第9章 酶促反应动力学

第九章酶促反应动力学第一节化学动力学基础
一、反应速率及其测定
二、反应分子数和反应级数
反应分子数
反应级数
三、各级反应的特征
（一）一级反应
其速率与反应物浓度的一次方成正比。

-dc/dt=kc
lnc=-kt+lnc0
lnc=-kt+B（直线）
K=(1/t)ln(c0/c)
c=(1/2)c0时
k=(ln2)/t1/2
t1/2=(ln2)/k
半衰期与反应物的初始浓度无关。

（二）二级反应
反应的速率与反应物浓度的二次方成正比。

1．若A和B为同一物质
-dc/dt=kc2，dc/c2=-kdt；
c/c0=1/(1+kc0t)；
c/c0=1/2时，k=1/c0t1/2。

2．A和B的初始浓度相同
k=(1/t){x/[a(a−x)] }
3．A和B的初始浓度不同
k=[1/t(a−b)]/ln{[b(a−x)]/[a(b−x)]}
a：反应物A的初始浓度。

b：反应物B的初始浓度。

(a-x)：反应时间为t时A的浓度。

(b-x)：反应时间为t时B的浓度。

（三）零级反应
反应速率与反应物的浓度无关。

-dc/dt=k，或dx/dt=k。

X=kt，或k=x/t。

第二节底物浓度对酶反应速率的影响
一、中间产物学说
中间产物学说的实验依据：（1）核酸和酶的复合物可直接用电镜观察；（2）下图；（3）复合物的溶解度和稳定性有所变化；（4）有些复合物可直接分离得到。

酶催化的反应中各成份的变化：
酶反应的速度在不停地变，实验上只有初速度的测定才有意义。

酶反应的初速度与底物浓度之间的关系：
二、酶促反应的动力学方程式（一）米氏方程的推导
米氏方程v=Vmax[S]/(Km+[S])符合v-[S]曲线。

若Km>>[S]，v=(Vmax/Km)[S]；
若[S]>>Km，v=Vmax；
由v=Vmax[S]/(Km+[S])，得Km=[S][(Vmax/v)-1]，为典型的双曲线方程。

（二）动力学参数的意义
1．Km的意义
a.Km值等于反应速度达最大反应速度一半时的底物浓度，单位是浓度单位，是酶的特征常数，酶对一定的底物只有一个特定的Km：
V/2=V[S]/(Km+[S])，则Km=[S]。

Km越小酶对底物的亲和力越大，Km最小的底物为最适底物。

已知[S]=nKm，则v=[n/(1+n)]V；
已知v=nV，则[S]=[n/(1-n )]Km；
Km可用于判断反应的方向及代谢途径的限速步骤。

2．Vmax和k3(K cat)的意义
在一定的酶浓度下，Vmax为常数。

底物浓度很大时，Vmax与酶浓度成正比；
3．K cat/Km的意义
由于K cat=k3；K cat/Km=k3k1/(k2+k3)。

当k2→0时，K cat/Km=k1。

即K cat/Km表示k2→0时的k1，即k1的最大值。

（三）利用作图法测定K m 和V max
三、多底物的酶促反应动力学
酶反应的速度在不停地变，实验上只有初速度的测定才有意义。

酶反应的初速度与底物浓度之间的关系：
两种不同模式的双底物反应：
顺次式(sequential)
乒乓式(ping-pong)
双底物反应的米氏方程（乒乓式）：
乒乓机制：
顺序机制
第三节酶的抑制作用
一、抑制程度的表示方法
相对活力分数：a=vi/v0。

相对活力百分数：a=(vi/v0)⨯100%。

抑制分数：i=1-a=1-(vi/v0)。

抑制百分数：i=(1-a)⨯100%=[1-(vi/v0)]⨯100%。

二、抑制作用的类型
不可逆的抑制作用
可逆的抑制作用
三、可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鉴别
透析、超滤、凝胶过滤能否除去抑制剂；
酶浓度对反应速度作图，不可逆抑制剂使直线右移，可逆抑制剂使直线的斜率下降。

四、可逆抑制作用的动力学
竞争性抑制：
非竞争性抑制(Noncompetitive inhibition)
混合型抑制
竞争性抑制动力学方程的推导：
不同类型抑制作用的米氏方程。

五、一些重要的抑制剂
（一）不可逆抑制剂
非专一抑制剂：有机磷（作用于羟基酶类，特别是胆碱酯酶，可用肟类解毒）、有机汞和有机砷（作用于巯基，可用过量的巯基化合物解毒）、重金属盐（使蛋白质变性失活，可用螯合剂解毒）、氰化物、硫化物和一氧化碳（作用于酶中的金属离子，使酶失活而阻止呼吸）、青霉素（抑制细菌的糖肽转移酶）等；
专一抑制剂：Ks 型抑制剂修饰活性基团，Kcat 型抑制剂为自杀型底物；
（二）可逆抑制剂
磺胺类药物，对氨基苯甲酸的类似物；
一些抗癌药物，碱基类似物，叶酸类似物，谷氨酰胺类似物；
过渡态底物类似物。

第四节温度对酶反应的影响
第五节pH 对酶反应的影响
第六节激活剂对酶反应的影响
一些无机离子和有机小分子可提高酶的活性，称作激活剂。

一些酶制剂需加入激活剂才能有较大的活性。

激活剂按照分子大小，可分为三类：
一、无机离子
可分为金属离子、氢离子和阴离子三种。

起激活剂作用的金属离子有钾、钠、钙、镁、锌、铁等，原子序数在11－55 之间。

其中镁是多种激酶及合成酶的激活剂。

阴离子的激活作用一般不明显，较突出的是动物唾液中的α淀粉酶受氯离子激活，溴的激活作用稍弱。

激活剂的作用有选择性，对另一种酶可能起抑制作用。

有些离子还有拮抗作用，如钠抑制钾的激活作用，钙抑制镁。

有些金属离子可互相替代，如激酶的镁离子可用锰取代。

激活剂的浓度也有影响，浓度过高可能起抑制作用。

如对于NADP+合成酶，镁离子浓度在5－10×10-3M 时起激活作用，在30×10-3M 时酶活下降。

二、中等大小有机分子
某些还原剂如半胱氨酸、还原型谷胱甘肽、氰化物等能激活某些酶，打开分子中的二硫键，提高酶活，如木瓜蛋白酶、D-甘油醛-3-磷酸脱氢酶等。

另一种是EDTA，可螯合金属，解除重金属对酶的抑制作用。

三、蛋白质类
指可对某些无活性的酶原起作用的酶。