第二章酶和其他生物催化劑

第二章酶和其他生物催化劑第1頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一什么是酶？酶(Enzyme)是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化活性的生物分子，所以又稱生物催化劑（biocatalysts)。目前將生物催化劑分為兩類：酶、核酶（脫氧核酶）絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)CO2+H2O斯帕蘭扎尼第2頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一酶的研究簡史公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。1833年，AnselmePayen提純了麥芽淀粉糖化酶（淀粉酶）。1878年，Wilhelm

Kühne首次提出Enzyme一詞。1894年，EmilFischer證明了酶的專一性，酶與底物之間作用的鎖鑰關(guān)系。1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母提取液，實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。1913年，LeonorMichaelis和MaudMenten推導(dǎo)出酶反應(yīng)的動力學(xué)方程式。1926~1930年，JamesSumner和JohnH.Northrop分別將脲酶和胃蛋白酶、胰蛋白酶制成結(jié)晶，確定了酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)。1941年，GeorgeBeadle和EdwardTatum的“一個(gè)基因一個(gè)酶”假說首次將蛋白質(zhì)與基因聯(lián)系在一起，推動了生物化學(xué)與遺傳學(xué)的結(jié)合。1982年，Cech首次發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先報(bào)道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。第3頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一路易斯·巴斯德（LouisPasteur）首先證明，只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵，即蔗糖發(fā)酵生成乙醇和二氧化碳。愛德華.布希納(EduardBuchner)無意之間發(fā)現(xiàn)了酵母提取液的發(fā)酵現(xiàn)象生機(jī)論1899古代自生論1860’s詹姆斯·薩姆奈(JamesB.Sumner)第一個(gè)成功地制備了尿素酶（urease）結(jié)晶。1926酶酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)酶學(xué)研究簡史EnzymesJ.B.SHaldane第一個(gè)提出酶與底物非共價(jià)結(jié)合催化化學(xué)反應(yīng)的概念第4頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一酶與疾病的發(fā)生、臨床診斷與治療密切相關(guān)（一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān)1．酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一

酪氨酸酶缺乏引起白化?。槐奖彼崃u化酶缺乏引起苯丙酮酸尿癥。

2．酶活性改變可引起疾病

胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。

3．一些疾病可以引起酶活性的改變

嚴(yán)重肝病時(shí)可因肝合成的凝血因子減少而影響血液凝固。

第5頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）體液中酶的活性可作為某些疾病的診斷指標(biāo)

2.惡性腫瘤可因腫瘤組織的增殖加快，其標(biāo)志酶釋放入血增多，有助于對該組織腫瘤的診斷。

前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。

組織器官損傷可使其組織特異性的酶釋放入血，有助于對此組織器官疾病的診斷。

急性肝炎時(shí)，血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性升高。

3.有些酶的清除和排泄障礙也可造成血清含量升高。

肝硬化時(shí)血清堿性磷酸酶活性升高。

4.酶的誘導(dǎo)合成增多也可以從血清中檢測出來，用于協(xié)助診斷和預(yù)后判斷。

膽管阻塞時(shí)膽汁返流可刺激肝合成堿性磷酸酶增多。

第6頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（三）酶與臨床治療有著密切關(guān)系

1．酶作為藥物用于補(bǔ)充機(jī)體某種酶的不足

消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以糾正。

2．利用酶的催化作用對某些疾病進(jìn)行針對性的治療

鏈激酶、尿激酶及纖溶酶等溶解血栓，用于治療心、腦血管栓塞等。

第7頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一3．許多化學(xué)藥物通過抑制或激活體內(nèi)某種酶的活性對疾病進(jìn)行治療許多抗代謝藥是按照對酶的競爭性抑制原理設(shè)計(jì)的。

4．許多抗菌藥物通過抑制細(xì)菌的某些酶發(fā)揮抑菌作用

青霉素通過阻斷細(xì)菌細(xì)胞壁合成過程中糖肽轉(zhuǎn)肽酶的活性而破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，產(chǎn)生殺菌作用。

第8頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)：酶的簡介

introductiontoenzymes第9頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一一、酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)有些酶其分子結(jié)構(gòu)僅由氨基酸組成，沒有輔助因子。這類酶稱為單純酶（simpleenzyme）。如一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。（一）結(jié)構(gòu)組成僅含氨基酸組分的酶稱為單純酶第10頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一Xylanase11A木聚糖酶第11頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）結(jié)構(gòu)組成中既含氨基酸組分又含非氨基酸組分的酶稱為結(jié)合酶

蛋白質(zhì)部分：酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)

金屬離子小分子有機(jī)化合物全酶(holoenzyme)決定反應(yīng)的特異性及其催化機(jī)制

決定反應(yīng)的性質(zhì)和反應(yīng)類型

第12頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）輔酶（coenzyme)與酶蛋白結(jié)合疏松可用透析或超濾的方法除去反應(yīng)過程中可與多種酶蛋白結(jié)合，作為底物在不同的酶之間傳遞電子、質(zhì)子或化學(xué)基團(tuán)。

輔基(prostheticgroup)與酶蛋白結(jié)合緊密不能用透析或超濾的方法除去輔基在反應(yīng)中不能離開與其結(jié)合的酶蛋白第13頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一GAPDH肌紅蛋白第14頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一

輔酶或輔基縮寫轉(zhuǎn)移的基團(tuán)所含的維生素?zé)燉０废汆堰识塑账幔ㄝo酶I）NAD+H+，電子煙酰胺（維生素PP）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（輔酶II）NADP+H+，電子煙酰胺（維生素PP）黃素腺嘌呤二核苷酸FAD氫原子維生素B2焦磷酸硫胺素TPP醛基維生素B1磷酸吡哆醛氨基維生素B6輔酶ACoA?；核嵘锼囟趸?/p>

