酶促反应动力学课件

第9章酶促反应动力学研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素第9章酶促反应动力学研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因1底物浓度对酶反应速率的影响

米氏方程酶的抑制作用环境因素对酶反应的影响

底物浓度对酶反应速率的影响21底物浓度对酶反应速率的影响1.1米氏学说的提出①酶有被底物所饱和的现象双曲线1底物浓度对酶反应速率的影响1.1米氏学说的提出双曲线3②

酶-底物复合物学说(Enzyme-substratecomplex)1903年，Herin-Wurtz②酶-底物复合物学说(Enzyme-substratec4第9章酶促反应动力学课件5③快速平衡学说1913年Michaelis和Menten

提出米氏方程Ks为ES的解离常数MaudMenten1879-1960LeonorMichaelis1875-1949③快速平衡学说MaudMentenLeonorMich6④稳态理论（SteadyState）BriggsandHaldanein1925Km=（k2+k3）/k1修正④稳态理论（SteadyState）Km=（k2+k37Michaelis-MentonEquationKm—米氏常数Vmax—最大反应速率Michaelis-MentonEquationKm—83个假设:（1）底物大过量，即[S]》[E]（2）P浓度极小，忽略

这步反应（3）稳态假设：ES的生成速度和ES的分解速度相等，[ES]为常数，达到稳态。1.2米氏方程式的推导3个假设:（1）底物大过量，即[S]》[E]（2）P浓度极小9酶促反应分两步进行：第一步：酶与底物作用，形成酶-底物复合物。第二步：ES复合物分解形成产物，释放出游离酶。酶促反应分两步进行：10酶与底物生成ES的速度为：注：ES分解的速度为：酶与底物生成ES的速度为：注：ES分解的速度为：11当整个反应体系处于稳态时，[ES]生成速度（V1）等于ES分解速度（V2）：

令:

当整个反应体系处于稳态时，[ES]生成速度（V1）等于ES分12

将（2）代入（1）

用[Et]代表酶的总浓度，则得：将（2）代入（1）13将（4）代入（3）∵酶促反应速度v取决于ES转换为E+P的速度得：将（4）代入（3）∵酶促反应速度v取决于ES转换为E+P的速14当反应体系中的底物浓度极大，而使所有的酶分子都以ES形式存在时，反应速度达到最大值（即最大反应速度，V）。得：

将（6）代入（5）当反应体系中的底物浓度极大，而使所有的酶分子都以ES形式存在15米氏方程式Km--米氏常数（Michaelis-Mentonconstant）表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓度的定量关系。米氏方程式Km--米氏常数（Michaelis-Menton16第9章酶促反应动力学课件17Km的物理意义Km值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。单位是底物浓度的单位，一般用mol/L或mmol／L表示。计算：底物浓度—反应速度Km的物理意义18底物浓度较低时，[S]《Km，米氏方程式的分母中[S]一项可以忽略不计，得：

反应速度与底物浓度成正比，符合一级反应。在底物浓度很高时，[S]》Km，米氏方程中，Km可以忽略不计，得

反应速度与底物浓度无关，符合零级反应——测定酶活力底物浓度较低时，[S]《Km，米氏方程式的分母中[S]一191.3米氏常数的意义①Km是酶的一个特征常数。Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。鉴别酶：25℃，最适pH的Km值②Km可以判断酶的专一性和天然底物。酶的最适底物或天然底物：Km值最小的底物酶对底物亲和力的大小：1/Km最适底物的亲和力（1/Km）最大，Km最小,达最大反应速率一半时所需要的底物浓度愈小。1.3米氏常数的意义①Km是酶的一个特征常数。201.4米氏常数的求法双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）以1／[S]为横坐标，以1／v为纵坐标作图

缺点：实验点过于集中于直线的左端，作图不易十分准确。1.4米氏常数的求法双倒数作图法（Lineweaver-B212酶的抑制作用2.1抑制作用失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起活力丧失。变性剂对酶无选择性。抑制作用（inhibition）：酶的必须基团化学性质的改变，引起酶活力降低或丧失。但酶未变性。一种抑制剂只能使一种酶或一类酶产生抑制作用。2酶的抑制作用2.1抑制作用22不可逆的抑制作用（irreversibleinhibition）：抑制剂与酶的必须基团以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。可逆的抑制作用（reversibleinhibition）：抑制剂与酶的必须基团以非共价键结合而引起酶活力丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。可逆的抑制作用：竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。2.2分类—根据抑制剂与酶作用方式及是否可逆不可逆的抑制作用（irreversibleinhibiti232.3竞争性抑制作用（competitiveinhibition)①概念：抑制剂与底物竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结合。最常见的一种可逆抑制作用。②原因：抑制剂与底物的结构类似，与酶可形成可逆的复合物，但此复合物不可能分解成产物，酶反应速率下降。

