生物化学第章酶促反应动力学

第9章酶促反应动力学一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度对酶反应的影响五、pH对酶反应的影响六、激活剂对酶反应的影响(kineticsofenzyme-catalyzedreaction)

研究酶促反应动力学的意义

酶促反应动力学是研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学。在研究酶的结构与功能的关系以及酶的作用机制时，需要动力学提供实验证据；为发挥酶催化反应的高效率，寻找最有利的反应条件；为了解酶在代谢中的作用和某些药物的作用机制等，都需要掌握酶促反应速率的规律。

二、底物浓度对酶反应速率的影响酶反应速率对底物浓度作图中间复合物学说

为了解释这个现象，Henri和Wurtz提出了酶－底物复合物学说。该学说认为，当酶催化反应时，酶首先与底物结合，生成酶－底物复合物，然后生成产物，并释放出酶。反应用下式表示：

S+EES→P+E

酶底物中间复合物存在的证据电子显微镜和X光衍射直接观察到酶与底物的复合物。酶与底物结合后光谱发生变化。溶解度或热稳定性在加入底物后发生变化。分离到了酶底物复合物。超离心沉降过程中，可观察到酶和底物共沉降的现象。平衡透析时，观察到底物在半透膜两侧浓度不相同(半透膜的一侧有酶，另一侧无酶，有酶一侧底物浓度高于无酶一侧)。

（1）平衡学说（Henri，Michaelis和Menten方程）

1902年Henri和Brown提出了酶催化的反应机理

1913年Michaelis和Menten完善了这个理论，他们认为酶反应的第一步是快速可逆的平衡，第二步慢，为限速反应。平衡学说推导反应速度方程的假设前提

在推导动力学方程时，有几点假设：①第一步迅速平衡，第二步慢，即

k3<<k

2

。②[S]>>[E]，[S]>>[ES]。③酶以E和ES两种状态存在。

根据平衡学说推导速度方程设Vf为E与S结合的速度，Vr为ES解离的速度，则Vf＝k

1([E]0－[ES])([S]－[ES])

Vr＝k

2

[ES]

∵平衡时Vf＝Vr

∴

k

1([E]0－[ES])([S]－[ES])＝k

2

[ES]又∵

[S]>>[ES]

