华东理工大学：《酶工程》课程教学资源（教案讲义）酶工程讲义 Enzyme Engineering（共六章）

华东理工大学 《酶工程》讲义 共价催化:底物与酶以共价方式形成中间物。这种中间物可以很快转变为活化能大为降 低的转变态,从而提高催化反应速度。 共价催化的常见形式是酶的催化基团中亲核原子对底物的亲电子原子的攻击类似亲核 试剂与亲电子试剂 亲电试剂:一种试剂具有强烈亲和电子的原子中心。带正电离子如Mg2,NH4是亲电子 的,含有一C=0及C=N-基团的化合物也是亲电子的,其中的0及N都有吸引电子的倾向,因 而使得邻近的C原子缺乏电子。它发挥催化作用的步骤是从底物移去电子。 亲核试剂就是一种试剂具有强烈供给电子的原子中心。它发挥催化作用是由于它能供给 底物一对电子。 ③邻近效应及定向效应 所谓邻近效应就是底物的反应基团与酶的催化基团越靠近,其反应速度越快。 ④变形或张力 ⑤酶的活性中心为疏水区域 第二节藤作为催化剂的显著特点 、催化能力 二、专一性 1.对所作用的底物和催化的反应都是高度专一性 2.催化反应的立体专一性 3.调节性:①酶浓度的调节;②激素调节:③共价修饰调节;④限制性蛋白水解 作用与酶活力调控;⑥反馈调节:⑦金属离子和其他小分子化合物的调节 第三节酶作用动力学 单底物酶促反应动力学( Michaelis- Menten学说) 酶和底物的作用是通过酶和底物生成复合物而进行的。底物浓度较低时,酶的活性中 未被饱和,反应速度随底物浓度上升而呈正相关。当底物浓度较高,酶的活性中心被饱和或 趋于饱和时,反应速度增加率较小或不再增加。因为酶-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。 二、恒态假设 在初速度范围内,酶浓度远远低于底物浓度,则酶-底物络合物浓度也很低。除了反应 和初期的瞬间,ES的变化速率相对于[P]而言可以忽略。形成的ES络合物维持恒态,即浓 度保持不变,解离的速度与形成的速度相同。 三、 King-Altman法 中间络合物超过两个以上时用此图解法,简便可靠。 要求将反应写成循环形式,使所有的含酶种类(包括E在内)互相转变展示出来,每步 都用K表示,K是这步速度常数和有关游离底物浓度的乘积,如不涉及底物,那么只有速度 常数,所以上式最后推导成 A,kskLAXsJCE k(k2+k-1)+k 般来讲,这个方法大体包含下列几步: 第一,写出其反应历程的方程式,将品种不同的酶存在形成( Enzyme Specles)安排成 封闭的几何图形,每一种酶存在形式作为几何图形的一角 第二,写出n-1线的所有可能的图形,n为几何图形的角数(即酶存在形式的数目), 它的n1线图形的总数应为:m!/(n-1)!/(m-n+1)!式中m为完整的几何图形的线段数目。注 意当反应历程构成的基本图形包含有不止一个封闭圈时,在写出n-1线图形时,必须把这些 含有各种各样的封闭圈的图形除去。 第三,按照King- Altman图形可以写出每种酶存在形式的浓度和总酶浓度的比例,它们

华东理工大学 《酶工程》讲义 6 共价催化：底物与酶以共价方式形成中间物。这种中间物可以很快转变为活化能大为降 低的转变态，从而提高催化反应速度。 共价催化的常见形式是酶的催化基团中亲核原子对底物的亲电子原子的攻击类似亲核 试剂与亲电子试剂。 亲电试剂：一种试剂具有强烈亲和电子的原子中心。带正电离子如 Mg2+,NH3 4+是亲电子 的，含有-C=O 及-C=N-基团的化合物也是亲电子的，其中的 O 及 N 都有吸引电子的倾向，因 而使得邻近的 C 原子缺乏电子。它发挥催化作用的步骤是从底物移去电子。 亲核试剂就是一种试剂具有强烈供给电子的原子中心。