生物催化劑酶課件

1、1 羧肽酶 2 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 4 酶的一般概念酶的一般概念 4 酶的組成與維生素酶的組成與維生素 4 酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 4 酶的催化機(jī)理酶的催化機(jī)理 4 酶反應(yīng)的動力學(xué)酶反應(yīng)的動力學(xué) 4 酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié) 3 1.1.酶的概述酶的概述 酶是生物催化劑酶是生物催化劑。絕大部分酶是蛋白質(zhì)，還有一些核糖核酸絕大部分酶是蛋白質(zhì)，還有一些核糖核酸 RNA具有催化作用，稱為核酶（具有催化作用，稱為核酶（ribozyme）。）。 1.1 1.1 定義定義 細(xì)胞的代謝由成千上萬的化學(xué)反應(yīng)組成，幾乎所有的反應(yīng)都是細(xì)胞的代謝由成千上萬的化學(xué)反應(yīng)組成，幾乎所有的反應(yīng)都是

2、由酶（由酶（enzyme）催化的。）催化的。 酶對于動物機(jī)體的生理活動有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實(shí)酶對于動物機(jī)體的生理活動有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實(shí) 踐中有廣泛應(yīng)用。踐中有廣泛應(yīng)用。 4 1.2 酶的命名酶的命名 （1）習(xí)慣命名習(xí)慣命名依據(jù)所催化的底物（依據(jù)所催化的底物（substrate）、反應(yīng)的性）、反應(yīng)的性 質(zhì)、酶的來源等命名。例如，胃蛋白（水解）酶、堿性磷酸酶。質(zhì)、酶的來源等命名。例如，胃蛋白（水解）酶、堿性磷酸酶。 （2）系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名 根據(jù)底物與反應(yīng)性質(zhì)命名根據(jù)底物與反應(yīng)性質(zhì)命名 反應(yīng)：葡萄糖反應(yīng)：葡萄糖+ATP 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+ADP 命名：命名： 葡萄糖

3、：葡萄糖：ATP 磷?；D(zhuǎn)移酶磷?；D(zhuǎn)移酶 （習(xí)慣名稱，葡萄糖激酶）（習(xí)慣名稱，葡萄糖激酶） 5 1.3 酶的分類酶的分類 6 1961年酶學(xué)委員會（年酶學(xué)委員會（Enzyme Commission，EC） 規(guī)定酶的表示法：規(guī)定酶的表示法： EC. X. X. X. X 例如：例如： 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 7 1.4 1.4 酶活性酶活性(enzyme activity) 酶活性的表示方法：酶活性的表示方法： 酶活性酶活性指的是酶的催化能力，指的是酶的催化能力， 用反應(yīng)速度來衡量，即單位用反應(yīng)速度來衡量，即單位 時(shí)間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。時(shí)間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。 V= dP / dt

4、 = - dS / dt 測定方法：測定方法： 吸光度測定、氣體分析、電化學(xué)分析等。吸光度測定、氣體分析、電化學(xué)分析等。 8 酶活性的計(jì)量：酶活性的計(jì)量： EC 1961年規(guī)定：年規(guī)定： 在指定的條件下，在指定的條件下，1分鐘內(nèi)，將分鐘內(nèi)，將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所 需要的酶量為需要的酶量為1個(gè)個(gè)酶活國際單位酶活國際單位（IU） 。 比活性比活性（specificity of enzyme ）指的是每毫克酶蛋白所具有）指的是每毫克酶蛋白所具有 的酶活性單位數(shù)。的酶活性單位數(shù)。 比活性比活性 = 活性單位數(shù)活性單位數(shù)/酶蛋白重量（酶蛋白重量（mg） 比活性反映了酶的純度

5、與質(zhì)量。比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。 9 酶促反應(yīng)的速度曲線酶促反應(yīng)的速度曲線 隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反 應(yīng)速度會變慢，這是由于產(chǎn)物應(yīng)速度會變慢，這是由于產(chǎn)物 的反饋?zhàn)饔谩⒚傅臒嶙冃曰蚋钡姆答佔(zhàn)饔?、酶的熱變性或?反應(yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起反應(yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起 始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲 線上通?？梢钥匆娨欢涡甭什痪€上通?？梢钥匆娨欢涡甭什?變的部分，這就是初速度。變的部分，這就是初速度。 在酶的動力學(xué)研究中，一般在酶的動力學(xué)研究中，一般 使用使用初速度的（初速度的（V0）概念。概念。 10 高效性高效性 酶的催化作用可使反應(yīng)速度比非催化

