維生素與輔助因子教案課件

維生素與輔助因子維生素與輔助因子1本章主要內(nèi)容

酶的一般概念酶的組成與維生素酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶的催化機(jī)理酶反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)酶活性的調(diào)節(jié)

第1頁(yè)/共65頁(yè)本章主要內(nèi)容酶的一般概念第1頁(yè)/共65頁(yè)21.酶的概述

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RNA具有催化作用，稱為核酶（ribozyme）。1.1定義

細(xì)胞的代謝由成千上萬(wàn)的化學(xué)反應(yīng)組成，幾乎所有的反應(yīng)都是由酶（enzyme）催化的。酶對(duì)于動(dòng)物機(jī)體的生理活動(dòng)有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實(shí)踐中有廣泛應(yīng)用。第2頁(yè)/共65頁(yè)1.酶的概述酶是生物催化劑。絕大部分酶是蛋白質(zhì)31.2酶的命名（1）習(xí)慣命名——依據(jù)所催化的底物（substrate）、反應(yīng)的性質(zhì)、酶的來(lái)源等命名。例如，胃蛋白（水解）酶、堿性磷酸酶。（2）系統(tǒng)命名——根據(jù)底物與反應(yīng)性質(zhì)命名反應(yīng)：葡萄糖+ATP葡萄糖-6-磷酸+ADP

命名：葡萄糖：ATP磷酰基轉(zhuǎn)移酶（習(xí)慣名稱，葡萄糖激酶）第3頁(yè)/共65頁(yè)1.2酶的命名（1）習(xí)慣命名——依據(jù)所催化的底物（subs41.3酶的分類

氧化還原酶AH2+BA+BH2

轉(zhuǎn)移酶Ax+CA+Cx

水解酶AB+H2OAH+BOH

裂解酶AB+C

異構(gòu)酶AB

合成酶A+BC，需要ATP第4頁(yè)/共65頁(yè)1.3酶的分類氧化還原酶AH2+B51961年酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission，EC）規(guī)定酶的表示法：

EC.X.X.X.X例如：乳酸脫氫酶

第5頁(yè)/共65頁(yè)1961年酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission，E61.4酶活性(enzymeactivity)酶活性的表示方法：

酶活性指的是酶的催化能力，用反應(yīng)速度來(lái)衡量，即單位時(shí)間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。

V=dP/dt=-dS/dt

測(cè)定方法：吸光度測(cè)定、氣體分析、電化學(xué)分析等。第6頁(yè)/共65頁(yè)1.4酶活性(enzymeactivity)酶活性的表示7酶活性的計(jì)量：

EC1961年規(guī)定：在指定的條件下，1分鐘內(nèi)，將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所需要的酶量為1個(gè)酶活國(guó)際單位（IU）。

比活性（specificityofenzyme）指的是每毫克酶蛋白所具有的酶活性單位數(shù)。比活性=活性單位數(shù)/酶蛋白重量（mg）比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。第7頁(yè)/共65頁(yè)酶活性的計(jì)量：第7頁(yè)/共65頁(yè)8酶促反應(yīng)的速度曲線

隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)速度會(huì)變慢，這是由于產(chǎn)物的反饋?zhàn)饔?、酶的熱變性或副反?yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲線上通?？梢钥匆?jiàn)一段斜率不變的部分，這就是初速度。在酶的動(dòng)力學(xué)研究中，一般使用初速度的（V0）概念。第8頁(yè)/共65頁(yè)酶促反應(yīng)的速度曲線隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)速度會(huì)變慢9高效性

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。比其他催化反應(yīng)高106-1013倍

例如：過(guò)氧化氫分解

2H2O22H2O+O2Fe3+

催化，效率為6×104

mol/mol.S過(guò)氧化氫酶催化，效率為6×106

mol/mol.S專一性

即對(duì)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。1.5酶的特點(diǎn)第9頁(yè)/共65頁(yè)高效性1.5酶的特點(diǎn)第9頁(yè)/共65頁(yè)10

絕對(duì)專一性一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CO2

和NH3。

相對(duì)專一性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(duì)于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有不同的要求。

立體專一性指酶對(duì)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L-乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，延胡索酸只作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。

第10頁(yè)/共65頁(yè)絕對(duì)專一性第10頁(yè)/共65頁(yè)11R1:Lys,ArgR2:不是ProR3:Tyr,Trp,PheR4:不是Pro第11頁(yè)/共65頁(yè)R1:Lys,ArgR3:Tyr,Trp,Phe第12

酶容易變性這是酶的化學(xué)本質(zhì)（蛋白質(zhì)）所決定的。酶的可調(diào)節(jié)性抑制和激活（activationandinhibition）反饋控制(feedback)

酶原激活(activationofproenzyme)

變構(gòu)酶(allostericenzyme)

化學(xué)修飾(chemicalmodification)

多酶復(fù)合體(multienzymecomplex)

酶在細(xì)胞中的區(qū)室化(enzymecompartmentalization)

第12頁(yè)/共65頁(yè)酶容易變性第12頁(yè)/共65頁(yè)13已知的上千種酶絕大部分是蛋白質(zhì)單純酶：少數(shù)，例如：溶菌酶

結(jié)合酶：大多數(shù)

結(jié)合酶=酶蛋白+輔因子輔因子包括:輔酶、輔基和金屬離子。2.酶的組成與維生素2.1酶的化學(xué)本質(zhì)第13頁(yè)/共65頁(yè)2.酶的組成與維生素2.1酶的化學(xué)本質(zhì)第13頁(yè)/共6514

酶蛋白的作用：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：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.

