227138酶动力学

-CHNO
P
OR +E—OH
2、可逆抑制与抑制动力学
竞争性抑制
(competitive inhibition)
非竞争性抑制
（non-competitive inhibition）
反竞争性抑制
（uncompetitive inhibition）
竞争性 非竞争性
①竞争性抑制
S E I E S E+P
E I I E S S S E I I S E E+P
非竞争性抑制动力学方程
1 Km 1 [I] [I] 1 (1+ ) + = v Vmax Ki [S] Vmax（1+ Ki ）
非竞争性抑制特征曲线
Km 不变 Vmax减小
1 Vmax (1+
1 v
[I] Ki
↑ [I] ) 正 常 1 [S]
稳定酶催化作用所需的空间结构; 作为底物与酶蛋白之间联系的桥梁; 作为辅酶或辅基的一个部分协助酶的催化作用.
(激活剂对酶具有选择性)
思考题
米氏常数Km的含义，且分别举例说明。
第九章 酶促反应动力学
南京工业大学 制药与生命科学学院 何冰芳
一． 化学动力学基础
基本问题；反应进行方向、可能性和限度 反应进行的速率和反应机制 dc ν＝－ dt 1、反应速度
反应速度：单位时间内底物减少或 产物增加的速度，初速度来衡量。 酶促反应动力学：研究酶促反应速 度及其影响因素。
影响酶促反应速度的因素
底物浓度 [S] 酶浓度 [E] 反应温度 pH 值 抑制剂 I 激活剂 A
2． 反应分子数
1个反应分子参加的反应称为单分子反应。 A→P
dc ν＝－ ＝ kc dt
2个分子参加的反应称为双分子反应。 A+B→P+Q
dc ν＝－ ＝ kc1c2 dt
3个反应分子同时反应的可能性很小
3．反应级数
单分子反应-一级反应 ν＝－dc/dt＝kc 双分子反应-二级反应 ν＝－dc/dt＝kc1c2 零级反应凡反应速度与反应物浓度无 关，而受其它因素影响的称零级反应， 反应速率为一常数 ν＝－dc/dt＝k
-1/Km
0
1/[S]
Hanes-Woolf 作图法
[s]
[S] v = + Vmax Vmax [S] km
v
斜率= 1/Vm Km/Vm
-Km
0
[s]
Eadie-Hofstee 作图法 Hanes-Woolf 作图法 Eisenthal 和 Cornish作图法
多底物的酶促反应动力学十分复杂， 米氏方程一般只适用于单底物反应
S E I I E S E S E+P
反竞争性抑制动力学方程
v= Vmax[S] Km +(1+[I]/Ki) [S] 1 Km 1 1 [I] (1+ ) = v Vmax [S] + Vmax Ki 1 v [I] 1 (1+ Ki ) Vmax
1 Vmax
反竞争性抑制特征曲线
Km 变小 Vmax减小
[I] Km(1+ Ki )
1 [S]
竞争性抑制的特点：
I与S分子结构相似。 Vmax 不变，表观Km增大。 增大[S]可减轻或消除抑制作 用。
② 非竞争性抑制
（non-competitive inhibition）
抑制剂与酶分子活性中心以外的必需 基团结合而抑制酶活性，I和S之间不 存在竞争关系。
3、激活剂的影响
概念 能够提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质 类型 – 无机离子：Na+ 、K+ 、Mg2+ 、Cl- 等 – 小分子物质：维生素C、半胱氨酸等对巯基 酶具有激活作用。 – 能够除去抑制剂的物质：EDTA
分类型 必需激活剂 非必需激活剂
Mg 2+ 对己糖激酶 Cl- 对淀粉酶
作用机制
[E][S] km+[S]
当[S] ≫ [E], 酶被底物饱和,形成ES,即[E]＝[ES] 酶促反应达到最大速率，Vmax＝ k3［ES］＝k3［E］
米氏方程
米氏方程
V m ax [S ] V= K m + [S]
