第四节酶促反应动力学

第四节酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

概念研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。影响因素酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。※研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。一、底物浓度对反应速度的影响[S]VVmax当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。[S]VVmax随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。[S]VVmax当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应。米氏方程式(Michaelisequation)[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximumvelocity)Ｋm：米氏常数(Michaelisconstant)Vmax[S]Km+

[S]

V＝[S]<<<Km

[S]>>>Km

稳态法推导1925年Briggs和Haldame对米氏方程作了一次重要的修正，提出了稳态(steadystate)的概念。

所谓稳态是指反应进行一定时间后，ES的生成速度和ES的分解速度相等，亦即ES的净生成速度为零，此时ES的浓度不再改变，达到稳态。米－曼氏方程式推导基于两个假设：☺

E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为E及P的反应为慢反应，因此E+PES这一步不予考虑。反应速度取决于慢反应V＝k3[ES]（1）☺反应中底物是过量的，尽管一部分底物与酶形成复合物，但与底物的总浓度相比，可以忽略不计。E+Sk1k2k3ESE+P推导过程稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即[ES]恒定。K1([Et]－[ES])[S]＝K2[ES]+K3[ES]K2+K3＝Km

（米氏常数）

K1令：则(2)变为:([Et]－[ES])[S]＝Km[ES](2)＝([Et]－[ES])[S]K2+K3[ES]K1整理得：E+Sk1k2k3ESE+P当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即[Et]＝[ES]，反应达最大速度Vmax＝K3[ES]＝K3[Et]

(5)[ES]＝───[Et][S]Km+[S](3)

整理得:将(5)代入(4)得米氏方程式：Vmax[S]

Km+[S]

V＝────

将(3)代入(1)得K3[Et][S]Km+[S](4)

V＝────V＝k3[ES](1)当反应速度为最大反应速度一半时

Km值的推导Km＝[S]∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2Km的意义a)

Km是酶的特征性常数之一，与酶的性质有关，与酶的浓度无关；b)

Km可近似表示酶对底物的亲和力；c)

同一酶对于不同底物有不同的Km值。酶底物Km(mmol.L-1)过氧化氢酶H2O225蔗糖酶蔗糖棉子糖283206-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖0.058溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006Ｋm值与Ｖmax值的测定

双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法Vmax[S]Km+[S]V=（林－贝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]

两边同取倒数

1/[S]1/V-1/Km1/Vmax斜率Km/Vmax

二、酶浓度对反应速度的影响当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。0V[E]

酶浓度对反应速度的影响

三、pH和温度对反应速度的影响最适pH最适温度商品名适应症销量（亿元）2009年2010年Lipitor高胆固醇血症12.4511.40Plavix动脉粥样硬化9.299.60Etanercept

风湿性关节炎、青少年类风湿性关节炎、牛皮癣、牛皮癣关节炎和强直性脊柱炎8.00

8.40

Advair哮喘7.767.80Remicade类风湿性关节炎、溃疡性结肠炎、克罗恩病、牛皮癣、牛皮癣关节炎和强直性脊柱炎6.917.40Avastin克罗恩病5.926.90

Rituxan类风湿性关节炎和非霍奇金淋巴瘤5.806.50Abilify精神分裂症药物5.606.20Diovan高血压6.016.10Crestor

高胆固醇血症4.745.60Humira

类风湿性关节炎、青少年类风湿性关节炎、牛皮癣、牛皮癣关节炎、强直性脊柱炎和克罗恩病5.495.40Herceptin乳腺癌5.02

5.102009及2010年世界药物销量上亿美元排行榜

Lipitor是HMGCoA还原酶抑制剂。HMGCoA还原酶是胆固醇生物合成的限速酶。青霉素，阿司匹林，磺胺药……敌敌畏，敌百虫……重金属盐，氰化物，硫化物，CO，神经毒气……痛风高血压糖尿病癌症艾滋病黄嘌呤氧化酶抑制剂血管紧张素转化酶抑制剂醛糖转移酶抑制剂胸腺嘧啶合成酶抑制剂蛋白酶抑制剂四、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂(inhibitor)

