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1、第 四 節(jié) 酶 動 力 學 及 影 響 酶 反應 速 度 的 因 素 一 .底 物 濃 度 的 影 響(一) 酶反應速度與底物濃度的關系曲線 一 .底 物 濃 度 的 影 響 一 .底 物 濃 度 的 影 響 一 .底 物 濃 度 的 影 響 dp/dtkES： 一 級 反 應dp/dtkE： 零 級 反 應V SVmax 零 級 反 應一 級 反 應混 合 級 反 應 (二 ) 米 氏 方 程 為 了 要 解 釋 這 一 現 象 ， Michaelis v3 k3ESv23 k2 ES k3ES （ k2 k3） ES (2) (二 ) 米 氏 方 程 1. 米氏方程的推導Michaelis

2、-Menten的 三 個 假 設 ： (2)反 應 體 系 處 于 穩(wěn) 態(tài) 一 .底 物 濃 度 的 影 響 (二 ) 米 氏 方 程 1. 米氏方程的推導即 ES不 變 ES的 生 成 量 = ES的 分 解 量 。 即v1 =v23k1（ E） -（ ES） S = ES （ k2 k3）（ E） -（ ES） S/ ES = （ k2 k3） / k1 (3)設 K m=(k2+k3)/k1 將 (3)重 排 得ES =ES/ Km S (4) 一 .底 物 濃 度 的 影 響 (二 ) 米 氏 方 程 1. 米氏方程的推導Michaelis-Menten 的 三 個 假 設 ： E =

3、ES,V = K1E,即 K1 = V/ E (5)同 時 ， v = K1ES, K1 = v/ ES (6)(5) + (6)ES =v E /V (7)(7)代 入 (4)得 v E /V = ES/ K m S (3)S E 一 .底 物 濃 度 的 影 響 (二 ) 米 氏 方 程 V = Vmax S Km + S 1. 米氏方程的推導一 .底 物 濃 度 的 影 響 (二 ) 米 氏 方 程 2. 米氏方程中常數的意義Km 米 氏 常 數 由 于 Km= (k2+k3)/k1 ， 為 復 合 常 數 。 Km是 酶 的 特 征 常 數 ， 經 常 表 示 酶 與 底 物 的 親

4、和 力 。 K m值 越 大 ， 親 和 力 越 小 。 一 .底 物 濃 度 的 影 響 (二 ) 米 氏 方 程 2. 米氏方程中常數的意義 Km的 值 是 當 反 應 速 度 為 最 大 反 應 速 度 的 一 半 時所 對 應 的 底 物 濃 度 。 所 以 Km的 單 位 為 濃 度 單 位一 .底 物 濃 度 的 影 響 SSV2V mm axm ax K Km = S (二 ) 米 氏 方 程 2. 米氏方程中常數的意義一 .底 物 濃 度 的 影 響 (二 ) 米 氏 方 程 V = Vmax S Km + S 3. 米氏方程中常數的測定所 以 采 用 雙 倒 數 作 圖 法

5、： 即 1/v - 1/S 作 圖 v-S作 圖 法 ： Vmax難 以 測 定 ， 不 能 從 vV/2處 求 得 ， 從 而 導 致 Km也 難 確 定 。 一 .底 物 濃 度 的 影 響 m axm ax V1S1V1 mKv (二 ) 米 氏 方 程 V = Vmax S Km + S 3. 米氏方程中常數的測定一 .底 物 濃 度 的 影 響m axm ax V1S1V1 mKv 二 .酶 濃 度 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 在 一 般 的 酶 促 反 應 中 ， 常 常 SE， 酶 反 應速 度 達 到 最 大 反 應 速 度 。 當 SE， 由 于 Vmax=kE0，

6、反 應 速 度 與 酶濃 度 成 正 比 。 酶濃度曲線 三 . pH對 酶 反 應 速 度 的 影 響 pH對 酶 反 應 速 度 的 影 響 較 大 。 其 原 因 有 ： 極 度 pH的 條 件 引 起 酶 蛋 白 的 變 性 。pH影 響 底 物 的 解 離 ， 從 而 影 響 酶 與 底 物 的 結 合 。 pH影 響 酶 分 子 解 離 狀 態(tài) 。 每 種 酶 只 能 在 一 定 的 pH范 圍 內 表 現 出 它 的 活 性 ，且 在 某 一 pH值 范 圍 內 活 性 最 高 ， 其 兩 側 活 性 都 下 降 。 酶 促 反 應 具 有 一 最 適 pH。 反 應 速 度 和

