生物化学：酶反应动力学

1第四节酶反应动力学

酶反应动力学主要是研究酶反应速度规律及各种环境因素（T、pH、[E]、[S]、激活剂、抑制剂）对酶促反应速度影响的科学。

2单底物、单产物反应酶促反应速度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）时的反应速度研究前提3初速度：在酶促反应最初一段时间内的反应速度。 反应速率下降的原因：

[1]、底物浓度的降低

[2]、酶的部分失活

[3]、产物的抑制

[4]、逆反应速度的增加4一、底物浓度对反应速度的影响51、中间复合物学说（机制）关键在于中间物（过渡态）的形成，中间物稳定性较低。反应物（初始态）中间物（过渡态）产物（终态）E+Sk1k2k3ESE+P米－曼氏方程式6

中间产物机制:通过形成中间产物降低反应 活化能形成中间产物

中间产物7[1]、底物浓度较低时一级反应(firstorder)V=k[S][2]、当S增大时混合级反应(mixedorder)[3]、当S很大时零级反应(zeroorder)V=Vmax酶活性中心被底物饱和反应趋向于极限Vmax。82、米氏方程及推导Michaelis和Menten提出了底物对反应速度影响的数学表达式-----即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelisequation)。9米氏方程的推导（平衡法）：假设条件：

(1)在初速度范围内，产物生成量极少，所以逆反应可以E+PES可以忽略不计

(2)[S]>>[E]，ES形成不会明显降低底物[S]的量

(3)中间复合物ES分解为E+S的速度远大于分解为E+P的速度；在初速度范围内E+SES迅速达到平衡，因此ES复合物分解生成产物的速度不足以破坏E和S的解离平衡][][SKSVvsm+=10稳态平衡米氏方程的推导（稳态法）：11d[ES]/dt=0V=k3[ES]

[E]=[Et]-[ES]ES的生成速率=k1([Et]-[ES])[S]ES的分解速率

=k2[ES]+k3[ES]k1([Et]-[ES])[S]=

k2[ES]+k3[ES] k1[Et][S][ES]=--------------k1[S]+k2+k3反应物（初始态）中间物（过渡态）产物（终态）E+Sk2ESE+Pk1k312

因为V=k3[ES]k3k1[Et][S]k3[Et][S]Vmax[S]V=------------=---------------=----------k1[S]+k2+k3[S]+(k2+k3)/k1[S]+KmKm=(k2+k3)/k113Vmax[S]V=---------[S]+KmVmaxKmVmax那么：V=-------=-----Km+Km2

如果：[S]=Km143、米氏方程的意义（1）Km（米氏常数）∶

酶的特征性常数之一。

一般只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。 不同的酶有不同的Km值，各种酶的Km值大多在10-7-10-1mol/L的区间。

物理意义：使反应速度达到最大速度一半时的底物浓度。即∶使反应系统中有一半的酶分子处于被底物饱和状态时所必须具有的底物浓度。Km的单位是浓度单位(mol/L)。15(a)如果一个酶有几种底物，则对每一种底物各有一个特定的Km值。Km值最小的底物一般称为该酶的最适或天然底物。Km值受温度、pH的影响。因此，Km作为只是对一定的底物、一定的pH、一定的温度条件而言。测定酶的Km值可以作为鉴别酶的一种手段但是必须在指定的实验条件下进行。16（b）Km值的大小可以反映酶与底物的亲和力。

Km值越小表明酶对底物的亲和力越大。（c）Km与Ks值的关系∶

当速度常数k2>>k3时，Km=k2/k1=Ks

Km值实际上是指中间产物ES分解速度与形成速度的比值，而Ks值是指ES的解离常数。1718（2）、关于Vm

Vm是酶的理论最大反应速度，也是一个重要的动力学常数。米氏方程的用途：

[1]、由所要求的反应速度（应达到Vm的百分数）求出加入底物的合理浓度。

[2]、根据已知的底物浓度求出该条件的反应速度。应注意:米氏方程只适用于反应简单的单底物酶促反应。

19（3）Ｋm值与Ｖm值的测定双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法Vmax[S]Km+[S]V=（林－贝氏方程）两边同取倒数20二、酶浓度对反应速度的影响

当[S]＞＞[E]，酶反应速度与酶浓度之间存在线性关系。V=k[E]

这在生产上很有用，用酶量来控制生产时间。21三、pH对酶促反应速度的影响∶最适pH（optimumpH）22pH对酶促反应的影响：[1]、酶活性中心基团的解离和酶的构象。[2]、影响底物的解离。[3]、影响酶分子的稳定性使酶失活。0酶活性pH胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶24681023四、温度对酶促反应的影响∶

酶活性0.51.02.01.50102030405060温度ºC24温度对酶促反应速度的影响有两方面∶[1]、同一般的化学反应一样，温度升高，速度加快（一般用Q10表示）。[2]、温度高于一定温度时蛋白质变性，速度降低。

最适温度(optimumtemperature)不是酶的特性物理常数，它也不是一个固定值。它受反应时间、酶浓度、底物浓度等因素的影响。25*酶的热稳定性(heatstability)：

在一定条件下，不使酶变性或极少变性的温度和温度范围。*低温的应用26五、激活剂对酶促反应的影响

凡是能提高酶反应活性的物质都称为激活剂(activator)。激活剂无机离子小分子有机物金属离子：K+、Na+、Mg+、Zn+、Fe+、Ca+阴离子：Cl-（唾液淀粉酶）EDTA：解除重金属对酶的抑制半胱氨酸、谷胱甘肽27酶的抑制：

一些化学物质对酶蛋白或其辅基的直接作用，使酶活力下降，但并不引起酶蛋白变性的作用。

抑制剂：某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能使酶分子上某些必需基团（主要指酶活性中心的一些基团）发生变化，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速度降低，能引起这种作用的物质称为抑制剂（inhibitor）。六、抑制剂对酶反应速度的影响酶的失活(inactivation)：

可使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。28抑制作用的类型：不可逆抑制作用(irreversible)： 可逆抑制作用(reversible)

：

可逆抑制非竞争性抑制(noncompetitiveinhibition)竞争性抑制(competitiveinhibition)反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)29

1、不可逆抑制作用(irreversibleinhibition)：

这类抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶蛋白中的基团结合而使酶失活，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂，而恢复酶活性。 如∶有机磷、砷、汞等重金属。

举例

有机磷化合物

羟基酶 解毒------解磷定(PAM)

重金属离子及砷化合物

巯基酶 解毒------二巯基丙醇(BAL)

30

有机磷化合物对羟基酶（胆碱酯酶）的抑制31路易士气失活的酶巯基酶失活的酶酸BAL巯基酶BAL与砷剂结合物砷化合物对巯基酶的抑制32

2、可逆抑制作用(reversibleinhibition)

：

这类抑制剂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；可用透析法除去抑制剂，恢复酶的活性。

可逆抑制非竞争性抑制(noncompetitiveinhibition)竞争性抑制(competitiveinhibition)反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)33（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。34竞争性抑制35*特点抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及［I］；I与S结构类似，竞争酶的活性中心；动力学特点：Vmax不变，表观Km↑。36（2）.非竞争性抑制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。

37非竞争性抑制38*特点抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合；抑制程度取决于［I］动力学特点：Vmax↓，表观Km不变39（3）.反竞争性抑制抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使ES的量下降。40反竞争性抑制41*