生物素四氫葉酸FH4一碳單位葉酸輔酶B12氫原子，烷基維生素B12小分子有機(jī)化合物輔酶（輔基）的種類與作用

第15頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一1929年，由于艾克曼最先發(fā)現(xiàn)了維生素，榮獲了當(dāng)年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)Thiamine(VitaminB1)Activeform:焦磷酸硫胺素(TPP),含活潑氫原子，是丙酮酸氧化脫羧酶系的輔助因子維生素B1缺乏會引起腳氣病，以多發(fā)性神經(jīng)炎、肌肉萎縮、組織水腫為特點(diǎn)第16頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一金屬酶(metalloenzyme)金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過程中不易丟失。金屬離子通常是活性中心，如Ca2+,Fe2+金屬激活酶(metal-activatedenzyme)金屬離子為酶的活性所必需，是酶活性的激活劑，但與酶的結(jié)合不甚緊密。金屬離子的作用穩(wěn)定酶的構(gòu)象；參與催化反應(yīng)，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。第17頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一

金屬酶金屬離子金屬激活酶金屬離子過氧化氫酶Fe2+丙酮酸激酶K+，Mg2+過氧化物酶Fe2+丙酮酸羧化酶Mn2+，Zn2+谷胱苷肽過氧化物酶Se蛋白激酶Mg2+,Mn2+精氨酸酶Mn2+固氮酶Mo2+磷脂酶CCa2+核糖核苷酸還原酶Mn2+細(xì)胞色素氧化酶Cu2+羧基肽酶Zn2+脲酶Ni2+碳酸酐酶Zn2+檸檬酸合酶K+金屬酶和金屬激活酶第18頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（三）有些酶僅含一條多肽鏈，而另一些酶由多個(gè)亞基組成

單體酶（monomericenzyme）

由一條多肽鏈組成，只具有三級結(jié)構(gòu)的酶。

如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。

寡聚酶（oligomericenzyme）

由多條相同或不同的亞基組成的酶。

第19頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一LDH第20頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一多酶復(fù)合物（multienzymecomplex),或稱多酶體系（multienzymesystem）由催化不同化學(xué)反應(yīng)的多種酶組成的寡聚酶。如：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物

第21頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一多功能酶（multifunctionalenzyme)或稱串聯(lián)酶（tandemenzyme）,多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶

,如：哺乳動物脂肪酸合成酶

大腸桿菌：7種酶蛋白聚合在一起構(gòu)成多酶體系高等動物：7種酶活性都在同一條約250KD的多肽鏈上，由一個(gè)基因編碼第22頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。同工酶主要由于基因倍增（duplication）和趨異進(jìn)化（divergence）所致。第23頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)

LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶

舉例1：乳酸脫氫酶(LDH1～

LDH5)第24頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一同工酶在生物體中的分布與表達(dá)具有時(shí)空特異性

同工酶存在于同一種屬的不同個(gè)體，同一個(gè)體的不同組織、同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以及同一組織、細(xì)胞的不同發(fā)育階段

LDH同工酶紅細(xì)胞白細(xì)胞血清骨骼肌心肌肺腎肝脾LDH1

（H4）431227.10731443210LDH2

（H3M）444934.70243444425LDH3（H2M2）123320.95335121110LDH4

（HM3）1611.7160512720LDH5

（M4）005.7790120565人體各組織器官LDH同工酶譜（活性%）

第25頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一檢測組織器官同工酶的變化有重要的臨床意義

在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征；同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜2345第26頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一二、酶的活性中心是酶分子中執(zhí)行其催化功能的部位酶的活性中心(activecenter)或稱活性部位(activesite)，指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)、能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域。第27頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第28頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一必需基團(tuán)(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)。常見的必需基團(tuán)

絲氨酸殘基的羥基組氨酸殘基的咪唑基半胱氨酸殘基的巰基酸性氨基酸殘基的羧基

（一）酶的活性中心由許多必需基團(tuán)組成第29頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(tuán)(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F(tuán)第30頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心目錄第31頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）酶的活性中心是酶分子中具有三維結(jié)構(gòu)的很小區(qū)域溶菌酶的活性中心是一裂隙，可以容納肽多糖的6個(gè)單糖基（A，B，C，D，E，F(xiàn)），并與之形成氫鍵和vanderwaals力。催化基團(tuán)是35位Glu，52位Asp；101位Asp和108位Trp是結(jié)合基團(tuán)。溶菌酶的活性中心

組成酶活性中心的必需基團(tuán)在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，但在形成三級結(jié)構(gòu)時(shí)相互接近，形成具有三維結(jié)構(gòu)的區(qū)域，且多是酶分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口袋。

第32頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（三）酶的活性中心對底物具有高度的特異性

酶活性中心與底物結(jié)合時(shí)，發(fā)生構(gòu)象改變，相互誘導(dǎo)契合，增加與底物的互補(bǔ)性

（四）大多數(shù)情況下底物與酶活性中心最初的結(jié)合是非共價(jià)性的酶與底物結(jié)合的力氫鍵離子鍵疏水鍵vanderWaals力

第33頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一三、酶可按其所催化的反應(yīng)類型進(jìn)行分類

（一）催化氧化還原反應(yīng)的酶屬于氧化還原酶類氧化還原酶類（oxidoreductases）包括催化傳遞電子和氫、以及需氧參加反應(yīng)的酶。例如，脫氫酶類、加氧酶類、過氧化物酶和過氧化氫酶等。

第34頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶屬于轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶類（transferases）包括將磷酸基從ATP轉(zhuǎn)到另外底物的激酶、加無機(jī)磷酸使化學(xué)鍵斷裂的磷酸化酶，以及糖基轉(zhuǎn)移酶、轉(zhuǎn)氨酶等。

第35頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（三）水解酶類催化加水分解化學(xué)鍵

水解酶類（hydrolases）

按其所水解的底物不同

根據(jù)它們的作用部位

蛋白酶、酯酶、磷酸酶、糖苷酶、核酸酶

外切酶、內(nèi)切酶

第36頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（四）裂合酶催化移出化學(xué)基團(tuán)并形成雙鍵或相反的過程

