酶催化反应动力学

酶催化反应动力学和化学反应动力学一样，是研究酶催化反应速度规律以及各种因素对酶催化反应速度影响的科学。研究酶催化反应动力学规律对于生产实践、基础理论都有着十分重要的意义。如在研究酶的结构与功能的关系以及酶的作用机制时，需要提供动力学试验依据；为了充分发挥酶催化反应的高效率，寻找最有利的反应条件；为了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的规律。

酶催化的反应体系复杂，因为在酶催化反应系统中除了反应物外，还有酶这样一种决定性的因素，以及影响酶的其他各种因素。主要包括底物浓度、酶浓度、产物的浓度、pH值、温度、抑制剂和激活剂等。因此酶促反应动力学是个很复杂的问题。

一、酶催化反应速率

酶催化反应速率通常称为酶速度。反应速率是以单位时间内反应物的减少量或产物的生成量来表示。随着反应的进行，反应物逐渐消耗，分子碰撞的机会也逐渐减小，因此反应速率也随着减慢（图8-1）。

图8-1　反应速率与时间的关系

故反应速率是指酶催化反应的初速率，通常是指在酶促反应过程中，底物浓度消耗不超过5%时的速率。因为，在过量的底物存在下，这时的反应速率与酶浓度成正比，而且还可以避免一些其他因素，如产物的形成、反应体系中pH值的变化、逆反应速率加快、酶活性稳定性下降等对反应速率的影响。

二、影响酶催化反应速率的因素

（一）底物浓度的影响

1.单底物酶促反应动力学

（1）米氏方程

1902年，Brown在研究转化酶催化蔗糖酶解的反应时发现，随着底物浓度增加，反应速度的上升呈双曲线。1903年，Henri在用蔗糖酶水解蔗糖的实验中观察到，在蔗糖酶作用的最适条件下，向反应体系中加入一定量的蔗糖酶，在底物浓度[S]低时，反应速率与底物浓度的增加呈正比关系，表现为一级反应；但随着底物浓度的继续增加，反应速率的上升不再成正比，表现为混合级的反应；当底物浓度增加到某种程度时，反应速率达到最大，此时即便仍在增加底物浓度，反应速率不再增加，表现为零级反应（图8-2）。这就是单底物酶促反应或多底物酶促反应中只有一个底物浓度变化的情形。

图8-2　底物浓度对酶促反应速率的影响

Henri提出酶催化底物转化成产物之前，底物（S）与酶首先形成一个中间复合物（ES），然后再转变成产物（P）并释放出酶。因此反应的速率不完全与底物浓度成正比，而是取决于中间复合物的浓度，即：

式中：k1、k2、k3和k4分别代表速率常数。

1913年，Michaelis和Menten在前人工作的基础上，根据酶催化反应的中间产物学说，提出了酶促反应的快速平衡法，这是基于以下三个假设条件：

①在初速率范围内，产物生成量极少，可以忽略E+P=ES这一逆反应的存在；

②相对于底物的浓度[S]，酶浓度[E]是很小的，ES的形成不会明显地降低底物浓度，即可忽略生成中间产物而消耗的底物，底物浓度以起始浓度计算；

③中间复合物ES分解为E+S的速率远远大于ES分解为E+P的速率；在初速率范围内，幑幐帯E+S ES的正、逆向反应迅速达到平衡，ES复合物分解生成产物的速率不足以破坏这一平衡。

