酶催化反应动力学

1、2021/3/141酶催化反应动力学酶催化反应动力学2021/3/1421. 酶催化作用特性酶催化作用特性 用量少而催化效率高用量少而催化效率高; ;在反应中其本身不被消耗在反应中其本身不被消耗,极少量就可大大加速化学反应的进行。极少量就可大大加速化学反应的进行。 它能够改变化学反应的速度它能够改变化学反应的速度, ,但不能改变化学反但不能改变化学反应平衡。应平衡。缩短平衡到达的时间，而不改变反应的缩短平衡到达的时间，而不改变反应的平衡点。它对化学反应正逆两个方向的催化作用平衡点。它对化学反应正逆两个方向的催化作用是相同的。是相同的。 酶能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活酶能够稳定底物形

2、成的过渡状态，降低反应的活化能，从而加速反应的进行。化能，从而加速反应的进行。酶和一般催化剂的共性酶和一般催化剂的共性2021/3/143 酶的催化作用可使反应速度提高酶的催化作用可使反应速度提高10107 -7 -10101313倍。倍。极少量酶就可催化大量反应物发生转变。极少量酶就可催化大量反应物发生转变。 例如例如: : 2 2H H2 2O O2 2 2H 2H2 2O + OO + O2 2 用用FeFe+ +催化催化, , 1mol铁离子可催化铁离子可催化10-5mol双氧水双氧水分解。在相同条件下分解。在相同条件下,1mol过氧化氢酶却可催过氧化氢酶却可催化化5105mol的双氧

3、水分解。的双氧水分解。 用用 - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克结晶酶在克结晶酶在6565 C C条件下可催化条件下可催化2 2吨淀粉水解。吨淀粉水解。A.A.高效性高效性酶与其他催化剂比较具有显著的特性酶与其他催化剂比较具有显著的特性 2021/3/144酶反应的活化能酶反应的活化能过氧化氢催化分解的势能图过氧化氢催化分解的势能图2021/3/145 又称为特异性又称为特异性, ,是指酶在催化生化反应时对底物的是指酶在催化生化反应时对底物的选择性选择性. . 一种酶只能催化一种或一类化合物或化学键一种酶只能催化一种或一类化合物或化学键,进行进行一定的化学反应，产生一定的产

4、物，称一定的化学反应，产生一定的产物，称 Specificity. 如，蛋白酶只能催化蛋白质的水解，酯酶只催化如，蛋白酶只能催化蛋白质的水解，酯酶只催化酯类的水解，而淀粉酶只能催化淀粉的水解。若酯类的水解，而淀粉酶只能催化淀粉的水解。若用一般催化剂，对作用物的要求就不那么严格，用一般催化剂，对作用物的要求就不那么严格，以上三类物质都可以在酸或碱的催化下水解。以上三类物质都可以在酸或碱的催化下水解。B.B.酶的专一性酶的专一性2021/3/146绝对专一性绝对专一性酶只作用于特定结构的底物酶只作用于特定结构的底物,进行一种专一的进行一种专一的反应反应,生成一种特定结构的产物生成一种特定结构的产物

5、 。如如: OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2尿素脲酶OCNHNH2+ H2O甲基尿素CH3脲酶2021/3/147 这类酶具有高度的专一性。它们对底物的要这类酶具有高度的专一性。它们对底物的要求很严格求很严格,甚至有时只能催化一种底物甚至有时只能催化一种底物,进行一进行一种化学反应。种化学反应。 例如脲酶只能作用于尿素，催化其水解产生例如脲酶只能作用于尿素，催化其水解产生氨及二氧化碳。而对尿素的各种衍生物，一氨及二氧化碳。而对尿素的各种衍生物，一般均不起作用。般均不起作用。2021/3/148相对特异性相对特异性酶作用于一类化合物或一种化学键。酶作用于一类化合物或一种化学键。 这

6、种选这种选择性不太严格（专一性相对较差）。择性不太严格（专一性相对较差）。如如:OHOHHHOHHOHCH2OHHCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OHOHHHOHHOHCH2HCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OOOHHHHOHHOHCH2OHH1蔗糖棉子糖蔗糖酶相对特异性分为相对特异性分为:基团特异性基团特异性键特异性键特异性2021/3/149键专一性键专一性 这种酶只对底物分子中其所作用的键要求严这种酶只对底物分子中其所作用的键要求严格格,而不管键两端所连基团的性质。例如而不管键两端所连基团的性质。例如,酯酶酯酶可以水解任何酸与醇所形成的酯，它不受酯可以水解任何酸与醇所