裂合酶或裂解酶類（lyases）是指催化一分子非水解地分裂成兩個(gè)分子并留有雙鍵，或相反的酶。

如：脫水酶、脫羧酶、醛縮酶

合酶（synthases）

催化反應(yīng)方向相反，一個(gè)底物去掉雙鍵，并與另一底物結(jié)合形成一個(gè)分子的酶。第37頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（五）催化分子異構(gòu)體互變的酶類屬于異構(gòu)酶類

異構(gòu)酶類（isomerases）：催化分子內(nèi)部基團(tuán)的位置互變、幾何或光學(xué)異構(gòu)體互變、以及醛酮互變的酶類。

如：變位酶、表構(gòu)酶、異構(gòu)酶。第38頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（六）催化兩分子結(jié)合成一分子并偶聯(lián)有高能鍵的水解供能的酶類屬于連接酶或合成酶類DNA連接酶、氨基酰-rRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶屬于連接酶或合成酶類（liases或synthetases）。第39頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一四、酶可按其所催化的反應(yīng)類型予以命名

（一）系統(tǒng)名稱給出酶促反應(yīng)的各種信息，但較繁瑣習(xí)慣命名法，一般是按酶所催化的底物命名，在其底物英文名詞上加后綴“ase”作為酶的名稱。如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（phosphatase）

第40頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)命名法根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)，按酶的分類對酶命名，每個(gè)酶都有一個(gè)名稱和一個(gè)編號。

編號中4個(gè)數(shù)字中第1個(gè)數(shù)字是酶的分類號，第2個(gè)數(shù)字代表在此類中的亞類，第3個(gè)數(shù)字表示亞-亞類，第4個(gè)數(shù)字表示該酶在亞-亞類中的序號。第41頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一酶的分類系統(tǒng)名稱編號催化的反應(yīng)推薦名稱1.氧化還原酶類(S)-乳酸：NAD+-氧化還原酶EC1.1.1.27(S)-乳酸+NAD+

丙酮酸+NADH+H+L-乳酸脫氫酶2.轉(zhuǎn)移酶類L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶EC2.6.1.2L-丙氨酸+-酮戊二酸丙酮酸+L-谷氨酸丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶3.水解酶類1,4--D-葡聚糖-聚糖水解酶EC3.2.1.1水解有3個(gè)以上1,4--D-葡萄糖基的多糖中1,4--D-葡糖苷鍵-淀粉酶4.裂合酶類D-果糖-1,6-二磷酸D-甘油醛-3-磷酸裂合酶EC4.1.2.13D-果糖-1,6-二磷酸磷酸二羥丙酮+D-甘油醛-3-磷酸果糖二磷酸醛縮酶5.異構(gòu)酶類D-甘油醛-3-磷酸醛-酮-異構(gòu)酶EC5.3.1.1D-甘油醛-3-磷酸磷酸二羥丙酮丙糖磷酸異構(gòu)酶6.連接酶類L-谷氨酸：氨連接酶（生成ADP）EC6.3.1.2ATP+L-谷氨酸+NH3ADP+Pi+L-谷氨酰胺谷氨酸-氨連接酶

酶的分類與命名舉例

第42頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）推薦名稱簡便而常用

由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國際酶學(xué)委員會還同時(shí)為每一個(gè)酶從常用的習(xí)慣名稱中挑選出一個(gè)推薦名稱（recommendedname）

系統(tǒng)名稱：L-乳酸：NAD+氧化還原酶推薦名稱：乳酸脫氫酶

第43頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)：酶的工作原理

MechanismofEnzymaticReactions

第44頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一一、化學(xué)反應(yīng)具有熱力學(xué)和動力學(xué)特性

（一）熱力學(xué)性質(zhì)涉及能量平衡和反應(yīng)平衡

1．反應(yīng)平衡可用平衡常數(shù)來描述

反應(yīng)平衡（reactionequilibrium）

任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在正向反應(yīng)與逆向反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)便不再有新的產(chǎn)物生成,這時(shí)的化學(xué)反應(yīng)稱為反應(yīng)平衡。

平衡常數(shù)（equilibriumconstant,Keq）

平衡常數(shù)是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物濃度積與剩余底物濃度積之比。

第45頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一S1+S2P1+P2Keq=[P1]eq[P2]eq[S1]eq[S2]eq一定的溫度下，Keq與反應(yīng)的初始濃度無關(guān)，它反映化學(xué)反應(yīng)的本性。Keq越大則反應(yīng)越傾向于產(chǎn)物的生成，即正向反應(yīng)進(jìn)行得越完全；Keq越小則逆反應(yīng)的程度越大Keq是化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的最大限度的量度。第46頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動力

自由能（freeenergy）

自由能是能夠用于做功的能量。

反應(yīng)物的自由能（G）與其焓、溫度（T）和熵（S）相關(guān)，等于其焓減去絕對溫度和熵的乘積，即G=H

TS

。在生物系統(tǒng)中，生物分子在等溫、等壓條件下，在化學(xué)反應(yīng)中能量的變化可以用自由能變（

G）來量度。

G=H

TS

第47頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動力，影響化學(xué)反應(yīng)的方向。

G<0

反應(yīng)為釋能反應(yīng)（exergonicreaction）可以自發(fā)進(jìn)行

G>0

反應(yīng)為吸能反應(yīng)（endergonicreaction）不能自發(fā)進(jìn)行

G=0

反應(yīng)正逆向速率相等，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)

第48頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)方向與H、S和T的關(guān)系

H

S

G=H

TS

<0>0在任何溫度下，

G<0，反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行<0<0反應(yīng)僅在溫度低于H/S時(shí)，

G<0，反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行>0>0反應(yīng)僅在溫度高于H/S時(shí)，

G<0，反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行>0<0在任何溫度下，

G>0，反應(yīng)均不能自發(fā)向右進(jìn)行第49頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一3．標(biāo)準(zhǔn)自由能變與平衡常數(shù)有關(guān)

