酶促反应动力学

A
不形成三元复合物的动力学方程 Vmax[A][B] [A][B] + [B]KmA + [A]KmB
B
v=
KmA，KmB分别为底物A和B的米 氏常数； KsA为底物A与酶结合的 解离常数
A
第二节 抑制剂对酶促反应动力学的影响
一、基本概念和抑制类型
1、抑制作用与抑制剂 由于某些化学物质的作用，酶未变性，但活性出现降低或 丧失的现象，称为酶的抑制作用。凡是可以减弱、抑制甚至 破坏酶活性的物质就称为酶的抑制剂。 酶的抑制分为不可逆抑制和可逆抑制。 2、不可逆抑制 抑制不能被解除，酶活性不能被恢复的抑制。能够导致不 可逆抑制的物质就叫不可逆抑制剂。一般情况是抑制剂与酶 分子中的必需基团以共价键结合，引起酶活性降低或丧失。 不可逆抑制剂又可分为专一性不可逆抑制剂和非专一性不 可逆抑制剂。
尿嘧啶核苷磷酸化 5-氟尿嘧啶（5-FU） 酶（胸腺嘧啶核苷 磷酸化酶） 别嘌呤醇 黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤，次黄嘌呤
6-氨基已酸
纤溶酶
-赖氨酸-氨基酰
苯丙胺（麻黄素）
单胺氧化酶
肾上腺素（去甲肾 上腺素）
中枢兴奋，抗哮喘
2、非竞争性抑制 Vmax
Vmax
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3、反竞争性抑制 Vmax Vmax
4、混合性抑制
5、多底物的酶促反应动力学 在酶催化的化学反应中，大部分都是有两种以上的底物参加 反应。 1）双底物反应机理
AE AEB EB B A AE AEB P+Q P+Q
反应过程中形 成三元复合物
P A AE P
B B Q
不形成三 元复合物
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2）双底物反应的动力学方程
B
形成三元复合物的动力学方程 v= Vmax[A][B] [A][B] + [B]KmA + [A]KmB + KsAKmB
二、pH对酶促反应的影响
1、pH对反应速度的影响 如果在不同的pH下测定酶促 反应的初速度，我们可以得到 如图所示的曲线。一般的酶都 会表现出一个最适pH，即在该 pH下，酶表现出最大反应速度。 酶催化反应的最适pH也是受 多种因素影响的。不同酶的最 适pH范围也不一样，有些酶的 最适pH范围很窄，而有些酶却 很宽，如木瓜蛋白酶的最适pH 范围就比较宽。
2） 米氏常数的意义 ① Km 值是酶的一个重要特征常数。只与酶的性质有 关，与酶浓度无关。但其数值与测定条件有关，不同条件 下测得的Km值不同。 ② Km值可以判断酶的专一性和天然底物。 ③ Km 值可近似地表示酶与底物之间的亲和力。 Km值大 表示亲和力弱，底物难与酶结合; Km值小表示亲和力强。 因此可以判断酶的最适底物。 ④ Km 值可帮助判断反应的方向。对于催化可逆反应的 酶，可以通过测定酶对底物（或产物）的Km值和细胞中底 物（或产物）的浓度，来判断细胞中酶所催化的反应是正 反应还是逆反应。
木瓜蛋白酶
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2、pH影响酶促反应的原因 pH 影响酶促反应的原因要比温度复杂得多， pH 不仅影响酶的解离状态，还影响底物甚至是中间过 渡态复合物的解离状态。归纳起来主要有下列几方 面： ① 直接影响酶活性中心有关基团的解离。 ② 影响底物的解离。 ③ 影响中间过渡态复合物的解离。 ④ 影响酶分子非活性部位的基团的解离，进而可 能影响酶分子的构象。 ⑤ 极端pH可能直接引起酶蛋白的变性。
v
=K
Vmax [S]
m (1+ Ki
[I]
) + [S](1+
[I] ) Ki′
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不同类型可逆抑制动力学的比较
混 合 性 抑 制
v
=K
Vmax [S]
m (1+ K i
[I]
) + [S](1+
[I] ) Ki′
第三节
影响酶促反应的其它因素
一、温度对酶促反应的影响
1、温度对反应速度的影响 温度对酶促反应的影响有两方 面：一方面是，随着温度的升 高，活化分子数增加，反应速度 加快；另一方面，随着温度的升 高，酶分子因热变性，催化活性 降低。因此，温度对酶促反应初 速度的影响表现为钟罩形曲线。 达到最大反应速度的温度，称 为最适温度。 动 物 酶 的 最 适 温 度 ： 35~40℃；植物酶：40~50℃；微 生物：差异较大。
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4、可逆抑制 可通过加入其它物质或用物理方 法（如透析、超滤等）解除的抑 制，就称为可逆抑制。可逆抑制 通常又可分为三类。 （1）竞争性抑制：抑制剂与底物 竞争性地同酶的活性部位结合。 如底物类似物。 （2）非竞争性抑制：抑制剂和底 物可单独或同时与酶结合，而且 互不干扰。如重金属离子与酶分 子中的－SH络合。 （3）反竞争性抑制：抑制剂只能 在底物与酶结合之后，才能与酶 结合。如L－Phe和L－同型Arg对 碱性磷酸酶的抑制作用；肼类化 合物对胃蛋白酶的抑制。
