生化反应动力学.pptx

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1、第二章第二章 生化反应动力学生化反应动力学本章主要内容本章主要内容一、一、单底物酶反应动力学单底物酶反应动力学二、二、多底物酶反应动力学多底物酶反应动力学三、三、各种因素对酶反应速度的影响各种因素对酶反应速度的影响四、四、微生物代谢调节的生化基础微生物代谢调节的生化基础一、单底物酶反应动力学一、单底物酶反应动力学1、米氏方程米氏方程2、米氏方程讨论米氏方程讨论3、动力学常数动力学常数Km和和Vm的求取的求取4、复杂形式的酶反应动力学复杂形式的酶反应动力学返回返回1、米氏方程、米氏方程 Henri中间复合物学说中间复合物学说 米氏方程米氏方程 米氏方程的三假设米氏方程的三假设 Briggs-Ha

2、ladane修正式修正式 米氏方程推导米氏方程推导返回返回Henri中间复合物学说中间复合物学说1903年，年，Henri在研究蔗糖水解时，提出了在研究蔗糖水解时，提出了中中间复合物学说间复合物学说。他认为，酶与底物的作用是通过酶跟底物生他认为，酶与底物的作用是通过酶跟底物生成复合物而进行的。底物浓度较低即酶的成复合物而进行的。底物浓度较低即酶的活性中心未被饱和时，反应速度随浓底物活性中心未被饱和时，反应速度随浓底物浓度上升呈正相关。当底物浓度较高时，浓度上升呈正相关。当底物浓度较高时，即酶的活性中心被饱合或趋于饱和时，反即酶的活性中心被饱合或趋于饱和时，反应速度增加率变小或不再增加。此时，酶

3、应速度增加率变小或不再增加。此时，酶-底物复合物的生成速度相应较快，而分解底物复合物的生成速度相应较快，而分解速度相对较慢成为整个反应的限速步骤。速度相对较慢成为整个反应的限速步骤。返回返回Henri中间复合物学说图示中间复合物学说图示E+S返回返回ESE+Pk1k-1k2E游离的酶；游离的酶；S底物；底物；ES酶酶-底物复合物；底物复合物；P产物；产物；k1酶与底物形成复合物的反应速度常数；酶与底物形成复合物的反应速度常数；K-1酶酶-底物复合物解离为酶和底物的反应底物复合物解离为酶和底物的反应速度常数；速度常数；k2酶酶-底物形成产物的反应速度常数；底物形成产物的反应速度常数；米氏方程米氏

4、方程1913年，年，Michaelis和和Menten对对Henri中间复合中间复合物学说进行修正，并导出下列速度方程：物学说进行修正，并导出下列速度方程：返回返回VK2ESKs+SVmSKs+SVm最大反应速度；最大反应速度；V初速度；初速度；KsES的解离常数的解离常数，Ksk-1/k1。ES、E、S和和P分别代表酶分别代表酶-底物复合物、底物复合物、酶分子、底物和产物的浓度。酶分子、底物和产物的浓度。注意理解注意理解Vm=k2E！米氏方程的推导令：将（4）代入（3），则：ES生成速度：，ES分解速度：即：则：(1)经整理得：由于酶促反应速度由ES决定，即，所以(2)将（2）代入（1）得：

5、(3)当酶反应体系处于恒态时：当Et=ES时，(4)所以 返回返回米氏方程的三假设米氏方程的三假设 没有考虑没有考虑ES分解得到产物分解得到产物P和和E的逆反应，也就的逆反应，也就是假定是假定ESE+P的逆反应不发生或没有发生，即的逆反应不发生或没有发生，即P 0。因此，反映的是初速度。因此，反映的是初速度。假设底物浓度是以起始浓度假设底物浓度是以起始浓度S0计算的。只有底计算的。只有底物浓度远远大于酶的相对浓度时，否则由于底物物浓度远远大于酶的相对浓度时，否则由于底物S不断与酶形成不断与酶形成ES复合物而逐渐变小，也就不能用复合物而逐渐变小，也就不能用S0代替。代替。假设假设ES解离成解离成

6、E+S的速度显著快于的速度显著快于ES形成形成P+E的的速度，即速度，即k-1k2。或者说。或者说E+SES的可逆反应在的可逆反应在初速度测定的时间内已达到平衡。而且，初速度测定的时间内已达到平衡。而且，ES分解分解为为E和和P的反应不足以破坏的反应不足以破坏E和和S之间的平衡。这就之间的平衡。这就是平衡学说。是平衡学说。返回返回Briggs-Haladane修正式修正式 1952年，年，Briggs和和Haladane对米氏方程的推导作了对米氏方程的推导作了一项重要修正。一项重要修正。他们认为当他们认为当k2k-1时，米氏假设中的快速平衡不一时，米氏假设中的快速平衡不一定能成立，所以不能用平

