第七章 化学物质与酶的相互作用
酶在化学生物学中的作用分析
酶在化学生物学中的作用分析在生命体系中，酶是化学反应的催化剂，能够提高反应速率，同时减少能耗。
在典型的生物过程中，酶的作用至关重要。
比如，生物体内的新陈代谢反应，从呼吸到消化，均需酶的参与，才能发挥其生物学功能。
因此，酶在生物学中扮演着至关重要的角色。
酶的化学性质酶是大分子蛋白质，具有复杂的三维构造。
分子中有一定数量的部分是氨基酸，它们以特殊的方式排列在一起。
这些氨基酸形成酶的固定结构，也决定了酶的催化效率和选择性。
此外，酶的活性部位，是由氨基酸在三维结构中特定的空间位置所组成的。
酶的催化机理酶的催化过程与一个机制相关，它能够降低反应的激活能，并加速化学反应。
在生物体系中，酶能够与底物结合，形成物质复合体并改变反应的能量图谱，从而实现催化作用。
这个反应机制可以通过下列几种形式进行实现：1. 酸碱催化：在生命体系中，一些酶能够释放出酸或碱，从而降低或提高特定反应的pH值，使反应能够继续进行或速度变快。
2. 亲合性筛选：特定的酶和底物之间会发生“手套-钥匙”效应，使酶只接受符合特定形状的底物并通过更特殊的场景实现催化效果。
3. 转移催化：一些酶能够分离某个固定的化合物，插入它到底物的结构中，改变其空间状态，从而将底物形状进行调整，使其更适合特定反应的发生。
酶的应用随着生物制造技术的不断发展，酶已经成为许多应用场景的核心。
在生物科学、医学和工业上，酶均发挥了巨大的价值。
1. 生物医学：酶在人类使用方面有巨大的潜力。
例如，某些酶能够帮助人体分解某些病原体，对于疾病的诊断和治疗都有可能产生深刻的影响。
2. 生物技术：现代生物制造技术能够利用酶在发酵过程中发挥出来的复杂功能，以及酶治疗中的应用场景。
这些技术的研究还有助于开拓新的生物制造和医学场景。
总结通过对生物学中的酶进行分析，酶的化学和生物学特性已经得到了更为深入的了解。
酶在生物学中的作用是至关重要的，这在许多领域都能见到其深刻的影响。
未来，酶将继续成为生物制造和医学的重要核心元素，为人们的健康和生产领域带来更多的贡献。
酶与酶及底物之间的相互作用
酶与酶及底物之间的相互作用酶与酶及底物之间的相互作用1. 什么是酶和底物？•酶是一种特殊的蛋白质，它在生物体内起着催化化学反应的作用。
•底物是酶作用的对象，它可以是有机物、无机物或其他生物分子。
2. 酶与底物的结合方式酶与底物之间的相互作用可以通过以下几种方式进行：A. 酶与底物的亲和性•酶与底物之间存在一定的亲和性，即酶对于特定的底物具有较高的结合能力。
•酶通过与底物形成酶-底物复合物，从而使化学反应速率增加。
B. 酶与底物的结构匹配•酶的活性部位与底物的结构具有一定的匹配性。
•酶通过结构识别，将匹配的底物与自身结合，形成酶-底物复合物。
C. 酶与底物的氢键和离子键相互作用•酶与底物之间可以通过氢键和离子键进行相互作用。
•这种相互作用可以增强酶与底物的结合力，促使化学反应的进行。
3. 酶底物复合物的形成酶与底物的相互作用过程可以概括为以下几个步骤：A. 识别和结合•酶通过与底物结构的匹配和氢键、离子键的相互作用，识别并结合特定的底物分子。
B. 酶底物复合物的稳定化•酶与底物结合后，酶底物复合物将会形成，并通过氢键、离子键等相互作用稳定下来。
C. 化学反应•在酶底物复合物的稳定状态下，化学反应会以较快的速率进行。
D. 产物释放•化学反应完成后，产物会从酶底物复合物中释放出来，酶则可以再次参与其他底物的反应。
4. 酶与底物的特异性酶与底物之间的相互作用具有一定的特异性：•酶对于特定的底物具有较高的亲和性和特异性。
•不同的酶对于不同的底物具有不同的催化活性。