7、形成的酯，它不受酯键两端基团键两端基团R和和R的限制。的限制。OCROR+OH2CO-OR+ROH+H+2021/3/1410基团专一性基团专一性有些酶对底物的要求较高有些酶对底物的要求较高,它们不但要求底物具它们不但要求底物具有一定的化学键有一定的化学键,而且对键的某一端所连的基团也而且对键的某一端所连的基团也有一定的要求。如，有一定的要求。如，-D-葡萄糖苷酶要求底物必葡萄糖苷酶要求底物必须是须是D-葡萄糖通过葡萄糖通过-糖苷键所形成的糖苷，但并糖苷键所形成的糖苷，但并不要求不要求R基团的性质。胰蛋白酶能够催化水解碱基团的性质。胰蛋白酶能够催化水解碱性氨基酸，如精氨酸或赖氨酸的羧基所形成的

8、肽性氨基酸，如精氨酸或赖氨酸的羧基所形成的肽键，而对此肽键氨基端的氨基酸残基没有什么要键，而对此肽键氨基端的氨基酸残基没有什么要求。求。OOHHHOHOHHOHHCH2OHROOHHHHOHOHHOHHCH2OH+OH2+ROH2021/3/1411立体异构专一性立体异构专一性几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的专一性。即酶只能催化一种立体异构体发生专一性。即酶只能催化一种立体异构体发生某种化学反应某种化学反应,而对另一种立体异构体则无作而对另一种立体异构体则无作用。用。例如乳酸脱氢酶能催化例如乳酸脱氢酶能催化L-乳酸脱氢变为丙酮乳酸脱氢变为丙酮酸酸,对

9、对D-乳酸则无作用。乳酸则无作用。2021/3/1412酶作用专一性机理酶作用专一性机理锁与钥匙学说锁与钥匙学说: :(lock and key thoery):将酶的活性中心将酶的活性中心比喻作锁孔比喻作锁孔,底物分子象钥匙底物分子象钥匙,底物能专一性地插入到底物能专一性地插入到酶的活性中心。酶的活性中心。2021/3/1413 诱导契合学说诱导契合学说(induced-fit hypothesis):酶的活性酶的活性中心在结构上具柔性中心在结构上具柔性,底物接近活性中心时底物接近活性中心时,可诱可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使酶活性中心有导酶蛋白构象发生变化，这样就使酶活性中心有关基团正

10、确排列和定向，使之与底物成互补形状关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。有机的结合而催化反应进行。2021/3/1414 常温、常压、pH=7 酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中进行水溶液中进行, ,反应温度范围为反应温度范围为20-4020-40 C C。 高温或其它苛刻的物理或化学条件高温或其它苛刻的物理或化学条件, ,将引将引起酶的失活。起酶的失活。C C反应条件温和反应条件温和2021/3/1415D.D.酶活力可调节控制酶活力可调节控制 通过对酶活性的激活或抑制通过对酶活性的激活或抑制,对反应途径中的关键对反应途径中的关键酶

11、进行调节。酶进行调节。 也可对酶合成进行诱导或阻遏作用对酶进行的调也可对酶合成进行诱导或阻遏作用对酶进行的调节。节。 如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。激活及激素控制等。 某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。2021/3/1416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,对对阐明酶作用的机理和建立酶的定量方法都是阐明酶作用的机理和建立酶的定量方法都是重要的重要的。q影响因素包括有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

12、剂等。抑制剂、激活剂等。研究某一因素对酶反应速度的影响时研究某一因素对酶反应速度的影响时,必须使酶必须使酶反应体系中的其他因素维持不变反应体系中的其他因素维持不变,而单独变动所而单独变动所要研究的因素。要研究的因素。2. 酶促反应动力学酶促反应动力学2021/3/1417I.单底物、单产物反应单底物、单产物反应II. 酶促反应速度酶促反应速度用单位时间内底物的消耗量和用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示产物的生成量来表示III. 反应速度取其初速度反应速度取其初速度(指酶促反应开始时的速指酶促反应开始时的速度度) ,即底物的消耗量很小（一般在即底物的消耗量很小（一般在5以内）以内）时的

