1、第章酶促反应动力学第章酶促反应动力学第章酶促反应动力学q酶促反应动力学研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响。的影响。q影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响六、抑制剂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五、激活剂对反应速度的影响v 单底物、单产物反应v 酶促反应速度用单位时间内底
2、物的消耗量和产物的生成量来表示v 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S P一、底物浓度对反应速度的影响一、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无关系V=K1S1,K1速率常数V=K2S0,K2速率常数（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式中间产物学说中间产物学说E+S k1k2k3ESE+P1902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年年Michaelis和和Menten提出反应速度与提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方底物浓度
3、关系的数学方程式，即米曼氏方程 式，简 称 米 氏 方 程 式程 式，简 称 米 氏 方 程 式(M i c h a e l i s equation)。VmaxS Km+S 动力学特点：Vmax，表观Km。二、酶浓度对反应速度的影响,令Km=(K2+K3)/K1，有下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂非竞争性抑制(non-competitive inhibition)下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂Vmax 减小，Km，增加酶促反应速度最快时的环境温度。pH能影响底物的解离状态抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。胰蛋白酶 7.抑制剂可
4、用透析、超滤等方法除去。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。抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因素对酶没有选择性有很多种，如对硫磷（1605）、甲拌磷（3911）、乐果、敌敌畏等同一个酶有几种底物就有几个Km值，米曼氏方程式推导基于两个假设：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，逆反应可反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。不予考虑。S S超过超过E E，S S的变化可忽略不计。的变化可忽略不计。E+S k1k2k3ESE+P反应过程中，反应反应过程中，反应中间产物中间产物ESES存在稳态存在稳态酶促反应速度的饱和现象，酶的最大反应速度酶促
5、反应速度的饱和现象，酶的最大反应速度Vm=KVm=K3 3 E ETotalTotal米氏方程推导如下米氏方程推导如下v=Kv=K3 3ES (1)ES (1)式式E+SK1 K2 v1=v+v2 即 K1SE=K2ES+K3ES ES=ES=,令Km=(K2+K3)/K1，有E+PK3 ESK1ES(K2+K3)v2=K2ESv1=K1SE(2)(2)式式ES KmES存在稳态存在稳态由酶促反应的饱和现象由酶促反应的饱和现象知知V Vmaxmax=K=K3 3 E ET TEET T=(ES+E)(4)=(ES+E)(4)式式将将(1)(1)和和(3)(3)式代入式代入(4)(4)式整理得式
6、整理得v=式(4)和(5)是米氏方程的不同形式E=ESKm S(3)(3)式式(6)VmS(Km+S)(5)Vmax=K3 ES(S+Km)Sv=K3ES(1)关于米氏方程的讨论关于米氏方程的讨论(1)(1)由米氏方程知，酶促反应初速度由米氏方程知，酶促反应初速度v v与底与底物浓度物浓度SS的关系曲线为直角双曲线，此的关系曲线为直角双曲线，此双曲线的二个渐近线为双曲线的二个渐近线为v=Vmaxv=Vmax和和S=KmS=KmKmvSVmax-KmVmax12VmaxS Km+S (续续)(2)(2)当底物浓度较低时，（当底物浓度较低时，（SKSKm，当ET 浓度不变时,Km+SS,所以v=V
7、mS,为零级反应。VmaxS Km+S Vmax不变，Km减小pH能影响底物的解离状态抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然V 与S呈线性(一级）关系抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使ES的量下降。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。延胡索酸酶 7.Vmax不变，Km减小反竞争性抑制 B.同一个酶有几种底物就有几个Km值，Vmax=K3 ET可逆性抑制(reversible inhibition)：反应过程中，反应中间产物ES存在稳态过氧化氢酶 7.Rs=81 C.抑制剂的结合不影响底物的结合，反之
8、亦然I与S结构类似，竞争酶的活性中心；Vmax=K3 EtS P当当v=Vmax/2时时KmS 1.Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是半时的底物浓度，单位是mol/L。2Km+S Vmax VmaxS（二）（二）K Km m与与V Vmaxmax的意义的意义VmaxS Km+S 2.2.K Km m可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；=Kmk1k3k2+当当K2 K3时，时，Km KsE+S k1k2k3ESE+P3.Km是酶的特征性常数之一是酶的特征性常数之一酶底物Km(mmol/L)脲酶尿素25溶菌酶6-N-乙
9、酰葡萄糖胺0.006葡萄糖-6-磷酸脱氢酶6-磷酸-葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶苯甲酰酪氨酰胺2.5甲酰酪氨酰胺12.0乙酰酪氨酰胺32.0与酶及底物种类有关与酶及底物种类有关，与酶浓度无关与酶浓度无关，可以鉴定酶。，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最适底物4.Vmax4.Vmax定义定义VmVm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。浓度成正比。意义：意义：Vmax=K3 Et如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的计算酶的转换数转换数(turnover number)，即
