第9章酶的作用机制和酶的调节

Biochemistry生物化学硕士研究生入学考试国家教育部指定考试科目教材：王镜岩主编（第三版）高教出版社主讲:杨卫民教授第九章酶促反应动力学1、化学动力学基础：了解反应速率及其测定、反应分子数和反应级数、各级反应的特征（351页）。2、什么叫酶促反应动力学？(Kineticsofenzyme-catalyzedreaction)酶促反应动力学是研究酶促反应的速度以及影响此速度的各种因素的科学，是酶工程研究中的一个重要内容。一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速度的影响1、底物浓度对酶促反应速度的影响在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。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（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。02468101214161820020406080100ConcentrationofSubstrate(umol/L)RateofReaction(v)酶被底物饱和现象和“中间络合物”假说k1k2E+SESE+Pk-12、酶促反应的动力学方程式——米氏学说的提出（1）1913年Michaelis和Menten提出酶促动力学的基本原理——米氏方程V=Vmax[S]Km+[S]Km即为米氏常数，Vmax为最大反应速度当反应速度等于最大速度一半时,即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。因此,米氏常数的单位为mol/L。二、底物浓度对酶反应速度的影响When[S]isverylow(Km),Vo=Vmax[S]/Kmwhen[S]isveryhigh(Km),Vo=Vmax（2）米氏常数（Km）的意义1、Km值是酶的特征常数之一，跟只跟酶的性质有关，而与酶的浓度无关（359页）。2、Km值作为常数只是对一定的底物、一定的pH、一定的温度条件而言，测定酶的Km值可以作为鉴别酶的一种手段。3、1/Km可以表示酶对底物亲和力的大小，1/Km越大，表明亲和力越大，多底物酶有不同的Km值，最适底物的Km值最小。4、Km值与米氏方程的应用二、底物浓度对酶反应速度的影响2、酶促反应的动力学方程式——米氏学说的提出（3）米氏常数的求法——双倒数作图法（362页）1Km11=+VVmax[S]VmaxV=Vmax[S]Km+[S]二、底物浓度对酶反应速度的影响2、酶促反应的动力学方程式——米氏学说的提出-4-202468100.00.20.40.60.81.01/[S](1/mmol.L-1)1/v双倒数作图法斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax二、底物浓度对酶反应速度的影响3、多底物的酶促反应动力学E+A+B===EAB===E+P+Q1、依次反应机理2、随机机理3、乒乓反应机理三、pH对酶反应速度的影响在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH。2345678910020406080100pHRelativeActivity(%)四、温度对酶反应速度的影响一方面是温度升高,酶促反应速度加快。另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。因此大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件下,反应速度最大。102030405060708090020406080100TemperatureOCRelativeActivity(%)五、酶浓度对酶反应速度的影响如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。六、抑制剂对酶活性的影响使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。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。抑制剂的作用方式1.不可逆抑制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。2.可逆抑制抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，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的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为两类六、抑制剂对酶活性的影响(1)竟争性抑制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，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。六、抑制剂对酶活性的影响2.可逆抑制抑制剂的作用方式(2)非竟争性抑制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，所以称为非竞争性抑制剂。如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。六、抑制剂对酶活性的影响抑制剂的作用方式2.可逆抑制可逆抑制作用的动力学特征加入竞争性抑制剂后，Km变大，酶促反应速度减小。-4-202468100.00.20.40.60.81.01/[S](1/mmol.L-1)1/v（1）竞争性抑制无抑制剂竞争性抑制剂1/Vmax加入非竞争性抑制剂后，Km虽然不变，但由于Vmax减小，所以酶促反应速度也下降了。（2）非竞争性抑制-4-202468100.00.20.40.60.81.01/[S](1/mmol.L-1)1/v无抑制剂非竞争性抑制剂-1/km六、激活剂对酶活性的影响激活剂(activator)对酶促反应速度的影响（380页）凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂，分为三种：1、无机离子：金属离子、阴离子（氯离子、溴离子）和氢离子等。2、中等大小的分子：谷胱苷肽、Cys、EDTA（乙二胺四乙酸）等。3、具有蛋白质性质的大分子物质，如酶原的激活中起作用的酶。THEEND