酶促反應動力學第一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六

化學反應的兩個基本問題：反應進行的方向、可能性和限度反應進行的速率和反應機制一、化學動力學基礎化學熱力學化學動力學第二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（一）反應速率及其測定——以單位時間內反應物或生成物濃度的改變來表示。第三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（二）反應分子數和反應級數1.反應分子數：——反應中真正相互作用的分子的數目單分子反應：AP雙分子反應：A+BP+Q第四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六單分子反應v=kc雙分子反應v=kc1c2c、c1、c2：反應物濃度（mol/l）

k：比例常數/反應速率常數第五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六2.反應級數能以v=kc表示，為一級反應；能以v=kc1c2表示，則為二級反應；v與反應物濃度無關，則為零級反應。雙分子反應、一級反應第六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（三）各級反應的特征

1.一級反應：

反應速率與反應物濃度的一次方成正比。v=kc第七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六C0C0/20t?[P]Ct反應物的消耗產物的增加半衰期t1/2：有一半反應物轉化為產物所需的時間lnC0lnC0/20t?Ctk當t=t?時，c=1/2c0,則t?＝0.693／k,即半衰期與反應物的初濃度無關。第八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六2.二級反應：v=k（a-x）（b–x）a、b：反應物A、B的初濃度

x：t時已發生反應的物質濃度

（a-x）、（b–x）：t時后A、B的濃度第九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六3.零級反應：v=k一級反應：半衰期與反應物的初濃度無關二級反應：半衰期與反應物的初濃度成反比零級反應：半衰期與反應物的初濃度成正比第十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六單底物、單產物反應；酶促反應速度一般在規定的反應條件下，用單位時間內底物的消耗量和產物的生成量來表示；反應速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以內）時的反應速度；底物濃度遠遠大于酶濃度。（[S]》[E]）研究前提二、底物濃度對酶反應速率的影響第十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六產物0時間初速度酶促反應速度逐漸降低酶促反應的時間進展曲線第十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應速度的影響呈矩形雙曲線關系。反應初速度隨底物濃度變化曲線第十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六當底物濃度較低時反應速度與底物濃度成正比；反應為一級反應。[S]VVmax第十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六隨著底物濃度的增高反應速度不再成正比例加速；反應為混合級反應。[S]VVmax第十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六當底物濃度高達一定程度反應速度不再增加，達最大速度；反應為零級反應[S]VVmax第十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六E+SESP+Ek1k2k3（一）中間絡合物學說

k4三個假設：（1）E與S形成ES復合物的反應是快速平衡反應，而ES分解為E及P的反應為慢反應，反應速度取決于慢反應即

V＝k3[ES]。（2）S的總濃度遠遠大于E的總濃度，因此在反應的初始階段，S的濃度可認為不變即[S]＝[St]。（3）P→0忽略這步反應第十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（二）酶促反應的動力學方程式1、米氏方程的推導第十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六1913年Michaelis和Menten提出反應速度與底物濃度關系的數學方程式，即米－曼氏方程式，簡稱米氏方程(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速度Vmax：最大反應速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──第十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六穩態時ES濃度不變

反應速度

V=k3[ES]ES的生成速度=消耗速度k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]E的質量平衡方程

[E]=[Et]-[ES]E+SESP+Ek1k2k3(Ⅲ)(Ⅰ)(Ⅱ)第二十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第二十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六穩態時ES濃度不變反應速度

V=k3[ES]ES的生成速度=消耗速度k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]E的質量平衡方程

[E]=[Et]-[ES]E+SESP+Ek1k2k3V=V[S]Km+[S]米氏方程V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et]Km=

k2+k3k1米氏常數第二十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六

a.當[S]很小時V=V[S]/Km一級反應反應初速度隨底物濃度變化曲線米氏曲線V=V[S]Km+[S]b.當[S]很大時V=V[S]/[S]=V

0

級反應混合級第二十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六Km=?Km=[S]V=V[S]Km+[S]若V＝V/2V2＝V[S]Km+[S]1Km+[S]=2[S]第二十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六2、動力學參數的意義（1）米氏常數Km的意義Km＝[S]∴Km值等于酶促反應速度為最大反應速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2第二十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六

