第10章酶促反響動力學kineticsofenzyme—catalyzedreactions.酶促反響動力學:是研究酶促反響的速率以及影響此速率的各種因素的科學。影響酶速率的各種因素1.底物濃度2.酶的抑制劑3.溫度4.pH5.酶的激活劑.第一節(jié)

底物濃度對酶反響

速率的影響.底物濃度對速率影響的曲線圖當?shù)孜餄舛容^低時，表現(xiàn)為一級反響〔其反響速率與濃度的關系能以單分子反響的動力學方程式表示：v=dc/dt=kc〔線性關系〕隨著底物濃度的增加，反響表現(xiàn)為混合級反響。當?shù)孜餄舛鹊竭_相當高時，表現(xiàn)為零級反響〔與底物濃度無關〕。.為解釋這一實驗結果，Henri和Wurtz提出了酶底物中間絡合物學說。該學說認為當酶催化某一化學反響時，酶首先和底物結合生成中間復合物(ES)，然后生成產物(P)，并釋放出酶。反響式：

S+EESP+E.二、酶促反響的動力學方程式1．米氏方程式的推導〔假設K4為0〕k1k3k2k4對于ES的形成速度：d[ES]/dt=k1([E]—[ES])*[S]對于ES的分解速度：-d[ES]/dt=k2[ES]+k3[ES]S+EESP+E.二、酶促反響的動力學方程式當酶體系處于動態(tài)平衡時，ES的形成速度和分解速度相等k1([E]—[ES])*[S]=k2[ES]+k3[ES]移項([E]—[ES])*[S]/[ES]=(k2+k3)/k1令：Km=(k2+k3)/k1[ES]=[E]*[S]Km+[S]〔1〕.因為當?shù)孜餄舛群芨邥r，酶反響速率〔v〕與[ES]成正比，即v=k3[ES],代入〔1〕式得：V=k3[E][S]/(Km+[S])〔2〕當?shù)孜餄舛群芨邥r所有的酶都被底物飽和而轉變?yōu)镋S復合物，即[E]=[ES]，酶促反響到達最大速度Vmax，所以Vmax=k3[ES]=k3[E]〔3〕V=Vmax*[s]Km+[S]米氏方程，Km米氏常數(shù).該方程式說明：當Km及Vmax時，酶反響速率與底物濃度之間的定量關系。假設以[S]作橫坐標，v作縱坐標作圖，可得到一條雙曲線vVmax?VmaxKm[S].

1.Km值的物理意義當反響速率到達最大速率一半時，即υ=1/2Vmax,可以得到[S]=KmKm值的物理意義，即Km值是當酶反響速率到達最大反響速率一半時的底物濃度，單位是mol／l。三、Km值的意義

υ=Vmax*[s]Km+[S].三、Km值的意義2.Km值是酶的一個特征常數(shù)：Km值的大小只與酶的性質有關，而與酶的濃度無關。因此，在一定條件下，可以通過Km值來區(qū)別不同的酶。Km值隨測定的底物、反響的溫度、pH及離子強度而改變。各種酶的Km值相差很大，大多數(shù)酶的Km值介于10-6~10-1mol/L之間。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32.0Km=(k2+k3)/k1.三、Km值的意義3.Km值可以判斷酶的專一性和天然底物有的酶可作用于幾種底物，因此就有幾個Km值，其中Km值最小的底物稱為該酶的最適底物也就是天然底物。Km愈小，到達最大反響速率一半所需要的底物濃度就愈小，底物最適。.三、Km值的意義4.判斷反響速率v和Vmax之間的關系：假設某個酶的Km值，就可以計算出在某一底物濃度時，其反響速率v相當于Vmax的百分率。反之。V=Vmax*[s]Km+[S].三、Km值的意義5.Km值可以幫助推斷某一代謝反響的方向和途徑，這對了解酶在細胞內的主要催化方向及生理功能有重要意義。催化可逆反響的酶，對正逆兩向底物的Km值往往是不同的，測定這些Km值的差異以及細胞內正逆兩向底物的濃度，可以大致推測該酶催化正逆兩向反響的效率，.四、Vmax的意義

