酶long2010級護理課件

1、酶long2010級護理1 第第4章章 教學大綱教學大綱 v酶、核酶、脫氧核酶的概念，酶的專一性及分類；酶、核酶、脫氧核酶的概念，酶的專一性及分類； v結(jié)合酶、輔酶與輔基、活性中心、必需基團的概念結(jié)合酶、輔酶與輔基、活性中心、必需基團的概念 和酶促反應(yīng)特點；和酶促反應(yīng)特點； v底物濃度對反應(yīng)速率的影響底物濃度對反應(yīng)速率的影響，包括米，包括米-曼氏方程式、曼氏方程式、 Km和和Vmax概念及意義概念及意義； v最適最適pH，最適溫度的概念；，最適溫度的概念； v不同類型可逆抑制作用不同類型可逆抑制作用的概念、的概念、特點，特點，Km和和Vmax 的變化；的變化； v酶活性單位的定義，變構(gòu)酶、酶原

2、、酶原激活、同酶活性單位的定義，變構(gòu)酶、酶原、酶原激活、同 工酶、核酸酶的概念。工酶、核酸酶的概念。 v 掌握：掌握： 酶long2010級護理2 第四章第四章 酶酶 Enzyme 張春龍張春龍 酶long2010級護理3 第一節(jié)第一節(jié) 酶的概述酶的概述 酶long2010級護理4 酶很早就為人類所利用酶很早就為人類所利用 v我國人民在夏禹時代就會我國人民在夏禹時代就會釀酒釀酒(4000多年前多年前) v周代已能制作周代已能制作飴糖飴糖和和醬醬(3000多年前多年前) v春秋戰(zhàn)國時期已知用春秋戰(zhàn)國時期已知用曲曲治療消化不良的疾病治療消化不良的疾病 （2000多年前）多年前） v古埃及人用麥粉發(fā)

3、酵制造古埃及人用麥粉發(fā)酵制造啤酒啤酒 酶long2010級護理5 磨粉，去糠，打碎磨粉，去糠，打碎 麥芽，萌發(fā)，浸潤麥芽，萌發(fā)，浸潤 成酒，發(fā)酵，瓶裝成酒，發(fā)酵，瓶裝 埃及壁畫埃及壁畫 酶long2010級護理6 收收 割割 磨磨 粉粉 浸浸 泡泡 發(fā)發(fā) 酵酵 啤啤 酒酒 神奇轉(zhuǎn)化力量？神奇轉(zhuǎn)化力量？酵解作用產(chǎn)生酒精酵解作用產(chǎn)生酒精 1926年年Sumner結(jié)晶出結(jié)晶出脲酶脲酶可分解尿素可分解尿素 酶是一種蛋白質(zhì)酶是一種蛋白質(zhì) 酶long2010級護理7 Sumner對酶的發(fā)現(xiàn)有重大貢獻對酶的發(fā)現(xiàn)有重大貢獻 酶long2010級護理8 一、酶的概念及發(fā)展歷史一、酶的概念及發(fā)展歷史 酶酶(enz

4、yme) 由由活細胞合成活細胞合成的、對其的、對其特異底物特異底物起起 高效催化高效催化作用的作用的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，是機體內(nèi)催化是機體內(nèi)催化 各種代謝反應(yīng)最主要的各種代謝反應(yīng)最主要的催化劑催化劑。 脫氧核酶脫氧核酶(deoxyribozyme) 具有催化功能的單鏈具有催化功能的單鏈DNADNA片段。片段。 核酶核酶(ribozyme) 具有高效、特異催化作用的具有高效、特異催化作用的RNA。 酶long2010級護理9 酶的發(fā)展歷史酶的發(fā)展歷史 v1837年年德國德國Berzelius認為發(fā)酵是活的細胞造成，認為發(fā)酵是活的細胞造成， 首先想到催化作用。首先想到催化作用。 v1850年年法國法國P

5、asteur認為酒的發(fā)酵是酵母認為酒的發(fā)酵是酵母(yeast) 細胞生命活動的結(jié)果，細胞破裂則失去發(fā)酵作細胞生命活動的結(jié)果，細胞破裂則失去發(fā)酵作 用。用。 v1878年年德國德國Kuhne提出提出enzyme，源于希臘語的，源于希臘語的 酵母中酵母中(in yeast), 中文：酵素中文：酵素酶酶 酶long2010級護理10 v1897年年德國德國Buchner兄弟用不含細胞的酵母兄弟用不含細胞的酵母 提取液完成了發(fā)酵，證明酶無生命，只是一提取液完成了發(fā)酵，證明酶無生命，只是一 種化學物質(zhì)。種化學物質(zhì)。 vEduard Buchner是第一位提出酵素可以獨立是第一位提出酵素可以獨立 于細胞而

6、產(chǎn)生作用，獲于細胞而產(chǎn)生作用，獲1907年年Nobel化學獎。化學獎。 酶的發(fā)展歷史酶的發(fā)展歷史 酶long2010級護理11 The Nobel Prize in Chemistry 1907 for his biochemical researches and his discovery of cell-free fermentation Eduard Buchner 1860-1917 Landwirtschaftliche Hochschule (Agricultural College) Berlin, Germany 酶long2010級護理12 酶的發(fā)展歷史酶的發(fā)展歷史 v192