它发挥催化作用是由于它能供给 底物一对电子。 ③ 邻近效应及定向效应 所谓邻近效应就是底物的反应基团与酶的催化基团越靠近，其反应速度越快。 ④ 变形或张力 ⑤ 酶的活性中心为疏水区域 第二节 酶作为催化剂的显著特点 一、催化能力 二、专一性 ⒈ 对所作用的底物和催化的反应都是高度专一性 ⒉ 催化反应的立体专一性 ⒊ 调节性：① 酶浓度的调节；② 激素调节；③ 共价修饰调节；④ 限制性蛋白水解 作用与酶活力调控；⑥ 反馈调节；⑦ 金属离子和其他小分子化合物的调节。 第三节 酶作用动力学 一、单底物酶促反应动力学（Michaelis-Menten 学说） 酶和底物的作用是通过酶和底物生成复合物而进行的。底物浓度较低时，酶的活性中心 未被饱和，反应速度随底物浓度上升而呈正相关。当底物浓度较高，酶的活性中心被饱和或 趋于饱和时，反应速度增加率较小或不再增加。因为酶-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。 二、恒态假设 在初速度范围内，酶浓度远远低于底物浓度，则酶-底物络合物浓度也很低。除了反应 和初期的瞬间，ES 的变化速率相对于[P]而言可以忽略。形成的 ES 络合物维持恒态，即浓 度保持不变，解离的速度与形成的速度相同。 三、King-Altman 法 中间络合物超过两个以上时用此图解法，简便可靠。 要求将反应写成循环形式，使所有的含酶种类（包括 E 在内）互相转变展示出来，每步 都用К表示，К是这步速度常数和有关游离底物浓度的乘积，如不涉及底物，那么只有速度 常数，所以上式最后推导成： 一般来讲，这个方法大体包含下列几步： 第一，写出其反应历程的方程式，将品种不同的酶存在形成（Enzyme Specles）安排成 封闭的几何图形，每一种酶存在形式作为几何图形的一角。 第二，写出 n-1 线的所有可能的图形，n 为几何图形的角数（即酶存在形式的数目）， 它的 n-1 线图形的总数应为：m!/(n-1)!/(m-n+1)!式中 m 为完整的几何图形的线段数目。注 意当反应历程构成的基本图形包含有不止一个封闭圈时，在写出 n-1 线图形时，必须把这些 含有各种各样的封闭圈的图形除去。 第三，按照 King-Altman 图形可以写出每种酶存在形式的浓度和总酶浓度的比例，它们

华东理工大学 《酶工程》讲义 具有基本上相似的表达式 Ex/Et=若干项的加和/相同的分母 分子的每一项都由一个King- Altman图形构成,对于某一种特定的酶的存在形式,它的 分子的每一项可以由King- Altman图形中每一根线所表示的由其他酶形式转变为这种形式 的速度常数,或速度常数与配基浓度彼此相乘而得到。 第四节影响反应速度的因素 酶浓度对反应速度的影响 在酶反应中,如果底物浓度足以使酶饱和,则反应速度与酶浓度成正比。由米氏方程推 导:v=V[S]/(Km+[S])又V=K2[E]所以v=K2[S]/(Km+[S])*[E] 当[S]维持不变时,v正比于[E]。这里使用的酶必须是纯酶制剂或不含抑制剂的粗酶制 剂。 二、P对酶反应速度的影响 大部分酶的活性受其环境p的影响,有最适pH。 用酶活对p作图,可得到钟罩形的曲线。酶的最适p目前还只能用实验方法测得,随 底物的浓度,温度和其它条件的变化而变化。PH对酶活的影响主要表现在以下几个方面: 1.pH的改变可以破坏酶的空间构象,引起酶活的丧失。这种失活作用或者是可逆的 或者是不可逆的 2.PH的改变影响酶活性中心催化基团的解离,从而使得底物转变成产物的过程受到影 3.PH的改变影响活性中心结合基团的解离状态,使得底物不能与其结合。 