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1、2009.7.29,0,第9章 酶促反应动力学,酶促反应动力学研究各种因素对酶促反应速度的影响。影响因素包括有酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。,一、底物浓度对反应速度的影响,二、酶浓度对反应速度的影响,三、温度对反应速度的影响,四、 pH对反应速度的影响,六、抑制剂对反应速度的影响,五、激活剂对反应速度的影响,单底物、单产物反应酶促反应速度用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度,研究前提,S P,一、底物浓度对反应速度的影响,矩形双曲线,底物浓度/S,反应速度(v),V 与S呈线性(一级）关系,V 与S无关
2、系,V =K1S1,K1速率常数,V =K2S0,K2速率常数,（一）米曼氏方程式,中间产物学说,E + S,k1,k2,k3,ES,E + P,1902年，Brown和Henor发现了这一特殊的动力学规律，并提出了酶与底物存在一中间络合物的假设。,1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。,米曼氏方程式推导基于两个假设：反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。S超过E，S的变化可忽略不计。,E + S,k1,k2,k3,ES,E + P,反应过程中，反应中间产物ES存在稳
3、态,酶促反应速度的饱和现象，酶的最大反应速度Vm= K3 ETotal,米氏方程推导如下,v= K3ES (1)式,E + S,K1,K2,v1=v+v2 即 K1SE = K2ES + K3ES,ES =,ES=,令Km= (K2+K3)/ K1，有,E + P,K1ES,(K2+K3),v2= K2ES,v1=K1SE,(2)式,ES存在稳态,由酶促反应的饱和现象知Vmax= K3 ETET=(ES+E) (4)式将(1)和(3)式代入(4)式整理得,v=,式(4)和(5)是米氏方程的不同形式,(6),(5),Vmax=,v= K3ES(1),关于米氏方程的讨论,(1)由米氏方程知，酶促反
4、应初速度v与底物浓度S的关系曲线为直角双曲线，此双曲线的二个渐近线为v=Vmax和S= -Km,Km,(续),(2)当底物浓度较低时，（SKm）Km+SKmv=VmaxS/Km, 若酶的总浓度不变则进一步有v与S成正比，即一级反应。,(3)当底物浓度很大时，即SKm，当ET 浓度不变时, Km+SS,所以v=VmS, 为零级反应。,当v=Vmax/2时,KmS,1. Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。,（二）Km与Vmax的意义,2. Km可近似表示酶对底物的亲和力；,当K2 K3时， Km Ks,E + S,k1,k2,k3,ES,E + P,3.Km是
5、酶的特征性常数之一,与酶及底物种类有关，与酶浓度无关，可以鉴定酶。,同一个酶有几种底物就有几个Km值，Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物,4. Vmax定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。,意义：Vmax=K3 Et如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转换数(turnover number)，即动力学常数K3。,酶被底物饱和时每一酶分子或每一活性部位在单位时间内被转变为产物的底物分子数,Vmax=0.5mol/min, 1 g纯酶（Mr:92000)求转换数,Vmax=K3 Et,766.7,S-1,酶被底物饱和时酶分子在每秒内被转变为产物的底物分子数,（三）m值
6、与max值的测定,双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法,（林贝氏方程）,双倒数作图法,Eadie-Hofstee作图法,Hanes-woolf作图法,二、酶浓度对反应速度的影响,当SE，反应速度与酶浓度成正比。,0,V,E,关系式为：V = K3 E,双重影响,三、温度对反应速度的影响,最适温度 (optimum temperature)：酶促反应速度最快时的环境温度。,* 低温的应用,四、 pH对反应速度的影响,0,酶活性,pH,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,1.过酸、过碱使酶本身变性失活
7、2.pH改变能影响酶分子活性部位上有关基团的解离3.pH能影响底物的解离状态总之，以上2、3两点均可影响酶与底物间的诱导契合,一些酶的最适 pH 值,酶 最适 pH胃蛋白酶 1.8过氧化氢酶 7.6胰蛋白酶 7.7延胡索酸酶 7.8核糖核酸酶 7.8精氨酸酶 9.8,最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境pH。,五、激活剂对反应速度的影响,激活剂(activator)能够提高酶活性的物质。大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机阴离子 小分子有机物（还原剂、螯合剂） 蛋白酶（激活酶原）,六、抑制剂对反应速度的影响,酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起
