酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

1、2021/3/141酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2021/3/1421. 酶催化作用特性酶催化作用特性 用量少而催化效率高用量少而催化效率高; ;在反應(yīng)中其本身不被消耗在反應(yīng)中其本身不被消耗,極少量就可大大加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。極少量就可大大加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。 它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度, ,但不能改變化學(xué)反但不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡。應(yīng)平衡?？s短平衡到達(dá)的時(shí)間，而不改變反應(yīng)的縮短平衡到達(dá)的時(shí)間，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。它對化學(xué)反應(yīng)正逆兩個(gè)方向的催化作用平衡點(diǎn)。它對化學(xué)反應(yīng)正逆兩個(gè)方向的催化作用是相同的。是相同的。 酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活酶能夠穩(wěn)定底物形

2、成的過渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行?；?，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行。酶和一般催化劑的共性酶和一般催化劑的共性2021/3/143 酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高10107 -7 -10101313倍。倍。極少量酶就可催化大量反應(yīng)物發(fā)生轉(zhuǎn)變。極少量酶就可催化大量反應(yīng)物發(fā)生轉(zhuǎn)變。 例如例如: : 2 2H H2 2O O2 2 2H 2H2 2O + OO + O2 2 用用FeFe+ +催化催化, , 1mol鐵離子可催化鐵離子可催化10-5mol雙氧水雙氧水分解。在相同條件下分解。在相同條件下,1mol過氧化氫酶卻可催過氧化氫酶卻可催化化5105mol的雙氧

3、水分解。的雙氧水分解。 用用 - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克結(jié)晶酶在克結(jié)晶酶在6565 C C條件下可催化條件下可催化2 2噸淀粉水解。噸淀粉水解。A.A.高效性高效性酶與其他催化劑比較具有顯著的特性酶與其他催化劑比較具有顯著的特性 2021/3/144酶反應(yīng)的活化能酶反應(yīng)的活化能過氧化氫催化分解的勢能圖過氧化氫催化分解的勢能圖2021/3/145 又稱為特異性又稱為特異性, ,是指酶在催化生化反應(yīng)時(shí)對底物的是指酶在催化生化反應(yīng)時(shí)對底物的選擇性選擇性. . 一種酶只能催化一種或一類化合物或化學(xué)鍵一種酶只能催化一種或一類化合物或化學(xué)鍵,進(jìn)行進(jìn)行一定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一定的產(chǎn)

4、物，稱一定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一定的產(chǎn)物，稱 Specificity. 如，蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解，酯酶只催化如，蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解，酯酶只催化酯類的水解，而淀粉酶只能催化淀粉的水解。若酯類的水解，而淀粉酶只能催化淀粉的水解。若用一般催化劑，對作用物的要求就不那么嚴(yán)格，用一般催化劑，對作用物的要求就不那么嚴(yán)格，以上三類物質(zhì)都可以在酸或堿的催化下水解。以上三類物質(zhì)都可以在酸或堿的催化下水解。B.B.酶的專一性酶的專一性2021/3/146絕對專一性絕對專一性酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物,進(jìn)行一種專一的進(jìn)行一種專一的反應(yīng)反應(yīng),生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物

5、 。如如: OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2尿素脲酶OCNHNH2+ H2O甲基尿素CH3脲酶2021/3/147 這類酶具有高度的專一性。它們對底物的要這類酶具有高度的專一性。它們對底物的要求很嚴(yán)格求很嚴(yán)格,甚至有時(shí)只能催化一種底物甚至有時(shí)只能催化一種底物,進(jìn)行一進(jìn)行一種化學(xué)反應(yīng)。種化學(xué)反應(yīng)。 例如脲酶只能作用于尿素，催化其水解產(chǎn)生例如脲酶只能作用于尿素，催化其水解產(chǎn)生氨及二氧化碳。而對尿素的各種衍生物，一氨及二氧化碳。而對尿素的各種衍生物，一般均不起作用。般均不起作用。2021/3/148相對特異性相對特異性酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。 這

6、種選這種選擇性不太嚴(yán)格（專一性相對較差）。擇性不太嚴(yán)格（專一性相對較差）。如如:OHOHHHOHHOHCH2OHHCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OHOHHHOHHOHCH2HCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OOOHHHHOHHOHCH2OHH1蔗糖棉子糖蔗糖酶相對特異性分為相對特異性分為:基團(tuán)特異性基團(tuán)特異性鍵特異性鍵特異性2021/3/149鍵專一性鍵專一性 這種酶只對底物分子中其所作用的鍵要求嚴(yán)這種酶只對底物分子中其所作用的鍵要求嚴(yán)格格,而不管鍵兩端所連基團(tuán)的性質(zhì)。例如而不管鍵兩端所連基團(tuán)的性質(zhì)。例如,酯酶酯酶可以水解任何酸與醇所形成的酯，它不受酯可以水解任何酸與醇所

7、形成的酯，它不受酯鍵兩端基團(tuán)鍵兩端基團(tuán)R和和R的限制。的限制。OCROR+OH2CO-OR+ROH+H+2021/3/1410基團(tuán)專一性基團(tuán)專一性有些酶對底物的要求較高有些酶對底物的要求較高,它們不但要求底物具它們不但要求底物具有一定的化學(xué)鍵有一定的化學(xué)鍵,而且對鍵的某一端所連的基團(tuán)也而且對鍵的某一端所連的基團(tuán)也有一定的要求。如，有一定的要求。如，-D-葡萄糖苷酶要求底物必葡萄糖苷酶要求底物必須是須是D-葡萄糖通過葡萄糖通過-糖苷鍵所形成的糖苷，但并糖苷鍵所形成的糖苷，但并不要求不要求R基團(tuán)的性質(zhì)。胰蛋白酶能夠催化水解堿基團(tuán)的性質(zhì)。胰蛋白酶能夠催化水解堿性氨基酸，如精氨酸或賴氨酸的羧基所形成的