7、6年年美國生化學家美國生化學家Sumner從刀豆中得到從刀豆中得到 脲酶的結(jié)晶，首次證明酶是蛋白質(zhì)脲酶的結(jié)晶，首次證明酶是蛋白質(zhì) v1930年年美國化學家美國化學家Northrop得到胃蛋白酶得到胃蛋白酶 結(jié)晶結(jié)晶 v1946年年Sumner和和Northrop獲獲Nobel化學獎化學獎 酶long2010級護理13 The Nobel Prize in Chemistry 1946 James Batcheller Sumner Wendell Meredith Stanley 1887-1955 Cornell University Ithaca, NY, USA Rockefeller

8、Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA John Howard Northrop 1897-1987 Rockefeller Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form for his discovery that enzymes can be crystallized 1/2 of the prize 1/4 of the prize 1/4 o

9、f the prize 1904-1971 酶long2010級護理14 v1965年年Blake對溶菌酶的結(jié)晶進行了對溶菌酶的結(jié)晶進行了X-射線衍射射線衍射 分析，酶的活性中心的催化機理獲得直接而具體分析，酶的活性中心的催化機理獲得直接而具體 的解釋。的解釋。 v1982年年Cech發(fā)現(xiàn)個別發(fā)現(xiàn)個別RNA具有自我催化作用，具有自我催化作用， 提出提出核酶核酶概念。概念。 v1995年年，Jack W.Szostak研究室首先報道了具有研究室首先報道了具有 DNA連接酶活性連接酶活性DNA片段，稱為片段，稱為脫氧核酶脫氧核酶 (deoxyribozyme)。 酶的發(fā)展歷史酶的發(fā)展歷史 酶lon

10、g2010級護理15 酶的酶的分類分類 1. 氧化還原酶類氧化還原酶類 2. 轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶類 3. 水解酶類水解酶類 4. 裂解酶類裂解酶類 5. 異構(gòu)酶類異構(gòu)酶類 6. 合成酶類合成酶類 二、酶的分類及命名二、酶的分類及命名 (自學自學) 酶long2010級護理16 酶的酶的命名命名 1. 酶的習慣命名：依據(jù)其所催化的底物酶的習慣命名：依據(jù)其所催化的底物 和化學反應(yīng)類型或方式進行命名。如脂和化學反應(yīng)類型或方式進行命名。如脂 肪酶、轉(zhuǎn)氨酶和脫氫酶等。肪酶、轉(zhuǎn)氨酶和脫氫酶等。 2. 酶的系統(tǒng)命名：由國際酶學委員會以酶的系統(tǒng)命名：由國際酶學委員會以 酶的分類進行命名。標明酶的所有底物酶的分類進

11、行命名。標明酶的所有底物 和反應(yīng)性質(zhì)。和反應(yīng)性質(zhì)。 酶long2010級護理17 三、酶的化學本質(zhì)三、酶的化學本質(zhì) 1. 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 2. 核酸核酸 3. 非蛋白質(zhì)非核酸？非蛋白質(zhì)非核酸？ 酶long2010級護理18 酶的分子結(jié)構(gòu)與功能酶的分子結(jié)構(gòu)與功能 第二節(jié)第二節(jié) 酶long2010級護理19 一、酶的分子組成一、酶的分子組成 僅由氨基酸殘基構(gòu)成僅由氨基酸殘基構(gòu)成 還含有非蛋白質(zhì)部分還含有非蛋白質(zhì)部分 酶蛋白酶蛋白輔助因子輔助因子+全酶全酶 (有催化活性有催化活性)(無催化活性無催化活性)(無催化活性無催化活性) 1.單純酶單純酶 2.結(jié)合酶結(jié)合酶 holoenzyme 酶long20

12、10級護理20 各部分在催化反應(yīng)中的作用各部分在催化反應(yīng)中的作用 q酶蛋白決定反應(yīng)的特異性酶蛋白決定反應(yīng)的特異性 q輔助因子決定反應(yīng)的類型與性質(zhì)輔助因子決定反應(yīng)的類型與性質(zhì) 酶long2010級護理21 常見：常見：維生素及其衍生物維生素及其衍生物 常見：常見： K+、Na+、Mg2+、 Cu2+、 Zn2+、Fe2+ 金屬離子金屬離子 小分子有機化合物小分子有機化合物 或或 輔基輔基 輔酶輔酶 輔助因子輔助因子 分類分類 組成組成 酶long2010級護理22 金屬離子的作用金屬離子的作用 穩(wěn)定穩(wěn)定酶的酶的構(gòu)象構(gòu)象； 參與催化反應(yīng)，參與催化反應(yīng)，傳遞電子傳遞電子； 在酶與底物間起在酶與底物間

13、起橋梁橋梁作用；作用； 和中和中陰離子，降低靜電斥力等。陰離子，降低靜電斥力等。 常見：常見： K+、Na+、Mg2+、 Cu2+、 Zn2+、Fe2+ 酶long2010級護理23 金屬酶金屬酶(metalloenzyme) 金屬離子與酶金屬離子與酶結(jié)合緊密結(jié)合緊密，提取過程中，提取過程中 不易丟失不易丟失 金屬激活酶金屬激活酶(metal-activated enzyme) 金屬離子為酶的活性所必需，但與酶金屬離子為酶的活性所必需，但與酶 的的結(jié)合不甚緊密結(jié)合不甚緊密 酶long2010級護理24 小分子有機化合物的作用小分子有機化合物的作用 在反應(yīng)中起在反應(yīng)中起運載體運載體的作用，傳的作

