酶促反应动力学

酶促反应动力学第一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六

化学反应的两个基本问题：反应进行的方向、可能性和限度反应进行的速率和反应机制一、化学动力学基础化学热力学化学动力学第二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（一）反应速率及其测定——以单位时间内反应物或生成物浓度的改变来表示。第三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（二）反应分子数和反应级数1.反应分子数：——反应中真正相互作用的分子的数目单分子反应：AP双分子反应：A+BP+Q第四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六单分子反应v=kc双分子反应v=kc1c2c、c1、c2：反应物浓度（mol/l）

k：比例常数/反应速率常数第五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六2.反应级数能以v=kc表示，为一级反应；能以v=kc1c2表示，则为二级反应；v与反应物浓度无关，则为零级反应。双分子反应、一级反应第六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（三）各级反应的特征

1.一级反应：

反应速率与反应物浓度的一次方成正比。v=kc第七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六C0C0/20t½[P]Ct反应物的消耗产物的增加半衰期t1/2：有一半反应物转化为产物所需的时间lnC0lnC0/20t½Ctk当t=t½时，c=1/2c0,则t½＝0.693／k,即半衰期与反应物的初浓度无关。第八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六2.二级反应：v=k（a-x）（b–x）a、b：反应物A、B的初浓度

x：t时已发生反应的物质浓度

（a-x）、（b–x）：t时后A、B的浓度第九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六3.零级反应：v=k一级反应：半衰期与反应物的初浓度无关二级反应：半衰期与反应物的初浓度成反比零级反应：半衰期与反应物的初浓度成正比第十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六单底物、单产物反应；酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示；反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）时的反应速度；底物浓度远远大于酶浓度。（[S]》[E]）研究前提二、底物浓度对酶反应速率的影响第十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六产物0时间初速度酶促反应速度逐渐降低酶促反应的时间进展曲线第十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。反应初速度随底物浓度变化曲线第十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六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第十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六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第十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六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[S]VVmax第十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六E+SESP+Ek1k2k3（一）中间络合物学说

k4三个假设：（1）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，反应速度取决于慢反应即

V＝k3[ES]。（2）S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。（3）P→0忽略这步反应第十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（二）酶促反应的动力学方程式1、米氏方程的推导第十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程(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)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──第十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六稳态时ES浓度不变

反应速度

V=k3[ES]ES的生成速度=消耗速度k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]E的质量平衡方程

[E]=[Et]-[ES]E+SESP+Ek1k2k3(Ⅲ)(Ⅰ)(Ⅱ)第二十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第二十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六稳态时ES浓度不变反应速度

V=k3[ES]ES的生成速度=消耗速度k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]E的质量平衡方程

[E]=[Et]-[ES]E+SESP+Ek1k2k3V=V[S]Km+[S]米氏方程V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et]Km=

k2+k3k1米氏常数第二十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六

a.当[S]很小时V=V[S]/Km一级反应反应初速度随底物浓度变化曲线米氏曲线V=V[S]Km+[S]b.当[S]很大时V=V[S]/[S]=V

0

级反应混合级第二十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六Km=?Km=[S]V=V[S]Km+[S]若V＝V/2V2＝V[S]Km+[S]1Km+[S]=2[S]第二十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六2、动力学参数的意义（1）米氏常数Km的意义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/2第二十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六

①Km是酶的特性常数：

与pH、温度、离子强度、酶及底物种类有关，与酶浓度无关，可以鉴定酶。酶底物Km(mmol/L)脲酶尿素25溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖-6-磷酸脱氢酶6-磷酸-葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶苯甲酰酪氨酰胺2.5甲酰酪氨酰胺12.0乙酰酪氨酰胺32.0第二十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六②可以判断酶的专一性和天然底物Km值最小的底物——最适底物/天然底物1/Km近似表示酶对底物的亲和力：1/Km越大、亲和力越大第二十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六Km=