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。

金屬離子的作用：它們是酶和底物聯(lián)系的“橋梁”；穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu)象；酶的“活性中心”的部分。

第14頁(yè)/共65頁(yè)酶蛋白的作用：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。15

結(jié)合酶舉例，()內(nèi)為輔因子：

乳酸脫氫酶（輔酶I,NAD）異檸檬酸脫氫酶（輔酶I,NAD）醇脫氫酶（輔酶I,NAD）葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（輔酶II,NADP）琥珀酸脫氫酶（FAD）乙酰輔酶A羧化酶（生物素，ATP，Mg++）脂酰輔酶A合成酶（輔酶A,CoA）第15頁(yè)/共65頁(yè)結(jié)合酶舉例，()內(nèi)為輔因子：第15頁(yè)/共65頁(yè)16維生素（Vitamin）是動(dòng)物和人類生理活動(dòng)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(lái)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(dòng)。脂溶性維生素：A視黃醇（維生素A原——胡蘿卜素）

D鈣化醇

E生育酚

K凝血維生素水溶性維生素：B族維生素和維生素C

（以下主要介紹B族維生素與輔酶、輔基的關(guān)系）2.2維生素與輔酶和輔基的關(guān)系第16頁(yè)/共65頁(yè)維生素（Vitamin）是動(dòng)物和人類生理活動(dòng)所必需的，從食物17表7?2B族維生素及其輔酶形式B族維生素輔酶形式酶促反應(yīng)中的主要作用硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸酯(TPP)α-酮酸氧化脫羧酮基轉(zhuǎn)移作用核黃素(B2)黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移尼克酰胺(PP)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移吡哆醇(醛、胺)(B6)磷酸吡哆醛氨基轉(zhuǎn)移泛酸輔酶A(CoA)?；D(zhuǎn)移葉酸四氫葉酸"一碳基團(tuán)"轉(zhuǎn)移生物素(H)生物素羧化作用鈷胺素(B12)甲基鈷胺素5′-脫氧腺苷鈷胺素甲基轉(zhuǎn)移第17頁(yè)/共65頁(yè)表7?2B族維生素及其輔酶形式B族維生素輔酶形式酶促反應(yīng)18VB1，硫胺素經(jīng)焦磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)門PP，焦磷酸硫胺素。它是酮酸脫氫酶的輔酶。以VB2，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基FMN黃素單核苷酸和FAD黃素腺嘌呤二核苷酸。作用是傳遞氫和電子。第18頁(yè)/共65頁(yè)VB1，硫胺素經(jīng)以VB2，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基第18頁(yè)/19泛酸（維生素B3）是CoA（輔酶A）的組成成分。CoA是脂?；妮d體。

吡哆醛和吡哆胺（吡哆素），維生素B6。磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。

第19頁(yè)/共65頁(yè)泛酸（維生素B3）是CoA吡哆醛和吡哆胺（吡哆素），第1920

尼克酸，煙酸（維生素Vpp）NAD+/NADH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化/還原）NADP+/NADPH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（氧化/還原）。煙酰胺衍生物，傳遞氫和電子，氧化還原酶的輔酶。

第20頁(yè)/共65頁(yè)尼克酸，煙酸（維生素Vpp）21葉酸，其還原衍生物四氫葉酸是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶的輔酶。一碳基團(tuán)，如甲基、乙烯基、甲酰基等。生物素，維生素H。噻吩和脲縮組成，CO2

的載體，羧化酶的輔酶，且有戊酸側(cè)鏈。

第21頁(yè)/共65頁(yè)葉酸，其還原衍生物四氫葉酸生物素，維生素H。第21頁(yè)/共6522硫辛酸，含硫脂肪酸，有氧化和還原兩種形式，既可以傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移脂?；?。

維生素B12中心鈷原子結(jié)合5’-脫氧腺苷基稱輔酶B12

，為一些變位酶和轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶。第22頁(yè)/共65頁(yè)硫辛酸，含硫脂肪酸，有氧化

第22頁(yè)/共65頁(yè)23單體酶

只有三級(jí)結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如129個(gè)氨基酸的溶菌酶，分子量14600。寡聚酶

含2-60個(gè)亞基，有復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)。常通過(guò)變構(gòu)效應(yīng)在代謝途徑中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。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)某個(gè)階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進(jìn)行。3.酶的分子結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共65頁(yè)單體酶3.酶的分子結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共65頁(yè)24酶的活性中心（activesite）

活性中心的必需基團(tuán)

必需基團(tuán)

活性中心以外的必需基團(tuán)