14、用，傳 遞遞電子、質(zhì)子電子、質(zhì)子或其它或其它基團基團 常見：常見：維生素及其衍生物維生素及其衍生物 酶long2010級護理25 輔酶輔酶:與酶蛋白與酶蛋白結(jié)合疏松結(jié)合疏松，可用透析，可用透析 或超濾的方法除去或超濾的方法除去 輔基輔基:與酶蛋白與酶蛋白結(jié)合緊密結(jié)合緊密，不能用透，不能用透 析或超濾的方法除去析或超濾的方法除去 酶long2010級護理26 轉(zhuǎn)移的基團轉(zhuǎn)移的基團 小分子有機化合物（輔酶或輔基）小分子有機化合物（輔酶或輔基） 名稱名稱所含的維生素所含的維生素 氫原子（質(zhì)子）氫原子（質(zhì)子）NAD （尼克酰胺腺嘌呤二核 （尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，輔酶苷酸，輔酶I 尼克酰胺（維生素尼

15、克酰胺（維生素PP）之一）之一 NADP （尼克酰胺腺嘌呤二 （尼克酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸，輔酶核苷酸磷酸，輔酶II 尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP）之一）之一 FMN（黃素單核苷酸）（黃素單核苷酸）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素） FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）（黃素腺嘌呤二核苷酸）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素） 醛基醛基TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）維生素維生素B1（硫胺素）（硫胺素） ?；；o酶輔酶A（CoA）泛酸泛酸 烷基烷基鈷胺素輔酶類鈷胺素輔酶類維生素維生素B12 氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛（維生素吡哆醛（維生素B6之一）之一） 二氧化碳二氧化碳生

16、物素生物素生物素生物素 甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、 甲酰基等一碳單位甲?；纫惶紗挝?四氫葉酸四氫葉酸葉酸葉酸 某些輔酶（輔基）在催化中的作用某些輔酶（輔基）在催化中的作用 酶long2010級護理27 必需基團必需基團(essential group) 酶分子中氨基酸殘基側(cè)酶分子中氨基酸殘基側(cè) 鏈的化學基團中，一些鏈的化學基團中，一些 與酶活性密切相關(guān)與酶活性密切相關(guān)的化的化 學基團。學基團。 二、酶的活性中心二、酶的活性中心(active center) 酶long2010級護理28 或稱或稱活性部位活性部位(active site)，指必指必 需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近

17、，組成需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成 具有具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能，能與底物與底物 特異結(jié)合特異結(jié)合并將底物并將底物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。為產(chǎn)物。 定義定義 酶的酶的活性中心活性中心 酶long2010級護理29 底底 物物 活性中心以外活性中心以外 的必需基團的必需基團 結(jié)合基團結(jié)合基團 催化基團催化基團 活性中心活性中心 酶long2010級護理30 活性中心內(nèi)的必需基團活性中心內(nèi)的必需基團 結(jié)合基團結(jié)合基團 binding group 與底物相結(jié)合與底物相結(jié)合 催化基團催化基團 (catalytic group) 催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 位于活性中心以外，位

18、于活性中心以外，維持酶活性中心維持酶活性中心 應(yīng)有的構(gòu)象應(yīng)有的構(gòu)象所必需。所必需。 活性中心外的必需基團活性中心外的必需基團 酶long2010級護理31 溶菌酶的活溶菌酶的活 性中心性中心 * 谷氨酸谷氨酸35和天和天 冬氨酸冬氨酸52是催化是催化 基團；基團； * 色氨酸色氨酸62和和63、 天冬氨酸天冬氨酸101和和 色氨酸色氨酸108是結(jié)是結(jié) 合基團；合基團； * A-F為底物多為底物多 糖鏈的糖基，位糖鏈的糖基，位 于酶的活性中心于酶的活性中心 形成的裂隙中。形成的裂隙中。 酶long2010級護理32 酶促反應(yīng)的特點與機制酶促反應(yīng)的特點與機制 第三節(jié)第三節(jié) The characte

19、ristic and Mechanism of Enzyme Action 酶long2010級護理33 生物催化劑與一般催化劑的生物催化劑與一般催化劑的共性共性 是什么？是什么？ 問題問題1： 酶long2010級護理34 1. 加快反應(yīng)的速度，而反應(yīng)前后沒有加快反應(yīng)的速度，而反應(yīng)前后沒有 質(zhì)和量的改變質(zhì)和量的改變 2. 只能催化熱力學上允許進行的反應(yīng)只能催化熱力學上允許進行的反應(yīng) 3. 只能加速可逆反應(yīng)的進程，而不能改只能加速可逆反應(yīng)的進程，而不能改 變反應(yīng)的平衡點變反應(yīng)的平衡點 催化劑的共性催化劑的共性 4. 作用的機理都是降低反應(yīng)的活化能作用的機理都是降低反應(yīng)的活化能 酶long201