k2+k3k1Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）E+SESP+Ek1k2k3Km越小，亲和力越强。[S]很小时，反应速度就能达到很大。性能优，代谢中这类酶更为重要k2>>k3时第二十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六④Km可帮助判断某代谢反应的方向和途径催化可逆反应的酶对正/逆两向底物Km不同——Km较小者为主要底物③根据Km：判断某[s]时v与Vmax的关系判断抑制剂的类型第二十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六乳酸脱氢酶（1.7×10-5）丙酮酸脱氢酶（1.3×10-3）丙酮酸脱羧酶（1.0×10-3）丙酮酸乳酸乙酰CoA乙醛丙酮酸浓度较低时：代谢哪条途径决定于Km最小的酶一底物多酶反应第三十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（2）Vmax和k3（kcat)的意义一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一个常数。[S]很大时，Vmax＝k3[E]。k3表示当酶被底物饱和时，每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，——又称为转换数、催化常数kcatkcat越大，酶的催化效率越高第三十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（3）kcat/km的意义：V=Vmax[S]Km+[S]∵Vmax=kcat[Et]∴V=kcat[Et][S]Km+[S]当[S]<<Km时，[E]＝[Et]第三十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六是E和S反应形成产物的表观二级速率常数。其大小可用于比较酶的催化效率。kcat/km＝

kcat/km的上限为k1,即生成ES的速率，即酶的催化效率不超过E和S形成ES的结合速率kcat/km的大小可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效率。第三十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（1）Lineweaver-Burk双倒数作图法3、Km与V的求取第三十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第三十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六蔗糖酶米氏常数（Km）的测定1.配12支蔗糖底物溶液，浓度分别为0、0.005、0.00625、0.0075、0.00875、0.010、0.0125、0.015、0.02、0.025、0.0375、0.050M，在35℃水浴保温；2.加入3U/ml已在35℃水浴保温的酶溶液，准确作用5分钟，终止反应；3.各吸取0.5ml反应液与3，5-二硝基水杨酸，沸水浴5分钟，冷却后在540nm测定吸光度OD值；4.作图

第三十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（2）Eadie-Hofstee作图法第三十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六vV[S]Vmax斜率－Km第三十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六

（3）Hanes-Woolf作图法

第三十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六斜率=1/VmKm/Vm-Km[S]/V[S]第四十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六vVmax[S]－3Km－2Km－Km（4）Eisenthal和Cornish-Bowden线性作图法第四十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（三）多底物的酶促反应动力学分为单底物、双底物和三底物反应1.酶促反应按底物分子数分类：第四十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六①有序反应（orderedreactions）领先底物释放释放A和Q竞争地与自由酶结合（1）序列反应或单－置换反应2.多底物反应按动力学机制分类：第四十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六②随机反应（randomreactions）如肌酸激酶使肌酸磷酸化的反应第四十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六AAEPE’PEE’QEQEBB

A和Q竞争自由酶E形式B和P竞争修饰酶形式E’A和Q不同E’结合B和P也不与E结合。(2)乒乓反应或双－置换反应第四十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六3.双底物反应的动力学方程（1）序列机制的底物动力学方程及动力学图——在B的浓度达到饱和时A的米氏常数——在A的浓度达到饱和时B的米氏常数——底物A与酶结合的解离常数——底物A、B都达到饱和时最大反应速率第四十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第四十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（2）乒乓机制的底物动力学方程及动力学图——在B的浓度达到饱和时A的米氏常数——在A的浓度达到饱和时B的米氏常数——底物A、B都达到饱和时最大反应速率第四十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第四十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六

三、酶的抑制作用失活作用：使酶Pr变性而引起酶活力丧失。抑制作用：使酶活力下降但不引起变性。抑制剂：能引起抑制作用的物质。第五十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（一）抑制程度的表示方法V0：Vi：不加入抑制剂时的反应速率加入抑制剂后的反应速率以反应速率的变化表示第五十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六1.相对活力分数（残余活力分数）2.相对活力百分数（残余活力百分数）V0ViViV0第五十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六3.抑制分数——指被抑制而失去活力的分数V0Vi4.抑制百分数ViV0

