9第九章 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

（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。

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。

（2）可逆抑制作用：

抑制剂与酶以非共价键结合而使酶活力降低或丧失，能用物理方法除去抑制剂而使酶复活。

可逆抑制又分为三种类型。

1.竞争性抑制：抑制剂（I）和底物（S）竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结

合。

抑制剂结构大多与底物类似，许多底物过渡态类似物为抑制剂。抑制剂与酶活性部位结合形成EI复合物，抑制酶与底物的结合。竞争性抑制可以通过增加底物浓度而解除，如丙二酸或戊二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。

2.非竞争性抑制：底物和抑制剂同时和酶结合，两者无竞争作用。I与S结构无共同之处，

酶活性降低或被抑制，不能用增加底物浓度来解除抑制，如Leu是精氨酸酶非竞争性抑制剂。

3.反竞争性抑制：酶只有与底物结合后才能与抑制剂结合。常见于多底物反应中，如肼类化

合物抑制胃蛋白酶。

（二）可逆抑制作用和不可逆抑制作用动力学鉴别

加入一定量抑制剂，以v与酶浓度[E]作图。

加不可逆抑制剂使直线原点右移，斜率不变，加入酶使浓度大于不可逆抑制剂，才表现酶

活力；加可逆抑制剂，直线原点不动，斜率变小。

（三）可逆抑制作用动力学

（1）竞争性抑制：1 /v ~ 1 /[S]作图，V max不变，K m变大。

纵轴截距：1 /V max不变，V max不变，底物浓度足够高，可克服抑制作用；横轴截距：1 /K m 变小，K m变大；斜率：K m / V max变大。

（2）非竞争性抑制：1 /v ~ 1 /[S]作图，V max变小，K m不变。

纵轴截距：1 /V max变大，V max变小；横轴截距：-1 /K m不变，K m不变；斜率：K m / V max 变大。

（3）反竞争性抑制：1 /v ~ 1 /[S]作图，K m，V max都变小。

（四）一些重要的抑制剂：

（1）不可逆抑制剂：

1.有机磷化合物：与脂酶活性部位Ser–OH共价结合，如抑制胆碱酯酶，使乙酰胆碱不

能分解而积累，使一些以乙酰胆碱为传导介质的神经系统处于过于兴奋状态，引起神经中毒。

2.有机砷化合物：与酶中Cys-SH作用使人畜中毒。如有机砷化合物路易斯毒气，可用含

-SH的化合物作解毒剂，使酶恢复活性。

3.氰化物、CO、H2S与含铁卟啉的酶，如细胞色素氧化酶中的Fe2+络合，使酶失活，阻

止呼吸。

4.青霉素：与糖肽转肽酶活性部位Ser-OH共价结合，使酶失活，抑制细菌细胞壁合成。

青霉素与转肽酶的底物之一的酰基-D-Ala-D-Ala结构类似。

5.TLCK：根据底物的化学结构设计的专一性不可逆抑制剂。以胰蛋白酶底物对甲苯磺酰

-L-赖氨酰甲酯（TLME）为模板，设计底物结构类似物对甲苯磺酰-L-赖氨酰氯甲酮（TLCK），与胰蛋白酶活性部位His57共价结合，引起不可逆失活。

（2）可逆抑制剂：

磺胺药：四氢叶酸（THF）是合成核酸和蛋白质酶的必需物质（辅酶）。根据人和细菌获THF途径不同设计磺胺类杀菌剂。叶酸（FA）结构见P377，DHF（二氢叶酸）、THF 见P457 图11-30。

FA还原酶DHF还原酶

叶酸DHF THF

（人可从食物中获取）DHF合成酶

对氨基苯甲酸（细菌靠此合成THF）

人体可直接从食物获取叶酸经DHF还原成THF而细菌只能从对氨基苯甲酸合成DHA。

因此若抑制DHF合成酶，即可断绝细菌THF来源，从而抑制核酸和蛋白质的合成，而抗菌。

THF中对氨基苯甲酰胺部分的过渡态类似物对氨基苯磺酰胺可抑制DHF合成酶。

磺胺药抗菌谱广，性质稳定，对肺炎、痢疾等疗效显著。

此外抗癌药阿糖胞苷、氨甲喋呤等均为酶的竞争性抑制剂。

2.10 温度、pH等对酶反应影响

（一）酶反应最适温度：使酶促反应速度达最大值的温度，见P378 图9-28，一般为钟罩形曲线。

每种酶在一定条件下都有其最适温度，动物一般35~400C，植物40~500C，微生物则差别较大，最高可达700C。

（二）最适pH：在此pH下酶促反应有最大速率。见P379 图9-29，钟罩形曲线。

一般酶最适pH在5~8之间，动物6.5~8.0，植物及微生物4.5~6.5。

（三）激活剂：凡是能提高酶活性的物质都称为激活剂，大部分是无机离子或简单有机化合物。

不同的酶可有不同激活剂。