6、反應(yīng)提高酶的催化作用可使反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)提高108 -1020倍。比其倍。比其 他催化反應(yīng)高他催化反應(yīng)高106 -1013倍倍 例如：過氧化氫分解例如：過氧化氫分解 2H2O2 2H2O + O2 Fe3+ 催化，效率為催化，效率為6104 mol/mol. s 過氧化氫酶催化，效率為過氧化氫酶催化，效率為6 106 mol/mol.s 專一性專一性 即對底物的選擇性或特異性。一種酶只催化一種或一類底物轉(zhuǎn)即對底物的選擇性或特異性。一種酶只催化一種或一類底物轉(zhuǎn) 變成相應(yīng)的產(chǎn)物。變成相應(yīng)的產(chǎn)物。 1.5 酶的特點(diǎn)酶的特點(diǎn) 11 F 絕對專一性絕對專一性 一種酶只催化一種底物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的產(chǎn)物。一

7、種酶只催化一種底物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的產(chǎn)物。 例如，脲酶只催化尿素水解成例如，脲酶只催化尿素水解成CO2 和和NH3。 。 F 相對專一性相對專一性 一種酶作用于一類化合物或一類化學(xué)鍵。一種酶作用于一類化合物或一類化學(xué)鍵。 例如，不同的蛋白水解酶對于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有例如，不同的蛋白水解酶對于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有 不同的要不同的要 求。求。 F 立體專一性立體專一性 指酶對其所催化底物的立體構(gòu)型有特定的要求。指酶對其所催化底物的立體構(gòu)型有特定的要求。 例如，乳酸脫氫酶專一地催化例如，乳酸脫氫酶專一地催化L-乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，延胡索酸只作乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔雍魉嶂蛔?用于反式的延胡索酸（反丁

8、烯二酸）。立體專一性保證了反應(yīng)的定用于反式的延胡索酸（反丁烯二酸）。立體專一性保證了反應(yīng)的定 向進(jìn)行。向進(jìn)行。 12 R1: Lys, Arg R2: 不是不是Pro R3: Tyr, Trp, Phe R4: 不是不是 Pro 13 酶容易變性酶容易變性 這是酶的化學(xué)本質(zhì)（蛋白質(zhì)）所決定的。這是酶的化學(xué)本質(zhì)（蛋白質(zhì)）所決定的。 酶的可調(diào)節(jié)性酶的可調(diào)節(jié)性 抑制和激活（抑制和激活（activation and inhibition ） 反饋控制反饋控制(feed back) 酶原激活酶原激活(activation of proenzyme) 變構(gòu)酶變構(gòu)酶(allosteric enzyme) 化

9、學(xué)修飾化學(xué)修飾(chemical modification ) 多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體(multienzyme complex) 酶在細(xì)胞中的區(qū)室化酶在細(xì)胞中的區(qū)室化 (enzyme compartmentalization ) 14 已知的上千種酶絕大部分是蛋白質(zhì)已知的上千種酶絕大部分是蛋白質(zhì) 單純酶：單純酶：少數(shù)，例如：溶菌酶少數(shù)，例如：溶菌酶（催化水解細(xì)菌多糖細(xì)胞壁）（催化水解細(xì)菌多糖細(xì)胞壁） 結(jié)合酶：結(jié)合酶：大多數(shù)大多數(shù) 結(jié)合酶結(jié)合酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 輔因子輔因子 輔因子包括輔因子包括: 輔酶、輔基和金屬離子。輔酶、輔基和金屬離子。 2. 2. 酶的組成與維生素酶的組成與維生素 2

10、.1 酶的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì) 15 酶蛋白的作用酶蛋白的作用：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。 輔酶、輔基的作用輔酶、輔基的作用：參與電子的傳遞、基團(tuán)的轉(zhuǎn)移等，決定了酶所：參與電子的傳遞、基團(tuán)的轉(zhuǎn)移等，決定了酶所 催化反應(yīng)的性質(zhì)。有十幾種催化反應(yīng)的性質(zhì)。有十幾種. 輔酶與輔基的異同點(diǎn)輔酶與輔基的異同點(diǎn): 它們都是耐熱的有機(jī)小分子，結(jié)構(gòu)上常與它們都是耐熱的有機(jī)小分子，結(jié)構(gòu)上常與 維生素和核苷酸有關(guān)。但是輔酶與酶蛋白結(jié)合不緊，容易經(jīng)透析除維生素和核苷酸有關(guān)。但是輔酶與酶蛋白結(jié)合不緊，容易經(jīng)透析除 去，而輔基通常與酶蛋白共價(jià)相連。去，而輔基通常與酶蛋白共價(jià)