利用快速平衡法，推导出一个数学方程式来表示底物浓度和反应速率之间的定量关系：

式中：v为反应速率；Vmax为酶完全被底物饱和时的最大反应速率；[S]为底物浓度；Ks为ES的解离常数。

实际的酶促反应应是这样进行的：ES复合物形成后，ES可分解为E和S，也可解离为E和P，同样E和P也可以重新形成ES；当中间复合物的生成速率和分解速率相等，其浓度变化很小时，反应即处于“稳态平衡”状态。针对Michaelis-Menton方程的不足，1925年Briggs和Haldane对米氏方程的推导假设做了以下修正。与Michaelis和Menton的快速平衡假设相比，稳态假说的最大的不同就是用稳态的概念代替了快速平衡态的概念。所谓稳态就是指这样一种状态：反应进行一段时间，系统的中间产物浓度由零逐渐增加到一定数值，在一定时间内，尽管底物浓度不断地变化，中间产物也在不断地生成和分解，但是当中间产物生成和分解的速度接近相等时，它的浓度改变很小，这种状态叫作稳态。对于稳定状态，要满足以下的假设：

①在初速率阶段产物浓度极低，那么：→E+P ES的反应速率极小，可以忽略不计；

②在反应体系中，酶和底物结合形成ES复合物，因底物浓度远远大于酶的浓度，所以[S]-[ES]约等于底物浓度[S]；

③在稳态平衡条件下，ES复合物分解为产物的速率不能忽略，即ES保持动态的平衡时，ES生成的速率等于ES分解的速率：

k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]

该方程可转变为：

令：

则：

在反应体系中，总酶浓度[E]t=游离酶浓度[E]+结合酶浓度[ES]。则有：

[E]=[E]t-[ES]

代入上述公式得：

将上式整理得：

由于酶促反应的速率v与[ES]复合物的浓度成正比，即：

v=k3[ES]

因此得：

整理得：

由于反应系统中[S][E]t，当所有的酶都被底物所饱和形成ES复合物时，即[E]t=[ES]，酶促反应达到最大速率Vmax，则：

Vmax=k3[ES]=k3[E]t

可得：

这就是Briggs-Haldane根据稳态理论推导出的动力学方程，与Michaelis-Menten推导出的方程从形式上看是一样的，其中的常数定义发生了变化，比前者更合理，更具普遍性。但是为了纪念Michaelis和Menten所做的开创性工作，故把这个方程式仍称为米氏方程，或修正的米氏方程，Km称为米氏常数。

米氏常数的物理意义：

当酶促反应处于v=1/2Vmax的特殊情况时，即：

由此可以看出Km值的物理意义，即Km值是当酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度，它的单位是摩尔/升（mol/L），与底物浓度单位一致。

根据米氏方程式还可作如下讨论：

①当[S]Km时，表示[S]对Km影响很小，[S]可以忽略，米氏方程可转变为：

说明酶促反应的速率与底物浓度成线性关系，表现为一级反应。这时由于底物浓度低，酶没有全部被底物所饱和，因此在底物浓度低的条件下是不能正确测得酶活力的。然而在酶法分析中经常被使用，通过使用足够量的酶测定底物，以便在较短的时间内使酶促反应达到完全，这样使测定形成的产物总量就和待测反应物的量相等或相关。

②当[S]Km时，即当底物浓度很大的时候，酶促反应初速度值达到最大值，并与底物浓度无关，Km可忽略，米氏方程转变为：

则得方程：v=Vmax（8-10）

说明反应速率已达最大值。此时，酶活性部位全部被底物占据，反应速率与底物浓度无关，表现为零级反应。酶活力只有在此条件下才能正确测得。

③当[S]=Km时，米氏方程可写为：

得方程：

也就是说，当底物浓度等于Km值时，反应速率为最大反应速率的一半。这进一步说明了Km值就是代表反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。

（2）米氏常数的意义

①Km是酶的一个极重要的动力学特征常数之一，给出一个酶能够应答底物浓度变化范围的有用指标，一般只与酶的性质有关，与酶的浓度无关；不同的酶Km值一般不同。当反应体系中各种因素如pH值、离子强度、溶液性质等因素保持不变时，即对于特定的反应和特定的反应条件来说，Km是一个特征常数。大多数酶的Km在10-1～10-6mol/L。例如脲酶的Km为25mmol/L。个别酶的Km值在1×10-8～1mmol/L或者更高一些的区间。