4.P的改变影响底物的解离状态,或者使底物不能和酶结合,或者结合后不能生成产 PH可以对游离酶或酶-底物复合物产生一定的效应,从而导致对酶反应的速度产生显著 的影响,其机理相当复杂 三、温度对醇反应速度的影响 当温度升高时,与一般的化学反应一样,反应速度加快。随着温度升高而使酶蛋白逐步 变性,反应速度随之下降。酶反应存在着一个最适温度,反应速度对温度作图,所得曲线为 钟罩形,顶点为最适温度,它受到作用时间、酶的浓度、底物、激活剂或抑制剂等因素的影 响。在变性温度以内,温度对酶催化反应速度的影响也服从 Arrhenius方程。温度每增加 10℃,酶催化反应的速度增加1-2倍。 四、抑制剂对酶反应速度的影响 第五节釀抑制作用的概念和分类 、概念 能降低酶催化反应速度的因素很多,通常将其分为失活作用和抑制剂作用两类 1.失活作用是指由于一些物理因素和化学试剂部分或全部破坏了酶的三维结构,即引 起酶蛋白变性,导致部分或全部丧失活性。 2.抑制作用是指在酶不变性的情况下,由于必需基团或活性中心化学性质的改变而引 起的酶活性的降低或丧失 3.去激活作用,某些酶只有在金属离子存在下才有活性,去除金属离子也会引起这些 酶活性的降低或丧失。抑制剂分子的全部或一部分通过非共价见键或共价键和酶结合,直接 影响酶的催化作用。去激活作用通过去除金属离子而间接地影响酶的活性。当金属离子去除 后,底物与酶的结合减少,实际上是降低了底物的有效浓度 4.阻遏作用指某些因素(如激素或药物等)使细胞内酶蛋白的合成减少,反应速度的 降低是由于酶分子数量的减少,每分子酶的催化效力并无变化,而抑制作用是指一定量酶分

华东理工大学 《酶工程》讲义 7 具有基本上相似的表达式： Ex/Et=若干项的加和/相同的分母 分子的每一项都由一个 King-Altman 图形构成，对于某一种特定的酶的存在形式，它的 分子的每一项可以由 King-Altman 图形中每一根线所表示的由其他酶形式转变为这种形式 的速度常数，或速度常数与配基浓度彼此相乘而得到。 第四节 影响反应速度的因素 一、酶浓度对反应速度的影响 在酶反应中，如果底物浓度足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。由米氏方程推 导：v=V[S]/(Km+[S])又 V=K2[E]所以 v=K2[S]/(Km+[S])*[E] 当[S]维持不变时，v 正比于[E]。这里使用的酶必须是纯酶制剂或不含抑制剂的粗酶制 剂。 二、PH 对酶反应速度的影响 大部分酶的活性受其环境 pH 的影响，有最适 pH。 用酶活对 pH 作图，可得到钟罩形的曲线。酶的最适 pH 目前还只能用实验方法测得，随 底物的浓度，温度和其它条件的变化而变化。PH 对酶活的影响主要表现在以下几个方面： ⒈ pH 的改变可以破坏酶的空间构象，引起酶活的丧失。这种失活作用或者是可逆的， 或者是不可逆的。 ⒉ PH 的改变影响酶活性中心催化基团的解离，从而使得底物转变成产物的过程受到影 响。 ⒊ PH 的改变影响活性中心结合基团的解离状态，使得底物不能与其结合。 ⒋ PH 的改变影响底物的解离状态，或者使底物不能和酶结合，或者结合后不能生成产 物。 PH 可以对游离酶或酶-底物复合物产生一定的效应，从而导致对酶反应的速度产生显著 的影响，其机理相当复杂。 三、温度对酶反应速度的影响 当温度升高时，与一般的化学反应一样，反应速度加快。随着温度升高而使酶蛋白逐步 变性，反应速度随之下降。酶反应存在着一个最适温度，反应速度对温度作图，所得曲线为 钟罩形，顶点为最适温度，它受到作用时间、酶的浓度、底物、激活剂或抑制剂等因素的影 响。在变性温度以内，温度对酶催化反应速度的影响也服从 Arrhenius 方程。