第9章 酶促反应动力学

第九章酶促反应动力学

（一）底物浓度对酶反应速率的影响

用反应初速度v对底物浓度[S]作图得P355 图9-6。

曲线分以下几段：

（1）OA段：反应底物浓度较低时v与[S]成正比，表现为一级反应， v = k[S]。

根据酶底物中间络合物学说，酶催化反应时，首先和底物结合生成中间复合物ES，然后再生成产物P，并释放出E。

E + S = ES →P + E

OA段上，底物浓度小，酶未被底物饱和，有剩余酶，反应速率取决于ES浓度，与[S]呈线性关系，v正比于[S]。

（2）AB段：反应速度不再按正比升高，表现为混合级反应。此时酶渐渐为底物饱和，[E S]慢慢增加，v也慢慢增加，为分数级反应。

（3）BC段：反应速度趋于V max，为零级反应，酶促反应表现出饱和现象。此时底物过量[S]>[E],

[E]已全部转为[E S]而恒定，因此反应速率也恒定，为最大反应速率，V max为[E]所决定。

非催化反应无此饱和现象。

酶与底物形成中间复合物已得到实验证实。

（二）酶促反应力学方程式

（1）米氏方程推导

1913年Michaelis和Menten提出并推导出表示[S]与v之间定量关系的米氏方程

V max[S]

V =

K m + [S]

Km：米氏常数，物理意义为反应速率为最大速率V max一半时底物的浓度，单位与底物浓度同。

推导：酶促反应分两步进行。

k1k3

E + S ES →P + E

k2

v = k3 [ES]

一般k3为限速步骤v = k3 [ES] …①

1.[ES] 生成速率：

d[ES]/dt = k1([E] - [ES]) [S]

2.[E S]分解速率：

-d[ES] / dt = k2 [ES] + k3 [ES] = (k2 + k3) [ES]

3.稳态下[ES]不变，ES生成速率和分解速率相等：

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

4.引入K m：令K m = k2+k3 / k1

代入K m = ([E]- [ES]) [S] / [ES] ,

K m [ES] = [E] [S]- [S] [ES], [ES] (K m + S) = [E] [S],

[ES] = [E] [S] / K m+[S],

5.代入①式：v = k3 [ES] = k3 [E] [S] / K m + [S] …②

6.引入V max：为所有酶都被底物饱和时的反应速率，即此时[E]= [ES]

V max = k3 [ES] = k3 [E]

代入②式：v = V max [S] / K m + [S]

米氏方程表示K m及V max已知时，v~[S]的定量关系。

（2）米氏常数的意义

1.K m是酶的一个特性常数，K m大小只与酶性质有关，而与酶浓度无关。当底物确定，

反应温度，p H及离子强度一定时，K m值为常数，可用来鉴别酶。P359 表9-1 列出一些酶的K m值。一般K m在1×10-6~10-1mol/L之间。

不同的酶K m值不同，测定K m要在相同测定条件（pH、温度、离子强度）下进行。

2.K m值可用于判断酶的专一性和天然产物，若一个酶有几种底物就有几个K m值，其中

K m值最小的底物称为该酶的最适底物，又称天然底物。

3. 1 / K m可近似表示酶与底物亲和力的大小。

真正表示酶与底物亲和力为K s=k2 / k1 ,(注K m= k2+k3 / k1)。

4.已知K m可由[S]计算v，或由v计算[S]。

5.K m可帮助推断某一代谢反应的方向和途径。

K m小的为主要催化方向（正、逆两方向反应K m不同）。

（3）V max和k3(k cat)的意义：

酶浓度[E]一定，则对特定底物V max为一常数。催化常数k cat又称酶的转化数，数值上与k3同，为酶被底物饱和时，每秒钟每个酶分子转换底物的分子数。

大多数酶的k cat为1~104/sec，见P322 表8-2，为每秒钟酶促反应每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数。k cat越大，酶催化效率越高。

（4）k cat / K m的意义：

生理条件下S << K m，V max = k cat [E]

代入米氏方程v = k cat [E] [S] / K m + [S] = k cat [E] [S] / K m

得出：v = k cat / K m[E][S]

k cat / K m为[E]和[S]反应形成产物的表观二级速度常数，单位：L/mol s。可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效率，见P362 表9-4。

k cat / K m大小可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效率。

（三）米氏常数求法：

（1）双倒数法：

1 / v = K m / V max×1 /[S] + 1 / V max

以1 / v ~ 1 / [S]作图，见P363 图9-10

纵轴截距：1 / V max；横轴截距：-1 / K m；斜率：K m / V max。

（2）v ~ v / [S]法（Eadic-Hofstee）：

v = -K m×v / [S] +V max以v ~ v / [S]作图，见P363 图9-11。

斜率：-K m；纵轴截距：V max；横轴截距：V max / K m。

（3）[S] / v ~ [S]法（Hanes-Woolf）：

[S] / v = K m / V max + 1 / V max×[S]

以[S] / v ~ [S]作图，见P363 图9-12

斜率：1 / V max；纵轴截距：K m / V max；横轴截距：-K m。

§2.9 酶的抑制作用

失活作用：使酶蛋白变性而引起酶活力丧失。

抑制作用：酶的必需基团的化学性质改变而引起酶活力降低或丧失，但不引起酶蛋白变性。

引起抑制作用的物质称为抑制剂。研究酶的抑制剂，可以研究酶的结构与功能、酶催化机制，进行药物、农药的设计与筛选。

（一）抑制作用的类型：

（1）不可逆抑制作用：

抑制剂与酶必需基团以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超过滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活，酶被化学修饰。