第 9章 酶促反应动力学
一,化学动力学基础
二、底物浓度对酶反应速率的影响
三、酶的抑制作用
四、温度对酶反应的影响
五,pH对酶反应的影响
六、激活剂对酶反应的影响
(kinetics of enzyme-catalyzed reaction)
研究酶促反应动力学的意义
酶促反应动力学是研究酶促反应的速率以及
影响此速率的各种因素的科学 。 在研究酶的结构
与功能的关系以及酶的作用机制时, 需要动力学
提供实验证据；为了发挥酶催化反应的高效率,
寻找最有利的反应条件；为了解酶在代谢中的作
用和某些药物的作用机制等, 都需要掌握酶促反
应速率的规律 。
二、底物浓度对酶反应 速率的影响
酶反应速率对底物浓度作图
中间复合物学说
为了解释这个现象, Henri和 Wurtz提出了
酶底物复合物学说, 该学说认为, 当酶催化反
应时, 酶首先与底物结合, 生成酶底物复合物,
然后生成产物, 并释放出酶 。 反应用下式表示,
S + E ES → P + E
酶底物中间复合物存在的证据
?电子显微镜和 X光衍射直接观察到酶与底物的复
合物。
?酶与底物结合后光谱发生变化。
?溶解度或热稳定性在加入底物后发生变化。
?分离到了酶底物复合物。
?超离心沉降过程中，可观察到酶和底物共沉降的
现象。
?平衡透析时，观察到底物浓度在半透膜两侧浓度
不相同。
酶促反应的动力学方程
(米氏方程式的推导 )
1913年, Michaelis和 Menten在前人工作的
基础上, 根据酶反应的中间复合物学说,
S + E ES P + E
并 假定 S + E ES迅速建立平衡, k值很
小, 即 ES → P + E进行缓慢, 是整个反应的限
速步骤, 在底物浓度远大于酶浓度时且在反应
初期, 逆反应可以忽略不计 。 在此, 快速平衡
法, 的前提下, 推导出了一个方程, 说明反应
速率与底物浓度之间的关系, 此方程称为米氏
方程 。
米氏方程
][ ][ SK SVv
s
m
?
?
若以 [S]为自变量,v为因变量，可以作出
双曲线，与实验测得的结果相符。
稳态理论
1925 年, Briggs 和 Haldane 提出了稳态
（ steady state） 理论, 对米氏方程做了一项很
重要的修正,
在 反应式中,
k3值不小, 后一步骤不是限速步骤 。
所谓稳态是指反应进行一段时间后, 系统
的复合物浓度由零逐渐增加到一定数值, 然后
保持不变, 即处于稳态水平, 此时 ES的解离和
分解速率之和等于 ES的形成速率,
米氏方程的推导 Ⅰ
产生 [ES]的速率
消耗 [ES]的速率
稳态时
所以
][][][ 32 ESkESk
dt
ESd ??
0][ ?
dt
ESd
][])[]([][ 1 SESEk
dt
ESd ???
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米氏方程的推导 Ⅱ
移项得
1
32
][
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k
kk
ES
SESE ????
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令,代入上式得
1
32
k
kkK
m
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mKES
SESE ???
][
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将上式中的 [ES]解出得
][
]][[][
SK
SEES
m ?
?
此 [ES]即为稳态时的复合物浓度。
米氏方程的推导 Ⅲ
因为酶反应速率与 [ES]成正比，即
所以
][3 ESkv ?
][
]][[3
SK
SEkv
m ?
?
][
]][[][
SK
SEES
m ?
?
又因为当所有的酶都与底物结合形成复合物时，
反应速率达到最大，即,代入上式得
][3 EkV m ?
][
][
SK
SVv
m
m
?
?
][
][
SK
SVv
s
m
?
?
（稳态法） （快速平衡法）
两个米氏方程的区别
这两个方程的区别就在于快速平衡法推导
的方程中米氏常数是 Ks,而稳态法推导的米氏
方程中米氏常数是 Km。
1
2
k
kKs ?
1
32
k
kkK
m
??
