1、第四節(jié)第四節(jié) 酶動(dòng)力學(xué)及影響酶反酶動(dòng)力學(xué)及影響酶反應(yīng)速度的因素應(yīng)速度的因素一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響(一) 酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響 dpdp/ /dtdt kESkES：一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)dpdp/ /dtdt kEkE：零級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng)VSVmax零級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)混合級(jí)反應(yīng)( (二二) ) 米氏方程米氏方程 為了要解釋這一現(xiàn)象，為了要解釋這一現(xiàn)象，Michaelis & Menten 提出了中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)。提出了中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)。 1. 米氏方程的推導(dǎo)該學(xué)

2、說(shuō)必須兩個(gè)條件：該學(xué)說(shuō)必須兩個(gè)條件： (1)(1)符合質(zhì)量作用定律符合質(zhì)量作用定律(2)(2)形成的中間產(chǎn)物決定整個(gè)反應(yīng)的速度形成的中間產(chǎn)物決定整個(gè)反應(yīng)的速度一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程 Michaelis & Menten 提出了中間提出了中間絡(luò)合物學(xué)絡(luò)合物學(xué)說(shuō)。說(shuō)。 1. 米氏方程的推導(dǎo)一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程 對(duì)于單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程需經(jīng)過(guò)中對(duì)于單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程需經(jīng)過(guò)中間復(fù)合物間復(fù)合物ESES，即即 1. 米氏方程的推導(dǎo)ESK1K3ESK2K4EPMichaelis

3、-Menten的三個(gè)假設(shè)：的三個(gè)假設(shè)： (1)(1)推導(dǎo)的推導(dǎo)的v v為反應(yīng)初速度為反應(yīng)初速度一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推導(dǎo)一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響 產(chǎn)物的生成量很少產(chǎn)物的生成量很少 k k4 4 的反應(yīng)忽略不計(jì)。即的反應(yīng)忽略不計(jì)。即E + S ES E + PK3K4K1K2( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推導(dǎo)一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響 EE 酶總量；酶總量； E Et t 反應(yīng)后反應(yīng)后t t時(shí)的酶量；時(shí)的酶量； ESES 中間產(chǎn)物濃度中間產(chǎn)物濃度Et E-ESE-ES( (二二)

4、) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推導(dǎo)一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響剛反應(yīng)時(shí)，若形成的速度為剛反應(yīng)時(shí)，若形成的速度為v,v,則則v v1 1 k k1 1 E Et t SS k k1 1 （E E）- -（ESES） S (1)S (1)ESES消失速度：消失速度：v v2 2 k k2 2ES; ES; v v3 3 k k3 3ESESv v23 23 k k2 2 ESES k k3 3ES ES （k k2 2 k k3 3）ES (2) ES (2) ( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推導(dǎo)Michaelis-Menten的三個(gè)假設(shè)：的三個(gè)假設(shè)： (2)

5、(2)反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài)反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài) 一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推導(dǎo)即即 ESES不變不變 ESES的生成量的生成量 = ESES的分解量。即的分解量。即v v1 1 =v=v2323k k1 1 （E E）- -（ESES） S S = ES = ES （k k2 2 k k3 3） （E E）- -（ESES） S/ S/ ES = ES = （k k2 2 k k3 3）/ k/ k1 1 (3) (3)設(shè)設(shè) K Km m=(k=(k2 2+k+k3 3)/k)/k1 1 將將(3)(3)重排得重排得ES =ES = ES

6、/ KES/ Km m S S (4)(4)一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推導(dǎo)Michaelis-Menten 的三個(gè)假設(shè)：的三個(gè)假設(shè)： E =ES,V = KE =ES,V = K1 1E,E,即即K K1 1 = V/ E (5)= V/ E (5)同時(shí)，同時(shí)，v = Kv = K1 1ES, KES, K1 1 = v/ ES (6)= v/ ES (6)(5) (5) + + (6)(6)ES =v E /V (7)ES =v E /V (7)(7)(7)代入代入(4(4) )得得 v E /V = v E /V = ES/

7、KES/ Km m S S (3)(3)SS EE一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程V =Vmax S Km + S 1. 米氏方程的推導(dǎo)一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程 2. 米氏方程中常數(shù)的意義K Km m 米氏常數(shù)米氏常數(shù) 由于由于 K Km m= (k= (k2 2+k+k3 3)/k)/k1 1 ， 為復(fù)合常數(shù)。為復(fù)合常數(shù)。 K Km m是酶的特征常數(shù)，經(jīng)常表示酶與底物的親和力。是酶的特征常數(shù)，經(jīng)常表示酶與底物的親和力。 K Km m值越大，親和力越小。值越大，親和力越小。 一一. .底物濃度的影響底物濃度