20、0級護理35 一、酶促反應(yīng)的特點一、酶促反應(yīng)的特點 v高效率高效率 比非催化反應(yīng)比非催化反應(yīng)高高1081020倍倍； 比一般催化劑比一般催化劑高高1071013倍倍 酶long2010級護理36 問題問題2： 為什么酶的催化效率遠遠地為什么酶的催化效率遠遠地 比非催化劑或一般催化劑比非催化劑或一般催化劑高高？ 酶long2010級護理37 上不去！如上不去！如 何是好？何是好？ 加力加力 酶long2010級護理38 反應(yīng)總能量改變反應(yīng)總能量改變 非催化反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能 酶促反應(yīng)酶促反應(yīng) 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催 化反應(yīng)的活化能化反應(yīng)的活化能 能能 量量 反反 應(yīng)應(yīng) 過

21、過 程程 底物底物 產(chǎn)物產(chǎn)物 酶促反應(yīng)活化能的改變酶促反應(yīng)活化能的改變 活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。 酶可極大地降低反應(yīng)所需的活化能酶可極大地降低反應(yīng)所需的活化能 酶long2010級護理39 一種酶僅作用于一種或一類化一種酶僅作用于一種或一類化 合物合物, 或一定的化學鍵或一定的化學鍵, 催化一定的催化一定的 化學反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物?；瘜W反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。 v高度的特異性高度的特異性/專一性專一性 酶long2010級護理40 一種酶只催化一種底物一種酶只催化一種底物, 生成一定的產(chǎn)物生成一定的產(chǎn)物 脲酶脲酶 C O NH

22、2NH2 + + OH 2CO2+ + NH32 1. 絕對特異性絕對特異性 一對一一對一 酶long2010級護理41 作用于一類化合物或一種化學鍵作用于一類化合物或一種化學鍵 脂肪酶脂肪酶催化脂肪水解催化脂肪水解 酯類水解酯類水解 磷酸酶磷酸酶催化磷酸酯鍵水解催化磷酸酯鍵水解 2. 相對特異性相對特異性 一對多一對多 酶long2010級護理42 絲氨酸蛋白酶家族的特異性絲氨酸蛋白酶家族的特異性 COO- C Asp 活性中心活性中心 胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶 cut at Lys, Argcut at Lys, Argcut at Trp, Phe,

23、Tyrcut at Trp, Phe, Tyr cut at Ala, Glycut at Ala, Gly 非極性口袋非極性口袋 帶負電的深口袋帶負電的深口袋 非極性淺口袋非極性淺口袋 O O CNCCN C C C C NH3 + O O CNCCN C O O CNCCN CH3 Juang RH (2004) BCbasics 酶long2010級護理43 一種酶僅作用于立體異構(gòu)體中的一種一種酶僅作用于立體異構(gòu)體中的一種 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶(LD) L-乳酸乳酸 D-乳酸乳酸 3. 立體異構(gòu)特異性立體異構(gòu)特異性 酶long2010級護理44 對酶含量（生成量與降解量）的調(diào)節(jié)對酶含量（

24、生成量與降解量）的調(diào)節(jié) 對酶催化效力對酶催化效力( (酶活性酶活性) )的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 通過改變底物濃度對酶進行調(diào)節(jié)等通過改變底物濃度對酶進行調(diào)節(jié)等 v可調(diào)節(jié)性可調(diào)節(jié)性 酶long2010級護理45 二、酶促反應(yīng)的機制二、酶促反應(yīng)的機制 （一）酶（一）酶-底物復合物的形成與誘導契合假說底物復合物的形成與誘導契合假說 酶底物復合物酶底物復合物 E + S E + P ES 酶long2010級護理46 酶與底物的誘導契合酶與底物的誘導契合 酶long2010級護理47 *誘導契合假說誘導契合假說(induced-fit hypothesis) 酶與底物酶與底物相互接近相互接近時，其結(jié)構(gòu)時，其結(jié)構(gòu)相

25、互誘導相互誘導、 相互變形相互變形和和相互適應(yīng)相互適應(yīng)，進而，進而相互結(jié)合相互結(jié)合。這。這 一過程稱為酶一過程稱為酶- -底物結(jié)合的誘導契合假說底物結(jié)合的誘導契合假說 “五個相互五個相互” 酶long2010級護理48 酶long2010級護理49 酶誘導底物形成過渡態(tài)酶誘導底物形成過渡態(tài) 底物底物 若只是與底物互補結(jié)合則無若只是與底物互補結(jié)合則無 催化反應(yīng)催化反應(yīng) 過渡態(tài)過渡態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)物 酶不但能與底物結(jié)合，還能誘導底物形成過渡態(tài)酶不但能與底物結(jié)合，還能誘導底物形成過渡態(tài) Adapted from Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Bioc

26、hemistry (3e) p.252 X 酶long2010級護理50 u 酶促反應(yīng)的其他機制酶促反應(yīng)的其他機制 鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)(proximity effect) 與定向排列與定向排列(orientation arrange ) 多元催化多元催化(multielement catalysis) 表面效應(yīng)表面效應(yīng)(surface effect) 酶long2010級護理51 酶活性中心多為疏水性酶活性中心多為疏水性“口袋口袋” 在避開水分子的干擾下，分子間的離子鍵才容易產(chǎn)生在避開水分子的干擾下，分子間的離子鍵才容易產(chǎn)生 Adapted from Alberts et al (2002) M

