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1、酶促反应动力学第1页，此课件共53页哦第七章第七章酶促反应动力学酶促反应动力学 第2页，此课件共53页哦化学反应动力学基础化学反应动力学基础一一.化学反应动力学基础化学反应动力学基础第3页，此课件共53页哦1.酶催化作用的本质：降低反应活化能酶催化作用的本质：降低反应活化能2.酶催化作用的中间产（络合）物学说酶催化作用的中间产（络合）物学说在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。中间复合物再分解成产物和酶。E +S E-S
2、P +E许多实验事实证明了许多实验事实证明了ES复合物的存在。复合物的存在。ES复合复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。物形成的速率与酶和底物的性质有关。酶作用的机制酶作用的机制第4页，此课件共53页哦一.底物浓度对酶促反应速度影响底物浓度对酶促反应速度影响在酶浓度，在酶浓度，pH，温度等条件不，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如右图所示：应速度的关系。如右图所示：在低底物浓度时在低底物浓度时,反应速度与底物反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特浓度成正比，表现为一级反应特征。征。当底物浓度达到一定值，几乎当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都
3、与底物结合后，反所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应，此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反速度不再增加，表现为零级反应。应。酶促反应的速度及其影响因素酶促反应的速度及其影响因素第5页，此课件共53页哦酶促反应过程中各种浓度与时间关系曲线酶促反应过程中各种浓度与时间关系曲线第6页，此课件共53页哦底物浓度与反应速率底物浓度与反应速率第7页，此课件共53页哦 米氏方程米氏方程1913年，德国化学家年，德国化学家Michaelis和和Menten根据根据中间中间产物学说产物学说对酶促反应的动力学进行研究，推导出了表对酶促反应
4、的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为为米氏方程米氏方程。Km 米氏常数米氏常数Vmax 最大反应速度最大反应速度第8页，此课件共53页哦 根据中间产物学说，酶促反应分两步进行根据中间产物学说，酶促反应分两步进行米氏方程的推导：第9页，此课件共53页哦第10页，此课件共53页哦底物浓度与反应速率底物浓度与反应速率第11页，此课件共53页哦 米氏常数Km的意义:由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时由米氏
5、方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时,即即即即V V=1/2 =1/2 V Vmax,max,K Km=Sm=S 上式表示上式表示上式表示上式表示,米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度度度度。因此因此因此因此,米氏常数的单位为米氏常数的单位为米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。不同的酶具有不同不同的酶具有不同不同的酶具有不同不同的酶具有不同KmKm值，它是酶的一个重要的特征物值，它是酶的一个重要的特征物值，它是酶的一个重要的特征物值，它是
6、酶的一个重要的特征物理常数。理常数。理常数。理常数。KmKm值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pHpH条件下，一条件下，一条件下，一条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的KmKm值。值。值。值。KmKm值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的亲和程度亲和程度亲和程度亲和程度：KmKm值大表示亲和程值大表示亲和程值大表示亲和程
7、值大表示亲和程度小，酶的催化活性低度小，酶的催化活性低度小，酶的催化活性低度小，酶的催化活性低;Km;Km值值值值小表示亲和程度大小表示亲和程度大小表示亲和程度大小表示亲和程度大,酶的催化酶的催化酶的催化酶的催化活性高。活性高。活性高。活性高。第12页，此课件共53页哦米氏常数米氏常数Km的的意义意义:第13页，此课件共53页哦测定测定测定测定KmKm和和和和V V的方法很多，最常用的是的方法很多，最常用的是的方法很多，最常用的是的方法很多，最常用的是LineweaverLineweaver BurkBurk的作图的作图的作图的作图法法法法 双倒数作图法双倒数作图法双倒数作图法双倒数作图法。1