結(jié)合基團(tuán)（與底物結(jié)合，決定專一性）

活性中心

催化基團(tuán)（影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性,決定催化能力）第24頁(yè)/共65頁(yè)酶的活性中心（activesite）第24頁(yè)/共65頁(yè)25酶的活性中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)第25頁(yè)/共65頁(yè)酶的活性中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26

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)所需的能量稱為活化能。無(wú)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。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)自由能的變化值與反應(yīng)中是否存在催化劑無(wú)關(guān)。4.酶的催化機(jī)理4.1活化能第26頁(yè)/共65頁(yè)4.酶的催化機(jī)理4.1活化能第26頁(yè)/共65頁(yè)27

催化劑降低了反應(yīng)物分子活化時(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

Ea，活化能；ΔG，自由能變化第27頁(yè)/共65頁(yè)催化劑降低了反應(yīng)物非催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)活化能的比較

E28

S+EESP+E中間產(chǎn)物

反應(yīng)過(guò)程

S+EESES*EPP+E過(guò)渡態(tài)復(fù)合物4.2中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)第28頁(yè)/共65頁(yè)S+EES29

酶介入了反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)形成不穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)中間復(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)的活化能降低。第29頁(yè)/共65頁(yè)酶介入了反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)形成不穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)中間第29頁(yè)30誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)認(rèn)為，酶和底物都有自己特有的構(gòu)象，在兩者相互作用時(shí)，一些基團(tuán)通過(guò)相互取向，定位以形成中間復(fù)合物。4.3誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（inducedfit）第30頁(yè)/共65頁(yè)4.3誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（inducedfit）第30頁(yè)/共631鄰近與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會(huì)和有效碰撞。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。酸堿催化：活性中心的一些基團(tuán)，如His，Asp作為質(zhì)子的受體或供體，參與傳遞質(zhì)子。共價(jià)催化：酶與底物形成過(guò)渡性的共價(jià)中間體，限制底物的活動(dòng)，使反應(yīng)易于進(jìn)行。疏水效應(yīng)：活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦?、排斥，有利于酶與底物的接觸。4.4催化機(jī)理第31頁(yè)/共65頁(yè)鄰近與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會(huì)和有效碰撞。4.432

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（substrate）濃度、酶濃度、激活劑（activators）和抑制劑（inhibitors）等。

5.酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)及其影響因素第32頁(yè)/共65頁(yè)5.酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)及其影響因素第32頁(yè)/共65頁(yè)33

一般來(lái)說(shuō)，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)也遵循這個(gè)規(guī)律。但是，溫度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，酶會(huì)因熱變性，導(dǎo)致催化活性下降。

最適溫度（optimumT）：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(dòng)物體內(nèi)的酶的最適溫度在37-400C左右。5.1溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第33頁(yè)/共65頁(yè)一般來(lái)說(shuō)，隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)的速度加快34酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度第34頁(yè)/共65頁(yè)酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度第34頁(yè)/共65頁(yè)355.2溶液pH值對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適pH（optimumpH）：使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)溶液的pH。酶的最適pH與酶的性質(zhì)、底物和緩沖體系有關(guān)第35頁(yè)/共65頁(yè)5.2溶液pH值對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適pH（optimu36

在其他條件確定時(shí)，反應(yīng)速度與酶的濃度成正比。5.3酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響第36頁(yè)/共65頁(yè)在其他條件確定時(shí)，5.3酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶375.4底物濃度對(duì)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),反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng).當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，v也隨著[S]的增加而升高，但變得緩慢，表現(xiàn)為混合級(jí)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（Vmax），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(jí)反應(yīng)。反應(yīng)速度對(duì)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)式為米氏方程.第37頁(yè)/共65頁(yè)5.4底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響在其他條件確定的38米氏雙曲線第38頁(yè)/共65頁(yè)米氏雙曲線第38頁(yè)/共65頁(yè)39

米氏方程的推導(dǎo)

首先假設(shè)：

1.反應(yīng)在最適條件下進(jìn)行

2.pH、溫度和酶的濃度是固定的,變化的是底物濃度

3.反應(yīng)在起始階段，逆反應(yīng)可忽略

4.反應(yīng)體系處在穩(wěn)態(tài)（stablestate）第39頁(yè)/共65頁(yè)米氏40

E+SESE+Pk+1k-1k+2

根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，ES的生成速度與其分解速度相等。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（k-1+k+2）/k+1=Km(米氏常數(shù))[E][S]=

[ES]Km(3)第40頁(yè)/共65頁(yè)k+1k-1k41

[Et]是自由酶E的濃度與結(jié)合酶ES的濃度之和，即[Et]=[ES]+[E](4)

總的反應(yīng)速度V應(yīng)該等于V+2=k+2[ES](5)

將(4),(5)代入(3),整理得到米氏方程:V=Vm[S]/(Km+[S])V速度

Vm最大速度

[S]底物濃度

Km米氏常數(shù)第41頁(yè)/共65頁(yè)[Et]是自由酶E的濃度與結(jié)合酶ES的濃度之和，第442米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度當(dāng)S<<Ｋm時(shí)，v正比于[Ｓ],呈一級(jí)反應(yīng)當(dāng)Ｓ>>Ｋm時(shí)，v＝Ｖm，呈零級(jí)反應(yīng)