27、olecular Biology of the Cell (4e) p.115 - + 酶long2010級護理52 酶促反應(yīng)動力學酶促反應(yīng)動力學 第四節(jié)第四節(jié) 酶long2010級護理53 酶促反應(yīng)動力學酶促反應(yīng)動力學 概念概念 研究研究酶促反應(yīng)速率酶促反應(yīng)速率及其影響因素及其影響因素 酶促反應(yīng)速率的影響因素酶促反應(yīng)速率的影響因素 底物濃度底物濃度、酶濃度酶濃度、p p、溫度溫度、 激活劑激活劑和和抑制劑抑制劑等等 酶long2010級護理54 一、底物濃度對反應(yīng)速率的影響一、底物濃度對反應(yīng)速率的影響 v單底物、單產(chǎn)物單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)反應(yīng) v酶促反應(yīng)速率一般酶促反應(yīng)速率一般用單位時間內(nèi)底物

28、的消用單位時間內(nèi)底物的消 耗量和產(chǎn)物的生成量來表示耗量和產(chǎn)物的生成量來表示 v反應(yīng)速率取其反應(yīng)速率取其初速率初速率，即底物的消耗量很，即底物的消耗量很 ?。ㄒ话阍谛。ㄒ话阍?以內(nèi)）時的反應(yīng)速率以內(nèi)）時的反應(yīng)速率 v底物濃度遠遠大于酶濃度底物濃度遠遠大于酶濃度 酶long2010級護理55 一 一 底物濃度對反應(yīng)速率的影響底物濃度對反應(yīng)速率的影響 213456780 0 2 4 6 8 底物濃度底物濃度S ( (m mmol) 產(chǎn)物產(chǎn)物P 80 60 40 20 0 S + E P ( (反應(yīng)時間均確定 反應(yīng)時間均確定) ) Juang RH (2004) BCbasics 酶long2010級

29、護理56 當?shù)孜餄舛容^低時當?shù)孜餄舛容^低時 反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng) 酶long2010級護理57 隨著底物濃度的增高隨著底物濃度的增高 反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng) 酶long2010級護理58 當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度 反應(yīng)速率不再增加，達最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)反應(yīng)速率不再增加，達最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng) 酶long2010級護理59 Michaelis與與Menten發(fā)展出酶動力學發(fā)展出酶動力學 酶long2010級護理60 酶動力學的基本出發(fā)點酶動力學的

30、基本出發(fā)點 E S + P+ 中間產(chǎn)物學說中間產(chǎn)物學說 ES ES的生成量與消失量相等，的生成量與消失量相等， 故平衡時故平衡時ESES濃度成一穩(wěn)定狀態(tài)濃度成一穩(wěn)定狀態(tài) S EE Juang RH (2004) BCbasics (中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物) 酶long2010級護理61 （一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式 Km= k2 + k3 k1 Km:米氏常數(shù)米氏常數(shù) ES的生成量的生成量等于其消失量等于其消失量 穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)時， ES濃度恒定：濃度恒定： 米氏方程米氏方程: 酶long2010級護理62 ( (一一) )米曼氏方程式米曼氏方程式 EESE + SP 1 2 3 依據(jù)：依據(jù)：

31、中間產(chǎn)物學說中間產(chǎn)物學說 測定的測定的V是初速率是初速率,即反應(yīng)剛剛開始即反應(yīng)剛剛開始,產(chǎn)物產(chǎn)物 的的P的生成量極少的生成量極少,逆反應(yīng)不予考慮逆反應(yīng)不予考慮 反應(yīng)的初始階段反應(yīng)的初始階段SE , S可以認為可以認為 不變不變 假設(shè)：假設(shè)： 酶long2010級護理63 SK SV V m max + + = S：底物濃度底物濃度 V：不同不同S時的反應(yīng)速率時的反應(yīng)速率 Vmax：最大反應(yīng)速率最大反應(yīng)速率(maximum velocity, Vm) m：米氏常數(shù)米氏常數(shù)(Michaelis constant) 酶long2010級護理64 V Vm 當當 S Km時時, 當當 S k3 時時)

32、 Km= k2 k1 = E S ES = Ks E EESESE +E + + S SP P k1 k2 k3 酶long2010級護理68 Km值是酶的值是酶的特征性常數(shù)特征性常數(shù)之一之一 只與酶的結(jié)構(gòu)、酶催化的底物只與酶的結(jié)構(gòu)、酶催化的底物 和反應(yīng)環(huán)境（如溫度、和反應(yīng)環(huán)境（如溫度、pH、離子強、離子強 度）有關(guān)。度）有關(guān)。 與酶的濃度無關(guān)與酶的濃度無關(guān) 酶long2010級護理69 2. Vm Vm是酶完全被底物飽和時的反應(yīng)速率是酶完全被底物飽和時的反應(yīng)速率 意義：意義：當酶被底物充分飽和時，可以當酶被底物充分飽和時，可以 推算出推算出單位時間內(nèi)每個酶分子催化底單位時間內(nèi)每個酶分子催化底

33、 物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)k3 。（。（酶的酶的 轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)k k3 3） 酶long2010級護理70 u m值與值與max值的測定值的測定 雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法 VmaxS Km+S V = 1/V= Km Vmax 1/Vmax 1/S 兩邊同取倒數(shù)兩邊同取倒數(shù) （y= ax + b） - -1/Km 1/Vmax 酶long2010級護理71 二、二、 酶濃度對反應(yīng)速率的影響酶濃度對反應(yīng)速率的影響 S Km時時, V=k3ES=k3 E 酶濃度對反應(yīng)速率的影響酶濃度對反應(yīng)速率的影響 V E 0 E=ES 斜率斜率= =k k3 3 酶long2010級護理72 三