11、相連。 金屬離子的作用金屬離子的作用：它們是酶和底物聯(lián)系的：它們是酶和底物聯(lián)系的“橋梁橋梁”；穩(wěn)定酶蛋白的；穩(wěn)定酶蛋白的 構(gòu)象；酶的構(gòu)象；酶的“活性中心活性中心”的部分。的部分。 16 結(jié)合酶舉例，結(jié)合酶舉例，( )內(nèi)為輔因子：內(nèi)為輔因子： 乳酸脫氫酶（輔酶乳酸脫氫酶（輔酶I, NAD） 異檸檬酸脫氫酶（輔酶異檸檬酸脫氫酶（輔酶I, NAD） 醇脫氫酶（輔酶醇脫氫酶（輔酶I, NAD） 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（輔酶磷酸脫氫酶（輔酶II, NADP） 琥珀酸脫氫酶（琥珀酸脫氫酶（FAD） 乙酰輔酶乙酰輔酶A羧化酶（生物素，羧化酶（生物素，ATP，Mg+） 脂酰輔酶脂酰輔酶A合成酶（輔酶合成

12、酶（輔酶A, CoA） 17 維生素（維生素（Vitamin）是動物和人類生理活動所必需的，從食物中獲得是動物和人類生理活動所必需的，從食物中獲得 的一類有機(jī)小分子。它們并不是機(jī)體的能量來源，也不是結(jié)構(gòu)成分，的一類有機(jī)小分子。它們并不是機(jī)體的能量來源，也不是結(jié)構(gòu)成分， 大多數(shù)以輔酶、輔基的形式參與調(diào)節(jié)代謝活動。大多數(shù)以輔酶、輔基的形式參與調(diào)節(jié)代謝活動。 脂溶性維生素：脂溶性維生素： A 視黃醇（維生素視黃醇（維生素A原原胡蘿卜素）胡蘿卜素） D 鈣化醇鈣化醇 E 生育酚生育酚 K 凝血維生素凝血維生素 水溶性維生素：水溶性維生素：B族維生素和維生素族維生素和維生素C （以下主要介紹（以下主要介

13、紹B族維生素與輔酶、輔基的關(guān)系）族維生素與輔酶、輔基的關(guān)系） 2.2 維生素與輔酶、輔基的關(guān)系維生素與輔酶、輔基的關(guān)系 18 B族維生素及其輔酶、輔基形式族維生素及其輔酶、輔基形式 B B族維生素族維生素輔酶、輔基形式輔酶、輔基形式 在酶催化反應(yīng)中的作用在酶催化反應(yīng)中的作用 硫胺素硫胺素(B(B1 1) )硫胺素焦磷酸酯硫胺素焦磷酸酯(TPP)(TPP)-酮酸的氧化脫羧酮酸的氧化脫羧 核黃素核黃素(B(B2 2) ) 黃素單核苷酸黃素單核苷酸(FMN) (FMN) 黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)(FAD) 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 尼克酰胺或稱尼克酰胺或稱 煙

14、酰胺煙酰胺(PP)(PP) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD(NAD+ +) ) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP(NADP+ +) ) 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 吡哆醇吡哆醇( (吡哆醛、吡哆醛、 吡哆胺，吡哆胺， B B6 6) ) 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基轉(zhuǎn)移氨基轉(zhuǎn)移 泛酸泛酸輔酶輔酶A(CoA)A(CoA)?；D(zhuǎn)移酰基轉(zhuǎn)移 葉酸葉酸四氫葉酸四氫葉酸“一碳基團(tuán)一碳基團(tuán)”轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 生物素生物素(H)(H)生物素生物素羧化作用羧化作用 鈷胺素鈷胺素(B(B12 12) ) 甲基鈷胺素甲基鈷胺素 5-5-脫氧腺苷鈷胺素脫氧腺

