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1、酶动力学及影响酶反应速度的因素本讲稿第一页，共五十三页一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(一)酶反应速度与底物浓度的关系曲线本讲稿第二页，共五十三页一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第三页，共五十三页对于简单的酶反应，当酶浓度和其他条件恒定时：对于简单的酶反应，当酶浓度和其他条件恒定时：对于简单的酶反应，当酶浓度和其他条件恒定时：对于简单的酶反应，当酶浓度和其他条件恒定时：v v SS0 0V Vmaxmax零级反应零级反应零级反应零级反应一级反应一级反应混合级反应混合级反应 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米米米氏方程氏方程氏方程氏方程 来描述来描述来描述来描述一一.
2、底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第四页，共五十三页一一.底物浓度的影响底物浓度的影响 dp/dtdp/dt kESkES：一级反应一级反应dp/dtdp/dt kEkE：零级反应零级反应本讲稿第五页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 为为了了要要解解释释这这一一现现象象，Michaelis&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须两个条件：该学说必须两个条件：(1)(1)符合质量作用定律符合质量作用定律(2)(2)形成的中间产物决定整个反应的速度形成的中间产物决定整个反应的速度一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第六页，共五十三页(二二)米
3、氏方程米氏方程 Michaelis&Menten 提出了中间提出了中间络合物学说。络合物学说。1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第七页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 对对于于单单底底物物、单单产产物物反反应应，其其反反应应过过程程需需经经过过中中间间复复合合物物ESES，即即 1.米氏方程的推导ESK1K3ESK2K4EPMichaelis-Menten的三个假设：的三个假设：(1)(1)推导的推导的v v为反应初速度为反应初速度一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第八页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响
4、 产物的生成量很少产物的生成量很少 k k4 4 的反应忽略不计。即的反应忽略不计。即本讲稿第九页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响 EE 酶总量；酶总量；E Et t 反应后反应后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-ESE-ES本讲稿第十页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响刚反应时，若形成的速度为刚反应时，若形成的速度为v,v,则则v v1 1 k k1 1 E Et t SS k k1 1（E E）-（ESES）S (1)S (1)ESES消失速
5、度：消失速度：v v2 2 k k2 2ES;ES;v v3 3 k k3 3ESESv v23 23 k k2 2 ESES k k3 3ES ES （k k2 2 k k3 3）ES (2)ES (2)本讲稿第十一页，共五十三页(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)反应体系处于稳态反应体系处于稳态 一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第十二页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导即即 ESES不变不变 ESES的生成量的生成量=ESES的分解量。即的分解量。即v v1 1=v=v2323k k1
6、 1（E E）-（ESES）S S=ES=ES（k k2 2 k k3 3）（E E）-（ESES）S/S/ES=ES=（k k2 2 k k3 3）/k/k1 1 (3)(3)设设 K Km m=(k=(k2 2+k+k3 3)/k)/k1 1 将将(3)(3)重排得重排得ES=ES=ES/KES/Km m S S (4)(4)一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第十三页，共五十三页(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=KE=ES,V=K1 1E,E,即即K K1 1=V/E (5)=V/E (5)同时，同时，
7、v=Kv=K1 1ES,KES,K1 1=v/ES (6)=v/ES (6)(5)(5)+(6)(6)ES=v E/V (7)ES=v E/V (7)(7)(7)代入代入(4(4)得得 v E/V=v E/V=ES/KES/Km m S S(3)(3)SS EE一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第十四页，共五十三页(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.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第十五页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 2.米氏方程中常数的意义K Km m 米氏常数米氏常数 由于由于 K Km m=(k=(k2 2+k+k3 3)/k)/k
8、1 1 ，为复合常数。为复合常数。K Km m是酶的特征常数，经常表示酶与底物的亲和力。是酶的特征常数，经常表示酶与底物的亲和力。K Km m值越大，亲和力越小。值越大，亲和力越小。一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第十六页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 2.米氏方程中常数的意义 K Km m的值是当反应速度为最大反应速度的一半时所的值是当反应速度为最大反应速度的一半时所对应的底物浓度。对应的底物浓度。所以所以K Km m的单位为浓度单位的单位为浓度单位一一.底物浓度的影响底物浓度的影响 Km=S 本讲稿第十七页，共五十三页(二二)米氏方程米氏方程 2.米氏方程中常数的意义一一.底