温度每增加 10℃，酶催化反应的速度增加 1-2 倍。 四、抑制剂对酶反应速度的影响 第五节 酶抑制作用的概念和分类 一、概念 能降低酶催化反应速度的因素很多，通常将其分为失活作用和抑制剂作用两类。 ⒈ 失活作用是指由于一些物理因素和化学试剂部分或全部破坏了酶的三维结构，即引 起酶蛋白变性，导致部分或全部丧失活性。 ⒉ 抑制作用是指在酶不变性的情况下，由于必需基团或活性中心化学性质的改变而引 起的酶活性的降低或丧失。 ⒊ 去激活作用，某些酶只有在金属离子存在下才有活性，去除金属离子也会引起这些 酶活性的降低或丧失。抑制剂分子的全部或一部分通过非共价见键或共价键和酶结合，直接 影响酶的催化作用。去激活作用通过去除金属离子而间接地影响酶的活性。当金属离子去除 后，底物与酶的结合减少，实际上是降低了底物的有效浓度。 ⒋ 阻遏作用指某些因素（如激素或药物等）使细胞内酶蛋白的合成减少，反应速度的 降低是由于酶分子数量的减少，每分子酶的催化效力并无变化，而抑制作用是指一定量酶分

华东理工大学 《酶工程》讲义 子催化效力的减少,不涉及酶分子合成的问题 二、抑制程度的表示 一般用反应速度的变化来表示。若以不加抑制剂时的反应速度为Vo,加入抑制剂后的 反应速度为V,则酶的抑制程度有下列几种表示方法: 1.相对活力分数(残余活力分数)a=Vi/Vo 2.相对活力百分数(残余活力百分数)a%=Vi/Vo*100% 3.抑制分数,指被抑制而失去活力的分数i=1-a=1-vi/Vo 4.抑制百分数i%=(1-a)*100%=(1-Vi/Vo)*100% 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数。 抑制作用的分类 不可逆抑制作用(非专一性不可逆抑制作用:专一性不可逆抑制作用) 可逆抑制作用(竞争性抑制作用,非竞争性抑制作用,反竞争性抑制作用,混合型抑制) 四、抑制作用的定义 1.不可逆抑制作用 抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活性丧失,不能用透析,超滤或凝胶过滤 等物理方法去除抑制剂而使酶复活者,称为不可逆抑制作用。由于被抑制的酶分子受到不同 程度的修饰,故不可逆抑制也就是酶的修饰抑制 2.可逆抑制作用 抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活性的降低或丧失,能用物理的方法除去抑制剂而 使酶复活者称为可逆抑制作用。这种抑制剂又可通过两种不同的方式与酶结合而抑制酶的活 性 (1)抑制剂与酶的活性中心相结合,阻断酶分子的结合基团或催化基团,或与酶一底物中 间复合体结合,从而阻止底物形成产物。这类抑制剂在酶分子上的结合部位基本上和底物相 同或相近,故称为同位抑制剂,这种抑制作用也就叫做同位抑制作用。 (2)抑制剂和酶分子活性中心以外的部位相结合,通过酶分子空间构象的改变,从而影 响底物与酶的结合与酶的结合或酶的催化效率。由于抑制剂与酶的结合部位不同于底物的结 合部位,故这种抑制剂称为别位抑制剂。为了表示其可引起酶的变构,也可译作别构抑制剂 这类抑制作用也就叫作别构抑制作用。可引起别构作用的酶称位别构酶,别构酶大多是有 个亚基的寡聚体酶,将在下章予以详细介绍。而本章主要介绍同位抑制作用 五、可逆抑制和不可逆抑制作用的鉴别 除了根据上述透析,过滤等物理方法视其能否去除抑制剂来区别不可逆抑制和可逆抑制 作用外,还可以利用下列两种动力学方法来加鉴别 1.将不同量的酶加入含有等量底物和抑制剂的试管中,使各管的体积相等,测定酶促 反应的初速度,并用酶浓度[E对初速度V作图。当反应系统中不加抑制剂时,可得到一条 通过零点得直线(直线a)。