第10章 酶促反应动力学

用这些数据求丝氨酸脱水酶的表观米氏常数。 解：1、v对[S]作图法:
v
丙 酮 0.3 酸
Vm
0.2 Vm 2 0.1
Vmax=0.36 1/2Vmax=0.18 Km=3.210-7
M/20min
0
1
2
3
4
5
6
7
8 10-6 [S]
解2、1/v 对1/[S]作图法：
[S]
0.20 0.40 0.85 1.25 1.70 2.00 8.00
说：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。
V
Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。
V
Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度； 反应为零级反应
[S] 1000km 100km 10km 4km 3km v 0.999V 0.99V 0.91V 0.8V 0.75V
1km
0.10km
0.5V
0.091V
（5）判断反应方向或趋势：催化正逆反应的酶，其正逆 两向的反应的Km不同。如果正逆反应的底物浓度相当，则
反应趋向于Km小方向进行。
4、Vmax
磺胺药物的抑菌作用
增效联磺（抗菌增效剂-甲氧苄氨嘧啶(TMP)）能特异地抑制细 菌的二氢叶酸还原为四氢叶酸，故能增强磺胺药的作用。
（四）一些重要的抑制剂
• 1、不可逆抑制剂
①有机磷化合物：与酶活性直接有关的丝氨酸羟基共价结合，从而抑制
某些蛋白酶或酯酶，强烈抑制乙酰胆碱脂酶（神经毒剂）： 二异丙基磷
物。如蔗糖酶既水解蔗糖 (Km=28mmol/L),也可水解棉
子糖 (Km=350mmol/L),两者相比，蔗糖为该酶的天然底 物。 （3）计算一定反应速度下的底物浓度：如某一反应要 求的反应速度达到最大反应速度的99%，则[S]=99Km
（4）从km的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的底物浓度。 也可以算出某一底物浓度时达最大反应速度的倍数
Vi a % 100% V0
（3）抑制分数（被抑制而失去活力的分数） Vi i 1 a 1 V0 （4）抑制百分数
Vi i % (1 a) 100% (1 ) 100% V0
（二）抑制作用的类型
1．不可逆抑制作用（irreversible inhibition）
抑制剂与酶活性中心的基团以共价键结合， 不能用透析、超滤、凝胶过滤等物理方法去除。
2．可逆抑制作用（reversible inhibition）
抑制剂与酶活性中心的基团以非共价键结
合，可以用透析、超滤、凝胶过滤等物理方法
去除而使酶恢复活力。
可逆抑制作用的3种类型
d)加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除。
动力学意义：
（1）Km值愈大，酶与底物的亲和力愈小（ES形成 困难），酶的催化效率愈低；Km值愈小， 酶与底物亲和力愈大（ES形成容易），酶 的催化效率愈高。
（酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度， 便可很容易地达到最大反应速度。）
（2）.Km是酶的特征常数，只与酶和底物种类以及反应条件
(如温度、pH、有无抑制剂等)有关，与酶浓度无关。
二、底物浓度对酶反应 速率的影响
酶有被底物饱和的现象——饱和效应
1902年，Henri用蔗 糖酶水解蔗糖的实验中 观察到：在蔗糖酶浓度 一定的条件下，测定底 物（蔗糖）浓度对酶反 应速度的影响, 它们之间 的关系呈现矩形双曲线 (rectangular hyperbola)。
中间产物学说
为了解释这个现象， Henri 和 Wurtz 提出了酶 - 底物复合物学
米氏方程对酶促动力学曲线的解释
（1）当底物浓度很 低，[S]<<Km时, vmax[S] • V = ———— km =k[S] （米氏方程） 反应速率与底物 浓度成正比，v与 [S]的关系符合一 级动力学。
• (2) 当底物浓度很高，
[S] >>Km时,
V = Vmax
• 反应速率达到最大值，
是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比 （Vmax=K3［E］）。 不是特征性常数，与具体底物有关，且随着温度、pH和离子 强度而改变。
5 、 K3
当底物浓度很大时， v=K3［ES］= K3［E］=Vmax ∴ K3即为转换数或催化常数，用Kcat表示。 指当酶被底物饱和时，每秒钟每个酶分子（μmol、mol） 转化底物的分子数（μmol、mol），代表酶的催化效率。
