第五节 酶促反应动力学VIP免费

第五节酶促反应动力学酶促反应动力学是研究酶促反应速度的规律以及影响酶促反应速度的各种因素。这些因素主要包括酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂和激活剂等。由于酶作为生物催化剂的特征就是加快化学反应的速度，因此，研究酶促反应的速度规律，是酶学研究的重要内容之一；同时，在酶的结构与功能的关系以及酶作用机理的研究中，常需要动力学提供实验证据；在实际工作中为了使酶能最大限度地发挥其催化效率，亦需寻找酶作用的最佳条件；以及为了解酶在代谢中的作用或某些药物的作用机理时，需要研究酶促反应的速度规律。因此对酶促反应动力学的研究，具有重要的理论和实际价值。一、底物浓度对反应速度的影响（一）底物浓度对反应速度的关系在其他因素，如酶浓度、pH、温度等不变的情况下，底物浓度的变化与酶促反应速度之间呈矩形双曲线关系（图3-1）。图3-1底物浓度对反应初速度的影响从图中可以看出：1•在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤上升，两者呈正比关系，表现为—级反应；2.随着底物浓度的升高,反应速度不再呈正比例加快,反应速度增加的幅度变缓,表现为混合级反应；3•如果继续增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加。这说明酶已被底物所饱和。所有的酶都有饱和现象,只是达到饱和时所需的底物浓度各不相同而已。（二）米氏方程Michaelis和Menten在前人工作的基础上，经过大量的实验，1913年前后提出了反应速度和底物浓度关系的数学方程式，即著名的米曼氏方程(Michaelis-Mentenequation)，简称米氏方程．V[S]V—maxK+[S]m式中Vmax为最大反应速度(maximumvelocity),[S]为底物浓度，Km为米氏常数(Michaelisconstant),v是在不同[S]时的反应速度。当底物浓度很低([S]v>Km)时，vwma：，反应速度达到最大速度，再增加底物浓度也不再影mmax响反应速度。(三)K与V的意义mmax(1)当酶促反应速度为最大速度的一半，即V=V/2时，米氏方程式可以变换为：max「—Vmax[S]2Km+⑸进一步整理得Km=[S]。由此可见应m值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。它的单位是mol/L。当pH、温度和离子强度等因素不变时，Km是恒定的。(2)Km是酶的特征性常数之一，在酶学及代谢研究中是重要的特征数据。①K值的大小，可以近似地表示酶和底物的亲和力,K值大，意味着酶和底物的亲和力小，mm反之则大。因此，对于一个专一性较低的酶，作用于多个底物时，不同的底物有不同的化值，具有最小的Km或最高的Vmax/Km比值的底物就是该酶的最适底物或称天然底物。②催化可逆反应的酶，当正反应和逆反应K值不同时，可以大致推测该酶正逆两向反应m的效率，K值小的底物所示的反应方向应是该酶催化的优势方向。m③有多个酶催化的连锁反应中，如能确定各种酶K值及相应的底物浓度，有助于寻找代m谢过程的限速步骤。在各底物浓度相当时，心值大的酶则为限速酶。④判断在细胞内酶的活性是否受底物抑制。⑤测定不同抑制剂对某一酶K及V的影响，可以用于判定该抑制剂是竞争性抑制剂还mmax是非竞争性抑制剂。必须指出，米氏方程只适用于较为简单的酶促反应过程，而对于比较复杂的酶促反应过程，如多酶体系、多底物、多产物、多中间物等，还不能全面地以此加以概括和说明，必须借助于复杂的计算过程。二、酶浓度对反应速度的影响在一定的温度和pH条件下，当底物浓度大大超过酶的浓度时，酶的浓度与反应速度呈正比关系,见图3-2。图3-2酶浓度对反应速度的影响三、pH对反应速度的影响(1)酶分子的结构发生变化酶反应介质的pH可影响酶分子的结构，特别是活性中心内必需基团的解离程度和催化基团中质子供体或质子受体所需的离子化状态。(2)影响底物和辅酶的解离程度从而影响酶与底物的结合。只有在特定的pH条件下，酶、底物和辅酶的解离状态，最适宜于它们相互结合，并发生催化作用，使酶促反应速度达到最大值，这时的pH称为酶的最适pH(optimumpH)。举例：动物体内多数酶的最适pH接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH约为1.8,胰蛋白酶约为8左右(图3-3),而肝精氨酸酶则约为9.&...