生物化学-07 -酶促反应动力学

酶促反应动力学第七章2(二)、酶促反应动力学方程1、米氏方程（Michaelis和Menten，1913）

1925年，Briggs和Handane提出稳态理论：KS：ES的解离常数E+SESk1k2ESP+Ek3k4稳态：ES的形成和分解达到平衡时的状态3(二)、酶促反应动力学方程反应初期，[P]很低E+SESk1k2ESP+Ek3k4E+SESk1ES生成速率ES分解

分解速率

4(二)、酶促反应动力学方程稳态时

V与ES的分解速率成正比(k3

>>k2)当V最大时，所有酶被底物饱和

5(二)、酶促反应动力学方程Km：米氏常数当V=1/2Vmax

Km值的物理意义：

酶促反应速率达到最大反应速率的一半时的底物浓度（mol/L）6(二)、酶促反应动力学方程2、动力学参数的意义

1）米氏常数Km的意义

①

Km是酶的特性常数

Km只与酶的性质有关，而与酶浓度无关

底物、反应温度、pH及离子强度一定

时，Km值为常数.②Km值可判断酶的天然底物

Km值最小的底物为酶的最适底物,又称天然底物

Km的意义7(二)、酶促反应动力学方程③

1/Km近似表示酶与底物亲和力的大小

1/Km越大，亲和力越大

KS是真正表示酶与底物亲和力大小的值④

已知Km，可计算V或[S]⑤

Km有助于推断反应的方向和途径正、逆两方向反应的Km不同，Km小的反应为主要催化方向Km的意义8(二)、酶促反应动力学方程

2）Vmax和k3（kcat）的意义

[E]一定时，特定底物的Vmax是常数

kcat：催化常数（酶的转换数），为酶被底

物饱和时，每秒钟每个酶分子转换底

物的分子数。kcat越大，酶催化效率越高当一系列酶催化一个代谢过程的连续反应时，可以根据Km和相应的[S]，确定限速步9二、酶的抑制作用

能引起蛋白质失活的条件都影响酶的活力，引致酶活性丧失的作用称为失活作用抑制作用(inhibition)：酶蛋白的三维结构并未改变，但活性基团被部分或全部封闭而引起的酶活力降低或丧失的现象抑制剂：使酶发生抑制作用的物质变性：三维结构被破坏，不具有选择性抑制：不一定破坏立体结构，有选择性一种抑制剂常常只能抑制一类酶甚至一种酶

10（一）抑制作用的类型1、可逆抑制作用抑制剂与酶非共价结合而导致的酶活性降低或完全失活的现象2、不可逆抑制作用抑制剂与酶的活性基团共价结合导致酶失活的现象111）竞争性抑制（competitiveinhibition）底物与抑制剂竞争酶分子中的底物结合部位竞争性抑制可以通过提高底物浓度解除

(丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶)可逆抑制有三种类型12（一）抑制作用的类型2）非竞争性抑制(petitiveinhibition)底物与抑制剂可以同时与酶的不同部位结合特点：

抑制剂常常与底物分子的化学结构完全不同抑制作用不能通过增加底物浓度来解除13(三)、可逆抑制作用的动力学1．竞争性抑制底物、抑制剂和酶之间有如下平衡

Ki：抑制常数（inhibitorconstant）S+EESP+Ek3k1k2I+ki1ki2EI14

溶液平衡时[E]=[Ef]+[ES]+[EI]以V~[S]作图，没有抑制剂存在时，图形是正常的双曲线,加入竞争性抑制剂后，Vmax不变，K’m变大(K’m>Km)

(三)、可逆抑制作用的动力学米氏方程为15双倒数式

竞争性抑制剂对酶促反应动力学的影响：Vmax不变，Km变大

(三)、可逆抑制作用的动力学162．非竞争性抑制非竞争性抑制时，底物、酶

和抑制剂会形成三元复合物S+EESP+EEI+SEISkk3k2k1(三)、可逆抑制作用的动力学[E]=[Ef]+[ES]+[EI]+[EIS]17双倒数方程为非竞争性抑制剂对酶促反应动力学的影响Km不变，Vmax变小

(三)、可逆抑制作用的动力学18（四）重要的抑制剂1．不可逆抑制剂

1）非专一性不可逆抑制剂

特点：作用于酶分子中的一类或几类基团

与结合部位基团结合，酶活力下降与催化部位活性基团结合，酶失活与调控部位基团结合，酶活性改变19（四）重要的抑制剂

此类抑制剂主要有以下几类：

①有机磷化合物

原理：与酶活性中心Ser-OH共价结合此类化合物抑制范围广，对蛋白水解酶和酯酶的抑制作用更强,强烈抑制胆碱酯酶，也叫神经毒剂20（四）重要的抑制剂解毒：肟类化合物，如解磷定

21②

有机汞和有机砷化合物

原理：与酶分子中的Cys-SH作用抑制绝大部分含-SH的酶。如路易斯毒气，

(Lewisite)会使人畜中毒解毒：加入过量的Cys或还原型GSH(谷胱甘肽)。

路易斯毒气可用BAL解毒22二氢叶酸对氨基苯甲酸二氢叶酸合成酶四氢叶酸外源叶酸人体吸收利用细菌核酸合成的辅酶2、可逆抑制剂最常见的是竞争性抑制剂,化学结构与底物结构类似，如5-氟尿嘧啶，磺胺类药物23（四）重要的抑制剂24三、温度、pH对酶促反应的影响1．温度的影响