当反应速度等于最大速度 一半时,即V = 1/2 Vmax, Km = [S] km物理意义；米氏常数是 反应速度为最大值的一半时 的底物浓度。 米氏常数的单位 mol/L。
E+S
k1 k2
ES
k3 k4
E+P
k1([E]-[ES]).[S]=k2 [ES]+k3[ES] k2 +k3 ([E]-[ES]).[S] k2 +k3 = 令 =km [ES] k1 k1 [E][S]-[ES][S]=km.[ES] [E][S] [ES]= km+[S] ∵酶反应速率v与[ES]呈正比， v= k3[ES] = k3
早在20世纪初Henri就已发现底物浓 度对酶促反应具有特殊的饱和现象。
二、 底物浓度对酶促反应速度的影响
ν
Vm 0.3 0.2 Vm 2 0.1
[S]很低，[S] 与ν成正比,一级反应 [S]较高，[S]与ν不成正比 [S]很高，[S]↑,ν不变-零级反应
0
1
2
Байду номын сангаас
3
4
5
6
7
8
[S]
三．酶促反应的动力学方程
1、序列反应(Sequential reactions) 有序反应(Ordered reactions) 随机反应 (Random reactions) 2、乒乓反应(Ping-Pong reactions)
四、酶的抑制作用
抑制剂：凡能使 酶的催化活性下 降或失活，而不 引起酶蛋白变性 的物质。 可逆性抑制（透 析无法去除） 不可逆性抑制
1．米氏方程的推导 1913 Michaelis和Menten根据酶反应的中间 复合物学说 Vmax·[S] Ks k V= S+E → ES →P+E Ks + [S] 快速平衡法:假定S+E→SE迅速建立平衡， [S]≫[E], ES分解的逆反应忽略不计，Ks为 ES的解离常数（底物常数）。
1925 Briggs等提出了稳态理论并对米氏方 程做了重要修正 所谓稳态时指反应进行一段时间后，尽管 [S]和[P]不断变化，但复合物ES的生成与分 解速率相等，[ES]保持不变的这种反应状 态为稳态即 d[ES]/dt＝0
二巯基丙醇
例2：羟基酶的抑制
羟基酶: 以丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的酶 有机磷(敌百虫、敌敌畏)不可逆抑制羟基酶的活性中心
RO RO P O X + E—OH RO RO P O O—E 酸 OR + HX
有机磷化合物 羟基酶
磷酰化酶(失活) O N CH3
+
RO P
O
+ + -CHNOH RO O—E N 磷酰化酶(失活) CH3 解磷定
产 物 2.0 麦 芽 1.5 糖 的 1.0 毫 克 0.5 数 0 10 20 30 40 50 60 ℃
温度对唾液淀粉酶活性的影响
2. pH 的影响
pH的变化影响酶 活性中心的解离 情况。 过酸过碱可使酶 失活。 酶具有最大的催 化活性,通常称此 pH 为最适 pH
一些酶的最适 pH 值
酶 胃蛋白酶 过氧化氢酶 胰蛋白酶 延胡索酸酶 核糖核酸酶 精氨酸酶 碱性磷酸酶 最适 pH 1.8 7.6 7.7 7.8 7.8 9.8 10. 5
k1 E+S k2 k3 k4
ES
E+P
k1 E+S k2
ES
k3 k4
E+P
反应初速度阶段，ES的生成速率与（S+E→ES）有关 （ （P+E→ES 忽略不 计） d[ES] ES生成速率 =k1([E]-[ES]).[S] dt [E]-[ES]表示游离酶浓度， [S] ≫[E] 时，[S]-[ES]＝[S] ES的分解速率 dt 在稳态下，[ES]的生成与分解速率相等。 k1([E]-[ES]).[S]=k2 [ES]+k3[ES] d[ES] =k2 [ES]+k3[ES]
区别抑制剂类型 不同抑制剂对Km, Vmax影响不同
3．利用作图法测定km和Vmax值
可从v－[S]图查v＝1/2Vmax [S]=km 值， 但反应不易达真正Vmax
Km值与 Vmax值的测定
双倒数作图法又称林-贝氏作图法（1934） Lineweaver-Burk
