为什么底物浓度过高会抑制反应

第三节　影响酶促反应速度的因素

酶促反应速度既受酶浓度和底物浓度的影响，也受温度、pH值、激活剂和抑制剂的影响。了解影响酶促反应速度的因素及规律，对酶含量测定、疾病的诊断和治疗等都有指导意义。

一、温度的影响

温度对酶促反应速度的影响具有双重性。在最适温度范围内，酶活性最强，酶促反应速度最大。恒温动物组织中酶的最适温度一般在37～40℃之间，人体体内最适温度接近体温。在最适温度以下，温度升高，酶促反应速度加快；当温度升高到一定范围后，酶发生变性，而催化活性降低。温度升高到60℃以上时，大多数酶开始变性；温度升高到80℃时，多数酶的变性不可逆转（图4－7）。

温度对酶促反应速度的影响在临床上具有指导意义。低温能降低酶活性，但一般不破坏酶，温度回升后，酶又恢复活性。所以酶制剂和酶检测标本（如血清、血浆等）应在冰箱中或在低温条件下（0～4℃）保存。高温灭菌就是利用了高温能使酶变性失活的这一原理。

图4－7　温度对酶促反应速度的影响

图4－8　酸碱度对酶促反应速度的影响

二、pH值的影响

一种酶在不同pH值条件下活性不同，酶促反应速度最大时的pH值称为酶的最适pH值。生物体体内大多数酶的最适pH值接近中性，但也有例外，如肝精氨酸酶的最适pH值在9．8左右，胃蛋白酶的最适pH值大约为1．8。临床上根据胃蛋白酶的最适pH值偏酸的这一特点，配制助消化的胃蛋白酶合剂时加入一定量的稀盐酸，以便使其发挥更好的疗效。

溶液的pH值高于或低于酶的最适pH值时，酶的活性降低，远离最适pH值时还会导致酶的变性失活。在测定酶的活性时，应选用适宜的缓冲液以保持酶活性的相对恒定，如图4－8所示。

三、激活剂的影响

凡是能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质均称为酶的激活剂。酶的激活剂包括无机离子和小分子有机物，如Mg^2＋、K^＋、Mn^2＋、Cl^－及胆汁酸盐等。其中，大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的，否则酶将失去催化活性，这类激活剂称为必需激活剂，如Mg^2＋是激酶的必需激活剂；有些激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性，但催化效率较低，加入激活剂后，酶的催化活性显著提高，这类激活剂称为非必需激活剂，如Cl^－是淀粉酶的激活剂。

四、抑制剂的影响

能使酶的催化活性下降或丧失而不引起酶变性的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制作用分为不可逆性抑制作用和可逆性抑制作用两类。

（一）不可逆性抑制作用

当抑制剂与酶分子以共价键相结合时能使酶失活，这类抑制剂不能用透析方法去除，此种抑制作用称为不可逆性抑制作用。在临床上可用某些药物解除这种抑制作用，以使酶恢复活性。

例如，某些重金属离子Hg^2＋、Ag^＋、Pb^2＋等可与酶分子的巯基（—SH）结合，使含巯基的酶失去活性。化学毒剂路易士气是一种含砷化合物，能抑制体内巯基酶而使人畜中毒。重金属盐引起的巯基酶中毒可用二巯基丙醇或二巯基丁二酸钠缓解。

又如，胆碱酯酶催化乙酰胆碱水解生成胆碱和乙酸。农药有机磷杀虫剂如敌百虫、敌敌畏、1059等，能专一性地与胆碱酯酶的活性中心结合，使酶失去活性，不能催化乙酰胆碱水解，导致乙酰胆碱堆积造成副交感神经兴奋，从而表现出恶心、呕吐、多汗、肌肉震颤、瞳孔缩小、惊厥等一系列中毒症状。临床上常采用解磷定治疗有机磷化合物中毒。

不可逆性抑制作用的强度与抑制剂的浓度、作用的时间有关。抑制剂浓度越高，时间越长，抑制作用越强，以至于酶的活性越难以恢复。

（二）可逆性抑制作用

当抑制剂与酶分子以非共价键相结合时能使酶活性降低或丧失，这类抑制剂可以用透析或超滤的方法去除，从而使酶活性恢复，此种抑制作用称为可逆性抑制作用。可逆性抑制作用可分成竞争性抑制和非竞争性抑制。

1．竞争性抑制

抑制剂与底物结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶与底物结合，使酶促反应速度降低，这种抑制作用称为竞争性抑制。竞争性抑制作用的强弱取决于抑制剂与底物的相对浓度。在抑制剂浓度不变的情况下，增加底物浓度能减弱抑制剂的抑制作用。

例如，磺胺类药物是酶的竞争性抑制剂，它抑制细菌体内二氢叶酸合成酶的活性，起抑制细菌生长的作用。对磺胺类药物敏感的细菌，不能利用环境中的叶酸，而需在菌体内二氢叶酸合成酶的催化下，由对氨基苯甲酸、二氢蝶呤、谷氨酸合成二氢叶酸（FH2）。FH2再进一步还原为四氢叶酸（FH4），FH4是细菌合成核苷酸不可缺少的辅酶。磺胺类药物的结构与对氨基苯甲酸结构相似，可竞争性的抑制细菌的二氢叶酸合成酶，从而抑制了FH2的合成，进而也减少了FH4的合成，引起核酸合成障碍，从而抑制了细菌的生长繁殖。由于人体能直接利用食物中的叶酸，所以不受磺胺类药物的干扰。根据竞争性抑制的特点，在使用磺胺类药物时，必须保持血液中药物的有效浓度，才能发挥抑菌效果。

2．非竞争性抑制

抑制剂与底物结构不相似，不能与底物竞争酶的活性中心，而是与酶的活性中心以外的必需基团部位结合，底物与抑制剂间无竞争关系，这种抑制作用称为非竞争性抑制。抑制程度取决于抑制剂本身浓度，不能用增加底物浓度的方法消除抑制作用。

竞争性抑制与非竞争性抑制如图4－9所示。

五、酶浓度和底物浓度的影响

（一）酶浓度的影响

在最适条件和底物浓度（S）足够大时，酶促反应速度与酶浓度呈正比（图4－10），即酶浓度越高，酶促反应速度越快。

图4－9　竞争性抑制与非竞争性抑制示意图

（二）底物浓度的影响

在酶浓度及其他条件不变的情况下，底物浓度对酶促反应速度的影响呈矩形双曲线（图4－11）。在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而增加，两者呈近似正比关系。随着底物浓度的继续升高，反应速度的增高趋势渐缓。若再继续增大底物浓度，反应速度不再增加，始终保持最大速度，此时酶的活性中心已被底物饱和，这种现象称为底物饱和现象。

图4－10　酶浓度对酶促反应速度的影响

图4－11　底物浓度对酶促反应速度的影响