15、苷鈷胺素 甲基轉(zhuǎn)移甲基轉(zhuǎn)移 19 VB1，硫胺素經(jīng)，硫胺素經(jīng) 焦磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)榻沽姿峄D(zhuǎn)變?yōu)?TPP，焦磷酸硫，焦磷酸硫 胺素胺素。它是酮酸。它是酮酸 脫氫酶的輔酶。脫氫酶的輔酶。 以以VB2，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基 FMN黃素單核苷酸黃素單核苷酸和和FAD黃素黃素 腺嘌呤腺嘌呤 二核苷酸二核苷酸。作用是傳遞氫和電子。作用是傳遞氫和電子。 H2N N+ S CH3 N CH3 N P O O OH HO O P O HO 硫胺素 焦磷酸硫胺素TPP H 8 7 9 6 N 10 N 5 R NH 1 4 2 O HN3 O N 10 OH OH N OHN 5 O O

16、 HN O N N N N NH2 O OHOH OPO O O- P O O- FMN FAD H 2e-+2H+ 2e-+2H+ 20 尼克酸，煙酸（維生素尼克酸，煙酸（維生素Vpp） NAD+/NADH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化（氧化/還原）還原） NADP+/NADPH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （氧化（氧化/還原）。煙酰胺衍生物還原）。煙酰胺衍生物 ，傳遞氫和電子，傳遞氫和電子， 氧化還原酶的輔酶。氧化還原酶的輔酶。 N N N NH2 N O OOH O P O OH O P O OH O O OH OH N NH2 O P O H

17、O HO NAD+ NADP+ N NH2 O R H H 2e-+H+ 2e-+H+ 21 泛酸（維生素泛酸（維生素B3） 是是CoA （輔酶（輔酶A ）的組成成分。的組成成分。 CoA是脂?；妮d體。是脂?；妮d體。 吡哆醛和吡哆胺（吡哆素），吡哆醛和吡哆胺（吡哆素）， 維生素維生素B6。磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛是氨是氨 基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。 NO OH PO OH O NO OH PO OH O H2N 磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺 O N N N NH2 N O OP OH O O OPO OH OH O H N H N O SH OH O OH PHO O 巰

18、基乙胺 泛酸 3-磷酸腺苷酸 22 葉酸，其還原衍生物葉酸，其還原衍生物四氫葉酸四氫葉酸 是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶的輔酶。是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶的輔酶。 一碳基團(tuán)，如甲基、乙烯基、一碳基團(tuán)，如甲基、乙烯基、 甲?；燃柞；?。 生物素生物素，維生素，維生素H。 噻吩和脲縮組成，噻吩和脲縮組成，CO2 的載體，的載體， 羧化酶的輔酶，且有戊酸側(cè)鏈羧化酶的輔酶，且有戊酸側(cè)鏈 。 OH N H O HN S O OH N H O N S O O HO 生物素羧基生物素 O HO HN O HN 10 9 6 N 5 4 O HN 3 2 H2N N 1 N 87 O HO 2-氨基-4羥基-6甲基蝶呤 對氨基苯甲

19、酸 谷氨酸 蝶酸 葉酸（蝶酰谷氨酸） 23 硫辛酸硫辛酸，含硫脂肪酸，其巰基，含硫脂肪酸，其巰基 有氧化和還原兩種形式，既可有氧化和還原兩種形式，既可 以傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移以傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移 脂?；?。脂酰基。 維生素維生素B12中心鈷原子結(jié)合中心鈷原子結(jié)合5-脫氧腺苷基稱脫氧腺苷基稱輔酶輔酶B12 ， 為一些變位酶和轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶。為一些變位酶和轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶。 N N N NH2N O NH2 O NH2 NH2 O O O Co O H H2N O NH O R P O O -O O N N HOH H NH2 H H OH 氰鈷胺酸：R= -CN 羥鈷胺酸：R= -OH 甲鈷胺

20、酸：R= -CH3 5-脫氧腺苷鈷胺酸：R=5-脫氧腺苷 3+ 24 單體酶單體酶 只有三級結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如只有三級結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如129個(gè)氨基酸的個(gè)氨基酸的 溶菌酶，分溶菌酶，分 子量子量14600。 寡聚酶寡聚酶 含含2-60 個(gè)亞基，有復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)。個(gè)亞基，有復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)。 常通過變構(gòu)效應(yīng)在代謝途徑中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。常通過變構(gòu)效應(yīng)在代謝途徑中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。 例如，乳酸脫氫酶。例如，乳酸脫氫酶。 多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體 由多個(gè)功能上相關(guān)的酶彼此嵌合而形成的復(fù)合體。它可以促進(jìn)某由多個(gè)功能上相關(guān)的酶彼此嵌合而形成的復(fù)合體。它可以促進(jìn)某 個(gè)階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有