13、反应速度时的反应速度。只有初速度才与酶浓度成正。只有初速度才与酶浓度成正比比,而且反应产物及其他因素对酶促反应速度而且反应产物及其他因素对酶促反应速度的影响也最小。的影响也最小。研究前提研究前提2021/3/1418 酶反应与底物浓度的关系酶反应与底物浓度的关系2.1 底物浓度对酶催化反应速度的影响底物浓度对酶催化反应速度的影响1902 年年, Henri用蔗糖酶水用蔗糖酶水解蔗糖的实验中观察到解蔗糖的实验中观察到:在在蔗糖酶浓度一定的条件下蔗糖酶浓度一定的条件下测定底物（蔗糖）浓度对测定底物（蔗糖）浓度对酶反应速度的影响酶反应速度的影响, 它们之它们之间的关系呈现间的关系呈现矩形双曲线矩形双

14、曲线。2021/3/14192021/3/1420 2021/3/1421E + S ES P + E酶催化的中间产物理论酶催化的中间产物理论 k42021/3/1422v1913年年Michaelis和和Menten根据酶促反应的根据酶促反应的中间络合物学说中间络合物学说,推导出一个数学方程式推导出一个数学方程式,用用来表示底物浓度与酶反应速度之间的量化关来表示底物浓度与酶反应速度之间的量化关系，系，即米曼氏方程式，简称米氏方程即米曼氏方程式，简称米氏方程(Michaelis equation)。S: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(

15、maximum velocity) m：米氏常数：米氏常数(Michaelis constant) VmaxS Km + S 2021/3/1423从米氏方程可知从米氏方程可知: : 当底物浓度很低时当底物浓度很低时 S KS KS Km m ，此时，此时VVVVmaxmax ，反应速度达，反应速度达最大速度，底物浓度再增高也不影响反应最大速度，底物浓度再增高也不影响反应速速度。度。2021/3/1424米氏方程式推导基于三点假说米氏方程式推导基于三点假说 测定的速度为反应的初速度测定的速度为反应的初速度, ,底物消耗很少底物消耗很少, ,在反在反应测定所需时间内，产物生成很少，应测定所需时间

16、内，产物生成很少，逆反应可逆反应可忽忽略略. . 底物浓度底物浓度SS显著超过酶浓度显著超过酶浓度EE，ESES的生成不会的生成不会显著降低底物浓度显著降低底物浓度SS，底物浓度，底物浓度SS以起始浓度以起始浓度计算。计算。 酶和底物结合成酶和底物结合成ESES的速度显著快于的速度显著快于ESES形成形成P+EP+E的速的速度。度。2021/3/1425l米氏常数是反应速度为最大值一半时的底物浓度。米氏常数是反应速度为最大值一半时的底物浓度。因此因此,米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/L。l Km 可以近似地代表可以近似地代表E与与S的的亲和力亲和力 *Km越小越小,表示表示E与与S亲和

17、力越大亲和力越大,酶的催化活性高酶的催化活性高; Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低。值大表示亲和程度小，酶的催化活性低。米氏常数（米氏常数（Km）意义）意义当当v=Vmax/2时时2Km + S Vmax VmaxSKmS 2021/3/1426l KmKm值对于特定的反应条件而言是一个特征常数。值对于特定的反应条件而言是一个特征常数。只与酶的性质只与酶的性质,酶所催化的底物和酶促反应条件酶所催化的底物和酶促反应条件(如温度、如温度、pH、有无抑制剂等、有无抑制剂等)有关有关,与酶的浓度无与酶的浓度无关。关。不同的酶，具有不同的不同的酶，具有不同的K Km m值。值。不同条件下具不同条件

18、下具有不同的有不同的KmKm值。多底物酶，它对每一个底物都有值。多底物酶，它对每一个底物都有一个一个KmKm。 Km Km值小的底物为该酶的最适底物。值小的底物为该酶的最适底物。lK Km m值可以判断酶的专一性和天然底物。值可以判断酶的专一性和天然底物。2021/3/1427Km在实际应用中的作用在实际应用中的作用 鉴定酶鉴定酶: :鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否属于同段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否属于同一种酶。一种酶。 判断酶的最适底物判断酶的最适底物: :如果一种酶可作用于多个底物如果一种酶可作用于多

19、个底物, ,就有几个就有几个KmKm值值, ,其中其中KmKm最小对应的底物就是酶的天最小对应的底物就是酶的天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解(Km=28mmol/L),(Km=28mmol/L),也可催化棉子糖水解也可催化棉子糖水解(Km=350mmol/L), (Km=350mmol/L), 蔗糖为该酶的天然底物。蔗糖为该酶的天然底物。 计算一定反应速度下的底物浓度计算一定反应速度下的底物浓度: :如某一反应要求如某一反应要求的反应速度达到最大反应速度的的反应速度达到最大反应速度的99%99%, ,则则S=99KmS=99Km2021/3/1428 了解酶的

