酶催化反应动力学-文档资料

1、1第七章第七章 酶的催化特性和反应动力学酶的催化特性和反应动力学7.1 7.1 酶的催化特性酶的催化特性 u能降低反应的活化能，加快生化反应的速率u不改变反应的方向和平衡关系，即不能改变反应的平衡常数，而只能加快反应达到平衡的速率2（1）较高的催化效率 （2）很强的专一性 （3）具有温和的反应条件 （4）易变性与失活 7.1 7.1 酶的催化特性酶的催化特性 3n绝对专一性绝对专一性 ：一种酶只能催化一种化合物进行一种反应 n相对专一性：相对专一性：一种酶能够催化一类具有相同化学键或基团的物质进行某种类型的反应 n反应专一性：一种酶只能催化某化合物在热力学上可能进行的许多反应中的一种反应 n底

2、物专一性 ：一种酶只能催化一种底物 n立体专一性：一种酶只能作用于所有立体异构体中的一种 很强的专一性 4具有温和的反应条件n一般在生理温度2537的范围，仅有少数酶反应可在较高温度下进行。n在接近中性的pH值条件下进行5易变性与失活n蛋白酶的化学本质是蛋白质，因而具有蛋白质的所有性质。n常因变性而使活力下降，甚至完全失活。n酶的变性多数为不可逆。 6激活剂和抑制剂n激活剂：能提高酶活性的物质激活剂：能提高酶活性的物质 1）无机离子：酶的辅因子；桥梁作用 2）中等大小的有机分子：还原剂；EDTA 3）蛋白质性质的大分子：激活酶原n抑制剂：降低酶的催化活性甚至完全失活的抑制剂：降低酶的催化活性甚

3、至完全失活的物质（区别于变性剂）物质（区别于变性剂）77.2.1 Michaelis-Menten 方程方程: :快速平衡学说快速平衡学说 与底物浓度与底物浓度SS相比，酶的浓度相比，酶的浓度EE是很小的，是很小的，因而可忽略由于生成中间复合物因而可忽略由于生成中间复合物 ESES而消耗的底物。而消耗的底物。 不考虑这个逆反应的存在不考虑这个逆反应的存在( (只适应于反应初期）只适应于反应初期） 认为基元反应的反应速率最慢，为该反应速率的认为基元反应的反应速率最慢，为该反应速率的控制步骤控制步骤, , k k-1-1kk2 2, ,也就是说也就是说ESES分解生成分解生成P P的速率不足的速率

4、不足以破坏以破坏E E和和ESES之间的快速平衡之间的快速平衡PEESSEk1k-1k2k-281kES 1kES2kEP ESEt SES反应快速建立平衡反应快速建立平衡：反应体系的总酶量为反应体系的总酶量为：EESEtSESKEEEESMtt11ESSEKkkM(1)经整理得经整理得： SKSEMtES由于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即决定，即ESkv22kvES，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得： SKSEkvMt2 SKSEkMt2v(3)当当Et=ES时时，mVv tmEkV2(4)所以所以 将将（4）代入代入（3），则，则： SKSVvmmaxMKSEES快

5、速平衡学说：米氏方程快速平衡学说：米氏方程97.2.1 Briggs-Haldane 方程方程: :拟稳态学说拟稳态学说 1 1、与底物浓度、与底物浓度SS相比，酶的浓度相比，酶的浓度EE是很小的，是很小的，因而可忽略由于生成中间复合物因而可忽略由于生成中间复合物 ESES而消耗的底物。而消耗的底物。 2 2、不考虑这个逆反应的存在、不考虑这个逆反应的存在 3 3、认为基元反应的反应速率最慢，为该反应速率、认为基元反应的反应速率最慢，为该反应速率的控制步骤。的控制步骤。 4 4、在一定时间内虽然、在一定时间内虽然SS和和PP在不断变化，在不断变化，ESES复复合体也在不断地生成和分解，但合体也

6、在不断地生成和分解，但ESES的生成速率的生成速率与分解速率接近相等，与分解速率接近相等，ESES基本保持不变基本保持不变PEESSEk1k-1k2k-21925年Briggs G. E.和Haldane J. B. S.对该模型提出了修正101kES 1kES2kEP ESEt SESES生成速度生成速度： SESEkvt11，ES分解速度分解速度：ESkESkv212当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：21vv 即即： ESkESkSESEkt211 121kkkESSESSEt令令：Kmkkk121则则： SSESESKmtE(1)经整理得经整理得： SKSEmtES由于酶促反

7、应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即决定，即ESkv22kvES，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得： SKSEkvmt2 SKSEkmt2v(3)当当Et=ES时时，mVv tmEkV2(4)所以所以 将将（4）代入代入（3），则，则： SKSVvmmax稳态学说：稳态学说：Brigges-Haldane方程方程11米氏常数的意义米氏常数的意义（1 1）物理意义：物理意义：KmKm值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。浓度。（2 2）Km Km 值愈大，酶与底物的亲和力愈小值愈大，酶与底物的亲和力愈小；KmKm值愈小，酶与底物值愈小，酶与

8、底物亲和力愈大。酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓亲和力愈大。酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度。度，便可容易地达到最大反应速度。（3 3）Km Km 值是酶的值是酶的特征性常数特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的底物，只与酶的性质，酶所催化的底物和酶促反应条件和酶促反应条件( (如温度、如温度、pHpH、有无抑制剂等、有无抑制剂等) )有关，与酶的有关，与酶的浓度无关。酶的种类不同，浓度无关。酶的种类不同，KmKm值不同，同一种酶与不同底物值不同，同一种酶与不同底物作用时，作用时，Km Km 值也不同。值也不同。127.37.3有抑制的酶催化反应动力