21、序地進(jìn)行。個(gè)階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進(jìn)行。 例如，由三個(gè)酶組成的丙酮酸脫氫酶系。例如，由三個(gè)酶組成的丙酮酸脫氫酶系。 3. 酶的分子結(jié)構(gòu)酶的分子結(jié)構(gòu) 25 酶的活性中心（酶的活性中心（active site） 與酶的催化活性有關(guān)的基團(tuán)稱為必需基團(tuán)與酶的催化活性有關(guān)的基團(tuán)稱為必需基團(tuán) 活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán) 必需基團(tuán)必需基團(tuán) 活性中心外的必需基團(tuán)活性中心外的必需基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)（與底物結(jié)合，決定專一性）（與底物結(jié)合，決定專一性） 活性中心活性中心 催化基團(tuán)催化基團(tuán)（影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性（影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性,決定催化能力）決定催化能力） 26 酶的活性中心示意圖酶的活性中

22、心示意圖 活性中心是酶分子上由催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)構(gòu)成的一個(gè)微區(qū)活性中心是酶分子上由催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)構(gòu)成的一個(gè)微區(qū) 27 化學(xué)反應(yīng)是由具有一定能量的活化分子相互碰撞發(fā)生的。分子從化學(xué)反應(yīng)是由具有一定能量的活化分子相互碰撞發(fā)生的。分子從 初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能量稱為初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能量稱為活化能活化能。無論何種催化劑，其作。無論何種催化劑，其作 用都在于降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)的速度。用都在于降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)的速度。 一個(gè)可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，其反應(yīng)終態(tài)和始態(tài)的自由能的變化一個(gè)可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，其反應(yīng)終態(tài)和始態(tài)的自由能的變化 （G ）為負(fù)值。這個(gè)自由能的變化值

23、與反應(yīng)中是否存在催化劑無）為負(fù)值。這個(gè)自由能的變化值與反應(yīng)中是否存在催化劑無 關(guān)。關(guān)。 4. 酶的催化機(jī)理酶的催化機(jī)理 4.1 活化能活化能 28 催化劑降低了反應(yīng)物催化劑降低了反應(yīng)物 分子活化時(shí)所需的能量分子活化時(shí)所需的能量 非催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)活化能的比較非催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)活化能的比較 Ea，活化能；，活化能；G，自由能變化，自由能變化 29 S+E ES P+E 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物 反應(yīng)過程反應(yīng)過程 S+E ES ES* EP P+E 過渡態(tài)過渡態(tài) 復(fù)合物復(fù)合物 4.2 中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物學(xué)說 30 酶介入了反應(yīng)過程。通過形成不穩(wěn)定的酶介入了反應(yīng)過程。通過形成不穩(wěn)定的過渡態(tài)中間過渡

24、態(tài)中間 復(fù)合物復(fù)合物，使原本一步進(jìn)行的反應(yīng)分為兩步進(jìn)行，而兩步，使原本一步進(jìn)行的反應(yīng)分為兩步進(jìn)行，而兩步 反應(yīng)都只需較少的能量活化反應(yīng)都只需較少的能量活化, ,從而使整個(gè)反應(yīng)的活化能從而使整個(gè)反應(yīng)的活化能 降低。形成過渡態(tài)中間復(fù)合物是關(guān)鍵。降低。形成過渡態(tài)中間復(fù)合物是關(guān)鍵。 31 誘導(dǎo)契合學(xué)說認(rèn)為，誘導(dǎo)契合學(xué)說認(rèn)為， 酶和底物都有自己酶和底物都有自己 特有的構(gòu)象，在兩特有的構(gòu)象，在兩 者相互作用時(shí)，一者相互作用時(shí)，一 些基團(tuán)通過相互取些基團(tuán)通過相互取 向，定位以形成中向，定位以形成中 間復(fù)合物。間復(fù)合物。 4.3 誘導(dǎo)契合學(xué)說（誘導(dǎo)契合學(xué)說（induced fit） 32 鄰近與定向效應(yīng)：鄰近