20、底物在体内具有的浓度水平了解酶的底物在体内具有的浓度水平:一般地一般地,体内体内酶的天然底物酶的天然底物S体内体内Km,如果如果S体内体内 Km，那么那么V Km，那么，那么VVmax，底物浓度，底物浓度失去生理意义，也不符合实际状态。失去生理意义，也不符合实际状态。 判断反应方向或趋势判断反应方向或趋势:催化可逆反应的酶对正催化可逆反应的酶对正/逆两逆两向底物向底物Km不同不同 Km较小者为主要底物较小者为主要底物2021/3/1429m值与值与max值的测定值的测定双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot),又称为又称为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver-

21、 Burk)作图法作图法（林贝氏方程）（林贝氏方程） Vmaxv1=Km.1S +Vmax12021/3/1430An Eadie-Hofstee plot 将双倒数形式方程两边将双倒数形式方程两边同乘同乘 VVmax,整理可得整理可得V对对 V/S作图为一直线作图为一直线2021/3/14311、当酶促反应进行的速率为、当酶促反应进行的速率为Vmax的的80%时时,Km和和S之间有何关系之间有何关系?2、由酶反应、由酶反应S P测得下列数据测得下列数据S/mol/L v/nmol L-1 min-1 6.25 10-6 15.07.50 10-5 56.251.00 10-4 60.01.0

22、0 10-3 74.91.00 10-2 75.01）计算）计算Km和和Vmax2）当）当S= 5.0 10-5 mol/L 时时,酶催化反应的速率酶催化反应的速率是多少？是多少？2021/3/14322.2 温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响 温度对酶促化学反应速度的影响主要表现在两个温度对酶促化学反应速度的影响主要表现在两个方面方面:一是当温度升高时一是当温度升高时,反应速度加快。反应速度加快。 化学反应中温度每增加化学反应中温度每增加10反应速度增加的倍数反应速度增加的倍数称为温度系数称为温度系数Q10。一般的化学反应的。一般的化学反应的Q10为为23,而酶促反应的而酶促反

23、应的Q10为为12。 即温度每升高即温度每升高10，酶促化学反应速度为原反应，酶促化学反应速度为原反应速度的速度的2倍。倍。2021/3/1433 其二是由于酶的本质是蛋白质其二是由于酶的本质是蛋白质,因此随着温度逐渐因此随着温度逐渐升高升高,酶蛋白会因逐渐变性而失活，从而导致酶促酶蛋白会因逐渐变性而失活，从而导致酶促化学反应速度下降。化学反应速度下降。 酶所表现的最适温度是上述两种影响综合作用的酶所表现的最适温度是上述两种影响综合作用的结果。结果。2021/3/1434 在较低的温度范围内在较低的温度范围内,酶催化反应速率会随着酶催化反应速率会随着温度的升高而加快温度的升高而加快,超超过某一

24、温度，即酶被加过某一温度，即酶被加热到热到生理允许温度生理允许温度以上以上时，酶的反应速率反而时，酶的反应速率反而随着温度的升高而下降。随着温度的升高而下降。这是由于温度升高这是由于温度升高,虽然可加速酶的催化反应速率虽然可加速酶的催化反应速率,同同时也加快了酶的热失活速率。时也加快了酶的热失活速率。2021/3/1435 只有在某一温度条件下只有在某一温度条件下, ,酶促化学反应速度达到酶促化学反应速度达到最大值最大值, ,通常把这个温度通常把这个温度称为酶促化学反应的最称为酶促化学反应的最适温度适温度(optimum (optimum temperature)temperature)。 在

25、一定条件下每种酶都在一定条件下每种酶都有其催化反应的最适温有其催化反应的最适温度。度。图图 温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响2021/3/1436 最适温度不是酶的特征物理常数最适温度不是酶的特征物理常数,相反它常常受到相反它常常受到其他各种条件如底物种类、作用时间、其他各种条件如底物种类、作用时间、pH和离子和离子强度等因素影响。如最适温度随酶促反应进行时强度等因素影响。如最适温度随酶促反应进行时间的长短而改变间的长短而改变,这是因为温度使酶蛋白发生变性这是因为温度使酶蛋白发生变性效应是随时间而逐步累加的。效应是随时间而逐步累加的。 一般而言，酶促反应进行时间长时酶的最适温度

