酶动力学及影响酶反应速度的因素课件

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1、一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(一)酶反应速度与底物浓度的关系曲线一一.底物浓度的影响底物浓度的影响一一.底物浓度的影响底物浓度的影响一一.底物浓度的影响底物浓度的影响 dp/dtdp/dt kESkES：一级反应一级反应dp/dtdp/dt kEkE：零级反应零级反应VSVmax零级反应一级反应混合级反应(二二)米氏方程米氏方程 为了要解释这一现象，为了要解释这一现象，Michaelis&Menten 提出了中间络合物学说。提出了中间络合物学说。1.米氏方程的推导该学说必须两个条件：该学说必须两个条件：(1)(1)符合质量作用定律符合质量作用定律(2)(2)形成的中间产物决定整个反应的速

2、度形成的中间产物决定整个反应的速度一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程 Michaelis&Menten 提出了中间提出了中间络合物学络合物学说。说。1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程 对于单底物、单产物反应，其反应过程需经过中对于单底物、单产物反应，其反应过程需经过中间复合物间复合物ESES，即即 1.米氏方程的推导ESK1K3ESK2K4EPMichaelis-Menten的三个假设：的三个假设：(1)(1)推导的推导的v v为反应初速度为反应初速度一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导

3、一一.底物浓度的影响底物浓度的影响 产物的生成量很少产物的生成量很少 k k4 4 的反应忽略不计。即的反应忽略不计。即E +S ES E +PK3K4K1K2(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响 EE 酶总量；酶总量；E Et t 反应后反应后t t时的酶量；时的酶量；ESES 中间产物浓度中间产物浓度Et E-ESE-ES(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响刚反应时，若形成的速度为刚反应时，若形成的速度为v,v,则则v v1 1 k k1 1 E Et t SS k k1 1（E E）-（ESES）S (1

4、)S (1)ESES消失速度：消失速度：v v2 2 k k2 2ES;ES;v v3 3 k k3 3ESESv v23 23 k k2 2 ESES k k3 3ES ES （k k2 2 k k3 3）ES (2)ES (2)(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导Michaelis-Menten的三个假设：的三个假设：(2)(2)反应体系处于稳态反应体系处于稳态 一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导即即 ESES不变不变 ESES的生成量的生成量=ESES的分解量。即的分解量。即v v1 1=v=v2323k k1 1（E E）-（ESES

5、）S S=ES=ES（k k2 2 k k3 3）（E E）-（ESES）S/S/ES=ES=（k k2 2 k k3 3）/k/k1 1 (3)(3)设设 K Km m=(k=(k2 2+k+k3 3)/k)/k1 1 将将(3)(3)重排得重排得ES=ES=ES/KES/Km m S S (4)(4)一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程 1.米氏方程的推导Michaelis-Menten 的三个假设：的三个假设：E=ES,V=KE=ES,V=K1 1E,E,即即K K1 1=V/E (5)=V/E (5)同时，同时，v=Kv=K1 1ES,KES,K1 1=v/ES

6、(6)=v/ES (6)(5)(5)+(6)(6)ES=v E/V (7)ES=v E/V (7)(7)(7)代入代入(4(4)得得 v E/V=v E/V=ES/KES/Km m S S(3)(3)SS EE一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程V=Vmax S Km+S 1.米氏方程的推导一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程 2.米氏方程中常数的意义K Km m 米氏常数米氏常数 由于由于 K Km m=(k=(k2 2+k+k3 3)/k)/k1 1 ，为复合常数。为复合常数。K Km m是酶的特征常数，经常表示酶与底物的亲和力。是酶的特征常数，

7、经常表示酶与底物的亲和力。K Km m值越大，亲和力越小。值越大，亲和力越小。一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程 2.米氏方程中常数的意义 K Km m的值是当反应速度为最大反应速度的一半时的值是当反应速度为最大反应速度的一半时所对应的底物浓度。所对应的底物浓度。所以所以K Km m的单位为浓度单位的单位为浓度单位一一.底物浓度的影响底物浓度的影响SSV2VmmaxmaxK Km=S(二二)米氏方程米氏方程 2.米氏方程中常数的意义一一.底物浓度的影响底物浓度的影响(二二)米氏方程米氏方程V=Vmax S Km+S 3.米氏方程中常数的测定所以采用双倒数作图法：即所以采