7、衡学说推导。定能成立，所以不能用平衡学说推导。实际可能发生的更普遍的情况实际可能发生的更普遍的情况。据此，他们还提出了据此，他们还提出了稳态（稳态（steady state）学说）学说，但，但保留了前保留了前2项假设。项假设。根据稳态学说，根据稳态学说，重新推导速度方程重新推导速度方程。返回返回否定第三条假设否定第三条假设返回返回ESE+Pk1k-1k2E+Sk-2ESE+Pk1k-1k2E+S假假设设三三更生更生普的普的遍情遍情发况发况稳态学说稳态学说返回返回 在初速度测定中，在初速度测定中，S随时间降低，随时间降低，P相相应增高，而中间复合物应增高，而中间复合物ES一开始增高后，一开始增高

8、后，可在相当一段时间内保持浓度的恒定。在这可在相当一段时间内保持浓度的恒定。在这段时间内，段时间内，ES生成的速度和生成的速度和ES分解的速分解的速度（包括生成度（包括生成E+S和和E+P）是相等的，达到）是相等的，达到动态平衡，即处于动态平衡，即处于“稳态稳态”。米氏方程的重新推导米氏方程的重新推导返回返回 式中，式中，Km=(k2+k-1)/k1。称为米氏常数。称为米氏常数。当当k2Km时，即底物浓度远大于时，即底物浓度远大于Km时。时。返回返回VVmSKm+SVmSSVm 而已知：而已知：Vm=k2ES 所以，可以得出反应速度正比于酶浓度，而与底所以，可以得出反应速度正比于酶浓度，而与底

9、物浓度无关。物浓度无关。一级反应速度方程一级反应速度方程 当当SKm时，即底物浓度远小于酶量时。时，即底物浓度远小于酶量时。返回返回VVmSKm+SVmSKmKappS 在这里，在这里，Kapp=Vm/Km。所以，当用酶测定底物时，可使用足够量的酶以所以，当用酶测定底物时，可使用足够量的酶以便在较短时间内，使反应完全。这样测定形成的产便在较短时间内，使反应完全。这样测定形成的产物总量就与待测物的量相等或相关。物总量就与待测物的量相等或相关。Km值值 当当V=Vm/2时，则米氏方程可转化为下式：时，则米氏方程可转化为下式：返回返回Vm/2VmSKm+SKm S 由此可知，由此可知，Km在数值上等

10、于达到最大反应速度一在数值上等于达到最大反应速度一半（半（V=Vm/2）时的底物浓度）时的底物浓度S值。值。对于某一酶相应的底物而言，对于某一酶相应的底物而言，Km是其特征常数。是其特征常数。但有关提条件：当但有关提条件：当pH、温度、离子强度及其他因素、温度、离子强度及其他因素不变时，不变时，Km应为恒定值。酶的纯度不影响其应为恒定值。酶的纯度不影响其Km。VVm时，反应速度与酶和底物浓度的关系时，反应速度与酶和底物浓度的关系 当当VVm时，我们把米氏方程转化为下式：时，我们把米氏方程转化为下式：返回返回VVmSKm+S 实际分析一下就可以看出，反应达到实际分析一下就可以看出，反应达到Vm时

11、，时，E应应全部以全部以ES复合物形式存在，所以反应的速度应按照复合物形式存在，所以反应的速度应按照第二步反应计算，即与底物浓度无关，第二步反应计算，即与底物浓度无关，V=Vmk2E或或k2E。VVmSKm+S 当当Km已知时，任何底物浓度已知时，任何底物浓度S对酶活性中心被底对酶活性中心被底物所饱和的分数为物所饱和的分数为V/Vm=S/(Km+S)。k2k-1时，时，Km用作酶与底物亲和力度用作酶与底物亲和力度量量 由前面的推导已知，当由前面的推导已知，当k2k-1时，时，Km=Ksk-1/k1。返回返回 Ks越大，表明酶主要以游离分子形式存在于溶液中，越大，表明酶主要以游离分子形式存在于溶

12、液中，酶与底物亲合力弱；反之，酶与底物亲合力弱；反之，Ks越小，亲和力越大。越小，亲和力越大。因此，在已知因此，在已知k2k-1时，用时，用Km来衡量酶与底物的来衡量酶与底物的亲和力是可以的。亲和力是可以的。但是，在不知道但是，在不知道Km确实等于确实等于Ks之前，用之前，用Km表示酶表示酶与底物的亲和力是不正确的。与底物的亲和力是不正确的。ESE+Pk1k-1k2E+S转换数转换数TN 当达最大速度时，当达最大速度时，Vm=k2ES=k2E（ES是指酶是指酶-底物复合物浓度）。底物复合物浓度）。k2是一级反应速度常数，它表示每个酶分是一级反应速度常数，它表示每个酶分子在单位时间内使底物转变为

13、产物的分子数，子在单位时间内使底物转变为产物的分子数，称为酶的转换数，用称为酶的转换数，用TN表示。表示。TN越大，表明酶的催化能力或效率越高。越大，表明酶的催化能力或效率越高。对特定条件下的特定酶来说，对特定条件下的特定酶来说，TN（即（即k2)也是一个动力学特征常数。也是一个动力学特征常数。TN可以通过可以通过Vm/E来计算。来计算。返回返回关于关于Km的总结的总结 米氏常数米氏常数Km是一个酶的特征性常数，其值等是一个酶的特征性常数，其值等于在一定实际条件下达到于在一定实际条件下达到1/2Vm时的底物浓度。时的底物浓度。因此，它给出了一个酶能够应答底物浓度变化因此，它给出了一个酶能够应答

