第三章酶化學(xué)學(xué)生

第三章酶化學(xué)學(xué)生第一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

①1857年，Pasteur提出：發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)果。②1877年，Kuhne首次使用Enzyme這一術(shù)語(yǔ)。③1897年Buchner兄弟用酵母提取液成功地實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。

酶的研究歷史第二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一③1913年Michaelis

和

Menten

提出米氏學(xué)說(shuō)。④1926年Sumner在刀豆中得到純的脲酶結(jié)晶，提出其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。⑤1930年Northrop得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶，證實(shí)其均為蛋白質(zhì)。

⑥1982年Cech從四膜蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)rRNA的自身催化作用，并提出了核酶（ribozyme）的概念?，F(xiàn)已鑒定出4千多種酶，數(shù)百種已得到結(jié)晶。第三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、酶的概念與特點(diǎn)

（一）酶的定義酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的以蛋白質(zhì)為主要成分，對(duì)底物起高效催化作用的生物催化劑。還有一類(lèi)具有催化作用的核酸，稱(chēng)為核酶（ribozyme）和脫氧核酶（deoxyribozyme）。

第四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（二）酶催化作用的特點(diǎn)

1.酶和一般催化劑比較（共同點(diǎn)）（1）用量少，催化效率高。（2）只能催化熱力學(xué)上允許的反應(yīng)，但不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，即只能縮短反應(yīng)到平衡的時(shí)間。（3）降低化學(xué)反應(yīng)的活化能?；罨埽╝ctivationenergy）為一定溫度下1mol底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能。單位：kJ/mol。（4）反應(yīng)前后不發(fā)生質(zhì)和量的改變。第五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.酶催化反應(yīng)特點(diǎn)（1）催化效率極高

酶催化反應(yīng)速度是一般催化劑的106-1013倍，是無(wú)催化劑反應(yīng)的108-1020倍。轉(zhuǎn)換數(shù)（turnovernumber,TN）又稱(chēng)為酶的催化常數(shù)（Kcat）表示酶的最大催化效率。

Kcat是一定條件下，每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)。尿素H+627.410-7

脲酶215.0106H2O2Fe2+2256

過(guò)氧化氫酶223.5107底物催化劑反應(yīng)溫度反應(yīng)速度常數(shù)第六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（2）高度專(zhuān)一性酶對(duì)反應(yīng)的底物和產(chǎn)物都有極高的專(zhuān)一性，幾乎沒(méi)有副反應(yīng)發(fā)生。（3）反應(yīng)條件溫和，一般在常溫、常壓，中性pH環(huán)境。（4）活性可受調(diào)節(jié)。（5）酶的催化活性與輔酶、輔基、金屬離子有關(guān)。第七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、酶的化學(xué)本質(zhì)與組成（一）大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)第八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（二）酶的化學(xué)組成

1.單純酶（simpleenzyme）只有氨基酸組成，不含其他成分，如各種水解酶。

2.結(jié)合酶（conjugatedenzyme）即全酶（holoenzyme），包括酶蛋白（脫輔酶apoprotein或apoenzyme）和輔因子（cofactor）兩部分。酶蛋白決定反應(yīng)的高效性和專(zhuān)一性，輔因子決定反應(yīng)的性質(zhì)。第九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.輔因子的分類(lèi)（1）輔基（prostheticgroup）與酶蛋白共價(jià)結(jié)合,不容易被透析除去。（2）輔酶（coenzyme）與酶蛋白以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合,容易被透析除去。輔因子的作用:傳遞電子、氫或基團(tuán)。第十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（三）酶分子的類(lèi)型

1.單體酶（monomericenzyme）只有一條多肽鏈，全部為水解酶類(lèi)。

2.寡聚酶（oligomericenzyme）由2個(gè)或2個(gè)以上亞基組成，許多為調(diào)節(jié)酶。

3.多酶復(fù)合體（multienzymecomplex）幾種功能相關(guān)的酶彼此嵌合成復(fù)合體，分子量可達(dá)幾百萬(wàn)以上。作用：有利于提高酶的催化效率，便于機(jī)體對(duì)酶的調(diào)控。第十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、酶的分類(lèi)和命名

