酶工程基本原理

1、酶工程,CH 1 緒 論,CH 1.1 酶的基本概念 1 酶是蛋白質(zhì) 2 酶具有催化活性 3 酶催化反應(yīng)具有專一性和高效性 CH 1.2 酶工程及其主要研究內(nèi)容 CH 1.3 酶的歷史沿革,CH 1.1 酶的基本概念,1 酶是蛋白質(zhì) 酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，這一點(diǎn)是被生物化學(xué)所證明了的，研究酶的化學(xué)本質(zhì)，可用研究蛋白質(zhì)的方法進(jìn)行研究； 一般情況下，一個(gè)結(jié)構(gòu)完整的酶包括蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分，蛋白質(zhì)部分稱為輔基酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分稱為輔助因子，輔基酶蛋白和輔助因子構(gòu)成一個(gè)全酶。輔助因子的化學(xué)本質(zhì)因不同的酶而不同，它可以是小分子量的有機(jī)化合物，也可以是無機(jī)礦物質(zhì)離子,2 酶具有催化活性 酶是一種生物

2、催化劑，在催化活性上與無機(jī)催化劑類似，酶在催化反應(yīng)時(shí)，其本身不發(fā)生化學(xué)改變，只是催化反應(yīng)的進(jìn)行，此外，酶在催化反應(yīng)時(shí)，僅改變反應(yīng)述度，并不改變反應(yīng)的平衡。酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)理是降低反應(yīng)的活化能。 酶與一般催化劑的共性 1.用量少，催化效率高 2.不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn) 3.可降低反應(yīng)的活化能,3 酶催化反應(yīng)具有專一性和高效性 酶作為生物催化劑，其催化反應(yīng)的專一性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無機(jī)催化劑，根據(jù)酶的專一化程度，可分為絕對(duì)專一性和相對(duì)專一性。 絕對(duì)專一性是指一種酶只能催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)，底物的分子結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)型及構(gòu)象的不同都表現(xiàn)出專一性。 酶與一般催化劑的區(qū)別酶的特性 1.高效性 2.專一性 結(jié)構(gòu)

3、專一性（相對(duì)專一性/絕對(duì)專一性） （特異性 ）立體異構(gòu)專一性(幾何異構(gòu)/旋光異構(gòu)) 3.不穩(wěn)定性（要求溫和的反應(yīng)條件） 4.可調(diào)控性,相對(duì)專一性是指一種能夠催化一類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)進(jìn)行相同類型的反應(yīng)，主要是對(duì)某一化學(xué)鍵的專一性。 例如：胰蛋白酶 (Trypsin EC 3.4.31.4) 催化含有賴氨酸或精氨酸羰基的肽鍵的水解反應(yīng)，凡是具有含賴氨酸或精氨酸羰基酰胺鍵的底物都能被此酶催化水解,CH 1.2 酶工程及其主要研究內(nèi)容,1 生物工程（Biotechnology）：又叫生物工藝學(xué)，是20世紀(jì)70年代開始提出的一個(gè)高新技術(shù)名詞，是指以遺傳工程技術(shù)為先導(dǎo)的將生物技術(shù)與化學(xué)工藝、工程相結(jié)合并產(chǎn)業(yè)

4、化應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。包括四大分支領(lǐng)域：遺傳工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程。 2 酶工程（Enzyme Engineering）：是酶學(xué)研究與其應(yīng)用工程結(jié)合形成的一門新的技術(shù)領(lǐng)域；是酶學(xué)、微生物學(xué)的基本原理與化學(xué)工程技術(shù)有機(jī)結(jié)合、相互滲透形成的邊緣學(xué)科。 包括上游工程和下游工程：前者包括酶的產(chǎn)生和酶制劑制備；后者主要包括酶固定化技術(shù)、酶修飾技術(shù)和生物反應(yīng)器。 （1）上游技術(shù)： （2）下游技術(shù),CH 1.3 酶的歷史沿革1 酶學(xué)研究簡史,1 酶的發(fā)現(xiàn): 盡管我國早在4000多年前就樸素地應(yīng)用了酶, 但真正對(duì)酶的認(rèn)識(shí)還是1833年P(guān)ayen 和 Person 首先從酒精發(fā)酵物中提取到一種活性物質(zhì),