酶促反应有最佳反应温度或最佳温度范围最佳反应温度：使酶促反应速率达到最大值的温度酶的最适温度动物细胞：35-40℃植物细胞：40-50℃微生物细胞：差别大

Taq酶，最适温度70℃252．pH的影响

pH的变化将影响底物分子和酶分子活性基团的解离状态，所以各种酶都有最适pH，在最适pH下表现出最大活性

最适pH是酶的特性，大多数酶的最适pH在5-8之间，动物酶的最适pH为6.5-8.0，植物及微生物酶为4.5-6.5生物体内的酶发挥效能时并不都处于最适pH四、酶的作用机制和调节26（一）酶活性部位酶活性中心(activecenter,

activesite)：

由结合部位和催化部位组成

结合部位：与底物分子特异结合，决定专一性

催化部位：活化底物分子，促成键的断裂和形

成，决定酶的高效性

辅酶：共同构成酶活性中心

（二）酶活性部位的特点酶活性部位的共性1、体积小

活性中心占总体积的1-2%，催化部位、结

合部位氨基酸残基数目很少2、是三维实体

活性中心的氨基酸残基一级序列不相连

活性中心是个空腔3、与底物分子空间结构相匹配

底物分子与活性中心的催化基团处于最佳反

应位置（诱导契合理论）

2728

某些酶活性部位的氨基酸残基酶氨基酸残基数活性部位氨基酸残基核糖核酸酶A(ribonucleaseA)124His12,His119,Lys41溶菌酶（lysozyme）129Asp52,Glu35胰凝乳蛋白（chymotrypsin）241His57,Asp102,Ser195胰蛋白酶（trypsin）223His57,Asp102,Ser195弹性蛋白酶（elatase）240Asp32,Asp215胃蛋白酶（pepsin）348Asp25,Asp25’HIV－1蛋白酶（HIV-1proteinase）99×2（二聚体）Cys25,His159木瓜蛋白酶（papain）212His64,Ser221,Asp32碳酸酐酶（carbonicanhydrase）259His119羧肽酶

A（carboxypeptidaseA）307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+枯草杆菌蛋白酶（subtilisin）374×2（二聚体）Ser48,His51,NAD+,Zn2+5、底物与酶通过弱相互作用结合

稳定酶与底物的结合6、具有柔性

酶变性时，酶的活性中心易受影响29酶活性活性部位的空间结构？一级序列决定三维结构氨基酸残基提供了结构基础4、活性中心位于酶表面的一个裂缝内

疏水微环境

使底物分子有效浓度很高个别极性残基有利于催化作用

（三）酶催化效率的影响因素301．酶分子的空间结构

非活性部位的氨基酸残基对于稳定和精细化活性中心的构象十分必要复杂的折叠结构使它拥有其它催化剂不具有的优势：1）催化部位：协同催化，具有高效性2）结合部位：邻近效应和定向效应利于复合物

的形成和产物的离去多底物反应中，存在1个以上底物结合部位2．底物和酶的邻近效应与定向效应

邻近效应的影响

通过ES的形成，使分子间反应转变为分子内反应，从而提高反应速率（104）

定向效应的影响底物的反应基团和酶催化基团的正确取位产生的效应，能大大加速催化反应（104）31（三）酶催化效率的影响因素3．底物的形变和诱导契合32B水解速度是A的108倍

酶可使底物分子某些基团的电子云密度改变产生“电子张力”，致使底物分子扭曲而接近过渡态AB4．微环境的影响底物分子形变的同时，形成反应过渡态1．酸碱催化（acid-basecatalysis）

通过提供或接受质子来稳定过渡态加速

反应进行

酶分子中参与广义酸碱催化的基团有

-NH2、-COOH，-SH，-OH及咪唑基

His中的咪唑基：

在生理条件下既可作为质子供体，又可

作为受体，并且它提供质子和接受质子的速

率几乎相同，十分迅速

33（四）酶促反应的催化机制2．共价催化（covalentCatalysis）

酶与底物分子形成不稳定的共价中间体，

因而降低了反应活化能，使反应加速酶参与的共价催化一般是亲核催化。

酶分子中常见的亲核基团有：

Ser-OH、Cys-SH、His-咪唑基34（四）酶促反应的催化机制35形成共价ES中间物的一些酶

酶反应基团共价中间物1．胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)弹性蛋白酶(elastase)酯酶类(esterases)枯草杆菌蛋白酶(subtilisin)凝血酶(tbrombin)胰蛋白酶(trypsin)2．甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase)木瓜酶(papain)3.碱性磷酸酶（alkalinephosphatase）葡糖磷酸变位酶(phosphorglucmutase)4.磷酸甘油酸变位酶(phosphorglyceratemutase)琥珀酰－CoA合成酶（succinylCoAsynthetase）5.醛酯酶(aldolade)脱羧酶类(decarboxylases)依赖于磷酸吡哆醛酶类（pyridoxalphos