（一）酶的分類(lèi)共分6大類(lèi):

1.氧化還原酶類(lèi)（oxido-reductase）催化氧化-還原反應(yīng)：AH2+BA+BH2

包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(oxidase)。如乳酸脫氫酶（lactatedehydrogenase，LDH)催化乳酸的脫氫反應(yīng):第十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.轉(zhuǎn)移酶類(lèi)（transferase）催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上：

AR+BA+BR

例如谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)：GPT第十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.水解酶類(lèi)（hydrolase）催化底物的加水分解反應(yīng)：

AB+H2OAOH+BH

水解酶類(lèi)大多屬于胞外酶，主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，焦磷酸酶催化的水解反應(yīng)：

第十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.裂合酶類(lèi)（lyase）催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及逆反應(yīng)；或者非水解地除去分子中的基團(tuán)及逆反應(yīng)：ABA+B

主要有醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)：H2O第十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一5.異構(gòu)酶類(lèi)（isomerase）催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。

AB

例如，Ala消旋酶催化的反應(yīng)：第十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一6.合成酶類(lèi)（synthetase）又稱(chēng)為連接酶類(lèi)（ligase），催化兩種或兩種以上化合物合成一種化合物的反應(yīng)。反應(yīng)吸收能量，常與ATP分解相偶聯(lián)

A+B+ATP+H-O-H→A-B+ADP+Pi

例如，Gln合成酶催化的反應(yīng)：

第十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（二）酶的命名

1.習(xí)慣命名法①根據(jù)酶作用的底物命名：如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。②根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)命名：如脫氫酶、脫羧酶、水解酶等。③結(jié)合上述兩方面命名：如醇脫氫酶、氨基酸脫羧酶等。④根據(jù)酶的來(lái)源、作用條件等命名：如細(xì)菌淀粉酶、堿性磷酸酯酶、胃蛋白酶等。第十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.系統(tǒng)命名法1961年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission，EC）提出了系統(tǒng)命名法，一個(gè)酶的系統(tǒng)名稱(chēng)包括：

底物名（多底物時(shí)，底物名稱(chēng)之間用“：”隔開(kāi)）+反應(yīng)性質(zhì)+酶習(xí)慣名稱(chēng)：谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱(chēng)：丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化反應(yīng):

谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸第十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

這兒：

EC1.1.1.27第1大類(lèi)，氧化還原酶第1亞類(lèi)，氧化基團(tuán)為CHOH第1亞亞類(lèi)，H受體為NAD+該酶在亞亞類(lèi)中的順序號(hào)關(guān)于酶的分類(lèi)編號(hào)：+NAD++NADH+H+例如：乳酸脫氫酶（EC1.1.1.27）CH3C=OCOOHCH3CHOHCOOH第二十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一四、酶作用的專(zhuān)一性酶的專(zhuān)一性即特異性（specificity），指酶對(duì)它所作用的底物有嚴(yán)格的選擇性。一種酶只能催化一種或一類(lèi)底物，生成一定的產(chǎn)物。第二十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（一）結(jié)構(gòu)專(zhuān)一性

1.相對(duì)特異性作用于一類(lèi)化合物或一種化學(xué)鍵。如脂肪酶、磷酸酯酶和蛋白水解酶等。（1）鍵專(zhuān)一性只要求底物具有一定的化學(xué)鍵，不要求鍵兩邊的基團(tuán)。（2）基團(tuán)專(zhuān)一性除了化學(xué)鍵要求外，對(duì)鍵一側(cè)的基團(tuán)也有要求。第二十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一LinkagespecificityGroupspecificity鍵專(zhuān)一性基團(tuán)專(zhuān)一性第二十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.絕對(duì)特異性作用于一種底物進(jìn)行專(zhuān)一反應(yīng)生成一種特定產(chǎn)物。如：脲酶只能催化尿素的水解。