米氏方程的几个特点
从米氏方程中可以看出,
?当 [S]<< Km时,, 反应速率与底物
浓度成正比, 属一级反应；
?当 [S]>> Km时,, 反应速率达到
最大, 并与底物浓度无关, 属零级反应；
?当 [S] = Km时,, 所以, Km的意
义是使反应速率达到最大反应速率一半时的底
物浓度 。
m
m
K
SVv ][?
m
m V
S
SVv ??
][
][
2][2
][ mm V
S
SVv ??
米氏方程曲线
米氏常数的意义
① Km是酶的特征性常数, 其单位是浓度单位 。 在一
定的反应条件下, 对于一定的底物, Km是定值 。
② Km可以判断酶的天然底物 。 有些酶可以作用于几
个底物, 其中 Km最小的底物是天然底物 。
③ 当 k3 << k2时, Km = Ks,可以作为判断酶与底物
亲和力的指标, Km越小, 酶 与底物的亲和力越大 。
④ 根据 Km值, 可以计算出在某一底物浓度下, 反应
速率是最大反应速率的百分之多少 。
⑤ 根据细胞内酶反应正反两方面的底物浓度, 以及
两方面的 Km值, 可以推测细胞内代谢的方向 。
米氏方程 [S]与 v / Vm 的关系
][
][
SK
S
V
v
mm ?
?
][
][
SK
SVv
m
m
?
?
当 [S]=10Km时,v=0.91Vm
当 [S]=0.1Km时,v=0.091Vm
反之, 可以计算出要达到一定的最大反
应速率的分数, 需要加多少底物 。
（见 P360表 9-2）
Vm和 k3的意义
在一定的 反应条件下, Vm与酶浓度成正比 。
当 [S]>>Km时, v = Vm = k3[E],此时对底物来说
是零级反应, 对酶来说是一级反应, k3是一级反
应速率常数, k3是表示当酶被底物饱和时每秒钟
每个酶分子转换底物的分子数 （ 又称为转换数 ）,
这时的 k3又可以写成 kcat,kcat 越大, 说明酶 的
催化效率越高 。
kcat /Km的意义
Kcat /Km表示酶的催化效率, Kcat /Km越大,
催化效率越高 。, 其最大值极限是
k1,而 k1是酶与底物结合的速率常数, 此常数受
到底物在溶液中扩散速度的影响 。
32
313
kk
kk
K
k
m ?
?
作图法求 Km和 Vm值
（ Lineweaver-Burk双倒数作图法）
将米氏方程两边取倒数得
在一系列 [S]下测出相应的反应速率 v，以
对 作图，可得出 Km和 Vm值。
mm
m
VSV
K
v
1
][
11 ???
][
1
Sv
1
米氏方程的双倒数图
多底物的酶促反应动力学
（ 酶促反应按底物分子数的分类 ）
底物数 酶分类 催化反应
酶种类
占总酶
百分数
单底物
单向单底物
假单底物
异构酶
裂合酶
水解酶
A B
A B + C
A-B + H2O AOH + BH
5%
12%
26%
双底物
氧化还
原酶
转移酶
AH2 ＋ B A + BH2
A2+ + B3+ A3+ + B2+
A + BX AX + B
27%
24%
三底物 连接酶
A + B + ATP AB + ADP + Pi
A + B + ATP AB + AMP + PPi 6%
多底物反应按动力学机制分类
（ 序列反应 ）
底物的结合和产物的释放有一定的顺序,
E+A+B→EAB→EPQ→E+P+Q
产物不能在两种底物都结合之前释放 。 这
类反应又可以分为两种类型 。
有序反应
（ ordered reaction）
其中 P是 B转变的产物, Q是 A转变的产物 。
如脱氢酶的辅酶 NAD(P)+相当于 A,NAD(P)H相
当于 Q。
随机反应
（ random reaction）
如肌酸激酶催化肌酸与 ATP反应生成
磷酸肌酸和 ADP。
乒乓反应
（ ping pong reaction）
如转氨酶催化转氨反应,
氨基酸 1 ＋ 酮酸 2 —— → 酮酸 1 ＋ 氨基酸 2
三、酶的抑制作用
因酶蛋白变性而酶活力丧失称为酶的失活作
用, 而因为某种物质与酶结合使酶活力丧失称为
酶的抑制作用, 酶受抑制丧失活力时酶蛋白并没
有变性 。 能抑制酶活力的物质称为酶的抑制剂
（ inhibitor） 。
研究酶的抑制作用是研究酶的结构和功能,
酶的催化机制, 以及阐明代谢途径的基本手段,
也可以为医药设计新药物和为新农药的研制提供
理论依据 。
抑制程度的表示方法
%1 0 0)1(%1 0 0)1(%
0
??????
