第9章 酶促反应动力学

9.2.2 酶抑制程度的表示方法
相对活力分数 相对活力百分数 抑制分数
vi a= vo vi 100% a% = vo
vi i = 1- a = 1vo 抑制百分数
vi ) 100% i %= (1- a)100% =(1vo
9.2.3 酶抑制作用的类型
不可逆抑制作用（Irreversible inhibition） 抑制剂与酶的必需基团以共价键相结合引起 酶活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法 去除抑制剂的影响。
第九章：酶促反应动力学
主 要 内 容
底物浓度对酶促反应速率的影响 酶的抑制作用 温度对酶促反应的影响
pH对酶促反应的影响
激活剂对酶促反应的影响
9.1 底物浓度 对酶促反应速率的影响
S+E=P+E
酶促反应中,如果[S]大大过量, V与 [E]的关系如何？ 实际情况下，[E]稳定，而[S]变化，
V与[S]的关系如何？
9.1.5 Km和Vmax的求法
Lineweaver-Burk双倒数作图法 Eadie-Hofstee作图法 Hanes-Woolf作图法
Eisenthal & Cornish-Bowden
直接线性作图法
9.1.5 Km和Vmax的求法 双倒数作图法
0
9.1.5 Km和Vmax的求法 Eadie-Hofstee作图法
对氨基苯磺酰胺
对氨基苯磺酰胺是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂 （在细菌中催化对氨基苯甲酸合成二氢叶酸）
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
次黄嘌呤腺苷 腺苷 羟化嘌呤核苷
过渡态底物类似物作为酶的竞争性抑制剂
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
酵母醛缩酶反应
磷酸乙二醇羟胺
过渡态底物类似物作为酶的竞争性抑制剂
9.3 温度对酶反应的影响
可逆抑制剂：磺胺药（如对氨基苯磺酰胺）
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
二异丙基氟磷酸：抑制胆碱酯酶活性，使乙酰胆碱不能被分解
成乙酸和胆碱，引起乙酰胆碱的积累，使神经处于过渡兴奋状
态，因此此类化合物又称神经毒气。
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
敌敌畏
萨林 敌百虫
有机磷化合物：抑制蛋白酶或酯酶活性
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
丙酮酸脱羧酶
9.1.4 Vmax和K3的意义
1、在一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一常数。
同一种酶对不同的底物的Vmax不一样，pH、温度和离 强度等也会影响Vmax的值。 2、当[S]很大时，Vmax=k3[E]， k3是一级反应速率常数； 因此k3表示当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底
酶与底物的亲和力。
9.1.3 Km的意义
酶 底物 Km/moLL-1 1.2 2.0 2.5 1.8 10-4 10-3 10-5 10-5
谷氨酸脱氢酶 谷氨酸 -酮戊二酸 NAD+ NADH
丙酮酸羧化酶 丙酮酸 HCO3ATP
4.0 10-4 1.0 10-3 6.0 10-5
酶的非竞争性抑制作用
酶的反竞争性抑制作用
酶只有与底物结合后才能与抑制剂结
合。L-Phe，L-Arg等对碱性磷酸酶的
作用是反竞争性抑制，肼类化合物抑 制胃蛋白酶、氰化物抑制芳香硫酸酯 酶的作用也属此类。
9.2.4 可逆与不可逆抑制的鉴别
9.2.5 -竞争性抑制作用动力学
[E] = [Ef] + [ES] + [EI]
9.2 酶的抑制作用
酶的失活与抑制的区别
酶抑制程度的表示方法
Hale Waihona Puke Baidu
酶抑制作用的类型
可逆与不可逆抑制作用的鉴别
可逆抑制作用动力学
一些重要的抑制剂
9.2 酶的抑制作用
9.2.1 酶的失活与抑制的区别
凡是使酶蛋白质变性而引起酶活力 丧失的作用称为失活作用；由于酶 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 而称为抑制作用。
1
relative activity
0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 temperature (oC)
最适温度 受诸多因 素影响
温度系数Q10：2左右 温度升高反应速率加快，但过高酶蛋白变性
9.3 温度对酶反应的影响
rate of reaction (µmol /min)
底物浓度 (mol/L) 初速度 (μmol/min) 1×10－6 0.08 5×10－6 0.25 1×10－5 0.33 1×10－4 0.48 1×10－3 0.50 1×10－2 0.50
①把表中的数据绘制成图，在给出的酶量下的 Vmax是多少? ②根据米氏方程，用Vmax、υ和〔S〕推演出 Km的代数表达式。计算每个反应混合物的Km。 Km值取决于底物浓度吗? ③当底物浓度为0.1mol·－1和l×l0－7mol·－1 L L 时，计算它们的初速度。 ④反应混合物保温2分钟后确定反应的初速度。 当初始底物浓度为1×10－2mol·－1时，计算产 L 物的生成量。在2分钟后底物总量的百分之几 被转换?