②判定酶的最适底物。同一种相对专一性的酶，一般有多个底物，则对于每一种底物来说各有一个特定的Km值，Km最小的那个底物为该酶的最适底物或天然底物。

③Km值可帮助判断某一代谢的方向及生理功能。催化可逆反应的酶，对正逆两个方向反应的Km常常是不同的。测定这些Km的大小及细胞内正逆两向的底物浓度，可以大致推测该酶催化正逆两向反应的效率；这对了解酶在细胞内的主要催化方向及生理功能具有重要的意义。

④作为酶和底物亲和力的量度。Km可以近似地说明酶与底物结合的难易程度；Km大，表示酶与底物的亲和力小；Km小，表示酶与底物的亲和力大。Km是ES分解速度和形成速度的比值；而1/Km表示形成ES趋势的大小。

⑤Km在特殊的情况下v=Vmax时，反应速率与底物浓度无关，只与[E]成正比，表明酶的全部活性部位均被底物所占据。当Km已知时，任何[S]时酶活性中心被底物饱和的分数fES可求出，即：

⑥测定不同抑制剂对某个酶的Km及Vmax的影响，可区别抑制剂是竞争性的还是非竞争性的。在没有抑制剂（或者只有非竞争性抑制剂）存在的情况下，ES分解速度和形成速度的比值符合米氏方程，此时称为Km。而在另外一些情况下，它发生变化，不符合米氏方程，此时的比值称为表观米氏常数Km′。

2.双底物酶促反应动力学

六大类酶中，真正单底物的酶促反应只有异构酶和裂解酶类，如果将水看作过量，水解酶也包括在内，它们可以用米氏方程处理动力学数据。大多数酶催化的反应是两个或多个底物间的反应，其动力学反应机理十分复杂，在此以双底物反应为例加以讨论。双底物酶促反应的动力学，研究较多的是BiBi类型。前一个Bi表示两个底物有序参加反应，后一个表示有两个产物的有序生成。双底物反应按反应的历程和方式不同分为顺序机制和乒乓机制。

（1）顺序机制

顺序机制的主要特征是酶结合底物和释放产物按一定的顺序进行。酶必须与两个底物结合形成三元复合物后才能释放产物。顺序反应又分为两类，一类是指酶与各底物的结合是严格按顺序进行的，这种反应机理称为有序顺序反应；另一类是指各底物与酶的结合顺序是可以随意变化的，这类反应称为随机顺序反应。

①有序顺序机制：在这类机制中，底物与酶的结合以及产物的释放有严格的顺序，即底物A与酶结合后，生成EA，引起酶构象的改变，使底物B与酶结合，生成EAB三元复合物，EAB再进一步作用，生成产物；产物的释放同样有严格的顺序，即先释放产物P，再释放产物Q。

需要NAD+或者NADP+的脱氢酶催化反应就属于这种类型；一般NAD+或者NADP+往往为第一个被结合的底物，而NADH或者NADPH则常是最后被释放的产物。

②随机顺序机制：随机顺序机制的主要特征是两个底物与酶的结合顺序是随机的，可以先结合A再结合B，也可以先与B结合再与A结合；产物的释放也是随机的，可以先释放P，再释放Q，也可先释放Q，再释放P。

属于这类反应机制的是一些转移磷酸基团的激酶。例如己糖激酶、丙酮酸激酶和肌酸激酶等，酶可以先与底物结合，也可以是ATP先和酶结合；在形成产物以后，可以先释放出磷酸化底物，也可以先释放出ADP。

在顺序反应机制中，虽然有两种顺序机制，但推导出的速率方程式是一样的，均为：

式中：[A]、[B]分别为底物A和B的浓度；KAs为底物A与酶E结合的解离常数；KAm是在B饱和浓度时底物A的Km值；KBm是在A饱和浓度时底物B的Km值；Vmax是[A]和[B]都达到饱和时的最大反应速率。