v
vai i
（ 1） 相对活力分数 （ 残余活力分数 ）
（ 2） 相对活力百分数 （ 残余活力百分数 ）
（ 3） 抑制分数 （ 被抑制而失去活力的分数 ）
（ 4） 抑制百分数
0v
va i?
%100%
0
??
v
va i
0
11
v
vai i????
抑制作用的类型
1,不可逆抑制作用 （ irreversible inhibition）
抑制剂与酶活性中心的基团以共价键结合,
不能用透析, 超滤, 凝胶过滤等物理方法去除 。
2,可逆抑制作用 （ reversible inhibition）
抑制剂与酶活性中心的基团以非共价键结
合, 可以用透析, 超滤, 凝胶过滤等物理方法
去除而使酶恢复活力 。
可逆抑制作用的 3种类型
（ 1） 竞争性抑制 （ competitive inhibition）
I与底物竞争与酶的活性中心结合, 二者只
能结合一个 。 竞争性抑制剂通常是底物类似物,
它可以与酶结合, 但不能被酶催化发生反应 。
竞争性抑制剂举例
可逆抑制作用的 3种类型
（ 2） 非竞争性抑制 （ noncompetitive inhibition）
I与底物可以分别与酶结合, 谁先结合都可
以, 形成 ESI三元复合物, 但 ESI中的 S不能转
变成产物 。 这类 抑制剂是与酶活性中心之外的
某个部位结合 。
竞争性与非竞争性抑制剂的
抑制机理
可逆抑制作用的 3种类型
（ 3） 反竞争性抑制剂 （ uncompetitive inhibition）
I只与 ES结合, 只有 ES能分解出产物, ESI中
的 S不能转变成产物 。 由于 I 的存在促进了 E和 S的
结合, 所以称为反竞争性抑制 。
ES + I → ESI —— → P + E + I ×
可逆抑制作用和不可逆
抑制作用的动力学鉴别
① 在反应系统中加入一定量的抑制剂, 以及
不同量的酶, 测定反应速率与酶量的关系 。 斜
率较小的直线是可逆抑制剂, 不通过原点但斜
率与对照相同的是不可逆抑制剂 。 （ 见左图 ）
可逆抑制作用和不可逆
抑制作用的动力学鉴别
② 在反应系统中加入不同量的酶及抑制剂, 作不
同抑制剂浓度下反应速率对酶量的直线 。 可逆抑制
剂得到的是一组通过原点但斜率不同的直线, 不可
逆抑制剂得到的是一组不通过原点但斜率与对照相
同的平行线 。 （ 见中, 右图 ）
一些重要的不可逆抑制剂
（ 1） 非专一性不可逆抑制剂
① 有机磷化合物
② 有机汞, 有机砷化合物
③ 重金属盐
④ 烷化试剂
⑤ 氰化物, 硫化物和 CO
⑥ 青霉素
（ 2） 专一性不可逆抑制剂
① Ks型不可逆抑制剂
② Kcat型不可逆抑制剂
有机磷化合物
很多农药是有机磷化合物，它们能抑制某些
蛋白酶及酯酶的活力，与酶分子活性部位的丝氨
酸羟基共价结合而使酶失活。这类化合物强烈地
抑制胆碱酯酶活力，使乙酰胆碱不能水解成乙酸
和胆碱，导致乙酰胆碱积累，引起神经中毒症状。
所以这类化合物又称为神经毒剂。用解磷定（碘
化醛肟甲基吡啶）或氯磷定（氯化醛肟甲基吡啶）
能把酶上的毒剂夺取下来，使酶恢复活力，达到
解毒的作用。
有机磷化合物
解磷定的解毒机理
有机汞化合物
有机汞化合物能与酶的巯基结合而使酶
失活 。 过量的半胱氨酸或还原型谷胱甘肽 能
解毒 。
有机砷化合物
有机砷化合物能与酶的巯基结合而使酶
失活 。 BAL（ 二巯基丙醇 ） 能解毒 。
重金属盐
Ag+,Cu2+,Hg2+,Pb2+,Fe3+在高浓度时
能使酶蛋白变性, 低浓度时抑制某些酶的活力 。
可用金属螯合剂 EDTA,半胱氨酸等螯合除去重
金属离子 。
烷化试剂含有一个活泼的卤素离子, 能够修
饰酶分子中的许多基团, 如巯基, 氨基, 羧基,
咪唑基及硫醚基等 。
烷化试剂
氰化物、硫化物和 CO
氰化物能与细胞色素氧化酶中的 Fe2+结合,
使酶失活不能呼吸 。 CO与血红蛋白结合阻止氧