米氏雙曲線第42頁(yè)/共65頁(yè)米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度米氏雙曲線第42頁(yè)/共65頁(yè)43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(duì)應(yīng)的底物濃度,即當(dāng)v=1/2Vm時(shí)，Km=S

米氏常數(shù)Km=(k-1+k+2)/k+1在反應(yīng)的起始階段，k+2<<k-1，Ｋm≈k-1／k+1≈１／Ｋ平≈Ｋ解離此時(shí)，Ｋm越大，說(shuō)明Ｅ和Ｓ之間的親和力越小，ＥＳ復(fù)合物越不穩(wěn)定。當(dāng)Ｋm越小時(shí)，說(shuō)明Ｅ和Ｓ的親和力越大，ＥＳ復(fù)合物越穩(wěn)定，也越有利于反應(yīng)。米氏常數(shù)Ｋm對(duì)于酶是特征性的。每一種酶對(duì)于它的一種底物只有一個(gè)米氏常數(shù)。米氏常數(shù)及其意義第43頁(yè)/共65頁(yè)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(duì)應(yīng)的底物濃度44米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線第44頁(yè)/共65頁(yè)米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線第44頁(yè)/共455.5抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

酶的抑制劑（inhibitor）:凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。

酶抑制作用分為可逆抑制作用和不可逆抑制作用兩大類。第45頁(yè)/共65頁(yè)5.5抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶的抑46（一）可逆抑制作用（reversibleinhibition）

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(guò)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。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制和混合抑制等。第46頁(yè)/共65頁(yè)（一）可逆抑制作用（reversibleinhibitio471、競(jìng)爭(zhēng)性抑制（competitiveinhibitor）

競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑因具有與底物相似的結(jié)構(gòu)，與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，與酶形成可逆的EI復(fù)合物，減少的酶與底物結(jié)合的機(jī)會(huì)，使酶的反應(yīng)速度降低的作用。這種抑制作用可通過(guò)增加底物濃度來(lái)解除。第47頁(yè)/共65頁(yè)1、競(jìng)爭(zhēng)性抑制（competitiveinhibitor）48競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是Vmax不變，而Km增大第48頁(yè)/共65頁(yè)競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是Vmax不變，而Km增大第48頁(yè)/共49

在可逆的競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，抑制劑通常是酶的天然底物結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心。第49頁(yè)/共65頁(yè)在可逆的競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，第49頁(yè)/共65頁(yè)50磺胺類藥物的抑菌機(jī)理第50頁(yè)/共65頁(yè)磺胺類藥物的抑菌機(jī)理第50頁(yè)/共65頁(yè)512、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（non-competitiveinhibitor）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與酶的活性中心以外的集團(tuán)結(jié)合，形成EI或ESI復(fù)合物，不能進(jìn)一步形成E和P,使酶反應(yīng)速度減低的抑制作用。不能通過(guò)增加底物濃度的方法來(lái)解除第51頁(yè)/共65頁(yè)2、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（non-competitiveinhib52

在可逆的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中：抑制劑結(jié)合在活性中心以外；抑制劑的結(jié)合阻斷了反應(yīng)的發(fā)生。第52頁(yè)/共65頁(yè)在可逆的非競(jìng)爭(zhēng)性第52頁(yè)/共65頁(yè)53

非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是Vmax變小，而Km不變。第53頁(yè)/共65頁(yè)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是Vmax變小，而Km不變。第54(二)不可逆抑制（irreversibleinhibition）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)。

例如：有機(jī)磷農(nóng)藥中毒

（敵百蟲、敵敵畏、樂(lè)果殺蟲劑1605、1059等）

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。第54頁(yè)/共65頁(yè)(二)不可逆抑制（irreversibleinh55金屬離子如Mg++

對(duì)磷?；D(zhuǎn)移酶，Cu++對(duì)一些氧化酶，Cl-對(duì)淀粉酶有激活作用。一些有機(jī)小分子如VitC，谷胱甘肽，巰基乙醇等對(duì)巰基酶有激活作用。5.5激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第55頁(yè)/共65頁(yè)金屬離子5.5激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第55頁(yè)/共6556終產(chǎn)物P對(duì)途徑開(kāi)頭和分支點(diǎn)上的關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)。字母e表示酶。+表示激活，-表示抑制。6.1反饋控制(feedBack)6.酶活性的調(diào)節(jié)第56頁(yè)/共65頁(yè)6.1反饋控制(feedBack)6.酶活性的調(diào)節(jié)57變構(gòu)酶模型米氏雙曲線與S形變構(gòu)曲線6.2變構(gòu)調(diào)節(jié)0.11第57頁(yè)/共65頁(yè)變構(gòu)酶模型米氏雙曲線與S形變構(gòu)曲線6.2變構(gòu)調(diào)節(jié)0.1158

