第四章酶催化反应动力学

第四章酶催化反应动力学内容摘要：

些外源化合物的存在而使反应速率下降 ， 这种物质称为抑制剂。 抑制作用分为可逆抑制与不可逆抑制两大类。 如果某种抑制可用诸如透析等物理方法把抑制剂去掉而恢复酶的活性 ， 则此类抑制称为可逆抑制 ， 此时酶与抑制剂的结合存在着解离平衡的关系。 如果抑制剂与酶的基因成共价结合 ， 则此时不能用物理方法去掉抑制剂。 此类抑制可使酶永久性地失活。 例如重金属离子 Hg2+”、Pb2+”等对木瓜蛋白酶 、 菠萝蛋白酶的抑制都是不可逆抑制。 根据产生抑制的机理不同，可逆抑制分为 :  竞争性抑制  非竞争性抑制  反竞争性抑制  混合性抑制。 一 、 竞争性抑制动力学 若在反应体系中存在有与底物结构相类似的物质，该物质也能在酶的活性部位上结合，从而阻碍了酶与底物的结合，使酶催化底物的反应速率下降。 这种抑制称为竞争性抑制，该物质称为竞争性抑制剂。 其主要特点是，抑制剂与底物竞争酶的活性部位，当抑制剂与酶的活性部位结合之后，底物就不能再与酶结合，反之亦然。 在琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸为延胡索酸时，丙二酸是其竞争性抑制剂。 式中： I为抑制剂； (EI)为非活性复方物。 底物的反应速率方程为 : 又：         0211   ESkkSEkdtESd       033   EIkIEkdtEId       EIESEE 0经整理后可得 KI— 抑制剂的解离常数 （ mol/l） KmI— 有竞争性抑制时的米氏常数（ mol/l） 可以看出 ， 竞争性抑制动力学的主要特点是米氏常数值的改变 ， rmax不受竞争性抑制剂的影响。 由于有抑制剂的存在 ， 须有较高的基质浓度 ， 才能维持一定的rmax值。       SkSrSKIKSrrmImImSI 1m a x 竞争性抑制动力学的主要特点： 竞争性抑制剂的抑制程度取决于 [S]， [I]， Km和 KmI， 当 [I]增加，或 KI减小，都会使 KmI值增大，使酶与底物的结合能力下降，活性复合物减少，因而使底物反应速率下降。 若 [I]不变，增加 [S]， 抑制程度降低；若 [S]不变，增加 [I]，抑制程度增加。 在一定的 [S]和 [I]条件下， KI值越低，抑制程度越大。 竞争性抑制的 sr关系图： 竞争性抑制的双倒数方程式 或   SKIrKrr ImsI1111m a xm a x  SrKrrmIsI111m a xm a x 以 对 作图，得一直线，其斜率为 ，与纵坐标的交点为 ，与横坐标的交点为。 SIr1][1SmaxrKmImax1rmIK1 又 以 KmI对 [I]作图，据此图可求出 Km和 KI值 竞争性抑制的 KI与 I关系图    IKKKKIKKImmImmI   1抑制剂的解离常数 由此可看出 ， KI愈小 ， 表明抑制剂与酶的结合力愈强 ，对酶催化反应能力的抑制作用就越强。 当酶的活性部位与一个抑制剂分子相结合时 ， KmI与 [I]的关系为一直线 ， 可称为线型竞争抑制；如果酶的活性部位与两个以上的抑制剂分子相结合 ， 则与的关系为一抛物线 ， 可称为抛物线型竞争抑制。 33kkKI例 42：在一定的酶浓度 、 pH和温度条件下 ，没有催化剂时 ， 酶催化反的反应速率为 r0； 当抑制剂浓度为 5 103M时 ， 酶反应速率为 rsI，底物浓度与对应的反应结果如下表 ， 求 Km、KmI、 rmax值。   310 MS0r r0(任意单位 ) 151 138 118 93 rsI(任意单位 ) 解：根据数据作图。 有抑制剂时 ， 抑制作用为竞争性抑制 MK m MK I 264mr051015202530 1 0 1 2 1/[S](M1)*1031/r0或1/rSI*103 mr mK)][1(1 Im KIK 有抑制剂][ 1~1 SrSI 无抑制剂][ 1~10 Sr mK mIK二 、 非竞争性抑制动力学 若抑制剂可以在酶的活性部位以外与酶相结合 ， 并且这种结合与底物的结合没有竞争关系 ， 这种抑制称为非竞争性抑制。 此时抑制剂既可与游离的酶相结合 ， 也可以与复合物 ES相结合 ， 生成了底物 — 酶 — 抑制剂的复合物 SEI。 绝大多数的情况是复合物 SEI为一无催化活性的端点复合物 ， 不能分解为产物 ， 即使增大底物的浓度也不能解除抑制剂的影响。 还有一种是三元复合物 SEI也能分解为产物 ，但对酶的催化反应速率仍然产生了抑制作用。 如核苷对霉菌酸性磷酸酯酶的抑制属于非竞争性抑制。 非竞争性抑制的普遍机理式可表示为 式中： 为非竞争性抑制时的最大反应速率。          S E IEIESEE 0      0dtSE IddtEIddtESd         SKSrSKKISrESkrmImIsI   m a x,m a x21max,Ir对非竞争性抑制 ， 由于抑制剂的作用使最大反应速率降低了 倍 ， 并且增加 [I]、 KI减小都使其抑制程度增加。 此时 rSI对 [S]的关系如图。   IKI1根据 L— B作图法 ， 上式可整理成 或 以 作图 ， 可得一直线 ， 并求出 Km和 rI,max值。     SrKKIrKIrmIISI1111m a xm a x SrKrr ImISI111m a x,m a x, SrSI11 与 又根据式 可通过实验测得不同 [I]下 rI,max的，进而确定 KI值。   IKrrrKIr III m a xm a xm a xm a x,1111 如果 SEI也能分解为产物 ， 同样可整理出形式与 类似的速率方程式 ，所不同的只是 rI,max所包含的参数上。 如何判断复合物 SEI是否分解为产物 ， 可通过改变抑制剂用量并测定底物的反应速率来判断。 当 [I]增加到某一程度 ， rSI减小直至趋于 0， 则为 SEI不能分解为产物；如果随着 [I]的增加 ， rSI趋于一定值 ， 则 SEI能分解为产物。 PEIS E I k    6  SKSrrmISI  m a x, 非竞争性抑制与竞争性抑制的主要不同点是：对竞争性抑制，随着底物浓度的增大，抑制剂的影响可减弱；而对非竞争性抑制，即使增大底物浓度也不能减弱抑制剂的影响。 从这个意义上说，竞争性抑制作用是可逆的，非竞争性抑制作用是不可逆的。 例 43：水杨酸抑制谷氨酸脱氢酶催化的脱氢反应。 试根据下列实验结果确定抑制类型 Km和 KI及值。 又脱氢反应速度 r的单位是根据 340 nm波长下光吸收速率的增加来表示的。 谷氨酸脱氢酶的反应结果 min, 340Er m in, 340ErSI 谷氨酸 ， mmol （ 含 40mmol水杨酸 ） m in, 340ErSI 解：以 对 和以 对 作图结果如图所示。 显然从图中可以看出反应为非竞争性抑制。 从横坐标截距得 mol 从纵坐标截距得。