8、肽性氨基酸，如精氨酸或賴氨酸的羧基所形成的肽鍵，而對此肽鍵氨基端的氨基酸殘基沒有什么要鍵，而對此肽鍵氨基端的氨基酸殘基沒有什么要求。求。OOHHHOHOHHOHHCH2OHROOHHHHOHOHHOHHCH2OH+OH2+ROH2021/3/1411立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性幾乎所有的酶對于立體異構(gòu)體都具有高度的幾乎所有的酶對于立體異構(gòu)體都具有高度的專一性。即酶只能催化一種立體異構(gòu)體發(fā)生專一性。即酶只能催化一種立體異構(gòu)體發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)某種化學(xué)反應(yīng),而對另一種立體異構(gòu)體則無作而對另一種立體異構(gòu)體則無作用。用。例如乳酸脫氫酶能催化例如乳酸脫氫酶能催化L-乳酸脫氫變?yōu)楸樗崦摎渥優(yōu)楸崴?對

9、對D-乳酸則無作用。乳酸則無作用。2021/3/1412酶作用專一性機(jī)理酶作用專一性機(jī)理鎖與鑰匙學(xué)說鎖與鑰匙學(xué)說: :(lock and key thoery):將酶的活性中心將酶的活性中心比喻作鎖孔比喻作鎖孔,底物分子象鑰匙底物分子象鑰匙,底物能專一性地插入到底物能專一性地插入到酶的活性中心。酶的活性中心。2021/3/1413 誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說(induced-fit hypothesis):酶的活性酶的活性中心在結(jié)構(gòu)上具柔性中心在結(jié)構(gòu)上具柔性,底物接近活性中心時(shí)底物接近活性中心時(shí),可誘可誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，這樣就使酶活性中心有導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，這樣就使酶活性中心有關(guān)基團(tuán)正

10、確排列和定向，使之與底物成互補(bǔ)形狀關(guān)基團(tuán)正確排列和定向，使之與底物成互補(bǔ)形狀有機(jī)的結(jié)合而催化反應(yīng)進(jìn)行。有機(jī)的結(jié)合而催化反應(yīng)進(jìn)行。2021/3/1414 常溫、常壓、pH=7 酶促反應(yīng)一般在酶促反應(yīng)一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中進(jìn)行水溶液中進(jìn)行, ,反應(yīng)溫度范圍為反應(yīng)溫度范圍為20-4020-40 C C。 高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件, ,將引將引起酶的失活。起酶的失活。C C反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和2021/3/1415D.D.酶活力可調(diào)節(jié)控制酶活力可調(diào)節(jié)控制 通過對酶活性的激活或抑制通過對酶活性的激活或抑制,對反應(yīng)途徑中的關(guān)鍵對反應(yīng)途徑中的關(guān)鍵酶

11、進(jìn)行調(diào)節(jié)。酶進(jìn)行調(diào)節(jié)。 也可對酶合成進(jìn)行誘導(dǎo)或阻遏作用對酶進(jìn)行的調(diào)也可對酶合成進(jìn)行誘導(dǎo)或阻遏作用對酶進(jìn)行的調(diào)節(jié)。節(jié)。 如抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原如抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。激活及激素控制等。 某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)。2021/3/1416研究各種因素對研究各種因素對酶促反應(yīng)速度酶促反應(yīng)速度的影響的影響,對對闡明酶作用的機(jī)理和建立酶的定量方法都是闡明酶作用的機(jī)理和建立酶的定量方法都是重要的重要的。q影響因素包括有影響因素包括有酶濃度、底物濃度、酶濃度、底物濃度、pH、溫度、溫度、抑制劑、激活

12、劑等。抑制劑、激活劑等。研究某一因素對酶反應(yīng)速度的影響時(shí)研究某一因素對酶反應(yīng)速度的影響時(shí),必須使酶必須使酶反應(yīng)體系中的其他因素維持不變反應(yīng)體系中的其他因素維持不變,而單獨(dú)變動(dòng)所而單獨(dú)變動(dòng)所要研究的因素。要研究的因素。2. 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2021/3/1417I.單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)II. 酶促反應(yīng)速度酶促反應(yīng)速度用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示產(chǎn)物的生成量來表示III. 反應(yīng)速度取其初速度反應(yīng)速度取其初速度(指酶促反應(yīng)開始時(shí)的速指酶促反應(yīng)開始時(shí)的速度度) ,即底物的消耗量很?。ㄒ话阍诩吹孜锏南牧亢苄。ㄒ话阍?以內(nèi)）以內(nèi)）時(shí)的

13、反應(yīng)速度時(shí)的反應(yīng)速度。只有初速度才與酶濃度成正。只有初速度才與酶濃度成正比比,而且反應(yīng)產(chǎn)物及其他因素對酶促反應(yīng)速度而且反應(yīng)產(chǎn)物及其他因素對酶促反應(yīng)速度的影響也最小。的影響也最小。研究前提研究前提2021/3/1418 酶反應(yīng)與底物濃度的關(guān)系酶反應(yīng)與底物濃度的關(guān)系2.1 底物濃度對酶催化反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶催化反應(yīng)速度的影響1902 年年, Henri用蔗糖酶水用蔗糖酶水解蔗糖的實(shí)驗(yàn)中觀察到解蔗糖的實(shí)驗(yàn)中觀察到:在在蔗糖酶濃度一定的條件下蔗糖酶濃度一定的條件下測定底物（蔗糖）濃度對測定底物（蔗糖）濃度對酶反應(yīng)速度的影響酶反應(yīng)速度的影響, 它們之它們之間的關(guān)系呈現(xiàn)間的關(guān)系呈現(xiàn)矩形雙曲線矩形雙