∴[S]－[ES]≈[S]根据链平衡永学说兆推导意速度首方程k1(亦[E幅]0－[E鱼S]捷)单[卧S]＝k2[E揉S]解出[ES只]得令，则根据沿平衡查学说厨推导疫速度秤方程由于V碌=瘦k3[E笨S]，代入宴前式得因为蹄当所撤有的E都成壶为ES时，舅可达未最大抬反应械速度妄，即Vm=鞋k3[E秒]0，所以这就销是米碰氏方给程。米氏兆方程米氏慢方程笋是一召个双从曲线芦方程逃，若旺以[S必]为自芽变量观，V为因观变量君，可仆以作滨出双舞曲线汽，与祥实验欲测得伙的结挨果相包符。（2）稳殃态理承论19并25豆年，Br哄ig曲gs和Ha波ld曾an蜜e提出拔了稳赔态（st驰ea上dy名s似ta触te漆）理论担，对鸦米氏温方程云做了伟一项蜓很重前要的蒙修正耍：在陈反应页式中症，k3值不羽小，朗后一似步骤届不是昼限速栗步骤云。所谓畏稳态鸦是指沙反应拥进行德一段中时间吸后，或系统胃中的误酶－键底物汁复合竖物浓哑度由耻零逐芹渐增触加到垦一定反数值酱，然利后保逗持不仰变，同即处叉于稳厕态水票平，此时ES的解射离和稿分解途速率怎之和丙等于ES的形喘成速递率，根据锣稳态挽学说勇推导恢速度榆方程产生[E父S]的速甩率消耗[E距S]的速铸率稳态宪时所以根据妥稳态怕学说淡推导旋速度涨方程移项旗得令，代联入上桌式得将上岛式中暴的[E台S]解出揭得此[E夜S]即为母稳态摄时的驻复合停物浓伙度。根据坊稳态崭学说浸推导伟速度纹方程因为北酶反迎应速屿率与[E灯S]成正婆比，气即所以又因究为当安所有口的酶邻都与装底物镜结合排形成建复合醋物时谁，反鞋应速秀率达倾到最衬大，冬即银，代属入上反式得（稳梅态法粥）（快何速平迎衡法罪）两个总米氏戴方程士的区庸别这两球个方克程的狮区别叔就在旺于快陈速平招衡法杆推导猾的方敌程中睁米氏哗常数求是Ks，而淡稳态驱法推壮导的域米氏娘方程逃中米红氏常激数是Km。Ks是[ES]的解触离平家衡常疯数米氏幻玉方程烧的几篇个特虾点从米穿氏方棚程中点可以挑看出张：当[S]拢<<今Km时，颈，反克应速犁率与忽底物纹浓度香成正寻比，乖属一太级反钢应；当[S]肾>>饶Km时，波，反隐应速喝率达兽到最祸大，针并与糊底物须浓度近无关宿，属筹零级群反应胶；当[S]族=粥Km时，奇，所惨以，Km的意设义是迹使反影应速泳率达还到最忌大反嚷应速凳率一既半时剖的底极物浓晕度。米氏匆方程旦曲线米氏裹常数字的意棕义①Km是酶煮的特胶征性恒常数滤，其逃单位慕是浓柜度单件位。露在一哑定的醒反应夕条件蔽下，值对于复一定敲的底小物，Km是定区值。②Km可以牺判断臣酶的饰天然棋底物翅。有昼些酶匙可以带作用粥于几窜个底页物，确其中Km最小盲的底残物是颠天然持底物讽。③畏当k3<<像k2时，Km=您Ks，可以垒作为悔判断番酶与踩底物誉亲和民力的查指标晨，Km越小遣，酶与底答物的哑亲和挨力越错大。④段根据Km值，朗可以译计算鹅出在弯某一伴底物胁浓度美下，竹反应老速率毁是最省大反衬应速修率的买百分顿之多杯少。⑤根据箩细胞岔内酶锣反应拐正反陵两方抢面的弦底物豆浓度己，以称及两眠方面锋的Km值，兼可以耕推测杨细胞浊内代倒谢的累方向址。米氏许方程[S积]与V/Vm的关掠系当[S究]=夺10增Km时，V=稠0.莲91裙Vm当[S息]=穷0.判1Km时，V=瞎0.泡09甩1Vm反之碑，可您以计钢算出粘要达得到一逗定的奶最大窗反应轻速率滤的分被数，锯需要安加多外少底耍物。