9.1.1 中间络合物学说
1903年Henri用蔗糖酶水解蔗糖实验研 究底物浓度与反应速率的关系。

C B
为解释此现象，提出了中间络合物学说
A
S + E ES P + E
[S]
1913年，Michaelis and Menten根据中 间复合物学说提出米氏方程。
[S]>>[E], [ES]分解为产物的逆反应忽略不计 Ks k
=
Vmax[S] Km + [S]
9.1.2 米氏方程的推导
9.1.2 米氏方程的推导
根据米氏方程： （1）当[S]<<Km时
v=
Vmax[S] Km
= K [S]
符合一级反应动力学，酶未被全部饱和，因此在[S]低时不能 正确测得酶活力； （2）当[S]>>Km时，v=Vmax，此条件下可正解测得酶活力
活的酶。 Cys、GSH等还原剂对某些巯基酶有激活作用，使二硫键还原 成巯基提高酶活性。
（3）当[S]=Km时，v=Vmax/2
9.1.3 Km的意义
1、Km是酶的特性常数
Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关，但与底物、 温度、pH及离子强度有关。 2、Km可判断酶的专一性和天然底物 Km最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。1/km近似
表示酶与底物的亲和力。
3、当k3<<k2时，Km=k2/k1，Km=Ks（解离常数），严格地 说是1/Ks表示酶与底物的亲和力，当k3极小时，1/Km才表示
9.1.3 Km的意义
4、已知Km可求在某一底物浓度时的反应速率 如当[S]=4Km时，V=80%Vmax； 当[S]=10Km时，V=91%Vmax 5、Km可帮助推断某一代谢反应的方向和途径 丙酮酸 丙酮酸 丙酮酸 乳酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶 乳酸 Km=1.7 10-5
乙酰辅酶A Km=1.3 10-3 乙醛 Km=1.0 10-3
S+E
=
ES
Vmax[S]
P+E
Ks + [S]
1925年，Briggs and Haldane提出了稳 态理论，对米氏方程做出了重要的修正。
E + S
k3
k1
k2
ES E + P
（1）
ES
（2）
k4
[ES]不仅与（1）有关，也与(2)有关。
9.1.2 米氏方程的推导
E + S
k1 k2 k3
可逆抑制作用（ Reversible inhibition ） 抑制剂与酶的必需基团以非共价键相结合引 起酶活力下降或丧失，能用物理方法去除抑 制剂的影响。它分为三种：竞争性抑制、非 竞争性抑制和反竞争性抑制。
酶的竞争性抑制作用
大部分竞争性抑制剂（competitive inhibitor） 与底物结构类似，因此能与酶活性部位结合， 与酶形成可逆的EI复合物，但EI不能分解成产 物P，酶反应速率下降，它可以通过增加底物 浓度而解除。如丙二酸和戊二酸是琥珀酸脱氢 酶的竞争性抑制剂。
(1)
通常[S]》[E]，即[S]-[ES][S]，ES分解速率与ES S+E 和ESP+E 有关，于是ES的分解速率可表示为：
-
d[ES] = k2[ES]+k3[ES] dt
(2)
9.1.2 米氏方程的推导
达到动态平衡时，ES生成与分解速率相等：
k1([E]-[ES])[S] = k2[ES]+k3[ES] （[E]-[ES]）[S] = [ES] k2 + k3 k1 =Km
胆碱酯酶
胃蛋白酶 木瓜蛋白酶 胰蛋白酶
9.5 激活剂对酶反应的影响
酶激活剂：简单有机物或无机小分子，如Mg2+是多数激酶及 合成酶的激活剂，Cl-是唾液淀粉酶的激活剂。 激活剂对酶的作用具有选择性： Mg2+对脱羧酶有激活作用而 对肌球蛋白三磷酶却抑制作用。
离子之间有拮抗作用：Na+抑制K+激活的酶，Ca2+抑制Mg2+激
ES
k4
E + P