34、、溫度對反應(yīng)速率的影響三、溫度對反應(yīng)速率的影響 雙重影響雙重影響 升溫，酶促反應(yīng)速率加快；升溫可升溫，酶促反應(yīng)速率加快；升溫可 引起酶的變性，反應(yīng)速率減慢引起酶的變性，反應(yīng)速率減慢 。 最適溫度最適溫度 (optimum temperature) 酶促反應(yīng)速率最快時的環(huán)境溫度。酶促反應(yīng)速率最快時的環(huán)境溫度。 酶long2010級護理73 酶活性酶活性 反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度 溫度對淀粉酶活性的影響溫度對淀粉酶活性的影響 應(yīng)用：低溫麻醉，低溫保存菌種應(yīng)用：低溫麻醉，低溫保存菌種 酶long2010級護理74 四、四、pH對反應(yīng)速率的影響對反應(yīng)速率的影響 最適最適pH 酶催化活性最酶催化活性最 大時的環(huán)

35、境大時的環(huán)境pH 0 酶酶 活活 性性 pH pH對某些酶活性的影響對某些酶活性的影響 胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 膽堿酯酶膽堿酯酶 246810特征性常數(shù)？特征性常數(shù)？ 酶long2010級護理75 五、五、抑制劑抑制劑對反應(yīng)速率的影響對反應(yīng)速率的影響 v可逆性抑制作用可逆性抑制作用 （reversible inhibition) 1.抑制劑抑制劑（inhibitor，I） 凡能使酶的催化凡能使酶的催化活性下降活性下降而而 不不引起酶蛋白變性引起酶蛋白變性的物質(zhì)的物質(zhì) 2.作用類型作用類型 v不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用 （irreversible inhibition) 酶long

36、2010級護理76 （一）不可逆性抑制作用（一）不可逆性抑制作用 概念概念 抑制劑通常以抑制劑通常以共價鍵共價鍵與酶活性中心與酶活性中心 內(nèi)、外的必需基團相結(jié)合，使酶內(nèi)、外的必需基團相結(jié)合，使酶失活失活 ( (不能不能用透析、超濾等方法除去用透析、超濾等方法除去) 案例案例 4-1 (P50) 酶long2010級護理77 （1）有機磷農(nóng)藥）有機磷農(nóng)藥 膽堿酯酶膽堿酯酶 解磷定解磷定 酶long2010級護理78 酶long2010級護理79 C Cl l H HS S S S C Cl l- -C CH HC CH H- -A As s E E C Cl l- -C CH H= =C CH

37、H- -A As s E E2 2H HC Cl l C Cl l H HS S S S 路路易易士士氣氣 巰巰基基酶酶 失失活活的的酶酶 S S C CH H2 2- -S SH H H HS S C CH H2 2- -S S C Cl l- -C CH H= =C CH H- -A As s E E C CH H- -S SH H E E C CH H- -S S A As s- -C CH HC CH H- -C Cl l S S C CH H2 2- -O OH H H HS S C CH H2 2O OH H 失失活活的的酶酶 巰巰基基酶酶 和和砷砷劑劑結(jié)結(jié)合合物物 解毒：二巰基丙

38、醇（解毒：二巰基丙醇（BAL） (2)重金屬離子重金屬離子如如Hg2+、Ag+、As3+ 酶long2010級護理80 （二）可逆性抑制作用（二）可逆性抑制作用 抑制劑通常以抑制劑通常以非共價鍵非共價鍵與酶或酶與酶或酶-底物復合底物復合 物物可逆性結(jié)合可逆性結(jié)合，使酶活性，使酶活性降低或消失降低或消失 概念概念 類型類型 競爭性抑制作用競爭性抑制作用 (competitive inhibition) 非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用 (non-competitive inhibition) 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用 (uncompetitive inhibition) 酶long201

39、0級護理81 1. 競爭性抑制作用競爭性抑制作用 抑制劑抑制劑與與酶的酶的底物結(jié)構(gòu)相似底物結(jié)構(gòu)相似，可與底物可與底物 競爭酶的活性中心競爭酶的活性中心，阻礙酶與底物結(jié)合形成，阻礙酶與底物結(jié)合形成 中間產(chǎn)中間產(chǎn)物物 E + SES E + P + I EI Ki 酶long2010級護理82 底物、競爭性抑制劑與酶的結(jié)合部位底物、競爭性抑制劑與酶的結(jié)合部位 酶long2010級護理83 2 或或 2 丙二酸丙二酸 草酰乙酸草酰乙酸 舉舉 例例 2 琥珀酸脫氫酶 琥珀酸脫氫酶 2 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 酶long2010級護理84 II 競爭性抑制競爭性抑制 競交競交Y Vmax不變不變