结论酶与酶及底物之间的相互作用是生物化学反应中不可或缺的一环，通过亲和性、结构匹配和氢键、离子键的相互作用，酶能够高效催化底物的化学反应。
酶底物复合物的形成是一个多步骤的过程，经过识别和结合、复合物的稳定化、化学反应和产物释放等步骤，底物被转化为产物。
酶与底物之间的相互作用具有特异性，这为生物体内的代谢途径和信号传导提供了基础。
5. 酶与底物相互作用的重要性酶与底物之间的相互作用对于生物体的正常功能和代谢过程至关重要：•酶催化反应可以加速底物的转化速率，使生化反应在体内迅速进行。
酶的功能和作用原理
酶的功能和作用原理
酶是一种具有催化作用的蛋白质，主要功能是促进化学反应的进行。
酶通过降低活化能，加速化学反应达到平衡，并在反应结束后恢复其自身的结构。
酶的作用原理是通过与底物结合形成酶底物复合物，使底物分子发生构象变化，从而降低反应所需能量。
酶的作用方式一般分为两种：酶与底物的物理接触以及酶与底物的酶底物复合物的形成。
在物理接触过程中，酶的活性部位与底物直接相互作用，通过吸附分子、调整分子构型、催化化学反应等方式来促进反应进行。
而在酶底物复合物形成的过程中，酶通过与底物的非共价相互作用力，如氢键、电荷相互作用、范德华力等，与底物结合形成稳定的复合物，从而降低活化能并促进反应。
此外，酶还具有高度的专一性，即酶对于特定的底物具有高选择性。
这是由于酶的活性部位在结构上与特定底物相互适应，形成互锁的结构，只能与特定底物匹配。
这种专一性使得酶能有效地催化特定的化学反应，并避免对其他无关的分子产生催化作用。
总之，酶通过与底物相互作用来降低活化能，加速化学反应的进行。
酶的作用原理主要通过物理接触和酶底物复合物的形成来实现，并具有高度的专一性。
这些特点使酶成为生物体内调节代谢过程、维持生命活动正常进行的重要因素。
第七章有机介质中的酶反应
相同条件下纯水的蒸气压之比。该参数直接反应酶分子上 水分的多少，与体系中水含量及所用溶剂无关。
含义：水在体系中的固相（酶，载体），液相（含底物
的溶剂）和气相（液面上部的空间）之间进行分配，达到 平衡时各相水活度相等。
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溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
例：
当枯草杆菌蛋白酶从含有竞争性抑制剂（N-Ac-Tyr-NH2） 的水溶液中冻干出来后，再将抑制剂除去，该酶在辛烷中催 化酯化反应的速度比不含抑制剂的水溶液中冻干出来的酶高 100倍，但这样处理的酶在水溶液中其活性与未处理的酶相 同。
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第二节 有机介质中酶促反应的条件
酶分子只有在空间构象完整的状态下，才具有 催化功能。在无水的条件下，酶的空间构象被 破坏，酶将变性失活。故此，酶分子需要一层 水化层，以维持其完整的空间构象－必需水 （essential water）。
太多的水会使酶积聚成团，导致疏水性底物较难进入 酶的活性部位，引起传质阻力。
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二. 酶的选择
1. 酶种类的选择
应具有对抗有机介质变性的潜在能力，在有机 介质中能保持其催化活性构象。
2．酶形式的选择
（1）酶粉：
例如：有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中转酯反应， 发现催化活性随反应体系中酶量的减少而显著增加。
2.可提高酶的稳定性
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。
