生物化學(xué)-第二章酶

1、第二章第二章 酶酶w 新陳代謝是生命活動的基礎(chǔ)，是生命活動新陳代謝是生命活動的基礎(chǔ)，是生命活動最重要的標(biāo)志。而構(gòu)成新陳代謝的許多復(fù)雜而最重要的標(biāo)志。而構(gòu)成新陳代謝的許多復(fù)雜而有規(guī)律的物質(zhì)變化和能量變化，都是在酶催化有規(guī)律的物質(zhì)變化和能量變化，都是在酶催化下進(jìn)行的。下進(jìn)行的。w 人們對酶的認(rèn)識起源于生產(chǎn)與生活實(shí)踐。人們對酶的認(rèn)識起源于生產(chǎn)與生活實(shí)踐。我國人民在八千年以前就開始利用酶，夏禹時(shí)我國人民在八千年以前就開始利用酶，夏禹時(shí)代就會釀酒，公元前代就會釀酒，公元前12世紀(jì)周代已能制作飴糖世紀(jì)周代已能制作飴糖和醬。他們雖不知道酶是何物，但已把酶用到和醬。他們雖不知道酶是何物，但已把酶用到相當(dāng)廣泛的

2、程度。相當(dāng)廣泛的程度。 西方國家西方國家19世紀(jì)對釀酒發(fā)酵過程進(jìn)行了大量研究。世紀(jì)對釀酒發(fā)酵過程進(jìn)行了大量研究。1833年年P(guān)ayen和和Persoz從麥芽的水提取物中，用酒精從麥芽的水提取物中，用酒精沉淀得到了一種對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，它可使淀粉水解沉淀得到了一種對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，它可使淀粉水解成可溶性的糖，他們把這種物質(zhì)稱為淀粉酶制劑。由成可溶性的糖，他們把這種物質(zhì)稱為淀粉酶制劑。由于他們得到了無細(xì)胞酶制劑，并指出了它的催化特性于他們得到了無細(xì)胞酶制劑，并指出了它的催化特性和熱不穩(wěn)定性，涉及到酶的一些本質(zhì)性問題和熱不穩(wěn)定性，涉及到酶的一些本質(zhì)性問題 ，所以人，所以人們認(rèn)為們認(rèn)為Payen和和P

3、ersoz首先發(fā)現(xiàn)了酶。首先發(fā)現(xiàn)了酶。1878年年Khne才才給酶一個(gè)統(tǒng)一的名詞，叫給酶一個(gè)統(tǒng)一的名詞，叫Enzyme，源于希臘文，意，源于希臘文，意思是在酵母中。思是在酵母中。1835-1837年，年，Berzelius提出了催化作用的概念。提出了催化作用的概念。1894年，年，F(xiàn)isher提出了酶與底物的提出了酶與底物的“鎖與鑰匙鎖與鑰匙”學(xué)說。學(xué)說。1903年，年，Henri提出了酶與底物作用的中間復(fù)合物學(xué)說。提出了酶與底物作用的中間復(fù)合物學(xué)說。1913年年Michaelis和和Menten根據(jù)中間復(fù)合物學(xué)說，導(dǎo)出了根據(jù)中間復(fù)合物學(xué)說，導(dǎo)出了米氏方程。米氏方程。1925年年Briggs和

4、和Handane對米氏方程作了一項(xiàng)重要修正，對米氏方程作了一項(xiàng)重要修正，提出了穩(wěn)態(tài)學(xué)說。提出了穩(wěn)態(tài)學(xué)說。1926年年Sumner從刀豆提取出了脲酶并獲得結(jié)晶，證明脲從刀豆提取出了脲酶并獲得結(jié)晶，證明脲酶具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。酶具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。1930-1936年年Northrop和和Kunitz得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶，并證實(shí)酶是一種蛋白質(zhì)。和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶，并證實(shí)酶是一種蛋白質(zhì)。（Sumner和和Northrop共同獲得共同獲得1949年諾貝爾化學(xué)獎）。年諾貝爾化學(xué)獎）。1963年，年，Hirs,Moore和和Stein測定了測定了RNaseA的氨基酸順

5、序。的氨基酸順序。 1965年，年，Phillips首先用首先用X射線晶體衍射技術(shù)闡明了雞蛋清射線晶體衍射技術(shù)闡明了雞蛋清溶菌酶的三維結(jié)構(gòu)。溶菌酶的三維結(jié)構(gòu)。1969年，年，Merrifield等人工合成了具有酶活性的胰等人工合成了具有酶活性的胰RNase。80年代初年代初Cech和和Altman分別發(fā)現(xiàn)了具有催化功能的分別發(fā)現(xiàn)了具有催化功能的RNA核酶，這一發(fā)現(xiàn)打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念，開辟了核酶，這一發(fā)現(xiàn)打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念，開辟了酶學(xué)研究的新領(lǐng)域。，為此獲得酶學(xué)研究的新領(lǐng)域。，為此獲得1989年諾貝爾化學(xué)獎。年諾貝爾化學(xué)獎。1986年年Schultz和和Lerner等人研制成功抗

6、體酶，具有重要的等人研制成功抗體酶，具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。Boyer和和Walker闡明了闡明了ATP合酶合成與分解合酶合成與分解ATP的分子機(jī)制，的分子機(jī)制，獲獲1997年諾貝爾化學(xué)獎。年諾貝爾化學(xué)獎。 隨著隨著DNA重組技術(shù)及聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，重組技術(shù)及聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使酶結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)入新階段?，F(xiàn)已鑒定出使酶結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)入新階段。現(xiàn)已鑒定出4000多種多種酶，數(shù)百種酶已得到結(jié)晶，并且每年都有新酶被發(fā)現(xiàn)。酶，數(shù)百種酶已得到結(jié)晶，并且每年都有新酶被發(fā)現(xiàn)。第一節(jié)、酶催化作用的特點(diǎn)第一節(jié)、酶催化作用的特點(diǎn)一、酶和一般催化

7、劑的比較一、酶和一般催化劑的比較1. 共性共性a. 用量少效率高用量少效率高b. 不改變化學(xué)平衡點(diǎn)不改變化學(xué)平衡點(diǎn)d. 降低反應(yīng)活化能降低反應(yīng)活化能 H2O2分解反應(yīng)分解反應(yīng) E=75.24kJ/mol 膠態(tài)膠態(tài)Pd E=48.9kJ/mol H2O2酶酶 E=8.36kJ/mol2. 特性特性a. 催化效率高催化效率高以分子比表示，它比其它非催化反應(yīng)相比高以分子比表示，它比其它非催化反應(yīng)相比高107-1013倍。倍。以轉(zhuǎn)換數(shù)（以轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover number,kcat:每秒種每個(gè)酶分子能每秒種每個(gè)酶分子能催化多少個(gè)微摩爾的底物發(fā)生變化）表示，大部分酶為催化多少個(gè)微摩爾的底物發(fā)生變化）

8、表示，大部分酶為1000，最大的可達(dá)幾十萬，甚至一百萬以上。，最大的可達(dá)幾十萬，甚至一百萬以上。b. 高度的專一性高度的專一性 一種酶只能作用于某一類或某一特定的物質(zhì)。一種酶只能作用于某一類或某一特定的物質(zhì)。這就是酶作用的專一性。通常把被酶作用的物質(zhì)稱這就是酶作用的專一性。通常把被酶作用的物質(zhì)稱為該酶的底物（為該酶的底物（substrate）。所以也可以說一種酶只）。所以也可以說一種酶只作用于一種或一類底物。例如：作用于一種或一類底物。例如： 淀粉淀粉 淀粉酶淀粉酶H+ 可催化可催化 脂肪脂肪 脂肪酶脂肪酶 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 蛋白酶蛋白酶c. 易失活易失活一般的催化劑在一定條件下會因中毒而失去催化

