王镜岩生化第三版考研课件-第9章酶促反应动力学

反之，可以计算出要达到一定的最大反
应速率的分数，需要加多少底物。
（见P360表9-2）
Vm和k3的意义
在一定的反应条件下， Vm 与酶浓度成正比。 当[S]>>Km时，V = Vm = k3[E]0，此时对底物来 说是零级反应，对酶来说是一级反应，k3是一级 反应速率常数，k3表示当酶被底物饱和时每秒钟 每个酶分子转换底物的分子数（又称为转换数）， 这时的k3 又可以写成 kcat，kcat 越大，说明酶的 催化效率越高。
移项得 令K

([ E ] 0 [ ES ]) [ S ] [ ES ]

k2 k3 k1
([ E ] 0 [ ES ]) [ S ] [ ES ] K
k2 k3 k1
m
，代入上式得
[ ES ]
m
将上式中的[ES]解出得
[ E ]0 [S ] K
m
[S ]
此[ES]即为稳态时的复合物浓度。
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]
速度，即Vm = k 3 [E]0 ，所以 V
这就是米氏方程。

V m [S ] K
S
[S ]
米氏方程
V V m [S ] K
s
[S ]
米氏方程是一个双曲线方程，若以[S]为自变
量，V为因变量，可以作出双曲线，与实验测得的
结果相符。
（2）稳态理论
1925年，Briggs和Haldane提出了稳态（steady state）理论，对米氏方程做了一项很重要的修正： 在 反应式中，k3值
有序反应
（ordered reaction）
其中P是B转变的产物，Q是A转变的产物。 如脱氢酶的辅酶NAD(P)+ 相当于A，NAD(P)H相 当于Q。
随机反应
（random reaction）
如肌酸激酶催化肌酸与ATP反应生成
磷酸肌酸和ADP。
乒乓反应
（ping pong reaction）
kcat /Km的意义
Kcat /Km表示酶的催化效率，Kcat /Km越大，
k3 K
m
催化效率越高。

k1k 3 k2 k3
，其最大值极限是
k1，而k1是酶与底物结合的速率常数图法求Km和Vm值
（Lineweaver-Burk双倒数作图法）
将米氏方程两边取倒数得
单底物 异构酶 单向单底物 裂合酶 假单底物 水解酶
A A-B + H2O
AH2 ＋B A2+ + B3+ A + BX A + B + ATP A + B + ATP
双底物
氧化还 原酶 转移酶 连接酶
三底物
多底物反应按动力学机制分类
（序列反应）
底物的结合和产物的释放有一定的顺序： E+A+B→EAB→EPQ→E+P+Q 产物不能在两种底物都结合之前释放。这 类反应又可以分为两种类型。
④ 根据Km值，可以计算出在某一底物浓度下，反应 速率是最大反应速率的百分之多少。 ⑤ 根据细胞内酶反应正反两方面的底物浓度，以及 两方面的Km值，可以推测细胞内代谢的方向。
米氏方程[S]与 V / Vm 的关系
V V m [S ] K
m
V Vm
[S ]
K
[S ]
m
[S ]
当[S]=10Km时，V=0.91Vm 当[S]=0.1Km时，V=0.091Vm
可逆抑制作用和不可逆 抑制作用的动力学鉴别
② 在反应系统中加入不同量的酶及抑制剂，作不 同抑制剂浓度下反应速率对酶量的直线。可逆抑制 剂得到的是一组通过原点但斜率不同的直线，不可 逆抑制剂得到的是一组不通过原点但斜率与对照相 同的平行线。
一些重要的不可逆抑制剂
（1）非专一性不可逆抑制剂 ① 有机磷化合物 ② 有机汞、有机砷化合物 ③ 重金属盐
抑制程度的表示方法
（1）相对活力分数（残余活力分数）
a Vi V0
（2）相对活力百分数（残余活力百分数）
a% Vi V0 100 %
（3）抑制分数（被抑制而失去活力的分数）
i 1 a 1 Vi V0
Vi V0 ) 100 %
（4）抑制百分数
i % (1 a ) 100 % (1
如转氨酶催化转氨反应： 氨基酸1 ＋ 酮酸2 ——→酮酸1 ＋ 氨基酸2
A
B
P
Q
三、酶的抑制作用
因酶蛋白变性而酶活力丧失称为酶的失活作用，
而因为某种物质与酶结合使酶活力丧失称为酶的抑
制作用，酶受抑制丧失活力时酶蛋白并没有变性。
能抑制酶活力的物质称为酶的抑制剂（inhibitor）。
研究酶的抑制作用是研究酶的结构和功能、酶 的催化机制，以及阐明代谢途径的基本手段，也可 以为医药设计新药物和为新农药的研制提供理论依 据。
m
k 3[ E ]0
，代入上式得
（快速平衡法）
[S ]
（稳态法）
V
V m [S ] K
s
[S ]
两个米氏方程的区别
这两个方程的区别就在于快速平衡法推导 的方程中米氏常数是Ks，而稳态法推导的米氏 方程中米氏常数是Km。
Ks k2 k1
K
m