標(biāo)準(zhǔn)自由能變（G0′）是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的自由能變

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài):

壓力=1大氣壓（101.3kPa）

溫度=298K（25C）

pH=7.0

[S]=[P]=1mol/lG=G0′+RTln

[P1][P2][S1][S2]反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)即

G=0

G0′=

RTlnK’eq

在S1+S2P1+P2中第50頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一二、酶具有與一般催化劑相似的工作原理（一）酶與一般催化劑均降低反應(yīng)的活化能1．活化能是化學(xué)反應(yīng)的能障

活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。第51頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)總能量改變

非催化反應(yīng)活化能

酶促反應(yīng)活化能

一般催化劑催化反應(yīng)的活化能

能量

反應(yīng)過程

底物產(chǎn)物

酶促反應(yīng)活化能的改變

結(jié)合能第52頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．活化能的降低可使反應(yīng)速率呈指數(shù)上升

化學(xué)反應(yīng)速率與自由能變化的關(guān)系

d[S]kBT

V=

=[S]e

G*/RTdth[S]代表底物（substrate）濃度kB是玻爾茨曼常數(shù)（Boltzmannconstant）（1.3811023JK-1）h是普朗克常數(shù)（Planckconstant）（6.6261034J.s）G*代表反應(yīng)的活化能

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)活化能降低1倍，反應(yīng)速率可提高約5000倍，呈現(xiàn)指數(shù)上升。

一般講，酶的催化效率比非催化反應(yīng)高1051017倍

第53頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）酶與一般催化劑均可加速反應(yīng)到達(dá)反應(yīng)平衡點(diǎn)

酶與一般催化劑一樣，只能加快反應(yīng)速率，使其縮短到達(dá)反應(yīng)平衡的時(shí)間，而不能改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。

反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)自由能的變化僅取決于底物與產(chǎn)物的自由能之差。

任何催化劑都不能改變底物和產(chǎn)物自身的自由能。

第54頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一三、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)

（一）酶促反應(yīng)具有極高的效率酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。第55頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一酶的催化效率可用酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnovernumber)來表示。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是指在酶被底物飽和的條件下，每個(gè)酶分子每秒鐘將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的分子數(shù)。第56頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性酶的特異性(specificity)一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。?7頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)酶對其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為以下3種類型：絕對專一性(absolutespecificity)：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。脲酶僅水解尿素，對甲基尿素則無反應(yīng)。

第58頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一相對專一性(relativespecificity)：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，這種對底物分子不太嚴(yán)格的選擇性稱為相對專一性。例如：脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡單的酯。

第59頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心“口袋”

胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴氨酸）的羧基所形成的肽鍵絲氨酸蛋白酶第60頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一立體結(jié)構(gòu)專一性(stereospecificity)：作用于立體異構(gòu)體中的一種。（1）D-，L-立體異構(gòu)專一性（2）幾何異構(gòu)專一性延胡索酸酶僅對延胡索酸(反丁烯二酸)起催化作用，將其加水生成蘋果酸，對順丁烯二酸則無作用

第61頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。（詳見酶的調(diào)節(jié)）第62頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一四、酶-底物相互作用在過渡態(tài)達(dá)到最優(yōu)化1．酶與底物結(jié)合時(shí)相互誘導(dǎo)發(fā)生構(gòu)象改變

酶-底物復(fù)合物

E+SE+PES誘導(dǎo)契合假說（induced-fithypothesis）

酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說。第63頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)合第64頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式底物第65頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．形成酶-底物過渡態(tài)復(fù)合物過程中釋放結(jié)合能底物與酶的活性中心相互誘導(dǎo)契合形成過渡態(tài)化合物，過渡態(tài)與酶的活性中心以次級鍵(氫鍵、離子鍵、疏水鍵)相結(jié)合，這一過程是釋能反應(yīng)，所釋放的能量稱為結(jié)合能(bindingenergy)。結(jié)合能可以抵消一部分活化能，是酶反應(yīng)降低活化能的主要能量來源。酶不能使底物形成過渡態(tài)，則沒有結(jié)合能的釋放，也就不能催化反應(yīng)的進(jìn)行。第66頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一3．鄰近效應(yīng)、定向排列和表面效應(yīng)有利于底物形成過渡態(tài)鄰近效應(yīng)（proximityeffect）和定向排列（orientationarrange）將分子間的反應(yīng)變成類似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率顯著提高。

第67頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)：指兩個(gè)反應(yīng)的分子，它們反應(yīng)的基團(tuán)需要互相靠近，才能反應(yīng)。第68頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一定向效應(yīng):指酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間的正確向。第69頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一表面效應(yīng)：在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)有很大的優(yōu)越性，此現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)（surfaceeffect）。

酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋”中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進(jìn)行。疏水環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（desolvation），排除周圍大量水分子對酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾性吸引或排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底物和酶分子之間的直接密切接觸和相互結(jié)合。

第70頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第71頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第72頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一五、酶活性中心催化基團(tuán)通過多種途徑催化產(chǎn)物的生成1．質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)都包含一般酶-堿催化反應(yīng)酶是兩性解離的蛋白質(zhì)，酶活性中心上有些基團(tuán)是質(zhì)子供體（酸），有些是質(zhì)子接受體（堿）。

這些基團(tuán)在酶活性中心的準(zhǔn)確定位有利于質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，這種一般酸-堿催化（generalacid-basecatalysis）可以使反應(yīng)速率提高102105倍。

第73頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一

氨基酸殘基

酸（質(zhì)子供體）堿（質(zhì)子接受體）谷氨酸、天冬氨酸RCOOHRCOO賴氨酸、精氨酸半胱氨酸RSHRS組氨酸絲氨酸ROHRO酪氨酸RNHHH+RNH2..CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶分子中具有酸-堿催化作用的基團(tuán)