（2）乒乓反应机制

在两底物乒乓反应机制中，底物与酶的结合和产物的释放是交替进行的，两种底物不能同时连接在酶的活性中心，因此不存在酶—底物1—底物2的三聚物，即酶结合底物A释放产物P后，才能结合另一底物B。反应过程中底物与产物是交替地与酶结合的，犹如打乒乓球，故称为乒乓机制。属于乒乓机制的酶大多是具有辅酶的，如抗坏血酸氧化酶和葡萄糖氧化酶等。

乒乓机制的底物动力学方程根据稳态法推导得：

（二）酶浓度的影响

在一种酶作用的最适条件下，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和的情况下，酶促反应的速率与酶浓度成正比，v=k[E]，k为反应速率常数。这种性质是测定酶活力的依据。在测定酶活力时，要求[E]远小于[S]，从而保证酶促反应速率与酶浓度成正比。当酶的浓度增加到一定程度，以致底物浓度已不足以使酶饱和时，再继续增加酶的浓度反应速度也不再成正比例的增加。这里要注意的是：使用的酶应是纯酶制剂。

（三）水分活度的影响

在体外，酶通常在含水的体系中发挥作用。在生物体内，酶催化反应不仅发生在细胞质中，也发生在细胞膜、脂肪组织和电子输送体系中，电子转移体系存在于脂肪载体中。

可以采用3种方法研究水分活度对酶活力的影响。

①仔细地干燥（不采用加热的方法）一种含酶活力的生物材料（或模型体系），然后将干燥的样品平衡至各个不同的水分活度并测定样品中酶的活力。例如，Aw低于0.35（＜1%水分含量）时，磷脂酶没有水解卵磷脂的活力；当Aw超过0.35时，酶活力非线性增加；在Aw为0.9时，仍没有达到最高活力。Aw在高于0.8（2%水分含量）时，β-淀粉酶才显示出水解淀粉的活力，Aw在0.95时，酶活力提高了15倍。从这些例子可以得出结论：食品原料中的水分含量必须低于2%时，才能抑制酶的活力。

②采用有机溶剂取代水分的方法来确定酶作用所需的水的浓度。例如，采用能与水相混溶的甘油取代水分，当水分含量减少至75%时，脂肪氧合酶和过氧化物酶的活力开始降低；当水分含量分别减少至20%和10%时，脂肪氧合酶和过氧化物酶的活力降至0；黏度和甘油的特殊效应可能会影响到这些结果。

③在研究脂酶催化甘油三丁酸酯在各种醇中的酯交换反应时，大部分的水可被有机溶剂取代。“干”的脂酶颗粒（0.48%水分含量）悬浮在水分含量分别为0.3%、0.6%、0.9%和1.1%（质量分数）的干n-丁醇中，最初的反应速度分别为0.8，3.5，5和4μmol酯交换/（h·100mg脂）。因此，猪胰脂酶在0.9%水分含量时，具有最高的催化酯交换的初速度。

有机溶剂对酶催化反应的影响主要有两个方面：影响酶的稳定性和反应（如该反应是可逆的）进行的方向。这些影响作用在与水不能互溶和能互溶的有机溶剂中是不同的。在与水不能互溶的有机溶剂中，酶的专一性从催化水解反应移向催化合成反应。例如，当“干”（1%水分含量）酶颗粒在与水不能互溶的有机溶剂中悬浮时，脂酶催化脂的交换速度提高6倍以上，而酯水解速度下降16倍。酶在水和与水能互溶的溶剂体系中的稳定性和催化活力是不同于在水和与水不能互溶的溶剂体系中的情况，如蛋白酶催化酪蛋白水解的反应，在5%乙醇—95%缓冲液或5%丙腈—95%缓冲液中进行时与在缓冲体系中进行时相比，Km提高，Vmax降低和酶稳定性下降。众所周知，在水解酶催化的反应中醇和胺与水存在着竞争作用。