运输 。 硫化物能与多种含金属的酶形成 较为稳
定的络合物, 使酶失活 。
糖肽转肽酶在细菌细胞壁合成中使肽聚糖
链交联 。 青霉素与糖肽转肽酶的丝氨酸羟基结
合, 使细菌细胞壁不能合成 。
青霉素
青
霉
素
的
抗
菌
机
理
Ks型不可逆抑制剂
此类抑制剂结构与底物类似, 并带有高反应
性基团, 与酶活性部位结合后, 修饰活性部位的
基团使酶失活 。 主要修饰活性部位, 其它部位也
可能修饰 。
胰蛋白酶的底物
胰蛋白酶的 Ks型抑制剂
Kcat型不可逆抑制剂
此类抑制剂不但结构与底物类似, 而且需
要经酶催化反应后才产生高反应性基团, 比 Ks
型不可逆抑制剂专一性更强 。
β -卤代 -D-丙氨酸 磷酸吡哆醛
丙氨酸消旋酶
可逆抑制剂
（ 底物的类似物 ）
合成叶酸的组分
磺胺药物竞争抑
制二氢叶酸合成
酶的活性
可逆抑制剂
（ 过渡态底物类似物 ）
过渡态底物类似物抑制力更强, 因为酶
对过渡态底物的亲和力比对底物的亲和力强
得多 。
多种酶催化反应
时的过渡态底物 过渡态底物类似物
可逆抑制剂
（ 过渡态底物类似物 ）
可逆抑制剂
（ 过渡态底物类似物 ）
四、温度对酶反应的影响
在较低温度范围内, 酶反应速率随着温度的
升高而增加, 当温度高到一定程度时, 酶开始变
性失活, 反应速率反而下降 。 所以对于酶反应来
说, 有一个最适反应温度 。 一般来说, 动物细胞
内酶的最适反应温度在 35～ 40℃, 植物细胞中的
酶可达 40～ 50℃, 也有一些生长在堆肥, 温泉中
的微生物酶的最适温度更高, 如 Taq DNA聚合酶的
最适温度可高达 70℃ 。
需要注意的是, 最适温度值不是一种酶的特
征性常数, 此值随着反应时间的延长而有所下降 。
温度对酶反应速率的影响
五,pH对酶反应的影响
酶的活力受环境 pH的影响, 存在一个最适反应
pH。 酶的最适反应 pH也不是一个特征性常数, 而是
受到底物种类和浓度, 缓冲液种类和浓度的不同而
改变 。
pH影响酶活力的原因有以下几方面,
① 过酸或过碱使酶变性失活 。
② pH偏离最适 pH不多时, 酶分子中及底物分子中各
可解离基团的解离状态发生了变化, 不利于底物与
酶的结合及催化反应 。
③ 由于酶分子可解离基团的解离状态发生了改变,
导致酶分子构象发生改变, 不利于底物与酶的结合
及催化反应 。
pH对酶反应速率的影响
4种酶的 pH-酶活性曲线
六、激活剂对酶反应的影响
有些物质与酶结合后可以提高酶活力,
这些物质称为酶的激活剂 （ activator） 或活化
剂, 它们大部分是无机离子或小分子化合物,
少数是大分子物质如蛋白质 。 作为激活剂的
金属离子有 K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Zn2+、
Fe2+ 等, 它们与酶蛋白结合后, 或稳定酶蛋白
的构象, 或参与底物的结合, 或催化反应 。
激活剂对酶反应的影响
不同的激活剂激活不同的酶, 有些激活剂
激活一种酶, 却又抑制另一种酶 。 激活剂的浓
度也对其效应有影响, 一定浓度时起激活作用,
超过这个浓度又起抑制作用 。
在机体内有许多调节酶活力的方式, 其中
抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式 。
一,化学动力学基础
二、底物浓度对酶反应速率的影响
三、酶的抑制作用
四、温度对酶反应的影响
五,pH对酶反应的影响
六、激活剂对酶反应的影响
(kinetics of enzyme-catalyzed reaction)
研究酶促反应动力学的意义
酶促反应动力学是研究酶促反应的速率以及
影响此速率的各种因素的科学 。 在研究酶的结构
与功能的关系以及酶的作用机制时, 需要动力学
提供实验证据；为了发挥酶催化反应的高效率,
寻找最有利的反应条件；为了解酶在代谢中的作