14、底物浓度变化范围的有用指示。如可以用范围的有用指示。如可以用Km来判断为获得来判断为获得最大的反应速度应当用多大的底物浓度；反之，最大的反应速度应当用多大的底物浓度；反之，也可以从也可以从Km估计出多大的底物浓度将具有怎估计出多大的底物浓度将具有怎样的相对反应速度（样的相对反应速度（V/Vm）。）。k2k-1时，用时，用Km度量酶同底物的亲和力。度量酶同底物的亲和力。返回返回3、动力学常数、动力学常数Km和和Vm的求取的求取米氏方程中，米氏方程中，V对对S作图得到的是一条作图得到的是一条双曲线双曲线，通过，通过这条双曲线来确定这条双曲线来确定Vm是相当困难的。所以，米氏是相当困难的。所以，米氏

15、常数是通过将米氏方程转换为其他形式来求解的。常数是通过将米氏方程转换为其他形式来求解的。以下是几种常用的米氏方程作图形式：以下是几种常用的米氏方程作图形式：V-S图形图形：直接根据米氏方程作图。：直接根据米氏方程作图。1/V-1/S图形图形：Lineweaver-Burk双倒数作图法，双倒数作图法，是最常用的一种。是最常用的一种。S/V-S作图作图：Hames作图法。作图法。V-V/S图形图形：Eadie-Hofstee作图法。作图法。不同方法的比较不同方法的比较返回返回酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线返回返回1/V-1/S图形图形将米氏方程改写成以下形式：将米氏方

16、程改写成以下形式：1/V=1/Vm+Km/Vm1/S返回返回将实验所得的一些初速度数据将实验所得的一些初速度数据v和和S取倒数，得各种取倒数，得各种1/v和和1/S，将，将1/v对对1/S作图作图，得一直线。该直线纵，得一直线。该直线纵截距截距1/Vmax，斜率，斜率Km/Vmax，横截距，横截距-1/Km。应用双倒数作图法处理实验数据求应用双倒数作图法处理实验数据求Km和和Vmax等动力学等动力学常数比较方便，也是最广泛应用的一种方法，但欲要常数比较方便，也是最广泛应用的一种方法，但欲要获得较准确的结果，实验时必须注意底物浓度范围，获得较准确的结果，实验时必须注意底物浓度范围，一般所选底物浓

17、度需在一般所选底物浓度需在Km附近。实例附近。实例1、2和和3。双倒数作图双倒数作图返回返回下图是根据下图是根据S在在0.332.0Km范围时的实验结果而范围时的实验结果而作的双倒数图，从此图可准确地测量出作的双倒数图，从此图可准确地测量出-1/Km和和1/Vmax等。等。S在在0.332.0 Km的范的范围的实验结围的实验结果而作出的果而作出的双倒数图。双倒数图。返回返回 如果所选底物浓度比如果所选底物浓度比Km大得多，则所得双倒数图大得多，则所得双倒数图的直线基本上是水平的。这种情况虽可测得的直线基本上是水平的。这种情况虽可测得1/Vmax，但由于直线斜率近乎零，但由于直线斜率近乎零，-1

18、/Km则难以测得。则难以测得。S在在3.320 Km的范围的的范围的实验结果而作实验结果而作出的双倒数图。出的双倒数图。返回返回如果如果S比比Km小得多，则所作双倒数图的直线与两小得多，则所作双倒数图的直线与两轴的交点都接近原点，使轴的交点都接近原点，使-1/Km 和和1/Vmax，都难以测，都难以测准。准。S在在0.033 0.2Km的范围的的范围的实验结果而作实验结果而作出的双倒数图。出的双倒数图。返回返回3.Hanes-Woolf作图法作图法即把米氏方程重排成线性方程即把米氏方程重排成线性方程返回返回4.Woolf-Augustinsson-Hofstee作图法作图法将米氏方程重排为线性

19、方程：返回以上三种作图法也应注意选择底物浓度，不要使以上三种作图法也应注意选择底物浓度，不要使S比比Km高得多或低得多。高得多或低得多。上述几种线性作图法各有其优缺上述几种线性作图法各有其优缺点。双倒数作图法应用最广泛。但此法有两个缺点：点。双倒数作图法应用最广泛。但此法有两个缺点：第一，在第一，在v S图上，由相等增值而给出的等距离各图上，由相等增值而给出的等距离各点，在双倒数图上变成非等距离的点，且多数点集中点，在双倒数图上变成非等距离的点，且多数点集中在在1/v轴附近，而远离轴附近，而远离1/v轴的地方只有少数几个点，恰轴的地方只有少数几个点，恰好这些点又正是主观目测以确定直线最权重的那

