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1、关于酶促反应动力学(2)课件现在学习的是第1页，共45页 酶促反应动力学酶促反应动力学:是研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学。影响酶速率的各种因素影响酶速率的各种因素1.底物浓度底物浓度 2.酶的抑制剂酶的抑制剂3.温度温度4.pH5.酶的激活剂酶的激活剂现在学习的是第2页，共45页第一节第一节 底物浓度对酶反应底物浓度对酶反应速率的影响速率的影响 现在学习的是第3页，共45页底底物物浓浓度度对对速速率率影影响响的的曲曲线线图图当底物浓度较低时，表现为一级反应（其反应速率与浓度的关系能以单分子反应的动力学方程式表示：v=dc/dt=kc（线性关系）随着底物浓度的增加，反应表现为混
2、合级反应。当底物浓度达到相当高时，表现为零级反应（与底物浓度无关）。现在学习的是第4页，共45页为解释这一实验结果，Henri和Wurtz提出了酶底物中间络合物学说。该学说认为当酶催化某一化学反应时，酶首先和底物结合生成中间复合物(ES)，然后生成产物(P)，并释放出酶。反应式：S+E ES P+E现在学习的是第5页，共45页 二、酶促反应的动力学方程式二、酶促反应的动力学方程式 1米氏方程式的推导米氏方程式的推导（假设K4为0）k1 k3 k2 k4对于ES的形成速度：dES/dt=k1(E ES)*S 对于ES的分解速度：-dES/dt=k2ES+k3ESS+E ES P+E现在学习的是第
3、6页，共45页二、酶促反应的动力学方程式二、酶促反应的动力学方程式当酶体系处于动态平衡时，ES的形成速度和分解速度相等 k1(E ES)*S=k2ES+k3ES 移项(E ES)*S/ES=(k2+k3)/k1 令：Km=(k2+k3)/k1 ES=ES=E*SE*S Km+S Km+S （1 1）现在学习的是第7页，共45页因为当底物浓度很高时，酶反应速率（v）与ES成正比，即 v=k3ES,代入（1）式得：V=k3ES/(Km+S)（2）当底物浓度很高时所有的酶都被底物饱和而转变为ES复合物，即E=ES，酶促反应达到最大速度Vmax，所以Vmax=k3ES=k3E （3）V=V=Vmax*
4、sVmax*s Km+S Km+S 米氏方程，米氏方程，KmKm米氏常数米氏常数 现在学习的是第8页，共45页该方程式表明：当已知Km及Vmax时，酶反应速率与底物浓度之间的定量关系。若以S作横坐标，v作纵坐标作图，可得到一条双曲线 vVmax VmaxKmS现在学习的是第9页，共45页 1.1.Km值的物理意义值的物理意义当反应速率达到最大速率一半时，即=1/2Vmax,可以得到 S=KmKm值的物理意义值的物理意义，即Km值是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，单位是moll。三、三、Km值的意义值的意义 =Vmax*sVmax*s Km+S Km+S现在学习的是第10页，共45
5、页三、三、Km值的意义值的意义2.Km值是酶的一个特征常数：Km值的大小只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关。因此，在一定条件下，可以通过Km值来区别不同的酶。Km值随测定的底物、反应的温度、pH及离子强度而改变。各种酶的Km值相差很大，大多数酶的Km值介于10-610-1mol/L之间。酶酶底物底物Km(mmol/L)Km(mmol/L)脲酶脲酶尿素尿素25溶菌酶溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱磷酸脱氢酶氢酶6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶苯甲苯甲酰酪氨酰胺酰酪氨酰胺2.5甲甲酰酪氨酰胺酰酪氨酰胺12.0乙乙酰酪氨酰胺酰酪氨酰