14、曲線。2021/3/14192021/3/1420 2021/3/1421E + S ES P + E酶催化的中間產(chǎn)物理論酶催化的中間產(chǎn)物理論 k42021/3/1422v1913年年Michaelis和和Menten根據(jù)酶促反應(yīng)的根據(jù)酶促反應(yīng)的中間絡(luò)合物學(xué)說中間絡(luò)合物學(xué)說,推導(dǎo)出一個(gè)數(shù)學(xué)方程式推導(dǎo)出一個(gè)數(shù)學(xué)方程式,用用來表示底物濃度與酶反應(yīng)速度之間的量化關(guān)來表示底物濃度與酶反應(yīng)速度之間的量化關(guān)系，系，即米曼氏方程式，簡稱米氏方程即米曼氏方程式，簡稱米氏方程(Michaelis equation)。S:底物濃度底物濃度V:不同不同S時(shí)的反應(yīng)速度時(shí)的反應(yīng)速度Vmax：最大反應(yīng)速度：最大反應(yīng)速度(

15、maximum velocity) m：米氏常數(shù)：米氏常數(shù)(Michaelis constant) VmaxS Km + S 2021/3/1423從米氏方程可知從米氏方程可知: : 當(dāng)?shù)孜餄舛群艿蜁r(shí)當(dāng)?shù)孜餄舛群艿蜁r(shí) S KS KS Km m ，此時(shí)，此時(shí)VVVVmaxmax ，反應(yīng)速度達(dá)，反應(yīng)速度達(dá)最大速度，底物濃度再增高也不影響反應(yīng)最大速度，底物濃度再增高也不影響反應(yīng)速速度。度。2021/3/1424米氏方程式推導(dǎo)基于三點(diǎn)假說米氏方程式推導(dǎo)基于三點(diǎn)假說 測定的速度為反應(yīng)的初速度測定的速度為反應(yīng)的初速度, ,底物消耗很少底物消耗很少, ,在反在反應(yīng)測定所需時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)物生成很少，應(yīng)測定所需時(shí)間

16、內(nèi)，產(chǎn)物生成很少，逆反應(yīng)可逆反應(yīng)可忽忽略略. . 底物濃度底物濃度SS顯著超過酶濃度顯著超過酶濃度EE，ESES的生成不會(huì)的生成不會(huì)顯著降低底物濃度顯著降低底物濃度SS，底物濃度，底物濃度SS以起始濃度以起始濃度計(jì)算。計(jì)算。 酶和底物結(jié)合成酶和底物結(jié)合成ESES的速度顯著快于的速度顯著快于ESES形成形成P+EP+E的速的速度。度。2021/3/1425l米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值一半時(shí)的底物濃度。米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值一半時(shí)的底物濃度。因此因此,米氏常數(shù)的單位為米氏常數(shù)的單位為mol/L。l Km 可以近似地代表可以近似地代表E與與S的的親和力親和力 *Km越小越小,表示表示E與與S親和

17、力越大親和力越大,酶的催化活性高酶的催化活性高; Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低。值大表示親和程度小，酶的催化活性低。米氏常數(shù)（米氏常數(shù)（Km）意義）意義當(dāng)當(dāng)v=Vmax/2時(shí)時(shí)2Km + S Vmax VmaxSKmS 2021/3/1426l KmKm值對于特定的反應(yīng)條件而言是一個(gè)特征常數(shù)。值對于特定的反應(yīng)條件而言是一個(gè)特征常數(shù)。只與酶的性質(zhì)只與酶的性質(zhì),酶所催化的底物和酶促反應(yīng)條件酶所催化的底物和酶促反應(yīng)條件(如溫度、如溫度、pH、有無抑制劑等、有無抑制劑等)有關(guān)有關(guān),與酶的濃度無與酶的濃度無關(guān)。關(guān)。不同的酶，具有不同的不同的酶，具有不同的K Km m值。值。不同條件下具不同條件

18、下具有不同的有不同的KmKm值。多底物酶，它對每一個(gè)底物都有值。多底物酶，它對每一個(gè)底物都有一個(gè)一個(gè)KmKm。 Km Km值小的底物為該酶的最適底物。值小的底物為該酶的最適底物。lK Km m值可以判斷酶的專一性和天然底物。值可以判斷酶的專一性和天然底物。2021/3/1427Km在實(shí)際應(yīng)用中的作用在實(shí)際應(yīng)用中的作用 鑒定酶鑒定酶: :鑒別不同來源或相同來源但在不同發(fā)育階鑒別不同來源或相同來源但在不同發(fā)育階段、不同生理狀態(tài)下催化相同反應(yīng)的酶是否屬于同段、不同生理狀態(tài)下催化相同反應(yīng)的酶是否屬于同一種酶。一種酶。 判斷酶的最適底物判斷酶的最適底物: :如果一種酶可作用于多個(gè)底物如果一種酶可作用于多