用和某些药物的作用机制等, 都需要掌握酶促反
应速率的规律 。
二、底物浓度对酶反应 速率的影响
酶反应速率对底物浓度作图
中间复合物学说
为了解释这个现象, Henri和 Wurtz提出了
酶底物复合物学说, 该学说认为, 当酶催化反
应时, 酶首先与底物结合, 生成酶底物复合物,
然后生成产物, 并释放出酶 。 反应用下式表示,
S + E ES → P + E
酶底物中间复合物存在的证据
?电子显微镜和 X光衍射直接观察到酶与底物的复
合物。
?酶与底物结合后光谱发生变化。
?溶解度或热稳定性在加入底物后发生变化。
?分离到了酶底物复合物。
?超离心沉降过程中，可观察到酶和底物共沉降的
现象。
?平衡透析时，观察到底物浓度在半透膜两侧浓度
不相同。
酶促反应的动力学方程
(米氏方程式的推导 )
1913年, Michaelis和 Menten在前人工作的
基础上, 根据酶反应的中间复合物学说,
S + E ES P + E
并 假定 S + E ES迅速建立平衡, k值很
小, 即 ES → P + E进行缓慢, 是整个反应的限
速步骤, 在底物浓度远大于酶浓度时且在反应
初期, 逆反应可以忽略不计 。 在此, 快速平衡
法, 的前提下, 推导出了一个方程, 说明反应
速率与底物浓度之间的关系, 此方程称为米氏
方程 。
米氏方程
][ ][ SK SVv
s
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?
?
若以 [S]为自变量,v为因变量，可以作出
双曲线，与实验测得的结果相符。
稳态理论
1925 年, Briggs 和 Haldane 提出了稳态
（ steady state） 理论, 对米氏方程做了一项很
重要的修正,
在 反应式中,
k3值不小, 后一步骤不是限速步骤 。
所谓稳态是指反应进行一段时间后, 系统
的复合物浓度由零逐渐增加到一定数值, 然后
保持不变, 即处于稳态水平, 此时 ES的解离和
分解速率之和等于 ES的形成速率,
米氏方程的推导 Ⅰ
产生 [ES]的速率
消耗 [ES]的速率
稳态时
所以
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移项得
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将上式中的 [ES]解出得
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此 [ES]即为稳态时的复合物浓度。
米氏方程的推导 Ⅲ
因为酶反应速率与 [ES]成正比，即
所以
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又因为当所有的酶都与底物结合形成复合物时，
反应速率达到最大，即,代入上式得
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（稳态法） （快速平衡法）
两个米氏方程的区别
这两个方程的区别就在于快速平衡法推导
的方程中米氏常数是 Ks,而稳态法推导的米氏
方程中米氏常数是 Km。
1
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米氏方程的几个特点
从米氏方程中可以看出,
?当 [S]<< Km时,, 反应速率与底物
浓度成正比, 属一级反应；
?当 [S]>> Km时,, 反应速率达到
最大, 并与底物浓度无关, 属零级反应；
?当 [S] = Km时,, 所以, Km的意
义是使反应速率达到最大反应速率一半时的底
物浓度 。
m
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K
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米氏方程曲线