26、一般而言，酶促反应进行时间长时酶的最适温度低，酶促反应进行时间短则最适温度高，所以只低，酶促反应进行时间短则最适温度高，所以只有在规定的酶促反应时间内才可确定酶的最适温有在规定的酶促反应时间内才可确定酶的最适温度。度。2021/3/1437 酶在固体状态下比在溶液中对温度的耐受力更高。酶在固体状态下比在溶液中对温度的耐受力更高。酶的冰冻干粉制剂通常在冰箱中可存放几个月以酶的冰冻干粉制剂通常在冰箱中可存放几个月以上上,而酶溶液一般在冰箱中只能保存数周。所以酶而酶溶液一般在冰箱中只能保存数周。所以酶制剂以固体保存为佳。制剂以固体保存为佳。2021/3/14382.3 pH对酶促反应速度的影响对酶促

27、反应速度的影响 通常在一定通常在一定pH下下,酶会表现出最大活力酶会表现出最大活力,而而一旦高于或低于此一旦高于或低于此pH，酶活力就会降低，酶活力就会降低，把表现出酶最大活力时的把表现出酶最大活力时的pH称为该酶的最称为该酶的最适适pH.2021/3/1439图图 pH对酶活力的影响对酶活力的影响在不同在不同pH条件下进行某种酶促化学反应条件下进行某种酶促化学反应,然后将所测得的酶促反应速度相对于然后将所测得的酶促反应速度相对于pH来作图来作图,即可得到钟罩形曲线。即可得到钟罩形曲线。2021/3/14402021/3/1441 各种酶在一定条件下都有其特定的最适各种酶在一定条件下都有其特定

28、的最适pH,因此因此最适最适pH是酶的特性之一是酶的特性之一。 但是酶的最适但是酶的最适pH并不是一个常数并不是一个常数,它受诸如它受诸如底物种类和浓度、缓冲液种类和浓度等众底物种类和浓度、缓冲液种类和浓度等众多因素的影响，因此只有在一定条件下最多因素的影响，因此只有在一定条件下最适适pH才有意义。才有意义。2021/3/1442 绝大多数酶的最适绝大多数酶的最适pH在在58之间之间,动物体内动物体内的酶最适的酶最适pH多在多在6.58.0之间之间,植物及微生植物及微生物中的酶最适物中的酶最适pH多在多在4.56.5左右。但并左右。但并不排除例外，如胃蛋白酶的最适不排除例外，如胃蛋白酶的最适p

29、H为为1.9，肝中精氨酸酶最适肝中精氨酸酶最适pH为为9.7等等。等等。2021/3/1443 pH影响酶活力的原因可能包括以下几个方面影响酶活力的原因可能包括以下几个方面: (1)过酸或过碱使酶的空间结构遭到破坏过酸或过碱使酶的空间结构遭到破坏,酶活性随酶活性随之丧失。之丧失。 (2)当当pH改变不是十分剧烈时改变不是十分剧烈时,酶虽未发生变性，但酶虽未发生变性，但其活力已经受到影响。这是由于其活力已经受到影响。这是由于pH影响了底物的影响了底物的解离状态或酶分子活性部位上有关基团的解离状态解离状态或酶分子活性部位上有关基团的解离状态或酶或酶-底物复合物的解离状态，而使底物不能与酶底物复合物

30、的解离状态，而使底物不能与酶结合形成酶结合形成酶-底物复合物，或者形成酶底物复合物，或者形成酶-底物复合物底物复合物后不能生成产物，使酶活性降低。后不能生成产物，使酶活性降低。2021/3/1444 (3)pH影响了与维持酶分子空间结构有关的影响了与维持酶分子空间结构有关的基团解离基团解离,从而改变酶活性部位的构象从而改变酶活性部位的构象,进而进而降低了酶的活性。降低了酶的活性。2021/3/14454.4.酶浓度对酶催化反应速度的影响酶浓度对酶催化反应速度的影响 酶浓度反应初速度条件条件: :无干扰因素存在无干扰因素存在, ,SKSKmm应用应用: :酶活力测定（在一定时间内产物的数量酶活力