第74頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．酶可與底物形成瞬時(shí)共價(jià)鍵很多酶在催化過程中，與底物形成瞬時(shí)共價(jià)鍵，底物與酶形成共價(jià)鍵后被激活，并很容易進(jìn)一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶。這種催化機(jī)制稱為共價(jià)催化（covalentcatalysis）。

AB+E：

AE+BH2OAEA+E：+B第75頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一

酶舉例親核基團(tuán)共價(jià)結(jié)合中間產(chǎn)物絲氨酸蛋白酶絲氨酸OH酰基酶巰基酶半胱氨酸SH?；窤TP酶天冬氨酸COO磷酰基酶含吡哆醛的酶賴氨酸NH2Schiff堿磷酸甘油酸變位酶組氨酸磷?；腹劝滨０泛铣擅咐野彼酧H腺嘌呤酶酶的親核基團(tuán)與底物共價(jià)結(jié)合

第76頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一3．酶可通過親核催化或親電子催化加速反應(yīng)

酶活性中心有的催化基團(tuán)屬于親核基團(tuán)，可以提供電子給帶有部分正電荷的過渡態(tài)底物，形成瞬間共價(jià)鍵。這種催化作用稱為親核催化（nucleophiliccatalysis）。

親電子催化（electrophiliccatalysis）可使酶活性中心的陽離子親電子基團(tuán)與富含電子的底物形成共價(jià)鍵。

第77頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一胰凝乳蛋白酶的親核催化、共價(jià)催化和酸-堿催化機(jī)制親核催化親核攻擊共價(jià)催化

酸堿催化堿

His57接受Ser195羥基的質(zhì)子酸,產(chǎn)生烷基氧離子CHN：HNCCHR第78頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)：酶促反應(yīng)動力學(xué)

TheKineticsofEnzymaticReactions第79頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（一）動力學(xué)性質(zhì)是對反應(yīng)速率的描述

動力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素的科學(xué)。

反應(yīng)速率是單位體積內(nèi)反應(yīng)進(jìn)度隨時(shí)間的變化率,任何反應(yīng)速率均由底物濃度和速率常數(shù)（rateconstant,k）所決定。

一、酶促反應(yīng)具有動力學(xué)性質(zhì)第80頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一一級反應(yīng)（first-orderreaction）:單底物反應(yīng)二級反應(yīng)（second-orderreaction）：雙底物反應(yīng)V僅依賴于一個(gè)底物濃度[S]；

V=k[S]

k的單位是秒1

V依賴于兩個(gè)底物濃度和反應(yīng)速率常數(shù)V=k[S1][S2]

k的單位是L·mol1·s1

第81頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一二、酶活性或反應(yīng)分析都需測定酶反應(yīng)速率（一）酶反應(yīng)速率通常用單位時(shí)間內(nèi)底物減少量或產(chǎn)物增加量來表示酶的活性:以國際單位（internationalunit,IU）表示。在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下（如溫度、pH的限定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為1個(gè)國際單位（IU）。

第82頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一催量（Katal）

1IU＝16.67×10－9Kat

1催量是指在特定條件下，每秒鐘將1mol底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需的酶量

比活性（specificactivity）：比較酶的純度

比活性單位是每mg蛋白質(zhì)所含酶的國際單位數(shù)，其單位是IUmg蛋白1。

第83頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）有三類方法對底物和產(chǎn)物的變化量進(jìn)行檢測1．直接測定法是對底物或產(chǎn)物的含量變化進(jìn)行直接檢測

有些酶促反應(yīng)可在反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，不用任何輔助反應(yīng)便可直接測定反應(yīng)液中底物或產(chǎn)物的濃度。這類測定方法稱為直接測定法（directassay）。

例如：還原型（Fe2+）細(xì)胞色素c在波長550nm處有明顯的吸收峰，而氧化型（Fe3+）則無；細(xì)胞色素c氧化酶對細(xì)胞色素c的氧化反應(yīng)，可以直接在波長550nm處檢測一定時(shí)間內(nèi)還原型細(xì)胞色素c的減少過程

。第84頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一有些酶促反應(yīng)的底物和產(chǎn)物不能直接進(jìn)行檢測，必須增加一些輔助試劑來達(dá)到檢測的目的，這種方法稱為間接測定法（indirectassay）

2．間接測定法利用非酶輔助反應(yīng)對底物或產(chǎn)物的變化進(jìn)行間接檢測

二氫乳清酸脫氫酶二氫乳清酸+泛醌

乳清酸+泛醇泛醇+2,6-二氯酚靛酚（氧化型）

泛醌+2,6-二氯酚靛酚（還原型）（亮藍(lán)色，在610nm處有吸收峰）

（在610nm處無吸收峰）

第85頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一3．偶聯(lián)測定法不直接涉及原始反應(yīng)的底物或產(chǎn)物

許多酶促反應(yīng)的底物和產(chǎn)物雖然不能直接檢測，但可以與另外的酶反應(yīng)相偶聯(lián)，偶聯(lián)的酶以第一個(gè)酶的產(chǎn)物為底物，或以此類推，以最后的酶反應(yīng)產(chǎn)物可以直接檢測為目的。這種通過偶聯(lián)其他酶并對此酶促產(chǎn)物進(jìn)行直接檢測，間接地反映待測酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物變化量的方法稱為酶偶聯(lián)測定法（enzymecoupledassay）

外加的酶稱為工具酶或輔助酶（auxiliaryenzyme）

產(chǎn)物可直接檢測的酶稱為指示酶（indicatorenzyme）

丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶丙氨酸+-酮戊二酸

丙酮酸

+谷氨酸乳酸脫氫酶丙酮酸

+NADH+H+

乳酸+NAD+

（在340nm處有吸收峰）（在340nm處無吸收峰）第86頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（三）酶聯(lián)免疫分析測定蛋白質(zhì)是酶分析的發(fā)展

