2013年公衛助理醫師考試輔導：酶促反應的動力學
發布時間：2012-10-29 共3頁
酶促反應動力學(kineticsof enzyme-catalyzed reactions)是研究酶促反應速度及其影響因素的科學。這些因素主要包括酶的濃度、底物的濃度、pH、溫度、抑制劑和激活劑等。在研究某一因素對酶促反應速度的影響時，應該維持反應中其它因素不變，而只改變要研究的因素。但必須注意，酶促反應動力學中所指明的速度是反應的初速度，因為此時反應速度與酶的濃度呈正比關系，這樣避免了反應產物以及其他因素的影響。
酶促反應動力學的研究有助于闡明酶的結構與功能的關系，也可為酶作用機理的研究提供數據；有助于尋找最有利的反應條件，以最大限度地發揮酶催化反應的高效率；有助于了解酶在代謝中的作用或某些藥物作用的機理等，因此對它的研究具有重要的理論意義和實踐意義。
一、酶濃度對反應速度的影響
在一定的溫度和pH條件下，當底物濃度大大超過酶的濃度時，酶的濃度與反應速度呈正比關系(圖2-7)
二、底物濃度對反應速度的影響在酶的濃度不變的情況下，底物濃度對反應速度影響的作用呈現矩形雙曲線(rectangular hyperbola)(圖2-8)。
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| 圖2-7 酶濃度對反應初速度的影響 | 圖2-8 底物濃度對反應初速度的影響 |
在底物濃度很低時，反應速度隨底物濃度的增加而急驟加快，兩者呈正比關系，表現為一級反應。隨著底物濃度的升高，反應速度不再呈正比例加快，反應速度增加的幅度不斷下降。如果繼續加大底物濃度，反應速度不再增加，表現為0級反應。此時，無論底物濃度增加多大，反應速度也不再增加，說明酶已被底物所飽和。所有的酶都有飽和現象，只是達到飽和時所需底物濃度各不相同而已。
(一)米曼氏方程式
解釋酶促反應中底物濃度和反應速度關系的最合理學說是中間產物學說。酶首先與底物結合生成酶椀孜鋦春銜?中間產物)，此復合物再分解為產物和游離的酶。
Michaelis和Menten在前人工作的基礎上，經過大量的實驗，1913年前后提出了反應速度和底物濃度關系的數學方程式，即著名的米椔戲匠淌?michaelismenten equation)．
V=Vmax[S]/Km+[S]
Vmax指該酶促反應的最大速度，[S]為底物濃度，Km是米氏常數，V是在某一底物濃度時相應的反應速度。當底物濃度很低時，[S]《Km,則V≌Vmax/Km[S]，反應速度與底物濃度呈正比。當底物濃度很高時，[S]》Km，此時V≌Vmax，反應速度達最大速度，底物濃度再增高也不影響反應速度(圖2-9)。
圖2-9 酶與不同濃度的底物相互作用模式
(二)米－曼氏方程式的推導
米－曼氏方程式提出后又經riggs和Haldane的充實和發展，經補充和發展的米－曼氏方程工推導如下：
(1)
式中K1、K2、K3、K4分別為各向反應的速度常數。
從式(1)中知，ES的生成途徑來自E+S和E+P，但其中E+P生成ES的速度極小(尤其在起始階段，P的生成很少)，可以忽略不計，又因為底物濃度大大超過酶的濃度，[S]》[E]，中間產物ES中的S濃度可以忽略不計，因此，ES的生成速度為：
| d[ES] | ＝ | K1([Et]-[ES])·[S] | (2) |
| dt |
其中［Et］-［ES］為游離酶的濃度，ES的分解速度為：
| - | [ES] | = | K2[ES]+K3[ES]=(K2+K3)[ES] | (3) |
| dt |
當反應體系處于穩態時，ES生成和分解的速度相等，即
K1(［Et］-［ES］)·[S]=(K2+K3)［ES］
| K2+K3 | = | [Et]-[ES] | ·[S] |
| K1 | [ES] |
令K2+K3／K1=Km 則 Km=［Et］-［ES］／［ES］·[S]
［ES］=[Et][S]/Km+[S] (4)
由于反應速度取決于產物P的生成量，故
V=K3［ES (5)
在酶促反應達最大速度時，所有的酶分子都已與底物結合形成中間產物，此時
［Et］=［ES］ (6)
那么 Vmax=K3［Et］ (7)
在(4)式兩邊乘以K3得：
K3·［ES］=K3·［Et］[S]／Km+[S] 以(5)和(7)式代入，即：
V=Vmax[S]／Km+[S]
(三)米氏常數的意義
當反應速度為最大速度一半時，米氏方程可以變換如下：
½Vmax=Vmax[S]／Km+[S]
進一步整理可得到：
Km=[S]
可知，Km值等于酶反應速度為最大速度一半時的底物濃度。
因為Km=K2+K3／K1，當K2》K3，即ES解離成E和S的速度大大超過分離成E和P的速度時，K3可以忽略不計，此時Km值近似于ES解離常數KS，此時Km值可用來表示酶對底物的親和力。
Km=K2/K1=[E][S]/［ES］=KS
Km值愈大，酶與底物的親和力愈小；Km值愈小，酶與底物親和力愈大。酶與底物親和力大，表示不需要很高的底物濃度，便可容易地達到最大反應速度。但是KS值并非在所有酶促反應中都遠小于K2，所以Ks值(又稱酶促反應的底物常數)和Km值的涵義不同，不能互相代替使用。
Km值是酶的特征性常數，只與酶的性質，酶所催化的底物和酶促反應條件(如溫度、pH、有無抑制劑等)有關，與酶的濃度無關。酶的種類不同，Km值不同，同一種酶與不同底物作用時，Km值也不同。各種酶的Km值范圍很廣，大致在10-1～10-6M之間。
當K3不遠遠小于K2和K1時，Km表示整個反應的化學平衡的常數。