米氏常数的意义
① Km是酶的特征性常数, 其单位是浓度单位 。 在一
定的反应条件下, 对于一定的底物, Km是定值 。
② Km可以判断酶的天然底物 。 有些酶可以作用于几
个底物, 其中 Km最小的底物是天然底物 。
③ 当 k3 << k2时, Km = Ks,可以作为判断酶与底物
亲和力的指标, Km越小, 酶 与底物的亲和力越大 。
④ 根据 Km值, 可以计算出在某一底物浓度下, 反应
速率是最大反应速率的百分之多少 。
⑤ 根据细胞内酶反应正反两方面的底物浓度, 以及
两方面的 Km值, 可以推测细胞内代谢的方向 。
米氏方程 [S]与 v / Vm 的关系
][
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当 [S]=10Km时,v=0.91Vm
当 [S]=0.1Km时,v=0.091Vm
反之, 可以计算出要达到一定的最大反
应速率的分数, 需要加多少底物 。
（见 P360表 9-2）
Vm和 k3的意义
在一定的 反应条件下, Vm与酶浓度成正比 。
当 [S]>>Km时, v = Vm = k3[E],此时对底物来说
是零级反应, 对酶来说是一级反应, k3是一级反
应速率常数, k3是表示当酶被底物饱和时每秒钟
每个酶分子转换底物的分子数 （ 又称为转换数 ）,
这时的 k3又可以写成 kcat,kcat 越大, 说明酶 的
催化效率越高 。
kcat /Km的意义
Kcat /Km表示酶的催化效率, Kcat /Km越大,
催化效率越高 。, 其最大值极限是
k1,而 k1是酶与底物结合的速率常数, 此常数受
到底物在溶液中扩散速度的影响 。
32
313
kk
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K
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作图法求 Km和 Vm值
（ Lineweaver-Burk双倒数作图法）
将米氏方程两边取倒数得
在一系列 [S]下测出相应的反应速率 v，以
对 作图，可得出 Km和 Vm值。
mm
m
VSV
K
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1
][
11 ???
][
1
Sv
1
米氏方程的双倒数图
多底物的酶促反应动力学
（ 酶促反应按底物分子数的分类 ）
底物数 酶分类 催化反应
酶种类
占总酶
百分数
单底物
单向单底物
假单底物
异构酶
裂合酶
水解酶
A B
A B + C
A-B + H2O AOH + BH
5%
12%
26%
双底物
氧化还
原酶
转移酶
AH2 ＋ B A + BH2
A2+ + B3+ A3+ + B2+
A + BX AX + B
27%
24%
三底物 连接酶
A + B + ATP AB + ADP + Pi
A + B + ATP AB + AMP + PPi 6%
多底物反应按动力学机制分类
（ 序列反应 ）
底物的结合和产物的释放有一定的顺序,
E+A+B→EAB→EPQ→E+P+Q
产物不能在两种底物都结合之前释放 。 这
类反应又可以分为两种类型 。
有序反应
（ ordered reaction）
其中 P是 B转变的产物, Q是 A转变的产物 。
如脱氢酶的辅酶 NAD(P)+相当于 A,NAD(P)H相
当于 Q。
随机反应
（ random reaction）
如肌酸激酶催化肌酸与 ATP反应生成
磷酸肌酸和 ADP。
乒乓反应
（ ping pong reaction）
如转氨酶催化转氨反应,
氨基酸 1 ＋ 酮酸 2 —— → 酮酸 1 ＋ 氨基酸 2
三、酶的抑制作用
因酶蛋白变性而酶活力丧失称为酶的失活作