8、的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程 2. 米氏方程中常數(shù)的意義 K Km m的值是當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度的一半時(shí)的值是當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度的一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度。所對(duì)應(yīng)的底物濃度。 所以所以K Km m的單位為濃度單位的單位為濃度單位一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響SSV2VmmaxmaxK Km = S ( (二二) ) 米氏方程米氏方程 2. 米氏方程中常數(shù)的意義一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響( (二二) ) 米氏方程米氏方程V =Vmax S Km + S 3. 米氏方程中常數(shù)的測(cè)定所以采用雙倒數(shù)作圖法：即所以采用雙倒數(shù)作圖法：即 1/ 1/v - 1/S v

9、 - 1/S 作圖作圖 v-Sv-S作圖法：作圖法： V Vmaxmax難以測(cè)定，不能從難以測(cè)定，不能從v v V/2V/2處求得，處求得，從而導(dǎo)致從而導(dǎo)致K Km m也難確定。也難確定。一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響maxmaxV1S1V1mKv( (二二) ) 米氏方程米氏方程V =Vmax S Km + S 3. 米氏方程中常數(shù)的測(cè)定一一. .底物濃度的影響底物濃度的影響maxmaxV1S1V1mKv二二. .酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 在一般的酶促反應(yīng)中，常常在一般的酶促反應(yīng)中，常常 SESE，酶反應(yīng)酶反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度。速度達(dá)到最大反應(yīng)速度。 當(dāng)當(dāng)

10、 SESE，由于由于V Vmaxmax=kE=kE0，反應(yīng)速度與酶反應(yīng)速度與酶濃度成正比。濃度成正比。 酶濃度曲線酶濃度曲線三三. . pHpH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 pHpH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響較大。其原因有：對(duì)酶反應(yīng)速度的影響較大。其原因有： 極度極度pHpH的條件引起酶蛋白的變性。的條件引起酶蛋白的變性。pHpH影響底物的解離，從而影響酶與底物的結(jié)合。影響底物的解離，從而影響酶與底物的結(jié)合。 pHpH影響酶分子解離狀態(tài)。影響酶分子解離狀態(tài)。 每種酶只能在一定的每種酶只能在一定的pHpH范圍內(nèi)表現(xiàn)出它的活性，范圍內(nèi)表現(xiàn)出它的活性，且在某一且在某一pHpH值范圍內(nèi)活性最高，其兩側(cè)

11、活性都下降。值范圍內(nèi)活性最高，其兩側(cè)活性都下降。 酶促反應(yīng)具有一最適酶促反應(yīng)具有一最適pHpH。反應(yīng)速度和反應(yīng)速度和pHpH的關(guān)系見下圖：的關(guān)系見下圖： 三三. . pHpH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響具有雙重性：溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響具有雙重性：隨著溫度的升高，酶蛋白會(huì)失活，使反隨著溫度的升高，酶蛋白會(huì)失活，使反應(yīng)速度下降應(yīng)速度下降 隨著溫度的升高，反應(yīng)速度會(huì)加快隨著溫度的升高，反應(yīng)速度會(huì)加快四四. . 溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 因此，在這雙重因素的綜合作用下，酶促反因此，在這雙重因素的綜合作用下，酶促反應(yīng)具有一最適溫度。應(yīng)具有一最適溫度。

12、四四. . 溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 五五. . 激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響激活劑：激活劑：能提高酶活性的物質(zhì)。能提高酶活性的物質(zhì)。 無(wú)機(jī)離子：無(wú)機(jī)離子： 主要是金屬離子，它們有的本身就是酶的輔主要是金屬離子，它們有的本身就是酶的輔助因子，有的是酶的輔助因子的必要成分。助因子，有的是酶的輔助因子的必要成分。 如如: : 激酶需要激酶需要MgMg2+2+激活激活 唾液淀粉酶需要唾液淀粉酶需要ClCl- -激活激活主要的激活劑有：主要的激活劑有：五五. . 激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 有機(jī)小分子：有機(jī)小分子： 一些還原劑，如抗壞血酸、

13、半胱氨酸，使含一些還原劑，如抗壞血酸、半胱氨酸，使含- -SHSH的酶處于還原態(tài)的酶處于還原態(tài) 金屬螯合劑，如金屬螯合劑，如EDTA(EDTA(乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸) )，可絡(luò)合，可絡(luò)合一些重金屬雜質(zhì)，解除它們對(duì)酶的抑制，從而使酶一些重金屬雜質(zhì)，解除它們對(duì)酶的抑制，從而使酶活升高?；钌?。抑制作用：抑制作用：有些物質(zhì)與酶結(jié)合后，引起酶的活性中心有些物質(zhì)與酶結(jié)合后，引起酶的活性中心或必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而使或必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而使酶活力降低或喪失。酶活力降低或喪失。六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響引起抑制作用的物質(zhì)稱為引起抑制作用的物質(zhì)稱為抑