第二十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（二）立體異構(gòu)專(zhuān)一性酶除了對(duì)底物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有要求外，對(duì)其立體異構(gòu)也有一定的要求。

1.光學(xué)專(zhuān)一性（opticalspecificity）指酶對(duì)所作用底物的立體構(gòu)型的選擇性，如L-氨基酸氧化酶、L-乳酸脫氫酶。第二十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一HisCH3hisHOOCCH3OH

L（-）LactateD（+）Lactate

YesNoArgargHisHOCH3COOHOpticalspecificity第二十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

2.幾何專(zhuān)一性（geometricalspecificity）指酶對(duì)所作用底物順?lè)串悩?gòu)的選擇性，如延胡索酸酶催化的反應(yīng)：

HOOC-CHH2OHOOC-CH2│

HC-COOHHO-CH-COOH

延胡索酸酶延胡索酸(反丁烯二酸)L(+)蘋(píng)果酸Geometricalspecificity第二十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一五、酶結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系（一）酶的活性中心和必需基團(tuán)

1.活性中心（activecenter）概念酶分子中直接與底物結(jié)合，并與酶的催化作用直接有關(guān)的部位（activesite）。對(duì)于單純酶，活性中心是由一些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)組成（2-3個(gè)）；對(duì)于結(jié)合酶，輔助因子也參與酶的活性中心。第二十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.活性中心的組成（1）結(jié)合部位（bindingsite）酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域，結(jié)合部位決定酶的專(zhuān)一性。（2）催化部位（catalyticsite）酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位，催化部位決定酶催化反應(yīng)的性質(zhì)。第二十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一一些酶活性中心的氨基酸殘基

酶殘基總數(shù)活性中心殘基牛胰RNA酶124His12His119Lys41溶菌酶129Asp52Glu35牛胰凝乳蛋白酶245His57Asp102Ser195牛胰蛋白酶238His46Asp90Ser183木瓜蛋白酶212Cys25His159

彈性蛋白酶240His45Asp93Ser188枯草桿菌蛋白酶275His46Ser221碳酸酐酶258His93-Zn-His95His117

第三十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，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)活性中心第三十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.酶的必需基團(tuán)（1）必需基團(tuán)（essentialgroup）概念間接或直接與酶催化活性相關(guān)的多肽鏈上某些氨基酸殘基的功能性基團(tuán)。（2）類(lèi)型：①活性中心內(nèi)必需基團(tuán)②性中心外必需基團(tuán)維持酶蛋白構(gòu)象不可缺少的基團(tuán)，例如：巰基、羥基、咪唑基、羧基等。第三十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一六、酶的作用機(jī)制

（一）酶的催化作用：過(guò)渡態(tài)、分子活化能

1.過(guò)渡態(tài)反應(yīng)分子被激活的狀態(tài)，是分子具有最高能量的形式，是分子的不穩(wěn)定態(tài)。它是一個(gè)短暫的分子瞬間。在過(guò)渡態(tài)分子中，某些化學(xué)鍵正在斷裂或形成，并達(dá)到能裂解生成產(chǎn)物或再返回生成物程度。

2.分子活化能分子由基態(tài)到活化態(tài)（過(guò)渡態(tài)）所需能量。

3.酶的催化作用和一般催化劑一樣，酶通過(guò)降低反應(yīng)分子所需的活化能，使活化分子增多，反應(yīng)速度加快。第三十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（二）酶與底物復(fù)合物形成

—中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)酶在起催化反應(yīng)時(shí)，首先與底物形成不穩(wěn)定的中間物，然后分解為游離酶與產(chǎn)物。E+SESE+

Pk1k2k3第三十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（三）誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)酶與底物的結(jié)合具有高度專(zhuān)一性，但酶如何與底物結(jié)合成中間產(chǎn)物？