9、能一般的催化劑在一定條件下會因中毒而失去催化能力，而酶卻較其它催化劑更加脆弱，更易失去活性。力，而酶卻較其它催化劑更加脆弱，更易失去活性。d. 酶活力的調(diào)節(jié)控制酶活力的調(diào)節(jié)控制 酶活力是受調(diào)節(jié)控制的，它的調(diào)控方式很多，酶活力是受調(diào)節(jié)控制的，它的調(diào)控方式很多，包括抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶包括抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。原激活及激素控制等。e. 酶的催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)酶的催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān) 有些酶是復(fù)合蛋白質(zhì)，其中的小分子物質(zhì)有些酶是復(fù)合蛋白質(zhì)，其中的小分子物質(zhì)（輔酶、輔基及金屬離子）與酶的催化活性密切（輔酶、輔基及金屬離

10、子）與酶的催化活性密切相關(guān)。若將它們除去，酶就失去活性。相關(guān)。若將它們除去，酶就失去活性。 高效率、專一性以及溫和的作用條件使酶在高效率、專一性以及溫和的作用條件使酶在生物體內(nèi)新陳代謝中發(fā)揮強(qiáng)有力的作用，酶活力生物體內(nèi)新陳代謝中發(fā)揮強(qiáng)有力的作用，酶活力的調(diào)節(jié)控制使生命活動中各個(gè)反應(yīng)得以有條不紊的調(diào)節(jié)控制使生命活動中各個(gè)反應(yīng)得以有條不紊地進(jìn)行。地進(jìn)行。二、酶的化學(xué)本質(zhì)及其化學(xué)組成二、酶的化學(xué)本質(zhì)及其化學(xué)組成1. 酶的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì) 酶的化學(xué)本質(zhì)除有催化活性的酶的化學(xué)本質(zhì)除有催化活性的RNA外幾乎都是蛋外幾乎都是蛋白質(zhì)。被人們分離純化的酶有數(shù)千種，經(jīng)過物理和化白質(zhì)。被人們分離純化的酶有數(shù)千種

11、，經(jīng)過物理和化學(xué)方法的分析證明了酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。學(xué)方法的分析證明了酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。主要依據(jù)是：主要依據(jù)是：（1）酶經(jīng)酸堿水解后的最終產(chǎn)物是氨基）酶經(jīng)酸堿水解后的最終產(chǎn)物是氨基酸，酶能被蛋白酶水解而失活；（酸，酶能被蛋白酶水解而失活；（2）酶是具有空間結(jié)）酶是具有空間結(jié)構(gòu)的生物大分子，凡使蛋白質(zhì)變性的因素都可使酶變構(gòu)的生物大分子，凡使蛋白質(zhì)變性的因素都可使酶變性失活；（性失活；（3）酶是兩性電解質(zhì)，在不同）酶是兩性電解質(zhì)，在不同pH下呈現(xiàn)不下呈現(xiàn)不同的離子狀態(tài)（同的離子狀態(tài)（4）和蛋白質(zhì)一樣具有膠體性質(zhì)；（）和蛋白質(zhì)一樣具有膠體性質(zhì)；（5）具有蛋白質(zhì)所具有的化學(xué)呈色反應(yīng)。具有蛋白質(zhì)所

12、具有的化學(xué)呈色反應(yīng)。2. 酶的組成分類酶的組成分類 酶作為一種具有催化功能的蛋白質(zhì)，與其它蛋白質(zhì)酶作為一種具有催化功能的蛋白質(zhì)，與其它蛋白質(zhì)一樣，相對分子質(zhì)量很大，一般從一萬到幾十萬以至大一樣，相對分子質(zhì)量很大，一般從一萬到幾十萬以至大到百萬以上。到百萬以上。 從化學(xué)組成來看酶可分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合（綴合）從化學(xué)組成來看酶可分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合（綴合）蛋白質(zhì)兩類。屬于單純蛋白質(zhì)的酶類，除了蛋白質(zhì)外，蛋白質(zhì)兩類。屬于單純蛋白質(zhì)的酶類，除了蛋白質(zhì)外，不含其它物質(zhì)，如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和核不含其它物質(zhì)，如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和核糖核酸酶等。屬于結(jié)合蛋白質(zhì)的酶類，除了蛋白質(zhì)外，糖核酸

13、酶等。屬于結(jié)合蛋白質(zhì)的酶類，除了蛋白質(zhì)外，還要結(jié)合一些對熱穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)（輔助因子）小分子還要結(jié)合一些對熱穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)（輔助因子）小分子物質(zhì)或金屬離子，其酶蛋白（脫輔酶）與輔助因子結(jié)合物質(zhì)或金屬離子，其酶蛋白（脫輔酶）與輔助因子結(jié)合后所形成的復(fù)合物稱為后所形成的復(fù)合物稱為“全酶全酶”。全酶全酶 = 脫輔酶脫輔酶 + 輔因子輔因子 在酶催化時(shí)，一定要有脫輔酶和輔因子同時(shí)存在酶催化時(shí)，一定要有脫輔酶和輔因子同時(shí)存在才起作用，二者各自單獨(dú)存在時(shí)，均無催化作用。在才起作用，二者各自單獨(dú)存在時(shí)，均無催化作用。 酶的輔因子。包括金屬離子及有機(jī)化合物，根酶的輔因子。包括金屬離子及有機(jī)化合物，根據(jù)它們與脫輔

14、酶結(jié)合的松緊程度不同，可分為兩類：據(jù)它們與脫輔酶結(jié)合的松緊程度不同，可分為兩類：即輔酶和輔基。通常輔酶是指與脫輔酶結(jié)合比較松即輔酶和輔基。通常輔酶是指與脫輔酶結(jié)合比較松弛的小分子有機(jī)物質(zhì)，通過透析方法可以除去，如弛的小分子有機(jī)物質(zhì)，通過透析方法可以除去，如輔酶輔酶和輔酶和輔酶等。輔基是以共價(jià)鍵和脫輔酶結(jié)合，等。輔基是以共價(jià)鍵和脫輔酶結(jié)合，不能通過透析除去，需要經(jīng)過一定的化學(xué)處理才能不能通過透析除去，需要經(jīng)過一定的化學(xué)處理才能與蛋白分開，如細(xì)胞色素氧化酶中的鐵卟啉，屬于與蛋白分開，如細(xì)胞色素氧化酶中的鐵卟啉，屬于輔基。輔基。 輔酶與輔基的區(qū)別只在于它們與脫輔酶結(jié)合的輔酶與輔基的區(qū)別只在于它們與脫

15、輔酶結(jié)合的牢固程度不同，并無嚴(yán)格的界限。牢固程度不同，并無嚴(yán)格的界限。金屬離子作為一些酶的輔因子金屬離子作為一些酶的輔因子3. 單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體a. 單體酶：一般是由一條肽鏈組成，例如牛胰單體酶：一般是由一條肽鏈組成，例如牛胰 核糖核酸酶、溶菌酶。核糖核酸酶、溶菌酶。b. 寡聚酶：是由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成的酶，寡聚酶：是由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成的酶， 這些亞基可以是相同的，也可以是不同的。這些亞基可以是相同的，也可以是不同的。c. 多酶復(fù)合體：是由幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌多酶復(fù)合體：是由幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合而成。所有反應(yīng)依次連接，有利于一系列合而成。所有

