第10章 酶促反应动力学

研究内容：反应速率、影响其速率的因素第10章酶动力学

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、有关化学动力学概念化学热力学化学动力学（一）基元反应和化学计量方程（二）化学反应的速率方程基元反应瞬时速率：基元反应速率方程：

（三）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

反应级数：速率方程中反应物浓度的指数或指数和。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（四）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=kcC0C0/20t½[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。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E+SESP+Ek1k2k3二、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忽略这步反应三、底物浓度对酶反应速率的影响（一）底物浓度对酶反应速率的影响（文字描述）1、底物浓度低时，反应速率与底物成正比，为一级反应。2、底物浓度较高时，反应速率随底物浓度升高而增加，但不成正比，为混合级反应。3、底物浓度达到某一恒定值时，反应速率达到最大，不在增加。为零级反应。（二）反应速度与底物浓度关系的数学方程式——米氏方程（方程描述)ＶVmax[S]Km+[S]＝──[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)

关于米氏方程的推导与发展？（了解）E+SESP+Ek1k2k3Km=

k2+k3k1米氏常数稳态时ES浓度不变反应速度：V0=k3[ES](Ⅲ)最大反应速度：Vm=k3[Et](Ⅳ)ES的生成速度=消耗速度k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES](Ⅰ)E的质量平衡方程[E]=[Et]-[ES](Ⅱ)E+SESP+Ek1k2k3E+SESP+Ek1k2k3V=V0[S]Km+[S]Km=

k2+k3k1米氏常数

a.当[S]很小时V=V[S]/Km一级反应米氏曲线b.当[S]很大时V=V[S]/[S]=V0级反应混合级（三）米氏曲线（图形描述）（四）动力学参数的意义1、米氏常数Km的意义Km＝[S]（1）定义：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（四）动力学参数的意义1、米氏常数Km的意义（2）意义：对于简单的二步反应，Km的意义是真实解离常数；对于多步反应，Km的意义是表观解离常数。

其它：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32.0②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E+SESP+Ek1k2k3④Km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（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（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]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（催化效率指数、专一性常数）。（1）Lineweaver-Burk双倒数作图法（五）Km与Vm的求取林-贝氏方程（2）Eadie-Hofstee作图法vV[S]Vmax斜率－Km四、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：①有序反应（orderedreactions）先导底物释放释放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：②随机反应（randomreactions）如肌酸激酶使肌酸磷酸化的反应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（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五、影响酶促反应速率的其它因素

（一）pH对酶反应的影响最适pH时的酶活力最大最适pH因酶而异，多数酶在7.0左右是酶的特性之一，但不是特征常数pH最适pHv影响原因：

过酸过硷导致酶蛋白变性

影响酶分子解离状态、影响酶的活性中心构象

影响底物分子解离状态（二）温度对酶反应的影响影响：1、在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快。2、在达到最适温度以后，反应速度随温度升高而下降。原因：温度升高，活化分子越多，反应速度快；当温度过高，酶变性，反应速度下降。几个概念：

温度系数：最适温度：

酶的最适温度不是一个固定不变的常数。最适温度动物酶

35~40℃植物酶40~50℃微生物大部分

40~50℃个别高温菌90℃以上（三）激活剂对酶反应的影响定义：凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator）类别

金属离子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+、Co2+、Fe2+阴离子：

Cl-、Br-

有机分子还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金属螯合剂：EDTA六、酶的抑制作用抑制剂：使酶促反应速率减慢或完全停止的物质。抑制作用：抑制剂与酶的必需基因结合，而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的效应。（有选择性）失活作用：使酶Pr变性而引起酶活力丧失。无选择性。（一）抑制作用的概念1、概念2、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1.相对活力（残余活力分数）ViV02.抑制分数指被抑制而失去活力的分数V0Vi研究意义：研究酶的作用机理确定代谢途径研制杀虫剂、药物

不可逆抑制与可逆抑制（二）抑制作用的类型抑制作用可通过透析等方法除去。原因：非共价键结合根据抑制剂与底物的关系竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(non-competitiveI.）反竞争性抑制(uncompetitiveI.)

1、可逆抑制：

竞争性抑制作用【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。反竞争性抑制作用非竞争性抑制作用2、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。应用举例有机磷化合物（敌百虫、沙林）乙酰胆碱酯酶OHPOC2H5OC2H5S有机磷农药部分