25、與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會和有效碰撞。增加了酶與底物的接觸機(jī)會和有效碰撞。 張力效應(yīng)：張力效應(yīng)：誘導(dǎo)底物變形，扭曲，促進(jìn)了化學(xué)鍵的斷裂。誘導(dǎo)底物變形，扭曲，促進(jìn)了化學(xué)鍵的斷裂。 酸堿催化：酸堿催化：活性中心的一些基團(tuán)，如活性中心的一些基團(tuán)，如His，Asp作為質(zhì)子的受體或供體，作為質(zhì)子的受體或供體， 參與傳遞質(zhì)子。參與傳遞質(zhì)子。 共價(jià)催化：共價(jià)催化：酶與底物形成過渡性的共價(jià)中間體，限制底物的活動，使酶與底物形成過渡性的共價(jià)中間體，限制底物的活動，使 反應(yīng)易于進(jìn)行。反應(yīng)易于進(jìn)行。 疏水效應(yīng)：疏水效應(yīng)：活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦?、排斥，有利于酶與活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦?、?/p>

26、斥，有利于酶與 底物的接觸。底物的接觸。 4.4 催化機(jī)理催化機(jī)理 33 影響酶促反應(yīng)速度的因素與酶作為生物催化劑的影響酶促反應(yīng)速度的因素與酶作為生物催化劑的 特點(diǎn)密切有關(guān)。這些因素有：溫度、酸堿性、底物特點(diǎn)密切有關(guān)。這些因素有：溫度、酸堿性、底物 （substrate）濃度、酶濃度、激活劑（）濃度、酶濃度、激活劑（activators）和）和 抑制劑（抑制劑（inhibitors）等。）等。 5.5.酶促反應(yīng)的動力學(xué)及其影響因素酶促反應(yīng)的動力學(xué)及其影響因素 34 一般來說，隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)的速度加快。在較低溫度一般來說，隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)的速度加快。在較低溫度 條件下，酶促反應(yīng)也遵

27、循這個(gè)規(guī)律。但是，溫度超過一定數(shù)值時(shí)，條件下，酶促反應(yīng)也遵循這個(gè)規(guī)律。但是，溫度超過一定數(shù)值時(shí)， 酶會因熱變性，導(dǎo)致催化活性下降。酶會因熱變性，導(dǎo)致催化活性下降。 最適溫度（最適溫度（optimum T）：）：使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)的溫度。使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)的溫度。 最適溫度因不同的酶而異，動物體內(nèi)的酶的最適溫度在最適溫度因不同的酶而異，動物體內(nèi)的酶的最適溫度在37 0C -40 0C 左右。有的溫泉微生物的酶非常耐熱，也有的酶在較低的溫度下活左右。有的溫泉微生物的酶非常耐熱，也有的酶在較低的溫度下活 性反而高。性反而高。 5.1 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響溫度對酶促反應(yīng)速度的影響 35

28、 酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度 36 5.2 溶液溶液pH值對酶促反應(yīng)速度的影響值對酶促反應(yīng)速度的影響 最適最適pH（optimum pH）：）： 使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)溶液的使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)溶液的 pH。 酶的最適酶的最適pH 與酶的性質(zhì)、底物和緩沖體系有關(guān)。與酶的性質(zhì)、底物和緩沖體系有關(guān)。 在最適在最適pH時(shí)，酶和底物之間有最好時(shí)，酶和底物之間有最好 的結(jié)合狀態(tài)。的結(jié)合狀態(tài)。 37 在其他條件確定時(shí)，在其他條件確定時(shí)， 反應(yīng)速度與酶的濃度反應(yīng)速度與酶的濃度 成正比。成正比。 5.3 酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 酶濃度對反應(yīng)速度的影

29、響酶濃度對反應(yīng)速度的影響 38 5.4 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 在其他條件確定的情況下，在低底物濃度時(shí)，反在其他條件確定的情況下，在低底物濃度時(shí)，反 應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜飸?yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜?濃度較高時(shí)，濃度較高時(shí)，v也隨著也隨著S的增加而升高，但變得緩慢，的增加而升高，但變得緩慢， 表現(xiàn)為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到足夠大時(shí)，反應(yīng)表現(xiàn)為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到足夠大時(shí)，反應(yīng) 速度也達(dá)到最大值（速度也達(dá)到最大值（Vmax），此時(shí)再增加底物濃度，），此時(shí)再增加底物濃度， 反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。反應(yīng)速