變構(gòu)酶有特征性的S形動(dòng)力學(xué)曲線。變構(gòu)劑或底物濃度，在一定的范圍里，一個(gè)比較小的變化就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速度顯著的改變，因此更具可調(diào)節(jié)性。變構(gòu)酶通常是關(guān)鍵酶，催化代謝途徑中的非平衡反應(yīng)，或稱不可逆反應(yīng)。這些酶一般處在途徑的開(kāi)始階段或分支點(diǎn)上，通過(guò)反饋控制來(lái)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)亞基與催化亞基分開(kāi)，彼此獨(dú)立的，稱異促變構(gòu)。變構(gòu)劑與底物結(jié)合在同一個(gè)亞基上，稱同促變構(gòu)。第58頁(yè)/共65頁(yè)變構(gòu)酶有特征性的S形動(dòng)力學(xué)曲線。變構(gòu)劑或底物濃度59又稱酶的共價(jià)修飾，有磷酸化/脫磷酸，腺苷?；?脫腺苷酰以及甲基化/脫甲基等形式。酶的活性在兩種狀態(tài)之間變化。這個(gè)化學(xué)修飾過(guò)程也是由酶催化的。6.3化學(xué)修飾(chemicalmodification)磷酸化酶兩種形式的相互轉(zhuǎn)變過(guò)程第59頁(yè)/共65頁(yè)又稱酶的共價(jià)修飾，6.3化學(xué)修飾(chemicalmo60

指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但是理化性質(zhì)不同的酶。如，氨基酸組成、電泳行為、免疫原性、米氏常數(shù)等不同。乳酸脫氫酶同工酶LDH，由2種亞基（M和H）組合成5種4聚體

H4和M4分別在心肌中和在肌肉中活性最高。6.4同工酶（isozyme）第60頁(yè)/共65頁(yè)指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但是乳酸脫氫酶同工酶LDH，61大腸桿菌的丙酮酸脫氫酶系模型功能上相關(guān)的幾個(gè)酶在空間上組織在一起，定向有序地催化一系列反應(yīng)。例如，丙酮酸脫氫酶系由3個(gè)酶組成，脂肪酸合成酶系由6個(gè)酶和1個(gè)ACP蛋白組成。6.5多酶復(fù)合體(multienzymecomplex)第61頁(yè)/共65頁(yè)大腸桿菌的丙酮酸脫氫酶系模型功能上相關(guān)的幾個(gè)酶6.5多酶復(fù)62

無(wú)活性的酶原（proenzyme），在特定的條件下，通過(guò)部分肽段的有限水解，轉(zhuǎn)變成有活性的酶。如，動(dòng)物的消化酶。6.6酶原激活第62頁(yè)/共65頁(yè)無(wú)活性的酶原6.6酶原激活第62頁(yè)/共65頁(yè)637.酶的應(yīng)用酶基因的缺失引起遺傳病酶活性的高低作為疾病診斷指標(biāo)酶作為試劑用于臨床檢驗(yàn)和科學(xué)研究酶和酶的抑制劑作為治療藥物酶制劑作為飼料添加劑酶用于食品加工酶用于工業(yè)生產(chǎn)第63頁(yè)/共65頁(yè)7.酶的應(yīng)用酶基因的缺失引起遺傳病第63頁(yè)/共65頁(yè)64本章結(jié)束第64頁(yè)/共65頁(yè)本章結(jié)束第64頁(yè)/共65頁(yè)65維生素與輔助因子維生素與輔助因子66本章主要內(nèi)容

酶的一般概念酶的組成與維生素酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶的催化機(jī)理酶反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)酶活性的調(diào)節(jié)

第1頁(yè)/共65頁(yè)本章主要內(nèi)容酶的一般概念第1頁(yè)/共65頁(yè)671.酶的概述

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RNA具有催化作用，稱為核酶（ribozyme）。1.1定義

細(xì)胞的代謝由成千上萬(wàn)的化學(xué)反應(yīng)組成，幾乎所有的反應(yīng)都是由酶（enzyme）催化的。酶對(duì)于動(dòng)物機(jī)體的生理活動(dòng)有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實(shí)踐中有廣泛應(yīng)用。第2頁(yè)/共65頁(yè)1.酶的概述酶是生物催化劑。絕大部分酶是蛋白質(zhì)681.2酶的命名（1）習(xí)慣命名——依據(jù)所催化的底物（substrate）、反應(yīng)的性質(zhì)、酶的來(lái)源等命名。例如，胃蛋白（水解）酶、堿性磷酸酶。（2）系統(tǒng)命名——根據(jù)底物與反應(yīng)性質(zhì)命名反應(yīng)：葡萄糖+ATP葡萄糖-6-磷酸+ADP

命名：葡萄糖：ATP磷?；D(zhuǎn)移酶（習(xí)慣名稱，葡萄糖激酶）第3頁(yè)/共65頁(yè)1.2酶的命名（1）習(xí)慣命名——依據(jù)所催化的底物（subs691.3酶的分類

氧化還原酶AH2+BA+BH2

轉(zhuǎn)移酶Ax+CA+Cx

水解酶AB+H2OAH+BOH

裂解酶AB+C

異構(gòu)酶AB

合成酶A+BC，需要ATP第4頁(yè)/共65頁(yè)1.3酶的分類氧化還原酶AH2+B701961年酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission，EC）規(guī)定酶的表示法：

