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1、 第四章酶学 第四章 酶学第一节 酶通论第二节 酶促反应动力学第三节 酶的作用机制和酶的调节第四节 酶工程简介 化学反应化学反应有两个方面的基本问题：反应过程的能量效应，进行的方向和限度反应进行的速率和反应机制。化学热力学化学动力学热力学第一定律（能量守恒和转化定律）：化学反应中的热效应热力学第二定律：化学反应的方向和限度，相平衡和化学平衡等热力学第三定律：阐明绝对熵的数值（0K时,纯物质完美晶格固体的熵为0） 酶促反应动力学q 酶促反应动力学研究各种因素对酶促反应速度的影响。q 影响因素包括有底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。 第二节 酶促反应动力学 一、化学动力学基础二、底物浓度对酶
2、反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度对酶反应的影响五、pH对酶反应的影响六、激活剂对酶反应的影响Home 一、化学动力学基础（一）反应速率及其测定（二）反应分子数、反应级数、各级反应的特征 （一）反应速率及其测定反应速率：以单位时间内反应物 或 生成物浓度的改变来表示反应速率的测定：测定不同时间内反应物 或 生成物的浓度C生成物物质浓度反应物t反应时间 （二）反应分子数和反应级数1、反应分子数：反应中真正相互作用的分子的数目。单分子反应、双分子反应、3分子反应 4分子反应？没有被发现过2、反应级数与各级反应的特征：根据实验结果，整个化学反应的速率服从哪种分子反应速率方程式，则这个反应为几级反
3、应。一级反应：反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。 v=kc反应速率常数k的单位：S-1二级反应：反应速率与反应物浓度的二次方（或两种物质浓度的乘积）成正比 v=kc1c2-1k的单位：mol L S-1零级反应：反应速率与反应物浓度无关，而受其他因素影v=k响而改变。k的单位：mol L-1 S-1Back 二、底物浓度对酶反应速率的影响（一）中间络合物学说（二）酶促反应动力学方程式Back （一）中间络合物学说1903年，Henri和Wurtz提出“酶底物中间络合物学说”亦称“中间产物学说”k1 k3+PESESEk2 Henri用蔗糖酶水解蔗糖，得到双曲线vVmax零
4、级反应混合级反应一级反应S 底物浓度对酶催化反应初速率的影响 底物浓度对反应初速率的影响一级反应：底物浓度很小时，酶没有被底物饱和，此时，反应速率取决于底物浓度。零级反应：底物浓度相当高时，溶液中的酶全部被底物饱和，溶液中没有多余的酶，即使增加底物浓度也不会产生更多的中间复合物，此时，反应速率与底物无关，达到最大反应速率。 中间络合物学说的实验证据1、超离心沉降时，可观察到酶和底物共沉淀的现象；2、酶的物理性质如溶解度、热稳定性，在形成ES复合物后会发生变化；3、酶和底物的光谱特性在形成ES后发生变化；4、ES复合物已经被电子显微镜和X射线晶体结构分析直接观察到；5、已经分离得到某些酶与底物相
5、互作用生成的ES复合物。 色氨酸合成酶的荧光强度随底物的加入而改变Ser + 吲哚Trp无底物的酶（含辅基磷酸吡哆醛）酶酶Ser加入Ser后荧光强度吲哚再加入吲哚450500550Back （二）酶促反应动力学方程式1、米氏方程的推导2、动力学参数的意义3、利用作图法测定 Km和 Vmax值Back 1、米氏方程的推导说明：整个反应中，底物浓度与反应速度的关系k1k2k3E + SE + PES依据：中间产物学说E enzyme酶, S Substrate底物, P Product产物k1, k2, k3 相应反应的速率常数v1 = k1 E Sv2 = k2 ES + k3 ESES生成速度
6、：ES分解速度：4个假设:（1） E与S形成ES的反应是快速平衡反应，而 ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即 v k3ES。（2）底物浓度远远大于酶浓度，即S Ek（3）反应初速率阶段，P浓度极小，忽略 E+P 4 ES反应（4）稳态假设：反应进行的一定的时间内，尽管底物浓度与产物浓度在不断地变化，ES也在不断地合成与分解，但其生成的速率与其分解的速率相等，ES的浓度保持不变的状态。 k1k2k3E + SE + PESv = k1(EtES)S，ES分解速度：v2 = k2ES+ k3ESES生成速度：1当酶反应体系处于稳态时：v1 = v2EtSESS = k2 + k