抑制率第五十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六依据：

能否用透析、超滤等物理方法

除去抑制剂，使酶复活。不可逆抑制与可逆抑制（二）抑制作用的分类第五十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六1、不可逆抑制作用：抑制剂与酶必需基团以牢固的共价键相连很多为剧毒物质重金属、有机磷、有机汞、有机砷、氰化物、青霉素、毒鼠强等。不可逆抑制第五十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂（作用于一/几类基团）专一性不可逆抑制剂（作用于某一种酶的活性部位基团）2、不可逆抑制剂不可逆抑制第五十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六

（1）非专一性不可逆抑制剂①重金属离子

Ag+、

Cu2+、

Hg2+、

Pb2+、

Fe3+高浓度时可使酶蛋白变性失活；低浓度时对酶活性产生抑制。

——通过加入EDTA解除第五十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六

H2N-CH-COOHCH2

SH

H2N-CH-COOHCH2

S-CH2COOHICH2COOHHI②烷化剂（多为卤素化合物）++碘乙酸第五十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六③有机磷化合物（敌百虫、沙林）第五十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六胆碱酯酶OHPOC2H5OC2H5S有机磷农药部分第六十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六胆碱乙酰化酶胆碱酯酶胆碱乙酰胆碱积累导致神经中毒症状第六十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六如何紧急救治？排毒洗胃、喝鸡蛋清牛奶导泄、利尿血液透析（清除游离状态毒物）解毒药：解磷定第六十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六ROOROOROXROO—EP+E—OHP+HX有机磷化合物羟基酶磷酰化酶(失活)酸ROOROO—EP+-CHNOH磷酰化酶(失活)N+CH3-CHNN+CH3OOROOR+E—OH

P解磷定解毒------解磷定(PAM)：第六十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六④有机汞、有机砷化合物——与酶分子中-SH作用；

可通过加入过量巯基化合物解除。第六十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六⑤氰化物、硫化物和CO

——与酶中金属离子形成稳定的络合物如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧化酶结合⑥青霉素（penicillin）与细菌糖肽转肽酶Ser-OH活性，影响细胞壁合成。第六十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（2）专一性不可逆抑制剂

①Ks型具有底物类似的结构——（设计）带有一活泼基团：与必需基团反应（抑制）

∵利用对酶亲合性进行修饰∴亲合标记试剂（affinitylabelingreagent）第六十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六②Kcat型具有底物类似的结构本身是酶的底物还有一潜伏的反应基团“自杀性底物”

第六十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六抑制作用可通过透析等方法除去。原因：非共价键结合可逆抑制竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(non-competitiveI.）反竞争性抑制(uncompetitiveI.)

3、可逆抑制作用：第六十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（1）竞争性（Competitive)抑制第六十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六I：抑制剂（inhibitor）第七十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第七十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六【举例】

丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸琥珀酸第七十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六竞争性抑制第七十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六磺胺类药物的抑菌机制：与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶＋对氨基苯甲酸＋谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸第七十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六利用竞争性抑制是药物设计主要思路磺胺类药抗菌机理：（与对氨基苯甲酸是结构类似物）竞争性抑制细菌叶酸形成，抑制细菌繁殖人通过食物直接补充叶酸，对人无毒害。第七十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六生物碱麻醉—竞争性替代生物碱—吗啡、海洛因、可卡因、尼古丁

吗啡海洛因第七十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六麻醉机理源自—37C医学网痛觉神经信号阿片—鸦片类物质生物碱竞争性替代脑肽—麻醉致幻脑肽(E)控制痛觉信号的释放第七十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六抑制物（2）非竞性（Non-competitive)抑制无法形成产物第七十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六Noncompetitiveinhibition第七十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第八十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六（3）反竞争性（Uncompetitive）抑制第八十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第八十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第八十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六1：反应体系不加I2：体系中加入一定量不可逆抑制剂3：体系中加入一定量可逆抑制剂v123[E](三)可逆和不可逆抑制作用的鉴别第八十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六[E]v不可逆抑制剂的作用[E]v可逆抑制剂的作用[I]→[I]第八十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六(四）可逆抑制作用动力学第八十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六1.竞争性抑制第八十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六消去[ES]第八十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第八十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六第九十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期六斜率斜率第九十一页，共一