30、度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。 反應(yīng)速度對于底物濃度的變化呈雙曲線，稱為米氏反應(yīng)速度對于底物濃度的變化呈雙曲線，稱為米氏 雙曲線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為雙曲線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為米氏方程米氏方程. 39 米氏雙曲線米氏雙曲線 40 米氏方程的推導(dǎo)米氏方程的推導(dǎo) 首先假設(shè)：首先假設(shè)： 1. 反應(yīng)在最適條件下進(jìn)行反應(yīng)在最適條件下進(jìn)行 2. pH、溫度和酶的濃度固定，變化的是底物濃度、溫度和酶的濃度固定，變化的是底物濃度 3. 反應(yīng)在起始階段，逆反應(yīng)可忽略反應(yīng)在起始階段，逆反應(yīng)可忽略 4. 反應(yīng)體系處在反應(yīng)體系處在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)（stable state） 41 E + S ES E + P k+1 k-1 k+2 根

31、據(jù)根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物學(xué)說，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，ES 中間復(fù)合物的生成中間復(fù)合物的生成 速度與其分解速度相等，并有以下關(guān)系式：速度與其分解速度相等，并有以下關(guān)系式： V1=V-1+V+2 (1) k+1 E S = k-1 ES + k+2 ES = ES （k-1 + k+2 ） E S = ES （k-1 + k+2 ）/ k+1 (2) 令（令（k-1 + k+2 ）/ k+1 =Km ( (米氏常數(shù)米氏常數(shù)) ) E S = ES Km (3) 42 Et是自由酶是自由酶E的濃度與結(jié)合酶的濃度與結(jié)合酶ES的濃度之和，的濃度之和， 即即 Et = ES +E (4) 總的反應(yīng)速度總的

32、反應(yīng)速度V應(yīng)該等于應(yīng)該等于 V+2 = k+2ES (5) 將將(4) ,(5) 代入代入 (3),整理得到整理得到 米氏方程米氏方程: V=Vm S /(Km+S) V速度速度 Vm 最大速度最大速度 S底物濃度底物濃度 Km 米氏常數(shù)米氏常數(shù) 43 米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度 一半時(shí)所對應(yīng)的底物濃度一半時(shí)所對應(yīng)的底物濃度 當(dāng)當(dāng)Sm時(shí)，時(shí)， vm，呈零級反應(yīng)，呈零級反應(yīng) 米氏雙曲線米氏雙曲線 44 由米氏方程可知，米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時(shí)所對應(yīng)的底物濃度由米氏方程可知，米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時(shí)所對應(yīng)的底物濃度, 即當(dāng)即當(dāng)v = 1/2Vm時(shí)，時(shí)，Km = S 米氏常

33、數(shù)米氏常數(shù)Km=(k-1+k+2)/k +1 在反應(yīng)的起始階段，在反應(yīng)的起始階段，k+2 k-1，m k-1k +1 平 平 解離 解離 此時(shí)，此時(shí)，m越大，說明和之間的親和力越小，復(fù)合物越不穩(wěn)定。越大，說明和之間的親和力越小，復(fù)合物越不穩(wěn)定。 當(dāng)當(dāng)m越小時(shí)，說明和的親和力越大，復(fù)合物越穩(wěn)定，也越有越小時(shí)，說明和的親和力越大，復(fù)合物越穩(wěn)定，也越有 利于反應(yīng)。利于反應(yīng)。 米氏常數(shù)米氏常數(shù)m對于酶是特征性的對于酶是特征性的。每一種酶對于它的一種底物只有一個(gè)。每一種酶對于它的一種底物只有一個(gè) 米氏常數(shù)。米氏常數(shù)。 米氏常數(shù)及其意義米氏常數(shù)及其意義 45 米氏常數(shù)的求法米氏常數(shù)的求法 -4-20246

34、810 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/S(1/mmol.L -1) 1/v 雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法 雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線 46 5.5 5.5 抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響 酶的抑制劑（酶的抑制劑（inhibitor）:凡能使酶的活性下降凡能使酶的活性下降 而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。 酶抑制作用分為酶抑制作用分為可逆抑制作用可逆抑制作用和和不可逆抑制作用不可逆抑制作用 兩大類。兩大類。 47 （一）可逆抑制作用（一）可逆抑制作用（reversible inhibition） 抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)

35、方式結(jié)合，引起酶活性暫抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫 時(shí)性喪失。抑制劑可以通過透析、超濾等物理方法被除時(shí)性喪失。抑制劑可以通過透析、超濾等物理方法被除 去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶 結(jié)合的情況，又可以分為結(jié)合的情況，又可以分為競爭性抑制、非競爭性抑制、競爭性抑制、非競爭性抑制、 反競爭性抑制和混合抑制等。反競爭性抑制和混合抑制等。 48 1. 競爭性抑制（競爭性抑制（competitive inhibitor） 49 競爭性抑制的動力學(xué)特點(diǎn)是競爭性抑制的動力學(xué)特點(diǎn)是Vmax不變，而不變，而Km增大增大 50 在在

