1、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究酶促反應(yīng)的速率以及影響速率的各種因素研究酶促反應(yīng)的速率以及影響速率的各種因素Lecture Outline 講授內(nèi)容底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響 米氏方程米氏方程酶的抑制作用酶的抑制作用環(huán)境因素對(duì)酶反應(yīng)的影響環(huán)境因素對(duì)酶反應(yīng)的影響名詞解釋名詞解釋米氏常數(shù)米氏常數(shù)KmKm，Michaelis-MentonMichaelis-Menton constant constant抑制作用抑制作用inhibitioninhibition可逆抑制作用可逆抑制作用reversible inhibitionreversible inhibition不可逆抑

2、制作用不可逆抑制作用irreversible inhibitionirreversible inhibition競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用competitive inhibitioncompetitive inhibition非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用noncompetitive inhibitionnoncompetitive inhibition反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用uncompetitive inhibitionuncompetitive inhibition 第一部分第一部分底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響 1.11.1米氏學(xué)說(shuō)米氏學(xué)說(shuō) 酶有被底物

3、所飽和的現(xiàn)象酶有被底物所飽和的現(xiàn)象雙曲線雙曲線 酶酶-底物復(fù)合物學(xué)說(shuō)底物復(fù)合物學(xué)說(shuō)(Enzyme-substrate complex)1903年，年，Herin-Wurtz 快速平衡學(xué)說(shuō)快速平衡學(xué)說(shuō)1913年年Michaelis和和Menten 提出米氏方程提出米氏方程Ks為為ES的解離常數(shù)的解離常數(shù)Maud Menten1879-1960Leonor Michaelis1875-1949 穩(wěn)態(tài)理論（穩(wěn)態(tài)理論（Steady State ）Briggs and Haldane in 1925Km=（k2+k3）/k1修正修正Michaelis-Menton EquationKm 米氏常數(shù)米氏常數(shù)

4、 Vmax 最大反應(yīng)最大反應(yīng)速率速率3個(gè)假設(shè)個(gè)假設(shè):（1）底物大過(guò)量，即底物大過(guò)量，即SE（2）P濃度極小，忽略濃度極小，忽略 這步反應(yīng)這步反應(yīng)ESE + Pk4（3）穩(wěn)態(tài)假設(shè)：穩(wěn)態(tài)假設(shè)：ES的生成速度和的生成速度和ES的分解速度的分解速度相等，相等， ES 為常數(shù)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。為常數(shù)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。1.2 米氏方程式的推導(dǎo)米氏方程式的推導(dǎo)酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行：酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行：第一步：酶與底物作用，形成酶第一步：酶與底物作用，形成酶-底物復(fù)合物。底物復(fù)合物。第二步：第二步：ES復(fù)合物分解形成產(chǎn)物，釋放出游離酶。復(fù)合物分解形成產(chǎn)物，釋放出游離酶。酶與底物生成酶與底物生成ES的速度為：的速度為：注：E

5、S分解的速度為：分解的速度為：當(dāng)整個(gè)反應(yīng)體系處于當(dāng)整個(gè)反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)時(shí)，時(shí)，ESES生成生成速度（速度（V V1 1）等于）等于ESES分解速度（分解速度（V V2 2）：）： 令: 將（將（2）代入（）代入（1） 用用Et代表酶的總濃度，則代表酶的總濃度，則得：得：將（將（4 4）代入（）代入（3 3）酶促反應(yīng)速度酶促反應(yīng)速度v取決于取決于ES轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為E+P的速度的速度得：得：當(dāng)反應(yīng)體系中的底物濃度極大，而使所有的酶分子都當(dāng)反應(yīng)體系中的底物濃度極大，而使所有的酶分子都以以ES形式存在時(shí)，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（即最大反應(yīng)形式存在時(shí)，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（即最大反應(yīng)速度，速度，V）。）。得