5、發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)淀粉分解(發(fā)現(xiàn)了淀粉酶); 2 酶(Enzyme)的提出: 繼Payen 和Person之后, 德國的Kuhne進(jìn)一步深入研究了酶,并提出Enzyme這個(gè)名詞; enzyme 是希臘文,原意是指“在酵母中” 我們翻譯成酶, 日本譯成酵素. 3 酶學(xué)(Enzymology)奠基:在Kuhne 之后, Buchner兄弟從事了從破碎酵母細(xì)胞提取酶的研究, 獲得了能轉(zhuǎn)化糖產(chǎn)生乙醇的粗酶. 此后便開始了從酶的提取、酶的性質(zhì)、酶催化反應(yīng)等開始了酶的研究。形成了初步的新興學(xué)科,在酶催化理論方面： 1 1894年，E.Fisher提出酶與底物作用的鎖鑰學(xué)說 2 1913 年，Michaelis

6、Menton提出了快速平衡學(xué)說， 建立了AN酶促反應(yīng)模型， 推導(dǎo)出了酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 方程米氏方程。 3 1925年，Briggs和Handane ，建立了恒態(tài)學(xué)說，并 對(duì)米氏方程的修正。 4 1958年，Koshland提出了誘導(dǎo)契合學(xué)說,在酶蛋白化學(xué)的研究方面 1 1926年，Sumner首次獲得了脲酶結(jié)晶，證實(shí)了酶的 化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)21年后獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。 2 1963年搞清了牛胰核糖核酸酶A的一級(jí)結(jié)構(gòu)； 3 1965年報(bào)道了雞卵清溶菌酶的三維結(jié)構(gòu)； 4 1969年首次利用單一氨基酸人工合成核糖核酸酶獲 得成功 5 1982年Cech小組發(fā)現(xiàn)了rRNA具有催化功能，第一 次動(dòng)搖了酶是蛋白

7、質(zhì)的概念。（Ribozyme） 但蛋白質(zhì)化學(xué)研究與其催化原理及其酶蛋白功能研究始終是互相促進(jìn)、相互滲透的,CH 1.3 酶的歷史沿革2 酶工程的發(fā)展歷程,1 酶工程研究的奠基：以工業(yè)化酶制劑生產(chǎn)為主要內(nèi)容的酶工程雛形階段（50年代）； 2 酶固定化技術(shù)和細(xì)胞固定化技術(shù)研究始于60年代； 3 70年代基因工程崛起，將酶工程技術(shù)研究引向深入并賦予了新的內(nèi)涵； 4 1971年第一次國際酶工程會(huì)議的召開，標(biāo)志了酶工程學(xué)科和完善的技術(shù)體系的形成； 5 80年代實(shí)現(xiàn)了克隆酶的突破；（Wager將青霉素?；富蚩寺〉紼coli菌株 質(zhì)粒上，獲得了高效表達(dá)） 6 80年代形成了酶固定化技術(shù)、細(xì)胞固定化技術(shù)研

8、究等酶工程的研究熱點(diǎn)，并廣泛產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用. 開始了轉(zhuǎn)基因技術(shù)和酶化學(xué)修飾技術(shù)； 7 90年代形成了以遺傳工程為先導(dǎo)的酶工程技術(shù)分支生物酶工程（包括酶基因克隆表達(dá)和基因修飾,CH 1.1 酶的結(jié)構(gòu)和功能 CH 1.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) CH 1.3 酶的分類和命名 CH 1.4 酶活力概念及活力測(cè)定,CH 2 酶學(xué)基本原理,CH 2.1 酶的結(jié)構(gòu)和功能 (. 酶催化功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),1.1 酶的活性中心 構(gòu)成酶活性中心的氨基酸在一級(jí)結(jié)構(gòu)上, 呈分散狀態(tài)，這些氨基酸是通過酶蛋白的二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)使得其在空間上彼此集中，構(gòu)成一個(gè)特定的與酶活性表達(dá)有關(guān)區(qū)域，這個(gè)特定區(qū)域即酶的活性中心(active ce