16、反應(yīng)依次連接，有利于一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。這類多酶復(fù)合體相對分子反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。這類多酶復(fù)合體相對分子質(zhì)量很高。例如脂肪酸合成中的脂肪酸合成質(zhì)量很高。例如脂肪酸合成中的脂肪酸合成酶復(fù)合體，是由酶復(fù)合體，是由7種酶和一個(gè)?；鶖y帶蛋白種酶和一個(gè)?；鶖y帶蛋白構(gòu)成構(gòu)成, 相對分子質(zhì)量為相對分子質(zhì)量為2200103。第二節(jié)、酶的命名和分類第二節(jié)、酶的命名和分類 迄今為止已發(fā)現(xiàn)約迄今為止已發(fā)現(xiàn)約4000多種酶，在生物體中的酶多種酶，在生物體中的酶遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)量。隨著生物化學(xué)、分子生物學(xué)等生命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)量。隨著生物化學(xué)、分子生物學(xué)等生命科學(xué)的發(fā)展，會發(fā)現(xiàn)更多的新酶。為了研究和使用的方科學(xué)的發(fā)展，會發(fā)現(xiàn)

17、更多的新酶。為了研究和使用的方便，需要對已知的酶加以分類，并給以科學(xué)名稱。便，需要對已知的酶加以分類，并給以科學(xué)名稱。1961年，國際生物化學(xué)學(xué)會酶學(xué)委員會推薦了一套新的系統(tǒng)年，國際生物化學(xué)學(xué)會酶學(xué)委員會推薦了一套新的系統(tǒng)命名方案及分類方法，已被國際生物化學(xué)學(xué)會接受。決命名方案及分類方法，已被國際生物化學(xué)學(xué)會接受。決定每一種酶應(yīng)有一個(gè)系統(tǒng)名稱和一個(gè)習(xí)慣名稱。定每一種酶應(yīng)有一個(gè)系統(tǒng)名稱和一個(gè)習(xí)慣名稱。一、習(xí)慣命名法一、習(xí)慣命名法 1961年以前使用的酶的名稱都是習(xí)慣沿用的，稱為年以前使用的酶的名稱都是習(xí)慣沿用的，稱為習(xí)慣名。習(xí)慣名。1. 根據(jù)酶作用的底物命名，如淀粉酶、蛋白酶。根據(jù)酶作用的底物命

18、名，如淀粉酶、蛋白酶。2. 根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)及類型命名，如水解酶、氧根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)及類型命名，如水解酶、氧化酶等?；傅?。3. 結(jié)合上述兩個(gè)原則命名，如琥珀酸脫氫酶。結(jié)合上述兩個(gè)原則命名，如琥珀酸脫氫酶。4. 在這些命名的基礎(chǔ)上，加上酶的來源或其它特點(diǎn)，在這些命名的基礎(chǔ)上，加上酶的來源或其它特點(diǎn)，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。如胃蛋白酶、胰蛋白酶。二、國際系統(tǒng)命名法二、國際系統(tǒng)命名法 是以酶所催化的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)的，規(guī)定每種酶是以酶所催化的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)的，規(guī)定每種酶的名稱應(yīng)當(dāng)明確標(biāo)明酶的底物及催化反應(yīng)的性質(zhì)。的名稱應(yīng)當(dāng)明確標(biāo)明酶的底物及催化反應(yīng)的性質(zhì)。三、三、 國際系統(tǒng)分類法及編號國際系統(tǒng)

19、分類法及編號1. 分類原則分類原則 將所有的酶促反應(yīng)按反應(yīng)性質(zhì)分為六大類，分將所有的酶促反應(yīng)按反應(yīng)性質(zhì)分為六大類，分別用別用1、2、3、4、5、6的編號來表示。的編號來表示。 每一個(gè)酶的分類編號由四個(gè)數(shù)字組成，第一個(gè)每一個(gè)酶的分類編號由四個(gè)數(shù)字組成，第一個(gè)數(shù)字指明該酶屬于六大類中的哪一類；第二個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)字指明該酶屬于六大類中的哪一類；第二個(gè)數(shù)字指出該酶屬于哪一個(gè)亞類；第三個(gè)數(shù)字指出該酶屬指出該酶屬于哪一個(gè)亞類；第三個(gè)數(shù)字指出該酶屬于哪一個(gè)亞于哪一個(gè)亞-亞類；第四個(gè)數(shù)字則表明該酶在一定的亞類；第四個(gè)數(shù)字則表明該酶在一定的亞亞-亞類中的排號。編號之前冠以亞類中的排號。編號之前冠以EC, EC為為En

20、zyme Commision的縮寫。的縮寫。2. 六大分類六大分類 a. 氧化還原酶類氧化還原酶類(oxido-reductases) 催化氧化還原反應(yīng)。催化氧化還原反應(yīng)。b. 移換酶類移換酶類(transferases) 催化功能基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)。催化功能基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)。c.水解酶類水解酶類(hydrolases) 催化水解反應(yīng)。催化水解反應(yīng)。d. 裂合酶類裂合酶類(lyases) 催化從底物上移去一個(gè)基團(tuán)而形成雙鍵的反應(yīng)或催化從底物上移去一個(gè)基團(tuán)而形成雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)。其逆反應(yīng)。e.異構(gòu)酶類異構(gòu)酶類(isomerases) 催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)變。催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)變。f.

21、合成酶類合成酶類(ligases) 催化一切必須與催化一切必須與ATP分解相偶聯(lián)，并由兩種物質(zhì)分解相偶聯(lián)，并由兩種物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應(yīng)。合成一種物質(zhì)的反應(yīng)。酶的國際分類表酶的國際分類表大類及亞類大類及亞類第三個(gè)數(shù)字（表示亞亞類），精確地表明底物或第三個(gè)數(shù)字（表示亞亞類），精確地表明底物或反應(yīng)物的性質(zhì)：反應(yīng)物的性質(zhì)：編號中的第四個(gè)數(shù)字沒有什么特殊的規(guī)定。例如：編號中的第四個(gè)數(shù)字沒有什么特殊的規(guī)定。例如：第三節(jié)、酶的分離提純及活力測定第三節(jié)、酶的分離提純及活力測定一、酶活力的測定一、酶活力的測定 酶活力酶活力(enzyme activity)也稱為酶活性，酶的活力也稱為酶活性，酶的活力測定實(shí)際上

22、就是酶的定量測定，在研究酶的性質(zhì)、酶的測定實(shí)際上就是酶的定量測定，在研究酶的性質(zhì)、酶的分離純化及酶的應(yīng)用工作中都需要測定酶的活力。檢查分離純化及酶的應(yīng)用工作中都需要測定酶的活力。檢查酶的含量及存在不能直接用重量或體積來衡量，通常是酶的含量及存在不能直接用重量或體積來衡量，通常是用催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力來表示，即用酶活力大小來用催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力來表示，即用酶活力大小來表示。表示。1. 酶活力與酶反應(yīng)速度酶活力與酶反應(yīng)速度 酶活力是指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力，酶活力酶活力是指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力，酶活力的大小可以用在一定條件下催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反的大小可以用在一定條件下催化的某一化學(xué)反

23、應(yīng)的反應(yīng)速率。應(yīng)速率。 酶反應(yīng)速度可用單位時(shí)酶反應(yīng)速度可用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物的減間內(nèi)、單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示，少量或產(chǎn)物的增加量來表示，反應(yīng)速度的單位是：濃度反應(yīng)速度的單位是：濃度/時(shí)間。時(shí)間。 將產(chǎn)物濃度對反應(yīng)時(shí)間將產(chǎn)物濃度對反應(yīng)時(shí)間作圖，反應(yīng)速率即曲線的斜作圖，反應(yīng)速率即曲線的斜酶反應(yīng)的速度曲線酶反應(yīng)的速度曲線率。反應(yīng)速度只在最初一段時(shí)間內(nèi)保持恒定，隨著率。反應(yīng)速度只在最初一段時(shí)間內(nèi)保持恒定，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，酶反應(yīng)速度逐漸下降。因此，研反應(yīng)時(shí)間的延長，酶反應(yīng)速度逐漸下降。因此，研究酶反應(yīng)速度應(yīng)以酶促反應(yīng)的初速度為準(zhǔn)。究酶反應(yīng)速度應(yīng)以酶促反應(yīng)的初速度為準(zhǔn)。2.