8、 Km 1 1 =+V Vmax S Vmax取米氏方程式的倒数形式：取米氏方程式的倒数形式：取米氏方程式的倒数形式：取米氏方程式的倒数形式：1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常数米氏常数Km的的测定：测定：第14页，此课件共53页哦双倒数作图法双倒数作图法第15页，此课件共53页哦双底物反应双底物反应第16页，此课件共53页哦双底物反应双底物反应第17页，此课件共53页哦乒乓反应乒乓反应第18页，此课件共53页哦氨基酸的氨基转移反应氨基酸的氨基转移反应第19页，此课件共53页哦序列反应与乒乓反应的区别序列反应与乒乓反应的区别第20页，此课件共53页哦二.抑制剂抑制剂对酶反应的
9、影响对酶反应的影响有些物质能与酶分子上某些必须基团结合（作用有些物质能与酶分子上某些必须基团结合（作用),使酶的活性中心使酶的活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种现象称的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种现象称为酶的抑制作用。为酶的抑制作用。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂抑制剂（inhibitor酶的抑制剂一般具备两个方面的酶的抑制剂一般具备两个方面的特点特点：a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定能
10、够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。的复合体或结合物。第21页，此课件共53页哦酶的抑制作用酶的抑制作用第22页，此课件共53页哦可逆抑制与不可逆抑制的区别可逆抑制与不可逆抑制的区别第23页，此课件共53页哦p抑制作用的类型：抑制作用的类型：(1)不可逆抑制作用不可逆抑制作用：(irreversible inhibition)抑制剂与酶反应中心抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形的活性基团以共价形式结合，引起酶的永式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸毒剂二异丙基氟磷酸酯。酯。第24页，此课件共53页哦有机磷化合物有机磷化合物路易
11、士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物第25页，此课件共53页哦(2)可逆抑制作用可逆抑制作用(reversible inhibition)：抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类：根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类：I.竞争性抑制竞争性抑制：某些抑制剂的化
12、学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。应被抑制了。竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。竞争性抑制可用下式表示：竞争性抑制可用下式表示：第26页，此课件共53页哦竟竟争争性性抑抑制制第27页，此课件共53页哦1.竞争性抑制竞争性抑制第28页，此课件共53页哦竞争性抑制作用的竞争性抑制作
13、用的LineweaverBurk图图第29页，此课件共53页哦 加入竞争性加入竞争性抑制剂后，抑制剂后，Km 变大，变大，酶促反应酶促反应速度减小。速度减小。可可逆逆抑抑制制作作用用的的动动力力学学特特征征竞争性抑制剂竞争性抑制剂无抑制剂无抑制剂1/Vmax竞争性抑制作用的双倒数图竞争性抑制作用的双倒数图第30页，此课件共53页哦有竞争性抑制剂存在时，有竞争性抑制剂存在时，有竞争性抑制剂存在时，有竞争性抑制剂存在时，KmKm值增大值增大值增大值增大(1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，且倍，且倍，且倍，且KmKm值值值值随随随随II的增高而增大；的增高而增大；的增高而增大；的增高而增大；在在在在
14、EE固定时，当固定时，当固定时，当固定时，当S S Km(1+I/Ki),Km(1+I/Ki)Km(1+I/Ki),Km(1+I/Ki)项可项可项可项可忽略不计，则忽略不计，则忽略不计，则忽略不计，则v=Vmaxv=Vmax，即最大反应速度不变。，即最大反应速度不变。，即最大反应速度不变。，即最大反应速度不变。l竞争性抑制作用的速度方程竞争性抑制作用的速度方程第31页，此课件共53页哦琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢形成延胡索酸催化琥珀酸脱氢形成延胡索酸第32页，此课件共53页哦竞争性抑制竞争性抑制第33页，此课件共53页哦 2.非竞争性抑制非竞争性抑制：l酶可同时与底物及抑制剂结合，引
15、起酶分子构象变化，并导致酶活性下降。由于这酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导致酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。l如某些金属离子如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及）以及EDTA等，通常能与酶分子的调控等，通常能与酶分子的调控部位中的部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。l非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法来消除非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法来消除。l非竞争性抑制可用下式表示
