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1、第三节 酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,概念 研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。 影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。, 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,一、底物浓度对反应速度的影响,单底物、单产物反应 酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示 反应速度取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度 底物浓度远远大于酶浓度,研究前提,在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。,当底物浓度较低时,反应速率
2、与底物浓度成正比；反应为一级反应。,目 录,随着底物浓度的增高,反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。,目 录,当底物浓度高达一定程度,反应速率不再增加，达最大速度；反应为零级反应,目 录,（一）米曼氏方程式,ES：中间产物,酶促反应模式中间复合物学说,1913年Michaelis和Menten提出反应速率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)。,S：底物浓度 V：不同S时的反应速率 Vmax：最大反应速率(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant),推导基于两个假设： E与S形成E
3、S复合物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，反应速率取决于慢反应即 Vk3ES。 (1) S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始阶段，S的浓度可认为不变即SSt。,（二）米-曼氏方程式的推导,推导过程,稳态：是指ES的生成速率与分解速率相等，即 ES恒定。 K1 (EtES) SK2 ES + K3 ES,则(2)变为: (EtES) S Km ES,当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即EtES，反应达最大速度 VmaxK3ESK3Et (5),将(5)代入(4)得米氏方程式：,当反应速度为最大反应速率一半时,Km值的推导,Km S, Km值等于酶促反应速率
4、为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。,（三）Km与Vmax的意义,Km值 Km等于酶促反应速度为最大反应速率一半时的底物浓度。 意义： a) Km是酶的特征性常数之一； b) Km可近似表示酶对底物的亲和力； （ Km愈小，酶对底物的亲和力愈大） c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。 （其中Km最小者，为酶的天然底物）,Vmax 定义：Vmax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。,定义 当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化
5、底物转变为产物的分子数。 意义 可用来比较每单位酶的催化能力。,酶的转换数,（四）m值与max值的测定,1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法,二、酶浓度对反应速度的影响,当SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。 关系式为：V = K3 E,双重影响 温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 。,三、温度对反应速度的影响,最适温度 (optimum temperature)： 酶促反应速率最快时的环境温度。,* 低温的应用,四、pH对反应速
6、度的影响,最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大时的环境pH。,五、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酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。,区别于酶的变性,抑制剂对酶有一定选择性 引起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 i
7、nhibition),(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，使酶失活。 * 举例 有机磷化合物 羟基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 巯基酶 解毒 - - - 二巯基丙醇(BAL),有机磷化合物对羟基酶的抑制,路易士气,失活的酶,巯基酶,失活的酶,酸,BAL 二巯基丙醇,巯基酶,BAL与砷剂结合物,（二） 可逆性抑制作用,* 概念 抑制剂通常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,. 竞争性抑制作用,反应模式,定义
8、 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。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,* 特点,抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；,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增大。,* 举例,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,磺胺类药物的抑菌机制 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶,2. 非竞争性抑制,* 反应模式,* 特点,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；,抑制程度取决于抑制剂的浓度；,动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。,. 反竞争性抑制,* 反应模式,* 特点：,抑制剂只
9、与酶底物复合物结合；,抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；,动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。,各种可逆性抑制作用的比较,六、激活剂对反应速度的影响,激活剂(activator) 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。 必需激活剂 (essential activator) 非必需激活剂 (non-essential activator),七、酶活性测定和酶活性单位,酶的活性是指酶催化某一化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速率。,酶促反应速率：在一定的反应条件下，单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。,酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，是指在一定条件下，酶促反应在单
10、位时间（s、min或h）内将一定量（mg、g、mol等）的底物转化成产物所需的酶量。,国际单位(IU) 在一定的条件下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。,催量单位(katal) 催量(kat)是指在一定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。,kat与IU的换算： 1 IU=16.6710-9 kat 1Kat =6107 IU,酶的比活性(specific activity) 每mg蛋白质所含酶活性的单位数，代表酶的纯度。 比活性=活性U/ 蛋白mg,第 四 节 酶 的 调 节 The Regulation of Enzyme,调节对象 关键酶,一 、酶活性
11、的调节,（一）酶原与酶原的激活,酶原 (zymogen) 有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。,酶原的激活 在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。,酶原激活的机理,胰蛋白酶原的激活过程,胰蛋白酶原的激活及其功能,胰蛋白酶原,六肽,肠激酶,胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶原,胰凝乳蛋白酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,羧肽酶原,羧肽酶,水解Arg Lys 羧基形成的肽键,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。 有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,（二）
12、变构酶,变构效应剂 (allosteric effector),变构调节 (allosteric regulation),变构酶 (allosteric enzyme),变构部位 (allosteric site),一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应,变构酶的形曲线,（三） 酶的共价修饰调节,共价修饰(covalent modification) 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。,
13、常见类型 磷酸化与脱磷酸化（最常见） 乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化 SH与SS互变,酶的磷酸化与脱磷酸化,二、 酶含量的调节,（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏 诱导作用(induction) 阻遏作用(repression) （二）酶降解的调控,三、 同工酶,* 定义 同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),*生理及临床意义 在代谢调节上起着重要的作用； 用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征； 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断； 同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分
14、析研究。,第五节 酶的命名与分类 The Naming and Classification of Enzyme,一、酶的命名 1. 习惯命名法推荐名称 2. 系统命名法系统名称,一些酶的命名举例,二、酶的分类 1.氧化还原酶类(oxidoreductases) 2.转移酶类 (transferases ) 3.水解酶类 (hydrolases) 4.裂解酶类 (lyases) 5.异构酶类( isomerases) 6.合成酶类 (ligases, synthetases),第六节 酶与医学的关系 The Relation of Enzyme and Medicine,（一） 酶与疾病的发生
15、 （二） 酶与疾病的诊断 （三） 酶与疾病的治疗,一、酶与疾病的关系,二、酶在医学上的其他应用,（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究,1酶法分析 即酶偶联测定法(enzyme coupled assays)，是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。,2酶标记测定法 酶可以代替同位素与某些物质相结合，从而使该物质被酶所标记。通过测定酶的活性来判断被标记物质或与其定量结合的物质的存在和含量。,3工具酶 除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。,2抗体酶,3模拟酶,具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme) 。,模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。,总结:酶-组成 结构 功能 代谢 调控 应用,定义:活细胞产生、高效催化作用、生物大分子(蛋白质) 组成: 共性:同蛋白质 个性:全酶 酶蛋白 决定反应特异性 辅助因子 有机小分子（Vit） 决定反应种 金属元素 类与性质 辅酶:与酶蛋白结合疏松,易透析除去 辅基:与酶蛋白结合紧密,不易透析除去,总结:Vit-定义 种类 缺发病 活性形式