（见P3袍60表9-朱2）Vm和k3的意误义在一载定的反应进条件映下，Vm与酶量浓度躬成正栋比。离当[S]忽>>存Km时，V湖=逼Vm=扔k3[E贴]0，此时领对底绣物来或说是熊零级汽反应甚，对五酶来浩说是去一级竭反应苏，k3是一缸级反好应速宪率常坐数，k3表示优当酶乱被底迟物饱勿和时交每秒滨钟每稳个酶谷分子萌转换斤底物裤的分犁子数韵（又却称为幸转换纲数）疑，这俘时的k3又可召以写结成kca姥t，kca擦t越大矛，说抓明酶的催胀化效计率越差高。kca晓t/Km的意案义Kca干t/Km表示果酶的帝催化喂效率紫，Kca写t/Km越大竿，催尽化效持率越费高。睡，其互最大唇值极利限是k1，而k1是酶临与底挂物结糠合的俘速率插常数历，此卵常数租受到绵底物纤在溶术液中木扩散窜速度洗的影屠响。作图携法求Km和Vm值（Li雾ne默we现av娱er-B桶ur尽k双倒茅数作岭图法宏）将米序氏方腊程两册边取份倒数杂得在一抽系列纪[S]下测欢出相扣应的村反应言速率v，以对叙作图效，可倦得出Km和Vm值。米氏映方程涌的双烫倒数梨图多底续物的轨酶促纠反应捎动力斧学（酶促关反应查按底踏物分阀子数锁的分春类）底物数酶分类催化反应酶种类占总酶百分数单底物单向单底物假单底物异构酶裂合酶水解酶ABAB+CA-B+H2OAOH+BH5%12%26%双底物氧化还原酶转移酶AH2＋BA+BH2A2++B3+A3++B2+A+BXAX+B27%24%三底物连接酶A+B+ATPAB+ADP+PiA+B+ATPAB+AMP+PPi6%多底效物反馅应按拣动力缝学机元制分挨类（序列理反应）底物寻的结兆合和肃产物盒的释蛙放有醒一定炼的顺桶序：E+碰A+贩B→杰EA淹B→饿EP踩Q→煮E+埋P+句Q产物辜不能化在两逼种底敲物都缺结合论之前飘释放阀。这协类反凭应又出可以摆分为舍两种觉类型栽。有序鲁反应（or铺de后re池d粱re属ac搂ti珍on）其中P是B转变购的产紫物，Q是A转变饿的产担物。如脱辞氢酶财的辅晃酶NA默D(峡P)+相当歉于A，NA帮D(早P)愈H相当肥于Q。随机姿反应（ra什nd驼om蒙r贺ea秋ct狡io立n）如肌院酸激唤酶催椒化肌介酸与AT汽P反应绳生成汉磷酸毅肌酸爽和AD楼P。乒乓驱反应（pi边ng弟p美on孩g帽re碍ac李ti瞒on）如转桥氨酶免催化梢转氨别反应梅：氨基诸酸1＋酮酸2——→酮酸1＋氨基谜酸2A升B赛P乱Q三、塞酶的穿抑制灯作用因酶惹蛋白唐变性阀而酶恢活力孔丧失球称为鞠酶的拒失活门作用滩，而喇因为边某种蛙物质魔与酶嫌结合池使酶宴活力孝丧失即称为亦酶的洗抑制阵作用范，酶血受抑虾制丧捏失活普力时口酶蛋免白并牺没有为变性球。能饰抑制坦酶活泪力的滚物质系称为临酶的绳抑制僻剂（in渣hi血bi户to途r）腊。研究岗酶的蜘抑制碍作用霜是研倦究酶僚的结嘉构和时功能姻、酶沿的催宵化机也制，霉以及袖阐明摇代谢越途径治的基蹲本手椒段，次也可投以为颠医药赛设计症新药全物和线为新胞农药予的研默制提登供理晚论依扒据。抑制附程度筑的表奋示方怪法（1）相忆对活咏力分存数（哥残余煮活力倒分数概）（2）相满对活巴力百幸分数剪（残索余活唯力百券分数宵）（3）抑册制分营数（兄被抑渣制而窑失去除活力娘的分色数）（4）抑师制百锅分数抑制莫作用痒的类特型1．不磁可逆格抑制永作用驻（ir境re欺ve跨rs追ib企le油i公nh量ib到it驾io膜n）抑制辰剂与管酶活埋性中休心的次基团相以共课价键扁结合富，不乘能用奶透析构、超京滤、鞋凝胶保过滤杜等物棒理方别法去拌除。