6、胺32.0Km=(k2+k3)/k1现在学习的是第11页，共45页三、三、Km值的意义值的意义3.Km值可以判断酶的专一性和天然底物 有的酶可作用于几种底物，因此就有几个Km值，其中Km值最小的底物称为该酶的最适底物也就是天然底物。Km愈小，达到最大反应速率一半所需要的底物浓度就愈小，底物最适。现在学习的是第12页，共45页三、三、Km值的意义值的意义4.判断反应速率v和Vmax之间的关系：若已知某个酶的Km值，就可以计算出在某一底物浓度时，其反应速率v相当于Vmax的百分率。反之。V=V=Vmax*sVmax*s Km+S Km+S现在学习的是第13页，共45页三、三、Km值的意义值的意义5
7、.Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径，这对了解酶在细胞内的主要催化方向及生理功能有重要意义。催化可逆反应的酶，对正逆两向底物的Km值往往是不同的，测定这些Km值的差别以及细胞内正逆两向底物的浓度，可以大致推测该酶催化正逆两向反应的效率，现在学习的是第14页，共45页四、四、VmaxVmax的意义的意义 在一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一个常数。pH、温度和离子强度等因素也影响Vmax的数值，同一种酶对不同底物的Vmax也不同。现在学习的是第15页，共45页转换数的定义转换数的定义当底物浓度很高时，Vmax=k3ES=k3E，k3表示当酶被底物饱和时，每秒钟每个酶分子转换底物的
8、分子数，这个常数又叫做转换数转换数(简称TN)，又称为催化催化常数常数(catalytic constant，kcat)。kcat值越大，表示酶的催化效率越高。现在学习的是第16页，共45页五、五、KmKm和和VmaxVmax值的测定值的测定主要利用作图法测定主要利用作图法测定(1)(1)测定不同底物浓度的反应初速率，以测定不同底物浓度的反应初速率，以v v-SS作图，可以得作图，可以得到到VmaxVmax，再从，再从1/2 Vmax1/2 Vmax，可求得相应的，可求得相应的SS，即，即KmKm值。值。Vmax VmaxSvKm现在学习的是第17页，共45页五、五、KmKm和和VmaxVma
9、x值的测定值的测定(2)双倒数双倒数作图法作图法将米氏方程式两侧取双倒数，以1/v-1/s作图，得出一直线.现在学习的是第18页，共45页五、五、KmKm和和VmaxVmax值的测定值的测定(3)HanesWoolf作图法作图法将前式两边均乘以S得：以s/vs作图，得一直线，横轴的截距为 -Km，斜率为1/Vmax 现在学习的是第19页，共45页第二节第二节 酶的抑制作用酶的抑制作用现在学习的是第20页，共45页抑制与失活之间的关系抑制与失活之间的关系失活作用失活作用(inactivation):(inactivation):使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用,变性剂对酶的变性作用无选择性.抑
10、制作用抑制作用(inhibition)(inhibition):酶的必需基团化学性质的改变，但酶未变性，而引起酶活力的降低或丧失 一种抑制剂只能使一种酶或一类酶产生抑制作用，因此抑制剂对酶的抑制作用是有选择性的.现在学习的是第21页，共45页抑制与失活之间关系的总结抑制与失活之间关系的总结失失 活活抑抑 制制酶蛋白变性未变性机 理酶蛋白结构解体必需基团性质改变变性剂或抑制剂无选择性有选择性现在学习的是第22页，共45页一、抑制程度的表示方法一、抑制程度的表示方法 酶受抑制后活力降低的程度一般用反应速率的变化来表示(vi-加入抑制剂后的速度;v0-不加抑制剂时的速度)(1)相对活力分数(残余活力
11、分数);a=vi/v0(2)相对活力百分数(残余活力百分数);a%=vi/v0 x 100%(3)抑制分数：指被抑制而失去活力的分数;i=1-a(4)抑制百分数;i%=(1-a)x 100%通常所谓抑制率抑制率是指抑制分数或抑制百分数。现在学习的是第23页，共45页二、抑制作用的类型二、抑制作用的类型 根据抑制作用是否可逆:1 1不可逆的抑制作用不可逆的抑制作用:抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活的作用.2 2可逆的抑制作用可逆的抑制作用:抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活力降低或丧失，能用物理方法除去抑制剂而使酶复活，抑制作用是可