19、個(gè)底物, ,就有幾個(gè)就有幾個(gè)KmKm值值, ,其中其中KmKm最小對應(yīng)的底物就是酶的天最小對應(yīng)的底物就是酶的天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解(Km=28mmol/L),(Km=28mmol/L),也可催化棉子糖水解也可催化棉子糖水解(Km=350mmol/L), (Km=350mmol/L), 蔗糖為該酶的天然底物。蔗糖為該酶的天然底物。 計(jì)算一定反應(yīng)速度下的底物濃度計(jì)算一定反應(yīng)速度下的底物濃度: :如某一反應(yīng)要求如某一反應(yīng)要求的反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的的反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的99%99%, ,則則S=99KmS=99Km2021/3/1428 了解酶的

20、底物在體內(nèi)具有的濃度水平了解酶的底物在體內(nèi)具有的濃度水平:一般地一般地,體內(nèi)體內(nèi)酶的天然底物酶的天然底物S體內(nèi)體內(nèi)Km,如果如果S體內(nèi)體內(nèi) Km，那么那么V Km，那么，那么VVmax，底物濃度，底物濃度失去生理意義，也不符合實(shí)際狀態(tài)。失去生理意義，也不符合實(shí)際狀態(tài)。 判斷反應(yīng)方向或趨勢判斷反應(yīng)方向或趨勢:催化可逆反應(yīng)的酶對正催化可逆反應(yīng)的酶對正/逆兩逆兩向底物向底物Km不同不同 Km較小者為主要底物較小者為主要底物2021/3/1429m值與值與max值的測定值的測定雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法(double reciprocal plot),又稱為又稱為 林林-貝氏貝氏(Lineweaver-

21、 Burk)作圖法作圖法（林貝氏方程）（林貝氏方程） Vmaxv1=Km.1S +Vmax12021/3/1430An Eadie-Hofstee plot 將雙倒數(shù)形式方程兩邊將雙倒數(shù)形式方程兩邊同乘同乘 VVmax,整理可得整理可得V對對 V/S作圖為一直線作圖為一直線2021/3/14311、當(dāng)酶促反應(yīng)進(jìn)行的速率為、當(dāng)酶促反應(yīng)進(jìn)行的速率為Vmax的的80%時(shí)時(shí),Km和和S之間有何關(guān)系之間有何關(guān)系?2、由酶反應(yīng)、由酶反應(yīng)S P測得下列數(shù)據(jù)測得下列數(shù)據(jù)S/mol/L v/nmol L-1 min-1 6.25 10-6 15.07.50 10-5 56.251.00 10-4 60.01.0

22、0 10-3 74.91.00 10-2 75.01）計(jì)算）計(jì)算Km和和Vmax2）當(dāng)）當(dāng)S= 5.0 10-5 mol/L 時(shí)時(shí),酶催化反應(yīng)的速率酶催化反應(yīng)的速率是多少？是多少？2021/3/14322.2 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響溫度對酶促反應(yīng)速度的影響 溫度對酶促化學(xué)反應(yīng)速度的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)溫度對酶促化學(xué)反應(yīng)速度的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面方面:一是當(dāng)溫度升高時(shí)一是當(dāng)溫度升高時(shí),反應(yīng)速度加快。反應(yīng)速度加快。 化學(xué)反應(yīng)中溫度每增加化學(xué)反應(yīng)中溫度每增加10反應(yīng)速度增加的倍數(shù)反應(yīng)速度增加的倍數(shù)稱為溫度系數(shù)稱為溫度系數(shù)Q10。一般的化學(xué)反應(yīng)的。一般的化學(xué)反應(yīng)的Q10為為23,而酶促反應(yīng)的而酶促反

23、應(yīng)的Q10為為12。 即溫度每升高即溫度每升高10，酶促化學(xué)反應(yīng)速度為原反應(yīng)，酶促化學(xué)反應(yīng)速度為原反應(yīng)速度的速度的2倍。倍。2021/3/1433 其二是由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)其二是由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),因此隨著溫度逐漸因此隨著溫度逐漸升高升高,酶蛋白會(huì)因逐漸變性而失活，從而導(dǎo)致酶促酶蛋白會(huì)因逐漸變性而失活，從而導(dǎo)致酶促化學(xué)反應(yīng)速度下降。化學(xué)反應(yīng)速度下降。 酶所表現(xiàn)的最適溫度是上述兩種影響綜合作用的酶所表現(xiàn)的最適溫度是上述兩種影響綜合作用的結(jié)果。結(jié)果。2021/3/1434 在較低的溫度范圍內(nèi)在較低的溫度范圍內(nèi),酶催化反應(yīng)速率會(huì)隨著酶催化反應(yīng)速率會(huì)隨著溫度的升高而加快溫度的升高而加快,超超過某一

24、溫度，即酶被加過某一溫度，即酶被加熱到熱到生理允許溫度生理允許溫度以上以上時(shí)，酶的反應(yīng)速率反而時(shí)，酶的反應(yīng)速率反而隨著溫度的升高而下降。隨著溫度的升高而下降。這是由于溫度升高這是由于溫度升高,雖然可加速酶的催化反應(yīng)速率雖然可加速酶的催化反應(yīng)速率,同同時(shí)也加快了酶的熱失活速率。時(shí)也加快了酶的熱失活速率。2021/3/1435 只有在某一溫度條件下只有在某一溫度條件下, ,酶促化學(xué)反應(yīng)速度達(dá)到酶促化學(xué)反應(yīng)速度達(dá)到最大值最大值, ,通常把這個(gè)溫度通常把這個(gè)溫度稱為酶促化學(xué)反應(yīng)的最稱為酶促化學(xué)反應(yīng)的最適溫度適溫度(optimum (optimum temperature)temperature)。 在