在一定酶濃度下，酶對特定底物的Vmax也是一個常數(shù)。pH、溫度和離子強度等因素也影響Vmax的數(shù)值，同一種酶對不同底物的Vmax也不同。.轉換數(shù)的定義當?shù)孜餄舛群芨邥r，Vmax=k3[ES]=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(shù)，這個常數(shù)又叫做轉換數(shù)(簡稱TN)，又稱為催化常數(shù)(catalyticconstant，kcat)。kcat值越大，表示酶的催化效率越高。.五、Km和Vmax值的測定主要利用作圖法測定(1)測定不同底物濃度的反響初速率，以v-[S]作圖，可以得到Vmax，再從1/2Vmax，可求得相應的[S]，即Km值。Vmax?Vmax[S]vKm.五、Km和Vmax值的測定(2)雙倒數(shù)作圖法將米氏方程式兩側取雙倒數(shù)，以1/v-1/[s]作圖，得出一直線..五、Km和Vmax值的測定(3)Hanes—Woolf作圖法將前式兩邊均乘以[S]得：以[s]/v～[s]作圖，得一直線，橫軸的截距為-Km，斜率為1/Vmax.第二節(jié)酶的抑制作用.抑制與失活之間的關系失活作用(inactivation):使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用,變性劑對酶的變性作用無選擇性.抑制作用(inhibition):酶的必需基團化學性質的改變，但酶未變性，而引起酶活力的降低或喪失一種抑制劑只能使一種酶或一類酶產生抑制作用，因此抑制劑對酶的抑制作用是有選擇性的..抑制與失活之間關系的總結失活抑制酶蛋白變性未變性機理酶蛋白結構解體必需基團性質改變變性劑或抑制劑無選擇性有選擇性.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響速率的變化來表示(vi-參加抑制劑后的速度;v0-不加抑制劑時的速度)(1)相對活力分數(shù)(剩余活力分數(shù));a=vi/v0(2)相對活力百分數(shù)(剩余活力百分數(shù));a%=vi/v0x100%(3)抑制分數(shù)：指被抑制而失去活力的分數(shù);i=1-a(4)抑制百分數(shù);i%=(1-a)x100%通常所謂抑制率是指抑制分數(shù)或抑制百分數(shù)。.二、抑制作用的類型

根據抑制作用是否可逆:

1．不可逆的抑制作用:抑制劑與酶的必需基團以共價鍵結合而引起酶活力喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活的作用.

2．可逆的抑制作用:抑制劑與酶以非共價鍵結合而引起酶活力降低或喪失，能用物理方法除去抑制劑而使酶復活，抑制作用是可逆的v[E]12.根據可逆抑制劑與底物的關系，可逆抑制作用分為3種類型：(1)競爭性抑制:抑制劑(I)和底物(S)競爭酶的活性部位(一般抑制劑與底物類似)，解除方法:其抑制程度取決于底物及抑制劑的相對濃度，這種抑制作用可以通過增加底物濃度而解除。

.(2)非競爭性抑制:這類抑制作用的特點是底物和抑制劑同時和酶結合，2者沒有競爭作用。EI+S—ESI或ES+I—ESI。但三元復合物不能分解為產物，這類抑制劑與酶活性部位以外的基團相結合,其結構與底物無共同之處.(3)反競爭性抑制:酶只有與底物結合后，才能與抑制劑結合，即ES+I-ESI,不能分解為產物。

.三、可逆抑制作用動力學

1．競爭性抑制底物或抑制劑與酶的結合都是可逆的，存在著下面平衡式：

Ki：為抑制劑常數(shù)Ki=Ki2/Ki1

.

1．競爭性抑制曲線圖

〔1〕V下降，發(fā)生抑制〔2〕Vmax不變〔底物濃度增大，抑制劑結合機率減小〕

〔3〕Km增大，親和力下降.

1．競爭性抑制曲線圖

.2．非競爭性抑制

.2．非競爭性抑制曲線

〔1〕V下降，發(fā)生抑制〔2〕Vmax減小〔一局部酶始終失活〕〔3〕Km不變，酶與底物親和力不受影響

.2．非競爭性抑制曲線.3．反競爭性抑制

這類抑制作用的特點是酶先與底物結合，然后才與抑制劑結合，存在以下平衡：

.3．反競爭性抑制的曲線.總結.四、一些重要的抑制劑抑制劑:使酶活性降低的物質。抑制劑作用分可逆抑制劑與不可逆抑制劑可逆的依據：能否用透析、超濾等物理方法除去抑制劑，使酶復活機理：實際上是底物的類似物，專一地作用于某一種酶活性部位的必需基團而導致酶的失活，.第三節(jié)溫度對酶反響的影響.

溫度對酶反響的影響最適溫度機理：溫度導致酶蛋白變性.溫度對酶反響的影響在最適溫度之前，一般溫度越高，反響速度就越快。Q10〔溫度系數(shù)〕：反響溫度提高10℃，其反響速率與原來反響速率之比，對大多數(shù)酶來講，溫度系數(shù)Q10多為2，酶的固體狀態(tài)比在溶液中對溫度的耐受力要高。通常酶制劑以固體保存為佳。.第四節(jié)

pH對酶反響的影響.pH對酶反響的影響.

pH影響酶活力的原因：

(1)過酸或過堿可以使酶的空間結構破壞，引起酶構象的改變，酶活性喪失。(2)當pH改變不很劇烈時，酶雖未變性，但活力受到影響。影響了底物的解離狀態(tài)；影響酶分子活性部位上有關基團的解離；影響到中間絡合物ES的解離狀態(tài)，不利于催化生成產物。.第五節(jié)

激活劑對酶反響的影響.1.激活劑(activator)激活劑：但凡能提高酶活性的物質。其中大局部是無機離