6、：得： 將（將（6）代入（）代入（5）米氏方程式米氏方程式Km-米氏常數(shù)米氏常數(shù)（Michaelis-Menton constant）表明當(dāng)已知表明當(dāng)已知Km和和Vmax時(shí)，酶反應(yīng)速率與底物濃時(shí)，酶反應(yīng)速率與底物濃度的定量關(guān)系。度的定量關(guān)系。Km的物理意義的物理意義Km值是當(dāng)酶反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。值是當(dāng)酶反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。單位是底物濃度的單位，一般用單位是底物濃度的單位，一般用mol/L或或mmolL表示。表示。計(jì)算：底物濃度計(jì)算：底物濃度反應(yīng)速度反應(yīng)速度底物濃度較低時(shí)，底物濃度較低時(shí)， S Km，米氏方程式的分母中，米氏方程式的分母中S一項(xiàng)一項(xiàng)可以忽

7、略不計(jì)，得：可以忽略不計(jì)，得： 反應(yīng)速度與底物濃度成正比，反應(yīng)速度與底物濃度成正比， 符合一級(jí)反應(yīng)。符合一級(jí)反應(yīng)。在底物濃度很高時(shí)，在底物濃度很高時(shí)，SKm，米氏方程中，米氏方程中，Km可以忽略不可以忽略不計(jì)，得計(jì)，得 反應(yīng)速度與底物濃度無(wú)關(guān)，反應(yīng)速度與底物濃度無(wú)關(guān)， 符合零級(jí)反應(yīng)符合零級(jí)反應(yīng)測(cè)定酶活力測(cè)定酶活力1.3 1.3 米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義 Km是酶的一個(gè)特征常數(shù)。是酶的一個(gè)特征常數(shù)。Km的大小的大小只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無(wú)關(guān)。只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無(wú)關(guān)。鑒別酶：鑒別酶：25，最適，最適pH的的Km值值 Km可以判斷酶的專一性和天然底物。可以判斷酶的專一性和天然底物

8、。酶的最適底物或天然底物：酶的最適底物或天然底物： Km值最小的底物值最小的底物酶對(duì)底物親和力的大?。好笇?duì)底物親和力的大?。?/ Km 最適底物的親和力（最適底物的親和力（1/ Km）最大，）最大， Km最小最小,達(dá)最大反達(dá)最大反應(yīng)速率一半時(shí)所需要的底物濃度愈小。應(yīng)速率一半時(shí)所需要的底物濃度愈小。1.4 1.4 米氏常數(shù)的求法米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk作圖法作圖法）以以1 1SS為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)， 以以1 1v v為縱坐標(biāo)作圖為縱坐標(biāo)作圖 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)點(diǎn)過(guò)于集中于直線的左端，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)過(guò)于集中于直線的左端，作圖不易十分準(zhǔn)確。作圖不易十分準(zhǔn)確。第第二

9、二部分部分酶的抑制作用酶的抑制作用名詞解釋名詞解釋米氏常數(shù)米氏常數(shù)KmKm，Michaelis-MentonMichaelis-Menton constant constant抑制作用抑制作用inhibitioninhibition可逆抑制作用可逆抑制作用reversible inhibitionreversible inhibition不可逆抑制作用不可逆抑制作用irreversible inhibitionirreversible inhibition競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用competitive inhibitioncompetitive inhibition非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性

10、抑制作用noncompetitive inhibitionnoncompetitive inhibition反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用uncompetitive inhibitionuncompetitive inhibition 2.1 2.1 酶的抑制作用酶的抑制作用失活作用失活作用（inactivationinactivation）酶蛋白酶蛋白變性變性而引起活力喪失。而引起活力喪失。變性劑對(duì)酶變性劑對(duì)酶無(wú)選擇性無(wú)選擇性。抑制作用抑制作用（inhibitioninhibition）酶的酶的必須基團(tuán)必須基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變，引起酶活力降低化學(xué)性質(zhì)的改變，引起酶活力降低或喪失。但酶或喪失。

