生物化学第9章酶促反应动力学

1、第9章：酶促反应动力学，1。化学动力学基础，2。底物浓度对酶促反应速率的影响。酶的抑制，4。温度对酶促反应的影响。活化剂对酶促反应的影响，是研究酶促反应速率和影响酶促反应的各种因素的科学。在研究酶的结构和功能与酶的作用机理之间的关系时，动力学必须提供实验依据；为了充分发挥酶催化反应的高效性，寻找最有利的反应条件；为了了解酶在代谢中的作用和某些药物的作用机理，有必要掌握酶反应速率的规律。第二，底物浓度对酶反应速率的影响，酶反应速率对底物浓度的映射，以及中间复合物理论。为了解释这一现象，亨利和伍尔兹提出了酶-底物复合物理论。根据这一理论，当酶催化反应时，酶首先与底物结合形成酶-底物复合物，然后产生

2、产物并释放酶。该反应由下式表示：，酶底物中间复合物存在的证据，通过电子显微镜和x射线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。加入底物后溶解度或热稳定性发生变化。分离酶底物复合物。在超离心沉淀过程中可以观察到酶和底物的共沉淀。在平衡透析过程中，半透膜两侧观察到不同浓度的底物(半透膜一侧有酶，另一侧没有酶，有酶一侧的底物浓度高于无酶一侧)。(1)平衡理论，(亨利、米切里斯和门登方程)，亨利和布朗在1902年提出了酶催化的反应机理，米切里斯和门登在1913年完善了这一理论。他们认为酶反应的第一步是快速的可逆平衡，第二步是缓慢的限速反应。在推导动力学方程时有一些假设：第一步是快速

3、平衡，第二步是慢速平衡，即k3 E，S ES。酶存在于E和ES状态。根据平衡理论，推导出速度方程，Vf是e与s结合的速度，Vr是ES离解的速度，那么VF=k1(e0-ES)(s-es)VR=k2esVF=VRk1(e0-es)(s-es)=k2在平衡K1 (e 0-ES) s=k 2 ES中可以求解es，所以，根据因为V=k 3 ES，所以前一个公式被替换，因为当所有E变成ES时，可以达到最大反应速度，即，Vm=k 3 E0米切里斯方程，米切里斯方程是双曲方程。如果把S作为自变量，把V作为因变量，就可以作出双曲线，这与实验结果是一致的。1925年，布里格斯和霍尔丹提出了稳态理论，对米氏方程作了

4、非常重要的修正：在反应式中，k3不小，后一步不是限速步骤。所谓稳态是指酶-底物复合物在体系中的浓度经过一段时间的反应后从零逐渐增加到一定值，然后保持不变，即处于稳态水平。此时，胚胎干细胞的解离和分解速率之和等于胚胎干细胞的形成速率。根据稳态理论，导出了速度方程，消耗了ES的速度。因此，根据稳态理论，导出了速度方程。根据稳态理论，推导出速度方程，因为酶的反应速率与ES成正比，即当所有酶与底物结合形成复合物时，反应速率达到最大值，即，(稳态法)，(快速平衡法)，两个米氏方程的区别，这两个方程的区别在于用快速平衡法推导出的方程中的米氏常数为Ks，而用稳态法推导出的方程中的米氏常数为Ks。，Ks是ES

5、的离解平衡常数，从米氏方程中可以看出米氏方程的几个特征：当S Km时，反应速率达到最大，与底物浓度无关，属于零级反应；当S=Km时，Km表示反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。米氏方程曲线，米氏常数的含义， Km是酶的特征常数，其单位是浓度单位。在特定的反应条件下，Km是特定底物的常数值。 Km可以判断酶的天然底物。有些酶可以作用于几种底物，其中Km最小的底物是天然底物。当k3 Km时，V=Vm=k3E0，这是底物的零级反应和酶的一级反应。k3是一级反应速率常数，k3表示当酶被底物饱和时，每秒每个酶分子转化底物的分子数(也称为转化数)。此时，k3可以写成kcat。kcat越大，酶的催化效