8、酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。,区别于酶的变性,抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因素对酶没有选择性,抑制作用的类型,不可逆性抑制 (irreversible inhibition),可逆性抑制 (reversible inhibition)：,竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition),可逆抑制作用和不可逆抑制用的鉴别,不可逆抑制作用,可逆抑制作用,无抑制剂,(一) 不可逆性抑制作用,* 概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合
9、，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。 * 举例有机磷化合物 羟基酶,胆碱酯酶,催化乙酰胆碱水解的羟基酶,我国生产和使用的有机磷农药大多数属于高毒性及中等毒性。有很多种，如对硫磷（1605）、甲拌磷（3911）、乐果、敌敌畏等,有机磷化合物对羟基酶的抑制,（二） 可逆性抑制作用,* 概念抑制剂以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。,竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制,* 类型,1. 竞争性抑制作用,定义抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。,Vmax= K3 ET,竞争性抑制
10、,竞争性抑制作用 ：抑制剂和底物竞争与酶结合，当抑制剂与酶结合后，就妨碍了底物与酶的结合，减少了酶的作用机会，因而降低了酶的活力。这种作用称为竞争性抑制作用,EI复合物,ES复合物,竞争性抑制作用 米氏方程,设,则,式中Km称为表观Km,* 特点,抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及S；,I与S结构类似，竞争酶的活性中心；,动力学特点：Vmax不变，表观Km。,抑制剂,无抑制剂,1/v,1/S,* 举例,1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制,2. 磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制,对氨苯甲酸,对氨基苯磺酰胺,2. 非竞争性抑制,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。,Vma
11、x= K3 ET,非竞争性抑制,抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然,* 特点,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合；,抑制程度取决于I；,动力学特点：Vmax，表观Km不变。,抑制剂,1/v,1/S,无抑制剂,表观Vmax,3. 反竞争性抑制,抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使ES的量下降。,Vmax= K3 ET,反竞争性抑制,* 特点,抑制剂只与ES结合；,抑制程度取决与I及S；,动力学特点：Vmax，表观Km。,抑制剂,1/V,1/S,无抑制剂,各种可逆性抑制作用的比较,一. 单项选择题1. 下面是谁提出的米-曼氏方程式A. 巴斯德 B. Thomas Cech C. Watss
12、on D. Crick E. Leonor Michaelis和Maud L. Menten2. 那一种情况可用增加S的方法减轻抑制程度A. 不可逆抑制作用 B. 竞争性抑制作用 C. 非竞争性抑制作用 D. 反竞争性抑制作用 E. 无法确定3. 酶的竞争性抑制剂可以使A. Vmax减小，Km减小 B. Vmax增加，Km增加 C. Vmax不变，Km增加 D. Vmax不变，Km减小 E. Vmax 减小，Km，增加4. 下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂 A. 有机磷化合物 B. 有机汞化合物 C. 有机砷化合物 D. 氰化物 E. 磺胺类药物5. 别构酶的VS正协同效应的曲线是 A.Z
13、 B. S C. 倒L D. L E.无法确定6. 假定Rs（酶与底物结合达90饱和度时的底物浓度）/(酶与底物结合达10饱和度时的底物浓度)，则正协同效应的别构酶A. Rs81 B. Rs =81 C. Rs 81 D. Rs81 E. Rs817. 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于A. 反竞争性抑制 B. 非竞争性抑制 C. 专一性抑制 D. 非专一性抑制 E. 竞争性抑制,10. 酶分子经磷酸化作用进行的化学修饰主要发生在其分子中哪个氨基酸残基上A. Phe B. Cys C. Lys D. Trp E. Ser11. 如按Lineweaver-Burk方程作图测定Km和Vmax时，X轴上
14、实验数据应示以 A. 1Vmax B. Vmax C. 1S D. S E. VmaxS15. 有机磷农药作为酶的抑制剂是作用于酶活性中心的：A. 巯基 B. 羟基 C. 羧基 D. 咪唑基 E. 氨基16. 酶不可逆抑制的机制是A. 使酶蛋白变性 B. 与酶的活性中心上的必需基团以共价键结合C. 与酶的调节部位结合 D. 与活性中心的次级键结合E. 与酶表面的极性基团结合,18. 酶原激活的实质是A. 激活剂与酶结合使酶激活 B. 酶蛋白的变构效应C. 酶原分子一级结构发生改变从而形成或暴露出酶的活性中心D. 酶原分子的空间构象发生了变化而一级结构不变E. 以上都不对19. 酶的竞争性抑制作用特点是指抑制剂 A. 与酶的底物竞争酶的活性中心 B. 与酶的产物竞争酶的活性中心C. 与酶的底物竞争非必需基团 D. 与酶的底物竞争辅酶E. 与其他抑制剂竞争酶的活性中心20.在存在下列哪种物质的情况下，酶促反应速度和km值都变小A. 无抑制剂存在 B.有竞争性抑制剂存在C. 有反竞争性抑制剂存在 D. 有非竞争性抑制剂存在E. 有不可逆抑制剂存在,