40、 表觀表觀Km 0 s 1 v 1 無抑制劑無抑制劑 Km 1 Vm 1 酶long2010級護理85 特點：特點： (1) 增加增加S，可減弱或消除，可減弱或消除I的抑制作用，的抑制作用， 所以所以 V Vm m (2) 抑制劑與低物競爭酶的活性中抑制劑與低物競爭酶的活性中 心，影響了酶與底物的結(jié)合，故心，影響了酶與底物的結(jié)合，故 表觀表觀K Km m 抑制程度取決于：抑制程度取決于： 1.抑制劑與酶的相對親和力抑制劑與酶的相對親和力 2.抑制劑和與底物濃度的相對比例抑制劑和與底物濃度的相對比例 不變不變 增大增大 酶long2010級護理86 實例實例 H2NCOOHH2NSO2NHR 對

41、氨基苯甲酸對氨基苯甲酸磺胺類藥物磺胺類藥物 四氫葉酸四氫葉酸 二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成酶 二氫葉酸二氫葉酸對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸 四氫葉酸還原酶四氫葉酸還原酶 (合成核苷酸合成核苷酸) 磺胺類藥物的抑菌機制磺胺類藥物的抑菌機制 酶long2010級護理87 2. 非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用 抑制劑與酶活性中心抑制劑與酶活性中心外的必需基團結(jié)合外的必需基團結(jié)合,底物底物 與抑制劑之間無競爭關(guān)系與抑制劑之間無競爭關(guān)系,但酶但酶-底物底物-抑制劑復合抑制劑復合 物（物（ESI）不能進一步釋放出產(chǎn)物。）不能進一步釋放出產(chǎn)物。 I E + SESE + P + ESI Ki + EI Ki +

42、 S I 酶long2010級護理88 非競爭性抑制劑與酶的結(jié)合部位非競爭性抑制劑與酶的結(jié)合部位 酶long2010級護理89 0 s 1 v 1 K Km 1 V Vm 1 無抑制劑無抑制劑 非競爭性抑制非競爭性抑制 I 非交非交X Vmax 表觀表觀Km不變不變 酶long2010級護理90 特點：特點： (1) 因為底物與抑制劑無競爭作用，不影因為底物與抑制劑無競爭作用，不影 響底物與酶的結(jié)合，所以表觀響底物與酶的結(jié)合，所以表觀K Km m (2) 由于由于ESI不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，所以不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，所以V Vm m 不變；不變； 減小減小 (3)(3)抑制程度取決于抑制劑的濃度抑制程度取

43、決于抑制劑的濃度 酶long2010級護理91 3. 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用 E + SESE + P + I ESI Ki 抑制劑僅抑制劑僅與酶和底物形成的與酶和底物形成的ES結(jié)合，結(jié)合， 使使ES的量下降。既減少從的量下降。既減少從ES轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的 量，也同時減少從量，也同時減少從ES解離出解離出E和和S的量。的量。 酶long2010級護理92 反競爭性抑制劑與酶的結(jié)合部位反競爭性抑制劑與酶的結(jié)合部位 Uncompetitive inhibitor Q: 增加增加s能否消除抑制作用？能否消除抑制作用？ 酶long2010級護理93 反競爭性抑制反競爭性抑制 0 s

44、1 v 1 K Km 1 V Vm 1 無抑制劑無抑制劑 I 反平行反平行 Vmax Km 酶long2010級護理94 （3）抑制劑的存在減緩了）抑制劑的存在減緩了ES的解離，故的解離，故 表觀表觀Km 特點特點 (1) 抑制劑只與抑制劑只與ES結(jié)合結(jié)合 (4) 抑制程度取決與抑制程度取決與I及及S (2) 由于由于ESI不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，故不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，故 Vmax 降低降低 降低降低 (5) 增加增加s不但不能消除抑制作用，不但不能消除抑制作用， 反而促進抑制作用反而促進抑制作用 反競爭反競爭=合作？合作？ 酶long2010級護理95 三種可逆性抑制作用的比較三種可逆性抑制作用的比較

45、反競爭性反競爭性 抑制抑制 競爭性競爭性 抑制抑制 非競爭性非競爭性 抑制抑制 無抑制劑無抑制劑 E E 與與I I結(jié)合結(jié)合 的組分的組分 表觀表觀K Km m 最大速率最大速率 Km Vm 不變不變 增大增大 減小減小 降低降低不變不變降低降低 E E、ESESESES 酶long2010級護理96 三種可逆性抑制作用的特征曲線三種可逆性抑制作用的特征曲線 競交競交Y，非交，非交X，反平行，反平行 非競爭性抑制非競爭性抑制 競爭性抑制競爭性抑制 反競爭性抑制反競爭性抑制 酶long2010級護理97 E v 不可逆抑制不可逆抑制 劑的作用劑的作用 E v 可逆抑制劑可逆抑制劑 的作用的作用

46、I I 可逆性抑制作用與不可逆性抑制作用的比較可逆性抑制作用與不可逆性抑制作用的比較 無無 I 無無 I ？ 酶long2010級護理98 六、激活劑對反應(yīng)速率的影響六、激活劑對反應(yīng)速率的影響 非必需激活劑非必需激活劑 概念概念 使酶由無活性變?yōu)橛谢钚?，或使酶活性使酶由無活性變?yōu)橛谢钚?，或使酶活?增加的物質(zhì)稱為酶的激活劑。增加的物質(zhì)稱為酶的激活劑。 可提高酶的催化活性可提高酶的催化活性 種類種類 必需激活劑必需激活劑 2)不可缺少的不可缺少的 1)多為金屬離子多為金屬離子 酶long2010級護理99 酶活性測定和酶活性單位酶活性測定和酶活性單位 酶的活性酶的活性是指酶催化化學反應(yīng)的能力，其