12、逆的vE12现在学习的是第24页，共45页根据可逆抑制剂与底物的关系，可逆抑制作用分为3种类型：(1)(1)竞争性抑制竞争性抑制:抑制剂(I)和底物(S)竞争酶的活性部位(一般抑制剂与底物类似)，解除方法解除方法:其抑制程度取决于底物及抑制剂的相对浓度，这种抑制作用可以通过增加底物浓度而解除。现在学习的是第25页，共45页(2)(2)非竞争性抑制非竞争性抑制:这类抑制作用的特点是底物和抑制剂同时和酶结合，2者没有竞争作用。EI+SESI I或ES+IESI。但三元复合物不能分解为产物，这类抑制剂与酶活性部位以外的基团相结合,其结构与底物无共同之处.(3)(3)反竞争性抑制反竞争性抑制:酶只有与
13、底物结合后，才能与抑制剂结合，即ES+I-ESI,不能分解为产物。现在学习的是第26页，共45页三、三、可逆抑制作用动力学可逆抑制作用动力学 1竞争性抑制竞争性抑制底物或抑制剂与酶的结合都是可逆的，存在着下面平衡式：Ki：为抑制剂常数Ki=Ki2/Ki1 现在学习的是第27页，共45页 1 1竞争性抑制曲线图竞争性抑制曲线图（1）V下降下降，发生抑制，发生抑制（2）Vmax不变不变（底物浓度增（底物浓度增大，抑制剂结合机率减小）大，抑制剂结合机率减小）（3）Km增大增大，亲和力下亲和力下降降现在学习的是第28页，共45页 1竞争性抑制曲线图竞争性抑制曲线图现在学习的是第29页，共45页2非竞争
14、性抑制非竞争性抑制现在学习的是第30页，共45页2 2非竞争性抑制曲线非竞争性抑制曲线（1）V下降下降，发生抑制，发生抑制（2）Vmax减小减小（一部分（一部分酶始终失活）酶始终失活）（3）Km不变不变，酶与底物，酶与底物亲和力不受影响亲和力不受影响 现在学习的是第31页，共45页2 2非竞争性抑制曲线非竞争性抑制曲线现在学习的是第32页，共45页3反竞争性抑制反竞争性抑制这类抑制作用的特点是酶先与底物结合，然后才与抑制剂结合，存在以下平衡：现在学习的是第33页，共45页3反竞争性抑制反竞争性抑制的曲线的曲线现在学习的是第34页，共45页总总 结结现在学习的是第35页，共45页四、四、一些重要
15、的抑制剂一些重要的抑制剂抑制剂抑制剂:使酶活性降低的物质。使酶活性降低的物质。抑制抑制剂剂作用分作用分可逆抑制可逆抑制剂剂与与不可逆抑制不可逆抑制剂剂可逆的依据：可逆的依据：能否用透析、超滤等物理方法除去抑能否用透析、超滤等物理方法除去抑制剂，使酶复活制剂，使酶复活机理：机理：实际上是底物的类似物，实际上是底物的类似物，专一地作用于某一种酶活性部位的必需基团而导致酶的失活，现在学习的是第36页，共45页第三节 温度对酶反应的影响 现在学习的是第37页，共45页温温度度对对酶酶反反应应的的影影响响最适温度最适温度 机理：机理：温度温度导致导致酶蛋酶蛋白变白变性性现在学习的是第38页，共45页温度
16、对酶反应的影响温度对酶反应的影响在最适温度之前，一般温度越高，反应速度就越快。Q10（温度系数）温度系数）：反应温度提高10，其反应速率与原来反应速率之比，对大多数酶来讲，温度系数Q10多为2，酶的固体状态比在溶液中对温度的耐受力要高。通常酶制剂以固体保存为佳。现在学习的是第39页，共45页第四节第四节 pHpH对酶反应的影响对酶反应的影响 现在学习的是第40页，共45页pH对酶反应的影响对酶反应的影响现在学习的是第41页，共45页 pH影响酶活力的原因：影响酶活力的原因：(1)过酸或过碱可以使酶的空间结构破坏，引起酶构象的改变，酶活性丧失。(2)当pH改变不很剧烈时，酶虽未变性，但活力受到影
17、响。影响了底物的解离状态；影响酶分子活性部位上有关基团的解离；影响到中间络合物ES的解离状态，不利于催化生成产物。现在学习的是第42页，共45页第五节第五节 激活剂对酶反应的激活剂对酶反应的影响影响 现在学习的是第43页，共45页1.1.激活剂激活剂(activator)(activator)激活剂：激活剂：凡是能提高酶活性的物质。其中大部分是无机离子或简单有机化合物。金属离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子，如Mg2+是多数激酶及合成酶的激活剂，无机阴离子如：Cl、Br、I等都可作为激活剂。如Cl是唾液淀粉酶的激活剂简单的有机化合物：Cys对某些含巯基的酶有激活作用 现在学习的是第44页，共45页感谢大家观看现在学习的是第45页，共45页