第7章酶促反应动力学

（2） 非竟争性抑制
• 酶可同时与底物及 抑制剂同时结合， 引起酶分子构象变 化，并导致酶活性 下降。 • 底物和抑制剂两者 没有竞争作用。抑 制剂与活性中心以 外的基团结合，不 与底物竞争酶的活 性中心。
非竞争性抑制动力学
E+S
+ I
ES
+ I
P+ E
EI+S
ESI
实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）
v 无I
V/2
有I
(′) km
[S]
• 加入非竞争性 抑制剂后， • Km 不变，
Vmax减小。
非竞争性抑制的特点
⑴ 非竞争性抑制剂的化学结构与底物的 分子结构不类似； ⑵ 底物和抑制剂同时地与酶的不同部位 相结合； ⑶ 抑制剂对酶与底物的结合无影响，故 不能用增加底物浓度解除抑制； ⑷ 动力学参数：Km值不变，Vm值降低。
酶的抑制作用与失活作用比较
失活作用 酶蛋白变性 酶活丧失 无选择性 抑制作用 没有变性 酶活降低 有选择性
（一）表示方法 • 不加抑制剂：Vo；加抑制剂：Vi • 相对活力百分数： • Vi/Vo×100% • 抑制百分数： • （1-Vi/Vo）×100%
（二）抑制作用类型及动力学
不可逆抑制作用irreversible inhibitors
序列反应
有序反应 随机反应
乒乓反应
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双底物双产物反应
E+A+B E+P+Q
双底物双产物的反应按动力学机制 可分为两大类 :
有序反应 （orderd reactions） 序列反应 （sequential reactions） 双底物 双产物的反应 乒乓反应 （ping pong reactions） 随机反应 （random reactions）
I与E的活性必须基团以共价键结合引起酶活 力丧失，不能使酶复活，实质是酶的修饰抑 制
可逆抑制作用reversible inhibitors
I与E以非共价键结合而引起酶活力降低或丧失， 除去I后酶能复活
1 不可逆抑制作用：
抑制剂与酶反应中心的 活性基团以共价形式结 合，引起酶的永久性失 活。 如有机磷毒剂， 二异丙基氟磷酸酯。
目录
V
Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 溶液中的酶全部被底物饱和，即使 增加底物浓度，反应速度不再增加，达 最大速度；反应为零级反应
目录
（二）酶促反应动力学方程式（单底物）
1913，德国化学家Michaelis和Menten根据中间复 合物学说对酶促反应的动力学进行研究，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，经进一步修正，称为米氏方程。
第7章 酶促反应动力学
酶促反应动力学是研究酶促反应的速度以及影响 酶反应速度的各种因素的科学。
温度 底物 浓度
pH
激活 剂
酶促反 应速度
酶浓 度
抑制 剂
一 底物浓度对酶反应速度的影响
1903年，Henri用蔗糖酶水解蔗糖的实验中 观察到：在蔗糖酶的浓度一定的条件下测定底物 （蔗糖）浓度对酶 反应速度的影响, 它们之间的 关系呈现矩形双曲线(rectangular hyperbola)。 如下图所示：
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，不 能分解成产物， 其结果是酶促反 应被抑制了。
例: 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用
COO-
COCOOCH2COO草 酰 乙 酸
此酶的竞争性抑制剂还有： COO草 酸
CH2COOCH2 CH2COO戊 二 酸
例：乙醇脱氢酶 NAD+E 乙醇 NAD+E乙醇
NAD+
E
NADH
NADHE
乙醛
NADHE乙醛
②随机反应（random reactions， 写作Random Bi Bi） 底物随机与酶结合，随机释放
例：肌酸激酶
ATP+E Cr+E ATP：E ATP：E:Cr Cr：E
ADP：E ADP：E:CrP CrP：E
③当k-1>>k2时
E+S
k1 K-1
ES
k2
P+E
Km=
k-1 + k2 k1
• Km≈k-1（分离能力）/k1（亲合能力）=Kd
Km越小，亲和力越强。 否则，Km=Kd+k2/k1，在不确定Km=Ks 之前，用Km表示酶和底物的亲和力是不 确切的。
④Km值实际用途：
若已知某个酶的Km，就可以算出在某一底物 浓度时，其反应速度相当于Vmax的百分率；计 算出任何底物浓度下酶活性部位被底物饱和数 fES=v/vmax=[S]/(Km+[S])