当反应系统中有一定量的不可 逆抑制剂时,后者可抑制一定量的酶,只有当加入酶的摩尔 数超过抑制剂的摩尔数,即尚有剩余的酶分子时,才能表现 活力。而一旦具有活力后,其反应的初速度随酶量的增高程 度应和无抑制剂时一样,故[E]对V作图时得到一条原点向 右移而与直线a平行的直线b。当反应系统中含有一定量的 可逆性抑制剂时,因抑制剂的量是恒定的,对酶的抑制分数 也是恒定的,因此可得一通过零点但斜率较低的直线C。 2.一定量的抑制剂先与一定量的酶保温一定时间后 取出不同量的混合液加至等量的底物中,各管的体积也保持 围s-2不可抛制与可进律制的鉴 无制b,有不可制阳有可制

华东理工大学 《酶工程》讲义 8 子催化效力的减少，不涉及酶分子合成的问题。 二、抑制程度的表示 一般用反应速度的变化来表示。若以不加抑制剂时的反应速度为 Vo，加入抑制剂后的 反应速度为 Vi，则酶的抑制程度有下列几种表示方法： ⒈ 相对活力分数（残余活力分数）a=Vi/Vo ⒉ 相对活力百分数（残余活力百分数） a%==Vi/Vo*100% ⒊ 抑制分数，指被抑制而失去活力的分数 i=1-a=1-Vi/Vo ⒋ 抑制百分数 i%=(1-a)*100%==(1-Vi/Vo)*100% 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数。 三、抑制作用的分类 不可逆抑制作用（非专一性不可逆抑制作用；专一性不可逆抑制作用） 可逆抑制作用（竞争性抑制作用，非竞争性抑制作用，反竞争性抑制作用，混合型抑制） 四、抑制作用的定义 ⒈ 不可逆抑制作用 抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活性丧失，不能用透析，超滤或凝胶过滤 等物理方法去除抑制剂而使酶复活者，称为不可逆抑制作用。由于被抑制的酶分子受到不同 程度的修饰，故不可逆抑制也就是酶的修饰抑制。 ⒉ 可逆抑制作用： 抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活性的降低或丧失，能用物理的方法除去抑制剂而 使酶复活者称为可逆抑制作用。这种抑制剂又可通过两种不同的方式与酶结合而抑制酶的活 性。 ⑴ 抑制剂与酶的活性中心相结合，阻断酶分子的结合基团或催化基团，或与酶-底物中 间复合体结合，从而阻止底物形成产物。这类抑制剂在酶分子上的结合部位基本上和底物相 同或相近，故称为同位抑制剂，这种抑制作用也就叫做同位抑制作用。 ⑵ 抑制剂和酶分子活性中心以外的部位相结合，通过酶分子空间构象的改变，从而影 响底物与酶的结合与酶的结合或酶的催化效率。由于抑制剂与酶的结合部位不同于底物的结 合部位，故这种抑制剂称为别位抑制剂。为了表示其可引起酶的变构，也可译作别构抑制剂。 这类抑制作用也就叫作别构抑制作用。可引起别构作用的酶称位别构酶，别构酶大多是有一 个亚基的寡聚体酶，将在下章予以详细介绍。而本章主要介绍同位抑制作用。 五、可逆抑制和不可逆抑制作用的鉴别 除了根据上述透析，过滤等物理方法视其能否去除抑制剂来区别不可逆抑制和可逆抑制 作用外，还可以利用下列两种动力学方法来加鉴别。 ⒈ 将不同量的酶加入含有等量底物和抑制剂的试管中，使各管的体积相等，测定酶促 反应的初速度，并用酶浓度[E]对初速度 V 作图。当反应系统中不加抑制剂时，可得到一条 通过零点得直线（直线 a）。当反应系统中有一定量的不可 逆抑制剂时，后者可抑制一定量的酶，只有当加入酶的摩尔 数超过抑制剂的摩尔数，即尚有剩余的酶分子时，才能表现 活力。而一旦具有活力后，其反应的初速度随酶量的增高程 度应和无抑制剂时一样，故[E]对 V 作图时得到一条原点向 右移而与直线 a 平行的直线 b。当反应系统中含有一定量的 可逆性抑制剂时，因抑制剂的量是恒定的，对酶的抑制分数 也是恒定的，因此可得一通过零点但斜率较低的直线 C。 ⒉ 一定量的抑制剂先与一定量的酶保温一定时间后， 取出不同量的混合液加至等量的底物中，各管的体积也保持