酶聯(lián)免疫分析又稱酶聯(lián)免疫吸附測定

（enzyme-linkedimmunosorbentassays,ELISA）

是利用酶的快速、靈敏、可定量檢測的優(yōu)點(diǎn)和免疫學(xué)方法中抗原-抗體特異性結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，將指示酶與抗體偶連，對抗原進(jìn)行檢測的一種方法。常用的方法

將辣根過氧化物酶與抗體偶聯(lián)，通過顯色測定酶的活性，進(jìn)而計(jì)算出與酶偶聯(lián)抗體所結(jié)合的抗原的量。

第87頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一三、采用酶促反應(yīng)初速率來研究酶促反應(yīng)動力學(xué)概念研究各種因素對酶促反應(yīng)速率的影響，并加以定量的闡述。影響因素酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等?！芯恳环N因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定。第88頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；酶促反應(yīng)速率（velocity，V）一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示；反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速率；底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。研究前提第89頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一四、酶促反應(yīng)速率受底物濃度的影響（一）酶促反應(yīng)的底物濃度曲線是矩形雙曲線在酶濃度和其他反應(yīng)條件不變的情況下，反應(yīng)速率V對底物濃度[S]作圖呈矩形雙曲線。

第90頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。[S]VVmax目錄第91頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一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)。[S]VVmax目錄第92頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級反應(yīng)。[S]VVmax目錄第93頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）底物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系可用米氏方程式表示

1．米氏方程式可以很好地解釋底物濃度曲線

中間產(chǎn)物

酶促反應(yīng)模式——中間產(chǎn)物學(xué)說E+S

k1k2k3ESE+P第94頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一※1913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米-曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速率Vmax：最大反應(yīng)速率(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(shù)(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]

Km+[S]＝────第95頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速率取決于慢反應(yīng)即V=k3[ES]。(1)S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即[S]=[St]。米－曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)：第96頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一恒態(tài)法推導(dǎo)：

1925年Briggs和Haldame對米氏方程作了一次重要的修正，提出了恒態(tài)的概念。

所謂恒態(tài)是指反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，ES的生成速度和ES的分解速度相等，亦即ES的凈生成速度為零，此時(shí)ES的濃度不再改變，達(dá)到恒態(tài)，也稱穩(wěn)態(tài)。第97頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一米－曼氏方程式推導(dǎo)過程ES的生成速率=ES的分解速率k2+k3=Km

（米氏常數(shù)）k1令：則(2)變?yōu)?([Et]－[ES])[S]=

Km[ES](2)=([Et]－[ES])[S]k2+k3[ES]k1整理得：k1([Et]－[ES])[S]=

k2[ES]+k3[ES]當(dāng)反應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)：([E]－[ES])為游離狀態(tài)的酶濃度第98頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一將(3)代入(1)得k3[Et][S]Km+[S](4)V＝────────當(dāng)?shù)孜餄舛群芨?，將酶的活性中心全部飽和時(shí)，即[Et]＝[ES]，反應(yīng)達(dá)最大速率Vmax＝k3[ES]＝k3[Et](5)[ES]＝───────

[Et][S]Km+[S](3)整理得:將(5)代入(4)得米氏方程式：Vmax[S]Km+[S]V＝────────

第99頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一Km＝[S]∴Km值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]

Vmax

Vmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2

（三）動力學(xué)參數(shù)可用來比較酶的動力學(xué)性質(zhì)與活性

1．Km值相當(dāng)于V為Vmax一半時(shí)的[S]

第100頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．Km是酶的特征性常數(shù)

在酶的結(jié)構(gòu)、溶液pH、溫度等條件不變的情況下，酶促反應(yīng)底物的Km不因反應(yīng)中酶濃度的改變而不同。

同一酶對其所催化的不同底物有不同的Km；不同酶對同一底物也有其各自的Km

。Km的范圍多在10-6～10-2mol/L之間。

第101頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一6.0103己-N-乙酰2葡萄糖胺溶菌酶2.5102H2O2過氧化氫酶4.0103D-乳糖-半乳糖苷酶2.5103N-苯甲酰酪氨酰胺1.08101甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶2.6102HCO3碳酸酐酶1.5103D-果糖5105D-葡萄糖4104ATP己糖激酶（腦）

Km（mol/L）

底物

酶

一些酶的底物的Km

第102頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一3．Km在一定條件下可表示酶對底物的親和力k1Km

=k2

+

k3當(dāng)k3<<k2時(shí)，Km

k2/k1。即相當(dāng)于ES分解為E+S的解離常數(shù)（dissociationconstant,Ks）。此時(shí)，Km代表酶對底物的親和力。

Km越大，表示酶對底物的親和力越??；Km越小，表示酶對底物的親和力越大。

第103頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第104頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一4．kcat代表酶的轉(zhuǎn)換數(shù)

kcat=Vmax/[Et]

kcat表示酶被底物完全飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的分子數(shù)。

kcat也稱為酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnovernumber)，單位是s1

。多數(shù)酶的轉(zhuǎn)換數(shù)在1104s1之間

第105頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一酶底物轉(zhuǎn)換數(shù)（s1）過氧化氫酶H2O240000000碳酸酐酶HCO3400000乙酰膽堿酯酶乙酰膽堿14000-內(nèi)酰胺酶芐青霉素2000延胡索酸酶延胡索酸800RecA蛋白ATP0.4一些酶的轉(zhuǎn)換數(shù)

第106頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一5．在低底物濃度時(shí)，kcat/Km代表酶的催化效率

[Et][S]KmV

=kcat當(dāng)[S]<<Km時(shí)

kcat/Km是此二級反應(yīng)的速率常數(shù)，也稱特異性常數(shù)，其單位是L·mol1·

S1

。反應(yīng)速率的大小取決于E和S由于相互滲透而相互碰撞的速率。.這種被滲透控制的碰撞速率(diffusion-controlledrateofencounter，DCRE)的上限是108109L·mol1·s1。kcat/Km越接近此數(shù)據(jù)，酶的催化效率越高。第107頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一