20、些点。好这些点又正是主观目测以确定直线最权重的那些点。第二，在测定第二，在测定v时产生的小误差，当取倒数时会放大。时产生的小误差，当取倒数时会放大。在低底物浓度下更为敏感，因在高在低底物浓度下更为敏感，因在高1/S值所得的一两值所得的一两个不准确的点，会给图的斜率带来显著误差。第一个个不准确的点，会给图的斜率带来显著误差。第一个缺点可通过选择适当的缺点可通过选择适当的S，使，使1/S为等距离增值而得为等距离增值而得到克服。对第二个缺点关键要注意在低底物浓度下使到克服。对第二个缺点关键要注意在低底物浓度下使所测初速度误差尽可能减小。所测初速度误差尽可能减小。几种方法的比较几种方法的比较返回返回4

21、、复杂形式的酶反应动力学、复杂形式的酶反应动力学返回返回 以以Bright等（等（1969年）发现的催化葡萄糖转年）发现的催化葡萄糖转化为化为-葡糖内酯的葡糖氧化酶系统为例。葡糖内酯的葡糖氧化酶系统为例。该反应系统中涉及一个酶（黄素蛋白）的再该反应系统中涉及一个酶（黄素蛋白）的再生步骤。用生步骤。用式子式子表示。表示。-葡糖内酯生成的表观速度常数葡糖内酯生成的表观速度常数Ka满足：满足：1Ka1K+4+1K+3O2+1K+3S其中，其中，O2为溶解氧浓度，为溶解氧浓度，S为底物浓为底物浓度。度。葡糖形成葡糖内酯反应式葡糖形成葡糖内酯反应式E0+S返回返回E0-SEr+-内酯内酯k+1k-1k+

22、2Er+O2k+3E0-Pk+4E0+H2O2式中，式中，E0为氧化型酶（黄素蛋白）；为氧化型酶（黄素蛋白）；Er为还为还原型酶（黄素蛋白）；原型酶（黄素蛋白）；S为底物（葡萄糖）；为底物（葡萄糖）；k+1、k-1、k+2、k+3、k+4为各反应的速为各反应的速度常数。度常数。二、多底物酶反应动力学二、多底物酶反应动力学1、有序反应有序反应：主要特征为底物的结合和产物的释放：主要特征为底物的结合和产物的释放有一定顺序，产物不能在底物完全被结合以前释放。有一定顺序，产物不能在底物完全被结合以前释放。2、随机反应随机反应：底物的结合与产物的释放都是随机过：底物的结合与产物的释放都是随机过程，不分先

23、后。程，不分先后。3、乒乓反应乒乓反应：酶只与一底物结合，释放产物后（酶：酶只与一底物结合，释放产物后（酶形态发生变化）再与另一底物结合，最后释放另一形态发生变化）再与另一底物结合，最后释放另一产物，并恢复酶形态。产物，并恢复酶形态。酶促多底物反应机制的鉴别，可以通过底物动力学作酶促多底物反应机制的鉴别，可以通过底物动力学作图，还可以通过图，还可以通过同位素交换法同位素交换法同位素交换法同位素交换法和产物抑制动力学法和产物抑制动力学法进行鉴别。进行鉴别。多底物酶反应动力学方程多底物酶反应动力学方程。返回返回多底物酶反应动力学速度方程多底物酶反应动力学速度方程返回返回1、有序反应、有序反应返回返

24、回EAk1K-1EABk2K-2Pk3K-3Qk4K-4EEP(EABEPQ)底物底物A先与酶先与酶E结合，构象发生变化，暴露出底物结合，构象发生变化，暴露出底物B的结合部位，使的结合部位，使B与与EA结合。结合。产物产物P首先从首先从EPQ复合物上脱离，酶复合物构象复合物上脱离，酶复合物构象发生变化，使得发生变化，使得Q也从酶上脱离。也从酶上脱离。2、随机反应、随机反应返回返回游离酶上的结合部位对两个底物游离酶上的结合部位对两个底物A和和B都是适用的，都是适用的，两个底物两个底物A和和B能随机与酶结合，其产物能随机与酶结合，其产物P和和Q也可以随机地脱离酶。也可以随机地脱离酶。EBABAQP

25、PQE3、乒乓反应、乒乓反应返回返回酶酶E先与底物先与底物A形成复合物形成复合物EA，形成，形成F和产物和产物P，底物底物B与与F结合形成复合物结合形成复合物FB，最后形成酶，最后形成酶E和和产物产物Q。EA(EABPQE(FBEP)FEQ)三、各种因素对酶反应速度的影响三、各种因素对酶反应速度的影响1、酶浓度的影响酶浓度的影响2、pH值的影响值的影响3、温度的影响温度的影响4、抑制剂的影响抑制剂的影响5、底物浓度的影响底物浓度的影响6、产物的影响产物的影响7、激活剂的影响激活剂的影响8、辅酶的影响辅酶的影响9、影响酶反应动力学的因素影响酶反应动力学的因素返回返回1、酶浓度的影响、酶浓度的影响