31、测定（在一定时间内产物的数量与酶浓度呈正比）与酶浓度呈正比）2021/3/1446条件条件:S E E酶浓度酶浓度反反应应速速度度E2E12021/3/14475. 抑制剂抑制剂对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 失活作用失活作用(inactivation):酶的本质是蛋白质酶的本质是蛋白质,凡可凡可使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。 抑制作用抑制作用(inhibition):由于酶必需基团的结构和性由于酶必需基团的结构和性质发生改变质发生改变,但酶并未发生变性，而引起酶活力降但酶并未发生变性，而引起酶活力降低或丧失的作用。低或丧失的作用。 导致酶发

32、生抑制作用的物质称为抑制剂导致酶发生抑制作用的物质称为抑制剂(inhibitor)。2021/3/1448 抑制作用与变性作用从本质而言是不同的。抑制作用与变性作用从本质而言是不同的。 变性剂对酶的变性作用无选择性变性剂对酶的变性作用无选择性 抑制剂对酶的抑制作用是有选择性的抑制剂对酶的抑制作用是有选择性的,即一即一种抑制剂只能使某一种酶或对某一类酶产生种抑制剂只能使某一种酶或对某一类酶产生抑制作用。抑制作用。2021/3/1449 对酶抑制作用的探讨是研究酶的结构与功能、酶对酶抑制作用的探讨是研究酶的结构与功能、酶的催化机制以及阐明机体代谢途径的基本手段的催化机制以及阐明机体代谢途径的基本手

33、段,也也可以为医药产业中设计新药物和农业生产中设计可以为医药产业中设计新药物和农业生产中设计新农药提供重要的理论依据新农药提供重要的理论依据. 对酶抑制作用的研究不仅具有重要的理论意义对酶抑制作用的研究不仅具有重要的理论意义,而而且具有突出的实践价值。且具有突出的实践价值。2021/3/1450抑制作用的类型抑制作用的类型 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2021

34、/3/14515.1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活性中心上的必需基团活性中心上的必需基团 结合结合,从而抑制酶活性。这种从而抑制酶活性。这种i不能不能用透析、超用透析、超滤等物理方法滤等物理方法 除去。除去。 常见常见抑制剂抑制剂: 丝氨酸酶抑制剂丝氨酸酶抑制剂 巯基酶抑制剂巯基酶抑制剂2021/3/1452丝氨酸酶抑制剂丝氨酸酶抑制剂 抑制剂抑制剂:有机磷化合物有机磷化合物（胆碱酯酶）（胆碱酯酶）丝氨酸酶丝氨酸酶丝氨酸酶丝氨酸酶解磷定解磷定2021/3/1453乙酰胆碱乙酰胆碱 + H2O胆碱胆碱 + 乙酸乙酸胆碱酯

35、酶胆碱酯酶有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂胆碱能神经过度兴奋胆碱能神经过度兴奋 中毒中毒 （心跳变慢、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难心跳变慢、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难）2021/3/1454巯基酶抑制剂巯基酶抑制剂 抑制剂抑制剂:重金属离子重金属离子Ag+、Hg2+、砷剂（、砷剂（As3+）等）等巯基酶巯基酶失活的酶分子失活的酶分子Cu2+: 是唾液淀粉酶的抑制剂是唾液淀粉酶的抑制剂2021/3/14555.2 可逆性抑制作用可逆性抑制作用 reversible inhibition i i 与与E E或或ESES以以非共价键非共价键结合结合, ,从而抑制酶活性。从而抑制酶活性。 这种这种i i

36、可用可用透析、超滤等方法透析、超滤等方法除去除去。 * 竞争性抑制作用竞争性抑制作用 分类分类: 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2021/3/1456ESEESII 竞争性抑制竞争性抑制( (competitive inhibition) ) i 结构与结构与s 结构相似结构相似,互相竞争互相竞争 与与 酶活性中心结酶活性中心结 合合,从而抑制酶活性。从而抑制酶活性。2021/3/1457丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制CH2COOHCH2COOH琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶H-C-COOHHOOC-C-HCH2-COOHCOOH

37、（-）Succinate琥珀酸琥珀酸Fumarate延胡索酸延胡索酸Malonate丙二酸丙二酸2021/3/1458磺胺类药物的竞争性抑制作用磺胺类药物的竞争性抑制作用磺胺药磺胺药与与PABAPABA相互竞争与相互竞争与FHFH2 2合成酶合成酶结合结合( (p-aminobenzoic acid, PABA） sulfa drugs2021/3/1459 PABA二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶谷氨酸谷氨酸FH2合成酶合成酶 磺胺类药物磺胺类药物FH2FH2还原酶还原酶 MTXFH4相互竞争相互竞争相互竞争相互竞争磺胺类药物的抑菌机理磺胺类药物的抑菌机理（-） （-）氨甲蝶呤（氨甲蝶呤（methotr