用, 而因为某种物质与酶结合使酶活力丧失称为
酶的抑制作用, 酶受抑制丧失活力时酶蛋白并没
有变性 。 能抑制酶活力的物质称为酶的抑制剂
（ inhibitor） 。
研究酶的抑制作用是研究酶的结构和功能,
酶的催化机制, 以及阐明代谢途径的基本手段,
也可以为医药设计新药物和为新农药的研制提供
理论依据 。
抑制程度的表示方法
%1 0 0)1(%1 0 0)1(%
0
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（ 1） 相对活力分数 （ 残余活力分数 ）
（ 2） 相对活力百分数 （ 残余活力百分数 ）
（ 3） 抑制分数 （ 被抑制而失去活力的分数 ）
（ 4） 抑制百分数
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抑制作用的类型
1,不可逆抑制作用 （ irreversible inhibition）
抑制剂与酶活性中心的基团以共价键结合,
不能用透析, 超滤, 凝胶过滤等物理方法去除 。
2,可逆抑制作用 （ reversible inhibition）
抑制剂与酶活性中心的基团以非共价键结
合, 可以用透析, 超滤, 凝胶过滤等物理方法
去除而使酶恢复活力 。
可逆抑制作用的 3种类型
（ 1） 竞争性抑制 （ competitive inhibition）
I与底物竞争与酶的活性中心结合, 二者只
能结合一个 。 竞争性抑制剂通常是底物类似物,
它可以与酶结合, 但不能被酶催化发生反应 。
竞争性抑制剂举例
可逆抑制作用的 3种类型
（ 2） 非竞争性抑制 （ noncompetitive inhibition）
I与底物可以分别与酶结合, 谁先结合都可
以, 形成 ESI三元复合物, 但 ESI中的 S不能转
变成产物 。 这类 抑制剂是与酶活性中心之外的
某个部位结合 。
竞争性与非竞争性抑制剂的
抑制机理
可逆抑制作用的 3种类型
（ 3） 反竞争性抑制剂 （ uncompetitive inhibition）
I只与 ES结合, 只有 ES能分解出产物, ESI中
的 S不能转变成产物 。 由于 I 的存在促进了 E和 S的
结合, 所以称为反竞争性抑制 。
ES + I → ESI —— → P + E + I ×
可逆抑制作用和不可逆
抑制作用的动力学鉴别
① 在反应系统中加入一定量的抑制剂, 以及
不同量的酶, 测定反应速率与酶量的关系 。 斜
率较小的直线是可逆抑制剂, 不通过原点但斜
率与对照相同的是不可逆抑制剂 。 （ 见左图 ）
可逆抑制作用和不可逆
抑制作用的动力学鉴别
② 在反应系统中加入不同量的酶及抑制剂, 作不
同抑制剂浓度下反应速率对酶量的直线 。 可逆抑制
剂得到的是一组通过原点但斜率不同的直线, 不可
逆抑制剂得到的是一组不通过原点但斜率与对照相
同的平行线 。 （ 见中, 右图 ）
一些重要的不可逆抑制剂
（ 1） 非专一性不可逆抑制剂
① 有机磷化合物
② 有机汞, 有机砷化合物
③ 重金属盐
④ 烷化试剂
⑤ 氰化物, 硫化物和 CO
⑥ 青霉素
（ 2） 专一性不可逆抑制剂
① Ks型不可逆抑制剂
② Kcat型不可逆抑制剂
有机磷化合物
很多农药是有机磷化合物，它们能抑制某些
蛋白酶及酯酶的活力，与酶分子活性部位的丝氨
酸羟基共价结合而使酶失活。这类化合物强烈地
抑制胆碱酯酶活力，使乙酰胆碱不能水解成乙酸
和胆碱，导致乙酰胆碱积累，引起神经中毒症状。
所以这类化合物又称为神经毒剂。用解磷定（碘
化醛肟甲基吡啶）或氯磷定（氯化醛肟甲基吡啶）
能把酶上的毒剂夺取下来，使酶恢复活力，达到
解毒的作用。
有机磷化合物
解磷定的解毒机理
有机汞化合物
有机汞化合物能与酶的巯基结合而使酶
失活 。 过量的半胱氨酸或还原型谷胱甘肽 能
解毒 。
有机砷化合物
有机砷化合物能与酶的巯基结合而使酶