26、 在酶促反应中，如果底物浓度足以使酶饱在酶促反应中，如果底物浓度足以使酶饱和，则反应初速度与酶浓度成正比。和，则反应初速度与酶浓度成正比。可由米氏方程导出：可由米氏方程导出：返回返回VVmSKm+SVmk2EVK2SKm+SE可见：当可见：当S不变时，不变时，V E。实践证明，底物足够情况下，一般初速度实践证明，底物足够情况下，一般初速度与酶浓度有线性关系。与酶浓度有线性关系。2、pH值的影响值的影响大部分酶的活性都受环境大部分酶的活性都受环境pH的影响。在一定的影响。在一定pH条条件下，酶促反应具有最大速度，高于或低于该值，件下，酶促反应具有最大速度，高于或低于该值，反应速度都会下降，通常称

27、此反应速度都会下降，通常称此pH值为酶促反应的值为酶促反应的最适最适pH值（值（Optimal pH）。）。最适最适pH值随底物浓度、温度及其他条件的变化而值随底物浓度、温度及其他条件的变化而变化，目前最适变化，目前最适pH只能用实验方法测得。因此，只能用实验方法测得。因此，它不是一个常数，只有在一定条件下才有意义。它不是一个常数，只有在一定条件下才有意义。pH对酶活性的影响对酶活性的影响可概括为以下几个方面：可概括为以下几个方面：破坏酶的空间构象；破坏酶的空间构象；影响酶活性中心催化基团影响酶活性中心催化基团的解离，进而影响催化过程；的解离，进而影响催化过程；影响酶活性中心影响酶活性中心结合

28、基团的解离，进而影响酶与底物结合；结合基团的解离，进而影响酶与底物结合；影影响底物的解离状态，使底物不能与酶结合或结合后响底物的解离状态，使底物不能与酶结合或结合后不能生成产物。不能生成产物。酶的等电点与其最适酶的等电点与其最适pH值之前无直接关系值之前无直接关系。返回返回某些酶的等电点与最适某些酶的等电点与最适pH返回返回pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响返回3、温度的影响、温度的影响 最适温度：在一定温度下，酶促反应的速度达到最适温度：在一定温度下，酶促反应的速度达到最大值，高于或低于此温度，反应速度都会下降。最大值，高于或低于此温度，反应速度都会下降。一方面，当温度升高时，酶促

29、反应速度加快；另一方面，当温度升高时，酶促反应速度加快；另一方面，随温度的逐渐升高，蛋白质逐渐变性，一方面，随温度的逐渐升高，蛋白质逐渐变性，反应速度随之下降。反应速度随之下降。最适温度受到底物、酶浓度、时间、激活剂或抑最适温度受到底物、酶浓度、时间、激活剂或抑制剂等的影响，故也不是一个特征常数。制剂等的影响，故也不是一个特征常数。在变性温度内，温度对催化反应速度的影响服从在变性温度内，温度对催化反应速度的影响服从阿氏经验方程：阿氏经验方程：K=Ae-E/RT或或lnK=lnA-E/RT。大多数酶温度每升高大多数酶温度每升高10,反应速度大约增加反应速度大约增加12倍。倍。返回返回竞争性抑制作

30、用竞争性抑制作用 可逆抑制作用：抑制剂与酶的结合以解离平衡为可逆抑制作用：抑制剂与酶的结合以解离平衡为基础，抑制作用可基础，抑制作用可 通过透析等方法以除去抑制剂通过透析等方法以除去抑制剂而减轻或消除。而减轻或消除。竞争性抑制作用：抑制剂与底物在结构上类似，竞争性抑制作用：抑制剂与底物在结构上类似，因此抑制剂（因此抑制剂（I）和底物（）和底物（S）竞争酶的结合位点，）竞争酶的结合位点，形成形成EI或或ES复合物。复合物。动力学方程：动力学方程：特点特点、作图作图返回返回VVmSKm(1+I/Ki)+S竞争性抑制作用动力学方程的特点竞争性抑制作用动力学方程的特点 Km增大为原来的（增大为原来的（

31、I+I/Ki）倍，意味着抑制剂与）倍，意味着抑制剂与酶结合后，酶与底物的亲和力降低了。反应速度酶结合后，酶与底物的亲和力降低了。反应速度V变小，但变小，但Vm保持不变。保持不变。抑制程度取决于抑制程度取决于I和和S、Ki和和Ks相对大小，所以相对大小，所以升高底物浓度，有利于酶与底物结合，可降低抑升高底物浓度，有利于酶与底物结合，可降低抑制作用；反之，增加抑制剂，抑制作用加强。底制作用；反之，增加抑制剂，抑制作用加强。底物与抑制剂之间表现出竞争性关系。物与抑制剂之间表现出竞争性关系。举例：丙二酸与琥珀酸竞争而抑制琥珀酸脱氢酶举例：丙二酸与琥珀酸竞争而抑制琥珀酸脱氢酶的活性；赖氨酸与精氨酸竞争而