华东理工大学 《酶工程》讲义 相等,测定反应的初速度,也用酶浓度[E]对反应初速度V作图(图)。如果保温混合物中不 加抑制剂,也得到一条通过零点的直线a。而当保温混合物中含有不可逆抑制剂时,后者使 一定比例的酶受抑制,相当于减少混合物中酶的浓度,即使测活的各管中加入混合物的量不 等,但其中有活性和无活性酶的比例相同,且因抑制剂不可逆,已灭活的酶不会因抑制剂的 稀释而复活,故其抑制分数不变,[E]对V的作图仍为一直线,唯其斜率较低(直线b) 但当保温混合物中含有可逆抑制剂时,抑制剂和酶在测活系统中受到同样程度的稀释,加入 混合物的体积逾大,稀释的倍数逾小,则抑制剂的浓度逾大,抑制程度也逾大,故可得到 条下弯的曲线C 第六节可逆抑制作用 竞争性抑制作用 和底物S对游离酶E的结合有竞争作用,互相排斥。已结E+S→B,g+P 1.含义:较常见而重要的可逆性抑制,指抑制剂I 合S的ES复合体不能再结合I,已结合I的EI复合体也/=Er 不能再结合S,故不可能存在IES三联复合体。可用右上的反应式表示: 当反应体系中加入I时,可破坏E和ES的平衡,使ES→E→EI,此时再增加S的浓度 又可逆转而使EI→E→ES,故再酶量恒定的条件下,反应速度与[S]和[的比值有关 2.竞争性抑制的机理 竞争性抑制剂之所以能和底物竞争与酶结合并与底物互相排斥,常常由于抑制剂与底物 在结构上有类似之处。当它与酶结合时,很可能结合在底物所结合的位点(如结合基团)上, 从而阻断了底物和酶的结合,降低酶和底物的亲和力,即Ks增大。同样,底物和酶结合后, 也可阻碍抑制剂与酶蛋白上相同的基团结合。这就是抑制剂和底物互相竞争的原因。例如丙 二酸和琥珀酸竞争而抑制琥珀酸脱氢酶,赖氨酸和精氨酸酶,都是由于抑制剂与底物结构相 似的缘故。 3.举例 某些药物或体内代谢物对酶的竞争性抑制作用 药物(抑制剂) 被抑制的酶 竞争底物 临床应用及机理 磺胺药 二氢叶酸合成酶(细菌) 苯甲酸 抗菌作用 (抑制四氢叶酸) 氨基蝶呤 二氢叶酸还原酶 二氢叶酸 抗白血病 5-氟尿嘧啶 尿嘧啶核苷磷酸化酶 尿嘧啶 抗癌作用 (5-FU) (胸腺嘧啶核苷磷酸化酶)(胸腺嘧啶) (抑制核苷酸合成) 抗通风 别嘌呤醇 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤,次黄嘌呤 (抑制尿酸生成) 6-氨基已酸 纤溶酶 赖氨酸-氨基酰 (抑制纤溶酶) 苯丙胺(麻黄素) 肾上腺素 单胺氧化酶 中枢兴奋,抗哮喘 (去甲肾上腺素) 4.过渡态的类似物作为竞争性的抑制剂 所谓过渡态底物是指底物和酶结合成中间复合体后被活化的过渡形式,一般用S*表示, 由于其能障小,和酶结合就紧密得多。如抑制剂的化学结构能类似过渡态底物,则其对酶的 亲和力就会远大于底物,从而引起酶的强烈抑制。过渡态底物的类似物,它们大多数是竞争 性抑制剂,对相应酶的Ki要比底物的Km小2-5个数量级,故其抑制效率比基态底物类似物 高得多