24、 酶的活力單位（酶的活力單位（U, activity unit） 酶活力的大小即酶含量的多少，用酶活力單位酶活力的大小即酶含量的多少，用酶活力單位表示，即酶單位（表示，即酶單位（U）。）。 酶單位的定義是：在一定條件下，一定時(shí)間內(nèi)酶單位的定義是：在一定條件下，一定時(shí)間內(nèi)將一定量的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。將一定量的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。 1961年國際生物化學(xué)協(xié)會酶學(xué)委員會及國際純年國際生物化學(xué)協(xié)會酶學(xué)委員會及國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會采用統(tǒng)一的化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會采用統(tǒng)一的“國際單位國際單位”來表來表示示酶活力，規(guī)定為：在最適反應(yīng)條件（酶活力，規(guī)定為：在最適反應(yīng)條件（25）下，每）下，每分鐘

25、內(nèi)催化分鐘內(nèi)催化1微摩爾底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量定為微摩爾底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量定為一個(gè)酶活力單位，即一個(gè)酶活力單位，即1U=1mol/min。 酶的催化作用受測定環(huán)境的影響，因此測定酶的催化作用受測定環(huán)境的影響，因此測定酶活力要在最適條件下進(jìn)行，即最適溫度、最適酶活力要在最適條件下進(jìn)行，即最適溫度、最適pH、最適底物濃度和最適緩沖液離子強(qiáng)度等，只、最適底物濃度和最適緩沖液離子強(qiáng)度等，只有在最適條件下測定才能真實(shí)反映酶活力的大小。有在最適條件下測定才能真實(shí)反映酶活力的大小。測定酶活力時(shí)，為了保證所測定的速率是初速率，測定酶活力時(shí)，為了保證所測定的速率是初速率，通常以底物濃度的變化在起始濃度的

26、通常以底物濃度的變化在起始濃度的5%以內(nèi)的速以內(nèi)的速率為初速率。率為初速率。3. 酶的比活力酶的比活力 酶的比活力（酶的比活力（specific activity）代表酶的純）代表酶的純度，根據(jù)國際酶學(xué)委員會的規(guī)定比活力用每度，根據(jù)國際酶學(xué)委員會的規(guī)定比活力用每mg蛋蛋白質(zhì)所含的酶活力單位數(shù)表示。白質(zhì)所含的酶活力單位數(shù)表示。 比活力比活力=活力活力U/mg蛋白蛋白=總活力總活力U/總蛋白總蛋白mg 對同一種酶來說，比活力越大，表示酶的純度越對同一種酶來說，比活力越大，表示酶的純度越高。有時(shí)用每高。有時(shí)用每g 酶制劑或每酶制劑或每ml 酶制劑含多少個(gè)活力單酶制劑含多少個(gè)活力單位來表示（位來表示（

27、U/g或或U/ml）。比活力大小可用來比較每）。比活力大小可用來比較每單位質(zhì)量蛋白質(zhì)的催化能力。比活力是酶學(xué)研究中經(jīng)單位質(zhì)量蛋白質(zhì)的催化能力。比活力是酶學(xué)研究中經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)。常使用的數(shù)據(jù)。例例1. 有有1克淀粉酶制劑，用水溶解成克淀粉酶制劑，用水溶解成1000ml , 從中取從中取 出出1ml測定淀粉酶活力。已知測定淀粉酶活力。已知5分鐘分解分鐘分解0.25 g淀淀 粉，計(jì)算每克酶制劑所含的淀粉酶活力單位數(shù)。粉，計(jì)算每克酶制劑所含的淀粉酶活力單位數(shù)。 （規(guī)定：在最適條件下，每小時(shí)分解（規(guī)定：在最適條件下，每小時(shí)分解1克淀粉的酶克淀粉的酶 量為量為1U）解解1：1ml溶液：溶液：(0.25g/

28、5min) 60min=3g淀粉淀粉/小時(shí)小時(shí) =3U 1g酶制劑：酶制劑：3U1000=3000U 例例2. 某酶制劑某酶制劑2ml內(nèi)含脂肪內(nèi)含脂肪10mg, 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)25mg, 其酶其酶 活力與市售酶商品活力與市售酶商品10mg相當(dāng)（每克含相當(dāng)（每克含2000U），）， 問酶制劑的比活力是多少？問酶制劑的比活力是多少？解解2：市售商品酶比活力：市售商品酶比活力2000U/g=2U/mg 10mg市售商品酶活力市售商品酶活力=2U/mg10mg=20U 酶制劑比活力酶制劑比活力=20U/25mg=0.8U/mg蛋白蛋白例例3. 25mg蛋白酶粉配制成蛋白酶粉配制成25ml酶溶液，從中取出

29、酶溶液，從中取出 0.1ml酶液，以酪蛋白為底物，用酶液，以酪蛋白為底物，用Folin-酚比色酚比色 法測定酶活力，得知每小時(shí)產(chǎn)生法測定酶活力，得知每小時(shí)產(chǎn)生1500g酪氨酸。酪氨酸。 另取另取2ml酶液，用凱氏定氮法測得蛋白氮為酶液，用凱氏定氮法測得蛋白氮為0.2 mg, 若以每分鐘產(chǎn)生若以每分鐘產(chǎn)生1g酪氨酸的酶量為酪氨酸的酶量為1個(gè)活個(gè)活 力單位計(jì)算，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求出：力單位計(jì)算，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求出：（1）1ml酶液中所含的蛋白質(zhì)量及活力單位。酶液中所含的蛋白質(zhì)量及活力單位。（2）比活力（）比活力（U/mg蛋白）。蛋白）。（3）1g酶制劑的總蛋白含量及總活力。酶制劑的總蛋白含量及總活力

30、。解解3：(1) 2ml酶液酶液 0.2mg(蛋白氮蛋白氮) 6.25=1.25mg蛋白蛋白 1ml酶液酶液 1.25mg/2=0.625mg蛋白蛋白 1500 g /60min10=250 g/min =250U （1U=1g/min) (2) 250U/0.625mg蛋白蛋白=400U/mg蛋白蛋白 (3) 1g酶制劑酶制劑 0.625mg蛋白蛋白1000=0.625g 蛋白蛋白 250U1000=2.5105U例例4. 焦磷酸酶可以催化焦磷酸水解成磷酸，它的分焦磷酸酶可以催化焦磷酸水解成磷酸，它的分 子量為子量為120000，由六個(gè)相同的亞基組成，純酶，由六個(gè)相同的亞基組成，純酶 的比活