2．可刷逆抑饰制作干用（re倒ve额rs俩ib愤le吃i闭nh模ib吉it熊io赔n）抑制劝剂与须酶活令性中揭心的筝基团狼以非集共价无键结配合，消可以以用透依析、圣超滤领、凝歪胶过搂滤等糠物理乒方法替去除阿而使馅酶恢漠复活偿力。可逆份抑制棍作用疏的3种类箩型（1）竞只争性归抑制先（co步mp戚et保it遭iv盟e扯in戒hi赢bi代ti摩on垒）I和S竞争袜与酶蝴的活播性中琴心结跳合，害二者羽只能箭结合洞一个辜。竞药争性死抑制门剂通甘常是霞底物惠类似仁物，龙它可搭以与油酶结揉合，肺但不据能被再酶催甘化发矩生反附应。竞争押性抑姨制剂号举例可逆菠抑制蚁作用锦的3种类默型（2）非羊竞争尊性抑腹制（no攻nc切om咸pe齐ti鲜ti腥ve酿i画nh王ib滩it风io伸n）I与S可以疑分别浩与酶花结合棍，谁去先结伴合都缠可以拳，形得成ES夕I三元果复合君物，城但ES从I中的S不能缓转变剑成产耐物。辱这类抑制咏剂是维与酶器活性肺中心脾之外鸽的某叙个部驼位结劫合。竞争惯性和叼非竞蛛争性等抑制酬剂的近抑制托机理可逆盯抑制烧作用彼的3种类米型（3）反拢竞争盘性抑笨制剂管（un蝴co偏mp互et劲it阔iv写e时in束hi昌bi购ti轨on）I只与ES结合第，只稍有ES能分怜解出落产物乔，ES魄I中的S不能典转变斑成产嘉物。逐由于I的存圆在促它进了E和S的结古合，丝式所以捉称为侧反竞误争性叶抑制圈。ES啄+横I植→姓E称SI刮—炊—→P很+签E屠+统I×可逆课抑制稳作用绸和不晌可逆扮抑制叛作用妥的动签力学嗽鉴别①在反奥应系磁统中田加入还一定撞量的究抑制巩剂，拿以及渡不同恒量的线酶，消测定甚反应叛速率妹与酶隙量的陕关系肾。斜宰率较誓小的隐直线骄是可滑逆抑搜制剂妄，不绞通过券原点猎但斜督率与惜对照持相同辰的是检不可慢逆抑董制剂折。1.co扯nt俱ro金l2.丛irr欧ev滴er捎si骑bl伯e插in弦hi炎bi银to暴r3.渴r慌ev邀er泛si巡寿bl饮e政in撑hi和bi爷to型r可逆屈抑制姥作用兄和不遣可逆幼抑制披作用廉的动揉力学末鉴别②在反杰应系援统中津加入这不同害量的斗酶及越抑制杰剂，调作不渡同抑恒制剂腾浓度时下反壮应速替率对陪酶量烛的直匙线。销可逆垒抑制买剂得织到的规是一讽组通播过原魔点但那斜率由不同俊的直方线，资不可祥逆抑俗制剂免得到刺的是她一组拒不通徐过原偷点但习斜率雅与对惠照相晴同的息平行枝线。一些面重要故的不术可逆盆抑制饥剂（1）非近专一享性不烧可逆像抑制垄剂①序有机血磷化纲合物②侵有机用汞、晋有机等砷化宰合物③米重金评属盐④唱烷化旺试剂⑤退氰化输物、驶硫化以物和CO⑥青霉警素（2）专示一性嘴不可迹逆抑稿制剂①Ks型不亭可逆枕抑制氏剂②Kca偷t型不搞可逆得抑制震剂有机垂磷化毁合物很多疮农药斤是有蝇机磷穷化合掉物，橡它们度能抑考制某顺些蛋咱白酶挎及酯鼻酶的模活力杆，与政酶分同子活喜性部变位的惜丝氨惯酸羟匪基共骄价结酱合而苹使酶歌失活咳。这搂类化俗合物姑强烈锅地抑瘦制胆衣碱酯道酶活油力，睡使乙妇酰胆竞碱不纱能水团解成格乙酸贫和胆止碱，零导致河乙酰否胆碱腔积累职，引为起神榴经中肉毒症依状。船所以么这类水化合疑物又蝴称为帆神经顾毒剂侦。用她解磷次定（刃碘化菠醛肟职甲基祝吡啶伶）或犯氯磷独定（昂氯化时醛肟待甲基厚吡啶串）能似把酶刮上的济毒剂黄夺取卸下来丛，使用酶恢掌复活您力，框达到冻解毒驼的作拒用。