应
10.可避免微生物污染。
4.可改变反应平衡移动方向
5.可控制底物专一性
6.可防止由水引起的副反应
10
三． 有机相酶反应具备条件
1． 保证必需水含量。 2． 选择合适的酶及酶形式。 3． 选择合适的溶剂及反应体系。 4． 选择最佳pH值。
化学物质的酶催化反应
化学物质的酶催化反应酶是一种生物催化剂，能够加速化学反应的进行。
在化学物质的酶催化反应中，酶与底物之间发生特定的相互作用，形成酶-底物复合物，从而降低反应的活化能，加速反应速率。
本文将介绍酶催化反应的机制以及其在生物体内的重要作用。
一、酶催化反应的机制酶催化反应中，酶与底物之间的相互作用是通过酶的活性位点实现的。
酶的活性位点是一个具有特殊结构的区域，能够与底物形成氢键、离子键、范德华力等相互作用，从而稳定酶-底物复合物的形成。
通过这种作用，酶能够调整底物的构象，使其更有利于反应的发生。
酶催化反应的机制可以分为三个步骤：底物结合、催化反应、生成产物。
首先，底物与酶的活性位点发生结合，形成酶-底物复合物。
这个过程能够通过几何构象的匹配和亲和力增强实现。
接下来，酶通过降低反应的活化能，加速反应的进行。
这个过程可以通过酶的催化中心提供必要的化学基团，形成中间过渡态，稳定过渡态的形成，从而促进反应的发生。
最后，反应达到平衡后，产物与酶解离，酶重新回到起始状态，可以继续催化其他底物的反应。
二、酶催化反应在生物体内的重要作用酶催化反应在生物体内起着至关重要的作用。
首先，酶能够在生物体内加速化学反应的速率，从而使生物体内的代谢过程更加高效。
例如，酶能够催化食物的消化过程，将复杂的大分子物质降解为更小的分子，方便吸收和利用。
此外，酶还能够催化生物合成过程，合成新的复杂分子，满足生物体的生长和发育的需要。
其次，酶催化反应还能够提高化学反应的特异性。
酶可以准确选择底物并催化其反应，不同的酶对应不同的底物，从而使得生物体内的化学反应高度特异。
这种特异性使得生物体内的代谢过程更加有序，并且防止了副反应的发生。
最后，酶催化反应还能够受到调控，从而适应生物体内不同的生理状态。
酶的催化活性可以受到其他分子的调节，例如激活剂和抑制剂。
这种调控机制使得生物体内的代谢过程能够根据需要进行灵活调整，适应不同的环境和生理条件。
三、结论化学物质的酶催化反应是生物体内重要的化学反应过程，酶通过与底物的相互作用，加速反应速率，提高反应的特异性，适应不同的生理状态，实现生物体内代谢过程的高效进行。
酶与化学反应速率
酶与化学反应速率酶是一类特殊的蛋白质分子，可以在生物体内或外催化化学反应的速率。
酶通过在反应过程中提供一个适合反应发生的环境来促进反应的进行，从而加速反应的速率。
本文将探讨酶与化学反应速率之间的关系以及酶的工作原理。
一、化学反应速率是反应物转化为产物的速度，通常以单位时间内产物的生成量为衡量标准。
酶作为生物催化剂，可以有效增加化学反应的速率，并且具有高度的选择性和效率。
酶与底物之间的相互作用是酶催化的关键。
酶的活性部位与底物结合形成酶底物复合物，这种结合可以通过多种方式发生，如亲和力、电荷相互作用和氢键等。
酶与底物结合后，酶通过调整底物的构象，使得底物更容易发生反应，并且通过降低反应活化能来加速反应速率。
二、酶的工作原理酶的活性是由其特定的空间构型所确定的。
酶分子里面通常存在一个或多个活性位点，这些活性位点可以与底物结合并催化反应。
酶的活性位点通常由氨基酸残基组成，这些氨基酸残基在酶的折叠过程中形成了特定的空间构型。
酶通过两种主要的催化机制增加化学反应的速率，分别是酶底物复合物和酶过渡态稳定化。
在酶底物复合物中，酶通过调整底物的构象使其更容易发生反应。