增加底物浓度可解除这种抑制。动画2.3竞争性抑制作用（competitiveinhibi24第9章酶促反应动力学课件25③竞争性抑制的特征

a反应式：

③竞争性抑制的特征26

b动力学方面:Vmax不变，但Km增大。b动力学方面:Vmax不变，但Km增大。27④竞争性抑制的临床应用意义磺胺类药物：对氨基苯磺酰胺磺胺类药物有抑制细菌生长繁殖的作用，而不伤害人和畜禽。叶酸和二氢叶酸是四氢叶酸的前体。（二氢叶酸合成酶）PABA④竞争性抑制的临床应用意义PABA28人：

叶酸

（食物）FH2FH4叶酸还原酶FH2还原酶细菌：PABAFH2合成酶FH2FH4FH2还原酶对氨基苯磺胺与PABA两者竞争FH2合成酶细菌：PABAFH2合成酶FH2FH4抗菌增效剂TMP与FH2相似，抑制细菌FH2还原酶细菌：PABAFH2合成酶FH2FH4FH2还原酶人：叶酸FH2FH4叶酸还原酶FH2还原酶细菌：P292.4非竞争性抑制作用

（noncompetitiveinhibition）①概念：底物和抑制剂同时与酶结合，两者没有竞争作用。抑制剂（I）和底物（S）可以同时结合在酶分子（E）的不同部位上，形成ESI三元复合物。但是，中间产物ESI三元复合物不能进一步分解为产物,酶活力降低。动画2.4非竞争性抑制作用（noncompetitivei30②原因抑制剂的结构可与底物毫无相关之处如亮氨酸是精氨酸的一种非竞争性抑制剂

加入大量底物不能解除非竞争性抑制剂对酶活性的抑制。这是不同于竞争性抑制的一个特征。

②原因31③特征a反应式

③特征32b动力学方面：Vmax降低，但Km值不改变。第9章酶促反应动力学课件332.5反竞争性抑制（uncompetitiveinhibition）①概念酶只有与底物结合后，才能与抑制剂结合。与抑制剂结合后的三元复合物不能形成产物。②特征a反应式：2.5反竞争性抑制（uncompetitiveinhib34b动力学方面：Vmax和Km值均降低。b动力学方面：Vmax和Km值均降低。35P373P37336E+I→EI①有机磷化合物

或

化学结构通式:R1、R2:烷基;X:-F等2.6不可逆抑制（irreversibleinhibition）E+I→EI①有机磷化合物或化学结构通37有机磷化合物:与酶活直接相关的丝氨酸上的羟基牢固结合，从而抑制某些蛋白酶及酯酶。神经毒气DFP、有机磷杀虫剂有机磷化合物:与酶活直接相关的丝氨酸上的羟基牢固结合，神38②有机汞、有机砷化合物

与酶中的半胱氨酸残基的巯基作用，抑制含巯基的酶③重金属盐如含Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等金属盐能使大多数酶失活④烷化试剂例ICH2COOH，ICH2CONH2等

E-SH+ICH2COOHE-S-CH2COOH+HI②有机汞、有机砷化合物与酶中的半胱氨酸残基的巯基作用，抑制39⑤青霉素糖肽转肽酶：在细菌细胞壁合成中使肽聚糖链交联。与活性部位丝氨酸羟基共价结合，使酶失活，影响肽聚糖链交联，导致细菌细胞壁合成受阻，细菌生长被损害。⑤青霉素40温度pH值激活剂抑制剂3环境因素对酶反应的影响