9、物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第十八页，共五十三页(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所以采用双倒数作图法：即所以采用双倒数作图法：即 1/1/v-1/S v-1/S 作图作图 v-Sv-S作图法：作图法：V Vmaxmax难以测定，不能从难以测定，不能从v v V/2V/2处求得，处求得，从而导致从而导致K Km m也难也难确定。确定。一一.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第十九页，共五十三页(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.底物浓度的影响底物浓度的影响本讲稿第二十页，共五十三页二二.酶浓度对酶反应速
10、度的影响酶浓度对酶反应速度的影响 在一般的酶促反应中，常常在一般的酶促反应中，常常 SESE，酶反应速度达酶反应速度达到最大反应速度。到最大反应速度。当当 SESE，由于由于V Vmaxmax=kE=kE0，反应速度与酶浓反应速度与酶浓度成正比。度成正比。酶酶浓浓度度曲曲线线本讲稿第二十一页，共五十三页三三.pHpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 pHpH对酶反应速度的影响较大。其原因有：对酶反应速度的影响较大。其原因有：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
11、子解离状态。影响酶分子解离状态。每种酶只能在一定的每种酶只能在一定的pHpH范围内表现出它的活性，且在范围内表现出它的活性，且在某一某一pHpH值范围内活性最高，其两侧活性都下降。值范围内活性最高，其两侧活性都下降。酶促反应具有一最适酶促反应具有一最适pHpH。本讲稿第二十二页，共五十三页反应速度和反应速度和pHpH的关系见下图：的关系见下图：酶酶酶酶的的的的最最最最适适适适pHpHpHpH一一一一般般般般在在在在7 7 7 7左左左左右右右右。也也也也有有有有很很很很多多多多例例例例外外外外，如如如如胃胃胃胃蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶的的的的最最最最适适适适pHpHpHpH只只只只有有有有1.
12、51.51.51.5，木瓜蛋白酶，木瓜蛋白酶，木瓜蛋白酶，木瓜蛋白酶(5.6)(5.6)(5.6)(5.6)，胰蛋白酶，胰蛋白酶，胰蛋白酶，胰蛋白酶(7.8)(7.8)(7.8)(7.8)。酶酶酶酶的的的的最最最最适适适适pHpHpHpH并并并并非非非非酶酶酶酶的的的的特特特特征征征征性性性性常常常常数数数数，它它它它与与与与底底底底物物物物的的的的种种种种类类类类、浓浓浓浓度度度度等因素有关。等因素有关。等因素有关。等因素有关。三三.pHpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 本讲稿第二十三页，共五十三页温度对酶反应速度的影响具有双重性：温度对酶反应速度的影响具有双重性：随着温度的升高，酶
13、蛋白会失活，使反应随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反应速度下降速度下降 随着温度的升高，反应速度会加快随着温度的升高，反应速度会加快四四.温度对酶反应速度的影响温度对酶反应速度的影响 因此，在这双重因素的综合作用下，酶促反应具有因此，在这双重因素的综合作用下，酶促反应具有一最适温度。一最适温度。本讲稿第二十四页，共五十三页四四.温度对酶反应速度的影响温度对酶反应速度的影响 不不不不同同同同酶酶酶酶的的的的最最最最适适适适温温温温度度度度也也也也不不不不一一一一样样样样。动动动动物物物物酶酶酶酶的的的的最最最最适适适适温温温温度度度度一一一一般般般般在在在在35353535 40404040，植
14、物酶为，植物酶为，植物酶为，植物酶为40404040 50505050。酶酶酶酶的的的的最最最最适适适适温温温温度度度度并并并并非非非非酶酶酶酶的的的的特特特特征征征征性性性性常常常常数数数数，它它它它与与与与底底底底物物物物、作作作作用用用用时时时时间间间间等等等等因素有关。因素有关。因素有关。因素有关。本讲稿第二十五页，共五十三页五五.激活剂对酶反应速度的影响激活剂对酶反应速度的影响激活剂：激活剂：能提高酶活性的物质。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辅助因主要是金属离子，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。子，有的是酶的辅
15、助因子的必要成分。如如:激酶需要激酶需要MgMg2+2+激活激活 唾液淀粉酶需要唾液淀粉酶需要ClCl-激活激活主要的激活剂有：主要的激活剂有：本讲稿第二十六页，共五十三页五五.激活剂对酶反应速度的影响激活剂对酶反应速度的影响有机小分子：有机小分子：一一些些还还原原剂剂，如如抗抗坏坏血血酸酸、半半胱胱氨氨酸酸，使使含含-SHSH的的酶酶处于还原态处于还原态 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属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。本讲稿第二十七页，共五十三页抑制作用：抑制作用：有
16、些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需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变，从而使酶活力降低基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失。或丧失。六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响本讲稿第二十八页，共五十三页引起抑制作用的物质称为引起抑制作用的物质称为抑制剂抑制剂抑制作用可分为两大类：抑制作用可分为两大类：可逆抑制作用可逆抑制作用和和不可逆抑制作用不可逆抑制作用 六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响本讲稿第二十九页，共五十三页 可逆抑制作用可分为三种类型：可逆抑制作用可分为三种类型：1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用 2.