31、力為的比活力為3600U/mg酶，酶，1U規(guī)定為在標(biāo)準(zhǔn)測定規(guī)定為在標(biāo)準(zhǔn)測定 條件下，條件下，37，15分鐘內(nèi)水解分鐘內(nèi)水解10mol焦磷酸所焦磷酸所 需的酶量。求：需的酶量。求： （1）每）每mg酶在每秒鐘內(nèi)水解了多少酶在每秒鐘內(nèi)水解了多少mol 底物？底物？ （2）每）每mg酶中有多少酶中有多少mol活性中心？（假設(shè)每活性中心？（假設(shè)每 個(gè)亞基有一個(gè)活性中心）個(gè)亞基有一個(gè)活性中心） （3）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是多少？（最適條件下每）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是多少？（最適條件下每mol 酶、每分鐘轉(zhuǎn)換底物的酶、每分鐘轉(zhuǎn)換底物的mol數(shù)）數(shù)）解解4： （1）10mol/15min = 1010-6 mol/（1560s

32、） = 410-5 mol/s （2）(10-3 g/120000) 6 = 510-8 mol (活性中心活性中心) （3）底物）底物mol數(shù)數(shù)/(minmol酶活性中心）酶活性中心） 1010-6 mol/(15min 510-8 mol活性中心）活性中心） =48000mol/minmol活性中心活性中心4. 酶活力的測定方法酶活力的測定方法 通過兩種方式可進(jìn)行酶活力測定，其一是測定完通過兩種方式可進(jìn)行酶活力測定，其一是測定完成一定量反應(yīng)所需的時(shí)間，其二是測定單位時(shí)間內(nèi)酶成一定量反應(yīng)所需的時(shí)間，其二是測定單位時(shí)間內(nèi)酶催化的化學(xué)反應(yīng)量。測定酶活力就是測定產(chǎn)物增加量催化的化學(xué)反應(yīng)量。測定酶活

33、力就是測定產(chǎn)物增加量或底物減少量，主要根據(jù)產(chǎn)物或底物的物理或化學(xué)特或底物減少量，主要根據(jù)產(chǎn)物或底物的物理或化學(xué)特性來決定具體酶促反應(yīng)的測定方法。性來決定具體酶促反應(yīng)的測定方法。（1）分光光度法）分光光度法 利用底物和產(chǎn)物在紫外或可見光部分的光吸收的利用底物和產(chǎn)物在紫外或可見光部分的光吸收的不同，選擇以適當(dāng)?shù)牟ㄩL，測定反應(yīng)過程中反應(yīng)進(jìn)行不同，選擇以適當(dāng)?shù)牟ㄩL，測定反應(yīng)過程中反應(yīng)進(jìn)行的情況。的情況。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):簡便、節(jié)省時(shí)間和樣品，可檢測到簡便、節(jié)省時(shí)間和樣品，可檢測到nmol/L水平。水平。（2）熒光法）熒光法 主要是根據(jù)產(chǎn)物或底物的熒光性質(zhì)的差別來進(jìn)行主要是根據(jù)產(chǎn)物或底物的熒光性質(zhì)的差別來進(jìn)行測

34、定。由于熒光方法的靈敏度往往比分光光度法要高測定。由于熒光方法的靈敏度往往比分光光度法要高若干個(gè)數(shù)量級，而且熒光強(qiáng)度和激發(fā)光的光源有關(guān)，若干個(gè)數(shù)量級，而且熒光強(qiáng)度和激發(fā)光的光源有關(guān)，因此在酶學(xué)研究中，越來越多地被采用。因此在酶學(xué)研究中，越來越多地被采用。（3）同位素測定方法）同位素測定方法 用放射性同位素的底物，經(jīng)酶作用后所得到的產(chǎn)用放射性同位素的底物，經(jīng)酶作用后所得到的產(chǎn)物，通過適當(dāng)?shù)姆蛛x，測定產(chǎn)物的脈沖數(shù)即可換算出物，通過適當(dāng)?shù)姆蛛x，測定產(chǎn)物的脈沖數(shù)即可換算出酶的活力單位。該方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度極高。酶的活力單位。該方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度極高。（4）電化學(xué)方法）電化學(xué)方法 pH測定法測定法 跟蹤

35、反應(yīng)過程中跟蹤反應(yīng)過程中H+變化情況，用變化情況，用pH的變化來測定酶的反應(yīng)速率。的變化來測定酶的反應(yīng)速率。二、酶的分離和純化二、酶的分離和純化 酶的分離純化是酶學(xué)研究的基礎(chǔ)。研究酶的性質(zhì)、酶的分離純化是酶學(xué)研究的基礎(chǔ)。研究酶的性質(zhì)、作用、反應(yīng)動力學(xué)、結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、闡明代謝途徑，作用、反應(yīng)動力學(xué)、結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、闡明代謝途徑，作為工具酶等都需要高度純化的酶制劑以免除其它酶或作為工具酶等都需要高度純化的酶制劑以免除其它酶或蛋白質(zhì)的干擾。蛋白質(zhì)的干擾。 由于絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，因此酶的分離提純方法，由于絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，因此酶的分離提純方法，也就是常用來分離提純蛋白質(zhì)的方法。酶的提純常包括也就

36、是常用來分離提純蛋白質(zhì)的方法。酶的提純常包括兩方面的工作，一是把酶制劑從很大體積濃縮到比較小兩方面的工作，一是把酶制劑從很大體積濃縮到比較小的體積，二是把酶制劑中大量的雜質(zhì)蛋白和其他大分子的體積，二是把酶制劑中大量的雜質(zhì)蛋白和其他大分子物質(zhì)分離出去。物質(zhì)分離出去。 根據(jù)酶的特點(diǎn)在分離純化中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：根據(jù)酶的特點(diǎn)在分離純化中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）選材）選材 選擇酶含量豐富的新鮮生物材料，選材選擇酶含量豐富的新鮮生物材料，選材后立即開始提取，否則應(yīng)在低溫下保存（后立即開始提取，否則應(yīng)在低溫下保存（-20-70）（2）破碎）破碎 一般通過研磨器、勻漿器、高速組織一般通過研磨器、勻漿器、高速組織

37、搗碎機(jī)達(dá)到破碎組織的目的。搗碎機(jī)達(dá)到破碎組織的目的。（3）抽提）抽提 在低溫下，以水或低鹽緩沖液，從組在低溫下，以水或低鹽緩沖液，從組織勻漿中抽提酶，得到酶的粗提液?？梽驖{中抽提酶，得到酶的粗提液。（4）分離及純化）分離及純化 酶是生物活性物質(zhì)，在分離純酶是生物活性物質(zhì)，在分離純化時(shí)必須注意盡量減少酶活性損失，操作條件要溫化時(shí)必須注意盡量減少酶活性損失，操作條件要溫和，全部操作一般在和，全部操作一般在0-5間進(jìn)行。間進(jìn)行。（5）結(jié)晶）結(jié)晶 將提純獲得的較純酶溶液進(jìn)行結(jié)晶。將提純獲得的較純酶溶液進(jìn)行結(jié)晶。（6）保存）保存 通常將純化后的酶溶液經(jīng)透析除鹽通常將純化后的酶溶液經(jīng)透析除鹽后冰凍干燥得到

38、酶粉，低溫下可較長時(shí)期保存。注后冰凍干燥得到酶粉，低溫下可較長時(shí)期保存。注意酶溶液濃度越低越易變性，因此不能包存酶的稀意酶溶液濃度越低越易變性，因此不能包存酶的稀溶液。溶液。第四節(jié)、酶促反應(yīng)動力學(xué)第四節(jié)、酶促反應(yīng)動力學(xué) 酶促反應(yīng)動力學(xué)（酶促反應(yīng)動力學(xué)（kinetics of enzyme-catalyzed reactions）是研究酶促反應(yīng)的速率以及影響此速率）是研究酶促反應(yīng)的速率以及影響此速率的各種因素的科學(xué)。的各種因素的科學(xué)。 在研究酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及酶的作用機(jī)在研究酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及酶的作用機(jī)制時(shí)，需要動力學(xué)提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)；為了發(fā)揮酶催化制時(shí)，需要動力學(xué)提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)；為了發(fā)揮