7、 pH的 關 系 見 下 圖 ： 三 . pH對 酶 反 應 速 度 的 影 響 溫 度 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 具 有 雙 重 性 ：隨 著 溫 度 的 升 高 ， 酶 蛋 白 會 失 活 ， 使 反應 速 度 下 降 隨 著 溫 度 的 升 高 ， 反 應 速 度 會 加 快四 . 溫 度 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 因 此 ， 在 這 雙 重 因 素 的 綜 合 作 用 下 ， 酶 促 反應 具 有 一 最 適 溫 度 。 四 . 溫 度 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 五 . 激 活 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響激 活 劑 ： 能 提 高 酶 活 性

8、的 物 質 。 無 機 離 子 ： 主 要 是 金 屬 離 子 ， 它 們 有 的 本 身 就 是 酶 的 輔助 因 子 ， 有 的 是 酶 的 輔 助 因 子 的 必 要 成 分 。 如 : 激 酶 需 要 Mg 2+激 活 唾 液 淀 粉 酶 需 要 Cl-激 活主 要 的 激 活 劑 有 ： 五 . 激 活 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 有 機 小 分 子 ： 一 些 還 原 劑 ， 如 抗 壞 血 酸 、 半 胱 氨 酸 ， 使 含 -SH的 酶 處 于 還 原 態(tài) 金 屬 螯 合 劑 ， 如 EDTA(乙 二 胺 四 乙 酸 )， 可 絡 合一 些 重 金 屬 雜 質 ，

9、解 除 它 們 對 酶 的 抑 制 ， 從 而 使 酶活 升 高 。 抑 制 作 用 ： 有 些 物 質 與 酶 結 合 后 ， 引 起 酶 的 活 性 中 心或 必 需 基 團 的 化 學 性 質 發(fā) 生 改 變 ， 從 而 使酶 活 力 降 低 或 喪 失 。六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 引 起 抑 制 作 用 的 物 質 稱 為 抑 制 劑抑 制 作 用 可 分 為 兩 大 類 ：可 逆 抑 制 作 用 和 不 可 逆 抑 制 作 用 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 可 逆 抑 制 作 用 可 分 為 三 種 類 型 ： 1. 競 爭 性

10、 抑 制 作 用 2. 非 競 爭 性 抑 制 作 用 3. 反 競 爭 性 抑 制 作 用 酶 與 抑 制 劑 非 共 價 地 可 逆 結 合 ， 當 用 透 析 或 超濾 等 方 法 除 去 抑 制 劑 后 酶 的 活 性 可 以 恢 復 ， 這 種 抑制 作 用 叫 可 逆 抑 制 作 用 。(一 ） 可 逆 抑 制 作 用 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 某 些 抑 制 劑 的 化 學 結 構 與 底 物 相 似 ， 與 底 物 競 爭酶 的 活 性 中 心 并 與 之 結 合 ， 從 而 減 少 了 酶 與 底 物 的結 合 ， 因 而 降 低 酶 反 應 速

11、 度 。 這 種 作 用 稱 為 競 爭 性抑 制 作 用 。(一 ） 可 逆 抑 制 作 用1. 競 爭 性 抑 制 作 用 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 (一 ） 可 逆 抑 制 作 用1. 競 爭 性 抑 制 作 用 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 例 如 ， 丙 二 酸 是 琥 珀 酸 脫 氫 酶 的 競 爭 性 抑 制 劑 。 這 種 抑 制 作 用 可 通 過 增 加 底 物 濃 度 而 使 整 個 反 應平 衡 向 生 成 產 物 的 方 向 移 動 ， 因 而 能 削 弱 或 解 除 這 種抑 制 作 用 。 (一 ） 可 逆

12、抑 制 作 用1. 競 爭 性 抑 制 作 用 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 琥 珀 酸 延 胡 索 酸 丙 二 酸 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 E S ES E P EI 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 競 爭 性 抑 制 中 ，Vmax不 變 ，Km增 大 可 通 過 增 加 底 物 濃 度而 使 整 個 反 應 平 衡 向生 成 產 物 的 方 向 移 動 ，因 而 能 削 弱 或 解 除 這種 抑 制 作 用 。六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度

13、 的 影 響 S)/I(1 SVv im m ax KK EIIEiK m axim ax V1S1)I1(V1 KKv mLinewevery-Burk圖 米氏方程 Lineweaver-Burk plot of competitive inhibition六 . 抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 某 些 抑 制 劑 結 合 在 酶 活 性 中 心 以 外 的 部 位 ， 因 而 與底 物 和 酶 的 結 合 無 競 爭 ， 即 底 物 與 酶 結 合 后 還 能 與 抑 制劑 結 合 ， 同 樣 抑 制 劑 與 酶 結 合 后 還 能 與 底 物 結 合 。 但 酶分 子 上