38、exate, MTX）促进叶酸促进叶酸 的合成的合成2021/3/1460 竞竞 争争 性性 抑抑 制制 作作 用用 特特 点点 1. i与与S结构相似结构相似; 2. i与与S互相竞争与互相竞争与 酶酶 活性中心结合；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. 4. SS, ,可以减少或去除抑制作用。可以减少或去除抑制作用。 5.（KmKm, , VmaxVmax不变不变）2021/3/1461非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用(non-competitive (non-competitive inhibition)inhibition) i 和

39、和 s 结构不相似结构不相似,两者互不干扰同时与酶结两者互不干扰同时与酶结 合合, 从而抑制酶活性。从而抑制酶活性。 E + S ES E + P + + I I EI + S ESI 2021/3/1462 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互不干扰同时与酶结合；互不干扰同时与酶结合； 3. 抑制程度只取决于抑制程度只取决于ii的浓度；的浓度； 4.4. SS, ,不能去除抑制作用。不能去除抑制作用。 （KmKm不变不变, , VmaxVmax）2021/3/1463 由于这类抑制剂与酶活性部位以外的基团相结由于这类抑制剂与酶活性部

40、位以外的基团相结合合,因此其结构与底物结构并无相似之处因此其结构与底物结构并无相似之处,而且而且不能用增加底物浓度的方法来解除这种抑制作不能用增加底物浓度的方法来解除这种抑制作用，故称非竞争性抑制。用，故称非竞争性抑制。 这类抑制最典型的例子是亮氨酸是精氨酸酶的这类抑制最典型的例子是亮氨酸是精氨酸酶的一种非竞争性抑制剂。还有某些重金属离子如一种非竞争性抑制剂。还有某些重金属离子如Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等对酶的抑制作用也等对酶的抑制作用也属于这一类。属于这一类。2021/3/1464反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 抑制剂仅与酶抑制剂仅与酶-底物复合物底物复合物ES结合结合,使酶失

41、去催化活性。使酶失去催化活性。E + S ES E + P+I ESI2021/3/1465 这种抑制作用在单底物反应中比较少见这种抑制作用在单底物反应中比较少见,而常见而常见于多底物反应中。于多底物反应中。 目前已经证明目前已经证明,肼类化合物对胃蛋白酶的抑制作肼类化合物对胃蛋白酶的抑制作用、氰化物对芳香硫酸酯酶的抑制作用、用、氰化物对芳香硫酸酯酶的抑制作用、L-苯苯丙氨酸和丙氨酸和L-精氨酸等多种氨基酸对碱性磷酸酶精氨酸等多种氨基酸对碱性磷酸酶的抑制作用都属于反竞争性抑制。的抑制作用都属于反竞争性抑制。2021/3/1466可逆抑制作用动力学可逆抑制作用动力学 对于可逆抑制剂与酶结合后产生

42、的抑制作对于可逆抑制剂与酶结合后产生的抑制作用用,可以根据米氏学说基本原理加以推导可以根据米氏学说基本原理加以推导,来来定量说明可逆抑制剂对酶促反应速度的影定量说明可逆抑制剂对酶促反应速度的影响。响。2021/3/1467 竞争性抑制竞争性抑制 在竞争性抑制中在竞争性抑制中,底物底物(S)或抑制剂或抑制剂(I)与酶与酶(E)的结的结合都是可逆的合都是可逆的,因此存在着如下的化学平衡式因此存在着如下的化学平衡式:2021/3/14682021/3/1469斜率斜率斜率斜率2021/3/1470Km 变大变大,Vmax不变不变2021/3/1471 在加入竞争性抑制剂后在加入竞争性抑制剂后,Vma

43、x不变不变,Km变大，变大，KmKm，而且，而且Km随抑制剂浓度随抑制剂浓度I的增的增加而增加。加而增加。 双倒数作图所得直线相交于纵轴，这是竞双倒数作图所得直线相交于纵轴，这是竞争性抑制作用的特点。争性抑制作用的特点。2021/3/1472非竞争性抑制非竞争性抑制 在非竞争性抑制中在非竞争性抑制中,抑制剂抑制剂(I)与酶与酶(E)或酶或酶-底物复合物底物复合物(ES)以及底物以及底物(S)与酶与酶-抑制剂复抑制剂复合物合物(EI)的结合都是可逆的的结合都是可逆的,因此存在着如因此存在着如下的化学平衡式下的化学平衡式:2021/3/14732021/3/1474截距截距2021/3/1475K

