度呈正比。n关系式为：关系式为：v=k3 e n机理：酶浓度增加，机理：酶浓度增加，es也增加，反应速也增加，反应速度增加。度增加。酶动力学1财富值48（六）（六）.激活剂对酶促反应速度的影响激活剂对酶促反应速度的影响 激活剂（激活剂（activator):凡是能提高酶活性的凡是能提高酶活性的物质物质n无机离子的激活作用无机离子的激活作用金属离子：金属离子：k+ 、mg2+ 、zn2+阴离子：阴离子：cl-、br n有机小分子化合物的激活作用有机小分子化合物的激活作用n蛋白

19、酶对酶原的激活蛋白酶对酶原的激活酶动力学1财富值49（七）（七）.抑制剂对酶活性的影响抑制剂对酶活性的影响酶动力学1财富值50酶动力学1财富值51六、六、酶促反应动力学酶促反应动力学(enzyme kinetics)酶动力学1财富值52（1）. 抑制程度的表示方法抑制程度的表示方法酶动力学1财富值53 (2）抑制反应类型 巯基酶抑制剂巯基酶抑制剂 *专一性抑制专一性抑制 丝氨酸酶抑制剂丝氨酸酶抑制剂 不可逆抑制不可逆抑制 非专一性抑制非专一性抑制抑制作用抑制作用 * 竞争性抑制作用竞争性抑制作用 可逆性抑制可逆性抑制 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用酶动力学1

20、财富值541.不可逆抑制作用（不可逆抑制作用（irreversible inhibition) i 以以共价键共价键与与e活性中心上的活性中心上的必需基团必需基团 结合，从而抑制酶结合，从而抑制酶活性。这种活性。这种i不能用透析、超不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性恢复酶活性. 常见抑制剂丝氨酸酶抑制剂常见抑制剂丝氨酸酶抑制剂巯基酶抑制剂巯基酶抑制剂n如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。 酶动力学1财富值55n这类抑制剂这类抑制剂i与酶蛋白以非共价键结合，引起与酶蛋白以非共价键结合，引起酶活力降低或丧失。可用透析，超滤等物理方酶活力

21、降低或丧失。可用透析，超滤等物理方法除去抑制剂法除去抑制剂i而恢复酶活性。而恢复酶活性。类型类型： 竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition) 非竞争性抑制非竞争性抑制(noncompetitive inhibition) 反竞争性抑制反竞争性抑制( uncompetitive inhibition)2.可逆抑制作用可逆抑制作用(reversible inhibition)酶动力学1财富值56.竞争性抑制竞争性抑制n抑制剂具有与底物类似的结构，竞争酶的活性中心，抑制剂具有与底物类似的结构，竞争酶的活性中心，并与酶形成可逆的并与酶形成可逆的ei复合物，阻止底物与酶结合。

22、复合物，阻止底物与酶结合。酶动力学1财富值571. i与与s结构相似；结构相似；2. i与与s互相竞争与酶活性中心结合；互相竞争与酶活性中心结合；3. 抑制程度取决于抑制程度取决于i 和和s的相对比例；的相对比例；4. s，可以减少或去除抑制作用。，可以减少或去除抑制作用。（km， vmax不变）不变）5. 排斥性抑制排斥性抑制竞争性抑制的特点竞争性抑制的特点酶动力学1财富值58.非竞争性抑制非竞争性抑制n抑制剂与酶活性中的以外的基团结合，但形成中间的抑制剂与酶活性中的以外的基团结合，但形成中间的三元复合物三元复合物esi不能进一步分解为产物，因此，酶的不能进一步分解为产物，因此，酶的活性降低

23、活性降低。酶动力学1财富值59 非竞争性抑制作用特点非竞争性抑制作用特点 1. i与与s结构不相似；结构不相似； 2. i与与s互不干扰同时与互不干扰同时与 酶酶 结合；结合； 3. 抑制程度只取决于抑制程度只取决于ii的浓度；的浓度； 4. s4. s，不能去除抑制作用。，不能去除抑制作用。 （kmkm不变，不变， vmaxvmax） 5. 5. 是一种是一种旁若无人式旁若无人式的抑制的抑制酶动力学1财富值60.反竞争性抑制反竞争性抑制酶只有在与底物结合后，酶只有在与底物结合后， 才能与抑制剂结合。才能与抑制剂结合。e+ses+i esi p常见于多底物的酶促反应中常见于多底物的酶促反应中酶

24、动力学1财富值61酶动力学1财富值62(3)酶抑制作用的动力学酶抑制作用的动力学可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鉴别可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鉴别透析、超滤、凝胶过滤能否除去抑制剂透析、超滤、凝胶过滤能否除去抑制剂动力学方法：动力学方法：酶浓度酶浓度对对反应速度反应速度作图，不可逆抑制剂作图，不可逆抑制剂使直线使直线右移右移，可逆抑制剂使直线的，可逆抑制剂使直线的斜率下降斜率下降。酶动力学1财富值63ki为抑制剂常数,即ei的解离平衡常数。为的解离平衡常数：游离酶的浓度：酶的总浓度1.竞争性抑制米氏方程的推导竞争性抑制米氏方程的推导酶动力学1财富值64)ki1(kksksvvimmmmax

25、酶动力学1财富值65与标准方程的比较 当当 i 0时，方程还原成米氏方程。时，方程还原成米氏方程。 i 时，时， mk0v ,)ki1(kksksvvimmmmax 酶动力学1财富值66双倒数作图maximaxmv1s1)k i 1(vkv1 酶动力学1财富值67eo=e + es+ ei + eis 酶动力学1财富值68imaxk i 1vv 当当i0 vvmax i 0v0vmax 与米氏方程比较 酶动力学1财富值69双倒数作图 抑制程度: 0vv1 抑制程度决定于i ，与底物s无关酶动力学1财富值70酶动力学1财富值71与米氏方程比较 酶动力学1财富值72双倒数作图酶动力学1财富值73不同类型抑制作用的米氏方程不同类型抑制作用的米氏方程酶动力学1财富值74非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制竞争