EC.X.X.X.X例如：乳酸脫氫酶

第5頁(yè)/共65頁(yè)1961年酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission，E711.4酶活性(enzymeactivity)酶活性的表示方法：

酶活性指的是酶的催化能力，用反應(yīng)速度來(lái)衡量，即單位時(shí)間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。

V=dP/dt=-dS/dt

測(cè)定方法：吸光度測(cè)定、氣體分析、電化學(xué)分析等。第6頁(yè)/共65頁(yè)1.4酶活性(enzymeactivity)酶活性的表示72酶活性的計(jì)量：

EC1961年規(guī)定：在指定的條件下，1分鐘內(nèi)，將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所需要的酶量為1個(gè)酶活國(guó)際單位（IU）。

比活性（specificityofenzyme）指的是每毫克酶蛋白所具有的酶活性單位數(shù)。比活性=活性單位數(shù)/酶蛋白重量（mg）比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。第7頁(yè)/共65頁(yè)酶活性的計(jì)量：第7頁(yè)/共65頁(yè)73酶促反應(yīng)的速度曲線

隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)速度會(huì)變慢，這是由于產(chǎn)物的反饋?zhàn)饔?、酶的熱變性或副反?yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲線上通?？梢钥匆?jiàn)一段斜率不變的部分，這就是初速度。在酶的動(dòng)力學(xué)研究中，一般使用初速度的（V0）概念。第8頁(yè)/共65頁(yè)酶促反應(yīng)的速度曲線隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)速度會(huì)變慢74高效性

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。比其他催化反應(yīng)高106-1013倍

例如：過(guò)氧化氫分解

2H2O22H2O+O2Fe3+

催化，效率為6×104

mol/mol.S過(guò)氧化氫酶催化，效率為6×106

mol/mol.S專一性

即對(duì)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。1.5酶的特點(diǎn)第9頁(yè)/共65頁(yè)高效性1.5酶的特點(diǎn)第9頁(yè)/共65頁(yè)75

絕對(duì)專一性一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CO2

和NH3。

相對(duì)專一性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(duì)于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有不同的要求。

立體專一性指酶對(duì)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L-乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，延胡索酸只作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。

第10頁(yè)/共65頁(yè)絕對(duì)專一性第10頁(yè)/共65頁(yè)76R1:Lys,ArgR2:不是ProR3:Tyr,Trp,PheR4:不是Pro第11頁(yè)/共65頁(yè)R1:Lys,ArgR3:Tyr,Trp,Phe第77

酶容易變性這是酶的化學(xué)本質(zhì)（蛋白質(zhì)）所決定的。酶的可調(diào)節(jié)性抑制和激活（activationandinhibition）反饋控制(feedback)

酶原激活(activationofproenzyme)

變構(gòu)酶(allostericenzyme)

化學(xué)修飾(chemicalmodification)

多酶復(fù)合體(multienzymecomplex)

酶在細(xì)胞中的區(qū)室化(enzymecompartmentalization)

第12頁(yè)/共65頁(yè)酶容易變性第12頁(yè)/共65頁(yè)78已知的上千種酶絕大部分是蛋白質(zhì)單純酶：少數(shù)，例如：溶菌酶

結(jié)合酶：大多數(shù)

結(jié)合酶=酶蛋白+輔因子輔因子包括:輔酶、輔基和金屬離子。2.酶的組成與維生素2.1酶的化學(xué)本質(zhì)第13頁(yè)/共65頁(yè)2.酶的組成與維生素2.1酶的化學(xué)本質(zhì)第13頁(yè)/共6579

酶蛋白的作用：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：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.

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。

金屬離子的作用：它們是酶和底物聯(lián)系的“橋梁”；穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu)象；酶的“活性中心”的部分。

第14頁(yè)/共65頁(yè)酶蛋白的作用：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。80

結(jié)合酶舉例，()內(nèi)為輔因子：

乳酸脫氫酶（輔酶I,NAD）異檸檬酸脫氫酶（輔酶I,NAD）醇脫氫酶（輔酶I,NAD）葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（輔酶II,NADP）琥珀酸脫氫酶（FAD）乙酰輔酶A羧化酶（生物素，ATP，Mg++）脂酰輔酶A合成酶（輔酶A,CoA）第15頁(yè)/共65頁(yè)結(jié)合酶舉例，()內(nèi)為輔因子：第15頁(yè)/共65頁(yè)81維生素（Vitamin）是動(dòng)物和人類生理活動(dòng)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(lái)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(dòng)。脂溶性維生素：A視黃醇（維生素A原——胡蘿卜素）