温度3环境因素对酶反应的影响

41①温度对酶反应的影响最适温度（optimumtemperature）：受底物的种类、浓度,溶液的离子强度,pH,反应时间等的影响。①温度对酶反应的影响最适温度（optimumtemper42②pH对酶反应的影响反应速度pH最适pH（optimumpH）:受到底物的种类、浓度、缓冲液的种类等影响。②pH对酶反应的影响反应速度pH最适pH（optimum43胃蛋白酶过氧化氢酶精氨酸酶phosphatase碱性磷酸酶胃黏膜胃蛋白酶过氧化氢酶精氨酸酶phosphatase碱性磷酸酶胃44③激活剂对酶反应的影响激活剂（activator)：凡是能提高酶活性的物质。金属离子：如Na+、K+、Mg2+、Ca2+Zn2+、Fe2+等。无机离子阴离子：如Cl-、Br-等氢离子①选择性②有的金属离子可以互相替代③有的离子间有拮抗作用④浓度要适中③激活剂对酶反应的影响激活剂（activator)：凡是能45有机分子某些还原剂如Cys、GSH等EDTA具有蛋白质性质的大分子无活性的酶原激活作用有活性的酶有机分子某些还原剂如Cys、GSH等EDTA具有蛋白质性46名词解释米氏常数（Km，Michaelis-Mentonconstant）抑制作用（inhibition）可逆抑制作用（reversibleinhibition）不可逆抑制作用（irreversibleinhibition）竞争性抑制作用（competitiveinhibition)非竞争性抑制作用（noncompetitiveinhibition）反竞争性抑制作用（uncompetitiveinhibition））名词解释米氏常数（Km，Michaelis-Mentonc47第9章酶促反应动力学研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素第9章酶促反应动力学研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因48底物浓度对酶反应速率的影响

米氏方程酶的抑制作用环境因素对酶反应的影响

底物浓度对酶反应速率的影响491底物浓度对酶反应速率的影响1.1米氏学说的提出①酶有被底物所饱和的现象双曲线1底物浓度对酶反应速率的影响1.1米氏学说的提出双曲线50②

酶-底物复合物学说(Enzyme-substratecomplex)1903年，Herin-Wurtz②酶-底物复合物学说(Enzyme-substratec51第9章酶促反应动力学课件52③快速平衡学说1913年Michaelis和Menten

提出米氏方程Ks为ES的解离常数MaudMenten1879-1960LeonorMichaelis1875-1949③快速平衡学说MaudMentenLeonorMich53④稳态理论（SteadyState）BriggsandHaldanein1925Km=（k2+k3）/k1修正④稳态理论（SteadyState）Km=（k2+k354Michaelis-MentonEquationKm—米氏常数Vmax—最大反应速率Michaelis-MentonEquationKm—553个假设:（1）底物大过量，即[S]》[E]（2）P浓度极小，忽略

这步反应（3）稳态假设：ES的生成速度和ES的分解速度相等，[ES]为常数，达到稳态。1.2米氏方程式的推导3个假设:（1）底物大过量，即[S]》[E]（2）P浓度极小56酶促反应分两步进行：第一步：酶与底物作用，形成酶-底物复合物。第二步：ES复合物分解形成产物，释放出游离酶。酶促反应分两步进行：57酶与底物生成ES的速度为：注：ES分解的速度为：酶与底物生成ES的速度为：注：ES分解的速度为：58当整个反应体系处于稳态时，[ES]生成速度（V1）等于ES分解速度（V2）：

令:

当整个反应体系处于稳态时，[ES]生成速度（V1）等于ES分59

将（2）代入（1）

用[Et]代表酶的总浓度，则得：将（2）代入（1）60将（4）代入（3）∵酶促反应速度v取决于ES转换为E+P的速度得：将（4）代入（3）∵酶促反应速度v取决于ES转换为E+P的速61当反应体系中的底物浓度极大，而使所有的酶分子都以ES形式存在时，反应速度达到最大值（即最大反应速度，V）。得：

将（6）代入（5）当反应体系中的底物浓度极大，而使所有的酶分子都以ES形式存在62米氏方程式Km--米氏常数（Michaelis-Mentonconstant）表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓度的定量关系。米氏方程式Km--米氏常数（Michaelis-Menton63第9章酶促反应动力学课件64Km的物理意义Km值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。单位是底物浓度的单位，一般用mol/L或mmol／L表示。计算：底物浓度—反应速度Km的物理意义65底物浓度较低时，[S]《Km，米氏方程式的分母中[S]一项可以忽略不计，得：

反应速度与底物浓度成正比，符合一级反应。在底物浓度很高时，[S]》Km，米氏方程中，Km可以忽略不计，得

反应速度与底物浓度无关，符合零级反应——测定酶活力底物浓度较低时，[S]《Km，米氏方程式的分母中[S]一661.3米氏常数的意义①Km是酶的一个特征常数。Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。鉴别酶：25℃，最适pH的Km值②Km可以判断酶的专一性和天然底物。酶的最适底物或天然底物：Km值最小的底物酶对底物亲和力的大小：1/Km最适底物的亲和力（1/Km）最大，Km最小,达最大反应速率一半时所需要的底物浓度愈小。1.3米氏常数的意义①Km是酶的一个特征常数。671.4米氏常数的求法双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）以1／[S]为横坐标，以1／v为纵坐标作图