32、抑制精氨酸酶的的活性；赖氨酸与精氨酸竞争而抑制精氨酸酶的活性。活性。返回返回竞争性抑制作用作图竞争性抑制作用作图返回返回非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 酶、底物与抑制剂形成三元复合物酶、底物与抑制剂形成三元复合物EIS或酶与抑或酶与抑制剂形成制剂形成EI复合物。复合物。EIS不能释放出产物。不能释放出产物。动力学方程：动力学方程：作图作图返回返回VVm/(1+I/Ki)SKm+S 特点：特点：Km不变，但不变，但Vm降低了降低了1+I/Ki倍。倍。Vm变变小，相应的小，相应的V也就小。也就小。I越高，即抑制剂量越多，抑制越强，抑制作越高，即抑制剂量越多，抑制越强，抑制作用的强弱与用的强弱与S

33、和和Ks无关。抑制剂与底物之间无竞无关。抑制剂与底物之间无竞争作用，故称非竞争抑制剂。争作用，故称非竞争抑制剂。非竞争性抑制作用作图非竞争性抑制作用作图返回返回反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 抑制剂只能与酶抑制剂只能与酶-底物复合物底物复合物ES结合形成结合形成EIS，不，不能放出产物。能放出产物。S和和E的结合不排斥的结合不排斥I，反而促进，反而促进E和和I结合。结合。动力学方程：动力学方程：作图作图返回返回VVm/(1+I/Ki)SKm/(1+I/Ki)+S 与米氏方程相比，反竞争性抑制剂的存在使与米氏方程相比，反竞争性抑制剂的存在使Vm和和Km变化了同样的倍数（变化了同样的倍数（1+I

34、/Ki）倍。它的双）倍。它的双倒数作图为一簇平行线。倒数作图为一簇平行线。反竞争性抑制作用作图反竞争性抑制作用作图返回返回三种可逆抑制类型的区分三种可逆抑制类型的区分 底物浓度增加时，抑制程度降低（横轴截距减小）底物浓度增加时，抑制程度降低（横轴截距减小），这是竞争性抑制剂。，这是竞争性抑制剂。底物浓度的改变对抑制程度没有影响（横轴截距底物浓度的改变对抑制程度没有影响（横轴截距不变），这是非竞争性抑制剂。不变），这是非竞争性抑制剂。底物浓度增加时，抑制程度也增加（横轴截距增底物浓度增加时，抑制程度也增加（横轴截距增大），这是反竞争性抑制剂。大），这是反竞争性抑制剂。注意：注意：Ki是酶对某一抑

35、制剂亲和能力的量度，是酶对某一抑制剂亲和能力的量度，Ki越小，越小，酶与抑制剂亲和力越大。酶与抑制剂亲和力越大。返回返回抑制反应类型小结抑制反应类型小结返回返回5、底物浓度的影响、底物浓度的影响 低底物浓度时，有些酶促反应完全符合米氏方程，低底物浓度时，有些酶促反应完全符合米氏方程，但底物浓度升高时，反而使反应速度下降，表现但底物浓度升高时，反而使反应速度下降，表现为高底物浓度抑制（为高底物浓度抑制（substrate inhibition）。）。原因之一：底物浓度较高时，原因之一：底物浓度较高时，2个或个或3个以上的底个以上的底物分子分别占据了部分的活性位点，这样使酶无物分子分别占据了部分的

36、活性位点，这样使酶无法以正常方式进行催化作用。法以正常方式进行催化作用。存在广泛：单底物和多底物反应中均存在。如过存在广泛：单底物和多底物反应中均存在。如过量的丁酰乙酯可抑制羊肝的羧基酯酶；过量的量的丁酰乙酯可抑制羊肝的羧基酯酶；过量的ATP可抑制磷酸果糖激酶等。可抑制磷酸果糖激酶等。正常情况下正常情况下，大多数酶表现为高底物浓度促进反，大多数酶表现为高底物浓度促进反应进行（在一定范围内）。应进行（在一定范围内）。返回返回底物浓度的影响底物浓度的影响在酶的浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影在酶的浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影响的作用呈现矩形双曲线。响的作用呈现矩形双曲线。相关文字描

37、述相关文字描述。返回返回底物浓度的影响底物浓度的影响 在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系，表现为增加而急骤加快，两者呈正比关系，表现为一级反应。一级反应。随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比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不断下降。例加快，反应速度增加的幅度不断下降。如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加，如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加，表现为表现为0 0级反应。此时，无论底物浓度增加多级反应。此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加，说明酶已被底物大，反应速度也不再增加，说

38、明酶已被底物所饱和。所饱和。所有的酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需所有的酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需底物浓度各不相同而已。底物浓度各不相同而已。返回返回6、产物的影响、产物的影响 产物对酶反应的抑制比较常见，这种抑制可以是竞产物对酶反应的抑制比较常见，这种抑制可以是竞争性的，也可以是非竞争性的。争性的，也可以是非竞争性的。与外源抑制不同的是，它是在反应过程中不断形成与外源抑制不同的是，它是在反应过程中不断形成的。的。产物抑制产物抑制（product inhibition）：在酶促反应中，）：在酶促反应中，产物在释放出之前可以和酶以复合物（产物在释放出之前可以和酶以复合物（EP）形式存）

