第七章酶促反應動力學

化學反應動力學基礎一.化學反應動力學基礎1.酶催化作用的本質：降低反應活化能2.酶催化作用的中間產（絡合）物學說在酶催化的反應中，第一步是酶與底物形成酶－底物中間復合物。當底物分子在酶作用下發生化學變化后，中間復合物再分解成產物和酶。

E+SE-S

P+E許多實驗事實證明了E－S復合物的存在。E－S復合物形成的速率與酶和底物的性質有關。酶作用的機制一.底物濃度對酶促反應速度影響在酶濃度，pH，溫度等條件不變的情況下研究底物濃度和反應速度的關系。如右圖所示：在低底物濃度時,反應速度與底物濃度成正比，表現為一級反應特征。當底物濃度達到一定值，幾乎所有的酶都與底物結合后，反應速度達到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應速度不再增加，表現為零級反應。酶促反應的速度及其影響因素酶促反應過程中各種濃度與時間關系曲線底物濃度與反應速率

米氏方程1913年，德國化學家Michaelis和Menten根據中間產物學說對酶促反應的動力學進行研究，推導出了表示整個反應中底物濃度和反應速度關系的著名公式，稱為米氏方程。Km—米氏常數Vmax

—最大反應速度

根據中間產物學說，酶促反應分兩步進行米氏方程的推導：底物濃度與反應速率

米氏常數Km的意義:由米氏方程可知，當反應速度等于最大反應速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]

上式表示,米氏常數是反應速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數的單位為mol/L。不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個重要的特征物理常數。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。

米氏常數Km的意義:測定Km和V的方法很多，最常用的是Lineweaver–Burk的作圖法—

雙倒數作圖法。

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數Km的測定：雙倒數作圖法雙底物反應雙底物反應乒乓反應氨基酸的氨基轉移反應序列反應與乒乓反應的區別二.抑制劑對酶反應的影響有些物質能與酶分子上某些必須基團結合（作用),使酶的活性中心的化學性質發生改變，導致酶活力下降或喪失，這種現象稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑（inhibitor酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結構上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態相似。b.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩定的復合體或結合物。酶的抑制作用可逆抑制與不可逆抑制的區別抑制作用的類型：(1)不可逆抑制作用：

(irreversibleinhibition)抑制劑與酶反應中心的活性基團以共價形式結合，引起酶的永久性失活。如有機磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。有機磷化合物路易士氣失活的酶羥基酶失活的酶酸巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結合物(2)可逆抑制作用(reversibleinhibition)：抑制劑與酶蛋白以非共價方式結合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結合的情況，又可以分為三類：競爭性抑制：某些抑制劑的化學結構與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結合。當抑制劑與活性中心結合后，底物被排斥在反應中心之外，其結果是酶促反應被抑制了。竟爭性抑制通常可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。競爭性抑制可用下式表示：竟爭性抑制1.競爭性抑制競爭性抑制作用的Lineweaver–Burk圖

加入競爭性抑制劑后，Km變大，酶促反應速度減小。可逆抑制作用的動力學特征競爭性抑制劑無抑制劑1/Vmax競爭性抑制作用的雙倒數圖有競爭性抑制劑存在時，Km值增大(1+[I]/Ki)倍，且Km值隨[I]的增高而增大；在[E]固定時，當[S]﹥﹥Km(1+[I]/Ki),Km(1+[I]/Ki)項可忽略不計，則v=Vmax，即最大反應速度不變。競爭性抑制作用的速度方程琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸脫氫形成延胡索酸競爭性抑制2.非競爭性抑制：酶可同時與底物及抑制劑結合，引起酶分子構象變化，并導致酶活性下降。由于這類物質并不是與底物競爭與活性中心的結合，所以稱為非競爭性抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調控部位中的-SH基團作用，改變酶的空間構象，引起非競爭性抑制。非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除。非競爭性抑制可用下式表示：非竟爭性抑制2.非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用的Lineweaver–Burk圖：加入非競爭性抑制劑后，Km雖然不變，但由于Vmax減小，所以酶促反應速度也下降了。非競爭性抑制劑無抑制劑-1/km有非競爭性抑制劑存在時，V值減小(1+[I]/Ki)倍，且V值隨[I]的增高而降低；Km值不變。非競爭性抑制作用的速度方程：3.反競爭性抑制

酶反競爭性抑制有反競爭性抑制劑存在時，Km和V值均減小(1+[I]/Ki)倍，且都隨[I]的增高而降低。反競爭性抑制：酶只有在與底物結合后，才能與抑制劑結合，引起酶活性下降。反競爭性抑制可用下式表示：反競爭性抑制作用的速度方程：二.抑制劑對酶反應的影響抑制作用的類型：不可逆抑制作用可逆抑制作用競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制abc三種可逆抑制的區別三種可逆抑制的區別酶的不可逆抑制作用汞三.激活劑對酶反應的影響凡是能提高酶活力的簡單化合物都稱為激活劑（activator)。其中大部分是一些無機離子和小分子簡單有機物。如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-等；這些離子可與酶分子上的氨基酸側鏈基團結合，可能是酶活性部位的組成部分，也可能作為輔酶或輔基的一個組成部分起作用；一般情況下，一種激活劑對某種酶是激活劑，而對另一種酶則起抑制作用；對于同一種酶，不同激活劑濃度會產生不同的作用。四.酶濃度對酶反應的影響在底物足夠過量而其它條件固定的情況下，并且反應系統中不含有抑制酶活性的物質及其他不利于酶發揮作用的因素時，酶促反應的速度和酶濃度成正比。EV五.溫度對酶反應的影響一方面是溫度升高,酶促反應速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結構將發生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。