（四）pH值的影响

对于某一特定的底物，酶在一定的pH值下表现出最大的酶催化活力，高于或低于此pH值时酶的催化活力均降低。酶表现其最大活力时的pH值通常称为酶的最适pH值。在一系列不同pH值的缓冲液中，测定酶促反应速度，可以得到酶促反应速度对pH值的关系曲线，pH值关系曲线近似于钟罩形（图8-3）。

图8-3　pH值对酶活力的影响

最适pH值发生微小偏离时，由于使酶活性部位的基团离子化发生变化而降低酶的活力。pH值发生较大偏离时，维护酶三维结构的许多非共价键受到干扰，导致酶蛋白自身的变性。偏离酶的最适pH值越远，酶的活性越小，过酸或过碱则可使酶完全失去活性。各种酶在一定条件下都有一个最适pH值。但是各种酶的最适pH值是多种多样的，因为它们要适应不同环境。一般说来大多数酶的最适pH值在5～8之间，植物和微生物的最适pH值大多在4.5～6.5，动物体内的酶其最适pH值在6.5～8.0。人体内大多数酶的最适pH值在7.35～7.45之间。但也有不少例外，如消化酶胃蛋白酶要适应在胃的酸性pH值下工作（大约pH=2.0），胃蛋白酶最适pH值是1.5，胰蛋白酶的最适pH值为8.1，肝中精氨酸酶的最适pH值是9.8。pH值对不同酶的活性影响不同，有的酶只有钟罩形的一半，如胃蛋白酶和胆碱酯酶；也有的酶，如木瓜蛋白酶的活力在较大的pH范围内几乎没有变化（图8-4）。

图8-4　三种酶的pH-酶活力曲线

同一种酶的最适pH值可因底物的种类及浓度不同，或所用的缓冲液不同而稍有改变，所以最适pH值也不是酶的特征性常数。必须指出的是，酶的最适pH值目前只能用实验方法加以确定，它受底物种类与浓度、反应温度与时间、酶制剂的纯度、缓冲液的种类与浓度等因素影响。因此，酶的最适pH值只有在一定条件下才有意义。因此，它不是一个常数，而只能作为一种实验参数。

pH值影响酶促反应速率的原因有以下几方面。

①影响酶分子构象：过酸或过碱可以使酶的空间结构破坏，引起酶构象改变，特别是酶活性中心构象的改变，使酶活性丧失。这种失活包括可逆以及不可逆两种方式。

②影响酶和底物的解离：pH值影响酶的催化活性的机理，主要是因为pH值能影响酶分子，特别是酶活性中心内某些氨基酸残基的电离状态。若底物也是电解质，pH值也可影响底物的电离状态。在最适pH值时，恰能使酶分子和底物分子处于最合适电离状态，有利于二者结合和催化反应的进行。pH值的改变影响了酶蛋白中活性部位的解离状态。催化基团的解离状态受到影响，将使得底物不能被酶催化成产物；结合基团的解离状态受到影响，则底物将不能与酶蛋白结合，从而改变了酶促反应速度。

（五）温度的影响

温度对酶促反应速度影响较大。低温时酶的活性非常微弱，随着温度逐步升高，酶的活性也逐步增加，但超过一定温度范围后，酶的活性反而下降。如果以温度为横坐标，反应速率为纵坐标，可得到如图8-5所示的曲线。对每一种酶来说，在一定的条件下，都有一个显示其最大反应速率的温度，这一温度称为该酶催化反应的最适温度。

图8-5　温度对酶活力的影响

最适温度并非酶的特征常数，因为一种酶具有的最高催化能力的温度不是一成不变的，它往往受到酶的纯度、底物、激活剂、抑制剂以及酶促反应时间等因素的影响。因此对同一种酶而言，必须说明是在什么条件下的最适温度。温度的影响与时间有紧密关系，这是由于温度促使酶蛋白变性是随时间累加的。不同来源的酶，最适温度不同。一般植物来源的酶，最适温度在40～50℃之间；动物来源的酶最适温度较低，为35～40℃；微生物酶的最适温度差别较大，细菌高温淀粉酶的最适温度达80～90℃。但大多数酶当温度升到60℃以上时，活性迅速下降，甚至丧失活性，此时即使再降温也不能恢复其活性。可见只是在某一温度范围内酶促反应速度最大。