9、nter)，換句話說，酶的活性中心是酶分子上的與底物結(jié)合并催化反應(yīng)的特定基團(tuán)或特定區(qū)域。 酶活性中心包括兩部分，其一是底物結(jié)合部位，其二是催化部位。 例如溶菌酶:由129個(gè)AA構(gòu)成, 而構(gòu)成活性中心的AA有:Glu35, Asp52, Try62, Asp101(Gly101) 構(gòu)成,1.2酶作用高效性機(jī)理 -影響酶高效性的因素 1.鄰近定向效應(yīng) 2.應(yīng)變效應(yīng) 3.親核催化/親電催化（共價(jià)催化） 4.酸堿催化 5.微環(huán)境的影響 鄰近效應(yīng) 是指A和B兩個(gè)底物分子結(jié)合在酶分子的結(jié)合部位上，兩分子的反應(yīng)基團(tuán)相互靠近，從而降低了兩分子進(jìn)入過渡態(tài)所需要的能量，或說增加了兩分子反應(yīng)基團(tuán)的發(fā)生反應(yīng)的空間機(jī)率

10、。 定向效應(yīng) A、B兩個(gè)分子進(jìn)入過渡態(tài)，兩分子的反應(yīng)基團(tuán)需要按一定的方向重疊或交叉，這一方向稍有偏離，反應(yīng)就難以進(jìn)行或增加很大能量才能進(jìn)行，這種酶活性部位賦予底物的這一方向性即定向效應(yīng),1.3 別構(gòu)酶 酶分子表現(xiàn)其活性是以完整的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，某些酶除其活性部位外，還有一個(gè)別構(gòu)部位影響酶的活性，這些酶又稱為別構(gòu)酶或變構(gòu)酶。 別構(gòu)酶多為代謝 代謝調(diào)節(jié)酶，由別構(gòu)部位的變構(gòu)改變酶的活性，別構(gòu)部位的變構(gòu)也是通過與一個(gè)配體結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的，但其與酶的活性部位不同，別構(gòu)部位結(jié)合的配體不是底物，而是一個(gè)調(diào)節(jié)酶活性的效應(yīng)物,CH 2.1 酶的結(jié)構(gòu)和功能 (2. 酶催化專一性基本學(xué)說,2.1 鎖鑰學(xué)說(lock an

11、d key theory) 1894年，E.Fisher提出酶與底物作用的鎖鑰學(xué)說，以解釋酶與底物之間的專一性問題，其基本含義是：酶與底物分子或底物分子的一部分之間，在結(jié)構(gòu)上有嚴(yán)格的互補(bǔ)對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)?shù)孜锱c酶結(jié)合時(shí)就象鑰匙和鎖那樣契合對(duì)應(yīng)。 .2 誘導(dǎo)契合學(xué)說(induced-fit hypothesis) 1958年，Koshland提出了誘導(dǎo)契合學(xué)說，其主要內(nèi)涵是：當(dāng)酶與底物分子接近時(shí)，酶蛋白受底物分子的誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生有利于與底物分子結(jié)合或催化的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)契合，以發(fā)揮酶的催化功能,鎖 鑰 學(xué) 說,誘導(dǎo)契合學(xué)說,絲氨酸蛋白酶的活性中心位于酶分子表面凹陷的小口袋中，口袋的大小

12、以及口袋內(nèi)的微環(huán)境（疏水性、電荷性質(zhì)）決定了絲氨酸蛋白酶的底物專一性,胰凝乳蛋白酶 ： 口袋較大，主要由疏水氨基酸殘基圍成，開口較大（由兩個(gè)Gly組成），因此需要底物有一個(gè)疏水基團(tuán)（芳香環(huán)Phe、Tyr、Trp及大的非極性側(cè)鏈）定位。裂解芳香族氨基酸羧基側(cè)的肽鍵 胰蛋白酶： 口袋較大，底部有Asp，利于 Lys.、Arg結(jié)合，裂解堿性氨基酸殘基羧基側(cè)的肽鍵 彈性蛋白酶： 口袋較淺，開口較小（由Val，Thr組成）只能讓Ala等小分進(jìn)入，裂解小的中性氨基酸殘基羧基側(cè)的肽鍵,酶催化機(jī)理實(shí)例胰凝乳蛋白酶 絲氨酸蛋白酶家族具有類似的Ser -His-Asp催化三聯(lián)體（電荷中繼網(wǎng)）。 電荷中繼網(wǎng)： Se

