《《酶动力学》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《酶动力学》PPT课件.ppt（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第10章 酶动力学,研究酶促反应的速度以及影响酶促反应速度的各种因素，包括底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂与抑制剂等。,1903 Henri,一、底物浓度对酶促反应速度的影响（单底物酶促反应）,（一）中间复合物学说,中间复合物学说认为酶与底物先络合成一个中间产物，然后中间产物进一步分解成产物和游离的酶。中间复合物学说证据：p152,1903年，Henri以蔗糖酶研究底物浓度与反 应速率的关系，提出了酶与底物作用的“中间复合物学说”。,（二）“稳态理论”Briggs和Haldane 1925,稳态理论的贡献在于：ES的动态平衡不仅与 E+S ES有关，还与ES P+E有关。,所谓“稳态”：E
2、S的形成速度与分解速度相等、ES的浓度保持不 变的反应状态,米氏常数：,当Km及Vmax已知时，根据米氏方程可确定酶反应速度与底物浓度的关系。,米氏方程：,（三）用稳态理论推导米氏方程,1.当SKm时:,2.当S Km时:,3.当S=Km时:,根据米氏方程可以说明以下关系：,1.当SKm时:,2.当S Km时:,3.当S=Km时:,根据米氏方程可以说明以下关系：,即Km是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度，单位：molL-1或mmolL-1。,复 习,1、Km的物理意义当反应速度v=1/2 Vmax时，Km=S，Km的物理意义是：当反应速度达到最大反应速度一半时的底物的浓度。单位：m
3、olL-1或mmolL-1。Km是酶的特征常数之一，一般只与酶的种类、底物种类及反应条件有关，与酶的浓度无关。因此，在特定条件下测定酶的Km值，可以作为鉴别酶的一种手段。一些酶的Km值（见表10-1）。,（四）米氏方程中各参数的意义,有的酶可作用于几种底物，因而就有几个Km 值，其中Km最小的底物称该酶的最适底物或天然底物。因为：Km愈小（达到Vmax一半所需的底物浓度愈小）,表示V对S 越灵敏。,1,2,2、Km可以判断酶专一性和天然底物,3、Km 与底物亲和力Km是ES分解速度（K2+K3）与形成速度（K1）的比值。Km值近似表示酶与底物之间的亲和程度：Km值愈大，表示亲和程度愈小。,4、
4、Km与米式方程的实际用途,V0.75 Vmax,（2）根据相对速度推测酶活性中心饱和度Y：,当v=Vmax时，表明酶的活性部位已全部被底物占据，v与S无关，只和E0成正比。当v=1/2 Vmax时，表示酶活性部位有一半被底物占据。,5、Kcat的意义：催化常数或转换数Kcat是指当酶被底物充分饱和时，每秒钟每个酶分子转换底物的分子数（称为转换数或催化常数），表示酶的最大催化活力的量度。,一些酶的转换数见表10-2。,（五）Km和Vmax的求解方法Lineweaver-Burk 双倒数作图法（最常用）,1/V,斜率=Km/Vmax,（一）酶的最适pH最适pH：使酶促反应速度达到最大时的pH称为该
5、酶的最适pH。最适pH与底物种类、浓度及缓冲液成分有关。,虽然大部分酶的pH酶活曲线是钟罩形，但也有半钟形甚至直线形。,二、pH对酶促反应速度的影响,（二）pH影响酶活力的原因过酸或过碱会影响酶蛋白构象，使酶活性丧失。影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心的解离状态，最终影响ES形成。影响酶分子中一些基团解离，这些基团的离子化状态影响酶的专一性及活性中心构象。,三、温度对酶促反应速度的影响,（一）最适温度及影响因素 最适温度：温度对酶促反应速度的影响有两个方面：1.温度升高，加快反应速度。2.温度升高，酶变性失活。最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用时间、pH、离子强度 等因素有关
6、。温血动物酶的最适温度3540；植物酶最适温度4050；微生物差别大，如细菌Taq DNA聚合酶70。温度系数Q10：温度升高10，反应速度与原来的反应速度之比，大多数酶的Q10一般为12。,四、激活剂对酶促反应速度的影响,（一）无机离子的激活作用无机离子：1.金属离子：K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe 2+、Ca2+等；2.无机阴离子：Cl、Br、PO43等；,特点：1.激活剂的选择性，即不同的离子激活不同的酶。2.不同离子之间有拮抗作用和可替代作用，如Na+与K+、Mg2与Ca2之间常常拮抗，但Mg2与Zn2+常可替代。3.激活剂的浓度要适中，过高往往有抑制作用，150mM,激活剂：
7、凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。包括无机离子或简单有机化合物。,许多金属离子是酶的辅助因子，是酶的组成成分，参与催化反应中的电子传递。有些金属离子可与酶分子肽链上侧链基团结合，稳定酶分子的活性构象。有的金属离子通过生成螯合物，在酶与底物结合中起桥梁作用。,（二）小分子有机物的激活作用 1.某些激活剂（如Cys、GSH）能还原巯基酶中的某些二硫键使成-SH，-SH是巯基酶起催化作用所需的基团，提高了酶活性。2.金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属离子，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。,五、抑制剂对酶促反应速度的影响,失活(inactivation)：凡是酶活力的降低
