第9章酶促反应动力学

1、第九章第九章 酶促反应动力学酶促反应动力学1、化学动力学基础：了解反应速率及其测定、反应分子数、化学动力学基础：了解反应速率及其测定、反应分子数和反应级数、各级反应的特征（和反应级数、各级反应的特征（351页）。页）。2、什么叫酶促反应动力学？、什么叫酶促反应动力学？(Kinetics of enzyme-catalyzed reaction ) 酶促反应动力学酶促反应动力学是研究酶促反应的速度以及影是研究酶促反应的速度以及影响此速度的各种因素的科学，是酶工程研究中的一响此速度的各种因素的科学，是酶工程研究中的一个重要内容。个重要内容。一、化学动力学基础一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速

2、度的影响二、底物浓度对酶反应速度的影响1 1、底物浓度对酶促反应速度的影响、底物浓度对酶促反应速度的影响n在低底物浓度时在低底物浓度时, , 反应速度反应速度与底物浓度成正比，表现为一与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。级反应特征。n当底物浓度达到一定值，几当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（反应速度达到最大值（V Vmaxmax），），此时再增加底物浓度，反应速此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。度不再增加，表现为零级反应。02468101214161820020406080100C oncentration o

3、f S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)酶被底物饱和现象和酶被底物饱和现象和“中间络中间络合物合物”假说假说 k1 k2 E + S ES E + P k-12 2、酶促反应的动力学方程式、酶促反应的动力学方程式米氏学说的提出米氏学说的提出（1 1）19131913年年Michaelis Michaelis 和和 MentenMenten提出酶促动力学的基本原理提出酶促动力学的基本原理米氏方米氏方程程V=Vmax SKm + SnK Km m 即为米氏常数，即为米氏常数，nV Vmaxmax为最大反应速度为最大反应速度n当反应速度等于最大速度一半当反应速

4、度等于最大速度一半时时, ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax, max, K Km = S m = S n上式表示上式表示, ,米氏常数是反应速度米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。为最大值的一半时的底物浓度。n因此因此, ,米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。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When S is very low (Km), Vo=Vmax（2 2）米氏常数（）米氏常数（KmKm）的意义）的意义1、Km值是酶的特征常数之一，跟只跟酶的性质有关，而与酶的浓度值是酶的特征常数之一，跟只跟酶的性质有关，而与酶的浓

5、度无关（无关（359页）。页）。2、 Km值作为常数只是对一定的底物、一定的值作为常数只是对一定的底物、一定的pH、一定的温度条件、一定的温度条件而言，测定酶的而言，测定酶的Km值可以作为鉴别酶的一种手段。值可以作为鉴别酶的一种手段。3、1/ Km可以表示酶对底物亲和力的大小，可以表示酶对底物亲和力的大小，1/ Km越大，表明亲和力越大，表明亲和力越大，多底物酶有不同的越大，多底物酶有不同的 Km值，值， 最适底物的最适底物的Km值最小。值最小。4、 Km值与米氏方程的应用值与米氏方程的应用二、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2 2、酶促反应的动力学方程式、酶促反应的动

6、力学方程式米氏学说的提出米氏学说的提出（3 3） 米氏常数的求法米氏常数的求法双倒数作图法（双倒数作图法（362362页）页） 1 1 K Km 1 1m 1 1 = = + + V V V Vmax S max S V VmaxmaxV=Vmax SKm + S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2 2、酶促反应的动力学方程式、酶促反应的动力学方程式米氏学说的提出米氏学说的提出-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v双倒数作图法双倒数作图法斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax二、底物浓度对酶反应速度的影响

7、二、底物浓度对酶反应速度的影响3 3、多底物的酶促反应动力学、多底物的酶促反应动力学E + A + B = EAB=E + P + Q 1、依次反应机理、依次反应机理 2、随机机理、随机机理 3、乒乓反应机理、乒乓反应机理三、三、 pHpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响n在一定的在一定的pH pH 下下, , 酶具有最大的催酶具有最大的催化活性化活性, ,通常称此通常称此pH pH 为最适为最适 pHpH。2345678910020406080100pHRelative Activity (%)四、四、 温度温度对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响n一方面是温度升高一方面是温度升高, ,

8、酶促酶促反应速度加快。反应速度加快。n另一方面另一方面, ,温度升高温度升高, ,酶的酶的高级结构将发生变化或变高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至性，导致酶活性降低甚至丧失。丧失。 n因此大多数酶都有一个最因此大多数酶都有一个最适温度。适温度。 在最适温度条在最适温度条件下件下, ,反应速度最大。反应速度最大。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity (%)五、酶浓度五、酶浓度对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 如果底物浓度足如果底物浓度足够大，足以使酶饱够大，足以使酶饱和，则反应速度与和，则反应速度

9、与酶浓度成正比。酶浓度成正比。六、抑制剂对酶活性的影响六、抑制剂对酶活性的影响n使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。作用。n能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。 n酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：na.a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。过渡状态相似。nb.b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。形成比较稳定的复合体或结合物。抑制剂的作

10、用方式抑制剂的作用方式n1. 1. 不可逆抑制不可逆抑制n抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。合，引起酶的永久性失活。 n2. 2. 可逆抑制可逆抑制n抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法透析等方法被被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为两类抑制剂与酶结合的情况，又可以分为两类六、抑制剂对酶活性的影响六、抑制剂对酶活性的影响(1) (1) 竟争

11、性抑制竟争性抑制n某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。制了。n竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。的竞争能力来消除。六、抑制剂对酶活性的影响六、抑制剂对酶活性的影响2. 2. 可逆抑制可逆抑制抑制剂的作用方式抑制剂的作用方式(2) (2) 非竟争性抑制非竟争性抑制n酶可同时与底物

12、及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。n如某些金属离子（如某些金属离子（CuCu2+2+、AgAg+ +、HgHg2+2+）以及）以及EDTAEDTA等，通常等，通常能与酶分子的调控部位中的能与酶分子的调控部位中的-SH-SH基团作用，改变酶的空基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。间构象，引起非竞争性抑制。六、抑制剂对酶活性的影响六、抑制剂对酶活性的影响抑制剂的作用方

13、式抑制剂的作用方式2. 2. 可逆抑制可逆抑制可可逆逆抑抑制制作作用用的的动动力力学学特特征征n加入竞争加入竞争性抑制剂性抑制剂后，后，K Km m 变大，酶变大，酶促反应速促反应速度减小。度减小。-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v（1 1） 竞争性抑制竞争性抑制无抑制剂无抑制剂竞争性抑制剂竞争性抑制剂1/Vmaxn加入非竞争性加入非竞争性抑制剂后，抑制剂后，K Km m 虽然不变，但虽然不变，但由于由于V Vmaxmax减小，减小，所以酶促反应所以酶促反应速度也下降了。速度也下降了。（2 2）非竞争性抑制）非竞争性抑制-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v无抑制剂非竞争性抑制剂-1/km六、六、激活剂对酶活性的影响激活剂对酶活性的影响激活剂激活剂(activator)对酶促反应速度的影响（对酶促反应速度的影响（380页）页） 凡是能提高酶活性的物质，都称为