第9章酶促反应动力学课件.ppt

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1、第第9 9章章 酶促反应动力学酶促反应动力学2009.7.292009.7.290 0YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学q酶促反应动力学研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响。的影响。q影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响四、四、pH对反应速度的影响

2、对反应速度的影响六、抑制剂对反应速度的影响六、抑制剂对反应速度的影响五、激活剂对反应速度的影响五、激活剂对反应速度的影响YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学I.单底物、单产物反应II.酶促反应速度用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示III.反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度研究前提研究前提SPYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响矩形双曲线YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学底物浓度/S反应速度(v)

3、V与S呈线性(一级）关系V与S无关系V=K1S1,K1速率常数V=K2S0,K2速率常数YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式中间产物学说中间产物学说E+Sk1k2k3ESE+P1902年，Brown和Henor发现了这一特殊的动力学规律，并提出了酶与底物存在一中间络合物的假设。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学1913年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方

4、方程程式式，即即米米曼曼氏氏方方程程 式式，简简 称称 米米 氏氏 方方 程程 式式(Michaelisequation)。VmaxS Km+S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。不予考虑。S S超过超过E E，S S的变化可忽略不计。的变化可忽略不计。E+Sk1k2k3ESE+P反应过程中，反应反应过程中，反应中间产物中间产物ESES存在稳态存在稳态酶促反应速度的饱和现象，酶的最大反应速度酶促反应速度的饱和现

5、象，酶的最大反应速度Vm=KVm=K3 3 E ETotalTotalYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学米氏方程推导如下米氏方程推导如下v=Kv=K3 3ES (1)ES (1)式式E+SK1K2v1=v+v2即K1SE=K2ES+K3ESES=ES=,令Km=(K2+K3)/K1，有E+PK3ESK1ES(K2+K3)v2=K2ESv1=K1SE(2)(2)式式ESKmES存在稳态存在稳态YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学由酶促反应的饱和现象由酶促反应的饱和现象知知V Vmaxmax=K=K3 3 E ET TEET T

6、=(ES+E)=(ES+E)(4)(4)式式将将(1)(1)和和(3)(3)式代入式代入(4)(4)式整理得式整理得v=式(4)和(5)是米氏方程的不同形式E=ESKmS(3)(3)式式(6)VmS(Km+S)(5)Vmax=K3ES(S+Km)Sv=K3ES(1)YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学关于米氏方程的讨论关于米氏方程的讨论(1)(1)由由米米氏氏方方程程知知，酶酶促促反反应应初初速速度度v v与与底底物物浓浓度度SS的的关关系系曲曲线线为为直直角角双双曲曲线线，此此双曲线的二个渐近线为双曲线的二个渐近线为v=Vv=Vmax和和S=-KS=-KmK

7、mvSVmax-KmVmax12VmaxS Km+S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学(续续)(2)(2)当底物浓度较低时，（当底物浓度较低时，（SKSKm，当ET浓度不变时,Km+SS,所以v=VmS,为零级反应。VmaxS Km+S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学当当v=Vmax/2时时KmS1.Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km+SVmaxVmaxSV VmaxmaxV VSSK KmmV Vmaxmax/2/2

8、（二）（二）K Km m与与V Vmaxmax的意义的意义VmaxS Km+S YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学 2.2.K Km m可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；当当K2K3时，时，KmKsE+Sk1k2k3ESE+PYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学3.Km是酶的特征性常数之是酶的特征性常数之一一酶底物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-磷酸脱氢酶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32.0与酶

9、及底物种类有关与酶及底物种类有关，与酶浓度无关与酶浓度无关，可以鉴定酶。，可以鉴定酶。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学同一个酶有几种底物就有几个Km值，Km值最小的底物一般称为该酶的最适底物最适底物YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学4.V4.Vmaxmax定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。度成正比。意义：意义：Vmax=K3Et如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算酶的转酶的转换数换数(turnovernumber)，即动力学常