温度对酶促反应有两方面影响。一方面，与一般化学反应相似，当温度升高时，反应速率加快。可以用温度系数Q10表示，即每升高10℃，其反应速率与原反应速率之比。对大多数酶来讲Q10多为1～2，即温度每升高10℃，酶催化反应速率为原反应速率的1～2倍。另一方面，由于酶是蛋白质，温度过高会使酶蛋白逐渐变性而失活。升高温度对酶促反应的这两种相反的影响是同时存在的，在较低温度（0～40℃）时前一种影响大，所以酶促反应速度随温度上升而加快；随着温度不断上升，酶的变性逐渐成为主要矛盾，酶促反应速度随之下降。

掌握温度对酶促反应的影响规律，具有一定的实践意义。如临床上的低温麻醉就是利用低温降低酶活性的特性，以减慢细胞的代谢速率，有利于手术治疗。低温保藏菌种和作物种子，也同样是利用低温降低酶的活性，以减慢新陈代谢的特性。相反，高温杀菌则是利用高温使酶蛋白变性失活，导致细菌死亡的特性。

（六）抑制剂的影响

抑制剂是指能降低酶的活性，使酶促反应速率减慢的物质。抑制作用是指抑制剂与酶分子上的有关活性部位相结合，使这些基团的结构和性质发生改变，从而引起酶活力下降或丧失的一种效应。抑制作用与酶的变性作用是不同的，抑制作用并未导致酶的变性。酶蛋白水解或变性引起的酶活力下降不属于抑制作用的范畴。另外，抑制剂对酶的作用具有一定的选择性，而变性剂对酶的作用没有选择性。一种抑制剂只能引起某一种酶或某一类酶的活性丧失或降低，变性剂却均可使酶蛋白变性而使酶丧失活性。

根据抑制剂与酶作用方式的不同，将抑制作用分为可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用两种。

1.不可逆的抑制作用

抑制剂与酶分子上的某些基团形成稳定的共价键结合，导致酶的活性下降或丧失，且不能用透析等方法除去抑制剂而使酶的活性恢复，这种作用称为不可逆的抑制作用。这种抑制的动力学特征是抑制程度正比于共价键形成的速度，并随抑制剂浓度及抑制剂与酶接触时间而增大。在测酶活系统中加入不同浓度的抑制剂，每一抑制剂浓度都作一条初速率和酶浓度的关系曲线，可以得到一组不通过原点的平行线（图8-6），每条直线都依赖于抑制剂浓度的增加而向右平行移动。这是因为抑制剂使一定量的酶失活，只有加入的酶量大于不可逆抑制剂的量时才表现出酶活力，故不可逆抑制剂的作用相当于把原点向右移动了。

8-6　不同浓度不可逆抑制剂存在时初速率和酶浓度关系曲线

2.可逆的抑制作用

抑制剂与酶以非共价键方式结合而引起酶的活性降低或丧失，在用透析、超滤等物理方法除去抑制剂后，酶的活性又能恢复，即抑制剂与酶的结合是可逆的，此种抑制作用称为可逆的抑制作用。对于不同浓度的抑制剂，每一抑制剂浓度都作一条初速率和酶浓度的关系曲线，结果表明可逆抑制都可得到一组通过原点的直线（图8-7），随抑制剂浓度升高，斜率下降。

8-7　不同浓度可逆抑制剂存在时初速率和酶浓度关系曲线

根据抑制剂、底物与酶分子三者结合的关系，将可逆抑制作用分为下列4种。

（1）竞争性抑制作用

在这种类型中，抑制剂（I）通常与底物的结构有某种程度的类似，可与底物（S）竞争酶的结合部位结合，并与酶形成可逆的EI复合物，但酶不能同时与底物及抑制剂结合，既不能形成EIS三元复合物，EI也不能分解成产物（P），使酶催化反应速率下降，反应式如下：