11、但酶未變性。未變性。一種抑制劑一種抑制劑只能只能使一種酶或一類酶產(chǎn)生抑制作用。使一種酶或一類酶產(chǎn)生抑制作用。不可逆的抑制作用（不可逆的抑制作用（irreversible inhibition）：）：抑制劑與酶的必須基團(tuán)以抑制劑與酶的必須基團(tuán)以共價(jià)鍵共價(jià)鍵結(jié)合而引起酶活力結(jié)合而引起酶活力喪失，喪失，不能不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。而使酶復(fù)活?？赡娴囊种谱饔茫赡娴囊种谱饔茫╮eversible inhibition） ：抑制劑與酶的必須基團(tuán)以抑制劑與酶的必須基團(tuán)以非共價(jià)鍵非共價(jià)鍵結(jié)合而引起酶活結(jié)合而引起酶活力喪失，力喪失，能能用透析、超濾等物理

12、方法除去抑制劑用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。而使酶復(fù)活?？赡娴囊种谱饔茫嚎赡娴囊种谱饔茫?競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制。競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制。2.2 分類分類根據(jù)抑制劑與酶作用方式及是否可逆根據(jù)抑制劑與酶作用方式及是否可逆2.3 2.3 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用（competitive inhibition) 概念概念：抑制劑與底物：抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合部位，從而影響酶的結(jié)合部位，從而影響了底物與酶的正常結(jié)合。了底物與酶的正常結(jié)合。最常見(jiàn)的一種可逆抑制作用。最常見(jiàn)的一種可逆抑制作用。 原因原因：抑制劑與底物的抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)類似結(jié)構(gòu)類似，

13、與酶可形成可逆的復(fù)合物，但，與酶可形成可逆的復(fù)合物，但此復(fù)合物不可能分解成產(chǎn)物，酶反應(yīng)速率下降。此復(fù)合物不可能分解成產(chǎn)物，酶反應(yīng)速率下降。 增加底物濃度可解除這種抑制。增加底物濃度可解除這種抑制。動(dòng)畫 競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特征競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特征 a 反應(yīng)式：反應(yīng)式：EI + SESIb 動(dòng)力學(xué)方面動(dòng)力學(xué)方面 : VmaxVmax不不變，但變，但KmKm增大增大 。 競(jìng)爭(zhēng)性抑制的臨床應(yīng)用意義競(jìng)爭(zhēng)性抑制的臨床應(yīng)用意義 磺胺類藥物磺胺類藥物：對(duì)氨基苯磺酰胺：對(duì)氨基苯磺酰胺磺胺類藥物有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的作用，而不傷害人和畜禽?；前奉愃幬镉幸种萍?xì)菌生長(zhǎng)繁殖的作用，而不傷害人和畜禽。葉酸和二氫葉酸是四氫葉酸的前體。

14、（二氫葉酸合成酶）葉酸和二氫葉酸是四氫葉酸的前體。（二氫葉酸合成酶）PABA人：人： 葉酸葉酸 （食物）（食物）FH2FH4葉酸還原酶葉酸還原酶FH2還原還原酶酶細(xì)菌：細(xì)菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4FH2還原還原酶酶對(duì)氨基苯磺胺對(duì)氨基苯磺胺與與PABA兩者競(jìng)爭(zhēng)兩者競(jìng)爭(zhēng)FH2合成酶合成酶細(xì)菌：細(xì)菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4抗菌增效劑抗菌增效劑TMP與與FH2相似，抑制細(xì)菌相似，抑制細(xì)菌FH2還原酶還原酶細(xì)菌：細(xì)菌：PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4FH2還原還原酶酶2.4 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 （noncompetitive inhibition）概念

