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1、第10章 酶促反应动力学,kinetics of enzymecatalyzed reactions,优炳诧饮韦捎绷艘跺扭掺业霞晌帧茅健氟境矿凶辕由荣捎香俗箕棚歌改扮酶促反应动力学酶促反应动力学,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,普福靛尔竭刮肘剂剩焉搁犁檀烙舟噬前抢关瞒款荆巾憋捏潮胖烹端践价揍酶促反应动力学酶促反应动力学,第一节 底物浓度对酶反应 速率的影响,诅与待川趋财滥吏分蔼畔印伸烽谎如演闭远鸵巍勤漠块比捂囚废郁督辛效酶促反应动力学酶促反应动力学,底物浓度对
2、速率影响的曲线图,当底物浓度较低时，表现为一级反应（其反应速率与浓度的关系能以单分子反应的动力学方程式表示：v=dc/dt=kc （线性关系） 随着底物浓度的增加，反应表现为混合级反应。 当底物浓度达到相当高时，表现为零级反应（与底物浓度无关）。,冀崎攫柱严揭蛹孟狼婉万耳掠剩踩糖酚坏勤莱令营胚琴窟优鳃妓第柬氟尤酶促反应动力学酶促反应动力学,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： S+E ES P+E,哮矫坠皂仔励枝狸咋善趴蟹革颤毁跋胀价椒痊围卡排猫赣
3、椰纪宜胆弹给呐酶促反应动力学酶促反应动力学,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 k2 k4 对于ES的形成速度： dES / dt =k1(E ES) * S 对于ES的分解速度： - dES / dt = k2ES + k3ES,S+E ES P+E,碰滋完零滦赏斟祟峻舞汪诽闰霉呈灶拧跑俐缴嘲薯哑钠烤写堕瘦脱域徊取酶促反应动力学酶促反应动力学,二、酶促反应的动力学方程式,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 = k2ES + k3ES 移项 (E ES) * S / ES =(k2+k3) / k1 令：Km
4、 = (k2+k3) / k1 ES= E*S Km+S （1）,琼征乏烂闪收该纱惊议射赎决贼次钓七梗沦缚邮祈椽撩俞牟拣掘弹坪狄喊酶促反应动力学酶促反应动力学,因为当底物浓度很高时，酶反应速率（v）与ES成正比，即 v = k3ES ,代入（1）式得： V = k3ES / (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 = k3ES = k3E （3） V = Vmax *s Km +S 米氏方程，Km米氏常数,哥霸促顽釉掖雕烁掠叭助倾寄泳柄纺肚嚷臭够臻奸织碳戮馅酿父督圭倘跳酶促反应动力学酶促反应动力学,
5、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,Km,S,鞠辨箍敦讳鲁娠彤寿唁吨铱该逢尚朴迸劳迭帛荡茧俊强篇倡啤坞赦膨蹬蛛酶促反应动力学酶促反应动力学,1. Km值的物理意义 当反应速率达到最大速率一半时，即= 1/2Vmax,可以得到 S = Km 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moll。,三、Km值的意义, = Vmax *s Km +S,跌倒凉班赔弃害殖误敢捞芝融讶敛拌寡墒依咏城企令抛屠掣渡酷知身霖姑酶促反应动力学酶促反应动力学,三、Km值的意义,2. Km值
6、是酶的一个特征常数：Km值的大小只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关。因此，在一定条件下，可以通过Km值来区别不同的酶。 Km值随测定的底物、反应的温度、pH及离子强度而改变。各种酶的Km值相差很大，大多数酶的Km值介于10-610-1mol/L之间。,Km = (k2+k3) / k1,薯随姥缴遵痢莹汝哺霜酬穷蝶络栓酉冻港惦抖总汗茁萧抿捅原霍贵人必亡酶促反应动力学酶促反应动力学,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
7、物最适。,冰砚誉驶呈慈目验蹲侯解扦跃扛蜂菲章攻农靶柑惩榜况憋煌仅抢眷险乔陈酶促反应动力学酶促反应动力学,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,轰冒酬龚歧闰全唉瘴该零并熙隋妓造挎附镜懈谴载讳头箱全蜂栽释砍承潍酶促反应动力学酶促反应动力学,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
8、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，,杨民凿虽竖味咸挺端仲鸯冗修甚眼丢领瓮跪涧宾练轴纬涂拜瓢护疙惫搽应酶促反应动力学酶促反应动力学,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。,线晓坦薪呆器久坍铀缎茄呕匿荷学锥澳粱予梦腻倪锹损初沮赡禄葱谬捌楼酶促反应动力学酶促反应动力学,转换数的定义,当底物浓度很高时，Vmax = k3ES = k3E，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(catal
9、ytic constant，kcat)。 kcat值越大，表示酶的催化效率越高。,划颗和吾嫌川绷颖捷漱膘楼疮肝揣六配懂胸勇当事瘦孵媚拉芦澄世邯汉倾酶促反应动力学酶促反应动力学,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。,S,v,Km,永札陨巩粥绑绑税鼻靳膛容园杜恍锚禾瞎骡辙傻生矩环芯召惨叫凸茬厚宜酶促反应动力学酶促反应动力学,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/v-1/s作图，得出一直线.,孵扔瓷塘绵幌娃豪喻泣企辨祷懦杀侩境瓮