14、 有 了 抑 制 劑 后 其 催 化 功 能 基 團 的 性 質 發(fā) 生 改 變 ，從 而 降 低 了 酶 活 性 。 這 種 作 用 稱 為 非 競 爭 性 抑 制 作 用 。 2. 非競爭性抑制作用這 種 抑 制 作 用 不 能 用 增 加 底 物 濃 度 的 方 法 來 消 除 。(一 ） 可 逆 抑 制 作 用 2. 非競爭性抑制作用非競爭性抑制劑，例 如 ：金 屬 絡 合 劑 ， 如 EDTA、 F -、 CN -、 N3- 等 ， 可 以絡 合 金 屬 酶 中 的 金 屬 離 子 ， 從 而 抑 制 酶 的 活 性 。(一 ） 可 逆 抑 制 作 用 2. 非競爭性抑制作用這 種

15、抑 制 作 用 不 能 用 增 加 底 物 濃 度 的 方 法 來 消 除 。(一 ） 可 逆 抑 制 作 用 E + S ES E + P+ EI I + S IES +I 2. 非競爭性抑制作用(一 ） 可 逆 抑 制 作 用)S)(/I(1 SV mim ax KKv )I1(V11)I1(V1 im axim ax KSKKv m Linewevery-Burk圖 米氏方程 2. 非競爭性抑制作用非 競 爭 性 抑 制 劑 對 酶 促 反 應 速 度 的 影 響 (一 ） 可 逆 抑 制 作 用 Vm axVm ax12 0 a 無Ic 有非競爭性Iv S Km (不變)Vm ax12

16、 Vm ax(變小) 2. 非競爭性抑制作用Lineweaver-Burk plot of noncompetitive inhibition(一 ） 可 逆 抑 制 作 用 2. 非競爭性抑制作用非 競 爭 性 抑 制 中 ，Vmax變 小 ，Km不 變 這 種 抑 制 作 用 不 能 用 增 加 底 物 濃度 的 方 法 來 消 除 。 (一 ） 可 逆 抑 制 作 用 3. 反競爭性抑制作用 某 些 抑 制 劑 不 能 與 游 離 的 酶 結 合 ， 而 只能 在 酶 與 底 物 結 合 成 復 合 物 后 再 與 酶 結 合 。當 酶 分 子 上 有 了 抑 制 劑 后 其 催 化 功

17、 能 被 削 弱 。這 種 作 用 稱 為 反 競 爭 性 抑 制 作 用(uncompetitive inhibition)。 (一 ） 可 逆 抑 制 作 用 3. 反競爭性抑制作用(一 ） 可 逆 抑 制 作 用 E + S ES E + P+I ESI k1 k2 Ki K i- k1- 3. 反競爭性抑制作用(一 ） 可 逆 抑 制 作 用 Vm ax1 0 a 無I 1v d 加競爭性I 1SVm ax1(1+ I Ki )(1+ I Ki ) 1Km1KmVm ax0 a 無Id 加競爭性Iv S Km(變小) Vm ax (變小) K m S)/I1( SV im ax KKv

18、 m )I1(V11V1 im axm ax KSKv m (一 ） 可 逆 抑 制 作 用 Summery v1 S1vm ax1Km_ b 有競爭性Ia 無I 01 (正常) c 非競爭性Id 反競爭性ISummery (二 ） 不 可 逆 抑 制 作 用 抑 制 劑 以 共 價 鍵 不 可 逆 地 與 酶 相 結 合 而 抑制 酶 的 活 性 。 這 種 抑 制 作 用 叫 不 可 逆 抑 制 作 用 。六 .抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 常 見 的 不 可 逆 抑 制 劑 ： 碘 乙 酸 （ ICH2COOH） 是 一 種 烷 化 劑 ， 可 使 巰 基 烷 化 ：

19、E-SH + I-CH2COOH E-S-CH2COOH + HI 所 以 它 是 巰 基 酶 的 抑 制 劑 。 如 抑 制 3-磷 酸 甘 油 醛 脫 氫 酶 、 脲 酶 、 a-淀 粉 酶 等 (二 ） 不 可 逆 抑 制 作 用 六 .抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響 有 機 磷 化 合 物 可 使 -OH磷 酯 化 ， 所 以 它 是 活 性 中 心 有 Ser殘 基 的酶 的 抑 制 劑 。 常 見 的 有 機 磷 農 藥 ， 如 敵 敵 畏 、 敵 百 蟲 ， 它 們 殺滅 昆 蟲 的 機 理 就 在 于 可 抑 制 乙 酰 膽 堿 酯 酶 的 活 性 ， 該酶 的 作 用 是 將 神 經 遞 質 乙 酰 膽 堿 水 解 ， 若 它 被 抑 制 ，會 導 致 乙 酰 膽 堿 的 積 累 ， 使 神 經 過 度 興 奮 ， 引 起 昆 蟲的 神 經 系 統(tǒng) 功 能 失 調 而 中 毒 致 死 。(二 ） 不 可 逆 抑 制 作 用 六 .抑 制 劑 對 酶 反 應 速 度 的 影 響