7、3米氏方程的推导k (EtES)S= k2ES+ k3ES即：ESk11k2 + k3k1令：= Km 则： Km ES + ES S = E St Km+ S经整理得：ES =E St (1)ES = v由于酶促反应速度由ES决定，即 v = k3ES，所以(2)k3v = EtS vK +Sm= k3EtSK +S t将（2）代入（1）得：(3)(4)kv =Vmax3m当所有酶都被底物所饱和Et=ES时，V = k3 E所以 max 将（4）代入（3），则： v = Vmax S Km + S 米氏方程Vmax Sv =Km + SVmax S当SKm时，则 v =S浓度无关，符合零级动
8、力学当S=Km时，则 v =Vmax/2，即Km值代表反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。Back 2、米氏常数的意义1、当 v = Vmax/2时，Km= S，单位是mol/L。2、Km是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km值，可鉴别酶。多数酶Km在10 10 mol/L之间-6 -13、当k2k3时， Km值可近似表示酶和底物亲合力， Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。 米氏常数的意义（续）4、一种酶有几种底物时，其中 Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物。5、Km值还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。乳酸脱氢酶乳酸（1.710 ）-
9、5丙酮酸脱氢酶丙酮酸乙酰CoA（1.310 ）-3丙酮酸脱羧酶乙醛（1.010 ）-36、从Km的大小，可以计算在某一底物浓度时，反应速率相当于Vmax的百分数。 底物浓度与反应速度的对应关系Sv1000 Km100 Km10 Km3 Km0.999 Vmax0.99 Vmax0.91 Vmax0.75 Vmax0.50 Vmax0.25 Vmax0.091 Vmax1 Km0.33 Km0.10 Km 米氏常数的意义（续）k1k2k3E+SES E+ P7、Vmax和k3（kcat)的意义一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一个常数。当S很大时， Vmax k3E t。k3表示当酶被底物
10、饱和时，每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，又称为转换数(turnover number, TN)、催化常数（catalytic constant, kcat)kcat越大，酶的催化效率越高 思考题1、为什么说 Km的单位为浓度单位？2、已知某酶的 Km 值为 0.05 molL-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80，底物浓度应为多少？3、已知 1g纯酶（ Mr:92000)，其最大反应速率 Vmax=0.5mol/min,求其转换数。Vmax=K3 EtK = 0.5/ 60 = 766.7 S-11/ 92000Back 3、米氏常数的测定基本原则：将米氏方程变化成相当于 y=
11、ax+b的直线方程，再用作图法求出Km。双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的双倒数形式：1 K = . + 1 1mv Vmax S Vmax 双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）1 K = . + v Vmax S Vmax1 1m1/v公式直线的要素斜率 = Km/Vmax纵轴截距 = 1/Vmax横轴截距 = 1/Km1/SBack 三、酶的抑制作用凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质，叫酶的抑制剂（inhibitor）。类型：可逆抑制剂不可逆抑制剂应用：研制杀虫剂、药物研究酶的作用机理，确定代谢途径 （一）基本概念失活（Inactivation）抑制（Inhibition）酶的必需基团化学性质发使酶蛋白变性而引起酶活力的丧失生改变，但酶没有变性，而导致的酶活性的降低甚至丧失有抑制剂无变性剂选择性抑制程度的表示方法：不加抑制剂时的反应速率为v0，加抑制剂后的速率为vi相对（残余）活力分数（a）抑制分数（i）a = vi / v0i = 1 - a = 1 - vi / v0指被抑制而失去活力的分数 （二）抑制作用的类型非专一性不可逆抑制作用酶的