39、酶催化反應(yīng)的高效率，尋找最有利的反應(yīng)條件；為了解酶反應(yīng)的高效率，尋找最有利的反應(yīng)條件；為了解酶在代謝中的作用和某些藥物的作用機(jī)制等，都需要在代謝中的作用和某些藥物的作用機(jī)制等，都需要掌握酶促反應(yīng)速率的規(guī)律。掌握酶促反應(yīng)速率的規(guī)律。一、底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響一、底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響 1903年年Henri用蔗糖酶水解蔗糖做試驗(yàn)，研究底用蔗糖酶水解蔗糖做試驗(yàn)，研究底物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系，得到一條曲線。物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系，得到一條曲線。 當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度的反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系成正比關(guān)系，表現(xiàn)關(guān)系成正比關(guān)系，表現(xiàn)為一級反應(yīng)。隨著底物為一級反應(yīng)。

40、隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速率濃度的增加，反應(yīng)速率不再按比例升高，表現(xiàn)為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛炔辉侔幢壤?，表現(xiàn)為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到相當(dāng)高時(shí)，底物濃度對反應(yīng)速率影響變小。最達(dá)到相當(dāng)高時(shí)，底物濃度對反應(yīng)速率影響變小。最后反應(yīng)速率與底物濃度幾乎無關(guān)。反應(yīng)達(dá)到最大速后反應(yīng)速率與底物濃度幾乎無關(guān)。反應(yīng)達(dá)到最大速率，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。率，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。1. 中間復(fù)合物學(xué)說中間復(fù)合物學(xué)說 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Henri和和Wurtz提出了酶底提出了酶底物中間復(fù)合物學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為當(dāng)酶催化某一化學(xué)物中間復(fù)合物學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為當(dāng)酶催化某一化學(xué)反應(yīng)時(shí)，酶反應(yīng)時(shí)，酶(E)首先和底物首先和底

41、物(S)結(jié)合形成中間復(fù)合物結(jié)合形成中間復(fù)合物（ES）,然后生成產(chǎn)物（然后生成產(chǎn)物（P），并釋放出酶：），并釋放出酶： S + E = ES P + E 根據(jù)中間復(fù)合物學(xué)說可以解釋為根據(jù)中間復(fù)合物學(xué)說可以解釋為: 在酶濃度恒在酶濃度恒定條件下定條件下, 當(dāng)?shù)孜餄舛群苄r(shí)當(dāng)?shù)孜餄舛群苄r(shí),酶未被底物飽和酶未被底物飽和,這時(shí)這時(shí)反應(yīng)速率取決于底物濃度。隨著底物濃度變大，反應(yīng)速率取決于底物濃度。隨著底物濃度變大，ES生成也越多，而反應(yīng)速率取決于生成也越多，而反應(yīng)速率取決于ES的濃度，故反應(yīng)的濃度，故反應(yīng)速率隨之增高。速率隨之增高。 當(dāng)?shù)孜餄舛认喈?dāng)高時(shí)，溶液中的酶全部被底物當(dāng)?shù)孜餄舛认喈?dāng)高時(shí)，溶液中的酶

42、全部被底物飽和，溶液中沒有多余的酶，雖增加底物濃度也不飽和，溶液中沒有多余的酶，雖增加底物濃度也不會有更多的中間復(fù)合物生成，因此酶促反應(yīng)速率與會有更多的中間復(fù)合物生成，因此酶促反應(yīng)速率與底物濃度無關(guān)，反而達(dá)到最大反應(yīng)速率（底物濃度無關(guān)，反而達(dá)到最大反應(yīng)速率（Vmax）。）。2. 酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式 1913年前后，年前后，Michaelis和和Menten在前人工作在前人工作的基礎(chǔ)上，做了大量的定量研究，積累了足夠的實(shí)的基礎(chǔ)上，做了大量的定量研究，積累了足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，從而提出酶促動力學(xué)的基本原理，并歸納驗(yàn)證據(jù)，從而提出酶促動力學(xué)的基本原理，并歸納為一個(gè)數(shù)學(xué)式加以表達(dá)

43、為一個(gè)數(shù)學(xué)式加以表達(dá) 米氏方程：米氏方程：maxSKmSVv Michaelis和和Menten提出酶促動力學(xué)基本原理提出酶促動力學(xué)基本原理后，后，Briggs和和Haldane又加以補(bǔ)充和發(fā)展，把米氏又加以補(bǔ)充和發(fā)展，把米氏方程推導(dǎo)如下：方程推導(dǎo)如下： 從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，推論酶促反應(yīng)分從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，推論酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行：兩步進(jìn)行： 第一步：酶第一步：酶(E)與底物與底物(S)作用，形成酶作用，形成酶-底物中底物中間產(chǎn)物（間產(chǎn)物（ES）: 第二步：中間產(chǎn)物分解，形成產(chǎn)物（第二步：中間產(chǎn)物分解，形成產(chǎn)物（P），釋），釋放出游離酶（放出游離酶（E）: 這兩步反應(yīng)都是可逆的，他

44、們的正反應(yīng)與逆反這兩步反應(yīng)都是可逆的，他們的正反應(yīng)與逆反應(yīng)的速率常數(shù)分別為應(yīng)的速率常數(shù)分別為k1、k2、k3、k4。 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)是指反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)的復(fù)合物是指反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)的復(fù)合物（ES）濃度，由零逐漸增加到一定數(shù)值，在一定時(shí)）濃度，由零逐漸增加到一定數(shù)值，在一定時(shí)間內(nèi)，盡管底物濃度和產(chǎn)物濃度不斷地變化，復(fù)合間內(nèi)，盡管底物濃度和產(chǎn)物濃度不斷地變化，復(fù)合物物ES也在不斷地生成和分解，但是當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中也在不斷地生成和分解，但是當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中ES的生成速率和的生成速率和ES的分解速率相等時(shí)，復(fù)合物的分解速率相等時(shí)，復(fù)合物ES濃度濃度保持不變的這種反應(yīng)狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)，即：保持不變的這種反

45、應(yīng)狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)，即： 穩(wěn)態(tài)下，穩(wěn)態(tài)下，ES 的生成速率為的生成速率為:通常通常SE, 所以所以S E S。ES的分解速率為：的分解速率為：穩(wěn)態(tài)下，穩(wěn)態(tài)下，ES的生成速率與的生成速率與ES的分解速率相等，即：的分解速率相等，即：用用Km表示表示k1、k2、k3 3個(gè)常數(shù)的關(guān)系：個(gè)常數(shù)的關(guān)系：帶入上式：帶入上式：因?yàn)槊阜磻?yīng)速率與因?yàn)槊阜磻?yīng)速率與ES成正比，即：成正比，即：由于反應(yīng)系統(tǒng)中由于反應(yīng)系統(tǒng)中SE，當(dāng)，當(dāng)S很高是所有的酶很高是所有的酶都被底物所飽和形成都被底物所飽和形成ES，即，即E=ES，酶促反應(yīng)，酶促反應(yīng)達(dá)到最大速率達(dá)到最大速率Vmax,則則:代如上式得：代如上式得：3. 米氏常數(shù)的意義