6、率越高。kcat /Km，Kcat /Km表示酶的催化效率，Kcat /Km越大，催化效率越高。最大极限是k1，这是酶和底物结合的速率常数，这个常数受底物在溶液中的扩散速率的影响。Km和Vm的值是用作图法(Linewaver-Burk双倒数作图法)计算的，相应的反应速率v可以在一系列S下通过取米切里斯方程两边的倒数来测量，Km和Vm的值可以通过作图得到。米氏方程的双倒易图、多底物酶促反应动力学、(酶促反应根据底物分子数分类)、多底物反应根据动力学机理分类(序贯反应)，底物的结合和产物的释放有一定的顺序：在两种底物结合之前，不能释放出E A BEABEPQE P Q产物。这种反应可以分为两种类型

7、。有序反应，其中p是b变换的产物，q是a变换的产物。例如，脱氢酶的辅酶NAD(P)相当于A，而NAD(P)H相当于Q，随机反应，如肌酸激酶催化肌酸与三磷酸腺苷反应生成磷酸肌酸和磷酸腺苷。乒乓反应、例如，转氨酶催化的氨基转移：氨基酸1酮酸2 酮酸1氨基酸2，氨基酸3。酶的抑制。酶蛋白变性导致的酶活性丧失称为酶失活，而某些物质与酶结合导致的酶活性丧失称为酶抑制。能抑制酶活性的物质称为酶抑制剂。研究酶的抑制作用是研究酶的结构和功能、酶的催化机理以及阐明代谢途径的基本手段。也为新药设计和新农药开发提供了理论依据。抑制度的表达方法，(1)相对活性分数(剩余活性分数)，(2)相对活性百分比(剩余活性百分比

8、)，(3)抑制分数(抑制和失去活性分数)，(4)抑制百分比，抑制类型，1。不可逆抑制抑制剂通过共价键2与酶活性中心基团结合。可逆抑制抑制剂通过非共价键与酶活性中心结合，可通过透析、超滤、凝胶过滤等物理方法去除，恢复酶活性。可逆抑制有三种类型。(1)竞争性抑制)碘和硫竞争结合酶的活性中心，它们只能结合一个。竞争性抑制剂通常是底物类似物，可以与酶结合，但不能被酶催化。竞争性抑制剂的例子包括三种可逆抑制。(2)非竞争性抑制和S可分别与酶结合，两者均可先结合形成ESI三元复合物，但ESI中的S不能转化为产物。这种抑制剂结合在酶活性中心之外的某个位置。竞争和非竞争抑制的抑制机制，以及三种类型的可逆抑制。

9、(3)非竞争性抑制)我只与es结合，只有ES能分解产物，而ESI中的S不能转化为产物。因为I的存在促进了E和S的结合，所以它被称为反竞争抑制。ESESI PE，可逆抑制和不可逆抑制的动力学识别：向反应体系中加入一定量的抑制剂和不同量的酶，测定反应速率与酶量的关系。斜率较小的直线是可逆抑制剂，不通过原点但斜率与对照相同的直线是不可逆抑制剂。1。控制2。可逆抑制剂3。可逆抑制剂，可逆抑制和不可逆抑制的动态识别；向反应体系中加入不同量的酶和抑制剂，使不同抑制剂浓度下的反应速率与酶量成直线关系。可逆抑制剂得到一组穿过原点但具有不同斜率的直线，而不可逆抑制剂得到一组不穿过原点但具有与对照相同斜率的平行线

10、。一些重要的不可逆抑制剂，(1)非特异性不可逆抑制剂有机磷化合物有机汞、有机砷化合物重金属盐烷基化试剂氰化物、硫化物和一氧化碳青霉素特异性不可逆抑制剂 Ks型不可逆抑制剂 Kcat型不可逆抑制剂，有机磷化合物，许多农药都是有机磷化合物，它们能抑制一些蛋白酶和酯酶的活性，并与酶分子活性位点的丝氨酸羟基共价结合使酶失活。这些化合物强烈抑制胆碱酯酶活性，从而防止乙酰胆碱水解成乙酸和胆碱，导致乙酰胆碱积累和神经毒性症状。因此，这些化合物也被称为神经毒剂。使用碘化解磷定(醛肟甲基吡啶)或氯化氯膦(醛肟甲基吡啶氯化物)可以带走酶上的毒素，使酶恢复活力，达到解毒效果。有机磷化合物、解磷定的解毒机制、有机汞化