能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。

区别于酶的变性

抑制剂对酶有一定选择性引起变性的因素对酶没有选择性

抑制作用的类型不可逆性抑制

(irreversibleinhibition)可逆性抑制

(reversibleinhibition)：竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(petitiveinhibition)(一)不可逆性抑制作用抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。抑制剂不能用透析、超滤等方法除去。

有机磷化合物

羟基酶解毒------解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物

巯基酶解毒------二巯基丙醇(BAL)失活的酶羟基酶有机磷化合物羟基酶失活的酶酸

ROOPR′OX+HO-EROOPR′OOE+HX胆碱酯酶:乙酰胆碱→乙酸+胆碱有机磷化合物汞离子巯基酶失活的酶Hg2+

+ESHSHESSHg+H2C

HCH2CSHSHOHESSHg失活的酶二巯基丙醇巯基酶H2C

HCH2CSSOHHg+ESHSH（二）可逆性抑制作用抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失。抑制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制非竞争性抑制１.竞争性抑制增加底物浓度可解除抑制剂对酶的抑制作用NoProduct竞争性抑制曲线无抑制剂加竞争性抑制剂1V01Vmax1S1Km[]丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸

《诺贝尔奖百年鉴-新陈代谢》P80~81琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶

磺胺类药物的抑菌机理是什么？与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶H2NCOOHH2NSO2NH2磺胺类药物二氢蝶呤啶＋谷氨酸＋对氨基苯甲酸

二氢叶酸合成酶二氢叶酸四氢叶酸（嘌呤核苷酸合成）人服用磺胺类药物，会造成叶酸缺乏吗？2.非竞争性抑制增大底物浓度不能解除非竞争性抑制！IISSSISIIII非竞争性抑制曲线1V01Vmax1S1Km无抑制剂加非竞争性抑制剂[]思考题鞘氨醇-1-磷酸(SPP)对细胞生存很重要。鞘氨醇浓度/μmol.L-1)V0(mg.min-1)(无抑制剂）V0(mg.min-1)(存在苏型鞘氨醇)2.532.38.53.54011.5550.814.6107225.42087.743.950115.470.8用双倒数法作图法回答下列问题：在抑制剂存在和不存在的情况下，Vmax和Km分别是多少？2.苏型鞘氨醇是哪类抑制剂？请给出解释。

苏型鞘氨醇是鞘氨醇的立体异构体，在苏型鞘氨醇存在和不存在的条件下，测定鞘氨醇激酶的反应速度:鞘氨醇

+ATPSPP鞘氨醇激酶+PPi五、激活剂对反应速度的影响激活剂(activator)

使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。无机离子金属离子（Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+

等）；阴离子（Cl-、Br-、I-、CN-）；氢离子。主要的激活剂有：有机小分子一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶处于还原态。金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。

酶活性指的是酶催化化学反应的能力，用反应速度来衡量，即单位时间里产物的增加或底物的减少。

六、酶活性测定和酶活性单位V=dP/dt=-dS/dt

EC(EnzymeCommission)在1961年规定：在最适反应条件下，1分钟内，将1μmol的底物转变为产物所需要的酶量为1个酶活国际单位（IU）。酶活性单位１催量(kat)是指在最适反应条件下，每秒钟使1mol底物转化为产物所需的酶量。

kat与IU的换算：1IU=16.67×10-9kat1Kat=6×107IU比活力（specificactivity）指的是每毫克酶蛋白所具有的酶活性单位数。比活力=活性单位数/酶蛋白重量（mg）比活力反映了酶的纯度。第四节酶促反应动力学小结酶促动力学是研究酶催化反应的速度，以及各种因素对酶促反应速度的影响。米氏方程是根据稳态理论推导出的酶促反应动力学方程。Km是当酶促反应速度达到最大反应速度一半时底物浓度。是酶的特征性常数。抑制剂对酶的抑制作用分为不可逆性和可逆性。不可逆性抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，抑制剂不能用透析、超滤等方法除去。

可逆性抑制作用通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，抑制剂可用透析、超滤等方法除去。分