10、动力学常数，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单位时间内被转变为产物的底物分子数vVmax=0.5Vmax=0.5 mol/min,1 mol/min,1 g g纯酶（纯酶（Mr:92000)Mr:92000)v求转换数求转换数Vmax=K3 Et0.5/601/92000K 766.7 S-1酶被底物饱和时酶分子在每秒内被转变为产物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的底物分子数（三）（三）m m值与值与maxmax值的测定值的测定双倒数作图法(double reciprocal
11、 plot)，又称为 林贝氏(Lineweaver Burk)作图法（林贝氏方程）（林贝氏方程）Vmaxv1=Km.1S+Vmax1双倒数作图法双倒数作图法Vmaxv1=Km.1S+Vmax1当ET 浓度不变时,Km+SS,所以v=VmS,为零级反应。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。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抑制剂可用透析、超滤等方法除去。米曼氏方程式推导基于两个假设：氰化物 E.Km+S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
12、酶的活力。关系式为：V=K3 EV 与S呈线性(一级）关系Crick E.ET=(ES+E)(4)式,令Km=(K2+K3)/K1，有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。过氧化氢酶 7.反竞争性抑制 B.胰蛋白酶 7.Vm=K3 ETotalVmax减小，Km减小 B.Vmax不变，Km减小氰化物 E.EadieHofsteeEadieHofstee作图法作图法HaneswoolfHaneswoolf作图法作图法Vmaxv1=Km.1S+Vmax1二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响当当SSEE，反应速度与酶浓反应速度与酶浓度成正比。度成正比
13、。0 V E 关系式为：关系式为：V=K3 Eq双重影响三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度(optimum temperature)：酶促反应速度最酶促反应速度最快时的环境温度。快时的环境温度。*低温的应用低温的应用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响0酶酶活活性性 pH胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶 246810 1.1.过酸、过碱使酶过酸、过碱使酶本身变性失活本身变性失活 2.pH2.pH改变能影响酶改变能影响酶分子活性部位上有分子活性部位上有
14、关基团的解离关基团的解离 3.pH3.pH能影响底物的能影响底物的解离状态解离状态 总之，以上总之，以上2 2、3 3两两点均可影响酶与底点均可影响酶与底物间的诱导契合物间的诱导契合酶酶 最适最适 pHpH胃蛋白酶胃蛋白酶 1.81.8过氧化氢酶过氧化氢酶 7.67.6胰蛋白酶胰蛋白酶 7.77.7延胡索酸酶延胡索酸酶 7.87.8核糖核酸酶核糖核酸酶 7.87.8精氨酸酶精氨酸酶q最适最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH。五、激活剂对反应速度的影响五、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。能够提高酶活性的物质
15、。大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机阴离子阴离子 小分子有机物（还原剂、螯合剂）小分子有机物（还原剂、螯合剂）蛋白酶（激活酶原）蛋白酶（激活酶原）六、抑制剂对反应速度的影响六、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凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。区别于酶的变性区别于酶的变性抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因素对酶没有选择性素对酶没有选择性 抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irrever
16、sible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制(reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)可逆抑制作用和不可逆抑制用的鉴别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(一一)不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用*概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去
17、。结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。*举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶胆碱酯酶胆碱酯酶 催化乙酰胆碱水催化乙酰胆碱水解的羟基酶解的羟基酶 我国生产和使用的有机磷我国生产和使用的有机磷农药大多数属于高毒性及农药大多数属于高毒性及中等毒性。有很多种，如中等毒性。有很多种，如对硫磷（对硫磷（1605）、甲拌磷）、甲拌磷（3911）、乐果、敌敌畏等）、乐果、敌敌畏等+E OHROPOXROROPOOROE+HX有机磷化合物磷酰化酶酸E OHORPOORNCH3CHNOH+NCH3CHNO+解磷定羟基酶有机磷化合物对羟基酶的抑制有机磷化合物对羟基酶的抑制（二）（二）可逆性抑制作用
18、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。竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 1.1.竞争性抑制作用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，使酶的活活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。性降低。Vmax=K3 ET竞争性抑制竞争性抑制作用竞争性抑制作用 抑制剂和底物竞争与酶结合，当抑制剂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，减少了酶的作与酶结
19、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制作用 EI复合物ESES复合物复合物竞争性抑制作用竞争性抑制作用 米氏方程米氏方程设设则式中Km称为表观称为表观Km *特点特点抑制程度取决抑制程度取决于抑制剂与酶于抑制剂与酶的相对亲和力的相对亲和力及及S；I与与S结构类似，结构类似，竞争酶的活性竞争酶的活性中心；中心；动力学特点：动力学特点：Vmax不变，表不变，表观观Km。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/v 1/S VSmaxVIK(1)SmKiK111mVVSVmaxmax*举例举例 1.