1.鎖鑰學(xué)說(shuō)（lockandkeyhypothesis）

1894年由Fisher提出，又叫“剛性模板學(xué)說(shuō)”。認(rèn)為整個(gè)酶分子的構(gòu)象具有剛性結(jié)構(gòu)，酶表面具有特定形狀，酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣。第三十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一酶與底物結(jié)合的“鎖與鑰匙”模型

該學(xué)說(shuō)解釋?zhuān)篴.酶的專(zhuān)一性，b.變性的酶不能進(jìn)行催化作用。局限性：a.不能解釋酶的逆反應(yīng)，b.酶行使催化時(shí)，酶分子中某些基團(tuán)所發(fā)生的變化。第三十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（induced-fithypothesis）

1958年，Koshland提出了誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為：酶的活性中心不是僵硬的結(jié)構(gòu)，它具有一定的柔性。也就是酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀，因而使酶和底物契合而結(jié)合成中間產(chǎn)物，并引起底物發(fā)生反應(yīng)。第三十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一酶與底物結(jié)合的“誘導(dǎo)契合”模型第三十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（六）酶催化高效的分子機(jī)制

1.“鄰近”及“定向”效應(yīng)指兩種或兩種以上的底物（特別是雙底物）同時(shí)結(jié)合在酶活性中心上，相互靠近（鄰近），并采取正確的空間取向（定向），這樣大大提高了底物的有效濃度，使分子間反應(yīng)近似分子內(nèi)反應(yīng)，從而加快了反應(yīng)速度第四十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一EABProximityandorientationeffect第四十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.“張力”和“形變”酶活性部位的某些基團(tuán)使底物分子敏感鍵中的某些基團(tuán)電子云密度發(fā)生變化，產(chǎn)生電子張力（strain），降低了底物的活化能。穩(wěn)定的底物底物張力變形，被激活形成過(guò)渡態(tài)第四十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.酸堿催化（acid-basecatalysis）酶參與酸堿催化都是廣義酸堿催化方式。廣義酸堿催化是指通過(guò)除水之外的質(zhì)子供體提供部分質(zhì)子，或是通過(guò)除水之外質(zhì)子受體接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的過(guò)程。酶分子的一些功能基團(tuán)起瞬時(shí)質(zhì)子供體或質(zhì)子受體的作用。第四十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一作為廣義酸堿催化的某些氨基酸側(cè)鏈第四十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

組氨酸咪唑基的pK值為6，所以在pH6附近給出質(zhì)子和結(jié)合質(zhì)子能力相同，是最活潑的催化基團(tuán)。咪唑基給出質(zhì)子或結(jié)合質(zhì)子的速度最快，半壽期小于10-10秒。第四十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.共價(jià)催化酶與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過(guò)程，稱(chēng)為共價(jià)催化（covalentcatalysis）。酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)主要包括：

His的咪唑基、Cys的巰基、Asp的羧基、Ser的羥基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素（TPP）和磷酸吡哆醛（PLP）等也可以參與共價(jià)催化作用。

第四十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

共價(jià)催化具有親核、親電催化過(guò)程。例如：親核催化第四十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一5.金屬離子催化作用金屬酶（metalloenzyme）含緊密結(jié)合的金屬離子，如：Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+

金屬-激活酶（metal-activatedenzyme）：含疏松結(jié)合的金屬離子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+

這些金屬離子的作用：

①通過(guò)結(jié)合底物為反應(yīng)定向。②通過(guò)自身價(jià)數(shù)的改變參加氧化還原反應(yīng)。③屏蔽底物或酶活性中心的負(fù)電荷。第四十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一6.酶活性中心的低介電區(qū)酶活性中心空穴的疏水環(huán)境，使酶的催化基團(tuán)被低介電環(huán)境包圍，增強(qiáng)了底物敏感鍵和酶的催化基團(tuán)之間的作用，使反應(yīng)速度提高。第四十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一七、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（kineticsofenzyme-catalyzedreaction）是研究酶促反應(yīng)的速度以及影響酶促反應(yīng)速度的各種因素。影響酶反應(yīng)速度的因素包括：底物濃度、酶濃度、pH、溫度、激活劑與抑制劑等。底物（substrate,S）酶催化的物質(zhì)產(chǎn)物（product,P）酶轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)第五十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（一）酶反應(yīng)速度單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量。單位為mol/min等。

v=底物的消耗量產(chǎn)物的生成量單位時(shí)間單位時(shí)間或v=第五十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