当反应系统中ES的生成速率与降解速率相等时， 络合物ES的浓度保持不变，即达到稳定状态即：
d[ES] dt
= 0
9.1.2 米氏方程的推导
在反应初始阶段时，E+PES的速率极小，可以忽
略不计，E+SES, 于是ES的生成速率可表示为：
d[ES] = k1([E]-[ES])[S] dt
0
9.1.5 Km和Vmax的求法 Hanes-Woolf作图法
[S]
9.1.5 Km和Vmax的求法 直接线性作图法
例题
为了确定某酶的催化反应的初速度的底物依赖关系，制备 了一系列的l00ml含有不同底物浓度的反应混合物。向每 个混合物加入相同量的酶后便开始反应。通过测定每单位 时间（分钟）所形成的产物量而获得催化反应的初速度， 其结果如下表所示。
E + S ES P + E
+I
EI P + E
酶的竞争性抑制作用
酶的竞争性抑制作用
酶的非竞争性抑制作用
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。
E + S ES P + E
+
I
+ I
EI + S ESI P + E
Vmax = k3 [E] v = k3[ES] Vmax [Ef] + [ES] + [EI] v = [ES]
Km =
[Ef][S]
[ES]
Km [Ef]=[ES] [S] [I] [EI]=[Ef] Ki
Ki =
[Ef][I]
[EI]
9.2.5- 竞争性抑制作用动力学
9.2.5- 非竞争性抑制作用动力学
物的分子数，又称转换系数（TN）或催化常数（Kcat）,
Kcat越大，表示催化效率越高。
9.1.4 Vmax和K3的意义
3、生理条件下S << Km， Vmax = kcat [E] 代入米氏方程 v = kcat [E] [S] / Km + [S] = kcat [E] [S] / Km 得出：v = kcat / Km[E][S] kcat / Km为[E]和[S]反应形成产物的表观二级速度常数，单 位：L/mol s。 kcat / Km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。
9.2.5- 反竞争性抑制作用动力学
9.2.5- Dixon作图法求Ki
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
不可逆抑制剂：
非专一性抑制剂：有机磷化合物、有机汞砷化合物、 重金属盐、氰化物、硫化物、CO、青霉素等 专一性抑制剂：TLCK（对甲基苯磺酰-L-赖氨酰氯甲酮） -卤代-D-Ala是丙氨酸消旋酶的抑制剂
[E][S]
[ES]=
Km + [S]
(3)
9.1.2 米氏方程的推导
因为酶反应速率（）与[ES]成正比，即
= k3 [ES]
代入方程（3）得：
=k3[ES]=k3
[E][S] Km + [S]
由于反应系统中[S]» [E]，当酶全部被饱和形成ES时，[E]=[ES] 酶促反应达到最大反应速率Vmax，即Vmax=k3[ES]=k3[E]
1 min incubation
10 min incubation
0 20 40 60 80 100
temperature (° C)
9.4 pH对酶反应的影响
1、影响酶蛋白构象，甚至失活 2、影响底物、酶、中间产物的 解离状态
3、影响侧链基团的解离，从而
影响酶活性中心
9.4 pH对酶反应的影响
路易斯毒气
有机砷化合物：与酶的巯基结合而抑制活性
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
苯甲脒
苯甲脒是胰蛋白酶的竞争性抑制剂
9.2.6 一些重要的酶抑制剂
H2N COOH
磺胺类药物可与对氨基苯甲酸竞 争二氢叶酸合成酶，影响FH2的 合成，导致细菌生长繁殖受抑制，
对氨基苯甲酸
H2N SO2NH2
达到治病效果。