食品酶学导论：多底物酶促反应动力学

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：酶的催化反应按其底物数可分为单底物和多底物的催化作用，两者反应系统的动力学规律不完全相同。所谓多底物催化是指两个或两个以上的底物参与反应，其动力学方程相当复杂，数学推导也十分烦琐。多底物酶促反应历程复杂，包括连续性机制和非连续性机制。

酶的催化反应按其底物数可分为单底物和多底物的催化作用，两者反应系统的动力学规律不完全相同。一个底物分解成两个产物，而其逆反应也可称为双底物，但是不能适用于米氏方程。

所谓多底物催化是指两个或两个以上的底物参与反应，其动力学方程相当复杂，数学推导也十分烦琐。

1963年国际生物化学联合会（IUB）酶学委员会（EC）按照底物数，规定划分为三大类酶促反应。

（1）单底物酶促反应又可分为：

单底物约占酶总数的5%

单向单底物约占酶总数的12%

假单底物约占酶总数的26%

（2）双底物酶促反应可分为：

①氧化还原酶类：

②基团转移酶类：

③三底物酶促反应：

多底物酶促反应动力学比单底物酶促反应复杂得多，为了统一和简化表示其反应历程，1967年Cleland推荐一种命名和反应历程的表示法则，有如下5条：

（1）符号表示A、B、C、D……表示酶结合的底物顺序符号；P、Q、R、S……表示形成产物的顺序符号。

（2）用E代表游离酶形式，而F、G……等代表酶的其他稳定形式。

（3）酶与底物结合或酶与产物结合形式的中间复合物有两种形式。一种是各种底物（或产物）全部与酶的活性部位结合后的中间复合体（central complex）；另一种是没有和各种底物（或产物）全部结合的中间复合体，称为非中心复合体。

例如，苹果酸脱氢酶中或是中间复合体，而E^NAD或E^NADH为非中心复合体。为区别两者，前者加括号，即用（EAB或EPQ）等代表，后者则不加括号，用EA、EB或EP、EQ等表示。

（4）动力学上有意义的底物或产物（不包括水及H⁺）的数目用Uni（单底物）、Bi（双底物）、BiBi（双底物双产物）、TerTer（三底物三产物）、QuadQuad（四底物四产物）等表示。在顺序机制中仅出现一次底物数和一次产物数；而乒乓机制，因为属于双取代反应，可出现两次底物或两次产物数。

（5）除随机机制外，酶促反应的历程用一条水平基线表示，线上向下的箭头表示与酶结合的底物，向上的箭头表示从酶释出的产物，而酶在结合底物或释出产物前后的形式则列于线下。

多底物酶促反应历程复杂，包括连续性机制和非连续性机制。(www.chuimin.cn)

1.连续性机制

连续性机制又可分为有次序机制和随机性机制两种：

（1）有次序机制（ordered mechanism）底物和产物按严格次序与酶缩合，如脱氢酶Ordered BiBi机制（图5-6）。

图5-6 有次序机制

（2）随机性机制（random BiBi机制）

如图5-7所示，当释放出产物P时，G基团有可能保留在酶分子上形成EG，这种复合物实质上为修饰过的酶。

上述有次序机制以稳定态法处理，其酶促反应速度方程式为：

图5-7 随机性机制

双倒数作图得：

或

上两式均为直线方程，其作图后形成式如图5-8（1）、图5-8（2）所示。

2.非连续性机制（乒乓机制，ping pong mechanism）

这种机制是酶一次只结合一个底物，当一个产物自酶离开后，酶再与第二个底物结合。反应过程形成四种二元复合物，而不形成三元复合物。例如转氨酶催化历程（图5-9）。

图5-8 有次序机制

图5-9 转氨酶催化历程

根据乒乓机制的反应历程及恒态学说，可推导出酶促反应速度方程为：

将分别对和作图，如图5-10（1）和图5-10（2）。

图5-10 乒乓机制