①Km是酶的特性常數：

與pH、溫度、離子強度、酶及底物種類有關，與酶濃度無關，可以鑒定酶。酶底物Km(mmol/L)脲酶尿素25溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖-6-磷酸脫氫酶6-磷酸-葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶苯甲酰酪氨酰胺2.5甲酰酪氨酰胺12.0乙酰酪氨酰胺32.0第二十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六②可以判斷酶的專一性和天然底物Km值最小的底物——最適底物/天然底物1/Km近似表示酶對底物的親和力：1/Km越大、親和力越大第二十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六Km=

k2+k3k1Km≈k2（分離能力）/k1（親合能力）E+SESP+Ek1k2k3Km越小，親和力越強。[S]很小時，反應速度就能達到很大。性能優，代謝中這類酶更為重要k2>>k3時第二十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六④Km可幫助判斷某代謝反應的方向和途徑催化可逆反應的酶對正/逆兩向底物Km不同——Km較小者為主要底物③根據Km：判斷某[s]時v與Vmax的關系判斷抑制劑的類型第二十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六乳酸脫氫酶（1.7×10-5）丙酮酸脫氫酶（1.3×10-3）丙酮酸脫羧酶（1.0×10-3）丙酮酸乳酸乙酰CoA乙醛丙酮酸濃度較低時：代謝哪條途徑決定于Km最小的酶一底物多酶反應第三十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（2）Vmax和k3（kcat)的意義一定酶濃度下，酶對特定底物的Vmax也是一個常數。[S]很大時，Vmax＝k3[E]。k3表示當酶被底物飽和時，每秒鐘每個酶分子轉換底物的分子數，——又稱為轉換數、催化常數kcatkcat越大，酶的催化效率越高第三十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（3）kcat/km的意義：V=Vmax[S]Km+[S]∵Vmax=kcat[Et]∴V=kcat[Et][S]Km+[S]當[S]<<Km時，[E]＝[Et]第三十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六是E和S反應形成產物的表觀二級速率常數。其大小可用于比較酶的催化效率。kcat/km＝

kcat/km的上限為k1,即生成ES的速率，即酶的催化效率不超過E和S形成ES的結合速率kcat/km的大小可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率。第三十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（1）Lineweaver-Burk雙倒數作圖法3、Km與V的求取第三十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第三十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六蔗糖酶米氏常數（Km）的測定1.配12支蔗糖底物溶液，濃度分別為0、0.005、0.00625、0.0075、0.00875、0.010、0.0125、0.015、0.02、0.025、0.0375、0.050M，在35℃水浴保溫；2.加入3U/ml已在35℃水浴保溫的酶溶液，準確作用5分鐘，終止反應；3.各吸取0.5ml反應液與3，5-二硝基水楊酸，沸水浴5分鐘，冷卻后在540nm測定吸光度OD值；4.作圖

第三十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（2）Eadie-Hofstee作圖法第三十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六vV[S]Vmax斜率－Km第三十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六

（3）Hanes-Woolf作圖法

第三十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六斜率=1/VmKm/Vm-Km[S]/V[S]第四十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六vVmax[S]－3Km－2Km－Km（4）Eisenthal和Cornish-Bowden線性作圖法第四十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（三）多底物的酶促反應動力學分為單底物、雙底物和三底物反應1.酶促反應按底物分子數分類：第四十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六①有序反應（orderedreactions）領先底物釋放釋放A和Q競爭地與自由酶結合（1）序列反應或單－置換反應2.多底物反應按動力學機制分類：第四十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六②隨機反應（randomreactions）如肌酸激酶使肌酸磷酸化的反應第四十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六AAEPE’PEE’QEQEBB

A和Q競爭自由酶E形式B和P競爭修飾酶形式E’A和Q不同E’結合B和P也不與E結合。(2)乒乓反應或雙－置換反應第四十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六3.雙底物反應的動力學方程（1）序列機制的底物動力學方程及動力學圖——在B的濃度達到飽和時A的米氏常數——在A的濃度達到飽和時B的米氏常數——底物A與酶結合的解離常數——底物A、B都達到飽和時最大反應速率第四十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第四十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（2）乒乓機制的底物動力學方程及動力學圖——在B的濃度達到飽和時A的米氏常數——在A的濃度達到飽和時B的米氏常數——底物A、B都達到飽和時最大反應速率第四十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第四十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六

三、酶的抑制作用失活作用：使酶Pr變性而引起酶活力喪失。抑制作用：使酶活力下降但不引起變性。抑制劑：能引起抑制作用的物質。第五十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（一）抑制程度的表示方法V0：Vi：不加入抑制劑時的反應速率加入抑制劑后的反應速率以反應速率的變化表示第五十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六1.相對活力分數（殘余活力分數）2.相對活力百分數（殘余活力百分數）V0ViViV0第五十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六3.抑制分數——指被抑制而失去活力的分數V0Vi4.抑制百分數ViV0