反應(yīng)開(kāi)始一段時(shí)間，產(chǎn)物的生成量與時(shí)間呈直線關(guān)系；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)速度下降。主要原因：①底物濃度的降低②酶在一定的pH下部分失活③產(chǎn)物對(duì)酶的抑制④產(chǎn)物濃度的增加而加速了逆反應(yīng)酶促反應(yīng)初速度：在酶促反應(yīng)開(kāi)始無(wú)任何干擾因素出現(xiàn)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)酶的反應(yīng)速度為反應(yīng)初速度。第五十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（二）酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響

在一定條件（①反應(yīng)系統(tǒng)中沒(méi)有抑制劑；②最適條件；③當(dāng)[S][E]），酶反應(yīng)速度與酶濃度成正比。

v=

k[E]（k為速度常數(shù)）

影響機(jī)理：酶濃度增加，[ES]也增加，而v=k[ES]，故反應(yīng)速度增加。第五十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（三）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

1.底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

在酶濃度、pH、溫度等條件不變的情況下，底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系呈現(xiàn)矩形雙曲線（rectangularhyperbola）。第五十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（1）[S]與v關(guān)系曲線分析①一級(jí)反應(yīng)（firstorderreaction）當(dāng)[S]很低時(shí)，[S]，v，成正比關(guān)系②混合級(jí)反應(yīng)（mixedorderreaction）當(dāng)[S]較高時(shí)，[S]與也，但不成正比關(guān)系③零級(jí)反應(yīng)（zeroorderreaction）當(dāng)[S]很高時(shí)，[S]，v不變，達(dá)到最大反應(yīng)速度（maximumrateofreaction,Vmax）第五十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（2）解釋根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：

E+SESE+P①當(dāng)?shù)孜餄舛鹊蜁r(shí)，只有部分酶與底物形成ES，若增加底物濃度，有更多的ES生成，反應(yīng)速度也隨之增加。②當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r(shí)，反應(yīng)體系中的酶分子都已于底物結(jié)合生成ES，此時(shí)再增加底物濃度，已無(wú)游離的酶與底物結(jié)合，無(wú)更多的ES生成，反應(yīng)速度達(dá)最大反應(yīng)速度。第五十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一v=Vmax[S]Km+[S]2.米-曼氏方程式（Michaelis-Mentenequation）

1913年Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)提出：式中：Km

是米氏常數(shù)第五十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（1）Km的意義當(dāng)：v=1/2Vmax

時(shí)，Km=[S]

即Km等于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位：mol/L或mmol/L。

Km

值是酶的特征性常數(shù)之一，一般只與酶的性質(zhì)、底物種類(lèi)及反應(yīng)條件有關(guān)，與酶的濃度無(wú)關(guān)。

一個(gè)酶在一定條件下，對(duì)某一底物有一特定的Km，Km

值范圍在10-6~10-2mol/L。第五十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第五十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（2）Km與酶對(duì)底物親和力關(guān)系當(dāng)：k1

、k2k3

時(shí)，Km≈k2/k1Km可近似地表示酶對(duì)底物的親和力大小，Km

與酶對(duì)底物親和力大小成反比。

注意：底物親和力大不一定反應(yīng)速度大，反速度更多地與產(chǎn)物形成趨勢(shì)：

k3/k1有關(guān)應(yīng)。（3）Km與最適底物若一個(gè)酶有個(gè)底物，則Km最小的底物稱(chēng)該酶的最適底物或天然底物。第六十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一（4）Km和Vmax的求解方法雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk作圖法）：

