酶促反应动力学

2. 激活剂对酶作用的特点
（1）激活剂对酶的作用具有一定的选择 性 ；即一种激活剂对某种酶起激活作用， 而对另一种酶可能起抑制作用 （2）有时金属离子之间也可相互替代 （3）激活离子对于同一种酶，可因浓度 不同而起不同的作用，低浓度激活，高 浓度抑制
抑制与失活之间关系的总结
酶蛋白
失活
变性
抑制
未变性
机理
变性剂或抑 制剂
酶蛋白结构 解体
无选择性
必需基团性 质改变
有选择性
一、抑制程度的表示方法
酶受抑制后活力降低的程度一般用反应速率的 变化来表示(vi-加入抑制剂后的速度; v0- 不加抑制剂时的速度) (1) 相对活力分数(残余活力分数);a=vi / v0 (2) 相对活力百分数(残余活力百分数);a%= vi / v0 x 100% (3) 抑制分数：指被抑制而失去活力的分数;
底 物 浓 度 对 速 率 影 当底物浓度较低时，表现为一级反应（其反应速 响 率与浓度的关系能以单分子反应的动力学方程式 的 表示：v=dc/dt=kc （线性关系） 曲 随着底物浓度的增加，反应表现为混合级反应。 线 当底物浓度达到相当高时，表现为零级反应（与 图 底物浓度无关）。
为解释这一实验结果，Henri和Wurtz提 出了酶底物中间络合物学说。该学说认 为当酶催化某一化学反应时，酶首先和 底物结合生成中间复合物(ES)，然后生 成产物(P)，并释放出酶。反应式：
v = k3[ES] ,代入（1）式得：
V = k3[E][S] / (Km+[S])
（2）
当底物浓度很高时所有的酶都被底物饱和而转 变为ES复合物，即[E]=[ES]，酶促反应达到最 大速度Vmax，所以
Vmax = k3[ES] = k3[E]
（3）
V = Vmax *[s]
Km +[S] 米氏方程，Km米氏常数
三、Km值的意义
4. 判断反应速率v和Vmax之间的关系： 若已知某个酶的Km值，就可以计算出在 某一底物浓度时，其反应速率v相当于 Vmax的百分率。反之。
V = Vmax *[s] Km +[S]
三、Km值的意义
5. Km值可以帮助推断某一代谢反应的方 向和途径，这对了解酶在细胞内的主要 催化方向及生理功能有重要意义。 催化可逆反应的酶，对正逆两向底物的 Km值往往是不同的，测定这些Km值的 差别以及细胞内正逆两向底物的浓度， 可以大致推测该酶催化正逆两向反应的 效率，
第10章 酶促反应动力学
kinetics of enzyme—catalyzed reactions
酶促反应动力学:是研究酶促反应的速率 以及影响此速率的各种因素的科学。 影响酶速率的各种因素 1. 底物浓度 2. 酶的抑制剂 3. 温度
4. pH 5. 酶的激活剂
第一节
底物浓度对酶反应 速率的影响
1 2
[E]
根据可逆抑制剂与底物的关系，可逆抑 制作用分为3种类型：
(1)竞争性抑制: 抑制剂(I)和底物(S)竞争 酶的活性部位(一般抑制剂与底物类似)，
解除方法:其抑制程度取决于底物及抑制 剂的相对浓度，这种抑制作用可以通过 增加底物浓度而解除。
(2)非竞争性抑制:这类抑制作用的特点是 底物和抑制剂同时和酶结合，2者没有竞 争作用。EI+S—ESI或ES+I—ESI。但三 元复合物不能分解为产物，这类抑制剂 与酶活性部位以外的基团相结合,其结构 与底物无共同之处.
减小） （3） Km增大，亲和
力下降
1．竞争性抑制曲线图
2．非竞争性抑制
2．非竞争性抑制曲线
（1）V下降，发生抑制 （2） Vmax减小（一部
分酶始终失活） （3） Km不变，酶与底
物亲和力不受影响
2．非竞争性抑制曲线
3．反竞争性抑制
这类抑制作用的特点是酶先与底物结合， 然后才与抑制剂结合，存在以下平衡：
S+E
ES
P+E
二、酶促反应的动力学方程式
1．米氏方程式的推导 （假设K4为0）
k1
k3
S+E
ES
k2
对于ES的形成速度：
P+E k4
d[ES] / dt =k1([E] — [ES]) * [S] 对于ES的分解速度：
- d[ES] / dt = k2[ES] + k3[ES]
二、酶促反应的动力学方程式
(3)反竞争性抑制:酶只有与底物结合后， 才能与抑制剂结合，即ES+I-ESI,不能分 解为产物。
三、可逆抑制作用动力学
1．竞争性抑制 底物或抑制剂与酶的结合都是可逆的，存在着 下面平衡式：
Ki：为抑制剂常数 Ki= Ki2 / Ki1
1．竞争性抑制曲线图
（1）V下降，发生抑制
（2） Vmax不变（底物浓 度增大，抑制剂结合机率
五、Km和Vmax值的测定
主要利用作图法测定
(1) 测定不同底物浓度的反应初速率，以v-[S]作图， 可以得到Vmax，再从1/2 Vmax，可求得相应的[S]，即 Km值。
v
Vmax
½ Vmax
[S] Km
五、Km和Vmax值的测定
(2) 双倒数 作图法
将米氏方 程式两侧 取双倒数， 以1/v1/[s]作图， 得出一直 线.
