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1、第四节第四节 酶动力学及影响酶反酶动力学及影响酶反响速度的要素响速度的要素一一. .底物底物浓度的影响度的影响(一) 酶反响速度与底物浓度的关系曲线一一. .底物底物浓度的影响度的影响对对于于于于简单简单的的的的酶酶反响，当反响，当反响，当反响，当酶浓酶浓度和其他条件恒定度和其他条件恒定度和其他条件恒定度和其他条件恒定时时：v vSS0 0VmVmaxax零零零零级级反响反响反响反响一一级级反响反响混合混合级级反响反响 该该该该曲曲曲曲线线线线可可可可以以以以用用用用米氏方程米氏方程米氏方程米氏方程 来描画来描画来描画来描画一一. .底物底物浓度的影响度的影响一一. .底物底物浓度的影响度的影
2、响 dp/dt dp/dt kESkES：一级反响：一级反响dp/dtdp/dt kEkE：零级反响：零级反响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 为为了了要要解解释释这这一一景景象象，Michaelis Michaelis & & Menten Menten 提出了中间络合物学说。提出了中间络合物学说。 1. 米氏方程的推导该学说必需两个条件：该学说必需两个条件： (1)(1)符合质量作用定律符合质量作用定律(2)(2)构成的中间产物决议整个反响的速度构成的中间产物决议整个反响的速度一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 Michaelis & Menten M
3、ichaelis & Menten 提出了中间络合物学说。提出了中间络合物学说。 1. 米氏方程的推导一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 对对于于单单底底物物、单单产产物物反反响响，其其反反响响过过程程需需经经过过中中间间复复合物合物ESES，即，即 1. 米氏方程的推导ESK1K3ESK2K4EPMichaelis-Menten的三个假设：的三个假设： (1)推导的推导的v为反响初速度为反响初速度一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推导一一. .底物底物浓度的影响度的影响 产物的生成量很少物的生成量很少
4、k4 k4 的反响忽略不的反响忽略不计。即。即( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推导一一. .底物底物浓度的影响度的影响EE 酶总量；酶总量；EtEt 反响后反响后t t时的酶量；时的酶量；ESES 中间产物浓度中间产物浓度Et E-ES( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推导一一. .底物底物浓度的影响度的影响刚反响时，假设构成的速度为刚反响时，假设构成的速度为v,v,那么那么v1v1 k1 EtS k1 EtS k1 k1E E- -ESESS S (1)(1)ESES消逝速度：消逝速度：v2 v2 k2ES; v3 k2ES; v3 k3ESk3ESv2
5、3 v23 k2 ES k2 ES k3ES k3ES k2k2 k3 k3ES (2) ES (2) ( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设：的三个假设： (2)(2)反响体系处于稳态反响体系处于稳态 一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推导即即ESES不不变 ES ES的生成量的生成量 = ES = ES的分解量。即的分解量。即v1 =v23v1 =v23k1k1E E- -ESESS = ES S = ES k2k2 k3 k3 E E- -ESESS/ ES = S/ ES
6、= k2k2 k3 k3/ k1 (3)/ k1 (3)设 Km=(k2+k3)/k1 Km=(k2+k3)/k1 将将(3)(3)重排得重排得ES =ES/ Km ES =ES/ Km S (4) S (4)一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 1. 米氏方程的推导Michaelis-Menten 的三个假设：的三个假设： E =ES,V = K1E,E =ES,V = K1E,即即K1 = V/ E (5)K1 = V/ E (5)同时，同时，v = K1ES, K1 = v/ ES (6)v = K1ES, K1 = v/ ES (6)(5) + (6)
7、(5) + (6)ES =v E /V (7)ES =v E /V (7)(7)(7)代入代入(4)(4)得得 v E /V = ES/ Km v E /V = ES/ Km S S (3)S E(3)S E一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程V =Vmax S Km + S 1. 米氏方程的推导一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 2. 米氏方程中常数的意义Km Km 米氏常数米氏常数 由于由于 Km= (k2+k3)/k1 Km= (k2+k3)/k1 ， 为为复合常数。复合常数。 Km Km是是酶酶的特征常数，的特征常数
8、，经经常表示常表示酶酶与底物的与底物的亲亲和力。和力。 Km Km值值越大，越大，亲亲和力越小。和力越小。 一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程 2. 米氏方程中常数的意义 Km Km的值是当反响速度为最大反响速度的一半时的值是当反响速度为最大反响速度的一半时所对应的底物浓度。所对应的底物浓度。 所以所以KmKm的单位为浓度单位的单位为浓度单位一一. .底物底物浓度的影响度的影响 Km = S ( (二二) ) 米氏方程米氏方程 2. 米氏方程中常数的意义一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程V =Vmax S Km + S 3