20、1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸CH2CCOOH琥珀酸COOHCH2COOH丙二酸COOHH2酶催化活性最大时的环境pH。动力学特点：Vmax，表观Km。酶 最适 pH四、pH对反应速度的影响反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度米曼氏方程式推导基于两个假设：动力学特点：Vmax，表观Km。Haneswoolf作图法关系式为：V=K3 E抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使ES的量下降。同一个酶有几种底物就有几个Km值，下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂5mol/min
21、,1 g纯酶（Mr:92000)氰化物 E.倒L D.抑制剂可用透析、超滤等方法除去。蛋白酶（激活酶原）Km+S酶的抑制剂(inhibitor)意义：Vmax=K3 Et2.磺胺药对细菌磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制合成酶的抑制Glu +H2NCOOH +二氢蝶呤FH2FH4H2NSO2NHR磺胺药氨甲蝶呤PABAFH2还原酶FH2合成酶对氨苯甲酸对氨基苯磺酰胺2.2.非竞争性抑制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。Vmax=K3 ET非竞争性抑制抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然*特点特点抑制剂与酶活性抑制剂与
22、酶活性中心外的必需基中心外的必需基团结合；团结合；抑制程度取决于抑制程度取决于I；动力学特点：动力学特点：Vmax，表观，表观Km不变。不变。抑制剂抑制剂 1/v 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI11I1m(1)(1)VVKSVKmaxmax表观Vmax3.3.反竞争性抑制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*特点特点抑制剂只与抑制剂只与ES结合；结合；抑制程度取抑制程度取决 与 决 与 I 及及S；动力学特点：动力学特点：Vmax，表观，表观Km。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性
23、抑制作用的比较 作用特征竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制与I结合的组分EE、ESES表观Km增大不变减小Vmax不变降低降低巴斯德 B.1/S氰化物 E.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。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶胰蛋白酶 7.Vmax不变，Km增加 D.5mol/min,1 g纯酶（Mr:92000)当SE，反应速度与酶浓度成正比。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；Vmax不变，Km减小过氧化氢酶 7.抑制剂可用透析、超滤等方法除去。Vmax=K3 E
24、T过酸、过碱使酶本身变性失活催化乙酰胆碱水解的羟基酶一、底物浓度对反应速度的影响抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然有机磷化合物对羟基酶的抑制Haneswoolf作图法抑制程度取决与I及S；下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂核糖核酸酶 7.米曼氏方程式推导基于两个假设：六、抑制剂对反应速度的影响1/SET=(ES+E)(4)式不可逆性抑制(irreversible inhibition)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Vmax不变，Km减小反竞争性抑制作用 E.Vmax不变，Km减小过氧化氢酶 7.抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活，
25、不能用透析、超滤等方法予以除去。S C.大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机阴离子葡萄糖-6-磷酸脱氢酶反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。一一.单项选择题单项选择题1.1.下面是谁提出的米曼氏方程式下面是谁提出的米曼氏方程式A.A.巴斯德巴斯德 B.Thomas Cech C.Watsson B.Thomas Cech C.Watsson D.Crick E.Leonor MichaelisD.Crick E.Leonor Michaelis和和Maud L.MentenMaud L.Menten2.2.那一种情况可用增加那一种情况可用增加SS的方法减轻抑制程度的方法减轻抑制
26、程度A.A.不可逆抑制作用不可逆抑制作用 B.B.竞争性抑制作用竞争性抑制作用 C.C.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 D.D.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 E.E.无法确定无法确定3.3.酶的竞争性抑制剂可以使酶的竞争性抑制剂可以使A.VmaxA.Vmax减小，减小，KmKm减小减小 B.Vmax B.Vmax增加，增加，KmKm增加增加 C.VmaxC.Vmax不变，不变，KmKm增加增加 D.Vmax D.Vmax不变，不变，KmKm减小减小 E.Vmax E.Vmax 减小，减小，KmKm，增加，增加4.4.下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂
27、 A.A.有机磷化合物有机磷化合物 B.B.有机汞化合物有机汞化合物 C.C.有机砷化合物有机砷化合物 D.D.氰化物氰化物 E.E.磺胺类药物磺胺类药物5.5.别构酶的别构酶的V VSS正协同效应的曲线是正协同效应的曲线是 A.Z B.S C.A.Z B.S C.倒倒L D.L E.L D.L E.无法确定无法确定6.6.假定假定RsRs（酶与底物结合达（酶与底物结合达9090饱和度时的底物浓度）饱和度时的底物浓度）/(/(酶与底物结合达酶与底物结合达1010饱和度时饱和度时的底物浓度的底物浓度)，则正协同效应的别构酶，则正协同效应的别构酶A.Rs81 B.Rs=81 C.Rs 81 B.Rs=81 C.Rs 81 D.Rs81 E.Rs817.7.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于A.A.反竞争性抑制反竞争性抑制 B.B.非竞争性抑制非竞争性抑制 C.C.专一性抑制专一性抑制 D.D.非专一性抑制非专一性抑制 E.E.竞争性抑制竞争性抑制