10、数，即动力学常数K3。酶被底物饱和时酶被底物饱和时每一酶分子每一酶分子或每一活性部位在或每一活性部位在单位时间内被转变为产物的底物分子数单位时间内被转变为产物的底物分子数YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学vVmax=0.5Vmax=0.5 mol/min,1 mol/min,1 g g纯酶（纯酶（Mr:92000)Mr:92000)v求转换数求转换数Vmax=K3 Et766.7 S-1酶被底物饱和酶被底物饱和时时酶酶分分子子在在每秒内每秒内被转变为产物被转变为产物的底物分子数的底物分子数YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学

11、（三）（三）m m值与值与maxmax值的测定值的测定双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法 V VmaxmaxS S KKmm+S+SV=V=（林贝氏方程）（林贝氏方程）两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数 YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学双倒数作图法双倒数作图法YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学Eadie-HofsteeEadie-Hofstee作图法作图法 V VmaxmaxS S KKmm+S+SV=V=YOUR SITE

12、 HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学Hanes-woolfHanes-woolf作图法作图法 V VmaxmaxS S KKmm+S+SV=V=YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响当当SSEE，反反应应速速度度与与酶酶浓浓度成正比。度成正比。0 V E 关系式为：关系式为：V=K3EYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学q双重影响三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度(optimumtemperature)：酶促反应速度最酶促反应速度

13、最快时的环境温度。快时的环境温度。*低温的应用低温的应用酶酶活活性性0.51.02.01.50102030405060温度温度CYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响0酶酶活活性性pH胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶胆碱酯酶胆碱酯酶2468101.1.过酸、过碱使酶过酸、过碱使酶本身变性失活本身变性失活2.pH2.pH改变能影响酶改变能影响酶分子活性部位上有分子活性部位上有关基团的解离关基团的解离3.pH3.pH能影响底物的能影响底物的解离状态解离状态总之，以上总之，以上2 2、3 3两两点均可影响酶与底点均可影响酶与底物

14、间的诱导契合物间的诱导契合YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学一些酶的最适一些酶的最适一些酶的最适一些酶的最适 pH pH pH pH 值值值值 酶酶 最适最适 pH pH胃蛋白酶胃蛋白酶 1.8 1.8过氧化氢酶过氧化氢酶 7.6 7.6胰蛋白酶胰蛋白酶 7.7 7.7延胡索酸酶延胡索酸酶 7.8 7.8核糖核酸酶核糖核酸酶 7.8 7.8精氨酸酶精氨酸酶 9.9.9.9.8 8 8 8q最适最适pH(optimumpH)：酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学五、激活剂对反应

15、速度的影响五、激活剂对反应速度的影响激活剂(activator)能够提高酶活性的物质。能够提高酶活性的物质。大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机阴大多数是无机离子，包括金属阳离子和无机阴离子离子 小分子有机物（还原剂、螯合剂）小分子有机物（还原剂、螯合剂）蛋白酶（激活酶原）蛋白酶（激活酶原）YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学六、抑制剂对反应速度的影响六、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化凡能使酶的催化活性下降活性下降而而不不引起引起酶蛋白酶蛋白变性变性的物质统称为酶的抑制剂。的物质统称为酶的抑制剂。区别于酶的变性区别于酶的

16、变性抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因素对酶没有选择性素对酶没有选择性YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学 抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制可逆性抑制(reversibleinhibition)：竞争性抑制竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)YOUR SITE HERE第第9 9章

17、章酶酶促促反反应应动动力力学学可逆抑制作用和不可逆抑制用的鉴别可逆抑制作用和不可逆抑制用的鉴别不可逆抑制作用可逆抑制作用无抑制剂YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学(一一)不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用*概念抑抑制制剂剂通通常常以以共共价价键键与与酶酶活活性性中中心心的的必必需需基基团团相相结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。*举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶胆碱酯酶胆碱酯酶 催化乙酰胆碱水催化乙酰胆碱水解的羟基酶解的羟基酶 我国生产和使用的有机磷农我国生产和使用的有机磷农药大多数属于高毒