16、非竞争性抑制可用下式表示：第34页，此课件共53页哦非非竟竟争争性性抑抑制制第35页，此课件共53页哦2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用第36页，此课件共53页哦非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用第37页，此课件共53页哦l非竞争性抑制作用的非竞争性抑制作用的LineweaverBurk图图：加入非竞争加入非竞争性抑制剂后，性抑制剂后，Km 虽然不变虽然不变，但由于，但由于Vmax减小，减小，所以酶促反应所以酶促反应速度也下降了速度也下降了。非非竞争性抑制剂竞争性抑制剂无抑制剂无抑制剂-1/km第38页，此课件共53页哦有非竞争性抑制剂存在时，有非竞争性抑制剂存在时，有非竞争性抑制剂存在时，有
17、非竞争性抑制剂存在时，V V值减小值减小值减小值减小(1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，且倍，且倍，且倍，且V V值随值随值随值随II的增高而降低；的增高而降低；的增高而降低；的增高而降低；KmKm值不变。值不变。值不变。值不变。l非竞争性抑制作用的速度方程非竞争性抑制作用的速度方程：第39页，此课件共53页哦3.反竞争性抑制反竞争性抑制 酶酶第40页，此课件共53页哦反竞争性抑制反竞争性抑制第41页，此课件共53页哦有反竞争性抑制剂存在时，有反竞争性抑制剂存在时，有反竞争性抑制剂存在时，有反竞争性抑制剂存在时，KmKm和和和和V V值均减小值均减小值均减小值均减小(1+I/Ki)(1+I/K
18、i)倍，且都随倍，且都随倍，且都随倍，且都随II的的的的增高而降低增高而降低增高而降低增高而降低。反竞争性抑制反竞争性抑制：l酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶活性下降。酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶活性下降。l反竞争性抑制可用下式表示反竞争性抑制可用下式表示：l反竞争性抑制作用的速度方程反竞争性抑制作用的速度方程：第42页，此课件共53页哦二二.抑制剂对酶反应的影响抑制剂对酶反应的影响p抑制作用的类型：抑制作用的类型：l不可逆抑制作用不可逆抑制作用l可逆抑制作用可逆抑制作用a.竞争性抑制竞争性抑制b.非竞争性抑制非竞争性抑制c.反竞争性抑制反竞争性抑制abc c第
19、43页，此课件共53页哦三种可逆抑制的区别三种可逆抑制的区别第44页，此课件共53页哦三种可逆抑制的区别三种可逆抑制的区别第45页，此课件共53页哦酶的不可逆抑制作用酶的不可逆抑制作用汞第46页，此课件共53页哦 三.激活剂对酶反应的影响激活剂对酶反应的影响凡是能提高酶活力的简单化合物都称为激活剂（凡是能提高酶活力的简单化合物都称为激活剂（activator)。其。其中中大部分是一些无机离子和小分子简单有机物大部分是一些无机离子和小分子简单有机物。如：。如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-等；等
20、；这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合，可能是酶活性这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合，可能是酶活性部位的组成部分，也可能作为辅酶或辅基的一个组成部分起作部位的组成部分，也可能作为辅酶或辅基的一个组成部分起作用；用；一般情况下，一种激活剂对某种酶是激活剂，而对另一种酶则起一般情况下，一种激活剂对某种酶是激活剂，而对另一种酶则起抑制作用；抑制作用；对于同一种酶，不同激活剂浓度会产生不同的作用对于同一种酶，不同激活剂浓度会产生不同的作用。第47页，此课件共53页哦四四.酶浓度对酶反应的影响酶浓度对酶反应的影响在底物足够过量而其它条件固定的情况下，并且反应系统在底物足够过量而其它条件固定的
21、情况下，并且反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速度和酶浓度成正比。素时，酶促反应的速度和酶浓度成正比。EV第48页，此课件共53页哦五.温度对酶反应的影响温度对酶反应的影响一方面是温度升高一方面是温度升高,酶促反应酶促反应速度加快。速度加快。另一方面另一方面,温度升高温度升高,酶的酶的高级结构将发生变化或变高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至性，导致酶活性降低甚至丧失。丧失。因此大多数酶都有一个最适因此大多数酶都有一个最适温度。温度。在最适温度条件下在最适温度条件下,反应速度最大。反应速度最大。最适温度第49页，此课件共53页哦温度对酶反应的影响温度对酶反应的影响第50页，此课件共53页哦6.pH对酶反应的影响对酶反应的影响在一定的在一定的pH下下,酶具酶具有最大的催化活性有最大的催化活性,通通常称此常称此pH为为最适最适pH。第51页，此课件共53页哦6.pH对酶反应的影响对酶反应的影响第52页，此课件共53页哦胃蛋白酶胃蛋白酶pepsin精氨酸酶精氨酸酶Arginase唾液淀粉酶唾液淀粉酶Salivary amylase第53页，此课件共53页哦