13、r195His57Asp102氫鍵體系。通過電荷中繼網(wǎng)進(jìn)行酸堿催化及共價(jià)催化。 沒有底物時(shí)， Ser195His57Asp102形成一個(gè)氫鍵體系，His57是去質(zhì)子化狀態(tài)， Asp102的COO-通過氫鍵定位并固定His57。 結(jié)合底物時(shí)： His57從Ser195接受一個(gè)質(zhì)子，增加了Ser195羥基氧原子對(duì)底物的親核攻擊性， Asp102的COO-穩(wěn)定過度態(tài)中His57的正電荷形式,胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制 第一階段： ?；?Ser195-OH 中的氧攻擊肽鍵的羰基碳（共價(jià)催化），酶的His57咪唑H+與底物中的-NH形成氫鍵（酸堿催化），形成四聯(lián)體過渡態(tài)（Ser195O-、底物的羰基C、

14、底物的-NH、His的咪唑H+ ），肽鍵斷裂，氨基產(chǎn)物釋放，底物的羧基部分酯化到Ser195的羥基上。 第二階段： 脫酰 電荷中繼網(wǎng)從水中吸收一個(gè)質(zhì)子，結(jié)果產(chǎn)生的OH-攻擊連在Ser195上底物的羰基C原子，形成四聯(lián)體過渡態(tài)，然后His57供出一個(gè)質(zhì)子給Ser195上的氧原子，底物中的酸成分從Ser195上釋放,酶催化機(jī)理實(shí)例胰凝乳蛋白酶 1.胰凝乳蛋白酶結(jié)構(gòu),酶催化機(jī)理實(shí)例胰凝乳蛋白酶 2.胰凝乳蛋白酶的電荷接力網(wǎng),四.酶催化機(jī)理實(shí)例胰凝乳蛋白酶 2. 胰凝乳蛋白酶的催化過程,A.酶與底物結(jié)合，形成米氏復(fù)合物（ES,B.形成四聯(lián)體過度態(tài)中間物,酶催化機(jī)理實(shí)例胰凝乳蛋白酶,酶催化機(jī)理實(shí)例胰凝乳

15、蛋白酶,E.形成包括水分子的四聯(lián)體過度中間物,F.羰基產(chǎn)物形成，酶游離,CH2.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) （. 酶催化反應(yīng)的初述度,2.1 Michaelis-Menten迅述平衡學(xué)說 及Henri-Michaelis-Mentwen方程 單底物酶促反應(yīng)模型: k1 kp E+SESE+P -k1 迅述平衡學(xué)說對(duì)上述反應(yīng)模型有兩點(diǎn)假定： 酶與底物結(jié)合形成酶底物復(fù)合物的述度很快。 整個(gè)反應(yīng)述度取決于酶底物復(fù)合物釋放出游離酶和形成產(chǎn)物的反應(yīng)述度,CH2.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) （2.底物濃度對(duì)反應(yīng)述度的影響,反應(yīng)述度 v=kpES.(1) Ks=ES/ES (Ks是ES的分解常數(shù)).(2) ES=E

16、S/Ks.(3) 如果我們?cè)O(shè)反應(yīng)體系中酶的總濃度為E0,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡以后,酶分子以下列兩種形式存在： E0=E+ES.(4) 將3式分別和1式4式加以整理便得： v=KpES/Ks.(5) E0=E+ES/Ks.(6,將5式除以6式得： KpES/Ks KpS/Ks v/E0= = .(7) E+ES/Ks 1+S/Ks 將兩邊都乘以1/Kp S/Ks v/KpE0 = .(8) 1+S/Ks v=KpES 只有當(dāng)E0全部轉(zhuǎn)變成ES時(shí)，反應(yīng)才能達(dá)到最大反應(yīng)述度。 Vm=KpE0.(9,將9式和8式整理得： S/Ks S v/Vm = = .(10) 1+S/Ks Ks+S VmS v=.(1