9、学有抑制的酶催化反应动力学 在酶催化反应中，由于某些外源化合物的存在而在酶催化反应中，由于某些外源化合物的存在而使反应速率下降，这种物质称为使反应速率下降，这种物质称为抑制剂抑制剂。可逆抑制可逆抑制可用诸如透析等物理方法把抑制剂去掉而恢复酶的可用诸如透析等物理方法把抑制剂去掉而恢复酶的活性，酶与抑制剂的结合存在着解离平衡的关系。活性，酶与抑制剂的结合存在着解离平衡的关系。抑制剂与酶的基因成共价结合，不能用物理方法去抑制剂与酶的基因成共价结合，不能用物理方法去掉抑制剂。此类抑制可使酶永久性地失活。例如重掉抑制剂。此类抑制可使酶永久性地失活。例如重金属离子金属离子Hg2+Hg2+”、Pb2+Pb2

10、+”等对木瓜蛋白酶、菠萝蛋白等对木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶的抑制都是不可逆抑制。酶的抑制都是不可逆抑制。不可逆抑制不可逆抑制13根据产生抑制的机理不同，可逆抑制可逆抑制分为:v 竞争性抑制v 非竞争性抑制v 反竞争性抑制v 混合性抑制 141.1.竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)(1)(1)含义和反应式含义和反应式抑制剂抑制剂I I和底物和底物S S结构相似，抑制剂结构相似，抑制剂I I和底物和底物S S对游离酶对游离酶E E的结合的结合有有竞争作用竞争作用，互相排斥，已结合底物的，互相排斥，已结合底物的ESES复

11、合体，不能再结合复合体，不能再结合I I。15（2 2）特点：）特点： 抑制剂抑制剂I I与底物与底物S S在化学结构上在化学结构上相似，能与底物相似，能与底物S S竞争酶竞争酶E E分子活性中心的分子活性中心的结合基团结合基团. . 例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的结构例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的结构相似，是相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。 抑制程度取决于抑制剂与底物的抑制程度取决于抑制剂与底物的浓度比浓度比、ESES和和EIEI的相对稳定性的相对稳定性； 加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除。 1

12、7（3 3）竞争性抑制剂的动力学方程）竞争性抑制剂的动力学方程 E+S ES E+P E+I EIk1k2k3由米氏方程得：由米氏方程得：Km Ki EEtESEI ESESEIEIki18解方程得：解方程得：ES= Et （1 + ）1KmSIKi又因又因vik3ES,代入上式得：代入上式得：Vi （1 + ）SKmIKiVmaxS 竞争性抑制剂竞争性抑制剂双倒数曲线，双倒数曲线，如下图所示：如下图所示： 有竞争性抑制剂存在的有竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂的曲线相曲线与无抑制剂的曲线相交于交于纵坐标纵坐标1/Vmax1/Vmax处，但处，但横坐标的截距横坐标的截距，因竞争性，因竞争性抑制

13、存在变小，说明该抑抑制存在变小，说明该抑制作用，并不影响酶促反制作用，并不影响酶促反应的最大速度应的最大速度VmaxVmax，而使，而使KmKm值变大。值变大。 1vi （ 1 + ）KmVmaxS1+Vmax1IKi202.2.非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive (non-competitive inhibition)inhibition)(1)(1)含义和反应式含义和反应式 抑制剂抑制剂I I和底物和底物S S与酶与酶E E的结合的结合完全互不相关完全互不相关，既不排，既不排斥，也不促进结合，抑制剂斥，也不促进结合，抑制剂I I可以和酶可以和酶E E结合生成结合生成E

14、IEI，也可以和也可以和ESES复合物结合生成复合物结合生成ESIESI。底物。底物S S和酶和酶E E结合成结合成ESES后，仍可与后，仍可与I I结合生成结合生成ESIESI，但，但一旦形成一旦形成ESIESI复合物，再复合物，再不能释放形成产物不能释放形成产物P P。 2122（2 2）特点：）特点： I I和和S S在结构上在结构上一般无相似之处，一般无相似之处，I I常与酶分子上结合常与酶分子上结合基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶的结合，增加底物浓度并不能减少的结合，增加底物浓度并不能减少I I对酶的抑制。对酶的抑制。

15、非竞争性抑制剂的非竞争性抑制剂的双倒数曲线：双倒数曲线：有非竞争性抑制剂有非竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂的曲线相交于横坐标存在的曲线与无抑制剂的曲线相交于横坐标 -1/Km-1/Km处，处，但纵坐标的但纵坐标的截距截距，因竞争性抑制存在变大，说明该抑，因竞争性抑制存在变大，说明该抑制作用，并不影响酶促反应的制作用，并不影响酶促反应的KmKm值，而使值，而使VmaxVmax值变小，值变小，如下图所示：如下图所示：非竞争性抑制非竞争性抑制ViVmaxS( 1+ ) IKiKm+( )S1Vi （1+ ）IKi（ ）1VmaxKmVmax1S243. 3. 反竞争性抑制反竞争性抑制 (1)(1)含义和反应式含义和反应式 反竞争性抑制剂反竞争性抑制剂必须在酶结合了底物之后必须在酶结合了底物之后才能与酶与才能与酶与底物的中间产物结合，该抑制剂底物的中间产物结合，该抑制剂与单独的酶不结合与单独的酶不结合。 酶酶（2 2）特点：）特点： 反竞争性抑制剂存在下，反竞争性抑制剂存在下，K Km m、V Vmaxmax都变小。都变小。1ViKmVmax1S+1VmaxIKi(1+ )ViVmaxSSIKi（1 ）Km27复杂的酶促反应双底物反应 A+B P+Qn序列反应：在任何产物释放前两种底物必须先