36、可逆的競爭性抑制可逆的競爭性抑制中，中， 抑制劑通常是酶的天然底物抑制劑通常是酶的天然底物 結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競爭結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競爭 酶的活性中心。酶的活性中心。 51 在在可逆的競爭性抑制可逆的競爭性抑制中，抑制劑通常是酶的天然中，抑制劑通常是酶的天然 底物結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競爭酶的活性中心。底物結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競爭酶的活性中心。 磺胺類藥物與細(xì)菌二氫葉酸合成酶的底物之一對磺胺類藥物與細(xì)菌二氫葉酸合成酶的底物之一對 氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)相似，與其競爭酶的活性中心，氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)相似，與其競爭酶的活性中心， 從而達(dá)到抑菌的作用。從而達(dá)到抑菌的作用。 COOHH2NSO2NHRH2N

37、 對氨基苯甲酸磺胺類藥物 對氨基苯甲酸 二氫喋呤啶 谷氨酸 二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶 二氫葉酸四氫葉酸 52 非競爭性抑制劑與酶的活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合，形成非競爭性抑制劑與酶的活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合，形成 EI 或或ESI復(fù)合物，結(jié)果不能進(jìn)一步形成產(chǎn)物復(fù)合物，結(jié)果不能進(jìn)一步形成產(chǎn)物P，于是使酶反應(yīng)受到抑，于是使酶反應(yīng)受到抑 制，這種作用不能通過增加底物濃度的方法來消除。制，這種作用不能通過增加底物濃度的方法來消除。 53 在在可逆的非競爭性可逆的非競爭性 抑制作用抑制作用中：中： 抑制劑結(jié)合在活性抑制劑結(jié)合在活性 中心以外；中心以外； 抑制劑的結(jié)合阻斷抑制劑的結(jié)合阻斷 了反應(yīng)的發(fā)

38、生。了反應(yīng)的發(fā)生。 54 非競爭性抑制作用的動力學(xué)特點(diǎn)是非競爭性抑制作用的動力學(xué)特點(diǎn)是Vmax變小，而變小，而Km不變。不變。 55 (二二) 不可逆抑制（不可逆抑制（irreversible inhibition） 抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，從而抑制酶抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，從而抑制酶 活性。用透析、超濾等物理方法，不能除去抑制劑使酶活性恢復(fù)。活性。用透析、超濾等物理方法，不能除去抑制劑使酶活性恢復(fù)。 乙酰膽堿酯酶是羥基酶，與有機(jī)磷農(nóng)藥共價(jià)結(jié)合后失活，使興奮乙酰膽堿酯酶是羥基酶，與有機(jī)磷農(nóng)藥共價(jià)結(jié)合后失活，使興奮 性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿不能及時(shí)清除降解，而是

39、過量地積累引起中毒。性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿不能及時(shí)清除降解，而是過量地積累引起中毒。 P X RO RO O +E-OHP O RO RO O E HX P O RO RO O E + N CH3 CHNOH E-OH N CH3 CHNO + P O OR OR + 有機(jī)磷化合物 羥基酶 磷酰化酶 (失活) 解磷定 磷?；?(失活) 56 金屬離子金屬離子 如如Mg+ 對磷酰基轉(zhuǎn)移酶，對磷?；D(zhuǎn)移酶，Cu+對一些對一些 氧化酶，氧化酶，Cl-對淀粉酶有激活作用。對淀粉酶有激活作用。 一些有機(jī)小分子一些有機(jī)小分子 如如Vit C，谷胱甘肽，巰基乙醇等對巰基，谷胱甘肽，巰基乙醇等對巰基 酶有激活作用。酶有激活作用。 5.5 激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響 57 終產(chǎn)物終產(chǎn)物 P 對途徑開對途徑開 頭和分支點(diǎn)上的關(guān)頭和分支點(diǎn)上的關(guān) 鍵酶活性的調(diào)節(jié)。鍵酶活性的調(diào)節(jié)。 字母字母e 表示酶。表示酶。 + 表示激活，表示激活， - 表示抑制。表示抑制。 6.1 反饋控制反饋控制( feed Back) 6. 酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié) 58 變構(gòu)酶模型變構(gòu)酶模型 米氏雙曲線與米氏雙曲線與S S形變構(gòu)曲線形變構(gòu)曲線 6.2 變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié) 0.1