17、1) Ks+S 這就是Hemri-Michaelis-Menten方程。 也就是我們所說的米氏方程,CH2.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) （3. Henri-Michaelis-Mentwen方程,我們總結(jié)一下，利用迅述平衡學(xué)說進(jìn)行米氏方程的推導(dǎo)有以下三點(diǎn)基本假設(shè)： 在反應(yīng)模型中，不考慮 ESE+P 的逆反應(yīng)，然而，對(duì)于大多數(shù)酶促反應(yīng)來說，反應(yīng)是可逆的，要忽略這一逆反應(yīng)，只有在反應(yīng)的起始，產(chǎn)物時(shí)才成立。 S大大高于E值，在反應(yīng)過程中，底物的消耗可忽略不計(jì)。 ES解離成E+S的述度顯著快于ES形成E+P的述度，即ESE+P的反應(yīng)不影響E+SES的平衡,CH2.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) 4 恒態(tài)學(xué)說及對(duì)米

18、氏方程的修正,事實(shí)上迅述平衡學(xué)說對(duì)很多反應(yīng)不太適宜，為此，1925年，Briggs和Handane對(duì)米氏方程進(jìn)行了修正，提出了恒態(tài)學(xué)說。其基本內(nèi)涵是：在初述度測(cè)定過程中，底物濃度隨反應(yīng)時(shí)間而降低，產(chǎn)物相應(yīng)增高；而中間復(fù)合物ES可在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)保持濃度的恒定狀態(tài)。Briggs和Handane對(duì)米氏方程的修正，保留了迅述平衡學(xué)說的前兩點(diǎn)假設(shè)，因此，反應(yīng)模型仍為： k1 kp E+SESE+P -k1,底物的消耗述度為K1ES，底物的消耗用于ES的形成，ES已經(jīng)形成，就會(huì)按 -K1ES的述度解離成E+S，同時(shí)ES按KpES的述度形成E+P。 v=KpES.(1) E0=E+ES.,.(2) v/E

19、0=KpES/E+ES.(3) v/Vm=ES/E+ES.(4,恒態(tài)學(xué)說認(rèn)為: K1ES=K-1ES+KpES=(K-1+Kp)ES.(5) ES=K1ES/(K-1+Kp).(6) 定義:(K-1+Kp)/K1=Km.(7) ES=SE/Km.(8,將(8)式代入(4)式得： SE/Km v/Vm= = S/(Km+S).(9) E+SE/Km VmS v=.(10) Km+S (10)式即為修正的單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，為了紀(jì)念Michaelis-Menten創(chuàng)造性工作，這個(gè)方程也稱為Michaelis-Menten方程，簡稱米氏方程。式中Vm為最大反應(yīng)述度，Km為米氏常數(shù),CH2.2

20、酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)5 Lineweaver-Burk雙倒數(shù)方程及Km的測(cè)定,將米氏方程取倒數(shù)可得以下方程: Km 1 1/V= . +1/Vmax Vmax S 利用此方程作圖即可計(jì)算出酶的Km和Vmax。 在設(shè)計(jì)測(cè)定以上參數(shù)的試驗(yàn)時(shí)，需注意S的取值范圍，一般應(yīng)該在Km值兩側(cè)設(shè)定S值，經(jīng)驗(yàn)數(shù)值是0.33-2.0Km范圍為宜,CH2.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) 6關(guān)于米氏方程意義的討論,反應(yīng)述度v是底物濃度S的函數(shù)，其幾何意義是一條雙曲線。 當(dāng)S遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于KmSKm時(shí)： VVm；在測(cè)定酶活力時(shí)，必需提供足夠大的底物濃度； 反之，當(dāng)SKm時(shí)，VVmS/Km，因?yàn)樵谝欢l件下，對(duì)于一個(gè)酶來說，Vm/Km是