华东理工大学 《酶工程》讲义 9 相等，测定反应的初速度，也用酶浓度[E]对反应初速度 V 作图（图）。如果保温混合物中不 加抑制剂，也得到一条通过零点的直线 a。而当保温混合物中含有不可逆抑制剂时，后者使 一定比例的酶受抑制，相当于减少混合物中酶的浓度，即使测活的各管中加入混合物的量不 等，但其中有活性和无活性酶的比例相同，且因抑制剂不可逆，已灭活的酶不会因抑制剂的 稀释而复活，故其抑制分数不变，[E] 对 V 的作图仍为一直线，唯其斜率较低（直线 b）。 但当保温混合物中含有可逆抑制剂时，抑制剂和酶在测活系统中受到同样程度的稀释，加入 混合物的体积逾大，稀释的倍数逾小，则抑制剂的浓度逾大，抑制程度也逾大，故可得到一 条下弯的曲线 C。 第六节 可逆抑制作用 一、竞争性抑制作用 ⒈ 含义：较常见而重要的可逆性抑制，指抑制剂 I 和底物 S 对游离酶 E 的结合有竞争作用，互相排斥。已结 合 S 的 ES 复合体不能再结合 I，已结合 I 的 EI 复合体也 不能再结合 S，故不可能存在 IES 三联复合体。可用右上的反应式表示： 当反应体系中加入 I 时，可破坏 E 和 ES 的平衡，使 ES→E→EI，此时再增加 S 的浓度， 又可逆转而使 EI→E→ES，故再酶量恒定的条件下，反应速度与[S]和[I]的比值有关。 ⒉ 竞争性抑制的机理 竞争性抑制剂之所以能和底物竞争与酶结合并与底物互相排斥，常常由于抑制剂与底物 在结构上有类似之处。当它与酶结合时，很可能结合在底物所结合的位点（如结合基团）上， 从而阻断了底物和酶的结合，降低酶和底物的亲和力，即 Ks 增大。同样，底物和酶结合后， 也可阻碍抑制剂与酶蛋白上相同的基团结合。这就是抑制剂和底物互相竞争的原因。例如丙 二酸和琥珀酸竞争而抑制琥珀酸脱氢酶，赖氨酸和精氨酸酶，都是由于抑制剂与底物结构相 似的缘故。 ⒊ 举例 某些药物或体内代谢物对酶的竞争性抑制作用: 药物（抑制剂） 被抑制的酶 竞争底物 临床应用及机理 抗菌作用 磺胺药 二氢叶酸合成酶（细菌） 苯甲酸 （抑制四氢叶酸） 氨基蝶呤 二氢叶酸还原酶 二氢叶酸 抗白血病 5-氟尿嘧啶 尿嘧啶核苷磷酸化酶 尿嘧啶 抗癌作用 （5-FU） （胸腺嘧啶核苷磷酸化酶） （胸腺嘧啶） （抑制核苷酸合成） 抗通风 别嘌呤醇 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤，次黄嘌呤 （抑制尿酸生成） 止血，抗纤溶 6-氨基已酸 纤溶酶 -赖氨酸-氨基酰 （抑制纤溶酶） 肾上腺素 苯丙胺（麻黄素） 单胺氧化酶 （去甲肾上腺素） 中枢兴奋，抗哮喘 ⒋ 过渡态的类似物作为竞争性的抑制剂 所谓过渡态底物是指底物和酶结合成中间复合体后被活化的过渡形式，一般用 S*表示， 由于其能障小，和酶结合就紧密得多。如抑制剂的化学结构能类似过渡态底物，则其对酶的 亲和力就会远大于底物，从而引起酶的强烈抑制。过渡态底物的类似物，它们大多数是竞争 性抑制剂，对相应酶的 Ki 要比底物的 Km 小 2-5 个数量级，故其抑制效率比基态底物类似物 高得多

华东理工大学 《酶工程》讲义 二、反竞争性抑制 ES中间复合物结合成EIs,但EIS不能释出产物。S和E+sEES→E+P 1.概念:这类抑制剂Ⅰ不和游离酶结合,只能和 E的结合不但不排斥I,反而促进了I和E的结合,可 EIS 表示如右: 2.举例:单底物酶的反竞争性抑制作用非常罕见,如芳香基硫酸基的肼解。氰化物抑 制芳香硫酸酯酶的作用也属于反竞争性抑制。而多底物 中反竞争抑制现象非常重要,,如双底物乒乓机制中 任何一个底物的竞争性抑制剂也是另一底物的反竞争 性抑制剂。 次雪母 别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶的竞争性抑制剂,可抑制 次黄嘌呤转变成黄嘌呤及尿酸。但别嘌呤也是黄嘌呤氧 化酶的底物,可受此酶催化而变成氧嘌呤醇又称别黄嘌 呤,后者是黄嘌呤氧化酶的非竞争性抑制剂。这是别嘌 (制吧 呤醇用于治疗痛风症(血中尿酸过多,沉积于软骨、肌日对青的前制作月 腱等组织而引起关节炎的一种疾病)的原理 三、混合型抑制 1.