9、. 米氏方程中常数的测定所以采用双倒数作图法：即所以采用双倒数作图法：即 1/v - 1/S 1/v - 1/S 作图作图 v-Sv-S作图法：作图法： Vmax Vmax难以测定，不能从难以测定，不能从v v V/2V/2处求得，从而导致处求得，从而导致KmKm也难确定。也难确定。一一. .底物底物浓度的影响度的影响( (二二) ) 米氏方程米氏方程V =Vmax S Km + S 3. 米氏方程中常数的测定一一. .底物底物浓度的影响度的影响二二. .酶浓度度对酶反响速度的影响反响速度的影响 在普通的在普通的酶促反响中，促反响中，经常常SESE，酶反响速度反响速度到达最大反响速度。到达最大
10、反响速度。 当当SESE，由于，由于Vmax=kE0Vmax=kE0，反响速度与反响速度与酶浓度成正比。度成正比。酶浓度度曲曲线三三. pH. pH对酶反响速度的影响反响速度的影响 pH pH对酶反响速度的影响较大。其缘由有：对酶反响速度的影响较大。其缘由有： 极度极度pHpH的条件引起酶蛋白的变性。的条件引起酶蛋白的变性。pHpH影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。 pHpH影响酶分子解离形状。影响酶分子解离形状。 每种每种酶只能在一定的只能在一定的pHpH范范围内表内表现出它的活性，且出它的活性，且在某一在某一pHpH值范范围内活性最高，其两内活
11、性最高，其两侧活性都下降。活性都下降。 酶促反响具有一最适促反响具有一最适pHpH。反响速度和反响速度和pHpH的关系见以下图：的关系见以下图： 酶酶的的最最适适pHpH普普通通在在7 7左左右右。也也有有很很多多例例外外，如如胃胃蛋蛋白白酶酶的最适的最适pHpH只需只需1.51.5，木瓜蛋白酶，木瓜蛋白酶(5.6) (5.6) ，胰蛋白酶，胰蛋白酶(7.8)(7.8)。 酶酶的的最最适适pHpH并并非非酶酶的的特特征征性性常常数数，它它与与底底物物的的种种类类、浓浓度等要素有关。度等要素有关。三三. pH. pH对酶反响速度的影响反响速度的影响 温度对酶反响速度的影响具有双重性：温度对酶反响
12、速度的影响具有双重性：随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反响随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反响速度下降速度下降 随着温度的升高，反响速度会加快随着温度的升高，反响速度会加快四四. . 温度温度对酶反响速度的影响反响速度的影响 因此，在这双重要素的综协作用下，酶促反响因此，在这双重要素的综协作用下，酶促反响具有一最适温度。具有一最适温度。四四. . 温度温度对酶反响速度的影响反响速度的影响 不不同同酶的的最最适适温温度度也也不不一一样。动物物酶的的最最适适温温度度普普通通在在35403540，植物，植物酶为40504050。 酶的的最最适适温温度度并并非非酶的的特特征征性性常常数数，它它与与底底
13、物物、作作用用时间等要素有关。等要素有关。五五. . 激活激活剂对酶反响速度的影响反响速度的影响激活剂：能提高酶活性的物质。激活剂：能提高酶活性的物质。无机离子：无机离子： 主要是金属离子，它们有的本身就是酶的主要是金属离子，它们有的本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。 如如: : 激酶需求激酶需求Mg2+Mg2+激活激活 唾液淀粉酶需求唾液淀粉酶需求Cl-Cl-激活激活主要的激活剂有：主要的激活剂有：五五. . 激活激活剂对酶反响速度的影响反响速度的影响有机小分子：有机小分子： 一一些些复复原原剂剂，如如抗抗坏坏血血酸酸、半半胱胱氨氨酸
14、酸，使使含含- -SHSH的酶处于复原态的酶处于复原态 金金属属螯螯合合剂剂，如如EDTA(EDTA(乙乙二二胺胺四四乙乙酸酸) )，可可络络合合一一些些重重金金属属杂杂质质，解解除除它它们们对对酶酶的的抑抑制制，从从而而使使酶活升高。酶活升高。抑制造用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心抑制造用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改动，从而使或必需基团的化学性质发生改动，从而使酶活力降低或丧失。酶活力降低或丧失。六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响引起抑制造用的物质称为抑制剂引起抑制造用的物质称为抑制剂抑制造用可分为两大类：抑制造用可分为两大类：
15、可逆抑制造用和不可逆抑制造用可逆抑制造用和不可逆抑制造用 六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 可逆抑制造用可分可逆抑制造用可分为三种三种类型：型： 1. 1. 竞争性抑制造用争性抑制造用 2. 2. 非非竞争性抑制造用争性抑制造用 3. 3. 反反竞争性抑制造用争性抑制造用 酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超滤等酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超滤等方法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑制造用叫方法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑制造用叫可逆抑制造用。可逆抑制造用。( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 某
16、些抑制剂的化学构造与底物类似，与底物竞争酶某些抑制剂的化学构造与底物类似，与底物竞争酶的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的结合，的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的结合，因此降低酶反响速度。这种作用称为竞争性抑制造用。因此降低酶反响速度。这种作用称为竞争性抑制造用。( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用1. 1. 竞争性抑制造用争性抑制造用六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用1. 1. 竞争性抑制造用争性抑制造用六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 例如，丙二酸是琥珀酸脱例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的的竞争性抑制争性抑