21、一個(gè)常數(shù)，所以，反應(yīng)述度V與底物濃度S成直線關(guān)系，在酶法分析中，利用酶測(cè)定底物濃度時(shí)，應(yīng)提供足夠大的酶濃度，使得產(chǎn)物與底物濃度成直線關(guān)系，以根據(jù)產(chǎn)物的形成來測(cè)定底物濃度,VmS v= Km+S 當(dāng)V1/2Vm時(shí)，Km S Km是酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，其等于當(dāng)達(dá)到最大述度一半時(shí)的底物濃度。Km值是酶的一個(gè)特征性常數(shù)，它不受酶量，酶的純度的影響，當(dāng)pH、溫度、介質(zhì)的離子強(qiáng)度等不變時(shí)，Km值不變。 它是酶與底物親和力的標(biāo)志，Km值越大，標(biāo)志要使反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)，必須提供的底物濃度越大，即酶與底物的親和力越??；反之亦反,因?yàn)閂m=KpE0，所以，當(dāng)?shù)孜餄舛茸銐虼髸r(shí)，最大反應(yīng)述度Vm與酶量

22、成正相關(guān)，因此Vm是隨酶量而變化的常數(shù)。催化反應(yīng)的Vm應(yīng)換算成酶的催化常數(shù)Kcat，Kcat是每摩爾酶每分鐘催化轉(zhuǎn)化底物的摩爾數(shù)或產(chǎn)生產(chǎn)物的摩爾數(shù),影響酶促反應(yīng)的因素,一.底物濃度S 1.酶促反應(yīng)速度V與底物濃度S的關(guān)系,影響酶促反應(yīng)的因素,二.酶濃度 E,pH對(duì)酶活力的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： pH的改變影響酶的空間構(gòu)象，從而引起酶活力的改變。 pH影響酶活性中心催化基團(tuán)的解離，影響酶與底物的親合力或催化活性。 pH影響底物的解離狀態(tài)，改變底物的可給性,CH2.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) pH對(duì)反應(yīng)述度的影響,CH2.2 酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) 溫度對(duì)反應(yīng)述度的影響,溫度對(duì)酶活力的影響，主要表現(xiàn)

23、在兩個(gè)方面，一方面溫度的改變影響著酶的穩(wěn)定性，在低溫條件下，主要表現(xiàn)為可逆行失活，隨溫度的恢復(fù)酶活力也得到恢復(fù)；在高溫條件下，表現(xiàn)為不可逆行失活。另一方面，溫度直接影響酶促反應(yīng)的進(jìn)行，根據(jù)Arrhenius方程： k=Ae-Ea/RT 可以看出，述度常數(shù)k與絕對(duì)溫度T成正比,影響酶促反應(yīng)的因素,五.激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑。 無機(jī)離子或簡單有機(jī)化合物對(duì)酶的激活,1、 無機(jī)離子的激活作用 （1）金屬離子：K+ 、Na+、Mg2+ 、Zn2+、Fe 2+ 、Ca2+ （2）陰離子：cl-、Br -、PO43- （3）氫離子 不同的離子激活不同的酶。 不同離子

24、之間有拮抗作用和可替代作用，如Na+與K+、Mg+與Ca+之間常常拮抗，但Mg+與Zn+?？商娲?。 激活劑的濃度要適中，過高往往有抑制作用，150mM,2、 簡單有機(jī)分子的激活作用 還原劑（如Cys、還原型谷胱甘肽）能激活某些活性中心含有SH的酶。 金屬螯合劑（EDTA）能去除酶中重金屬離子，解除抑制作用,3、蛋白酶對(duì)酶原的激活,抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 變性作用(denaturation)： 抑制作用(inhibiton)：使酶活力下降或喪失但并不引起酶蛋白變性 變性劑沒有選擇性 抑制劑有不同程度的選擇性,研究抑制劑對(duì)酶的作用有重大的意義： （1）藥物作用機(jī)理和抑制劑型藥物的設(shè)計(jì)與開 （2