抑制剂与底物竞争酶的活性中心结合，从而阻止底物与酶的结合，使反应速度下降。当它与酶的活性中心结合后，底物就不能与酶结合；若底物先与酶结合，则抑制剂就不能与酶结合。所以竞争性抑制的抑制程度取决于底物和抑制剂的相对浓度，且这种抑制作用可通过提高底物浓度的方法来解除。

许多研究证实：

①竞争性抑制作用的反应是可逆的。

②竞争性抑制的强度与抑制剂和底物的浓度有关，当[I]≥[S]（[I]为抑制剂浓度，[S]为底物浓度）时，抑制作用强；当[S]≥[I]时，S可以把I从酶的活性中心置换出来，从而使酶抑制作用被解除，表现为抑制作用弱。竞争性抑制的例子很多，例如丙二酸与琥珀酸的结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。

可逆抑制作用中最重要和最常见的是竞争性抑制。许多药物就是利用竞争性抑制作用的原理来设计的，如磺胺类药物、某些抗癌药物（如阿糖胞苷）、氨基叶酸等。

对磺胺敏感的细菌生长繁殖时不能直接利用叶酸，而是在菌体内二氢叶酸合成酶的催化下，由对氨基苯甲酸、2-氨基-4-羟基-6-甲基蝶呤啶及谷氨酸合成二氢叶酸（FH2），FH2再进一步还原成四氢叶酸（FH4）。FH4是细菌合成核苷酸不可缺少的辅酶。

磺胺类药物作用的基本原理是：由于某些细菌的生长繁殖必须用对氨基苯甲酸合成叶酸；磺胺类药物的基本结构是对氨基苯磺酰胺，与对氨基苯甲酸的结构相似，可与对氨基苯甲酸竞争与叶酸合成酶结合，导致叶酸合成受阻，进而影响核苷酸和核酸的合成。由于人体能直接利用食物中的叶酸，而细菌则不能，故磺胺类药物可抗菌消炎。磺胺增效剂（TMP）可增强磺胺的药效，是因为其结构与二氢叶酸类似，可抑制细菌二氢叶酸还原酶，但很少抑制人体二氢叶酸还原酶。它与磺胺配合使用，可使细菌的四氢叶酸合成受到双重阻碍，从而严重影响细菌的核酸及蛋白质合成。

（2）非竞争性抑制作用

非竞争性抑制作用的特点是S和I可同时独立地与E结合，形成酶—底物—抑制剂（ESI）三元复合物，两者没有竞争作用。但ESI不能转变为产物。

（3）反竞争性抑制作用

反竞争性抑制作用的特点是I必须在酶与底物结合后才能与之结合，即I不单独与酶结合，只与ES复合物结合形成ESI，但ESI不能转变成产物。当反应体系中存在反竞争性抑制剂时，不仅不排斥酶和底物的结合，反而增加了二者的亲和力，这与竞争性抑制作用恰好相反，所以称为反竞争性抑制作用。产生这种现象的原因可能是S和E的结合改变了E的构象，有利于抑制剂同酶的结合。

增加底物浓度，不但不能减轻或消除抑制，反而会增加抑制程度。这恰好与竞争性抑制作用相反。

反竞争性抑制作用在双底物酶促反应中比较常见。在双底物有序反应中，第二底物的竞争性抑制剂就是第一底物的反竞争性抑制剂。在双底物乒乓机制中，任何一个底物的竞争性抑制剂都是另一底物的反竞争性抑制剂。有人证明，L-苯丙氨酸，L-同型精氨酸等多种氨基酸对碱性磷酸酶的作用是反竞争性抑制，肼类化合物抑制胃蛋白酶等也属于反竞争性抑制。

