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1、第9章 酶促反应动力学,研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素,底物浓度对酶反应速率的影响 米氏方程酶的抑制作用环境因素对酶反应的影响,1 底物浓度对酶反应速率的影响,1.1米氏学说的提出 酶有被底物所饱和的现象,双曲线,酶-底物复合物学说(Enzyme-substrate complex)1903年，Herin-Wurtz,快速平衡学说1913年Michaelis和Menten 提出米氏方程Ks为ES的解离常数,Maud Menten1879-1960,Leonor Michaelis1875-1949,稳态理论（Steady State）Briggs and Haldane in 192
2、5,Km=（k2+k3）/k1,修正,Michaelis-Menton Equation,Km 米氏常数 Vmax 最大反应速率,3个假设:,（1）底物大过量，即SE,（2）P浓度极小，忽略 这步反应,（3）稳态假设：ES的生成速度和ES的分解速度相等，ES 为常数，达到稳态。,1.2 米氏方程式的推导,酶促反应分两步进行：第一步：酶与底物作用，形成酶-底物复合物。第二步：ES复合物分解形成产物，释放出游离酶。,酶与底物生成ES的速度为：,注：,ES分解的速度为：,当整个反应体系处于稳态时，ES生成速度（V1）等于ES分解速度（V2）：,令:,将（2）代入（1）,用Et代表酶的总浓度，则,得：
3、,将（4）代入（3）,酶促反应速度v取决于ES转换为E+P的速度,得：,当反应体系中的底物浓度极大，而使所有的酶分子都以ES形式存在时，反应速度达到最大值（即最大反应速度，V）。,得：,将（6）代入（5）,米氏方程式,Km-米氏常数（Michaelis-Menton constant）表明当已知Km和Vmax时，酶反应速率与底物浓度的定量关系。,Km的物理意义Km值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。单位是底物浓度的单位，一般用mol/L或mmolL表示。计算：底物浓度反应速度,底物浓度较低时，S Km，米氏方程式的分母中S一项可以忽略不计，得：反应速度与底物浓度成正比，符合一级反应
4、。在底物浓度很高时，SKm，米氏方程中，Km可以忽略不计，得 反应速度与底物浓度无关，符合零级反应测定酶活力,1.3米氏常数的意义,Km是酶的一个特征常数。Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。鉴别酶：25，最适pH的Km值 Km可以判断酶的专一性和天然底物。酶的最适底物或天然底物：Km值最小的底物酶对底物亲和力的大小：1/Km 最适底物的亲和力（1/Km）最大，Km最小,达最大反应速率一半时所需要的底物浓度愈小。,1.4 米氏常数的求法,双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）以1S为横坐标，以1v为纵坐标作图 缺点：实验点过于集中于直线的左端，作图不易十分准确。,2 酶的
5、抑制作用,2.1 抑制作用失活作用（inactivation）：酶蛋白变性而引起活力丧失。变性剂对酶无选择性。抑制作用（inhibition）：酶的必须基团化学性质的改变，引起酶活力降低或丧失。但酶未变性。一种抑制剂只能使一种酶或一类酶产生抑制作用。,不可逆的抑制作用（irreversible inhibition）：抑制剂与酶的必须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。可逆的抑制作用（reversible inhibition）：抑制剂与酶的必须基团以非共价键结合而引起酶活力丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。可逆的抑制作用：竞争性
6、抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。,2.2 分类根据抑制剂与酶作用方式及是否可逆,2.3 竞争性抑制作用（competitive inhibition)概念：抑制剂与底物竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结合。最常见的一种可逆抑制作用。原因：抑制剂与底物的结构类似，与酶可形成可逆的复合物，但此复合物不可能分解成产物，酶反应速率下降。增加底物浓度可解除这种抑制。,动画,竞争性抑制的特征 a 反应式：,b动力学方面:Vmax不变，但Km增大。,竞争性抑制的临床应用意义 磺胺类药物：对氨基苯磺酰胺磺胺类药物有抑制细菌生长繁殖的作用，而不伤害人和畜禽。叶酸和二氢叶酸是四氢叶酸的前体。（二氢叶酸
7、合成酶）,PABA,2.4 非竞争性抑制作用（noncompetitive inhibition）概念：底物和抑制剂同时与酶结合，两者没有竞争作用。抑制剂（I）和底物（S）可以同时结合在酶分子（E）的不同部位上，形成ESI三元复合物。但是，中间产物ESI三元复合物不能进一步分解为产物,酶活力降低。,动画,原因抑制剂的结构可与底物毫无相关之处 如亮氨酸是精氨酸的一种非竞争性抑制剂 加入大量底物不能解除非竞争性抑制剂对酶活性的抑制。这是不同于竞争性抑制的一个特征。,特征a反应式,b动力学方面：Vmax降低，但Km值不改变。,2.5 反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）概
8、念酶只有与底物结合后，才能与抑制剂结合。与抑制剂结合后的三元复合物不能形成产物。特征a反应式：,b动力学方面：Vmax和Km值均降低。,P373,E+IEI,有机磷化合物,2.6 不可逆抑制（irreversible inhibition）,有机磷化合物:与酶活直接相关的丝氨酸上的羟基牢固结合，从而抑制某些蛋白酶及酯酶。,神经毒气DFP、有机磷杀虫剂,有机汞、有机砷化合物,与酶中的半胱氨酸残基的巯基作用，抑制含巯基的酶,重金属盐,如含Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等金属盐能使大多数酶失活,烷化试剂,例 ICH2COOH，ICH2CONH2等,青霉素糖肽转肽酶：在细菌细胞壁合成中使肽聚糖链
9、交联。与活性部位丝氨酸羟基共价结合，使酶失活，影响肽聚糖链交联，导致细菌细胞壁合成受阻，细菌生长被损害。,温度pH值激活剂抑制剂,3 环境因素对酶反应的影响,温度对酶反应的影响,最适温度（optimum temperature）：受底物的种类、浓度,溶液的离子强度,pH,反应时间等的影响。,pH对酶反应的影响,最适pH（optimum pH）:受到底物的种类、浓度、缓冲液的种类等影响。,胃蛋白酶,过氧化氢酶,精氨酸酶,phosphatase,碱性磷酸酶,胃黏膜,激活剂对酶反应的影响,激活剂（activator)：凡是能提高酶活性的物质。,金属离子：如Na+、K+、Mg2+、Ca2+Zn2+、F
10、e2+等。,无机离子,阴离子：如Cl-、Br-等,氢离子,选择性,有的金属离子可以互相替代,有的离子间有拮抗作用,浓度要适中,有机分子,某些还原剂如Cys、GSH等,EDTA,具有蛋白质性质的大分子,名词解释,米氏常数（Km，Michaelis-Menton constant）抑制作用（inhibition）可逆抑制作用（reversible inhibition）不可逆抑制作用（irreversible inhibition）竞争性抑制作用（competitive inhibition)非竞争性抑制作用（noncompetitive inhibition）反竞争性抑制作用（uncompetitive inhibition）,