46、米氏常數(shù)的意義當(dāng)酶促反應(yīng)處于當(dāng)酶促反應(yīng)處于 的特殊情況時(shí)：的特殊情況時(shí)： Km值的物理意義，即值的物理意義，即Km值是當(dāng)酶反應(yīng)速率值是當(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，它的單位達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，它的單位是是mol/L , 與底物濃度的單位一樣。與底物濃度的單位一樣。max21Vv關(guān)于關(guān)于Km的幾點(diǎn)說明的幾點(diǎn)說明: a. Km值是酶的特征常數(shù)之一。一般只與酶的性值是酶的特征常數(shù)之一。一般只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。不同的酶質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。不同的酶Km值不同。值不同。 b. 如果一個(gè)酶有幾種底物，則對每一種底物，如果一個(gè)酶有幾種底物，則對每一種底物，各有一

47、個(gè)特定的各有一個(gè)特定的Km值。并且，值。并且，Km值還受值還受pH和溫度和溫度的影響。因此，的影響。因此，Km值作為常數(shù)只是對一定的底物、值作為常數(shù)只是對一定的底物、一定的一定的pH、一定的溫度條件而言。、一定的溫度條件而言。 c. 表中數(shù)據(jù)指出，同一種酶有幾種底物就有幾表中數(shù)據(jù)指出，同一種酶有幾種底物就有幾個(gè)個(gè)Km值，其中值，其中Km值最小的底物一般稱為最適底物值最小的底物一般稱為最適底物或天然底物。或天然底物。一些酶的一些酶的Km值值 c. Km 值與米氏方程的實(shí)際用途：可由所要求值與米氏方程的實(shí)際用途：可由所要求的反應(yīng)速度，求出應(yīng)當(dāng)加入底物的合理濃度，反過的反應(yīng)速度，求出應(yīng)當(dāng)加入底物的合

48、理濃度，反過來，也可以根據(jù)已知的底物濃度，求出該條件下的來，也可以根據(jù)已知的底物濃度，求出該條件下的反應(yīng)速度。反應(yīng)速度。4. 米氏常數(shù)的求法米氏常數(shù)的求法 從酶的從酶的v-S圖上可以得到圖上可以得到Vmax，再從，再從1/2Vmax可求得相應(yīng)的可求得相應(yīng)的S, 即即Km值。但實(shí)際上即使使用很大值。但實(shí)際上即使使用很大的底物濃度，也只能得到趨近于的底物濃度，也只能得到趨近于Vmax的反應(yīng)速度，的反應(yīng)速度，而達(dá)不到真正的而達(dá)不到真正的Vmax，因此測不到準(zhǔn)確的，因此測不到準(zhǔn)確的Km值。值。為了得到準(zhǔn)確的為了得到準(zhǔn)確的Km值，可以把米氏方程的形式加以值，可以把米氏方程的形式加以改變，使它成為相當(dāng)于改

49、變，使它成為相當(dāng)于y=ax + b的直線方程，然后用的直線方程，然后用圖解法求出圖解法求出Km值。值。a. 雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法 將米氏方程改寫成以下形式：將米氏方程改寫成以下形式： 實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇不同的S測定相對應(yīng)的測定相對應(yīng)的v。求出。求出兩者的倒數(shù)，以兩者的倒數(shù)，以1/v對對1/S作圖，繪出直線，作圖，繪出直線，外推至與橫軸相交，橫外推至與橫軸相交，橫軸截距即為軸截距即為1/Km值。值。 此法方便而應(yīng)用最此法方便而應(yīng)用最廣，缺點(diǎn)是試驗(yàn)點(diǎn)過分廣，缺點(diǎn)是試驗(yàn)點(diǎn)過分集中于直線的左端，作圖不易十分準(zhǔn)確。集中于直線的左端，作圖不易十分準(zhǔn)確。b. V-v/S法法將米氏方程改寫為：將米

50、氏方程改寫為： 以以v對對v/S作圖，得作圖，得一直線，其縱軸截距為一直線，其縱軸截距為Vmax, 橫軸截距為橫軸截距為Vmax/Km, 斜率為斜率為-Km。二、多底物反應(yīng)的動力學(xué)機(jī)制二、多底物反應(yīng)的動力學(xué)機(jī)制 實(shí)際上大多數(shù)酶反應(yīng)是比較復(fù)雜的，一般包含有一實(shí)際上大多數(shù)酶反應(yīng)是比較復(fù)雜的，一般包含有一種以上的底物，至少也是兩種底物，即雙底物反應(yīng)。目種以上的底物，至少也是兩種底物，即雙底物反應(yīng)。目前認(rèn)為大部分雙底物反應(yīng)可能有三種反應(yīng)機(jī)理：前認(rèn)為大部分雙底物反應(yīng)可能有三種反應(yīng)機(jī)理：1. 序列反應(yīng)機(jī)理序列反應(yīng)機(jī)理 底物的結(jié)合與產(chǎn)物的釋放有一定的順序，產(chǎn)物不能底物的結(jié)合與產(chǎn)物的釋放有一定的順序，產(chǎn)物不能

51、在底物完全結(jié)合前釋放。在底物完全結(jié)合前釋放。A和和B底物二者均結(jié)合到酶上，底物二者均結(jié)合到酶上，然后反應(yīng)產(chǎn)生然后反應(yīng)產(chǎn)生P和和Q。序列反應(yīng)又可分為兩種類型：序列反應(yīng)又可分為兩種類型： a. 有序反應(yīng)（有序反應(yīng)（ordered reactions）可寫作）可寫作Ordered Bi Bi，前一個(gè)，前一個(gè)Bi表示表示2個(gè)底物有序反應(yīng)，個(gè)底物有序反應(yīng)，后一個(gè)后一個(gè)Bi表示表示2個(gè)產(chǎn)物有序生成。個(gè)產(chǎn)物有序生成。A定為領(lǐng)先底物，定為領(lǐng)先底物，在結(jié)合在結(jié)合B前首先與酶結(jié)合。前首先與酶結(jié)合。 這一機(jī)制的另一種方式描述如下：這一機(jī)制的另一種方式描述如下： 需要需要NAD+或或NADP+的脫氫酶就屬于這種類型，

52、的脫氫酶就屬于這種類型，這些脫氫酶的一般反應(yīng)為：這些脫氫酶的一般反應(yīng)為：NAD+ (或或NADP+) + BH2 = NADH (或或NADPH) + H+ + CH3CHO用乙醇脫氫酶為例來說明：用乙醇脫氫酶為例來說明： b. 隨機(jī)反應(yīng)（隨機(jī)反應(yīng)（random reaction）可寫作）可寫作Random Bi Bi，前一個(gè)，前一個(gè)Bi表示表示2個(gè)底物隨機(jī)結(jié)合，后一個(gè)個(gè)底物隨機(jī)結(jié)合，后一個(gè)Bi表表示示2個(gè)產(chǎn)物隨機(jī)釋放?？捎孟率奖硎荆簜€(gè)產(chǎn)物隨機(jī)釋放?？捎孟率奖硎荆?. 乒乓反應(yīng)乒乓反應(yīng) 這類反應(yīng)的特點(diǎn)是，酶同這類反應(yīng)的特點(diǎn)是，酶同A的反應(yīng)產(chǎn)物（的反應(yīng)產(chǎn)物（P）是）是在酶同第二個(gè)底物在酶同第二個(gè)

53、底物B反應(yīng)前釋放出來，作為這一過程反應(yīng)前釋放出來，作為這一過程的結(jié)果，酶的結(jié)果，酶E轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N修飾酶轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N修飾酶E，然后再同底物，然后再同底物B反應(yīng)生成第二個(gè)產(chǎn)物反應(yīng)生成第二個(gè)產(chǎn)物Q和再生未修飾的酶形式和再生未修飾的酶形式E:谷氨酸：天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶谷氨酸：天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶三、影響酶促反應(yīng)的因素三、影響酶促反應(yīng)的因素1. pH對酶反應(yīng)速度的影響對酶反應(yīng)速度的影響 大部分酶的活力受其大部分酶的活力受其環(huán)境環(huán)境pH的影響，在一定的影響，在一定pH下，酶反應(yīng)具有最大下，酶反應(yīng)具有最大速度，高于或低于此值，速度，高于或低于此值，反應(yīng)速度下降，通常稱此反應(yīng)速度下降，通常稱此pH為酶反應(yīng)的最適為酶