在酶过渡态稳定化中，酶通过与过渡态结合并降低其能垒来加速反应的进行。
酶的活性受到多种因素的影响，如温度、pH值和底物浓度等。
适宜的温度和pH值能够提供适合酶活性的环境，从而使酶能够正常发挥作用。
底物浓度的增加可以提高反应速率，但是当底物浓度达到饱和时，进一步增加底物浓度不会再增加反应速率。
三、酶与化学反应速率的应用酶的催化活性在很多生物过程中起着关键作用。
人类身体中的消化系统就是一个典型的例子。
在消化系统中，胃和小肠分泌的酶可以分解食物中的营养物质，从而使其可以被人体吸收利用。
此外，酶的应用也广泛应用于工业生产和科学研究中。
例如，在制药业中，酶被用于合成药物和生产抗生素。
在食品工业中，酶被用于发酵和提取食品原料。
在生物技术领域，酶被用于DNA合成和基因工程等领域。
生物化学大一酶知识点总结
生物化学大一酶知识点总结酶作为生物体内的催化剂，在生命体系中扮演着至关重要的角色。
了解和掌握酶的基本知识对于生物化学的学习至关重要。
本文将对大一生物化学中的酶知识点进行总结，并帮助读者全面了解酶的结构、功能以及与底物的相互作用。
以下是酶的相关知识点总结：1. 酶的定义和特性- 酶是一种生物催化剂，可以加速化学反应的速率，但在反应结束后酶本身不发生改变。
- 酶可以在更温和的条件下进行反应，促进底物分子之间的相互作用。
- 酶具有高度的反应特异性，因为其活性位点能够与特定的底物结合，而不影响其他分子。
2. 酶的分类- 酶可以根据底物的种类分为氧化酶、还原酶、水解酶、合成酶等。
- 根据反应位置，酶可分为细胞质酶、溶液中酶和膜酶等。
- 酶还可以通过命名法分类，如葡萄糖氧化酶、乳酸脱氢酶等。
3. 酶的结构- 酶通常由蛋白质组成，但也有一些例外，如核酸酶。
- 酶的结构包括原核生物酶和真核生物酶，其中原核生物酶结构较为简单。
- 酶的构象通常由原子团体组成，如氨基酸残基和辅助因子。
4. 酶的活性- 酶的活性受到环境因素的影响，如温度、pH值和底物浓度。
- 酶的最适温度和最适pH值可以通过对酶的研究和实验确定。
- 酶底物的浓度会影响酶的活性，过高或过低的底物浓度可能抑制酶的催化效果。
5. 酶的底物结合- 酶通过与底物的特异性相互作用来催化化学反应。
- 酶底物结合的过程可以通过解离常数（Km值）和最大反应速率（Vmax值）来描述。
- 酶底物复合物的形成可以通过米氏方程来表示，即v =Vmax*[S]/(Km+[S])。
6. 酶的抑制- 酶的活性可以被抑制剂所抑制，分为竞争性抑制和非竞争性抑制。
- 竞争性抑制剂与酶的底物竞争结合，降低反应速率。
- 非竞争性抑制剂通过与酶的其他部位结合而不是活性位点，影响酶的构象。
7. 酶与温度的关系- 温度是影响酶活性的重要因素，酶活性随温度的升高而增加，但超过一定温度后酶的构象可以被破坏。
化学生物学中的酶催化反应机制
化学生物学中的酶催化反应机制酶是一种重要的蛋白质，能够在生物体内加速反应速度并保持对该反应的特异性。
在生命活动中，酶作为一种催化剂，能够降低化学反应的活化能，从而促进反应的发生。
在酶催化反应中，分子间的碰撞，自由能转化、电子转移和原子重排等过程都发挥了重要作用。
下文将就酶催化反应机制进行较为细致的探讨。
酶的结构和功能酶分子在生物体内功能活性中心通常位于蛋白质的斜侧面上，形成一个特定的三维结构。
这个结构可以与所催化的底物形成短暂的复合体，从而加速反应的发生。
酶和底物结合的空间结构也可以促进底物分子的定向导入以及摆脱产物的困难，从而更加高效地完成催化作用。
酶的活性中心通常是由几个氨基酸残基组成的，这些残基正是在酶催化反应中发挥重要作用的基础。
其中最常见的催化机制是酸碱催化和亲核互变机制。