44、m不变不变,Vmax变小变小 2021/3/1476 在加入非竞争性抑制剂后在加入非竞争性抑制剂后,Vmax变小变小, Vmax随随I的增加而减小，的增加而减小， Km值不变，而值不变，而且且Km= Km 。 双倒数作图所得直线相交于横轴，这是非双倒数作图所得直线相交于横轴，这是非竞争性抑制作用的特点。竞争性抑制作用的特点。2021/3/1477 反竞争性抑制反竞争性抑制 反竞争性抑制的特点是反竞争性抑制的特点是,酶酶(E)必须先与底物必须先与底物(S)结合结合,然后才与抑制剂然后才与抑制剂(I)结合，即抑制剂结合，即抑制剂(I)与酶与酶-底物复合物底物复合物(ES)的结合是可逆的，的结合是可

45、逆的，因此存在着如下的化学平衡式因此存在着如下的化学平衡式:2021/3/14782021/3/1479Km、Vmax都变小都变小2021/3/1480 在加入反竞争性抑制剂后在加入反竞争性抑制剂后,Km及及Vmax都变小都变小,而而且且KmKm，VmaxVmax，即表观，即表观Km及表及表观观Vmax都随都随I的增加而减小。的增加而减小。 双倒数作图为一组平行线，这是反竞争性抑制作双倒数作图为一组平行线，这是反竞争性抑制作用的特点。用的特点。2021/3/1481图图3-7 反竞争性抑制曲线反竞争性抑制曲线2021/3/1482 现将无抑制剂和有抑制剂等不同情况下的米氏方现将无抑制剂和有抑制

46、剂等不同情况下的米氏方程和程和Vmax及及Km的变化总结归纳在表中。的变化总结归纳在表中。2021/3/14832021/3/1484图3-3酶与底物或抑制剂结合的中间物2021/3/14856.3 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 鉴别可逆抑制作用和不可逆抑制作用鉴别可逆抑制作用和不可逆抑制作用: 用透析、超滤和凝胶过滤等物理方法能否除去抑制剂用透析、超滤和凝胶过滤等物理方法能否除去抑制剂来判断来判断 还可采用化学动力学的方法来区分。还可采用化学动力学的方法来区分。 在测定酶活力的系统中加入一定量的抑制剂在测定酶活力的系统中加入一定量的抑制剂,然后测定然后

47、测定不同酶浓度条件下的酶促反应初速度不同酶浓度条件下的酶促反应初速度,以酶促反应初速以酶促反应初速度对酶浓度作图。度对酶浓度作图。2021/3/1486 不加抑制剂时不加抑制剂时,以酶促反应初速度对酶浓度作图得以酶促反应初速度对酶浓度作图得到曲线到曲线1所示的一条通过原点的直线所示的一条通过原点的直线; 加入一定量的不可逆抑制剂时加入一定量的不可逆抑制剂时,由于抑制剂会使一由于抑制剂会使一定量的酶失活，只有加入的酶量大于不可逆抑制定量的酶失活，只有加入的酶量大于不可逆抑制剂的量时，才表现出酶活力。曲线剂的量时，才表现出酶活力。曲线2所示的一条与所示的一条与曲线曲线1平行的相交于横坐标正侧的直线，所以不可平行的相交于横坐标正侧的直线，所以不可逆抑制剂的作用相当于把原点向右移动；逆抑制剂的作用相当于把原点向右移动； 加入一定量的可逆抑制剂时加入一定量的可逆抑制剂时，由于抑制剂的量是，由于抑制剂的量是恒定的，因此以酶促反应初速度对酶浓度作图得恒定的，因此以酶促反应初速度对酶浓度作图得到一条通过原点，但斜率较低于曲线到一条通过原点，但斜率较低于曲线1的直线。的直线。2021/3/1487图图3-4 可逆抑制剂与不可逆抑制剂的区别（一）可逆抑制剂与不可逆抑制剂的区别（一）曲线曲线1,无抑制剂无抑制剂;曲线曲线2,不可逆抑制剂；不可逆抑制剂；曲