54、反應(yīng)的最適pH(optimum pH)。幾種酶的最適幾種酶的最適pH值值 最適最適pH有時(shí)因底物種類、濃度及緩沖液成分不有時(shí)因底物種類、濃度及緩沖液成分不同而不同。而且常與酶的等電點(diǎn)不一致。因此，酶同而不同。而且常與酶的等電點(diǎn)不一致。因此，酶的最適的最適pH并不是一個(gè)常數(shù)，只是在一定條件下才有并不是一個(gè)常數(shù)，只是在一定條件下才有意義意義。 pH影響酶活力的原因可能有以下幾個(gè)方面：影響酶活力的原因可能有以下幾個(gè)方面： a. 過酸、過堿會影響酶蛋白的構(gòu)象，甚至使酶過酸、過堿會影響酶蛋白的構(gòu)象，甚至使酶變性而失活。變性而失活。 b. 當(dāng)當(dāng)pH改變不很劇烈時(shí)，酶雖不變性，但活力改變不很劇烈時(shí)，酶雖不變

55、性，但活力受影響。因?yàn)槭苡绊憽Ｒ驗(yàn)?pH會影響底物分子的解離狀態(tài)，也會會影響底物分子的解離狀態(tài)，也會影響酶分子的解離狀態(tài)，最適影響酶分子的解離狀態(tài)，最適pH與酶活力中心結(jié)合與酶活力中心結(jié)合底物的基團(tuán)及參與催化的基團(tuán)的底物的基團(tuán)及參與催化的基團(tuán)的pK值有關(guān)，往往只值有關(guān)，往往只有一種解離狀態(tài)最有利于與底物結(jié)合，在此有一種解離狀態(tài)最有利于與底物結(jié)合，在此pH下酶下酶活力最高；也可能影響到中間產(chǎn)物活力最高；也可能影響到中間產(chǎn)物ES的解離狀態(tài)。的解離狀態(tài)?？傊加绊懙娇傊?，都影響到ES的形成，從而降低酶活性。的形成，從而降低酶活性。 c. pH影響分子中另一些基團(tuán)的解離，這些基團(tuán)影響分子中另一些基團(tuán)

56、的解離，這些基團(tuán)的離子化狀態(tài)與酶的專一性及酶分子中活力中心的構(gòu)的離子化狀態(tài)與酶的專一性及酶分子中活力中心的構(gòu)象有關(guān)。象有關(guān)。 一般制作一般制作pH-酶活性曲線時(shí)，采用使酶全部飽和酶活性曲線時(shí)，采用使酶全部飽和的底物濃度，在此條件下再測定不同的底物濃度，在此條件下再測定不同pH時(shí)的酶活力。時(shí)的酶活力。由于酶活力受由于酶活力受pH影響很大，因此在酶的提純或應(yīng)用影響很大，因此在酶的提純或應(yīng)用中測定酶活力時(shí)，中測定酶活力時(shí)，pH必須恒定，所以測活力最好在必須恒定，所以測活力最好在緩沖液體系中進(jìn)行。緩沖液體系中進(jìn)行。 應(yīng)當(dāng)注意的是：應(yīng)當(dāng)注意的是： 酶在試管反應(yīng)中的最適酶在試管反應(yīng)中的最適pH與與它所在正

57、常細(xì)胞的生理它所在正常細(xì)胞的生理pH值并不一定完全相同。這值并不一定完全相同。這是因?yàn)橐粋€(gè)細(xì)胞內(nèi)可能會有幾百種酶，不同的酶對是因?yàn)橐粋€(gè)細(xì)胞內(nèi)可能會有幾百種酶，不同的酶對此細(xì)胞內(nèi)的生理此細(xì)胞內(nèi)的生理pH的敏感性不同；也就是說此的敏感性不同；也就是說此pH對對一些酶是最適一些酶是最適pH，而對另一些酶則不是，不同的酶，而對另一些酶則不是，不同的酶表現(xiàn)出不同的活性。這種不同對于控制細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜表現(xiàn)出不同的活性。這種不同對于控制細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的代謝途徑可能具有很重要的意義。的代謝途徑可能具有很重要的意義。2. 溫度對酶反應(yīng)速度的影響溫度對酶反應(yīng)速度的影響 大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速率都與溫度有關(guān)，酶

58、速率都與溫度有關(guān)，酶催化反應(yīng)也不例外。溫催化反應(yīng)也不例外。溫度對酶反應(yīng)速度也有很度對酶反應(yīng)速度也有很大的影響，如圖所示，大的影響，如圖所示，有一個(gè)最適溫度有一個(gè)最適溫度（optimum temperature）, 也是鐘形曲線。也是鐘形曲線。 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響有兩個(gè)方面：一溫度對酶促反應(yīng)速度的影響有兩個(gè)方面：一方面是當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)速度加快，這與一般方面是當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)速度加快，這與一般化學(xué)反應(yīng)相同；另一方面，隨溫度升高而使酶逐化學(xué)反應(yīng)相同；另一方面，隨溫度升高而使酶逐步變性，即通過減少有活性的酶而降低酶的反應(yīng)步變性，即通過減少有活性的酶而降低酶的反應(yīng)速度。酶反應(yīng)的最適溫度就是這

59、兩種過程平衡的速度。酶反應(yīng)的最適溫度就是這兩種過程平衡的結(jié)果，在低于最適溫度時(shí)，前一種效應(yīng)為主，在結(jié)果，在低于最適溫度時(shí)，前一種效應(yīng)為主，在高于最適溫度時(shí)，后一效應(yīng)為主。因而酶活性迅高于最適溫度時(shí)，后一效應(yīng)為主。因而酶活性迅速喪失，反應(yīng)速度很快下降。大部分酶在速喪失，反應(yīng)速度很快下降。大部分酶在60以以上變性，少數(shù)酶能耐受較高的溫度。上變性，少數(shù)酶能耐受較高的溫度。3. 酶濃度對酶反應(yīng)速度的影響酶濃度對酶反應(yīng)速度的影響 在酶促反應(yīng)中，如果底物濃度足夠大，足以在酶促反應(yīng)中，如果底物濃度足夠大，足以使酶飽和，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比，這種正使酶飽和，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比，這種正比關(guān)系也可以由米

60、氏方程推導(dǎo)出來：比關(guān)系也可以由米氏方程推導(dǎo)出來： 當(dāng)當(dāng)S維持不變時(shí)，維持不變時(shí)，vE。此處必須是純酶或。此處必須是純酶或 不含抑制物的粗酶制劑。不含抑制物的粗酶制劑。4. 激活劑對酶反應(yīng)速度的影響激活劑對酶反應(yīng)速度的影響 凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑。其凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑。其中大部分是離子或簡單有機(jī)化合物。中大部分是離子或簡單有機(jī)化合物。 激活劑按分子的大小可以分為三種：激活劑按分子的大小可以分為三種：（1）無機(jī)離子，又可分為三種：）無機(jī)離子，又可分為三種： a. 金屬離子金屬離子 金屬離子對酶的作用有兩種，一金屬離子對酶的作用有兩種，一是酶的輔助因子起作用，二是作為