D鈣化醇

E生育酚

K凝血維生素水溶性維生素：B族維生素和維生素C

（以下主要介紹B族維生素與輔酶、輔基的關(guān)系）2.2維生素與輔酶和輔基的關(guān)系第16頁(yè)/共65頁(yè)維生素（Vitamin）是動(dòng)物和人類生理活動(dòng)所必需的，從食物82表7?2B族維生素及其輔酶形式B族維生素輔酶形式酶促反應(yīng)中的主要作用硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸酯(TPP)α-酮酸氧化脫羧酮基轉(zhuǎn)移作用核黃素(B2)黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移尼克酰胺(PP)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移吡哆醇(醛、胺)(B6)磷酸吡哆醛氨基轉(zhuǎn)移泛酸輔酶A(CoA)?；D(zhuǎn)移葉酸四氫葉酸"一碳基團(tuán)"轉(zhuǎn)移生物素(H)生物素羧化作用鈷胺素(B12)甲基鈷胺素5′-脫氧腺苷鈷胺素甲基轉(zhuǎn)移第17頁(yè)/共65頁(yè)表7?2B族維生素及其輔酶形式B族維生素輔酶形式酶促反應(yīng)83VB1，硫胺素經(jīng)焦磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)門PP，焦磷酸硫胺素。它是酮酸脫氫酶的輔酶。以VB2，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基FMN黃素單核苷酸和FAD黃素腺嘌呤二核苷酸。作用是傳遞氫和電子。第18頁(yè)/共65頁(yè)VB1，硫胺素經(jīng)以VB2，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基第18頁(yè)/84泛酸（維生素B3）是CoA（輔酶A）的組成成分。CoA是脂酰基的載體。

吡哆醛和吡哆胺（吡哆素），維生素B6。磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。

第19頁(yè)/共65頁(yè)泛酸（維生素B3）是CoA吡哆醛和吡哆胺（吡哆素），第1985

尼克酸，煙酸（維生素Vpp）NAD+/NADH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化/還原）NADP+/NADPH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（氧化/還原）。煙酰胺衍生物，傳遞氫和電子，氧化還原酶的輔酶。

第20頁(yè)/共65頁(yè)尼克酸，煙酸（維生素Vpp）86葉酸，其還原衍生物四氫葉酸是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶的輔酶。一碳基團(tuán)，如甲基、乙烯基、甲?；?。生物素，維生素H。噻吩和脲縮組成，CO2

的載體，羧化酶的輔酶，且有戊酸側(cè)鏈。

第21頁(yè)/共65頁(yè)葉酸，其還原衍生物四氫葉酸生物素，維生素H。第21頁(yè)/共6587硫辛酸，含硫脂肪酸，有氧化和還原兩種形式，既可以傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移脂?；?。

維生素B12中心鈷原子結(jié)合5’-脫氧腺苷基稱輔酶B12

，為一些變位酶和轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶。第22頁(yè)/共65頁(yè)硫辛酸，含硫脂肪酸，有氧化

第22頁(yè)/共65頁(yè)88單體酶

只有三級(jí)結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如129個(gè)氨基酸的溶菌酶，分子量14600。寡聚酶

含2-60個(gè)亞基，有復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)。常通過(guò)變構(gòu)效應(yīng)在代謝途徑中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。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)某個(gè)階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進(jìn)行。3.酶的分子結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共65頁(yè)單體酶3.酶的分子結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共65頁(yè)89酶的活性中心（activesite）

活性中心的必需基團(tuán)

必需基團(tuán)

活性中心以外的必需基團(tuán)

結(jié)合基團(tuán)（與底物結(jié)合，決定專一性）

活性中心

催化基團(tuán)（影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性,決定催化能力）第24頁(yè)/共65頁(yè)酶的活性中心（activesite）第24頁(yè)/共65頁(yè)90酶的活性中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)第25頁(yè)/共65頁(yè)酶的活性中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91

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)所需的能量稱為活化能。無(wú)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。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)自由能的變化值與反應(yīng)中是否存在催化劑無(wú)關(guān)。4.酶的催化機(jī)理4.1活化能第26頁(yè)/共65頁(yè)4.酶的催化機(jī)理4.1活化能第26頁(yè)/共65頁(yè)92

催化劑降低了反應(yīng)物分子活化時(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

Ea，活化能；ΔG，自由能變化第27頁(yè)/共65頁(yè)催化劑降低了反應(yīng)物非催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)活化能的比較

E93

S+EESP+E中間產(chǎn)物

反應(yīng)過(guò)程

S+EESES*EPP+E過(guò)渡態(tài)復(fù)合物4.2中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)第28頁(yè)/共65頁(yè)S+EES94

酶介入了反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)形成不穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)中間復(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)的活化能降低。第29頁(yè)/共65頁(yè)酶介入了反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)形成不穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)中間第29頁(yè)95誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)認(rèn)為，酶和底物都有自己特有的構(gòu)象，在兩者相互作用時(shí)，一些基團(tuán)通過(guò)相互取向，定位以形成中間復(fù)合物。4.3誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（inducedfit）第30頁(yè)/共65頁(yè)4.3誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（inducedfit）第30頁(yè)/共696鄰近與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會(huì)和有效碰撞。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。酸堿催化：活性中心的一些基團(tuán)，如His，Asp作為質(zhì)子的受體或供體，參與傳遞質(zhì)子。共價(jià)催化：酶與底物形成過(guò)渡性的共價(jià)中間體，限制底物的活動(dòng)，使反應(yīng)易于進(jìn)行。疏水效應(yīng)：活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦?、排斥，有利于酶與底物的接觸。4.4催化機(jī)理第31頁(yè)/共65頁(yè)鄰近與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會(huì)和有效碰撞。4.497