（4）线性混合型抑制作用

线性混合型抑制作用与非竞争性抑制作用基本相似。其特点是S和I可同时与E结合，两者没有竞争作用。S和E结合后还可与I结合，同样I与E结合后还能与S结合，但由于I和E的结合改变了底物的解离常数Ks，S和E的结合改变了抑制剂从复合物上解离的解离常数。

（七）激活剂的影响

凡能提高酶活性，加速酶促反应进行的物质都称为该酶的激活剂。激活剂按其相对分子质量大小可分为以下3种。

1.无机离子激活剂

①阳离子：包括H+和各种金属离子，如K+、Na+、Mg2+、Mn3+、Ca2+、Zn2+、Cu2+（Cu+）、Fe2+（Fe3+）、Co2+等。如Zn2+是羧肽酶的激活剂，而Mg2+则是多种激酶以及合成酶的激活剂等。

②阴离子：包括Cl-、Br-、I-、CN-、NO2-等。例如，经透析过的唾液淀粉酶活力不高，若加入少量的NaCl，则酶的活力大大增加，因此NaCl（更准确地说是C1-）就是唾液淀粉酶的激活剂。

一般认为金属离子的激活作用，主要是由于金属离子在酶和底物之间起了桥梁的作用，形成酶—金属离子—底物三元复合物，从而更有利于底物和酶的活性中心部位的结合。有的酶只需要一种金属离子作为激活剂，如乙醇脱氢酶；有的酶则需要一个以上的金属离子作为激活剂，如α-淀粉酶以Na+、K+、Ca2+为激活剂。在作为激活剂的金属离子中，Mg2+最为突出，它几乎参与体内所有的代谢反应。无机离子对酶活性的影响与其浓度有关，一般低浓度提高酶活性，高浓度降低酶活性。有时在一起的两种离子对酶活性的作用恰好相反，出现拮抗作用。例如，Mg2+提高ATP酶活性，而Ca2+则降低ATP酶活性。有时，对酶活性的作用，金属离子之间可以相互替代，如Mn2+可以替代Mg2+激活酶。

2.一些小分子的有机化合物

有一些以巯基为活性基团的酶，在分离提纯过程中，其分子中的巯基常被氧化而降低活力。因此需要加入抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽或氰化物等还原剂，使氧化了的巯基还原以恢复活力。如3-磷酸甘油醛脱氢酶就属于巯基酶，在其分离纯化过程中，往往要加上述还原剂，以保护其巯基不被氧化。另外，乙二胺四乙酸（EDTA）是金属离子的螯合剂，能解除重金属离子对酶的抑制作用，也可视为酶的激活剂。

3.生物大分子激活剂

某种蛋白酶能使无活性的酶原变成有活性的酶。例如胰蛋白酶可以将无活性的胰凝乳蛋白酶原变成有活性的α-胰凝乳蛋白酶。如磷酸化酶b激酶可激活磷酸化酶b，而磷酸化酶b激酶又受到cAMP依赖性蛋白激酶的激活。霍乱毒素由相对分子质量为29×103的A亚基和相对分子质量为10×103的B亚基组成，它可激活小肠黏膜上皮细胞上的腺苷酸环化酶。

激活剂对酶的作用具有一定的选择性：一种激活剂对某种酶可能是激活，但对另一种酶则可能是抑制。如脱羧酶、烯醇化酶、DNA聚合酶等的激活剂，对肌球蛋白腺三磷酸酶的活性有抑制作用。激活剂的浓度不同其作用也不一样，有时对同一种酶是低浓度起激活作用，而高浓度则起抑制作用。

激活无活性的酶原转变为有活性的酶的物质也称为激活剂，又称为酶的激动剂。这类激活剂往往都是蛋白质性质的大分子物质，如前所述的胰蛋白酶原的激活。但酶的激活与酶原的激活有所不同，酶原激活是指无活性的酶原变成有活性的酶，且伴有抑制肽的水解；酶的激活是使已具活性的酶的活性增高，使活性由小变大，不伴有一级结构的改变。