第四节酶促反应动力学

第四节酶促反应动力学Kinetics

ofEnzyme-Catalyzed

Reaction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(Michaelis

equation)[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximum

velocity)Ｋm：米氏常数(Michaelis

constant)Vmax[S]mV＝K +

[S][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，提出了恒态的概念。E

+

SES E

+

Pk1k2k3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，达到恒态。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

+P ES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+

Sk1k2k3ES E+

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+K3m＝

K

（米氏常数）令：K1则(2)变为: ([Et]－[ES])

[S]

＝Km

[ES](2)([Et]－[ES])[S]

＝

K2+K3[ES]K1整理得：E+

Sk1k2k3ES E+

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：maxV

[S]Km

+

[S]V＝

────K3[Et][S]Km+

[S](4)────将(3)代入(1)

得

V＝V＝k3[ES](1)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。2Km

+

[S]VmaxVmax[S]＝VmaxKm值的推导当反应速度为最大反应速度一半时V[S]KmVmax/2Km的意义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；Km可近似表示酶对底物的亲和力；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28棉子糖3206-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

(double

reciprocal

plot)

，又称为

林-

贝氏(Lineweaver-Burk)作图法Vmax[S]V

=（林－贝氏方程）1/V=KmVmaxmax1/[S]

+

1/VKm+[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最适温度酶活性pHpH对某些酶活性的影响胃蛋白酶

淀粉酶胆碱酯酶木瓜蛋白酶四、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

(irreversible

inhibition)可逆性抑制

(reversible

inhibition)：竞争性抑制(competitive

inhibition)非竞争性抑制(petitive

inhibition)(一)

不可逆性抑制作用概念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。举例有机磷化合物

fi

羟基酶解毒------解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物

fi

巯基酶解毒------二巯基丙醇(BAL)R

OR'

OPOX+HO

ER

OR'

OPOOE+HX失活的酶酸有机磷化合物

羟基酶（如：胆碱酯酶）R

OR'

OPOO

ER

OR'

OPOONN

CHCH3+CH

NOH+ HO

E+CH3N+解磷定ESSAsCH

CHCl

+CH2SHCHSHESHSH+CH2SCHSCH2OHAsCH

CHClClClAs

CH

CHCl+ESHSHES+2HCl路易士气失活的酶巯基酶As

CH

CHClS失活的酶酸CH2

OHBAL巯基酶

BAL与砷剂结合物（二）可逆性抑制作用*概念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。*类型竞争性抑制

非竞争性抑制１.

竞争性抑制作用抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。++E

S+E

IESEP+IEIEIE

+

S

ES E

+

P特点I与S结构类似，竞争酶的活性中心；抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；动力学特点：Vmax不变，Km增大。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H2N

COOHH2N

SO2NHR磺胺类药物抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系，但酶－底物－抑制剂复合物不能进一步释放出产物。2.

非竞争性抑制+EIEESEPE+P+

S—

S+

S—

SE+S+IEI+SEISESIES+I*特点抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；抑制程度取决于抑制剂的浓度；动力学特点：Vmax降低，Km不变。五、激活剂对反应速度的影响等）；阴激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。主要的激活剂有：无机离子金属离子（

Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+离子（

Cl-、Br-、I-、CN-）；氢离子。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。V=

dP

/

dt

=

-

dS

/

dt六、酶活性测定和酶活性单位酶活性的计量：EC

1961年规定：在指定的条件下，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）。１催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使１mol/L底物转化为产物所需的酶量。kat与IU的换算： 1

IU=16.67×10-9

kat1

Kat=6×107IU比活力（specific activity）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。分为竞争性和非竞争性，竞争性抑制作用是最常见的一种抑制作用。♫非竞争性抑制作用是指抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合