8、用双倒数作图法：即 1/1/v-1/S v-1/S 作图作图 v-Sv-S作图法：作图法：V Vmaxmax难以测定，不能从难以测定，不能从v v V/2V/2处求得，处求得，从而导致从而导致K Km m也难确定。也难确定。一一.底物浓度的影响底物浓度的影响maxmaxV1S1V1mKv(二二)米氏方程米氏方程V=Vmax S Km+S 3.米氏方程中常数的测定一一.底物浓度的影响底物浓度的影响maxmaxV1S1V1mKv二二.酶浓度对酶反应速度的影响酶浓度对酶反应速度的影响 在一般的酶促反应中，常常在一般的酶促反应中，常常 SESE，酶反应酶反应速度达到最大反应速度。速度达到最大反应速度。

9、当当 SESE，由于由于V Vmaxmax=kE=kE0，反应速度与酶反应速度与酶浓度成正比。浓度成正比。酶浓度曲线酶浓度曲线三三.pHpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 pHpH对酶反应速度的影响较大。其原因有：对酶反应速度的影响较大。其原因有：极度极度pHpH的条件引起酶蛋白的变性。的条件引起酶蛋白的变性。pHpH影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。pHpH影响酶分子解离状态。影响酶分子解离状态。每种酶只能在一定的每种酶只能在一定的pHpH范围内表现出它的活性，范围内表现出它的活性，且在某一且在某一pHpH值范围内活性最高，其两侧活性都下降

10、。值范围内活性最高，其两侧活性都下降。酶促反应具有一最适酶促反应具有一最适pHpH。反应速度和反应速度和pHpH的关系见下图：的关系见下图：三三.pHpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 温度对酶反应速度的影响具有双重性：温度对酶反应速度的影响具有双重性：随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反随着温度的升高，酶蛋白会失活，使反应速度下降应速度下降 随着温度的升高，反应速度会加快随着温度的升高，反应速度会加快四四.温度对酶反应速度的影响温度对酶反应速度的影响 因此，在这双重因素的综合作用下，酶促反因此，在这双重因素的综合作用下，酶促反应具有一最适温度。应具有一最适温度。四四.温度对酶反应速度的影

11、响温度对酶反应速度的影响 五五.激活剂对酶反应速度的影响激活剂对酶反应速度的影响激活剂：激活剂：能提高酶活性的物质。能提高酶活性的物质。无机离子：无机离子：主要是金属离子，它们有的本身就是酶的辅主要是金属离子，它们有的本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。如如:激酶需要激酶需要MgMg2+2+激活激活 唾液淀粉酶需要唾液淀粉酶需要ClCl-激活激活主要的激活剂有：主要的激活剂有：五五.激活剂对酶反应速度的影响激活剂对酶反应速度的影响 有机小分子：有机小分子：一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含-SHSH

12、的酶处于还原态的酶处于还原态 金属螯合剂，如金属螯合剂，如EDTA(EDTA(乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸)，可络合，可络合一些重金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶一些重金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。活升高。抑制作用：抑制作用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改变，从而使或必需基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失。酶活力降低或丧失。六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响引起抑制作用的物质称为引起抑制作用的物质称为抑制剂抑制剂抑制作用可分为两大类：抑制作用可分为两大类：可逆抑制作用可逆抑制作

13、用和和不可逆抑制作用不可逆抑制作用 六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 可逆抑制作用可分为三种类型：可逆抑制作用可分为三种类型：1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用 2.2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 3.3.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超酶与抑制剂非共价地可逆结合，当用透析或超滤等方法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑滤等方法除去抑制剂后酶的活性可以恢复，这种抑制作用叫可逆抑制作用。制作用叫可逆抑制作用。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 某些抑制剂的化学结构与底物相

14、似，与底物竞争某些抑制剂的化学结构与底物相似，与底物竞争酶的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的酶的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的结合，因而降低酶反应速度。这种作用称为结合，因而降低酶反应速度。这种作用称为竞争性竞争性抑制作用。抑制作用。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。例如，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。这种抑制作用可

15、通过增加底物浓度而使整个反应这种抑制作用可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。抑制作用。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸丙二酸丙二酸六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 ESESEPE EI六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 竞争性抑制中，竞争性抑制中，Vmax不变，不变，Km增大增大可通过增加底物浓度可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向而使整

16、个反应平衡向生成产物的方向移动，生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这因而能削弱或解除这种抑制作用。种抑制作用。六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 S)/I(1SVvimmaxKKEIIEiKmaximaxV1S1)I 1(V1KKvmLinewevery-Burk图 米氏方程Lineweaver-Burk plot of competitive inhibition六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因而与某些抑制剂结合在酶活性中心以外的部位，因而与底物和酶的

