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1、五、酶促反应的速度及其影响因素五、酶促反应的速度及其影响因素1.1.底物浓度底物浓度对酶促反应速度影对酶促反应速度影响响在酶浓度，在酶浓度，pHpH，温度等条，温度等条件不变的情况下研究底物件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。浓度和反应速度的关系。如右图所示：如右图所示：v在低底物浓度时在低底物浓度时, , 反应速反应速度与底物浓度成正比，表度与底物浓度成正比，表现为现为一级反应特征一级反应特征。v当底物浓度达到一定值，当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大合后，反应速度达到最大值（值（VmaxVmax），此时再增加），此时再增加底物浓
2、度，反应速度不再底物浓度，反应速度不再增加，表现为增加，表现为零级反应零级反应。米氏方程米氏方程19131913年，德国化学家年，德国化学家MichaelisMichaelis和和MentenMenten根据根据中中间产物学说间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推对酶促反映的动力学进行研究，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，称为系的著名公式，称为米氏方程米氏方程。V=Vmax SKm + SK Km m 米氏常数米氏常数V Vmaxmax 最大反应速度最大反应速度米氏方程的推导：米氏方程的推导：推导原则推导原则：从酶被底物饱和的现
3、从酶被底物饱和的现象出发，按照象出发，按照 “ “稳稳态平衡态平衡”假说的设想假说的设想进行推导。进行推导。 l酶被底物饱和的百分数酶被底物饱和的百分数: : l已知已知K Km m值和底物浓度，求值和底物浓度，求v v相当于相当于V Vmaxmax的百分率？的百分率？（P360）l寻找限速步骤：寻找限速步骤： K Km m值最大者为限速步骤值最大者为限速步骤SKSVvEkESkEESmmaxt33tES f 在一定的酶浓度下，在一定的酶浓度下，V Vmaxmax是一个常数，它只与底物的是一个常数，它只与底物的种类及反应条件有关。种类及反应条件有关。当当SS很大时，很大时，V Vmaxmax=
4、K=K3 3 E E K K3 3代表酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的代表酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，称为转换数（或催化常数，分子数，称为转换数（或催化常数，K Kcatcat），）， 表明酶的表明酶的最大催化效率。最大催化效率。 转换数的倒数即为催化周期：一个酶分子每催化一个转换数的倒数即为催化周期：一个酶分子每催化一个底物分子所需的时间。底物分子所需的时间。乳糖脱氢酶转换数为1000/秒，则它的催化周期为10-3秒1 1 K Km 1 1m 1 1 = = + + V V V Vmaxmax S S V Vmaxmax-4-202468100.00.20.40.
5、60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常数米氏常数KmKm的的测定：测定：2.多底物的酶促反应动力学多底物的酶促反应动力学v分类：单底物反应、双底物反应、三底物反分类：单底物反应、双底物反应、三底物反应应（1）序列反应或单置换反应）序列反应或单置换反应A、有序反应；、有序反应；B、随机反应、随机反应（2）乒乓反应或双置换反应）乒乓反应或双置换反应1.1.多底物酶促反应按动力学机制分类多底物酶促反应按动力学机制分类有序反应有序反应 只有Leading substrate (领先底物A)首先与酶结合，然后B才能与酶结合，形成的三元复合物
6、EAB（ternary complex)转变为EPQ，B 的产物P先释放，A的产物Q后释放。在缺少A时，B不能与E结合E+A+BE+A+BAEBPEQE+P+QAEBPEQE+P+Q（1 1）序列反应）序列反应E AE AEB QEP QE EABPQPEAAEAEBQEPBQEQA A与其产物与其产物Q Q相互竞争地结合相互竞争地结合E E，但，但A A和和B B互不竟争互不竟争反应的总方向决定于A、Q的浓度和反应的平衡常数NAD 与与NADH相互竞争相互竞争E上的上的NAD结合部位结合部位随机反应随机反应底物A、B与酶结合的顺序是随机的，形成的三元复合物AEB QEP，产物P、Q的释放顺序
7、也是随机的。限速步骤是限速步骤是AEB QEPAEB QEPA A与与Q Q相互竞争相互竞争E E上的底物结合部位上的底物结合部位A A，B B 与与P P相互竞争相互竞争E E上的上的底物结合部位底物结合部位B B反应的总方向决定于反应的总方向决定于A A、B B、Q Q、P P的浓度和反应的平衡常数的浓度和反应的平衡常数（2 2）乒乓反应）乒乓反应 底物底物A A先与先与E E结合成结合成AEAE二元复合物，二元复合物，AE PFAE PF（修饰酶形（修饰酶形式），释放第一个产物式），释放第一个产物P P，接着底物，接着底物B B与与F F形成形成FBFB，FB EQFB EQ，释放第二个
8、产物释放第二个产物Q Q。 A A与与Q Q 竞争自由酶形式竞争自由酶形式E E ，B B与与P P竞争修饰酶形式竞争修饰酶形式F F。整个反应历程中只有二元复合物形式，没有三元复合物形整个反应历程中只有二元复合物形式，没有三元复合物形式。式。3.3.抑制剂抑制剂对酶反应的影响对酶反应的影响v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，活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种现象称为这种现象称为酶的抑制作用酶的抑制作用。（比较：失活作用（比较：失活作用P368P368）v