18、性及中等药大多数属于高毒性及中等毒性。有很多种，如对硫磷毒性。有很多种，如对硫磷（1605）、甲拌磷（）、甲拌磷（3911）、）、乐果、敌敌畏等乐果、敌敌畏等 YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学有机磷化合物对羟基酶的抑制有机磷化合物对羟基酶的抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学（二）（二）可逆性抑制作用可逆性抑制作用*概念抑抑制制剂剂以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶-底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧丧失失；抑抑制制剂剂可可用用透透析析、超超滤滤等方法除去。等方法除去。竞争性

19、抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 *类型类型类型类型YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用定义抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从从而而阻阻碍碍酶酶底底物物复复合合物物的的形形成成，使使酶酶的的活活性性降低。降低。YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学Vmax=K3ETYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学竞争性抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应

20、动动力力学学竞争性抑制作用竞争性抑制作用 ：抑制剂和底物竞争与酶结合，当抑制剂与酶结合后，就妨碍了底物与酶的结合妨碍了底物与酶的结合，减少了酶的作用机会，因而降低了酶的活力。这种作用称为竞争性竞争性抑制作用抑制作用 EI复合物ESES复合物复合物YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学竞争性抑制作用竞争性抑制作用 米氏方程米氏方程设设则式中Km称为表观称为表观KmYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学*特点特点b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和和力力及及S；a)I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶

21、酶的的活活性性中心；中心；c)动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/v1/SYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学*举例举例 1.1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学2.磺胺药对细菌磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制合成酶的抑制对氨苯甲酸对氨基苯磺酰胺YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制抑制剂与

22、酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。Vmax=K3ETYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学非竞争性抑制抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然抑制剂的结合不影响底物的结合，反之亦然YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学*特点特点a)抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团结合；团结合；b)抑抑制制程程度度取取决决于于I；c)动动力力学学特特点点：Vmax，表表 观观Km不变。不变。抑制剂抑制剂 1/v1/S无抑制剂无抑制剂 表观VmaxYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应

23、动动力力学学3.3.反竞争性抑制反竞争性抑制抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使ES的量下降。Vmax=K3ETYOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学反竞争性抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学*特点特点a)抑抑制制剂剂只只与与ES结合；结合；b)抑抑制制程程度度取取决决与与I及及S；c)动力学特点：动力学特点：Vmax，表观，表观Km。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 作用特征竞争性抑制

24、非竞争性抑制反竞争性抑制与I结合的组分EE、ESES表观Km增大不变减小Vmax不变降低降低YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学v一一.单项选择题单项选择题v1.1.下面是谁提出的米下面是谁提出的米-曼氏方程式曼氏方程式vA.A.巴斯德巴斯德 B.Thomas Cech C.Watsson B.Thomas Cech C.Watsson vD.Crick E.Leonor MichaelisD.Crick E.Leonor Michaelis和和Maud L.MentenMaud L.Mentenv2.2.那一种情况可用增加那一种情况可用增加SS的方法减轻抑制

25、程度的方法减轻抑制程度vA.A.不可逆抑制作用不可逆抑制作用 B.B.竞争性抑制作用竞争性抑制作用 C.C.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 vD.D.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 E.E.无法确定无法确定v3.3.酶的竞争性抑制剂可以使酶的竞争性抑制剂可以使vA.VmaxA.Vmax减小，减小，KmKm减小减小 B.VmaxB.Vmax增加，增加，KmKm增加增加 vC.VmaxC.Vmax不变，不变，KmKm增加增加 D.VmaxD.Vmax不变，不变，KmKm减小减小 vE.Vmax E.Vmax 减小，减小，KmKm，增加，增加v4.4.下列常见抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂下列常见