17、结合无竞争，即底物与酶结合后还能与抑制底物和酶的结合无竞争，即底物与酶结合后还能与抑制剂结合，同样抑制剂与酶结合后还能与底物结合。但酶剂结合，同样抑制剂与酶结合后还能与底物结合。但酶分子上有了抑制剂后其催化功能基团的性质发生改变，分子上有了抑制剂后其催化功能基团的性质发生改变，从而降低了酶活性。这种作用称为非竞争性抑制作用。从而降低了酶活性。这种作用称为非竞争性抑制作用。2.非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制剂，例如：金属络合剂，如EDTA、F-、CN-、N3

18、-等，可以络合金属酶中的金属离子，从而抑制酶的活性。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用2.非竞争性抑制作用这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用E +S ES E +P+EII +S IES+I2.非竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用)S)(/I(1SVmimaxKKv)I 1(V11)I 1(V1imaximaxKSKKvmLinewevery-Burk图 米氏方程2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制剂对酶促反应速度的影响(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用VmaxVmax120a 无Ic 有非竞争性

19、IvSKm(不变)Vmax12Vmax(变小)2.非竞争性抑制作用Lineweaver-Burk plot of noncompetitive inhibition(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制中，非竞争性抑制中，Vmax变小，变小，Km不变不变这种抑制作用不这种抑制作用不能用增加底物浓能用增加底物浓度的方法来消除。度的方法来消除。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用3.反竞争性抑制作用 某些抑制剂不能与游离的酶结合，而只某些抑制剂不能与游离的酶结合，而只能在酶与底物结合成复合物后再与酶结合。能在酶与底物结合成复合物后再与酶结合。当酶分子上有了抑制剂后其催化功

20、能被削弱。当酶分子上有了抑制剂后其催化功能被削弱。这种作用称为这种作用称为反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用(uncompetitive inhibition)。(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用3.反竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用E +S ES E +P+IESIk1k2KiKi-k1-3.反竞争性抑制作用(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用Vmax10a 无I1vd 加竞争性I1SVmax1(1+I Ki)(1+I Ki)1Km1KmVmax0a 无Id 加竞争性IvSKm(变小)Vmax(变小)KmS)/I 1(SVimaxKKvm)I 1(V11V1imaxmaxKSKv

21、m(一）可逆抑制作用一）可逆抑制作用Summeryv1S1vmax1Km_b 有竞争性Ia 无I01(正常)c 非竞争性Id 反竞争性ISummery(二）不可逆抑制作用二）不可逆抑制作用 抑制剂以共价键不可逆地与酶相结合而抑抑制剂以共价键不可逆地与酶相结合而抑制酶的活性。这种抑制作用叫不可逆抑制作用制酶的活性。这种抑制作用叫不可逆抑制作用。六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响常见的不可逆抑制剂：常见的不可逆抑制剂：碘乙酸碘乙酸（ICH2COOH）是一种烷化剂，可是一种烷化剂，可使巯基烷化使巯基烷化：E-SH+I-CH2COOH E-S-CH2COOH+HI 所以它是所以它是

22、巯基酶巯基酶的抑制剂。的抑制剂。如抑制如抑制3-3-磷酸甘油醛脱氢酶、脲酶、磷酸甘油醛脱氢酶、脲酶、a a-淀粉酶等淀粉酶等(二）不可逆抑制作用二）不可逆抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响 有机磷化合物有机磷化合物 可可使使-OH磷酯化磷酯化，所以它是，所以它是活性中心有活性中心有Ser残基的残基的酶酶的抑制剂。的抑制剂。常见的有机磷农药，如敌敌畏、敌百虫，它们杀常见的有机磷农药，如敌敌畏、敌百虫，它们杀灭昆虫的机理就在于可抑制乙酰胆碱酯酶的活性，该灭昆虫的机理就在于可抑制乙酰胆碱酯酶的活性，该酶的作用是将神经递质乙酰胆碱水解，若它被抑制，酶的作用是将神经递质乙酰胆碱水解，若它被抑制，会导致乙酰胆碱的积累，使神经过度兴奋，引起昆虫会导致乙酰胆碱的积累，使神经过度兴奋，引起昆虫的神经系统功能失调而中毒致死。的神经系统功能失调而中毒致死。(二）不可逆抑制作用二）不可逆抑制作用六六.抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响