17、制剂。 这种抑制造用可种抑制造用可经过添加底物添加底物浓度而使整个反响度而使整个反响平衡向生成平衡向生成产物的方向挪物的方向挪动，因此能减弱或解除，因此能减弱或解除这种种抑制造用。抑制造用。( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用1. 1. 竞争性抑制造用争性抑制造用六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸丙二酸丙二酸六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 ESESEPEIEI六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 竞争性抑制中，争性抑制中，Vmax不不变，Km增大增大可经过添加底物浓度可经过添加底物浓度而使整个反响平衡向而
18、使整个反响平衡向生成产物的方向挪动，生成产物的方向挪动，因此能减弱或解除这因此能减弱或解除这种抑制造用。种抑制造用。六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 Linewevery-Burk图 米氏方程Lineweaver-Burk plot of competitive inhibition六六. . 抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响 某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因此与底物某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因此与底物和酶的结合无竞争，即底物与酶结合后还能与抑制剂结合，和酶的结合无竞争，即底物与酶结合后
19、还能与抑制剂结合，同样抑制剂与酶结合后还能与底物结合。但酶分子上有了抑同样抑制剂与酶结合后还能与底物结合。但酶分子上有了抑制剂后其催化功能基团的性质发生改动，从而降低了酶活性。制剂后其催化功能基团的性质发生改动，从而降低了酶活性。这种作用称为非竞争性抑制造用。这种作用称为非竞争性抑制造用。 2. 非竞争性抑制造用这种抑制造用不能用添加底物浓度的方法来消除。这种抑制造用不能用添加底物浓度的方法来消除。( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用2. 非竞争性抑制造用非竞争性抑制剂，例如：金属络合剂，如EDTA、F -、CN -、N3- 等，可以络合金属酶中的金属离子，从而抑制酶的活性。( (一可逆抑制造用
20、一可逆抑制造用2. 非竞争性抑制造用这种抑制造用不能用添加底物浓度的方法来消除。这种抑制造用不能用添加底物浓度的方法来消除。( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用2. 非竞争性抑制造用( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用Linewevery-Burk图 米氏方程2. 非竞争性抑制造用非竞争性抑制剂对酶促反响速度的影响 ( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用2. 非竞争性抑制造用Lineweaver-Burk plot of noncompetitive inhibition( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用2. 非竞争性抑制造用非非竞争性抑制中，争性抑制中，Vmax变小，小，Km不不变这种抑制造用不这种
21、抑制造用不能用添加底物浓能用添加底物浓度的方法来消除。度的方法来消除。( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用3. 反竞争性抑制造用 某些抑制剂不能与游离的酶结合，而只能在酶与底物结合成复合物后再与酶结合。当酶分子上有了抑制剂后其催化功能被减弱。这种作用称为反竞争性抑制造用(uncompetitive inhibition)。( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用3. 反竞争性抑制造用( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用3. 反竞争性抑制造用( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用( (一可逆抑制造用一可逆抑制造用SummerySummery( (二不可逆抑制造用二不可逆抑制造用不可逆抑制不可逆抑制剂不不能用透
22、析或超能用透析或超滤等方法去除。等方法去除。 抑制剂以共价键不可逆地与酶相结合而抑抑制剂以共价键不可逆地与酶相结合而抑制酶的活性。这种抑制造用叫不可逆抑制造用。制酶的活性。这种抑制造用叫不可逆抑制造用。六六. .抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响常见的不可逆抑制剂：常见的不可逆抑制剂：碘乙酸碘乙酸ICH2COOH是一种是一种烷化化剂，可使，可使巯基基烷化：化：E-SH+I-CH2COOHE-S-CH2COOH+HI所以它是所以它是巯基基酶的抑制的抑制剂。如抑制如抑制3-磷酸甘油磷酸甘油醛脱脱氢酶、脲酶、a-淀粉淀粉酶等等( (二不可逆抑制造用二不可逆抑制造用六六. .抑制抑制剂对酶反响
23、速度的影响反响速度的影响有机磷化合物有机磷化合物可使可使-OH磷酯化，所以它是活性中心有磷酯化，所以它是活性中心有Ser残基的酶的抑残基的酶的抑制剂。制剂。常见的有机磷农药，如敌敌畏、敌百虫，它们杀灭昆虫常见的有机磷农药，如敌敌畏、敌百虫，它们杀灭昆虫的机理就在于可抑制乙酰胆碱酯酶的活性，该酶的作用是将神的机理就在于可抑制乙酰胆碱酯酶的活性，该酶的作用是将神经递质乙酰胆碱水解，假设它被抑制，会导致乙酰胆碱的积累，经递质乙酰胆碱水解，假设它被抑制，会导致乙酰胆碱的积累，使神经过度兴奋，引起昆虫的神经系统功能失调而中毒致死。使神经过度兴奋，引起昆虫的神经系统功能失调而中毒致死。( (二不可逆抑制造用二不可逆抑制造用六六. .抑制抑制剂对酶反响速度的影响反响速度的影响
