酶催化的仰制作用导论

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：酶促反应是一个复杂的化学反应，有的化学物质能对它起促进作用，但也有许多物质可以减弱、抑制甚至破坏酶的作用，后者称为酶的抑制剂，由于抑制而引起的作用称为抑制作用。例如，某些磷化合物对胆碱酯酶的作用和氰化物对黄素酶的作用等。例如，杀虫剂和消毒防腐剂的应用就是由于它们对昆虫和微生物酶的抑制作用。这种抑制作用有特异性，但因变性作用而引起的抑制作用无特异性。

按照米氏理论，酶促反应底物浓度的增加是有一个极限的。当底物浓度过高时反应速度又重新下降，这是高浓度底物对反应起了抑制作用。其原因有如下几点：

（1）酶促反应是在水溶液中进行的，水在反应中有利于分子的扩散和运动。当底物浓度过高时就使水的有效浓度降低，使反应速度下降；

（2）过量的底物与酶的激活剂（如某些金属离子）结合，降低了激活剂的有效浓度而使反应速度下降；

（3）一定的底物与酶分子中一定的活性部位结合，并形成不稳定的中间产物。过量的底物分子聚集在酶分子上就可能生成无活性的中间产物，因此，这个中间产物不能再分解为反应产物。其反应式如下：

式中 nS——过量的底物分子；

ES_{1 +}_n——无活性的中间产物。

酶促反应是一个复杂的化学反应，有的化学物质能对它起促进作用，但也有许多物质可以减弱、抑制甚至破坏酶的作用，后者称为酶的抑制剂，由于抑制而引起的作用称为抑制作用。

酶的抑制剂有多种：重金属离子（如Ag⁺、Hg^{2 +}、Cu^{2 +}等）、一氧化碳、硫化氢、氰氢酸、氟化物、有机阳离子（如生物碱、染料等）、碘代乙酸、对氯汞苯甲酸、二异丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸以及表面活性剂等。

有的抑制作用可通过加入其他物质或用其他方法解除，使酶活力恢复，这种抑制称为可逆性抑制。例如，抗坏血酸（维生素C）对于酵母蔗糖酶有较强的抑制作用，但加入半胱氨酸后这种抑制即解除。相反，有的抑制作用不能因加入某种物质或其他方法而解除，这种抑制称为不可逆抑制。例如，某些磷化合物对胆碱酯酶的作用和氰化物对黄素酶的作用等。

研究抑制作用的机制无论在理论上还是在实践上都有重要意义。某些物质使生物体引起中毒现象，往往是由于酶或酶系被损害。例如，杀虫剂和消毒防腐剂的应用就是由于它们对昆虫和微生物酶的抑制作用。同时，这个研究还有助于阐明酶的催化本质和机制。因为，抑制作用可以是由于某种抑制剂与酶的活性部位结合，阻碍了中间产物的形成或分解，或由于酶的变性作用等所造成。这种抑制作用有特异性，但因变性作用而引起的抑制作用无特异性。现就对酶的活性有特异性抑制的抑制剂讨论如下。

根据抑制剂与酶结合的情况，又可以分为竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制和混合抑制等。

（一）酶的竞争性抑制（competitive inhibition）

抑制剂同底物对酶分子的竞相结合而引起的抑制作用称为竞争性抑制。其抑制强度取决于抑制剂和底物对酶分子的亲和力，如图5-11所示。

这种抑制作用，有两个生化反应竞相进行：

其中：I为抑制剂，[EI]为抑制剂与酶结合的无活性中间产物，K_i为E I的解离常数，[E₀]为酶的总浓度。根据质量作用定律：

图5-11 竞争性抑制

解出[ES]并消去[EI]

由于v_i=K[ES]（实际反应速度），而无抑制时的最大速度V_m与[E₀]成比例。

因此：

或

由式（5-37）与米氏方程式比较，式（5-37）仅多出。因此，在竞争性抑制中K_m值增加了。