四、Vmax的意义
在一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax 也是一个常数。 pH、温度和离子强度等 因素也影响Vmax的数值， 同一种酶对不同底物的Vmax也不同。
转换数的定义
当底物浓度很高时，Vmax = k3[ES] = k3[E]，k3表示当酶被底物饱和时，每秒 钟每个酶分子转换底物的分子数，这个 常数又叫做转换数(简称TN)，又称为催 化常数(catalytic constant，kcat)。 kcat值越大，表示酶的催化效率越高。
五、Km和Vmax值的测定
(3) Hanes— Woolf作图法 将前式两边均 乘以[S]得：以 [s]/ v～[s]作图， 得一直线，横 轴的截距为 -Km，斜率为 1/ Vmax
第二节 酶的抑制作用
抑制与失活之间的关系
失活作用(inactivation) :使酶蛋白变性 而引起酶活力丧失的作用 ,变性剂对酶 的变性作用无选择性. 抑制作用(inhibition) :酶的必需基团化 学性质的改变，但酶未变性，而引起酶 活力的降低或丧失 一种抑制剂只能使一种酶或一类酶产生 抑制作用，因此抑制剂对酶的抑制作用 是有选择性的.
i =1-a (4) 抑制百分数; i %=(1-a) x 100% 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数。
二、抑制作用的类型
v 根据抑制作用是否可逆:
1．不可逆的抑制作用: 抑 制剂与酶的必需基团以共价 键结合而引起酶活力丧失， 不能用透析、超滤等物理方 法除去抑制剂而使酶复活的 作用.
2．可逆的抑制作用: 抑制 剂与酶以非共价键结合而引 起酶活力降低或丧失，能用 物理方法除去抑制剂而使酶 复活，抑制作用是可逆的
当酶体系处于动态平衡时，ES的形成速 度和分解速度相等
k1([E] — [ES]) * [S] = k2[ES] + k3[ES]
移项 ([E] — [ES]) * [S] / [ES] =(k2+k3) / k1
令：Km = (k2+k3) / k1 [ES]= [E]*[S]
Km+[S]
（1）
因为当底物浓度很高时，酶反应速率（v）与 [ES]成正比，即
Km值的物理意义，即Km值是当酶反应 速率达到最大反应速率一半时的底物浓 度，单位是mol／l。
三、Km值的意义
Km = (k2+k3) / k1
2. Km酶值是酶的一个特征常底数物：Km值的K大m(小mm只ol与/L) 酶的脲性酶质有关，而与酶的尿浓素度无关。因此，2在5一 定条溶件菌下酶，可以通6过-NK-m乙值酰来葡区萄别糖不胺同的酶。0.006
机理： 温度 导致
对
酶蛋
酶
白变
反
性
应
的
影
最适温度
响
温度对酶反应的影响
在最适温度之前，一般温度越高，反应 速度就越快。 Q10（温度系数）：反应温度提高10℃， 其反应速率与原来反应速率之比，对大 多数酶来讲，温度系数Q10多为2， 酶的固体状态比在溶液中对温度的耐受 力要高。通常酶制剂以固体保存为佳。
第四节 pH对酶反应的影响
pH对酶反应的影响
pH影响酶活力的原因：
(1) 过酸或过碱可以使酶的空间结构破坏， 引起酶构象的改变，酶活性丧失。 (2) 当pH改变不很剧烈时，酶虽未变性， 但活力受到影响。 影响了底物的解离状态； 影响酶分子活性部位上有关基团的解离； 影响到中间络合物ES的解离状态，不利于 催化生成产物。
3．反竞争性抑制的曲线
总结
四、一些重要的抑制剂
抑制剂: 使酶活性降低的物质。 抑制剂作用分可逆抑制剂与不可逆抑制剂
可逆的依据：能否用透析、超滤等物理方法除 去抑制剂，使酶复活 机理：实际上是底物的类似物，专一地作用于 某一种酶活性部位的必需基团而导致酶的失活，
第三节 温度对酶反应的影响
温 度
该方程式表明：当已知Km及Vmax时， 酶反应速率与底物浓度之间的定量关系。 若以[S]作横坐标，v作纵坐标作图，可得 到一条双曲线
v
Vmax
½ Vmax
Km
[S]
三、Km值的意义
υ = Vmax *[s]
Km +[S]
1. Km值的物理意义
当反应速率达到最大速率一半时，即υ=
1/2Vmax,可以得到 [S] = Km
第五节
激活剂对酶反应的 影响
ห้องสมุดไป่ตู้
1. 激活剂(activator)
激活剂：凡是能提高酶活性的物质。其 中大部分是无机离子或简单有机化合物。 金属离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离 子，如Mg2+是多数激酶及合成酶的激 活剂， 无机阴离子如：Cl—、Br—、I—等都可作 为激活剂。如Cl—是唾液淀粉酶的激活剂 简单的有机化合物：Cys对某些含巯基的 酶有激活作用
葡萄糖-6-磷酸脱 6-磷酸-葡萄糖
0.058
Km值氢随酶测定的底物、反应的温度、pH及离子强度
而改变。各种酶的K苯m值甲相酰差酪很氨大酰，胺大多数酶2的.5Km
胰值凝介乳于蛋10白-6~酶10-1mol/甲L之酰间酪。氨酰胺
12.0
乙酰酪氨酰胺
32.0
三、Km值的意义
3. Km值可以判断酶的专一性和天然底物 有的酶可作用于几种底物，因此就有几 个Km值，其中Km值最小的底物称为该 酶的最适底物也就是天然底物。 Km愈小，达到最大反应速率一半所需要 的底物浓度就愈小 ，底物最适。