缺点：实验点过于集中于直线的左端，作图不易十分准确。1.4米氏常数的求法双倒数作图法（Lineweaver-B682酶的抑制作用2.1抑制作用失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起活力丧失。变性剂对酶无选择性。抑制作用（inhibition）：酶的必须基团化学性质的改变，引起酶活力降低或丧失。但酶未变性。一种抑制剂只能使一种酶或一类酶产生抑制作用。2酶的抑制作用2.1抑制作用69不可逆的抑制作用（irreversibleinhibition）：抑制剂与酶的必须基团以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。可逆的抑制作用（reversibleinhibition）：抑制剂与酶的必须基团以非共价键结合而引起酶活力丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。可逆的抑制作用：竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。2.2分类—根据抑制剂与酶作用方式及是否可逆不可逆的抑制作用（irreversibleinhibiti702.3竞争性抑制作用（competitiveinhibition)①概念：抑制剂与底物竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结合。最常见的一种可逆抑制作用。②原因：抑制剂与底物的结构类似，与酶可形成可逆的复合物，但此复合物不可能分解成产物，酶反应速率下降。

增加底物浓度可解除这种抑制。动画2.3竞争性抑制作用（competitiveinhibi71第9章酶促反应动力学课件72③竞争性抑制的特征

a反应式：

③竞争性抑制的特征73

b动力学方面:Vmax不变，但Km增大。b动力学方面:Vmax不变，但Km增大。74④竞争性抑制的临床应用意义磺胺类药物：对氨基苯磺酰胺磺胺类药物有抑制细菌生长繁殖的作用，而不伤害人和畜禽。叶酸和二氢叶酸是四氢叶酸的前体。（二氢叶酸合成酶）PABA④竞争性抑制的临床应用意义PABA75人：

叶酸

（食物）FH2FH4叶酸还原酶FH2还原酶细菌：PABAFH2合成酶FH2FH4FH2还原酶对氨基苯磺胺与PABA两者竞争FH2合成酶细菌：PABAFH2合成酶FH2FH4抗菌增效剂TMP与FH2相似，抑制细菌FH2还原酶细菌：PABAFH2合成酶FH2FH4FH2还原酶人：叶酸FH2FH4叶酸还原酶FH2还原酶细菌：P762.4非竞争性抑制作用

（noncompetitiveinhibition）①概念：底物和抑制剂同时与酶结合，两者没有竞争作用。抑制剂（I）和底物（S）可以同时结合在酶分子（E）的不同部位上，形成ESI三元复合物。但是，中间产物ESI三元复合物不能进一步分解为产物,酶活力降低。动画2.4非竞争性抑制作用（noncompetitivei77②原因抑制剂的结构可与底物毫无相关之处如亮氨酸是精氨酸的一种非竞争性抑制剂

加入大量底物不能解除非竞争性抑制剂对酶活性的抑制。这是不同于竞争性抑制的一个特征。

②原因78③特征a反应式

③特征79b动力学方面：Vmax降低，但Km值不改变。第9章酶促反应动力学课件802.5反竞争性抑制（uncompetitiveinhibition）①概念酶只有与底物结合后，才能与抑制剂结合。与抑制剂结合后的三元复合物不能形成产物。②特征a反应式：2.5反竞争性抑制（uncompetitiveinhib81b动力学方面：Vmax和Km值均降低。b动力学方面：Vmax和Km值均降低。82P373P37383E+I→EI①有机磷化合物

或

化学结构通式:R1、R2:烷基;X:-F等2.6不可逆抑制（irreversibleinhibition）E+I→EI①有机磷化合物或化学结构通84有机磷化合物:与酶活直接相关的丝氨酸上的羟基牢固结合，从而抑制某些蛋白酶及酯酶。神经毒气DFP、有机磷杀虫剂有机磷化合物:与酶活直接相关的丝氨酸上的羟基牢固结合，神85②有机汞、有机砷化合物

与酶中的半胱氨酸残基的巯基作用，抑制含巯基的酶③重金属盐如含Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等金属盐能使大多数酶失活④