25、一定條件下每種酶都在一定條件下每種酶都有其催化反應(yīng)的最適溫有其催化反應(yīng)的最適溫度。度。圖圖 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響溫度對酶促反應(yīng)速度的影響2021/3/1436 最適溫度不是酶的特征物理常數(shù)最適溫度不是酶的特征物理常數(shù),相反它常常受到相反它常常受到其他各種條件如底物種類、作用時(shí)間、其他各種條件如底物種類、作用時(shí)間、pH和離子和離子強(qiáng)度等因素影響。如最適溫度隨酶促反應(yīng)進(jìn)行時(shí)強(qiáng)度等因素影響。如最適溫度隨酶促反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間的長短而改變間的長短而改變,這是因?yàn)闇囟仁姑傅鞍装l(fā)生變性這是因?yàn)闇囟仁姑傅鞍装l(fā)生變性效應(yīng)是隨時(shí)間而逐步累加的。效應(yīng)是隨時(shí)間而逐步累加的。 一般而言，酶促反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間長時(shí)酶的最適溫度

26、一般而言，酶促反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間長時(shí)酶的最適溫度低，酶促反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間短則最適溫度高，所以只低，酶促反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間短則最適溫度高，所以只有在規(guī)定的酶促反應(yīng)時(shí)間內(nèi)才可確定酶的最適溫有在規(guī)定的酶促反應(yīng)時(shí)間內(nèi)才可確定酶的最適溫度。度。2021/3/1437 酶在固體狀態(tài)下比在溶液中對溫度的耐受力更高。酶在固體狀態(tài)下比在溶液中對溫度的耐受力更高。酶的冰凍干粉制劑通常在冰箱中可存放幾個(gè)月以酶的冰凍干粉制劑通常在冰箱中可存放幾個(gè)月以上上,而酶溶液一般在冰箱中只能保存數(shù)周。所以酶而酶溶液一般在冰箱中只能保存數(shù)周。所以酶制劑以固體保存為佳。制劑以固體保存為佳。2021/3/14382.3 pH對酶促反應(yīng)速度的影響對酶促

27、反應(yīng)速度的影響 通常在一定通常在一定pH下下,酶會(huì)表現(xiàn)出最大活力酶會(huì)表現(xiàn)出最大活力,而而一旦高于或低于此一旦高于或低于此pH，酶活力就會(huì)降低，酶活力就會(huì)降低，把表現(xiàn)出酶最大活力時(shí)的把表現(xiàn)出酶最大活力時(shí)的pH稱為該酶的最稱為該酶的最適適pH.2021/3/1439圖圖 pH對酶活力的影響對酶活力的影響在不同在不同pH條件下進(jìn)行某種酶促化學(xué)反應(yīng)條件下進(jìn)行某種酶促化學(xué)反應(yīng),然后將所測得的酶促反應(yīng)速度相對于然后將所測得的酶促反應(yīng)速度相對于pH來作圖來作圖,即可得到鐘罩形曲線。即可得到鐘罩形曲線。2021/3/14402021/3/1441 各種酶在一定條件下都有其特定的最適各種酶在一定條件下都有其特定

28、的最適pH,因此因此最適最適pH是酶的特性之一是酶的特性之一。 但是酶的最適但是酶的最適pH并不是一個(gè)常數(shù)并不是一個(gè)常數(shù),它受諸如它受諸如底物種類和濃度、緩沖液種類和濃度等眾底物種類和濃度、緩沖液種類和濃度等眾多因素的影響，因此只有在一定條件下最多因素的影響，因此只有在一定條件下最適適pH才有意義。才有意義。2021/3/1442 絕大多數(shù)酶的最適絕大多數(shù)酶的最適pH在在58之間之間,動(dòng)物體內(nèi)動(dòng)物體內(nèi)的酶最適的酶最適pH多在多在6.58.0之間之間,植物及微生植物及微生物中的酶最適物中的酶最適pH多在多在4.56.5左右。但并左右。但并不排除例外，如胃蛋白酶的最適不排除例外，如胃蛋白酶的最適p

29、H為為1.9，肝中精氨酸酶最適肝中精氨酸酶最適pH為為9.7等等。等等。2021/3/1443 pH影響酶活力的原因可能包括以下幾個(gè)方面影響酶活力的原因可能包括以下幾個(gè)方面: (1)過酸或過堿使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞過酸或過堿使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,酶活性隨酶活性隨之喪失。之喪失。 (2)當(dāng)當(dāng)pH改變不是十分劇烈時(shí)改變不是十分劇烈時(shí),酶雖未發(fā)生變性，但酶雖未發(fā)生變性，但其活力已經(jīng)受到影響。這是由于其活力已經(jīng)受到影響。這是由于pH影響了底物的影響了底物的解離狀態(tài)或酶分子活性部位上有關(guān)基團(tuán)的解離狀態(tài)解離狀態(tài)或酶分子活性部位上有關(guān)基團(tuán)的解離狀態(tài)或酶或酶-底物復(fù)合物的解離狀態(tài)，而使底物不能與酶底物復(fù)合物

30、的解離狀態(tài)，而使底物不能與酶結(jié)合形成酶結(jié)合形成酶-底物復(fù)合物，或者形成酶底物復(fù)合物，或者形成酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物后不能生成產(chǎn)物，使酶活性降低。后不能生成產(chǎn)物，使酶活性降低。2021/3/1444 (3)pH影響了與維持酶分子空間結(jié)構(gòu)有關(guān)的影響了與維持酶分子空間結(jié)構(gòu)有關(guān)的基團(tuán)解離基團(tuán)解離,從而改變酶活性部位的構(gòu)象從而改變酶活性部位的構(gòu)象,進(jìn)而進(jìn)而降低了酶的活性。降低了酶的活性。2021/3/14454.4.酶濃度對酶催化反應(yīng)速度的影響酶濃度對酶催化反應(yīng)速度的影響 酶濃度反應(yīng)初速度條件條件: :無干擾因素存在無干擾因素存在, ,SKSKmm應(yīng)用應(yīng)用: :酶活力測定（在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的數(shù)量酶活力

