酶动力学及影响酶反应速度的因素

酶动力学及影响酶反应速度的因素第1页，共53页，2023年，2月20日，星期四一.底物浓度的影响(一)酶反应速度与底物浓度的关系曲线第2页，共53页，2023年，2月20日，星期四一.底物浓度的影响第3页，共53页，2023年，2月20日，星期四对于简单的酶反应，当酶浓度和其他条件恒定时：v[S]0Vmax零级反应一级反应混合级反应该曲线可以用米氏方程

来描述一.底物浓度的影响第4页，共53页，2023年，2月20日，星期四一.底物浓度的影响

dp/dtk[E][S]：一级反应dp/dtk[E]：零级反应第5页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程

为了要解释这一现象，Michaelis&Menten提出了中间络合物学说。1.米氏方程的推导该学说必须两个条件：(1)符合质量作用定律(2)形成的中间产物决定整个反应的速度一.底物浓度的影响第6页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程

Michaelis&Menten提出了中间络合物学说。1.米氏方程的推导一.底物浓度的影响第7页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程

对于单底物、单产物反应，其反应过程需经过中间复合物ES，即1.米氏方程的推导E＋SK1K3ESK2K4E＋PMichaelis-Menten的三个假设：

(1)推导的v为反应初速度一.底物浓度的影响第8页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程1.米氏方程的推导一.底物浓度的影响产物的生成量很少→k4的反应忽略不计。即第9页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程1.米氏方程的推导一.底物浓度的影响[E]酶总量；[Et]反应后t时的酶量；[ES]中间产物浓度[Et][E]-[ES]第10页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程1.米氏方程的推导一.底物浓度的影响刚反应时，若形成的速度为v,则v1k1[Et][S]k1[（E）-（ES）][S](1)ES消失速度：v2k2[ES];v3k3[ES]v23k2[ES]k3[ES]（k2k3）[ES](2)第11页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程1.米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设：(2)反应体系处于稳态一.底物浓度的影响第12页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程1.米氏方程的推导即[ES]不变→ES的生成量=ES的分解量。即v1=v23k1[（E）-（ES）][S]=[ES]（k2k3）[（E）-（ES）][S]/[ES]=（k2k3）/k1(3)设Km=(k2+k3)/k1

将(3)重排得[ES]=[E][S]/Km[S](4)一.底物浓度的影响第13页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程1.米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设：[E]=[ES],V=K1[E],即K1=V/[E](5)同时，v=K1[ES],K1=v/[ES](6)(5)+(6)[ES]=v[E]/V(7)(7)代入(4)得v[E]/V=[E][S]/Km[S](3)[S]>>[E]一.底物浓度的影响第14页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]1.米氏方程的推导一.底物浓度的影响第15页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程2.米氏方程中常数的意义Km——

米氏常数由于Km=(k2+k3)/k1

，∴为复合常数。

Km是酶的特征常数，经常表示酶与底物的亲和力。Km值越大，亲和力越小。

一.底物浓度的影响第16页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程2.米氏方程中常数的意义Km的值是当反应速度为最大反应速度的一半时所对应的底物浓度。

所以Km的单位为浓度单位一.底物浓度的影响Km=[S]第17页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程2.米氏方程中常数的意义一.底物浓度的影响第18页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]3.米氏方程中常数的测定所以采用双倒数作图法：即1/v-1/[S]作图

v-[S]作图法：Vmax难以测定，不能从vV/2处求得，从而导致Km也难确定。一.底物浓度的影响第19页，共53页，2023年，2月20日，星期四(二)米氏方程V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]3.米氏方程中常数的测定一.底物浓度的影响第20页，共53页，2023年，2月20日，星期四二.酶浓度对酶反应速度的影响

在一般的酶促反应中，常常[S]>>[E]，酶反应速度达到最大反应速度。当[S]>>[E]，由于Vmax=k[E]0，∴反应速度与酶浓度成正比。酶浓度曲线第21页，共53页，2023年，2月20日，星期四三.pH对酶反应速度的影响

pH对酶反应速度的影响较大。其原因有：极度pH的条件引起酶蛋白的变性。pH影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。

pH影响酶分子解离状态。

每种酶只能在一定的pH范围内表现出它的活性，且在某一pH值范围内活性最高，其两侧活性都下降。∴酶促反应具有一最适pH。第22页，共53页，2023年，2月20日，星期四反应速度和pH的关系见下图：

酶的最适pH一般在7左右。也有很多例外，如胃蛋白酶的最适pH只有1.5，木瓜蛋白酶(5.6)，胰蛋白酶(7.8)。酶的最适pH并非酶的特征性常数，它与底物的种类、浓度等因素有关。三.pH对酶反应速度的影响