通常，酶对激活剂有一定的选择性，且有一定的浓度要求: 一种酶的激活剂对另一种酶来说可能是抑制剂；当激活剂的浓 度超过一定的范围时，就成为抑制剂。
激活剂
四、酶的抑制作用-抑制剂的影响
区别于酶的变性
（一）抑制程度的表示方法
（1）相对活力分数（残余活力分数） Vi a V0 （2）相对活力百分数（残余活力百分数）
• 引起酶促反应速度随反应时间延长而降低的原因很多，如底 物浓度的降低、产物浓度增加而加速了
因此，在测定酶活力时，应测定酶促反应的初速度，从而避 免上述各种复杂因素对反应速度的影响。 • 由于反应初速度与酶量呈线性关系，因此可以用测定反应初 速度的方法来测定相关制剂中酶的含量。
第10章 酶促反应动力学
一、概述
酶促反应速度V
• 以产物生成量(或底物减少量)来对反应时 间作图，便可以得到如图所示的曲线图。 • 该曲线的斜率表示单位时间内产物生成量 的变化。因此，曲线上任何一点的斜率就 是相应横坐标上时间点的反应速度。 • 从图中可以看出，在反应开始的一段时间 内斜率几乎不变。然而，随着反应时间的 延长，曲线逐渐变平坦，相应的斜率也渐 渐减小，反应速度逐渐降低，这时测得的 反应速度不能代表真实的酶活力。
酰氟（DFP）、有机磷农药。 解毒剂：PAM （解磷定）可以把酶上的磷酰基团除去。
2、可逆抑制剂
可逆抑制剂中最重要和最常见的是竞争性抑制剂 一些竞争性抑制剂与天然代谢物在结构上十分相似， 能选择性抑制病菌或癌细胞在代谢过程中的某些酶， 从而具有抗菌和抗癌作用。
100
80
Relative Activity (%)
60
40
20
0 10 20 30 40 50 60
O
70
80
90
Temperature C
温度对酶促反应速度的影响机理：
1. 温度影响反应体系中的活化分子数：温度增加，活
化分子数增加，加快中间复合物ES的形成与分解，反应 速度增加。 2. 温度影响酶的活性：过高的温度使酶分子稳定性下 降，活性中心被破坏，酶变性失活，反应速度下降。
不同的酶，Km值不同； 同一种酶与不同底物反应时，Km值不同； 同一种酶与相同底物反应时，反应条件不同（pH、温度、有无抑制 剂），Km值不同。
米氏常数的应用
（1）鉴定酶：通过测定可以鉴别不同来源或相同来源但
在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是
否属于同一种酶。 （2）判断酶的最佳底物：如果一种酶可作用于多个底 物,就有几个Km值，其中Km最小的底物就是酶的天然底
– (2) pH影响底物的解离状态：使底物不能与酶结合形成ES
中间复合物，或者生成后不能释放产物； – (3) pH影响酶分子有关基团的解离：影响酶活性部位上有 关基团的解离，不能结合或催化底物；影响ES中间复合 物的解离状态，不能生成产物；影响维持酶分子空间结构
的有关基团的解离，改变酶活性部位的构象，进而降低了
（二）温度
• 双重影响：温度升高,酶促 反应速度加快(温度系数Q10： 反应温度提高10 C，其反 应速度与原来的反应速度 之比)。温度升高到一定程 度, 引起酶变性，酶活性 降低甚至丧失，从而使反 应速度降低。 • 因此大多数酶都有一个最 适温度。在最适温度 (optimum temperature ) 条件下,反应速度最大。 • 酶对温度的耐受力与其存 在状态有关。
1/[S]
5.0 2.5 1.17 0.80 0.58 0.50 0.125
v
0.150 0.200 0.275 0.315 0.340 0.350 0.360
1/v
6.66 5.00 3.64 3.17 2.94 2.86 2.78
1/v
7
6 5
4
-1/Km=-2.8510 5 Km=3.51 10-6 3 2
v与[S]无关，符合零级动
力学，只有在此条件下
才能正确测得酶活力。
km值的推导
• 当
1 v= —Vmax 时， [S]=Km 2
• Km值就代表反应速 率达到最大反应速率 一半时的底物浓度 （mol/L或mmol/L）。
米氏常数的意义
物理意义(数学意义)：
Km在数值上等于酶反应速度为最大速度一 半时的底物浓度（mol/L）。
最适温度Tm是酶的特征之一，但不是常数。因为一种 酶的最适温度不是一成不变的，受酶的纯度、底物、 激活剂、抑制剂、反应时间等因素的影响。因此，酶 的最适温度与其它反应条件有关。
（三）pH
• pH影响酶促反应速度的原因：
– (1) pH影响酶的空间结构：过酸或过碱使酶的空间结构遭
到破坏，引起酶变性失活。
为解释酶被底物饱和现象，Michaelis和Menten 做了大量的定量研究，积累了足够的实验数据， 提出了酶促反应的动力学方程：
表明：当已知Km和Vmax时，酶促反应速率与底物浓 度的定量关系。
米氏方程的假设前提 ——快速平衡
（4）酶守恒公式：
（2）稳态理论