8、或丧失都称为酶的失活。抑制(inhibition)：使酶活力下降或丧失但并不引起酶蛋白变性，它主要改变酶活性中心的化学性质。抑制剂（inhibitor）：引起酶的抑制作用的物质称为酶的抑制剂。,研究抑制剂对酶的作用有重大的意义：（1）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发；抗癌药（2）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵；（3）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业的基础。,（一）抑制程度的两种表示方法1、相对活力2、抑制分数,（二）抑制作用的类型1、不可逆的抑制作用:,抑制剂与酶的必需基团共价结合，使酶的活性丧失，
9、无法用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。,+IEI,2、可逆的抑制作用:,抑制剂与酶以非共价键结合引起酶活力降低或丧失，可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。,根据可逆抑制剂与底物的关系分为：（1）竞争性抑制（2）非竞争性抑制（3）反竞争性抑制,抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制剂的浓度以及底物的浓度决定。,（1）竞争性抑制（Competitive inhibition）酶活性部位是不能同时结合底物与抑制剂的。抑制剂具有与底物相似的化学结构，竞争酶的活性中心，并与酶形成可逆的EI复合物，阻止底物与酶结合；可以通过增加底物浓度(即提高底物的竞争能力）而解除此种抑制。,
10、例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。,琥珀酸,丙二酸,（2）非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）底物和抑制剂可以同时与酶结合，但是，中间的三元复合物ESI不能进一步分解为产物，因此，酶的活性降低；抑制剂与酶活性中心以外的基团结合，其结构与底物无共同之处；不能用增加底物浓度的办法来消除非竞争性抑制作用。例如；某些重金属离子（Cu2+、Hg2+、Pb2+）对酶的抑制属于非竞争性抑制。,酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合。E+SES+I ESI 常见于多底物的酶促反应中。,（3）反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）,（三）可逆抑制作
11、用与不可逆抑制作用的鉴别 1、看通过透析、超滤、凝胶过滤等方法能否除去抑制剂；2、通过v E动力学曲线区分。,曲线1：无抑制剂曲线2：不可逆抑制剂曲线3：可逆抑制剂,（四）可逆抑制作用的动力学推出三种抑制方程：（1）竞争性抑制（2）非竞争性抑制（3）反竞争性抑制,Vmax不变；Km变大，而且随I浓度的增大而增大,1、竞争性抑制：,2、非竞争性抑制,动力学方程：,Km不变，Vmax降至Vmax/（1+I/Ki）,3、反竞争性抑制,Km及Vmax都变小,动力学方程：,有无抑制剂时酶促反应的最大速度与Km值的比较,类型 方程式 Vmax Km,反竞争性抑制,非竞争性抑制,竞争性抑制,无抑制剂,Vma
12、x Km,不变 增加,减小 不变,减小 减小,总 结,（五）一些重要的抑制剂,1、不可逆抑制剂 有机磷化合物 有机磷化合物的化学结构式,Y为氧或硫。含氧的为磷酸酯类，含硫的为硫代磷酸基类。目前含硫的硫代磷酸酯类农药由于属剧毒类，现多已停止生产。市场上农药多为磷酸酯类。,有机磷农药呈油状或结晶状，淡黄至棕色，稍有挥发性。较易通过皮肤和黏膜、呼吸道及消化道吸收。在中毒死亡者中，因服有机磷农药中毒致死者占83.6%。,病 因,使用性中毒,生活性中毒,生产性中毒,有机磷化合物能与乙酰胆碱酯酶的活性部位的SerOH形成磷酯键，强烈地抑制酶的活力，使乙酰胆碱不能够被分解而过分积累，导致神经系统过于兴奋，引
13、起神经系统功能失调而中毒致死。,中毒机制：有机磷农药和胆碱酯酶结合示意图,解毒剂：PAM（解磷定）可以把磷酰化胆碱酯酶上的磷酸根除去，使酶复活。,青霉素：不可逆抑制糖肽转肽酶,Kcat型不可逆抑制剂（自杀性底物，suicide substrate）这种抑制剂是根据酶的催化反应机制来设计的，它们与天然底物的结构类似，其本身也是酶的底物，既能与酶结合，也能被催化发生反应，但在其分子中具有潜伏反应基团，当酶对它进行催化反应时，该基团会被暴露或活化，并立即与酶活性中心内的必需基团共价结合，引起不可逆抑制。此种抑制专一性强，又是经酶催化后引起，被称为自杀性底物。例如：卤代-D-Ala是细菌中丙氨酸消旋酶的不可逆抑制剂。,2、可逆抑制剂竞争性抑制剂（Competitive inhibition）一些竞争性抑制剂与天然代谢物结构相似，能选择性抑制病菌和癌细胞在代谢过程中的某些酶，而具有抗菌和抗癌作用。如磺胺类药物和抗癌药。,磺胺类药物及其抗菌机理（以对氨基苯磺酰胺为例说明）细菌是以对氨基苯甲酸为原料合成二氢叶酸的。二氢叶酸是核酸的嘌呤核苷酸合成中的重要原料成分，对氨基苯磺酰胺是对氨基苯甲酸的结构类似物。,这样，对氨基苯磺酰胺可与对氨基苯甲酸相互竞争，抑制二氢叶酸合成酶的活性，影响二氢叶酸的合成，导致细菌的生长繁殖受到抑制，从而达到治病的效果。,嘌呤核苷酸,