47、衡量是指酶催化化學反應(yīng)的能力，其衡量 的標準是酶促反應(yīng)速率。的標準是酶促反應(yīng)速率。 國際單位國際單位(IU) 在特定的條件下，每分鐘催化在特定的條件下，每分鐘催化1mol底物底物 轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際單位。轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際單位。 酶long2010級護理100 酶酶 的的 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 第五節(jié)第五節(jié) The Regulation of Enzyme 酶long2010級護理101 一、酶活性的調(diào)節(jié)一、酶活性的調(diào)節(jié) （一）（一） 酶原酶原與酶原的激活與酶原的激活 酶原酶原酶酶 激活激活 （無活性）（無活性）（有活性）（有活性） 酶原的激活實際上是酶原的激活實際上是酶的活性中

48、酶的活性中 心形成或暴露的過程心形成或暴露的過程 酶原酶原：指無活性的酶的前體：指無活性的酶的前體 酶long2010級護理102 胰蛋白酶原胰蛋白酶原 活性中心活性中心 胰蛋白酶胰蛋白酶 腸激酶腸激酶 胰蛋白酶原的激活過程胰蛋白酶原的激活過程 酶long2010級護理103 酶long2010級護理104 多數(shù)酶原的激活具有多數(shù)酶原的激活具有級聯(lián)放大反應(yīng)級聯(lián)放大反應(yīng)性質(zhì)性質(zhì) Cascade nSnP 1 Enzyme Juang RH (2004) BCbasics 消化管內(nèi)蛋白酶原、消化管內(nèi)蛋白酶原、 凝血酶原、纖維蛋白凝血酶原、纖維蛋白 溶解系統(tǒng)的酶等溶解系統(tǒng)的酶等 酶long2010級

49、護理105 酶原激活的機理酶原激活的機理 酶酶 原原 分子分子構(gòu)象構(gòu)象發(fā)生發(fā)生改變改變 形成形成或暴露出酶的或暴露出酶的活性中心活性中心 一個或幾個特定的肽鍵斷裂，一個或幾個特定的肽鍵斷裂， 水解掉一個或幾個短肽水解掉一個或幾個短肽 在特定條件下在特定條件下 酶long2010級護理106 酶原激活的生理意義酶原激活的生理意義 避免細胞產(chǎn)生的酶對細胞進行自身避免細胞產(chǎn)生的酶對細胞進行自身 消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā) 揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進行揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進行 酶long2010級護理107 某些酶分子某些酶分子活性中心以外活性中心以外的某

50、部位可的某部位可 以與體內(nèi)一些代謝物時可逆結(jié)合，使酶發(fā)以與體內(nèi)一些代謝物時可逆結(jié)合，使酶發(fā) 生變構(gòu)并改變其催化活性。這種受變構(gòu)調(diào)生變構(gòu)并改變其催化活性。這種受變構(gòu)調(diào) 節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶。節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶。 （二）變構(gòu)酶及其（二）變構(gòu)酶及其變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié) 變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)效應(yīng)劑 (allosteric effector) 酶long2010級護理108 （三）（三） 酶的酶的共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié) 某些酶蛋白肽鏈上的某些酶蛋白肽鏈上的側(cè)鏈基團側(cè)鏈基團在在另一另一 酶的催化下酶的催化下可與某種化學基團發(fā)生可與某種化學基團發(fā)生可逆的可逆的 共價結(jié)合或解離共價結(jié)合或解離，從而改變酶的活性，從而改變酶的

51、活性 最常見：最常見：磷酸化與去磷酸化磷酸化與去磷酸化 無無/ /低活性低活性 有有/ /高活性高活性 互變互變 酶long2010級護理109 酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化 -OH Thr Ser Tyr 酶蛋白酶蛋白 H2OPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP 蛋白激酶蛋白激酶 Thr Ser Tyr -O-PO32- 酶蛋白酶蛋白 酶long2010級護理110 H2O 活性活性 羧化酶羧化酶 檸檬酸檸檬酸 乙酰乙酰CoA羧化酶活性的調(diào)節(jié)羧化酶活性的調(diào)節(jié) 部分活性部分活性 羧化酶羧化酶 檸檬酸檸檬酸 P 無活性無活性 羧化酶羧化酶 P ATP ADP AMP活化的活化的 蛋白激酶蛋白激酶 Pi 蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶2A 單體單體(無活性無活性) 多聚體多聚體(有活性有活性) 檸檬酸檸檬酸 長鏈脂酰長鏈脂酰CoA 酶long2010級護理111 二、酶二、酶含量含量的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 1. 酶蛋白合成的誘導與阻遏酶蛋白合成的誘導與阻遏 2. 酶降解的調(diào)控酶降解的調(diào)控 酶long2010級護理112 三、同工酶三、同工酶(isoenzme) 催化催化相同的化學反應(yīng)相同的化學反應(yīng), ,酶蛋白酶蛋白 的的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)理化性質(zhì)乃至乃至免疫免疫 學性質(zhì)不同學性質(zhì)不同的一組酶。的一組酶。 概念概念 同工同工，異曲同工同工