25、）了解生物體的代謝途徑，進(jìn)行人為調(diào)控或代謝控制發(fā)酵 （3）通過抑制劑試驗(yàn)研究酶活性中心的構(gòu)象及其化學(xué)功能基團(tuán)，不僅可以設(shè)計(jì)藥物，而且也是酶工程和化學(xué)修飾酶、酶工業(yè)的基礎(chǔ),二）抑制作用的類型 1、不可逆的抑制作用 抑制劑與酶活性中心（外）的必需基團(tuán)共價(jià)結(jié)合，使酶的活性下降，無法用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使 酶復(fù)活。 2、 可逆的抑制作用 抑制劑與酶蛋白非共價(jià)鍵結(jié)合，可以用透折、超濾等物理方法除去抑制劑而使 酶復(fù)活,1）競爭性抑制（Competitive inhibition） 抑制劑具有與底物類似的結(jié)構(gòu)，競爭酶的活性中心，并與酶形成可逆的EI復(fù)合物，阻止底物與酶結(jié)合。 可以通過增加底物濃

26、度而解除此種抑制,丙二酸、戊二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制,2）非競爭性抑制 底物和抑制劑可以同時(shí)與酶結(jié)合，但是，中間的三元復(fù)合物ESI不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，因此，酶的活性降低。 抑制劑與酶活性中的以外的基團(tuán)結(jié)合，其結(jié)構(gòu)可能與底物無關(guān)。 不能通過增加底物的濃度的辦法來消除非競爭性抑制作用,某些重金屬離子對(duì)酶的抑制屬于非競爭性抑制：Cu2+、Hg2+、Pb2,3）、 反競爭性抑制 酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。E+SES+I ESI P 常見于多底物的酶促反應(yīng)中,三）可逆抑制作用與不可逆抑制作用的鑒別 1、通過透析、超濾、凝膠過濾等 2、通過V-E速度曲線 3、通過可逆抑制劑的動(dòng)力學(xué)曲

27、線可以區(qū)分三種可逆抑制作用,1、 競爭性抑制,相對(duì)活力,抑制分?jǐn)?shù),動(dòng)力學(xué)方程,Ki為EI的解離常數(shù),抑制程度決定于I、S、Km和Ki,競爭性可逆抑制圖示,Vmax不變 Km變大，而且隨I濃度的增大而增大,競爭性抑制作用小結(jié)： （1） Vmax不變，Km變大。 （2）抑制程度決定于I、S、Km和Ki A. 抑制程度與I成正比，與S成反比 I一定，增加S，可減少抑制程度。 S一定，增加I，可增加抑制程度。 B. 在一定I和S下， Ki越大，抑制作用越小，Km值愈大，抑制程度愈大,2、 非競爭性抑制,相對(duì)活力,抑制分?jǐn)?shù),抑制程度決定于I和Ki ，與底物的Km和S無關(guān),動(dòng)力學(xué)方程,非競爭性可逆抑制圖示

28、,Km不變，Vmax降至Vmax/（1+I/Ki,非競爭性抑制小結(jié)： （1） Km不變，Vmax降至Vmax/（1+I/Ki） （2）抑制程度決定于I和Ki ，與底物的Km和S無關(guān)： 抑制程度與I成正比 在一定I 下， Ki越大，抑制作用越小,3、 反競爭性抑制,相對(duì)活力,抑制分?jǐn)?shù),動(dòng)力學(xué)方程,抑制程度決定于Km、Ki、S、I,Km及Vmax都變小,反競爭性抑制小結(jié)： （1）Km及Vmax都變小 (2)抑制程度決定于Km、Ki、S、I 抑制程度既與I成正比，又與S成正比 在一定的S、I下，Ki越大，抑制程度越小；Km越大，抑制程度越小,表小結(jié)： 三種可逆抑制作用的酶促反應(yīng)速度V與Km值,一般每一種酶有兩個(gè)名稱： 一個(gè)是它的習(xí)慣名稱，其習(xí)慣名一般是根據(jù)它的催化底物來命名的。淀粉酶(Diastase)，蛋白(Protiase)，果膠酶(Pectinase)等。 另一個(gè)是其系統(tǒng)名稱，國際生物化學(xué)協(xié)會(huì)(International Union of Biochemistry)酶學(xué)委員會(huì)(Enzyme Commission)。于1961年該委員會(huì)正式提出了酶的系統(tǒng)命名方案。 將底物和催化的反應(yīng)同時(shí)考慮，進(jìn)行命名，如：-1 ，4葡萄糖水解酶； 對(duì)于雙底物的將兩底物用冒號(hào)分開：如：ATP:己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶； 對(duì)可逆反應(yīng)