17、2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 3.3.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超滤等方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，这种抑制作用叫可逆法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑制作用叫可逆抑制作用。抑制作用。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响本讲稿第三十页，共五十三页 某些抑制剂的化学结构与底物相似，与底物竞争酶某些抑制剂的化学结构与底物相似，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，因而降低
18、酶反应速度。这种作用称为因而降低酶反应速度。这种作用称为竞争性抑制作用。竞争性抑制作用。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响本讲稿第三十一页，共五十三页(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 本讲稿第三十二页，共五十三页例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。这种抑制作用可通过增加底物浓度而使整个反应平衡这种抑制作用可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削
19、弱或解除这种抑制作用。向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 本讲稿第三十三页，共五十三页琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸丙二酸丙二酸六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 本讲稿第三十四页，共五十三页ESESEPE EI六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 本讲稿第三十五页，共五十三页竞争性抑制中，竞争性抑制中，Vmax不变，不变，Km增大增大可通过增加底物浓度而使可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物整个反应平衡向生成
20、产物的方向移动，因而能削弱的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。或解除这种抑制作用。六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 本讲稿第三十六页，共五十三页六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 Linewevery-Burk图 米氏方程本讲稿第三十七页，共五十三页Lineweaver-Burk plot of competitive inhibition六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 本讲稿第三十八页，共五十三页 某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因而与底物某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因而与底物和酶的结合无竞争，即底物与酶
21、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变，从而降低了酶活性。制剂后其催化功能基团的性质发生改变，从而降低了酶活性。这种作用称为非竞争性抑制作用。这种作用称为非竞争性抑制作用。2.非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第三十九页，共五十三页2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制剂，例如：金属络合剂，如EDTA、F-、CN-、N
22、3-等，可以络合金属酶中的金属离子，从而抑制酶的活性。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十页，共五十三页2.非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十一页，共五十三页2.非竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用Linewevery-Burk图 米氏方程本讲稿第四十二页，共五十三页2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制剂对酶促反应速度的影响(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十三页，共五十三页2.非竞争性抑制作用Lineweaver-Burk plot of nonc
23、ompetitive inhibition(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十四页，共五十三页2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制中，非竞争性抑制中，Vmax变小，变小，Km不变不变这种抑制作用不能这种抑制作用不能用增加底物浓度的用增加底物浓度的方法来消除。方法来消除。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十五页，共五十三页3.反竞争性抑制作用 某些抑制剂不能与游离的酶结合，而只能在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削弱。这种作用称上有了抑制剂后其催化功能被削弱。这种作
24、用称为为反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用(uncompetitiveinhibition)。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十六页，共五十三页3.反竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十七页，共五十三页3.反竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用本讲稿第四十八页，共五十三页(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用Summery本讲稿第四十九页，共五十三页Summery本讲稿第五十页，共五十三页(二）不可逆抑制作用二）不可逆抑制作用不可逆抑制剂不能不可逆抑制剂不能用透析或超滤等方用透析或超滤等方法去除。法去除。抑制剂以共价键不可逆地与酶相结合而抑制酶抑制剂以
25、共价键不可逆地与酶相结合而抑制酶的活性。这种抑制作用叫不可逆抑制作用的活性。这种抑制作用叫不可逆抑制作用。六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响本讲稿第五十一页，共五十三页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）是一种烷化剂，可是一种烷化剂，可使巯基烷化使巯基烷化：E-SH+I-CH2COOH E-S-CH2COOH+HI 所以它是所以它是巯基酶巯基酶的抑制剂。的抑制剂。如抑制如抑制3-3-磷酸甘油醛脱氢酶、脲酶、磷酸甘油醛脱氢酶、脲酶、a a-淀粉酶等淀粉酶等(二）不可逆抑制作用二）不可逆抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度
26、的影响本讲稿第五十二页，共五十三页 有机磷化合物有机磷化合物 可可使使-OH磷酯化磷酯化，所以它是，所以它是活性中心有活性中心有Ser残基的酶残基的酶的的抑制剂。抑制剂。常见的有机磷农药，如敌敌畏、敌百虫，它们杀灭昆虫的常见的有机磷农药，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，该酶的作用是将神经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，若它被抑制，会导致乙酰胆碱的积累，使递质乙酰胆碱水解，若它被抑制，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。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）不可逆抑制作用二）不可逆抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响本讲稿第五十三页，共五十三页