酶kcat/Km

（L·mol1·S1）

乙酰膽堿酯酶1.6108碳酸酐酶8.3107過氧化氫酶4107巴豆酸酶2.8108延胡索酸酶1.6108磷酸丙糖異構(gòu)酶2.4108-內(nèi)酰胺酶1108超氧化物岐化酶7109

一些kcat/Km值接近DCRE的酶

第108頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（四）酶促反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)可用作圖法求得

1．雙倒數(shù)作圖法是求取Vmax和Km的最常用方法

將米氏方程式兩邊取倒數(shù)，并加以整理，則得出米氏方程式的雙倒數(shù)形式：Vmax[S]Km+[S]V=+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]兩邊同取倒數(shù)林-貝方程式（Lineweaver-Burkequation）

第109頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一直線在縱軸的截距等于1/Vmax，而在橫軸上的截距為1/Km

第110頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．其他一些作圖法也可較準(zhǔn)確地求取Vmax和Km海涅斯-沃爾弗作圖法（Hanes-Wolffplot）雙倒數(shù)方程式兩邊同時(shí)乘以[S]

[S]V=KmVmax[S]+Vmax1第111頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一直線的斜率等于1/Vmax，橫軸截距為-Km

第112頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一伊迪-霍夫斯蒂作圖法（Eadie-Hofsteeplot）米氏方程式兩邊均除以[S]

V=[S]VmaxKmV第113頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一直線的斜率為-Km，直線的縱軸截距為Vmax

第114頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一五、酶促反應(yīng)速率與酶的濃度相關(guān)

當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=k3[E]第115頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一A：底物濃度曲線，其中，[E]1>[E]2>[E]3。從圖中可知，[E]的變化不影響酶促反應(yīng)的Km。B：反應(yīng)速率對酶濃度作圖，V與[E]呈直線關(guān)系

第116頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一六、酶促反應(yīng)速率受反應(yīng)系統(tǒng)溫度的影響

雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速率升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速率降低。最適溫度(optimumtemperature)：酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的環(huán)境溫度。第117頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一哺乳動物組織中酶的最適溫度多在35～40℃之間

TaqDNA聚合酶最適溫度為72℃

*低溫的應(yīng)用一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復(fù)。

低溫保存酶和菌種等生物制品

低溫麻醉

第118頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一七、酶的活性依賴于反應(yīng)系統(tǒng)的pH

最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。體內(nèi)酶的最適pH多在6.5～8之間。

胃蛋白酶的最適pH為1.8

精氨酸酶的最適pH為9.8

pH對幾種酶活性的影響

第119頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一八、激活劑可加速酶促反應(yīng)速率

酶的激活劑（activator）

使酶從無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)

必需激活劑（essentialactivator）為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測不到酶的活性。

Mg2+為己糖激酶的必需激活劑

非必需激活劑（non-essentialactivator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的。

Cl-對唾液淀粉酶的激活作用

第120頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一九、酶活性可被許多抑制劑可逆地或不可逆地抑制

（一）可逆性抑制劑與酶非共價(jià)結(jié)合

酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。區(qū)別于酶的變性

抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性第121頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一可逆性抑制（reversibleinhibition）

酶與抑制劑非共價(jià)結(jié)合，可以通過透析、超濾或稀釋等物理方法將抑制劑除去，恢復(fù)酶的催化活性。

不可逆性抑制（irreversibleinhibition）

與酶共價(jià)結(jié)合，不能通過透析、超濾或稀釋等方法將其除去。

第122頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一可逆性抑制劑

一類抑制劑與酶的調(diào)節(jié)部位結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)，從而對酶發(fā)揮抑制作用（別構(gòu)抑制作用）。

一類抑制劑通過與游離酶或/和酶-底物復(fù)合物可逆地結(jié)合而影響酶的催化活性。

可逆性抑制作用的抑制劑可以與游離酶結(jié)合，形成二元復(fù)合物EI；也可以與ES結(jié)合，形成三元復(fù)合物ESI。

k1k2k3+kiEII+S+ESESE+PESI+Iki'第123頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一1．競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性中心

定義抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似或部分相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶-底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

+++EESIESEIEP第124頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一有競爭性抑制劑存在的米氏方程式

V

=Vmax[S]Km+

[S](1

+[I]ki)雙倒數(shù)方程式是

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)反應(yīng)模式+E+SESE+PIEIkik1k2k3SI第125頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數(shù)作圖

*特點(diǎn)2）抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及底物濃度；1）I與S結(jié)構(gòu)類似，或部分相似，競爭酶的活性中心；3）動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀Km增大。[I]1V1[S]0Km1Km1(1+)[I]kiVmax1--第126頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一*舉例

丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸第127頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一磺胺類藥物的抑菌機(jī)制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸第128頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．非競爭性抑制劑不影響酶對底物的親和力

+

S－S+

S－S+ESIEIEESEPk1k2k3+kiEII+ESESE+P+Iki+SESI*反應(yīng)模式第129頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一非競爭性抑制的米氏方程式的雙倒數(shù)形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)(1

+[I]ki)*特點(diǎn)抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀Km不變。[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0非競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數(shù)作圖

第130頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一3．反競爭性抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合

++ESESESIEPk1k2k3+ESESE+P+IkiESI*反應(yīng)模式第131頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一反競爭性抑制作用的米氏方程式的雙倒數(shù)形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0(1+)[I]kiKm反競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數(shù)作圖

*特點(diǎn):a)抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合；抑制程度取決于抑制劑的濃度及底物的濃度；動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀Km降低。第132頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一各種可逆性抑制作用的比較動力學(xué)參數(shù)表觀Km

Km增大不變減小最大速度Vmax不變降低降低林-貝氏作圖斜率Km/Vmax增大增大不變縱軸截距1/Vmax不變增大增大橫軸截距-1/Km增大不變減小與I結(jié)合的組分EE、ESES作用特征無抑制劑競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制第133頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）不可逆性抑制劑與酶共價(jià)結(jié)合不可逆性抑制作用的抑制劑