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（substrate）濃度、酶濃度、激活劑（activators）和抑制劑（inhibitors）等。

5.酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)及其影響因素第32頁(yè)/共65頁(yè)5.酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)及其影響因素第32頁(yè)/共65頁(yè)98

一般來(lái)說(shuō)，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)也遵循這個(gè)規(guī)律。但是，溫度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，酶會(huì)因熱變性，導(dǎo)致催化活性下降。

最適溫度（optimumT）：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(dòng)物體內(nèi)的酶的最適溫度在37-400C左右。5.1溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第33頁(yè)/共65頁(yè)一般來(lái)說(shuō)，隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)的速度加快99酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度第34頁(yè)/共65頁(yè)酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度第34頁(yè)/共65頁(yè)1005.2溶液pH值對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適pH（optimumpH）：使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)溶液的pH。酶的最適pH與酶的性質(zhì)、底物和緩沖體系有關(guān)第35頁(yè)/共65頁(yè)5.2溶液pH值對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適pH（optimu101

在其他條件確定時(shí)，反應(yīng)速度與酶的濃度成正比。5.3酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響第36頁(yè)/共65頁(yè)在其他條件確定時(shí)，5.3酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶1025.4底物濃度對(duì)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),反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng).當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，v也隨著[S]的增加而升高，但變得緩慢，表現(xiàn)為混合級(jí)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（Vmax），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(jí)反應(yīng)。反應(yīng)速度對(duì)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)式為米氏方程.第37頁(yè)/共65頁(yè)5.4底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響在其他條件確定的103米氏雙曲線第38頁(yè)/共65頁(yè)米氏雙曲線第38頁(yè)/共65頁(yè)104

米氏方程的推導(dǎo)

首先假設(shè)：

1.反應(yīng)在最適條件下進(jìn)行

2.pH、溫度和酶的濃度是固定的,變化的是底物濃度

3.反應(yīng)在起始階段，逆反應(yīng)可忽略

4.反應(yīng)體系處在穩(wěn)態(tài)（stablestate）第39頁(yè)/共65頁(yè)米氏105

E+SESE+Pk+1k-1k+2

根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，ES的生成速度與其分解速度相等。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（k-1+k+2）/k+1=Km(米氏常數(shù))[E][S]=

[ES]Km(3)第40頁(yè)/共65頁(yè)k+1k-1k106

[Et]是自由酶E的濃度與結(jié)合酶ES的濃度之和，即[Et]=[ES]+[E](4)

總的反應(yīng)速度V應(yīng)該等于V+2=k+2[ES](5)

將(4),(5)代入(3),整理得到米氏方程:V=Vm[S]/(Km+[S])V速度

Vm最大速度

[S]底物濃度

Km米氏常數(shù)第41頁(yè)/共65頁(yè)[Et]是自由酶E的濃度與結(jié)合酶ES的濃度之和，第4107米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度當(dāng)S<<Ｋm時(shí)，v正比于[Ｓ],呈一級(jí)反應(yīng)當(dāng)Ｓ>>Ｋm時(shí)，v＝Ｖm，呈零級(jí)反應(yīng)

米氏雙曲線第42頁(yè)/共65頁(yè)米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度米氏雙曲線第42頁(yè)/共65頁(yè)108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(duì)應(yīng)的底物濃度,即當(dāng)v=1/2Vm時(shí)，Km=S

米氏常數(shù)Km=(k-1+k+2)/k+1在反應(yīng)的起始階段，k+2<<k-1，Ｋm≈k-1／k+1≈１／Ｋ平≈Ｋ解離此時(shí)，Ｋm越大，說(shuō)明Ｅ和Ｓ之間的親和力越小，ＥＳ復(fù)合物越不穩(wěn)定。當(dāng)Ｋm越小時(shí)，說(shuō)明Ｅ和Ｓ的親和力越大，ＥＳ復(fù)合物越穩(wěn)定，也越有利于反應(yīng)。米氏常數(shù)Ｋm對(duì)于酶是特征性的。每一種酶對(duì)于它的一種底物只有一個(gè)米氏常數(shù)。米氏常數(shù)及其意義第43頁(yè)/共65頁(yè)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(duì)應(yīng)的底物濃度109米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線第44頁(yè)/共65頁(yè)米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線第44頁(yè)/共1105.5抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

酶的抑制劑（inhibitor）:凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。

酶抑制作用分為可逆抑制作用和不可逆抑制作用兩大類。第45頁(yè)/共65頁(yè)5.5抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶的抑111（一）可逆抑制作用（reversibleinhibition）

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(guò)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。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制和混合抑制等。第46頁(yè)/共65頁(yè)（一）可逆抑制作用（reversibleinhibitio1121、競(jìng)爭(zhēng)性抑制（competitiveinhibitor）

競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑因具有與底物相似的結(jié)構(gòu)，與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，與酶形成可逆的EI