31、測定（在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的數(shù)量與酶濃度呈正比）與酶濃度呈正比）2021/3/1446條件條件:S E E酶濃度酶濃度反反應(yīng)應(yīng)速速度度E2E12021/3/14475. 抑制劑抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響對酶促反應(yīng)速度的影響 失活作用失活作用(inactivation):酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),凡可凡可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用。使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用。 抑制作用抑制作用(inhibition):由于酶必需基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性由于酶必需基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變質(zhì)發(fā)生改變,但酶并未發(fā)生變性，而引起酶活力降但酶并未發(fā)生變性，而引起酶活力降低或喪失的作用。低或喪失的作用。 導(dǎo)致酶發(fā)

32、生抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑導(dǎo)致酶發(fā)生抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑(inhibitor)。2021/3/1448 抑制作用與變性作用從本質(zhì)而言是不同的。抑制作用與變性作用從本質(zhì)而言是不同的。 變性劑對酶的變性作用無選擇性變性劑對酶的變性作用無選擇性 抑制劑對酶的抑制作用是有選擇性的抑制劑對酶的抑制作用是有選擇性的,即一即一種抑制劑只能使某一種酶或?qū)δ骋活惷府a(chǎn)生種抑制劑只能使某一種酶或?qū)δ骋活惷府a(chǎn)生抑制作用。抑制作用。2021/3/1449 對酶抑制作用的探討是研究酶的結(jié)構(gòu)與功能、酶對酶抑制作用的探討是研究酶的結(jié)構(gòu)與功能、酶的催化機(jī)制以及闡明機(jī)體代謝途徑的基本手段的催化機(jī)制以及闡明機(jī)體代謝途徑的基本手

33、段,也也可以為醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中設(shè)計(jì)新藥物和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中設(shè)計(jì)可以為醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中設(shè)計(jì)新藥物和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中設(shè)計(jì)新農(nóng)藥提供重要的理論依據(jù)新農(nóng)藥提供重要的理論依據(jù). 對酶抑制作用的研究不僅具有重要的理論意義對酶抑制作用的研究不僅具有重要的理論意義,而而且具有突出的實(shí)踐價(jià)值。且具有突出的實(shí)踐價(jià)值。2021/3/1450抑制作用的類型抑制作用的類型 巰基酶抑制劑巰基酶抑制劑 *專一性抑制專一性抑制 絲氨酸酶抑制劑絲氨酸酶抑制劑 不可逆抑制不可逆抑制 非專一性抑制非專一性抑制抑制作用抑制作用 * 競爭性抑制作用競爭性抑制作用 可逆性抑制可逆性抑制 非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用2021

34、/3/14515.1不可逆抑制作用不可逆抑制作用 irreversible inhibition i 以以共價(jià)鍵共價(jià)鍵與與E活性中心上的必需基團(tuán)活性中心上的必需基團(tuán) 結(jié)合結(jié)合,從而抑制酶活性。這種從而抑制酶活性。這種i不能不能用透析、超用透析、超濾等物理方法濾等物理方法 除去。除去。 常見常見抑制劑抑制劑: 絲氨酸酶抑制劑絲氨酸酶抑制劑 巰基酶抑制劑巰基酶抑制劑2021/3/1452絲氨酸酶抑制劑絲氨酸酶抑制劑 抑制劑抑制劑:有機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物（膽堿酯酶）（膽堿酯酶）絲氨酸酶絲氨酸酶絲氨酸酶絲氨酸酶解磷定解磷定2021/3/1453乙酰膽堿乙酰膽堿 + H2O膽堿膽堿 + 乙酸乙酸膽堿酯

35、酶膽堿酯酶有機(jī)磷殺蟲劑有機(jī)磷殺蟲劑膽堿能神經(jīng)過度興奮膽堿能神經(jīng)過度興奮 中毒中毒 （心跳變慢、瞳孔縮小、流涎、多汗、呼吸困難心跳變慢、瞳孔縮小、流涎、多汗、呼吸困難）2021/3/1454巰基酶抑制劑巰基酶抑制劑 抑制劑抑制劑:重金屬離子重金屬離子Ag+、Hg2+、砷劑（、砷劑（As3+）等）等巰基酶巰基酶失活的酶分子失活的酶分子Cu2+: 是唾液淀粉酶的抑制劑是唾液淀粉酶的抑制劑2021/3/14555.2 可逆性抑制作用可逆性抑制作用 reversible inhibition i i 與與E E或或ESES以以非共價(jià)鍵非共價(jià)鍵結(jié)合結(jié)合, ,從而抑制酶活性。從而抑制酶活性。 這種這種i i

36、可用可用透析、超濾等方法透析、超濾等方法除去除去。 * 競爭性抑制作用競爭性抑制作用 分類分類: 非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用2021/3/1456ESEESII 競爭性抑制競爭性抑制( (competitive inhibition) ) i 結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與s 結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)相似,互相競爭互相競爭 與與 酶活性中心結(jié)酶活性中心結(jié) 合合,從而抑制酶活性。從而抑制酶活性。2021/3/1457丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制CH2COOHCH2COOH琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶H-C-COOHHOOC-C-HCH2-COOHCOOH