1Km11vVmax[S]Vmax=+.-1/Km01/[S]1/v1/Vmax斜率=Km/Vmax第六十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（四）pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第六十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一pH影響酶活力的幾個(gè)方面：①影響酶蛋白構(gòu)象，過(guò)酸或過(guò)堿會(huì)使酶變性。②影響酶和底物分子解離狀態(tài)，尤其是酶活性中心的解離狀態(tài)，最終影響ES形成。

大部分酶的pH-酶活曲線是鐘形，但也有半鐘形甚至直線形。第六十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一(五)溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

酶的最適溫度:酶活性最高時(shí)的溫度,也即酶的催化效率最高,酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度。第六十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

溫度對(duì)酶影響的幾個(gè)方面：①在一定的溫度范圍內(nèi)（0-40℃

），反應(yīng)速度和溫度呈正比，一般每升高10℃

，反應(yīng)速度約增加1倍。②酶是蛋白質(zhì)，溫度過(guò)高，易失去活性。③最適溫度在不同的生物體有差別：一般動(dòng)物體37-50℃，植物體50-60℃，細(xì)菌TaqDNA聚合酶70℃。④酶的最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，隨酶作用時(shí)間的長(zhǎng)短而有所變化：一般作用時(shí)間長(zhǎng)，最適溫度低；作用時(shí)間短，最適溫度高。第六十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（六）激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

1.激活劑（activator）凡是能提高酶活性的物質(zhì)稱(chēng)為酶的激活劑。

2.激活劑的分類(lèi)

①金屬陽(yáng)離子作為酶的輔因子或激活劑起作用。如：Na+

、K+、

Fe2+、Ca2+、Mg2+、

Mn2+等，其中Mg2+是多種激酶及合成酶的激活劑。②陰離子作用不明顯。但動(dòng)物唾液中的唾液淀粉酶的激活劑是Cl-。③有機(jī)分子如Cys、谷胱甘肽、EDTA等第六十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（七）抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響抑制劑（inhibitor）凡能降低酶活性甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)。抑制作用（inhibition）直接或間接地影響酶的活性中心或必需基團(tuán)，使酶活性降低或喪失，但不引起酶蛋白的變性。根據(jù)抑制劑與酶的作用方式及抑制作用是否可逆，將抑制作用分為兩種類(lèi)型。第六十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.不可逆抑制（irreversibleinhibition）抑制劑與酶的必需基團(tuán)以牢固的共價(jià)鍵結(jié)合,使酶喪失活性,不能用透析、超過(guò)濾等物理方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性。

第六十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一①有機(jī)磷化合物二異丙基氟磷酸（diisopropylfluorophosphate,DIFPorDFP）等有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑能抑制某些蛋白酶及酯酶活力，與活性部位Ser-OH共價(jià)結(jié)合。如強(qiáng)烈抑制膽堿酯酶：-Ser-OH-Ser-O膽堿酯酶磷?；憠A酯酶（失活）第六十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

此類(lèi)物質(zhì)為神經(jīng)毒劑，解磷定可解除抑制：第七十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一（Sarin）第七十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

SHSE+Hg2+EHg+2H+SHS

SHClSE+As-CH=CHClEAs-CH=CHCl+2HClSHClS巰基酶路易士氣巰基酶的抑制：②有機(jī)汞、有機(jī)砷與酶分子中Cys-SH結(jié)合，抑制含有巰基的酶。有單巰基抑制劑（如對(duì)氯汞苯甲酸,

PCMB)和雙巰基抑制劑。第七十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

SEHg+SCOONaCH-SHCH-SHCOONa

SHE+HgSHCOONaCHSCHSCOONa二巰基丁二酸鈉

SCH2OHSHCH2OHEAs-CH=CHCl+CHSHE+CHSSCH2SHSHCH2SAs-CH=CHCl二巰基丙醇解毒方法：第七十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.可逆抑制作用（reversibleinhibition）抑制劑與酶以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合引起酶活性的降低活喪失，結(jié)合是可逆的，能夠通過(guò)透析、超濾等物理方法使酶恢復(fù)活性。

根據(jù)抑制劑與底物的關(guān)系，可分為：（1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用(competitiveinhibition)

