第二节 多底物反应及其动力学,一 反应机制的分类： (一) Cleland表示法的基本符号和概念： 底物：依照底物与酶结合的顺序依次用 A、B、C、D表示 产物：根据产物从酶上脱落的顺序用 P、Q、R、S 表示 游离酶：E、F、G 抑制常数：KiA 、KiB ; KiP 、 KiQ 米氏常数：KmA、KmB; KmP 、 KmQ 抑制剂：I 修饰剂：X或Y 反应分子数: Uni(单) 、Bi(双)、 Ter(三) 、Quad(四),酶反应中间物：分为两类 (1) 稳态中间物： 指酶和底物以共价键结合形成的较为稳定的中间物可以发生双分子反应而不能自身解离例如：某些Ser蛋白酶在催化过程中形成的酰化酶中间物 包括：共价结合的ES中间物；自由酶 (2) 过渡态复合物： 非稳定的酶中间物，本身可以单分子解离或异构化之后再解离出产物或底物 分为: 非中心复合物：酶未完全被底物饱和 中心复合物： 酶已经完全被底物饱和， (EAB EPQ); (EA EP),,,,,,(二) 反应机制的分类和命名 (以双底物双产物反应为例）： 1. 序列(sequential)反应机制: 酶必需与所有底物都结合之后才有产物放出。
对于双底物双产物反应，必有酶-底物三元复合物形成 根据底物及产物与酶的结合及释放是否有序分为: (1) 有序双双双底物双产物反应(ordered Bi Bi) ： A B P Q E EA (EAB≒EPQ) EQ E EA、EQ : 非中心复合物； (EAB ≒ EPQ) : 中心复合物 A：领先底物； B：随后底物,例如：许多以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶类， 乳酸脱氢酶（LDH)、苹果酸脱氢酶(MDH)等 NAD+ 苹果酸(MA) 草酰乙酸(OAA) NADH MA OAA E ENAD+ (ENAD+≒ E NADH) E NADH E NAD+ / NADH 形成外底物对 机制：由于底物A与酶结合后改变了酶的构象，使 原来隐蔽的B结合位点暴露， B才能结合上去 暗示：A与B可能结合在酶的不同部位2) Theorell- Chance (T-C 机制)： A B P Q E EA EQ E 第二个底物B结合及释放非常快，没有明显的三元复合物变构过程。
可看作是三元复合物浓度极低的序列有序机制 例如：马肝醇脱氢酶： NAD+ 乙醇 乙醛 NADH E ENAD+ E NADH E,(3)随机双双(random Bi Bi)： A B P Q EA EQ E （EAB≒EPQ） E B A Q P 产物从酶上的释放及底物和酶的结合无一定顺序 少数脱氢酶和一些磷酸激酶属于该类，例如肌酸激酶: 肌酸 + ATP 磷酸肌酸+ ADP 机制：酶蛋白上的A、B结合位均处于暴露状态， 两者与底物的结合即互不干扰，也不互相依赖EB,EP,2 乒乓机制(Ping-Pang Bi Bi)： 各种底物全部和酶结合以前 ，已经有一种或多种底物放出，不形成三元复合物 A P B Q E (EA≒FP) F (FB≒EQ) E 属于该机制的酶大多数具有辅酶，如转氨酶、黄素酶等谷草转氨酶属于典型的乒乓机制： Asp OAA AKG Glu E∙CHO (E∙CHO∙Asp E∙NH2 (E∙NH2∙AKG E∙CHO ≒ E∙NH2∙OAA) ≒ E∙CHO∙Glu),总结： 有序机制 序列反应机制 T-C 机制 随机机制 乒乓反应机制,,,二 King-Altman法——速度方程图示法,(一)Kappa表示法: E + A k1 EA 1 k-1 2 Vf= k1 [A] [E] ; Vr= k-1 [EA] Kappa(К)= 速度常数项 ×底物(产物)浓度项 正向反应的Kappa：К12 =k1 [A] 逆向反应的Kappa：К21 =k-1 反应速度：Vf= К12 [E] ; Vr= К21 [EA] К具有方向性，是一个矢量。
其方向与酶形式的 流向有关,(二)King-Altman 法步骤:,(1)首先写出反应历程，然后将反应历程安排成封闭环形式环的角数就是酶存在形式数目，用n表示然后在各角之间连线上标出各步反应的К E + A k1 EA k2 EP k3 E + P k-1 k-2 k-3 E k1[A] EA k-1 k-3[P] k3 k2 k-2 EP,КE = k-1k3 + k-1k-2 + k2k3 КEA= k1k3 [A] + k1k-2[A] + k-2k-3[P] КEP = k-1k-3[P] + k1k2[A] + k2k-3[P],E :,EA:,EP:,（2）画出King-Altman 图形，即：所有流向各种酶形式的n–1 线矢量图，再将各步反应的К标到矢量图上,并写出流向 各种酶形式的К乘积之和3）速度方程推导: 各种酶形式的浓度与其К乘积之和成正比: [E] ∝ КE ; [EA] ∝КEA; [EP] ∝ КEP [E0] ∝ ∑К = КE + КEA + КEP [E] = КE [E0] ∑К [E] = （КE／∑К）×[E0] [EA] = КEA [E0] ∑К [EA]=（КEA／∑К）×[E0] [EP] = КEP [E0] ∑К [EP]=（КEP／∑К）×[E0],V = k3 [EP]﹣k-3 [E] [P] = (k3·КEP /К﹣k-3 [P]·КE/ К)[E0] = (k1k2k3 [A] ﹣ k-1k-2 k-3 [P] ) [E0] (k-1k3+k-1k-2+k2k3)+k1(k2+k-2+ k3)[A]+k-3 (k-1+ k-2+k2)[P] = num1[A] ﹣num2[P] const + coefA [A] + coefP [P] num1 : 分子中[A]项之前的系数乘以[E0] num2 : 分子中[P]项之前的系数乘以[E0] const : 分母常数项 coefA : 分母中[A]项之前的系数 coefP : 分母中[P]项之前的系数,,,(三) 注意: 矢量图数目的计算 : n-1线矢量图数目= m! (n-1)!(m-n+1)! n=角数; m=封闭环的线数,,n=3; m=3; n-1线矢量图数目= 3! =3 (3-1)!(3-3+1)!,, King- Altman 图形不包含封闭环形式： E1 E2 E3 E4 n=4，m=5 n-1线（3线）图数目= 5！ =10个， (4-1)！(5-4+1)！ 2个封闭环形式无效，应去除。
共有8个有效的 King- Altman 图形,,, 反应历程中有时可能没有逆反应，此时有些 King-Altman 图形不存在 E + A k1 EA k2 EP k3 E + P k-1 k-2 此反应若没有k-3 线，则某些King-Altman 图形不存在，反应速度中凡是含k-3 项 者不存在E : k-1 k-1 k3 k3 k-2 k2 EA: k1[A] k1[A] k3 k-2 k-3[P] k-2 EP: k-1 k1[A] k-3[P] k2 k-3[P] k2,КE = k-1k3 + k-1k-2 + k2k3 КEA= k1k3 [A] + k1k-2[A] + k-2k-3[P] КEP = k-1k-3[P] + k1k2[A] + k2k-3[P],,,,V = k3 [EP]﹣k-3 [E] [P] = (k1k2k3 [A] ﹣ k-1k-2 k-3 [P] ) [E0] (k-1k3+k-1k-2+k2k3)+k1(k2+k-2+ k3)[A]+k-3 (k-1+ k-2+k2)[P] = num1[A] ﹣num2[P] const + coefA [A] + coefP [P],,,,,三 双底物反应动力学,(一) 有序双双机制： 1 方程的推导： E + A k1 EA + B k2 (EAB≒EPQ) k3 EQ + P k-1 k-2 k-3 k-4 k4 E + Q E k1[A] EA k-1 k4 k-4[Q] k-2 k2[B] k-3[P] EQ (EAB≒EPQ) k3,n=4, m=4, 则n-1线(3线)矢量图数目为4 E : EA: EAB: EQ:,V=k4[EQ] – k-4[E][Q] =(k4∙КEQ – k-4[Q]∙КE) [E0]／∑К = num1[A][B] - num2[P][Q] const + coefA [A] + coefB[B] + coefP[P] + coefQ[Q] + coefAB[A][B]+coefAP[A][P]+coefBQ[B][Q] +coefPQ[P][Q] + coefABP[A][B][P] +coefBPQ[B][P][Q] 若不考虑产物的影响，即 [P]=0, [Q]=0 初速度V= num1[A][B] const + coefA[A] + coefB[B ]+ coefAB[A][B],,,2 动力学常数的定义： 最大反应速度： 正向：Vmf= num1 逆向：Vmr= num2 coefAB coefAB 米氏常数： KmA= coefB KmB= coefA coefAB coefAB KmP= coefQ KmQ= coefP coefPQ coefPQ 解离常数：KiA = const KiB = const coefA coefB KiP = const KiQ = const coefP coefQ,,,,,,V = num1[A][B] const + coefA[A] + coefB[B] + coefAB[A][B] = num1[A][B]／coefAB const coefA + coefA [A] + coefB [B] + coefAB [A][B] coefA coefAB coefAB coefAB coefAB V = Vmf[A][B] KiA KmB + KmB[A] + KmA[B] + [A][B] 双底物反应中米氏常数的意义： KmA：是。