37、（-）Succinate琥珀酸琥珀酸Fumarate延胡索酸延胡索酸Malonate丙二酸丙二酸2021/3/1458磺胺類藥物的競爭性抑制作用磺胺類藥物的競爭性抑制作用磺胺藥磺胺藥與與PABAPABA相互競爭與相互競爭與FHFH2 2合成酶合成酶結(jié)合結(jié)合( (p-aminobenzoic acid, PABA） sulfa drugs2021/3/1459 PABA二氫蝶呤啶二氫蝶呤啶谷氨酸谷氨酸FH2合成酶合成酶 磺胺類藥物磺胺類藥物FH2FH2還原酶還原酶 MTXFH4相互競爭相互競爭相互競爭相互競爭磺胺類藥物的抑菌機(jī)理磺胺類藥物的抑菌機(jī)理（-） （-）氨甲蝶呤（氨甲蝶呤（methotr

38、exate, MTX）促進(jìn)葉酸促進(jìn)葉酸 的合成的合成2021/3/1460 競競 爭爭 性性 抑抑 制制 作作 用用 特特 點(diǎn)點(diǎn) 1. i與與S結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)相似; 2. i與與S互相競爭與互相競爭與 酶酶 活性中心結(jié)合；活性中心結(jié)合； 3. 抑制程度取決于抑制程度取決于i 和和S的相對比例；的相對比例； 4. 4. SS, ,可以減少或去除抑制作用。可以減少或去除抑制作用。 5.（KmKm, , VmaxVmax不變不變）2021/3/1461非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用(non-competitive (non-competitive inhibition)inhibition) i 和

39、和 s 結(jié)構(gòu)不相似結(jié)構(gòu)不相似,兩者互不干擾同時(shí)與酶結(jié)兩者互不干擾同時(shí)與酶結(jié) 合合, 從而抑制酶活性。從而抑制酶活性。 E + S ES E + P + + I I EI + S ESI 2021/3/1462 非競爭性抑制作用特點(diǎn)非競爭性抑制作用特點(diǎn) 1. i與與S結(jié)構(gòu)不相似結(jié)構(gòu)不相似; 2. i與與S互不干擾同時(shí)與酶結(jié)合；互不干擾同時(shí)與酶結(jié)合； 3. 抑制程度只取決于抑制程度只取決于ii的濃度；的濃度； 4.4. SS, ,不能去除抑制作用。不能去除抑制作用。 （KmKm不變不變, , VmaxVmax）2021/3/1463 由于這類抑制劑與酶活性部位以外的基團(tuán)相結(jié)由于這類抑制劑與酶活性部

40、位以外的基團(tuán)相結(jié)合合,因此其結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)并無相似之處因此其結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)并無相似之處,而且而且不能用增加底物濃度的方法來解除這種抑制作不能用增加底物濃度的方法來解除這種抑制作用，故稱非競爭性抑制。用，故稱非競爭性抑制。 這類抑制最典型的例子是亮氨酸是精氨酸酶的這類抑制最典型的例子是亮氨酸是精氨酸酶的一種非競爭性抑制劑。還有某些重金屬離子如一種非競爭性抑制劑。還有某些重金屬離子如Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等對酶的抑制作用也等對酶的抑制作用也屬于這一類。屬于這一類。2021/3/1464反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用 抑制劑僅與酶抑制劑僅與酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物ES結(jié)合結(jié)合,使酶失

41、去催化活性。使酶失去催化活性。E + S ES E + P+I ESI2021/3/1465 這種抑制作用在單底物反應(yīng)中比較少見這種抑制作用在單底物反應(yīng)中比較少見,而常見而常見于多底物反應(yīng)中。于多底物反應(yīng)中。 目前已經(jīng)證明目前已經(jīng)證明,肼類化合物對胃蛋白酶的抑制作肼類化合物對胃蛋白酶的抑制作用、氰化物對芳香硫酸酯酶的抑制作用、用、氰化物對芳香硫酸酯酶的抑制作用、L-苯苯丙氨酸和丙氨酸和L-精氨酸等多種氨基酸對堿性磷酸酶精氨酸等多種氨基酸對堿性磷酸酶的抑制作用都屬于反競爭性抑制。的抑制作用都屬于反競爭性抑制。2021/3/1466可逆抑制作用動(dòng)力學(xué)可逆抑制作用動(dòng)力學(xué) 對于可逆抑制劑與酶結(jié)合后產(chǎn)生

42、的抑制作對于可逆抑制劑與酶結(jié)合后產(chǎn)生的抑制作用用,可以根據(jù)米氏學(xué)說基本原理加以推導(dǎo)可以根據(jù)米氏學(xué)說基本原理加以推導(dǎo),來來定量說明可逆抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影定量說明可逆抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響。響。2021/3/1467 競爭性抑制競爭性抑制 在競爭性抑制中在競爭性抑制中,底物底物(S)或抑制劑或抑制劑(I)與酶與酶(E)的結(jié)的結(jié)合都是可逆的合都是可逆的,因此存在著如下的化學(xué)平衡式因此存在著如下的化學(xué)平衡式:2021/3/14682021/3/1469斜率斜率斜率斜率2021/3/1470Km 變大變大,Vmax不變不變2021/3/1471 在加入競爭性抑制劑后在加入競爭性抑制劑后,Vma