第23页，共53页，2023年，2月20日，星期四温度对酶反应速度的影响具有双重性：随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反应速度下降随着温度的升高，反应速度会加快四.温度对酶反应速度的影响

因此，在这双重因素的综合作用下，酶促反应具有一最适温度。第24页，共53页，2023年，2月20日，星期四四.温度对酶反应速度的影响

不同酶的最适温度也不一样。动物酶的最适温度一般在35~40℃，植物酶为40~50℃。酶的最适温度并非酶的特征性常数，它与底物、作用时间等因素有关。第25页，共53页，2023年，2月20日，星期四五.激活剂对酶反应速度的影响激活剂：能提高酶活性的物质。无机离子：主要是金属离子，它们有的本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。如:激酶需要Mg2+激活唾液淀粉酶需要Cl-激活主要的激活剂有：第26页，共53页，2023年，2月20日，星期四五.激活剂对酶反应速度的影响有机小分子：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。第27页，共53页，2023年，2月20日，星期四抑制作用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失。六.抑制剂对酶反应速度的影响第28页，共53页，2023年，2月20日，星期四引起抑制作用的物质称为抑制剂抑制作用可分为两大类：可逆抑制作用和不可逆抑制作用

六.抑制剂对酶反应速度的影响第29页，共53页，2023年，2月20日，星期四

可逆抑制作用可分为三种类型：1.竞争性抑制作用2.非竞争性抑制作用3.反竞争性抑制作用

酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超滤等方法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑制作用叫可逆抑制作用。(一）可逆抑制作用六.抑制剂对酶反应速度的影响第30页，共53页，2023年，2月20日，星期四

某些抑制剂的化学结构与底物相似，与底物竞争酶的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的结合，因而降低酶反应速度。这种作用称为竞争性抑制作用。(一）可逆抑制作用1.竞争性抑制作用六.抑制剂对酶反应速度的影响第31页，共53页，2023年，2月20日，星期四(一）可逆抑制作用1.竞争性抑制作用六.抑制剂对酶反应速度的影响

第32页，共53页，2023年，2月20日，星期四例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。

这种抑制作用可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。

(一）可逆抑制作用1.竞争性抑制作用六.抑制剂对酶反应速度的影响

第33页，共53页，2023年，2月20日，星期四琥珀酸延胡索酸丙二酸六.抑制剂对酶反应速度的影响

第34页，共53页，2023年，2月20日，星期四E＋SESE＋P＋ＩEI六.抑制剂对酶反应速度的影响

第35页，共53页，2023年，2月20日，星期四竞争性抑制中，Vmax不变，Km增大可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。六.抑制剂对酶反应速度的影响

第36页，共53页，2023年，2月20日，星期四六.抑制剂对酶反应速度的影响

Linewevery-Burk图

米氏方程第37页，共53页，2023年，2月20日，星期四Lineweaver-Burkplotofcompetitiveinhibition六.抑制剂对酶反应速度的影响

第38页，共53页，2023年，2月20日，星期四

某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因而与底物和酶的结合无竞争，即底物与酶结合后还能与抑制剂结合，同样抑制剂与酶结合后还能与底物结合。但酶分子上有了抑制剂后其催化功能基团的性质发生改变，从而降低了酶活性。这种作用称为非竞争性抑制作用。

2.非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。(一）可逆抑制作用第39页，共53页，2023年，2月20日，星期四2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制剂，例如：金属络合剂，如EDTA、F-、CN-、N3-等，可以络合金属酶中的金属离子，从而抑制酶的活性。(一）可逆抑制作用第40页，共53页，2023年，2月20日，星期四2.非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。(一）可逆抑制作用第41页，共53页，2023年，2月20日，星期四2.非竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用Linewevery-Burk图

米氏方程第42页，共53页，2023年，2月20日，星期四2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制剂对酶促反应速度的影响

(一）可逆抑制作用第43页，共53页，2023年，2月20日，星期四2.非竞争性抑制作用Lineweaver-Burkplotofnoncompetitiveinhibition(一）可逆抑制作用第44页，共53页，2023年，2月20日，星期四2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制中，Vmax变小，Km不变这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。(一）可逆抑制作用第45页，共53页，2023年，2月20日，星期四3.反竞争性抑制作用

某些抑制剂不能与游离的酶结合，而只能在酶与底物结合成复合物后再与酶结合。当酶分子上有了抑制剂后其催化功能被削弱。这种作用称为反竞争性抑制作用(uncompetitiveinhibition)。(一）可逆抑制作用第46页，共53页，2023年，2月20日，星期四3.反竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用第47页，共53页，2023年，2月20日，星期四3.反竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用第48页，共53页，2023年，2