基團(tuán)特異性抑制劑（group-specificinhibitor）底物類似物（substrateanalog）自殺性抑制劑（suicideinhibitor）

第134頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一1．基團(tuán)特異性抑制劑與酶分子中特異的基團(tuán)共價(jià)結(jié)合

一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上的羥基，這些酶稱為羥基酶。

如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶

有機(jī)磷化合物羥基酶失活的酶酸CH3CHN+HONROPR'OOOE+NROPR'OOOCHCH3N++EOH

解磷定失活的酶有機(jī)磷-解磷定復(fù)合物活化的酶

第135頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需基團(tuán)。低濃度的重金屬離子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等)及As3+等可與巰基酶分子中的巰基結(jié)合，使酶失活。

路易士氣巰基酶失活的酶酸失活的酶BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物第136頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一2．底物類似物可共價(jià)地修飾酶的活性中心

與基團(tuán)特異性抑制劑不同，底物類似物與底物的結(jié)構(gòu)相似，可特異地與酶的活性中心共價(jià)結(jié)合，不可逆地抑制酶的活性。此類抑制劑可作為親和標(biāo)記物，用來定性酶活性中心的功能基團(tuán)。

TPCK對胰凝乳蛋白酶活性中心組氨酸咪唑環(huán)的親和標(biāo)記

第137頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一

酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活性中心相結(jié)合，生成酶-底物復(fù)合物，并接受酶的催化作用。然而，經(jīng)催化后的中間產(chǎn)物不游離出產(chǎn)物，而是轉(zhuǎn)化為酶的抑制劑，進(jìn)一步與酶活性中心共價(jià)結(jié)合，對酶產(chǎn)生抑制作用。

E+SESE·IE-I

3．自殺性抑制劑是經(jīng)過修飾的酶的底物第138頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一+

酶-底物復(fù)合物無活性酶中被修飾的FAD

N，N-二甲基丙炔酰胺自殺性抑制劑N,N-二甲基丙炔酰胺在被單胺氧化酶氧化后，由于填加1個(gè)質(zhì)子，使之與酶的輔基FAD結(jié)合生成穩(wěn)定的烷化物，從而酶被抑制。

單胺氧化酶通過其輔基FAD氧化N,N-二甲基丙炔酰胺(N,N-dimethylpropargylamine)：

第139頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)：酶活性的調(diào)節(jié)

REGULATIONOFENZYMEACTIVITIES第140頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一酶需要在正確的時(shí)間和正確的地點(diǎn)有活性酶不合適的表達(dá)或激活導(dǎo)致細(xì)胞的癌變或死亡！第141頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一酶活力的改變快速調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)速率抑制抑制劑激活激活劑雙重調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)共價(jià)修飾多形性調(diào)節(jié)酶原的激活同工酶環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，酶的催化活性表現(xiàn)出增高或降低，酶量出現(xiàn)增多或減少，進(jìn)而影響和調(diào)整反應(yīng)途徑。酶活性的調(diào)節(jié)酶蛋白含量的調(diào)節(jié):酶合成及降解快速質(zhì)的變化慢速量的變化第142頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一一、調(diào)節(jié)酶的催化活性隨著對環(huán)境信號的反應(yīng)而變化

調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）

對環(huán)境因素的作用表現(xiàn)出催化活性增高或降低、或酶量的增多或減少，進(jìn)而能影響和調(diào)整反應(yīng)途徑反應(yīng)速率的酶。

機(jī)體通過改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導(dǎo)、阻遏酶的生物合成，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞代謝水平的調(diào)節(jié)；物質(zhì)代謝的整體調(diào)節(jié)和激素水平的調(diào)節(jié)最終也都是通過影響酶促反應(yīng)速率實(shí)現(xiàn)的。

第143頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一二、別構(gòu)酶通過構(gòu)象的改變影響酶促反應(yīng)速率

（一）別構(gòu)效應(yīng)劑與別構(gòu)酶結(jié)合引發(fā)酶的構(gòu)象改變別構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱別構(gòu)調(diào)節(jié)。第144頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一第145頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一別構(gòu)酶（allostericenzyme）：能發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)的酶別構(gòu)效應(yīng)劑（allostericeffector）

：能引起酶發(fā)生構(gòu)象改變的化合物調(diào)節(jié)部位（regulatorysite）：別構(gòu)效應(yīng)劑與酶結(jié)合的部位別構(gòu)酶也有兩種構(gòu)象形式，緊縮態(tài)(tensestate,T

state)和松馳態(tài)(relaxedstate,Rstate)。T態(tài)和R態(tài)對底物的親和力或催化活性不同，別構(gòu)效應(yīng)劑就是通過引起酶R態(tài)與T態(tài)的互變，改變酶的催化速率。

第146頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一（二）別構(gòu)效應(yīng)劑可引起別構(gòu)酶分子中各亞基間的協(xié)同作用

亞基的構(gòu)象改變可以相互影響，發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。（cooperativity）

正協(xié)同效應(yīng)（positivecooperativity）

后續(xù)亞基的構(gòu)象改變增加其對別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來越容易。

負(fù)協(xié)同效應(yīng)（negativecooperativity）

后續(xù)亞基的構(gòu)象改變降低酶對別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來越難。第147頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一同種協(xié)同效應(yīng)（homotropiccooperativity）

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加或降低后續(xù)亞基對同種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。

異種協(xié)同效應(yīng)（heterotropiccooperativity）

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加或降低后續(xù)亞基對他種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。

第148頁，共176頁，2023年，2月20日，星期一別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加酶對底物的親和力，這種現(xiàn)象（屬于異種正協(xié)同效應(yīng)）稱為別構(gòu)激活作用（allostericactivation）。此別構(gòu)效應(yīng)劑稱為別構(gòu)激活劑（allostericactivator）

引起酶對底物親和力降低的現(xiàn)象（屬于異