有机冻磷化桥合物解磷遣定的毁解毒呼机理有机掠汞化汪合物有机永汞化味合物哭能与毛酶的举巯基啦结合且而使缠酶失政活。过量倘的半年胱氨醉酸或输还原霉型谷圈胱甘织肽能解足毒。有机避砷化愁合物有机锐砷化宋合物袄能与协酶的刘巯基塔结合看而使秤酶失极活。BA蹈L（二巯树基丙选醇）全能解摸毒。路易沈斯毒柔气为了块六十响一个妨阶级昼兄弟重金翅属盐Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Fe3+在高恒浓度夫时能疮使酶弃蛋白沙变性读，低叔浓度雅时抑识制某践些酶饰的活舍力。榜可用奴金属寻螯合尊剂ED倒TA、半胱孝氨酸稿等螯过合除节去重显金属酬离子棵。烷化爆试剂号含有锯一个榜活泼锹的卤圈素离越子，尖能够计修饰胳酶分强子中旋的许隶多基颜团，壁如巯靠基、秩氨基乏、羧厘基、音咪唑跟基及蚁硫醚韵基等伙。烷化停试剂氰化交物、劝硫化隔物和CO氰化工物能犹与细商胞色狗素氧忠化酶路中的Fe2+结合翻，使绞酶失使活不耀能呼援吸。CO与血两红蛋撤白结就合阻呢止氧否运输渔。硫令化物扯能与句多种千含金气属的红酶形胁成较为纳稳定蛮的络更合物指，使从酶失痒活。糖肽丙转肽眨酶在宗细菌跨细胞资壁合辫成中悼使肽胀聚糖币链交缴联。下青霉灶素与支糖肽够转肽佩酶的乔丝氨谋酸羟协基结扁合，尼使细攻菌细补胞壁副不能港合成炮。青霉材素青霉到素的壁抗菌派机理Ks型不津可逆掀抑制主剂此类输抑制绘剂结夫构与书底物显类似替，并友带有挂高反鸟应性糊基团娇，与缸酶活激性部植位结姻合后霉，修朗饰活键性部个位的馒基团借使酶乔失活悠。主蛇要修占饰活踪蝶性部林位，颤其它尾部位与也可鼓能修显饰。胰蛋廊白酶拉的人滥工底赚物胰蛋抬白酶与的Ks型抑造制剂Kca山t型不榆可逆想抑制开剂此类抓抑制院剂不阁但结骑构与方底物吉类似挎，而百且需与要经青酶催笋化反情应后误才产浪生高扩反应电性基姿团，偷比Ks型不澡可逆限抑制棍剂专世一性艇更强升。β-卤代锤-D-丙氨达酸带磷俭酸吡耽哆醛丙氨阳酸消逼旋酶可逆守抑制的剂（底物涨的类脚似物）合成伶叶酸训的组井分磺胺哗药物冻竞争准抑制创二氢拢叶酸荷合成堆酶的型活性蝶呤帅对醋氨基舟苯甲工酸罢谷氨等酸叶酸（磺饲胺药腾物）可逆助抑制璃剂（过渡启态底海物类旦似物）过渡吹态底烈物类踩似物膏抑制快力更聪强，圣因为挖酶对阳过渡扛态底撕物的耽亲和稀力比辛对底耳物的坦亲和核力强蚂得多春。多种收酶催川化反灵应时伏的过蛙渡态宵底物过渡突态底孤物类健似物可逆厨抑制超剂（过渡走态底浴物类株似物）可逆毅抑制索剂（过渡火态底盈物类递似物）四、扣温度缺对酶遥反应鼠的影危响在较疾低温贝度范坚围内伐，酶呼反应义速率卸随着这温度雪的升烘高而旗增加覆，当挑温度袜高到绳一定狐程度逮时，狗酶开盈始变腰性失护活，绩反应李速率剖反而掉下降晶。所匪以对律于酶枣反应姨来说鸭，有扇一个狸最适堪反应财温度填。一馒般来晃说，盐动物戴细胞掘内酶绸的最赔适反聪应温则度在点35与～4备0℃扔，植卫物细抹胞中镜的酶芝可达虑40健～5跪0℃喂，也虑有一畏些生绞长在拼堆肥擦、温漂泉中吸的微勿生物狂酶的岸最适绢温度怜更高缝，如Ta洞q苏DN楼A聚合辉酶的漫最适迟温度春可高协达7厕0℃音。需要绿注意奋的是刷，最费适温慎度值不革是酶曾的特夜征性盗常数唯，此豪值随防着反毁应时帖间的榴延长施而有券所下乐降。温度惊对酶膀反应优速率柄的影站响五、pH对酶贝反应菜的影扛响酶的汪活力领受环煤境pH的影萌响，骡存在占一个诊最适尿反应pH沟。