酸碱催化是指酶催化反应过程中，活性中心内的蛋白质残基通过贡献或吸收质子来改变环境的酸碱度，加速化学反应的发生。
亲核互变机制则是指活性中心中的亲核基团能够自由地进行亲核攻击，通过直接参与反应的形式来促进反应的发生。
酶催化反应机制酶催化反应过程中，常见的反应类型包括氧化还原反应、羟化反应、酯化反应、水解反应等，它们都需要通过一定的催化机制才能够发生。
以酸碱催化为例，对于酶在酸碱催化下的催化作用，具体的步骤如下：1. 底物进入酶的活性中心，并与酶结合形成底物-酶复合物。
在这个过程中，底物通常需要与酶特定的半被动性结合位点相互作用。
2. 酶中的蛋白质残基改变环境的酸碱度，使酶中的质子浓度发生变化。
这个过程可能会利用亲水残基来缩短中间底物的半衰期。
亲水残基通常是通过水分子的参与形成的，例如羟基和胺基等。
3. 在底物-酶复合物内，酸碱催化并不会直接转化底物，而是使底物更容易与亲核基团或电子激活位相互参与反应。
例如，在脂肪酸的酯化反应中，酸催化将酯极化成更强的亲核极，而在基因转录的过程中，羟基质子化则可以加速一个核苷酸与DNA复合物的裂解。
生物化学反应与酶的作用
生物化学反应与酶的作用在生物体内，各种化学反应不可避免地发生着，并且为生命的维持和正常功能的发挥发挥着关键作用。
而酶作为一类生物催化剂，能够加速和调节这些化学反应的进行，起到至关重要的作用。
1. 生物化学反应的基本概念与分类生物化学反应指的是生物体内发生的一系列化学反应，这些反应负责维持和调节生物体内的代谢和生命活动。
这些反应可以被分为两类：合成反应和分解反应。
合成反应是指通过化学合成将相对较简单的物质转化为较为复杂的物质，例如合成蛋白质和核酸等大分子化合物。
而分解反应则是相反的过程，将较为复杂的物质分解为更简单的物质，释放能量或废物。
2. 酶的基本概念与特点酶是一类具有催化活性的蛋白质，它们能够加速生物体内化学反应的进行，而自身本身并不被反应物消耗。
酶可以在化学反应中作为催化剂，降低活化能，使反应更容易发生。
酶的特点包括选择性、高效性、可调节性等。
酶对不同的底物具有特异性，只催化特定的反应。
此外，酶的催化速度非常高，在正常生理情况下能够以秒级甚至更快的速度完成反应。
另外，酶的活性可以通过调节机制进行调控，以适应生物体内不同条件下的代谢需求。
3. 酶促反应的机理酶参与的生物化学反应可以通过酶促反应的机理来解释。
酶通过与反应物结合形成酶底物复合物，然后通过降低反应物的活化能促进化学反应的进行。
在酶底物复合物中，酶与反应物之间的相互作用使得键的断裂和新键的形成变得更加容易，从而促进了化学反应的进行。
在反应结束后，酶与生成物分离，酶回归到初始状态，可以继续催化其他反应。
4. 酶的调节机制酶的活性可以通过多种方式进行调节，以适应生物体内部复杂的代谢需求。
其中，最常见的调节方式为反馈抑制和激活。
当产物过多时，产物能够与酶底物复合物相互作用，从而抑制酶的活性，以避免反应继续进行。
而当代谢物质不足时，底物或某些辅助物质则能够与酶结合，激活酶的活性，从而促进反应的进行。
此外，酶的活性还受到温度、pH值等环境因素的影响。
化学物质的电导率与酶催化反应的相互作用
化学物质的电导率与酶催化反应的相互作用对于化学物质的电导率与酶催化反应的相互作用，我们需要从理论和实验两个方面进行探讨。
电导率是电解质溶液中离子传导电流的能力，在生物化学中酶催化反应是生物体内最为重要的化学反应之一。
本文将分别从电导率的定义与测定方法、酶的催化作用以及二者之间的关系等方面进行论述。
一、电导率的定义与测定方法电导率是衡量溶液中电离物质浓度的一种指标。
电导率的定义为单位长度、单位截面积的导体中，通过单位电压时的导体电流。
测定电导率的常用方法是采用电导计进行测量。