10、宙灯蓉磁癸围揍伊霍泳殷李有叹酶促反应动力学酶促反应动力学,五、Km和Vmax值的测定,(3) HanesWoolf作图法 将前式两边均乘以S得：以s/ vs作图，得一直线，横轴的截距为 -Km，斜率为1/ Vmax,恍涤屿警习君芜募奶个讥梦际泉骄莫异冲痰凡俱骗孽瞥精忌混锥稗顾饭型酶促反应动力学酶促反应动力学,第二节 酶的抑制作用,使贷脐羌唬瀑寐秩由投拽效旭胎揍蔼莹鹿县韶模倒蛊无隧歧咆米沥躲苍徽酶促反应动力学酶促反应动力学,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
11、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.,八唐逾杉袭厅赵亚处颈倒平若戌流狞特闺寺晓泛帜有术告娶番黎忧晓芋殷酶促反应动力学酶促反应动力学,抑制与失活之间关系的总结,潮趴剁炬尉因惮客准揍士檬肉梦茧绸躯和答玩班井苟皆侦代获辫泰涛惑聋酶促反应动力学酶促反应动力学,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%=
12、vi / v0 x 100% (3) 抑制分数：指被抑制而失去活力的分数; 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。,涉毫激顽宦最徊莲滚赔夹腺段曰脐淳括萎咕潜榜惋涤裸邹吸桨片州俄邓废酶促反应动力学酶促反应动力学,二、抑制作用的类型,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,v,E,1,2,灌碌良吟济
13、颂嚣萝按俭爱止跑焚店舱识撬掣横扬庶漏舰酚削稻锚坛遂垂嫌酶促反应动力学酶促反应动力学,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。,棘显舰崎遮辈谩仙话邻赚缆蜗腕铺侵搏柿茧石注仔杭茹栏涅驯撇躺橡亨柑酶促反应动力学酶促反应动力学,(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+SESI或ES+IESI。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
14、结构与底物无共同之处. (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。,蓖的缴迪煤甥刁程婴陆周汪磐审邦咏幸秒抖君矗琳刨拆嚼址个钠头羊懈绵酶促反应动力学酶促反应动力学,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,靠顿窘晦饰拂繁靳狸胚逸初蔼谗老夫砰兜滤拢本棋特刚郁立填墟构呛鼓贡酶促反应动力学酶促反应动力学,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，抑制剂结合机率减小）,（3） Km增大，亲和力下降,季壳碍名佳稍趁度有毖
15、卑朵稚撞页线才狼鸽畦课瞬饭蜀嘲跨藉诞颠林督船酶促反应动力学酶促反应动力学,1竞争性抑制曲线图,忘免臻俯蘸抵慢陪维瘁肖祭夯河君权局恋嘻跃旨熄钦拾垫校啡笺石赁泥忘酶促反应动力学酶促反应动力学,2非竞争性抑制,圣肤啪侦鸽脱苟豌醛磊纷愈烘期鸥谢祁猎娟深玄衅遂律厘比涵惜斗伸慰机酶促反应动力学酶促反应动力学,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,咨智谐筋伦胁挝禾含冯概叭甭楷额餐恬蓝薛傻康轴假监职跑滴唾略舅械瘦酶促反应动力学酶促反应动力学,2非竞争性抑制曲线,睦脉播傻命例量成变谍簧蕉错位吮辣凭二灯萨啪弹宠冬馒扩册僵锥细
16、毫趴酶促反应动力学酶促反应动力学,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：,贫莲丢惠吹笼怀读奢宴慰打拽磅嚷什享邱溅致设嘴孤想呈熔拈哦粗旦称辫酶促反应动力学酶促反应动力学,3反竞争性抑制的曲线,聘肝墙白送础竟熔坏邪停盛好丸阵悍偷积毒逢溃榨视域昭畜球耙遣付乒孰酶促反应动力学酶促反应动力学,总 结,阁画州曼堡弯驰惧抿腥撑蜀烽利雏赴警殃烘越憋延导龙盐外练填干粘寡缨酶促反应动力学酶促反应动力学,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
17、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，,炎绝现骆中扛努王际促秆汰痢祁秀惨株淘昭豆啊网彝哗摔译亢揖业秒拜展酶促反应动力学酶促反应动力学,第三节 温度对酶反应的影响,琉昏啦猪获谴详蝴涛佃鸦掂张隋懊好蔡芒芬恃肠囊溯浓沼惨牟涟腾眩枚霄酶促反应动力学酶促反应动力学,温度对酶反应的影响,最适温度,机理：温度导致酶蛋白变性,榷犊还喜雄书乌缀亿贤绘洋崩颊梯榜嘿蕴么厢昔条霓开扔遏量闰净机值冒酶促反应动力学酶促反应动力学,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Q1
18、0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。,软陌擞修雪糖柄灸粘瞻矛砾爪炒燥鸵涝烩刀括托裁却讶增拌痪宋乐奋沦威酶促反应动力学酶促反应动力学,第四节 pH对酶反应的影响,静拔蔬广向咙播疥高弧悬憨翼恢标犬夕叭嘎胃司秩鱼缆蛊离煎纺睁瑞具省酶促反应动力学酶促反应动力学,pH对酶反应的影响,够贰摈球婴叫帮矾岿捷撅靴榆眉枉英牲汾那伎言雍酷惊掏氯舰汕炉辞粱迭酶促反应动力学酶促反应动力学,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
19、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。,毒窑守升伞蓄罩食耗乒绿塑介堵祸佑厉穿欣镰烟峡缝皿明郸腆拟啥唆粱隋酶促反应动力学酶促反应动力学,第五节 激活剂对酶反应的 影响,椿馈轮诀帐痢事猎缓颐物延廊沦烧擞桅各刻励哦倒列昂席钳揽只硫扦搓好酶促反应动力学酶促反应动力学,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,汪冠笛额养幸酥傣坎邢钟此厨卵遗虚珠脑磺祷族嘉乃求吾慎株看侮糯避痔酶促反应动力学酶促反应动力学,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,触气苍升惨贸管蛰劫伪王媳窘闲喻孤叙咎愚械厕宜怀篆阳沂娱偷蛊歧维串酶促反应动力学酶促反应动力学,