39、形式存在，从而导致酶的催化活力下降。在，从而导致酶的催化活力下降。死端抑制（死端抑制（dead-end inibition）：产物抑制的极）：产物抑制的极端情况，双底物双产物反应中，产物还可以与催化端情况，双底物双产物反应中，产物还可以与催化过程中生成的不同的酶分子形式结合，或与酶过程中生成的不同的酶分子形式结合，或与酶-底物底物复合物结合，形成无效的死端产物，从而导致抑制复合物结合，形成无效的死端产物，从而导致抑制效应。效应。如何解除终产物抑制作用，是发酵工业上的一个重如何解除终产物抑制作用，是发酵工业上的一个重要课题。要课题。电渗析基本原理电渗析基本原理与与海水的电渗析海水的电渗析。返回返

40、回产物抑制解释产物抑制解释反应体系中溶液体积（反应体系中溶液体积（V）不变，）不变，E浓度不变浓度不变（各种形态的酶的总浓度保持不变，（各种形态的酶的总浓度保持不变，E0）返回返回ESE+Pk1k-1k2E+Sk-2k2k-2EPE0 E+ES+EP实际起催化作用的酶的量实际起催化作用的酶的量电渗析基本原理电渗析基本原理返回返回电渗析法（以海水为例）电渗析法（以海水为例）返回返回浓水浓水淡水淡水7、激活剂的影响、激活剂的影响返回返回 激活剂（激活剂（activator）：是能加快某种酶反应）：是能加快某种酶反应速度的物质，其中大部分是一些常可相互替速度的物质，其中大部分是一些常可相互替代的小分

41、了无机离子。代的小分了无机离子。在适当范围内，酶活性随激活剂浓度的升高在适当范围内，酶活性随激活剂浓度的升高而相应增大。而相应增大。当激活剂超过一定值（阈值）后，往往对酶当激活剂超过一定值（阈值）后，往往对酶起抑制作用。起抑制作用。激活剂可以是另加的离子，也可以是反应的激活剂可以是另加的离子，也可以是反应的底物。激活反应的机制与抑制类似，但比较底物。激活反应的机制与抑制类似，但比较复杂。复杂。8、辅酶的影响、辅酶的影响 辅酶（辅酶（coenzyme）：是某些酶的必需组成）：是某些酶的必需组成成分，在无辅酶时，这类酶是没有活性的。成分，在无辅酶时，这类酶是没有活性的。在达到酶与辅酶的确定比例之前

42、，酶的活性在达到酶与辅酶的确定比例之前，酶的活性随辅酶的加入而成比例升高。随辅酶的加入而成比例升高。辅酶物质分为三类：一是载体底物，实际上辅酶物质分为三类：一是载体底物，实际上可看作某些双底物酶反应中的一个底物；二可看作某些双底物酶反应中的一个底物；二是辅酶，与酶结合松散，可看作底物，也可是辅酶，与酶结合松散，可看作底物，也可看成是活化剂；三是辅基，与酶紧密结合，看成是活化剂；三是辅基，与酶紧密结合，也可看成是活化剂。也可看成是活化剂。返回返回9、影响酶反应动力学的因素小结、影响酶反应动力学的因素小结返回返回四、微生物代谢调节的生化基础四、微生物代谢调节的生化基础1、酶活性的调节酶活性的调节2

43、、调节机制的多样性调节机制的多样性3、调节酶类性质的理论解释调节酶类性质的理论解释4、代谢调控的解除及在发酵工业上的应用代谢调控的解除及在发酵工业上的应用返回返回1、酶活性的调节、酶活性的调节微生物代谢调节的主要方式是通过小分子化合物微生物代谢调节的主要方式是通过小分子化合物调节酶促反应速度。通过对代谢过程中的关键调节酶促反应速度。通过对代谢过程中的关键酶活性的激活或抑制作用，有效地控制每种基酶活性的激活或抑制作用，有效地控制每种基本代谢过程。本代谢过程。共价修饰作用共价修饰作用。缔合与解离缔合与解离。竞争性抑制竞争性抑制 变构效应变构效应 基因表达基因表达返回返回共价修饰作用共价修饰作用 可

44、逆共价修饰作用可逆共价修饰作用酶以活性形式和非活性形式存在，且两种形式可以通酶以活性形式和非活性形式存在，且两种形式可以通过另外酶的催化作用进行共价修饰而相互转换。过另外酶的催化作用进行共价修饰而相互转换。磷酸化是一种主要的修饰方式。一般发生于酶上丝氨磷酸化是一种主要的修饰方式。一般发生于酶上丝氨酸残基或苏氨酸残基上。酸残基或苏氨酸残基上。意义：在短时间内大量改变酶的活性，有效控制代谢意义：在短时间内大量改变酶的活性，有效控制代谢过程；可逆代谢更易做到为响应环境变化而控制酶过程；可逆代谢更易做到为响应环境变化而控制酶的活性。的活性。不可逆共价调节不可逆共价调节酶原激活作用。酶原激活作用。返回返