1/V
斜率= Km/ Vmax 1/Vmax
斜率不变
↑ [I] 正常
-1 (1+ [I] ) Km Ki
-1 Km
1 [S]
三类抑制作用的动力学比较
Lineweaver-Burk作图法 抑制种类 斜率 Km Vmax 增大 增大 不变 纵轴 截距 1 Vmax 不变 增大 增大 横轴 截距 －1 Km 增大 不变 减小 纵轴 横轴 无交点 直线 交点 表观Vmax 表观Km ( Vmaxapp ) ( Kmapp ) Vmax 不变 减小 减小 Km 增大 不变 减小
-1 Km
非竞争性抑制的特点
1、I与S分子结构不同； 2、Vmax 减小，表观Km不 变； 3、抑制程度取决于[I]大小。
例
1、Ag 1+、 Cu 2+和 Pb 2+对酶的抑制 2、乙醛对酵母乙醇脱氢酶的抑制
③反竞争性抑制
（uncompetitive inhibition）
抑制剂仅与酶和底物的中间复合物结 合而抑制酶活性。
Km 即为米氏常数， Vmax为最大反应速度
米氏方程
Vmax[S] 1). 当[S]<< km V= =k[S] km v与［S］成正比，为一级反应 Vmax[S] 2). 当[S]>> km V= = Vmax [S] 酶被底物所饱和，v与[S]无关，呈0级反应 在此条件下才能正确测定酶活力 Vmax[S] Vmax 3). 当[S]= km V= = 2[S] 2
1、不可逆抑制（irreversible inhibition）
抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合, 使酶丧失活性, 不能用透析超滤等物理方法除 去抑制剂使酶恢复活性. 例1： 巯基酶的抑制
SH E SH SH Cl E + As-CH=CHCl SH Cl E S + Hg2+ E S S As-CH=CHCl + 2HCl S Hg + 2H+
去抑制剂使酶恢复活性.
巯基酶
路易士气
解毒方法
S E S Hg +
COONa CHSH CHSH COONa SH E SH +
COONa CHS CHS COONa Hg
二巯基丁二酸钠
CH2OH E As-CH=CHCl + CHSH S CH2SH S CH2OH E + CHS As-CH=CHCl SH CH2S SH
谷氨酸脱氢酶 2.5×10-6 1.8×10-6
米氏常数 Km 的意义
计算推导 已知某一种酶的Km值，可 以计算在某一底物浓度下，反应速度 相当于Vmax的百分率。
V max ⋅ 3 Km 3 V = = V max = 75 %V max Km + 3 Km 4
寻找限速步骤 代谢过程的链锁反应
10-2 B 10-3 10-4 D A C
2、米氏常数 Km 的意义
Km值是酶的特性常数,随底物、温度、pH 与离子强度而变，10-6～10-1mol/L 。 Km值表示酶与底物间的亲和程度 （1/Ks)：Km值大－亲和力小，酶的催化 活性低; Km值最小者称为最适底物－天然 底物。 判断反应（可逆反应）方向和趋势，只有 Km谷氨酸+ NAD+ 值小的反应比较占优势。 NADH +α酮戊二酸
v
E I
无I 有I
[S]
竞争性抑制的底物浓度曲线
竞争性抑制的动力学
v= Vmax[S] Km(1+[I]/Ki)+[S] 1 Km 1 [I] 1 (1+ ) + = v Vmax Ki [S] Vmax 1 v ↑ [I] 正常
1 Vmax
竞争性抑制 特征曲线
Vmax不变 Km 变大
-1
-1 Km
无 竞争性 非竞争性 反竞争性
五、其他外界因素对酶反应的影响 1．温度对酶反应的影响 2．PH对酶反应的影响 3．激活剂对酶反应的影响
１. 温度的影响
温度升高,酶促反应 速度加快,Q10=2。 温度升高,酶的高级 结构将发生变化或 变性，导致酶活性 降低甚至丧失。 因此大多数酶都有 一个最适温度，反 应速度最大。