k2 k3 k1
Ks是[ES]的解离平衡常数
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+E ES → 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。
令K
s
k2 k1
， 则
[ ES ]
[ E ]0 [S ] K S [S ]
根据平衡学说推导速度方程
由于V = k 3 [ES]，代入前式
得
V k 3 [ E ]0 [S ] K
S
[ ES ]
[ E ]0 [S ] K
S
[S ]
[S ]
因为当所有的E都成为ES时，可达最大反应
根据稳态学说推导速度方程
[ ES ] [ E ]0 [S ] K
m
[S ]
因为酶反应速率与[ES]成正比，即 V
k 3 [ ES ]
所以 V

k 3[ E ]0 [S ] K
m
[S ]
又因为当所有的酶都与底物结合形成复合物时， 反应速率达到最大，即 V
V V m [S ] K
m
不小，后一步骤不是限速步骤。
所谓稳态是指反应进行一段时间后，系统中的
酶－底物复合物浓度由零逐渐增加到一定数值，然
后保持不变，即处于稳态水平，此时ES的解离和分 解速率之和等于ES的形成速率，
根据稳态学说推导速度方程
产生[ES]的速率 消耗[ES]的速率 稳态时 所以
d [ ES ] dt k 1 ([ E ] 0 [ ES ]) [ S ]
第9章 酶促反应动力学
(kinetics of enzyme-catalyzed reaction)
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
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
竞争性和非竞争性抑制剂的 抑制机理
可逆抑制作用的3种类型
（3）反竞争性抑制剂（uncompetitive inhibition）
I 只与 ES 结合，只有 ES 能分解出产物，ESI
中的 S 不能转变成产物。由于 I 的存在促进了 E 和
S 的结合，所以称为反竞争性抑制。
ES + I → ESI ——→ P + E + I ×
米氏方程的几个特点
从米氏方程中可以看出：
当[S]<< Km时， V

V m [S ] K
m
，反应速率与底物
浓度成正比，属一级反应；
当[S]>> Km时， V

V m [S ] [S ]
Vm
，反应速率达到
最大，并与底物浓度无关，属零级反应；
当[S] = Km时， V 物浓度。

V m [S ] 2[ S ]
1 V K
m

1 [S ]

1 Vm
Vm
在一系列[S]下测出相应的反应速率v，以
1 V
对
1 [S ]
作图，可得出Km和Vm值。
米 氏 方 程 的 双 倒 数 图
多底物的酶促反应动力学
（酶促反应按底物分子数的分类）
底物数 酶分类 催化反应 A B B+C AOH + BH A + BH2 A3+ + B2+ AX + B AB + ADP + Pi AB + AMP + PPi 酶种类 占总酶 百分数 5% 12% 26% 27% 24% 6%