43、x不變不變,Km變大，變大，KmKm，而且，而且Km隨抑制劑濃度隨抑制劑濃度I的增的增加而增加。加而增加。 雙倒數(shù)作圖所得直線相交于縱軸，這是競雙倒數(shù)作圖所得直線相交于縱軸，這是競爭性抑制作用的特點(diǎn)。爭性抑制作用的特點(diǎn)。2021/3/1472非競爭性抑制非競爭性抑制 在非競爭性抑制中在非競爭性抑制中,抑制劑抑制劑(I)與酶與酶(E)或酶或酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物(ES)以及底物以及底物(S)與酶與酶-抑制劑復(fù)抑制劑復(fù)合物合物(EI)的結(jié)合都是可逆的的結(jié)合都是可逆的,因此存在著如因此存在著如下的化學(xué)平衡式下的化學(xué)平衡式:2021/3/14732021/3/1474截距截距2021/3/1475K

44、m不變不變,Vmax變小變小 2021/3/1476 在加入非競爭性抑制劑后在加入非競爭性抑制劑后,Vmax變小變小, Vmax隨隨I的增加而減小，的增加而減小， Km值不變，而值不變，而且且Km= Km 。 雙倒數(shù)作圖所得直線相交于橫軸，這是非雙倒數(shù)作圖所得直線相交于橫軸，這是非競爭性抑制作用的特點(diǎn)。競爭性抑制作用的特點(diǎn)。2021/3/1477 反競爭性抑制反競爭性抑制 反競爭性抑制的特點(diǎn)是反競爭性抑制的特點(diǎn)是,酶酶(E)必須先與底物必須先與底物(S)結(jié)合結(jié)合,然后才與抑制劑然后才與抑制劑(I)結(jié)合，即抑制劑結(jié)合，即抑制劑(I)與酶與酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物(ES)的結(jié)合是可逆的，的結(jié)合是可

45、逆的，因此存在著如下的化學(xué)平衡式因此存在著如下的化學(xué)平衡式:2021/3/14782021/3/1479Km、Vmax都變小都變小2021/3/1480 在加入反競爭性抑制劑后在加入反競爭性抑制劑后,Km及及Vmax都變小都變小,而而且且KmKm，VmaxVmax，即表觀，即表觀Km及表及表觀觀Vmax都隨都隨I的增加而減小。的增加而減小。 雙倒數(shù)作圖為一組平行線，這是反競爭性抑制作雙倒數(shù)作圖為一組平行線，這是反競爭性抑制作用的特點(diǎn)。用的特點(diǎn)。2021/3/1481圖圖3-7 反競爭性抑制曲線反競爭性抑制曲線2021/3/1482 現(xiàn)將無抑制劑和有抑制劑等不同情況下的米氏方現(xiàn)將無抑制劑和有抑制

46、劑等不同情況下的米氏方程和程和Vmax及及Km的變化總結(jié)歸納在表中。的變化總結(jié)歸納在表中。2021/3/14832021/3/1484圖3-3酶與底物或抑制劑結(jié)合的中間物2021/3/14856.3 可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鑒別可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鑒別 鑒別可逆抑制作用和不可逆抑制作用鑒別可逆抑制作用和不可逆抑制作用: 用透析、超濾和凝膠過濾等物理方法能否除去抑制劑用透析、超濾和凝膠過濾等物理方法能否除去抑制劑來判斷來判斷 還可采用化學(xué)動(dòng)力學(xué)的方法來區(qū)分。還可采用化學(xué)動(dòng)力學(xué)的方法來區(qū)分。 在測定酶活力的系統(tǒng)中加入一定量的抑制劑在測定酶活力的系統(tǒng)中加入一定量的抑制劑,然后測定然后

47、測定不同酶濃度條件下的酶促反應(yīng)初速度不同酶濃度條件下的酶促反應(yīng)初速度,以酶促反應(yīng)初速以酶促反應(yīng)初速度對酶濃度作圖。度對酶濃度作圖。2021/3/1486 不加抑制劑時(shí)不加抑制劑時(shí),以酶促反應(yīng)初速度對酶濃度作圖得以酶促反應(yīng)初速度對酶濃度作圖得到曲線到曲線1所示的一條通過原點(diǎn)的直線所示的一條通過原點(diǎn)的直線; 加入一定量的不可逆抑制劑時(shí)加入一定量的不可逆抑制劑時(shí),由于抑制劑會(huì)使一由于抑制劑會(huì)使一定量的酶失活，只有加入的酶量大于不可逆抑制定量的酶失活，只有加入的酶量大于不可逆抑制劑的量時(shí)，才表現(xiàn)出酶活力。曲線劑的量時(shí)，才表現(xiàn)出酶活力。曲線2所示的一條與所示的一條與曲線曲線1平行的相交于橫坐標(biāo)正側(cè)的直線，所以不可平行的相交于橫坐標(biāo)正側(cè)的直線，所以不可逆抑制劑的作用相當(dāng)于把原點(diǎn)向右移動(dòng)；逆抑制劑的作用相當(dāng)于把原點(diǎn)向右移動(dòng)； 加入一定量的可逆抑制劑時(shí)加入一定量的可逆抑制劑時(shí)，由于抑制劑的量是，由于抑制劑的量是恒定的，因此以酶促反應(yīng)初速度對酶濃度作圖得恒定的，因此以酶促反應(yīng)初速度對酶濃度作圖得到一條通過原點(diǎn)，但斜率較低于曲線到一條通過原點(diǎn)，但斜率較低于曲線1的直線。的直線。2021/3/1487圖圖3-4 可逆抑制劑與不可逆抑制劑的區(qū)別（一）可逆抑制劑與不可逆抑制劑的區(qū)別（一）曲線曲線1,無抑制劑無抑制劑;曲線曲線2,不可逆抑制劑；不可逆抑制劑；曲