競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)同一種酶的活性中心，影響E與S的結(jié)合，從而使酶的反應(yīng)速度下降。競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用可以通過(guò)增加底物的濃度的方法來(lái)解除。第七十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第七十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：①I(mǎi)與S分子結(jié)構(gòu)相似；②Vmax不變，表觀Km增大；③抑制程度取決于I與E的親和力，以及[I]和[S]的相對(duì)濃度比例。第七十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

COOHCH2CH2COOH

琥珀酸脫氫酶

+FAD+FADH2

COOHCHCHCOOH琥珀酸延胡索酸

COOHCH2COOH丙二酸

例如：丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，另外還有草酸、草酰乙酸、戊二酸等。第七十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（2）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（non-competitiveinhibition）抑制劑與酶分子活性中心以外的其它部位結(jié)合而抑制酶活性，I與酶結(jié)合不影響酶與S的結(jié)合，兩者不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。第七十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第七十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：

①I(mǎi)與S分子結(jié)構(gòu)不同；②Vmax減小，表觀Km不變；③抑制程度取決于[I]大小。第八十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一（3）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制（uncompetitiveinhibition）抑制劑僅與酶和底物的中間復(fù)合物結(jié)合，即酶只有與底物結(jié)合后才能與抑制劑結(jié)合，從而抑制酶活性。第八十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第八十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：①I(mǎi)與S分子結(jié)構(gòu)不同，I只與ES結(jié)合；②Vmax

和表觀Km都減小；③抑制程度取決于[I]和[ES]二者的濃度。第八十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（4）常見(jiàn)可逆抑制劑多為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。例如一些抗代謝物（代謝類(lèi)似物），在結(jié)構(gòu)上與天然代謝物十分相似，能選擇性抑制代謝過(guò)程中的某些酶。

a.5-氟尿嘧啶（5-FU）抗癌藥物，與尿嘧啶相似，抑制胸腺嘧啶合成酶活性。

b.磺胺類(lèi)藥物—對(duì)氨基苯磺酰胺與對(duì)氨基苯甲酸（葉酸的一部分）相似。細(xì)菌在二氫葉酸合成酶作用下利用對(duì)氨基苯甲酸合成二氫葉酸，磺胺藥物可抑制其合成。第八十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

對(duì)氨基苯甲酸二氫蝶呤FH2FH4

谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶磺胺藥(-)氨甲蝶呤(-)第八十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一八、酶活性的調(diào)節(jié)

（一）酶的別構(gòu)（變構(gòu)）調(diào)控

1.別構(gòu)酶（allostericenzyme）凡具有別構(gòu)效應(yīng)的調(diào)節(jié)酶稱(chēng)別構(gòu)酶。

2.別構(gòu)酶的性質(zhì)和組成（1）迄今所有的別構(gòu)酶都是寡聚酶，由2個(gè)或2個(gè)以上亞基組成。（2）存在有兩個(gè)活性部位：一是催化部位，與底物結(jié)合完成催化作用；一是調(diào)節(jié)部位，與調(diào)節(jié)劑結(jié)合，調(diào)節(jié)酶活性。第八十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（3）別構(gòu)效應(yīng)（allostericeffect）特異的代謝物分子—?jiǎng)e構(gòu)劑（allostericeffector）結(jié)合于別構(gòu)酶的別構(gòu)部位（allostericsite），引起了酶的構(gòu)象改變，進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)，這種效應(yīng)稱(chēng)別構(gòu)效應(yīng)。第八十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

（4）酶的調(diào)節(jié)劑正調(diào)節(jié)劑（別構(gòu)激活劑）作用在酶的調(diào)節(jié)亞基上，使亞基間產(chǎn)生正協(xié)同效應(yīng)，從而使酶活性提高。負(fù)調(diào)節(jié)劑（別構(gòu)抑制劑）作用在酶的調(diào)節(jié)亞基上使亞基間產(chǎn)生負(fù)協(xié)同效應(yīng)，從而使酶活性降低