9、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)inhibitor)。 v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：va.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。似。vb.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。定的复合体或结合物。p抑制作用的类型：抑制作用的类型：(1)(1)不可逆抑制作用不可逆抑制作用：v抑制剂与酶反应中心抑制剂与酶反应中心的活性基团以的活性基团以共价共价
10、形形式结合，引起酶的永式结合，引起酶的永久性失活，即酶的修久性失活，即酶的修饰抑制。饰抑制。如有机磷毒剂如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。二异丙基氟磷酸酯。 （2 2）可逆抑制作用：）可逆抑制作用： 抑制剂与酶以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑抑制剂与酶以非共价方式结合，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。根据抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类：的活性。根据抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类：I I竞争性抑制：竞争性抑制：v某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竞争和某些抑制剂的化
11、学结构与底物相似，因而能与底物竞争和酶活性中心结合。当抑制剂与活性一中心结合后，底物被排酶活性中心结合。当抑制剂与活性一中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制。斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制。v竞争性抑制通常通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力竞争性抑制通常通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。来消除。v竞争性抑制可用下式表示：竞争性抑制可用下式表示：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：l竞争性抑制作用的竞争性抑制作用的LineweaverLineweaverBurkBurk图图 ：II.非竞争性抑制：非竞争性抑制：l酶可同时与底物及
12、抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。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。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，通常能与酶等，通常能与酶分子的调控部位中的分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。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
13、抑制可用下式表示：非竞争性抑制可用下式表示：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：l非竞争性抑制作用的非竞争性抑制作用的LineweaverLineweaverBurkBurk图图 ：III.III.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：l反竞争性抑制作用的反竞争性抑制作用的LineweaverLineweaverBurkBurk图图 ：(3)(3)可逆抑制作用与
14、不可逆抑制作用的鉴别可逆抑制作用与不可逆抑制作用的鉴别1 1、通过透析、超滤、凝胶过滤等、通过透析、超滤、凝胶过滤等2 2、通过、通过v- -E速度曲线速度曲线Ev123(1) (1) 反应体系中不加反应体系中不加I I。(2) (2) 反应体系中加入一定量反应体系中加入一定量的不可逆抑制剂。的不可逆抑制剂。(3)(3)反应体系中加入一定量反应体系中加入一定量的可逆抑制剂。的可逆抑制剂。Ev不可逆抑制剂的作用Ev 可逆抑制剂的作用I 增高I 增高4.4.激活剂激活剂对酶反应的影响对酶反应的影响（P380P380）v凡是能提高酶活力的物质都称为凡是能提高酶活力的物质都称为激活剂激活剂（activ
15、ator)activator)。其。其中大部分是一些无机离子和小分子简单有机物。中大部分是一些无机离子和小分子简单有机物。如：如：NaNa+ +、K K+ +、Ca2Ca2+ +、MgMg2+2+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+、CoCo2+2+、CrCr2+2+、FeFe2+2+、ClCl- -、BrBr- -、I I- -、CNCN- -、NONO3 3- -、POPO4 4- -等；等；v这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合，可能是酶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活性部位的组成部分，也可能作为辅酶或辅基的一个组
16、成部分起作用；部分起作用；v选择性：一般情况下，一种激活剂对某种酶是激活剂，而选择性：一般情况下，一种激活剂对某种酶是激活剂，而对另一种酶则可能起抑制作用；对另一种酶则可能起抑制作用；v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。4.4.酶浓度酶浓度对酶反应的影响对酶反应的影响v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。5.5.温度温度对酶反应的影响对酶反应的影响v一方面是温度升高一方面是温度升高, ,酶促酶促反应速度加快。反应速度加快。v另一方面另一方面, ,温度升高温度升高, ,酶酶的高级结构将发生变化的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降或变性，导致酶活性降低甚至丧失。低甚至丧失。 v因此大多数酶都有一个因此大多数酶都有一个最适温度最适温度。 在最适温度在最适温度条件下条件下, ,反应速度最大。反应速度最