电导计通过测量溶液中的电导能力来计算电导率。
测定时需注意仪器的校准和实验条件的控制，确保测量结果的准确性。
二、酶的催化作用酶是一种特殊的蛋白质生物催化剂，能够在生物体内加速化学反应速率而不参与反应本身。
酶的作用主要通过降低催化反应的活化能来实现。
酶与底物之间通过亲和力和酶底物复合物的形成来实现催化过程。
酶催化反应具有高效、特异性和可逆性等特点，在生物体内起着至关重要的作用。
三、电导率与酶催化反应的相互作用电导率与酶催化反应之间存在一定的相互作用。
首先，酶对溶液中电解质浓度的改变会导致电导率的变化。
酶催化反应中酶作为催化剂，参与反应的底物和产物浓度会发生变化，从而影响了溶液中电离物质的浓度，进而改变了电导率。
其次，溶液中电离物质的浓度变化也可能对酶的催化活性产生影响。
电解质浓度的变化可能改变酶的构象和空间结构，进而影响酶与底物的结合与反应速率，从而影响酶催化反应的进行。
实验上，可以利用酶的催化反应对溶液的电导率进行测定。
在酶催化反应进行的过程中，底物的浓度不断发生变化，从而导致溶液中电离物质浓度的变化。
通过测量溶液的电导率随时间的变化，可以获得酶催化反应速率的信息。
这种方法可以结合其他实验技术，如比色法、光谱法等，来对酶催化反应的过程进行细致研究。
总结起来，化学物质的电导率与酶催化反应之间存在着相互作用。
酶催化反应会引起溶液中的电导率变化，而溶液中电离物质的浓度变化也可能对酶的催化活性产生影响。
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Dixon作图法求Ki
1 Km Km 1 Km (1 )[ I ] (1 ) v V max Ki [S ] V max [S ]
非竞争性抑制剂的IC50值
• 非竞争性抑制剂的IC50值与底物浓度的关系如下：
IC 50 Ki(1 Km
) [S ]
• 根据该式，当底物浓度较高时，IC50值接近于Ki值； 当底物浓度较低时，IC50值明显低于Ki值。
教学要求
•
• • •
熟练掌握抑制作用的类型，动力学特性以 及抑制剂研究的意义； 掌握酶激活作用的类型、动力学特性； 掌握酶对化学物质的催化作用； 掌握酶制剂的类型、催化反应的介质以及 酶催化的有机合成反应类型。
化学物质与酶的相互作用
• 自然界中发现的酶已达3000多种，而且这个数目随着基因 工程和蛋白质工程方面研究的发展而大大增加。 • 酶可以直接作为药物用于医药工业，如溶菌酶可治疗各类 炎症（咽喉炎、口腔溃疡、慢性鼻炎、带状疤疹及各种刀 伤引起的发炎等），天冬酞胺酶治疗癌症，治疗血栓的尿 激酶等。
[S ] IC 50 Ki(1
) Km
• 根据该方程式，当底物浓度大于Km值时，IC50值 高于Ki值，尤其当底物浓度较高时，Ki值偏低更加 明显。
竞争性抑制剂的结构特征
• 底物类似物 • 过渡态类似物 • 其他化合物
①底物类似物
• 利用酶底物类似物作为竞争性抑制研究一 些三维结构不清楚的酶活性中心结构； • 根据底物结构设计临床药物。
• [I]一定，增加[S], 减少抑制程度；[S]一定，增加[I]，增加抑制程 度，Ki值较低时，任何给定[I]和[S]，抑制程度都较大；Km值越 低，在一定[S]、[I]下，抑制程度越小。
竞争性抑制作用的双倒数图
1 Km 1 [I ] 1 (1 ) v V max [ S ] Ki V max
返回
③其它化合物
• 有些化合物的平面结构与底物并不相似，但立 体构象十分相近，也可以成为竞争性抑制剂。
非甾体抗炎药
• 非甾体抗炎药是一类具有不同结 构类型的化合物，由于选择性地 抑制环氧合酶的活性，用作抗炎 止痛药。