含义:基本上和非竞争性抑制剂相似,S或I和E的结合 互不相关,ES可再接I,IE也可再接S,但Ks不等于K′s,Ki·,k1 IILN 也不等于K 2.反应速度公式及作图 1/v=Km/Vm(1+[I]/Ki)*1/[S]+1/Vm(1+[1/Ki)如左图 3.动力学特点 (1)当有I存在时,V 减小,Km可大可小,在V 和Km均减小的情况下,Vm 的减小甚于Km的减小,故 5(· Km/Vm增大。 (2)Km和Vm的改变程 度均与[I]成正比 (3)抑制分数与[成正比,与[S]成正比 (KiK′i)或反比(Ki<K′i) 四、其他可逆抑制 亡 1.部分抑制:以上讨论的都是形成死端络合 物的抑制,而这些复合物不会释放产物。假如混 合型抑制中ESI复合物也能释放产物即为部分抑 围11合性制动力学图 4“,世“:(41(43,L (为为学年建学性09),(4为学与也学作 2.底物抑制:高浓度的底物会抑制自身转化为产物 如琥珀酸脱氢酶,该反应需要底物的两个羧基同时与酶分子结合: 当底物浓度很高时,可能会产生以下情形: 所以反应不能发生,除非有一个分子解离, cut.t-D.C+CH,CH:cO 反应才能进行,底物抑制特征 0CCH“CH2CO 3产物抑制:产物对酶反应的抑制作用在 物体中较为常见,在细胞内,酶反应的产物虽然不断被另外的酶作用,但S和P总是同时存

华东理工大学 《酶工程》讲义 10 二、反竞争性抑制 ⒈ 概念：这类抑制剂 I 不和游离酶结合，只能和 ES 中间复合物结合成 EIS，但 EIS 不能释出产物。S 和 E 的结合不但不排斥 I，反而促进了 I 和 E 的结合，可 表示如右： ⒉ 举例：单底物酶的反竞争性抑制作用非常罕见，如芳香基硫酸基的肼解。氰化物抑 制芳香硫酸酯酶的作用也属于反竞争性抑制。而多底物 中反竞争抑制现象非常重要，，如双底物乒乓机制中， 任何一个底物的竞争性抑制剂也是另一底物的反竞争 性抑制剂。 别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶的竞争性抑制剂，可抑制 次黄嘌呤转变成黄嘌呤及尿酸。但别嘌呤也是黄嘌呤氧 化酶的底物，可受此酶催化而变成氧嘌呤醇又称别黄嘌 呤，后者是黄嘌呤氧化酶的非竞争性抑制剂。这是别嘌 呤醇用于治疗痛风症（血中尿酸过多，沉积于软骨、肌 腱等组织而引起关节炎的一种疾病）的原理。 三、混合型抑制 ⒈ 含义：基本上和非竞争性抑制剂相似，S 或 I 和 E 的结合 互不相关，ES 可再接 I，IE 也可再接 S，但 Ks 不等于 K′s，Ki 也不等于 K′i. ⒉ 反应速度公式及作图 1/v=Km/Vm（1+[I]/Ki）*1/[S]+1/Vm（1+[I]/ Ki） 如左图 ⒊ 动力学特点 ⑴ 当有 I 存在时，Vm 减小，Km 可大可小，在 Vm 和 Km 均减小的情况下，Vm 的减小甚于 Km 的减小，故 Km/Vm 增大。 ⑵ Km 和 Vm 的改变程 度均与[I]成正比。 ⑶ 抑制分数与[I]成正比，与[S]成正比 （Ki>K′i）或反比（Ki<K′i） 四、其他可逆抑制 ⒈ 部分抑制：以上讨论的都是形成死端络合 物的抑制，而这些复合物不会释放产物。假如混 合型抑制中 ESI 复合物也能释放产物即为部分抑 制。 ⒉ 底物抑制：高浓度的底物会抑制自身转化为产物。 如琥珀酸脱氢酶，该反应需要底物的两个羧基同时与酶分子结合： 当底物浓度很高时，可能会产生以下情形： 所以反应不能发生，除非有一个分子解离， 反应才能进行，底物抑制特征： ⒊ 产物抑制：产物对酶反应的抑制作用在 生 物体中较为常见，在细胞内，酶反应的产物虽然不断被另外的酶作用，但 S 和 P 总是同时存