抑制率第五十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六依據：

能否用透析、超濾等物理方法

除去抑制劑，使酶復活。不可逆抑制與可逆抑制（二）抑制作用的分類第五十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六1、不可逆抑制作用：抑制劑與酶必需基團以牢固的共價鍵相連很多為劇毒物質重金屬、有機磷、有機汞、有機砷、氰化物、青霉素、毒鼠強等。不可逆抑制第五十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑（作用于一/幾類基團）專一性不可逆抑制劑（作用于某一種酶的活性部位基團）2、不可逆抑制劑不可逆抑制第五十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六

（1）非專一性不可逆抑制劑①重金屬離子

Ag+、

Cu2+、

Hg2+、

Pb2+、

Fe3+高濃度時可使酶蛋白變性失活；低濃度時對酶活性產生抑制。

——通過加入EDTA解除第五十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六

H2N-CH-COOHCH2

SH

H2N-CH-COOHCH2

S-CH2COOHICH2COOHHI②烷化劑（多為鹵素化合物）++碘乙酸第五十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六③有機磷化合物（敵百蟲、沙林）第五十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六膽堿酯酶OHPOC2H5OC2H5S有機磷農藥部分第六十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六膽堿乙酰化酶膽堿酯酶膽堿乙酰膽堿積累導致神經中毒癥狀第六十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六如何緊急救治？排毒洗胃、喝雞蛋清牛奶導泄、利尿血液透析（清除游離狀態毒物）解毒藥：解磷定第六十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六ROOROOROXROO—EP+E—OHP+HX有機磷化合物羥基酶磷酰化酶(失活)酸ROOROO—EP+-CHNOH磷酰化酶(失活)N+CH3-CHNN+CH3OOROOR+E—OH

P解磷定解毒------解磷定(PAM)：第六十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六④有機汞、有機砷化合物——與酶分子中-SH作用；

可通過加入過量巰基化合物解除。第六十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六⑤氰化物、硫化物和CO

——與酶中金屬離子形成穩定的絡合物如氰化物與含鐵卟啉細胞色素氧化酶結合⑥青霉素（penicillin）與細菌糖肽轉肽酶Ser-OH活性，影響細胞壁合成。第六十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（2）專一性不可逆抑制劑

①Ks型具有底物類似的結構——（設計）帶有一活潑基團：與必需基團反應（抑制）

∵利用對酶親合性進行修飾∴親合標記試劑（affinitylabelingreagent）第六十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六②Kcat型具有底物類似的結構本身是酶的底物還有一潛伏的反應基團“自殺性底物”

第六十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六抑制作用可通過透析等方法除去。原因：非共價鍵結合可逆抑制競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制(non-competitiveI.）反競爭性抑制(uncompetitiveI.)

3、可逆抑制作用：第六十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（1）競爭性（Competitive)抑制第六十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六I：抑制劑（inhibitor）第七十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第七十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六【舉例】

丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸琥珀酸第七十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六競爭性抑制第七十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六磺胺類藥物的抑菌機制：與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸第七十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六利用競爭性抑制是藥物設計主要思路磺胺類藥抗菌機理：（與對氨基苯甲酸是結構類似物）競爭性抑制細菌葉酸形成，抑制細菌繁殖人通過食物直接補充葉酸，對人無毒害。第七十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六生物堿麻醉—競爭性替代生物堿—嗎啡、海洛因、可卡因、尼古丁

嗎啡海洛因第七十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六麻醉機理源自—37C醫學網痛覺神經信號阿片—鴉片類物質生物堿競爭性替代腦肽—麻醉致幻腦肽(E)控制痛覺信號的釋放第七十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六抑制物（2）非競性（Non-competitive)抑制無法形成產物第七十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六Noncompetitiveinhibition第七十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第八十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六（3）反競爭性（Uncompetitive）抑制第八十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第八十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第八十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六1：反應體系不加I2：體系中加入一定量不可逆抑制劑3：體系中加入一定量可逆抑制劑v123[E](三)可逆和不可逆抑制作用的鑒別第八十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六[E]v不可逆抑制劑的作用[E]v可逆抑制劑的作用[I]→[I]第八十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六(四）可逆抑制作用動力學第八十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六1.競爭性抑制第八十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六消去[ES]第八十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第八十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六第九十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期六斜率斜率第九十一頁，共一