15、概念：底物和抑制劑同時(shí)與酶結(jié)合，兩者沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)作用。底物和抑制劑同時(shí)與酶結(jié)合，兩者沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)作用。抑制劑（抑制劑（I I）和底物（）和底物（S S）可以同時(shí)結(jié)合在酶分子（）可以同時(shí)結(jié)合在酶分子（E E）的不同）的不同部位上，形成部位上，形成ESIESI三元復(fù)合物。但是，中間產(chǎn)物三元復(fù)合物。但是，中間產(chǎn)物ESIESI三元復(fù)三元復(fù)合物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物合物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物, ,酶酶活力降低?；盍档?。動(dòng)畫原因原因抑制劑的抑制劑的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可與底物毫無(wú)相關(guān)之處可與底物毫無(wú)相關(guān)之處 如亮氨酸是精氨酸的一種非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑如亮氨酸是精氨酸的一種非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 加入加入大量底物不能解除大量底物不能解除非競(jìng)爭(zhēng)

16、性抑制劑對(duì)酶活性的抑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑對(duì)酶活性的抑制。這是不同于競(jìng)爭(zhēng)性抑制的一個(gè)特征制。這是不同于競(jìng)爭(zhēng)性抑制的一個(gè)特征。 特征特征a反應(yīng)式反應(yīng)式 b b 動(dòng)力學(xué)方面動(dòng)力學(xué)方面：VmaxVmax降低，但降低，但KmKm值不改變。值不改變。2.5 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制（uncompetitive inhibition）概念概念酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。與酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。與抑制劑結(jié)合后的三元復(fù)合物不能形成產(chǎn)物。抑制劑結(jié)合后的三元復(fù)合物不能形成產(chǎn)物。特征特征a反應(yīng)式反應(yīng)式：b動(dòng)力學(xué)方面動(dòng)力學(xué)方面： VmaxVmax和和KmKm值值均均降低。降低。P373E+IEI 有

17、機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物 POOXOR1R2POOXR2R1或或 化學(xué)結(jié)構(gòu)通式化學(xué)結(jié)構(gòu)通式: R1、R2 : 烷基烷基 ; X: -F等等2.6 不可逆抑制不可逆抑制（irreversible inhibition）有機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物:與酶活直接相關(guān)的絲氨酸上的羥基牢固結(jié)合，與酶活直接相關(guān)的絲氨酸上的羥基牢固結(jié)合， 從而抑制某些蛋白酶及酯酶。從而抑制某些蛋白酶及酯酶。神經(jīng)毒氣神經(jīng)毒氣DFP 、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑E-S H +COOHHgCl有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物 與酶中的半胱氨酸殘基的巰基作用，抑制含巰基的酶與酶中的半胱氨酸殘基的巰基作用，抑制含巰基的酶COOHH

18、gSE+ HCl重金屬鹽重金屬鹽如含如含Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等金屬鹽能使大多數(shù)酶失活等金屬鹽能使大多數(shù)酶失活烷化試劑烷化試劑例例 ICH2COOH，ICH2CONH2等等 E-S H + I CH2COOHE-S-CH2COOH + HI 青霉素青霉素糖肽轉(zhuǎn)肽酶糖肽轉(zhuǎn)肽酶：在細(xì)菌細(xì)：在細(xì)菌細(xì)胞壁合成中使肽聚糖胞壁合成中使肽聚糖鏈交聯(lián)。鏈交聯(lián)。與活性部位絲氨酸羥基與活性部位絲氨酸羥基共價(jià)結(jié)合，使酶失活，共價(jià)結(jié)合，使酶失活，影響肽聚糖鏈交聯(lián)，影響肽聚糖鏈交聯(lián)，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁合成導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁合成受阻，細(xì)菌生長(zhǎng)被損受阻，細(xì)菌生長(zhǎng)被損害。害。第三部分第三部分環(huán)境因素對(duì)酶反應(yīng)的影響環(huán)境因素對(duì)酶反應(yīng)的影