失活 。 BAL（ 二巯基丙醇 ） 能解毒 。
重金属盐
Ag+,Cu2+,Hg2+,Pb2+,Fe3+在高浓度时
能使酶蛋白变性, 低浓度时抑制某些酶的活力 。
可用金属螯合剂 EDTA,半胱氨酸等螯合除去重
金属离子 。
烷化试剂含有一个活泼的卤素离子, 能够修
饰酶分子中的许多基团, 如巯基, 氨基, 羧基,
咪唑基及硫醚基等 。
烷化试剂
氰化物、硫化物和 CO
氰化物能与细胞色素氧化酶中的 Fe2+结合,
使酶失活不能呼吸 。 CO与血红蛋白结合阻止氧
运输 。 硫化物能与多种含金属的酶形成 较为稳
定的络合物, 使酶失活 。
糖肽转肽酶在细菌细胞壁合成中使肽聚糖
链交联 。 青霉素与糖肽转肽酶的丝氨酸羟基结
合, 使细菌细胞壁不能合成 。
青霉素
青
霉
素
的
抗
菌
机
理
Ks型不可逆抑制剂
此类抑制剂结构与底物类似, 并带有高反应
性基团, 与酶活性部位结合后, 修饰活性部位的
基团使酶失活 。 主要修饰活性部位, 其它部位也
可能修饰 。
胰蛋白酶的底物
胰蛋白酶的 Ks型抑制剂
Kcat型不可逆抑制剂
此类抑制剂不但结构与底物类似, 而且需
要经酶催化反应后才产生高反应性基团, 比 Ks
型不可逆抑制剂专一性更强 。
β -卤代 -D-丙氨酸 磷酸吡哆醛
丙氨酸消旋酶
可逆抑制剂
（ 底物的类似物 ）
合成叶酸的组分
磺胺药物竞争抑
制二氢叶酸合成
酶的活性
可逆抑制剂
（ 过渡态底物类似物 ）
过渡态底物类似物抑制力更强, 因为酶
对过渡态底物的亲和力比对底物的亲和力强
得多 。
多种酶催化反应
时的过渡态底物 过渡态底物类似物
可逆抑制剂
（ 过渡态底物类似物 ）
可逆抑制剂
（ 过渡态底物类似物 ）
四、温度对酶反应的影响
在较低温度范围内, 酶反应速率随着温度的
升高而增加, 当温度高到一定程度时, 酶开始变
性失活, 反应速率反而下降 。 所以对于酶反应来
说, 有一个最适反应温度 。 一般来说, 动物细胞
内酶的最适反应温度在 35～ 40℃, 植物细胞中的
酶可达 40～ 50℃, 也有一些生长在堆肥, 温泉中
的微生物酶的最适温度更高, 如 Taq DNA聚合酶的
最适温度可高达 70℃ 。
需要注意的是, 最适温度值不是一种酶的特
征性常数, 此值随着反应时间的延长而有所下降 。
温度对酶反应速率的影响
五,pH对酶反应的影响
酶的活力受环境 pH的影响, 存在一个最适反应
pH。 酶的最适反应 pH也不是一个特征性常数, 而是
受到底物种类和浓度, 缓冲液种类和浓度的不同而
改变 。
pH影响酶活力的原因有以下几方面,
① 过酸或过碱使酶变性失活 。
② pH偏离最适 pH不多时, 酶分子中及底物分子中各
可解离基团的解离状态发生了变化, 不利于底物与
酶的结合及催化反应 。
③ 由于酶分子可解离基团的解离状态发生了改变,
导致酶分子构象发生改变, 不利于底物与酶的结合
及催化反应 。
pH对酶反应速率的影响
4种酶的 pH-酶活性曲线
六、激活剂对酶反应的影响
有些物质与酶结合后可以提高酶活力,
这些物质称为酶的激活剂 （ activator） 或活化
剂, 它们大部分是无机离子或小分子化合物,
少数是大分子物质如蛋白质 。 作为激活剂的
金属离子有 K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Zn2+、
Fe2+ 等, 它们与酶蛋白结合后, 或稳定酶蛋白
的构象, 或参与底物的结合, 或催化反应 。
激活剂对酶反应的影响
不同的激活剂激活不同的酶, 有些激活剂
激活一种酶, 却又抑制另一种酶 。 激活剂的浓
度也对其效应有影响, 一定浓度时起激活作用,
超过这个浓度又起抑制作用 。
在机体内有许多调节酶活力的方式, 其中
抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式 。