• 环氧合酶抑制剂消炎痛和底物花 生四烯酸的三维结构，整个分子 的立体构象中，羧基和双键的配 置有某种相似性，因而竞争性地 与环氧合酶结合。
实例1
• α-葡糖苷酶抑制剂如阿卡波糖(acarbose)、伏格列波糖 （voglibose）和米格列醇（Miglitol）的结构与酶的低聚糖 类底物和葡萄糖糖苷类相似。 • 可与活性部位发生竞争性结合，抑制肠道内双糖分解，从 而降低餐后的高血糖。
实例2
• 黄嘌呤氧化酶可催化次黄嘌呤氧化成黄嘌呤，进而 被氧化成尿酸，黄嘌呤氧化酶抑制剂 • 别嘌呤醇治疗痛风病就是通过抑制黄嘌呤氧化酶，
在不同的固定[I]下，改变[S]并测定相应[S]下ν，如图所示
图中：有竞争性抑制剂存 在，不管[I]如何，其双倒 数图的纵截距不变，仍为 1/Vmax ,而横截距则随[I]的
增加其负值增加，如[I] 达饱 和浓度，则可使初始速度降
为零，Vmax unchanged,
Km increases
竞争性抑制作用Ki的求解
Ki ' EIS
速度方程通式
• 根据此反应历程,根据快速平衡学说或恒态学说推导， 得到其总速度方程通式如下
v V max[ S ] [I ] [I ] Ks(1 ) [ S ](1 ) Ki Ki '
V max[ S ] v [I ] [I ] Km(1 ) [ S ](1 ) Ki Ki '
• ①从双倒数图计算出表观米氏常数Kmapp，然后代入 Kmapp=Km(1+[I]/Ki)可计算出Ki。 • ②从双倒数图求得各[I]浓度下的Kmapp值对相应[I]再作 图，从再制图的纵截距可直接测得Km，从其横截距可 直接测得Ki。 • ③从不同固定[I]下所作一簇直线的斜率1/[S]对相应[I]再 制图，其纵截距为Km/Vmax, 斜率为Km/VmaxKi，横截 距即为-Ki。
反竞争性抑制作用的特点
• 反竞争性抑制程度取决于[I]、[S]、Ki和Km等。它的 抑制程度随底物浓度的增加而增加。 • 反竞争性抑制剂使酶的Km值降低，即Kmapp＜Km。 • 从这点看，反竞争性抑制剂不是一个抑制剂，而像是 一个激活剂。它之所以造成对酶促反应的抑制作用， 完全是由于它使Vmax降低而引起。所以如果[S]很小， 反应主要为一级反应，则抑制剂对Vmax的影响几乎完 全被对Km的相反影响所抵消。这时几乎看不到抑制作 用。
降低尿酸的生物合成。
返回
②过渡态类似物
• 酶催化化学反应效率高的原因在于酶能与高能态的过 渡态相结合，从而大大降低了化学反应的活化能。 • 如果对催化某一特定生物化学反应的酶的三维结构尚 不清楚，可以根据其生化反应的过程，设计合成具有 特定结构、疏水性匹配、电子和空间因素与过渡态类 似的稳定化合物，作为该酶特异的抑制剂，这无疑为 药物合理分子设计提供了另一强有力的手段。
竞争性抑制作用的特点
• —个竞争性抑制剂只增加酶—底结合的表观米氏常数 Km(Kmapp)，即抑制剂I浓度增加，Kmapp就增加；而Vmax则 保持不变。在竞争性抑制剂存在下, 要达到最大反应速度Vmax， 必须加入更高的底物浓度。如[S]＞100Km时，Vmaxi可达Vmax。
• 竞争性抑制剂对酶促反应的抑制程度，决定于[I]，[S]，Km和Ki 的大小。
塞来克西(Celebrex)
• 作为环氧合酶（COX2，炎症细胞产生的酶）的特异 性抑制剂，难以进入开口较小的COX1活性中心的通 道，故而不能对其产生抑制作用，但仍能进入口径稍 大，后段略有柔性的COX2通道，而能对COX2产生 抑制作用。
5-脂氧合酶(LOX)
• 某些竞争性抑制剂的化学结构与底物的结构没有任何关系，其 抑制作用的原理是抑制剂与一些酶活性中心的金属离子络合， 妨碍了底物的进入，从而起到抑制酶活性的目的。 • LOX的活性中心含有一个非血红素铁原子，通过Fe2+与Fe3+的 循环实现其催化功能。该酶的抑制剂（CGS-23885,A-76745） 就是通过铁的螯合而与底物竞争性地与酶活性中心结合。