45、回缔合与解离作用及竞争性抑制缔合与解离作用及竞争性抑制缔合与解离作用：酶由多个亚单位组成，需缔合与解离作用：酶由多个亚单位组成，需要时不同亚单位缔合成有活性的酶，不需要要时不同亚单位缔合成有活性的酶，不需要时，不同亚单位分离，变成独立存在的亚单时，不同亚单位分离，变成独立存在的亚单位（单独存在没有组合起来的活性）。如核位（单独存在没有组合起来的活性）。如核糖体亚基的缔合与解离。糖体亚基的缔合与解离。竞争性抑制：酶的活性受代谢物质的竞争性竞争性抑制：酶的活性受代谢物质的竞争性抑制作用。如抑制作用。如ADP或或AMP对需对需ATP反应的竞反应的竞争性抑制作用。争性抑制作用。返回返回变构效应变构效应

46、又称别构效应，它对调节细胞内代谢反应的速度起重要又称别构效应，它对调节细胞内代谢反应的速度起重要作用。作用。变构现象：由于变构效应引起的蛋白质在其活化状态与变构现象：由于变构效应引起的蛋白质在其活化状态与钝化状态之间相互转变的现象称为变构现象。钝化状态之间相互转变的现象称为变构现象。变构蛋白（别构蛋白）：表现变构效应的蛋白。变构蛋白（别构蛋白）：表现变构效应的蛋白。变构效应：一种小分子化合物与一种蛋白质分子之间发变构效应：一种小分子化合物与一种蛋白质分子之间发生可逆的相互作用，使这种蛋白质的构象发生改变从生可逆的相互作用，使这种蛋白质的构象发生改变从而改变这种蛋白质与第三种分子的相互作用。而改

47、变这种蛋白质与第三种分子的相互作用。变构调节的共同特征变构调节的共同特征、变构效应的调节机制变构效应的调节机制、返回返回变构效应的共同特征变构效应的共同特征 参与调节酶活性的变构因子是一类能和变构蛋白质参与调节酶活性的变构因子是一类能和变构蛋白质分子中某一结构互补结合的分子，又称为调节性分子分子中某一结构互补结合的分子，又称为调节性分子或效应物。或效应物。变构酶的动力学曲线不是双曲线，而是变构酶的动力学曲线不是双曲线，而是S形曲线。形曲线。返回返回Rs酶与配基结合达酶与配基结合达90%饱和度时的配基浓度饱和度时的配基浓度酶与配基结合达酶与配基结合达10%饱和度时的配基浓度饱和度时的配基浓度米氏

48、酶：米氏酶：Rs=81；具正协同效应的酶：；具正协同效应的酶：Rs81。效应物与调节性酶的结合和底物与酶的结合是可以效应物与调节性酶的结合和底物与酶的结合是可以被区分的。因为别构中心和结合中心位于不同位置。被区分的。因为别构中心和结合中心位于不同位置。变构效应的调节机制变构效应的调节机制 具有一个以上的结合部位：底物结合部位、别构部具有一个以上的结合部位：底物结合部位、别构部位。位。主要部位和副部位可同时被占据。主要部位和副部位可同时被占据。副部位作用不一定是专一性的，可以结合不同的物副部位作用不一定是专一性的，可以结合不同的物质产生不同的效应。质产生不同的效应。副部位上的结合可能引起蛋白质分

49、子构象的变化，副部位上的结合可能引起蛋白质分子构象的变化，从而影响主要活性部位的催化活性。从而影响主要活性部位的催化活性。变构部位构成反馈控制的基础，这种反馈控制机制变构部位构成反馈控制的基础，这种反馈控制机制是调节代谢活动的有效方法。是调节代谢活动的有效方法。返回返回2、调节机制的多样性、调节机制的多样性 目前已知酶中约有目前已知酶中约有1/3是别构酶，并在代谢上起重要是别构酶，并在代谢上起重要作用。作用。细菌细胞中的主要代谢调节机制。细菌细胞中的主要代谢调节机制。各种微生物合成同一化合物的合成途径从生化观点各种微生物合成同一化合物的合成途径从生化观点来看都是一样的。但同一途径在不同生物中可

50、能受到来看都是一样的。但同一途径在不同生物中可能受到代谢调节作用的方式明显不同，这种调节作用往往具代谢调节作用的方式明显不同，这种调节作用往往具有族特异性，大体上可反映微生物进化关系。有族特异性，大体上可反映微生物进化关系。各种微生物分解同一化合物的途径从生化观点来看各种微生物分解同一化合物的途径从生化观点来看也是一样的。但代谢方式不同，呈现族特异性。也是一样的。但代谢方式不同，呈现族特异性。分支途径中关键的反馈调节作用分支途径中关键的反馈调节作用。返回返回分支途径中某关键的反馈调节作用分支途径中某关键的反馈调节作用返回返回3、调节酶类性质的理论解释、调节酶类性质的理论解释 一般调节性酶都是由