14、制劑抑制劑抑制作用可分為兩大類：抑制作用可分為兩大類：可逆抑制作用可逆抑制作用和和不可逆抑制作用不可逆抑制作用 六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 可逆抑制作用可分為三種類型：可逆抑制作用可分為三種類型： 1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 2. 2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 3. 3. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 酶與抑制劑非共價(jià)地可逆結(jié)合，當(dāng)用透析或超酶與抑制劑非共價(jià)地可逆結(jié)合，當(dāng)用透析或超濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復(fù)，這種抑濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復(fù)，這種抑制作用叫可逆抑制作用。制作用叫可逆抑制作用。( (一）可逆抑制作用

15、一）可逆抑制作用六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心并與之結(jié)合，從而減少了酶與底物的酶的活性中心并與之結(jié)合，從而減少了酶與底物的結(jié)合，因而降低酶反應(yīng)速度。這種作用稱為結(jié)合，因而降低酶反應(yīng)速度。這種作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。抑制作用。( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)

16、速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 這種抑制作用可通過(guò)增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)這種抑制作用可通過(guò)增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，因而能削弱或解除這種平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，因而能削弱或解除這種抑制作用。抑制作用。 ( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸丙二酸丙二酸六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 ESESEPE EI六六. . 抑制劑

17、對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，Vmax不變，不變，Km增大增大可通過(guò)增加底物濃度可通過(guò)增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，因而能削弱或解除這因而能削弱或解除這種抑制作用。種抑制作用。六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 S)/ I (1SVvimmaxKKEIIEiKmaximaxV1S1) I 1 (V1KKvmLinewevery-Burk圖 米氏方程Lineweaver-Burk plot of competi

18、tive inhibition六六. . 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 某些抑制劑結(jié)合在酶活性中心以外的部位，因而與某些抑制劑結(jié)合在酶活性中心以外的部位，因而與底物和酶的結(jié)合無(wú)競(jìng)爭(zhēng)，即底物與酶結(jié)合后還能與抑制底物和酶的結(jié)合無(wú)競(jìng)爭(zhēng)，即底物與酶結(jié)合后還能與抑制劑結(jié)合，同樣抑制劑與酶結(jié)合后還能與底物結(jié)合。但酶劑結(jié)合，同樣抑制劑與酶結(jié)合后還能與底物結(jié)合。但酶分子上有了抑制劑后其催化功能基團(tuán)的性質(zhì)發(fā)生改變，分子上有了抑制劑后其催化功能基團(tuán)的性質(zhì)發(fā)生改變，從而降低了酶活性。這種作用稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。從而降低了酶活性。這種作用稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。 2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用這種抑制作用

19、不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，例如：金屬絡(luò)合劑，如EDTA、F -、CN -、N3- 等，可以絡(luò)合金屬酶中的金屬離子，從而抑制酶的活性。( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用E + S ES E + P+EII + S IES+I2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用)S)(/ I (1SVmimaxKKv

20、) I 1 (V11) I 1 (V1imaximaxKSKKvmLinewevery-Burk圖 米氏方程2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 ( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用VmaxVmax120a 無(wú)Ic 有非競(jìng)爭(zhēng)性IvSKm (不變)Vmax12Vmax(變小) 2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用Lineweaver-Burk plot of noncompetitive inhibition( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，Vmax變小，變小，Km不變不變這種抑制作用不這種抑制作用不能用增加底物濃能用增加底物濃度

21、的方法來(lái)消除。度的方法來(lái)消除。( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用3. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 某些抑制劑不能與游離的酶結(jié)合，而只某些抑制劑不能與游離的酶結(jié)合，而只能在酶與底物結(jié)合成復(fù)合物后再與酶結(jié)合。能在酶與底物結(jié)合成復(fù)合物后再與酶結(jié)合。當(dāng)酶分子上有了抑制劑后其催化功能被削弱。當(dāng)酶分子上有了抑制劑后其催化功能被削弱。這種作用稱為這種作用稱為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用(uncompetitive inhibition)。( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用3. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用E + S ES E + P+IESIk1k2KiKi -k1-3. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用Vmax10a 無(wú)I1vd 加競(jìng)爭(zhēng)性I1SVmax1(1+ I Ki)(1+ I Ki)1Km1KmVmax0a 無(wú)Id 加競(jìng)爭(zhēng)性IvSKm(變小)Vmax(變小 )KmS)/ I 1 (SVimaxKKvm) I 1 (V11V1imaxmaxKSKvm( (一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用Summeryv1S1vmax1Km