• ④Dixon作图法求Ki
Dixon作图法求Ki
将竞争性抑制剂存在下的双倒数重排成1/v随[I]而变化的方程
1 Km 1 Km [I ] (1 ) v V max Ki[ S ] V max [S ]
竞争性抑制剂的IC50值
• 取决于实验所用的酶和底物浓度，当酶的浓度固定 时，IC50值与Ki、Km和底物浓度[S]呈如下关系：
• 测定IC50方法：将底物与酶的浓度保持恒定，改变 抑制剂的浓度，求出使酶活性降低50%所需的抑制 剂浓度。
一、可逆抑制作用
• 按可逆抑制剂对酶—底结合的影响不同，可分为许
多类型，它们的反应历程可用一通式表示：
Ks E + S + I Ki EI + S Ks' ES + I kp E + P
非竞争性抑制剂的结构特征
• 由于非竞争性抑制剂并非结合于酶活性中心的底物结 合位点，而是活性中心附近的某些区域或基团，不影 响酶与底物的亲和力。
• 而非竞争性抑制剂的作用部位不是十分清楚，所以， 不能根据酶的底物及酶活性中心的结构设计非竞争性 抑制剂。 • 目前所发现的一些酶的非竞争性抑制剂大多数都是随 机筛选得到的化合物。
染料木素（genistein）
• Genistein对于-葡萄糖苷酶的抑制作用就是非竞争性 抑制作用。 • 他克林(tacrine)是治疗老年痴呆症的乙酰胆碱酯酶的
非竞争性抑制剂。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、反竞争性抑制作用
• 反竞争性抑制剂I不能与 自由酶结合，而只能与 ES可逆结合生成不能分 解成产物的EIS。这一点 与竞争性抑制相反，Ki 值为∞，EIS只能解离成 ES + I，而不能解离成EI + S。
乙酰胆碱酯酶(AChE)
• AChE的羟基与酯酶的酯解部位形成共价键，其四价氮上的强 正电荷与酯酶的阴离子部位呈静电联接。酶的乙酰化很快导致 酯键断裂和胆碱的消除，乙酰化酶随即与水反应而使酶再生并 放出乙酸。
• 氨基甲酸酯杀虫剂是乙酰胆碱酯酶水解过渡态的稳定类似物， 能与乙酰胆碱酯酶结合部位紧密结合而抑制乙酰胆碱酯酶。
将该方程作双倒数处理，可得
1 km [I ] 1 1 [I ] (1 ) (1 ) v V max Ki [ S ] V max Ki '
在不同的抑制作用中，仅在于EI的解离常数Ki和EIS的解离常 数Ki’两个数值的不同，一般可分为4种类型：竞争性抑制、非 竞争性抑制、反竞争性抑制和混合性抑制作用。
• 酶也广泛应用于食品工业、化学工业、医药工业、环保工 业等，在临床检验、生物分析等领域也广泛使用。
本章主要知识点
• 化学物质（无机物质、有机物质和高分子物质） 与酶的相互作用包括化学物质对酶的抑制作用、 激活作用 • 酶对化学物质的催化作用。
第一节 化学物质对酶的抑制作用
Inhibition of enzymes by chemicals
化学物质对酶的抑制作用
酶的抑制作用：凡能降低酶促反应速度的作用。 • 通过酶抑制作用的研究，不仅对了解酶的专—性，酶活性部位的 物理和化学结构，酶的动力学性质以及酶的作用机制等； • 对了解药物和毒物作用于机体的方式及机理等也有重要意义； • 对代谢途径中酶的调节也能提供信息。 酶的抑制剂（inhibitor）：能使酶活性受抑制的物质。
非竞争性抑制作用Ki 的求解
• ①从[I]＝0和[I]为某一固定浓度所作1/对1/[S]双倒数 图的纵截距可直接测得1/Vmax和(1/Vmax)· (1+[I]/Ki)， 从而计算出Ki。