11、合物、有机汞化合物可以与巯基结合使酶失活。过量的半胱氨酸或还原型谷胱甘肽可以解毒。有机砷化合物，能与酶的巯基结合使酶失活。二巯基丙醇可以解毒。路易毒气，为了六十一类兄弟，重金属盐、银、铜、汞、铅和铁能在高浓度下使酶蛋白变性，但在低浓度下抑制某些酶的活性。金属螯合剂乙二胺四乙酸和半胱氨酸可用于螯合重金属离子。烷基化试剂含有活性卤素离子，可以修饰酶分子中的许多基团，如巯基、氨基、羧基、咪唑和硫醚。烷基化试剂，氰化物，硫化物和一氧化碳，氰化物能与细胞色素氧化酶中的Fe2结合，使酶失活而不能呼吸。一氧化碳与血红蛋白结合，阻止氧气运输。硫化物可以与各种含金属的酶形成稳定的络合物，使酶失活。糖肽转肽酶在细

12、菌细胞壁合成中交联肽聚糖链。青霉素与糖肽转肽酶的丝氨酸羟基结合，阻止细菌细胞壁的合成。青霉素，青霉素的抗菌机制，Ks型不可逆抑制剂，其结构类似于底物，并具有高活性基团。在与酶的活性位点结合后，活性位点的基团被修饰以使酶失活。活动站点主要是被修改的，其他站点也可能被修改。胰蛋白酶是胰蛋白酶的人工底物，是Ks型抑制剂和Kcat型不可逆抑制剂。这些抑制剂在结构上与底物相似，需要酶促反应才能产生高活性基团，这比Ks型不可逆抑制剂更具特异性。-卤代-D-丙氨酸磷酸吡哆醛、丙氨酸消旋酶、可逆抑制剂(底物类似物)、用于合成叶酸的组分、磺胺类药物竞争抑制二氢叶酸合成酶的活性、蝶呤-氨基苯甲酸谷氨酸叶酸、(磺胺

13、类药物)、可逆抑制剂(过渡底物类似物)、过渡底物类似物具有更强的抑制作用，因为酶对过渡底物比底物具有亲和力。过渡底物，过渡底物类似物，可逆抑制剂(过渡底物类似物)，可逆抑制剂(过渡底物类似物)，4。温度对酶反应的影响。在较低的温度范围内，酶的反应速率随着温度的升高而增加。当温度达到一定水平时，酶开始变性和失活，但反应速率反而降低。因此，酶反应有一个最佳的反应温度。一般来说，动物细胞中酶的最适反应温度为35 40，而植物细胞中酶的最适反应温度可达40 50。堆肥和温泉中生长的一些微生物酶具有较高的最适温度，如Taq DNA聚合酶的最适温度可达70。应当注意，最佳温度值不是酶的特征常数，并且该值随着反应时间的延长而降低。温度对酶反应速率的影响；5.酸碱度对酶反应的影响；酶的活性受环境酸碱度的影响，存在一个最佳反应酸碱度。酶的最佳反应酸碱度不是一个特征常数，而是因底物和缓冲液的不同种类和浓度而变化。胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、胆碱酯酶、胰蛋白酶四种酶的酸碱度-酶活曲线，以及酸碱度影响酶活的原因如下：酸或碱使酶变性和失活。当酸碱度偏离最适酸碱度时，酶分子和底物分子中可解离基团的解离状态发生变化，不利于底物与酶的结合和催化反应。由于酶分子可解离基团的解离状态发生了变化，酶分子的构象也发生了变化，不利于底物与酶的结合和催化反应。最佳反应酸碱度示意图；。活化剂对酶反应的影响。有些物质与