26、抑制剂中，哪个属于可逆抑制剂 vA.A.有机磷化合物有机磷化合物 B.B.有机汞化合物有机汞化合物 C.C.有机砷化合物有机砷化合物 vD.D.氰化物氰化物 E.E.磺胺类药物磺胺类药物v5.5.别构酶的别构酶的V VSS正协同效应的曲线是正协同效应的曲线是 vA.Z B.S C.A.Z B.S C.倒倒L D.L E.L D.L E.无法确定无法确定v6.6.假定假定RsRs（酶与底物结合达（酶与底物结合达9090饱和度时的底物浓度）饱和度时的底物浓度）/(/(酶与底物结合达酶与底物结合达1010饱和饱和度时的底物浓度度时的底物浓度)，则正协同效应的别构酶，则正协同效应的别构酶vA.Rs81

27、 B.Rs=81 C.Rs 81 B.Rs=81 C.Rs 81 D.Rs81 E.Rs81v7.7.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于vA.A.反竞争性抑制反竞争性抑制 B.B.非竞争性抑制非竞争性抑制 C.C.专一性抑制专一性抑制 vD.D.非专一性抑制非专一性抑制 E.E.竞争性抑制竞争性抑制YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学v10.10.酶分子经磷酸化作用进行的化学修饰主要发生在其分子酶分子经磷酸化作用进行的化学修饰主要发生在其分子中哪个氨基酸残基上中哪个氨基酸残基上vA.Phe B.Cys C.Lys D.Trp E.A.

28、Phe B.Cys C.Lys D.Trp E.SerServ11.11.如按如按Lineweaver-BurkLineweaver-Burk方程作图测定方程作图测定KmKm和和VmaxVmax时，时，X X轴上轴上实验数据应示以实验数据应示以 vA.1A.1Vmax B.Vmax C.1Vmax B.Vmax C.1S D.S E.S D.S E.VmaxVmaxSSv15.15.有机磷农药作为酶的抑制剂是作用于酶活性中心的：有机磷农药作为酶的抑制剂是作用于酶活性中心的：vA.A.巯基巯基 B.B.羟基羟基 C.C.羧基羧基 D.D.咪唑基咪唑基 E.E.氨基氨基v16.16.酶不可逆抑制的

29、机制是酶不可逆抑制的机制是vA.A.使酶蛋白变性使酶蛋白变性 B.B.与酶的活性中心上的必需基团以与酶的活性中心上的必需基团以共价键结合共价键结合vC.C.与酶的调节部位结合与酶的调节部位结合 D.D.与活性中心的次级键结合与活性中心的次级键结合vE.E.与酶表面的极性基团结合与酶表面的极性基团结合YOUR SITE HERE第第9 9章章酶酶促促反反应应动动力力学学v18.18.酶原激活的实质是酶原激活的实质是vA.A.激活剂与酶结合使酶激活激活剂与酶结合使酶激活 B.B.酶蛋白的变构效应酶蛋白的变构效应vC.C.酶原分子一级结构发生改变从而形成或暴露出酶的活性中心酶原分子一级结构发生改变从

30、而形成或暴露出酶的活性中心vD.D.酶原分子的空间构象发生了变化而一级结构不变酶原分子的空间构象发生了变化而一级结构不变vE.E.以上都不对以上都不对v19.19.酶的竞争性抑制作用特点是指抑制剂酶的竞争性抑制作用特点是指抑制剂 vA.A.与酶的底物竞争酶的活性中心与酶的底物竞争酶的活性中心 B.B.与酶的产物竞争酶的活性中心与酶的产物竞争酶的活性中心vC.C.与酶的底物竞争非必需基团与酶的底物竞争非必需基团 D.D.与酶的底物竞争辅酶与酶的底物竞争辅酶vE.E.与其他抑制剂竞争酶的活性中心与其他抑制剂竞争酶的活性中心v20.20.在存在下列哪种物质的情况下，酶促反应速度和在存在下列哪种物质的情况下，酶促反应速度和kmkm值都变小值都变小vA.A.无抑制剂存在无抑制剂存在 B.B.有竞争性抑制剂存在有竞争性抑制剂存在vC.C.有反竞争性抑制剂存在有反竞争性抑制剂存在 D.D.有非竞争性抑制剂存在有非竞争性抑制剂存在vE.E.有不可逆抑制剂存在有不可逆抑制剂存在