3、重要的不可逆抑制剂 ① 有 机 磷 农 药 ： 如二异 丙基 磷酰 氟 （ DFP ）和敌百虫等均属此类。有 机磷农药能与 Ser － OH 牢固结合， 强烈地抑制乙酰胆碱酯酶，使乙酰 胆碱累积引起神经中毒。 ② 有机汞、有机砷化合物：与巯基作 用，抑制含－SH基的酶。如对氯汞 苯甲酸。 ③ 重金属离子：与巯基、羧基发生作 用。高浓度变性，低浓度产生抑制。 ④ 氰化物 : 与含铁卟啉的酶中的铁结 合。如和细胞色素氧化酶中的铁结 合，而抑制呼吸链。 ⑤ 烷化剂：如碘乙酸可使酶中的巯基 烷化而使酶失活。
二、可逆抑制动力学
1、竞争性抑制 Vmax
Vmax
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竞争性抑制作用举例
某些药物或体内代谢物对酶的竞争性抑制作用
药物（抑制剂） 磺胺药 氨基蝶呤 被抑制的酶 二氢叶酸合成酶 （细菌） 二氢叶酸还原酶 竞争底物 苯甲酸 二氢叶酸 尿嘧啶（胸腺嘧啶） 临床应用及机理 抗菌作用（抑制四 氢叶酸） 抗白血病 抗癌作用（抑制核 苷酸合成） 抗痛风（抑制尿酸 生成） 止血，抗纤溶（抑 制纤溶酶）
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2、温度对酶稳定性的影响 酶的化学本质是蛋白质，因此，酶 对温度具有高度的敏感性，随着温度 的升高，分子的构象会逐渐地被破 坏，失去催化活性。 一般情况下，温度越低，酶越稳定。 所以，为了更粉酶制剂可以保存在－ 20℃或－ 80℃温度下。 酶的稳定温度是受多种因素影响 的，如底物种类、酶浓度、pH、保存 介质及作用时间等。因此，在研究和 测定酶的稳定温度时，一定要指明相 应的测定条件，结果才有意义和可比 性。
v=
k3[Et][S] Km + [S]
k3[Et] = Vmax
k1([Et]-[ES])[S] = k2[ES] + k3[ES]
v=
Vmax [S] Km + [S]
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米氏方程的解释
v=
Vmax[S] Km + [S]
Km 称为米氏常数，Vmax为最大反应速。该方程完全符合 反映底物浓度与反应速度之间关系的实测双曲线。 当底物浓度远小于Km时，反应速度与底物浓度成正比。 当底物浓度远大于 Km 时，酶被底物所饱和，反应速度与 底物浓度无关。 当反应速度等于最大反应速度的一半（即 v = 1/2 Vmax） 时，Km = [S] 。这说明米氏常数是反应速度达到最大反应速 度的一半时所需要的底物浓度。因此，米氏常数的单位是浓 度单位为mol/L。
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专一性不可逆抑制剂仅与酶分子活性部位的某些特定基团反应。 非专一性不可逆抑制剂也能与酶分子活性部位以外的基团反应。 专一性不可逆抑制剂又分为 ks 型不可逆抑制剂和 kcat 型不可逆 抑制剂（自杀性底物）。 ks型不可逆抑制剂是根据底物的结构而设计的，具有和底物相 似的结构，可以和相应的酶结合，并与酶的必需基团起反应而 抑制酶的活性。 kcat型不可逆抑制剂，只有在被酶催化反应之后，才能形成不 可逆抑制剂。 kcat型不可逆抑制剂不仅要能够与酶专一性结合， 还要能被酶催化化学反应之后才能产生抑制作用，所以，其专 一性更高。
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3）kcat和kcat/Km的意义 当 [S] >> Km 时，酶全部被饱和，[ES] = [Et]，反应速度达到最 大，Vmax = k3 [Et]，表示反应速度与酶浓度成正比，为一级反应。 k3 为一级反应的速度常数，即为酶的催化常数，也用 kcat表示。 其大小代表酶催化效率。
S＋E
k1 k2
3、pH对酶稳定性的影响 pH对酶稳定性 的影响也与温度 对酶稳定性的影 响不同。因为不 管是过高还是过 低的 pH 都会引起 酶变性，所以， 酶只有在一定的 pH 范围才稳定。 过高或过低的 pH 都不利于酶的稳 定。
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三、激活剂对酶促反应的影响
1、激活剂的概念 凡是能使酶表现催化活性或加强其催化效率的物质就称 为酶的激活剂。激活剂对酶的激活作用是有选择性的。一 种物质对某种酶有激活作用，对其它的酶不一定有激活作 用，有时甚至有抑制作用。 2、激活剂的类型 （1）无机离子：包括阳离子（如K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、 Fe3＋等）和阴离子（如Cl－、I－、CN－等）。 （2 ）中小有机分子：如某些还原剂（半胱氨酸、巯基乙 醇、谷胱甘肽、抗坏血酸等）和金属鳌合物（EDTA）。 （ 3 ）蛋白质大分子：如蛋白酶对某些酶原的激活和某些 蛋白激酶对酶分子的修饰。
ES
k3
E+P
Km= (k2+k3)/k1
Km是[ES]的分解常数与生成常数的比值。 Km的真正含义是， Km越大意为着[ES]越不稳定，越容易分解。但不能说明[ES]是容 易分解成底物还是产物。 kcat/Km可表示为 [k3/(k2 + k3)]k1， k3/(k2 + k3)代表[ES] 分解成产 物的分解常数占[ES] 总分解常数的比值。 k3/(k2 + k3)越大，说明 [ES]越容易分解成产物。 k1是[ES] 生成常数。因此， kcat/Km数 值大不仅表示[ES]容易生成，还表示[ES]易分解成产物。真正代 表酶对某一特定底物的催化效率。所以，也称为专一性常数。 极限值是k1 ，意为[ES]不会再分解为底物。