• 在底物浓度很小时, 反 应速度与底物浓度成 正比，为一级反应。 • 底物浓度增大，反应 速度不成正比增加,为 混合级反应. • 当底物浓度达到一定 值，几乎所有的酶都 与底物结合后，反应 速度达到最大值（V max），此时再增加底 物浓度，反应速度不 再增加，表现为零级 反应。
底物浓度对酶促反应初速度的影响
竞争性抑制动力学
E+S
+ I
ES
P+ E
KI
EI
v
无I
有I V/2
km
km′
[S]
• 加入竞争 性抑制剂 后 • Km 变大， Vmax不变。
竞争性抑制的特点
⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反 应产物； ⑵ 抑制剂与底物竞争酶的结合部位； ⑶ 抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增 加底物浓度可使抑制程度减小； ⑷ 动力学参数： Km 值增大， Vmax 值不变。
Step3 对上述公式进行一系列转化
Km=
Step4 根据
引入：Vmax=K2[Et] 得到米氏方程如下：
米氏方程的应用
• （1）[S]<<Km V=K[S] • 意义：v与[S]成正比，一级动力学 • 底物浓度低，酶没有全部饱和，不适于测定酶 活力 • （2）[s]>>km v=Vmax • 意义：底物浓度过高时，反应速率最大 • v与[S]无关，零级动力学 • 解释：酶全部被饱和，适合测定酶活力 • （3）[S]=km v=1/2Vmax • 意义：Km值代表反应速度达到最大反应速率 一半时的底物浓度
⑤Km值可以帮助确定某一代谢反应的方向和途径 当一系列不同的酶催化一个代谢过程的连锁反应时， 确定各种酶的Km及相关底物浓度，可有助于寻找限速步骤。 ①
10-2
A
B
②
10-3
C
③
10-4
D
丙酮酸
当A、B、C浓度接近10-4时，限速步骤？
丙酮酸脱氢酶 乳酸
1.7×10-5mol/L
乙酰辅酶A
1.3×10-3mol/L
ADP+E CrP+E
这种酶通常有两个结合位点， 一个结合ATP，ADP（二者互相竞争）， 一个结合Cr，CrP（二者互相竞争）
⑵ 乒乓反应：酶E同底物A结合并生成产物P和修 饰化的酶E’， E’再与底物B结合生成产物Q和 酶 E。
A AE PE’ P E’ QE E’B
E Q
B
A和Q竞争自由酶E形式， B和P竞争自由酶E’形式 中间形成4种二元复合物
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转氨酶为典型的乒乓反应
双底物双产物酶促反应 同样可以用米氏方程分析
三、酶的抑制作用
• 定义：由于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 • 抑制剂：能够引起酶的抑制作用的化合物则称 为抑制剂。 • 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点： • 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。 • b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式 形成比较稳定的复合体或结合物。
酶 脲酶 溶菌酶 葡萄糖-6-磷酸 脱氢酶 胰凝乳蛋白酶
底物 尿素 6-N-乙酰葡萄糖 胺 6-磷酸-葡萄糖 苯甲酰酪氨酰胺 甲酰酪氨酰胺 乙酰酪氨酰胺
Km(mmol/ L) 25 0.006 0.058 2.5 12.0 32.0
②可以判断酶的专一性和天然底物 • Km值最小的底物称为酶的最适底物。 • 达到最大反应速度一半所需要的底物浓 度越小 • 1/Km可以近似的表示酶对底物亲和力的 大小，1/Km越大，亲和力越大，。
乙醛
1.0×10-3mol/L
丙酮酸浓度低时，反应方向？
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(2) Vmax和K2的意义
当[S]很大时，Vmax=k2[Et]，Vmax与酶浓度成线 性关系 催化常数K2(Kcat):当酶被底物饱和时每分钟每个 酶分子转化底物的分子数 ,又称为转换数 （turnover number） Kcat越大，酶的催化效率越高
1．序列反应：底物的结合和产物的释放有一定的序列， 产物不能在底物完全结合前释放。 ①有序反应（ordered reactions 写作 ordered Bi Bi） 酶与底物有序结合形成三元复合物，随后有序的释放出产 物。
A AE E QE
B AEB
Q
QEP P
A和Q竞争性的与自由酶结合， A和B之间，P和Q之间没有竞争
㈠ 中间络合物学说
酶底物中间络合物学说：
酶与底物反应时，通过特异识别作用， 先形成酶底物中间复合物，然后再形成产 物，并释放酶分子，酶分子重新结合底物。
ES 中间络合物
V
Vmax
[S] 当底物浓度较低时 酶未被完全饱和，反应速度与底 物浓度成正比；反应为一级反应。