酶與維生素課件

定義:酶(Enzyme)是生物體活細胞產生的具有特殊催化活性和特定空間構象的生物大分子，包括蛋白質及核酸，又稱為生物催化劑。絕大多數的酶都是蛋白質。酶催化的生物化學反應，稱為酶促反應。在酶的催化下發(fā)生化學變化的物質為底物。第三節(jié)酶的命名和分類每種酶都有兩個名字：習慣名稱和系統(tǒng)名稱。一．習慣命名法：二．國際系統(tǒng)命名法：乙醇脫氫酶的編碼是：EC1.1.1.1

第一個“1”——第1大類，即氧化還原酶類；第二個“1”——第1亞類，供氫體為CHOH；第三個“1”——第1亞亞類，受氫體為NAD+；第四個“1”——在亞亞類中的順序號。國際酶學委員會（EnzymeCommission,EC）將所有的酶按它們所催化的反應的性質分為六大類。分類

序號酶的類型催化反應的性質舉例1氧化還原酶類(oxidoreductase)脫氫酶、氧化酶、過氧化物酶、加氧酶2轉移酶類

(transferase)谷丙轉氨酶、已糖激酶3水解酶類

(hydrolase)酯酶、蛋白酶、淀粉酶AH2+BA+BH2AR+BA+BRAB+H2OAOH+BH國際酶學委員會（EnzymeCommission,EC）將所有的酶按它們所催化的反應的性質分為六大類。分類

序號酶的類型催化反應的性質舉例4裂解酶類

(lyase)醛縮酶、水合酶、脫氨酶、脫羧酶5異構酶類

(isomerase)差向異構酶、順反異構酶、酮醛異構酶6合成酶類(連接酶類)(ligase)羧化酶、氨酰-tRNA合成酶、天冬酰胺合成酶A－BXYAB＋X－YAA'A＋BABATPADP＋Pi1.“鎖與鑰匙”學說：1894年E.Fischer提出：S分子或其一部分像鑰匙一樣楔入E活性中心部位。此學說強調E與S結構互相吻合(剛性模板)。二．關于酶作用專一性的假說2.“誘導契合”假說

該學說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導才形成了互補構象。一．酶活力的測定：1．酶活力（活性）：2．酶的活力單位：定義：

國際單位（IU）（1961年）：在最適反應條件（25℃）下，每分鐘內催化1μmol底物轉化為產物所需的酶量定為一個酶活力單位，即1IU=1μmol/min。

Katal（Kat）單位：

在最適條件下，每秒鐘能催化1mol底物轉化為產物所需的酶量為1Kat單位（1Kat=1mol/S）。1Kat=60×106IU，1IU=16.7nKat。3．酶的比活力：每mg蛋白質所含的酶活力。表示酶的純度，也表示單位質量蛋白質的催化能力。比活力=U/mg蛋白=總活力U/總蛋白mg4．酶活力的測定方法：（1）分光光度法：（2）熒光法：（3）同位素測定法：（4）電化學法：第一節(jié)底物濃度對酶促反應速率的影響

為了要解釋這一現(xiàn)象，1903年由Henri和Wurtz提出了中間絡合物學說：當酶催化某一化學反應時，酶首先與底物結合生成中間復合物（ES），然后生成產物（P），并釋放出酶：

一．中間絡合物學說：（1）當底物濃度小時，酶未被底物飽和，反應速率取快于底物濃度，為一級反應；（2）底物濃度變大，ES生成較多，反應速率取快于ES的濃度，為混合級反應；（3）當底物濃度相當高時，酶全部被底物飽和，反應速度不會因底物濃度增加而提高，反應為0級。

Michaelis&Menten推導米氏方程。二．酶促反應的動力學方程式

1.米氏方程的推導V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]KsKs為ES的解離常數（Ks=k2/k1）

[E]酶總量；[Et]反應后t時的酶量；[ES]中間產物濃度[Et][E]-[ES]1925年BriggsandHaldane提出了穩(wěn)態(tài)理論，對米氏方程做了一項重要的修正

：（1）反應分二步進行：(2)反應體系處于穩(wěn)態(tài)即[ES]不變→ES的生成量=ES的分解量。剛反應時，若形成的速度為v,則v1k1[Et][S]k1[（E）-（ES）][S](1)ES消失速度：v2k2[ES];v3k3[ES]v23k2[ES]k3[ES]（k2k3）[ES](2)ES的生成量=ES的分解量即：v1=v23k1[（E）-（ES）][S]=[ES]（k2k3）[（E）-（ES）][S]/[ES]=（k2k3）/k1(3)設Km=(k2+k3)/k1

將(3)重排得[ES]=[E][S]/Km[S](4)[S]>>[E][E]=[ES],Vmax=K3[ES]=K3[E]（7）將（7）式代入（6）式v=k3[ES]（5）v=k3[E][S]/Km[S]

（6）V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]Km—米氏常數，當酶反應速率達到最大反應速率一半時的底物濃度，單位：mol/L；Km=(k2+k3)/k1

Km是酶的特征常數，近似表示酶與底物的親和力。（1）當[S]《Km時，反應速率與底物濃度成正比，v與[S]的關系符合一級動力學。酶沒有全部被底物所飽和。（2）當[S]》Km時，反應速率已達到最大速率，這時酶全部被底物所飽和，v與[S]無關，符合0級動力學，只有在此條件下才能正確測得酶活力。（3）當[S]=Km時，反應速率為最大速率的一半，因此Km就代表反應速率達到最大反應速率一半時的底物濃度。

Km=[S]

2.動力學參數的意義（1）米氏常數的意義：Km是酶的一個特性常數：Km可以判斷酶的專一性和天然底物：若已知某個酶的Km，就可計算出在某一底物濃度時的反應速率相當于Vmax的百分數。Km可以幫助推斷某一代謝反應的方向和途徑：（2）Vmax和k3（kcat）的意義：當[S]很大時，Vmax=k3[E]，說明Vmax與[E]成線性關系，而直線的斜率為k3，為一級反應速率常數。K3表示當酶被底物飽和時每秒鐘每個酶分子轉換底物的分子數，這個常數又叫做轉換數（TN），通稱為催化常數（kcat），kcat越大，表示酶的催化效率越高。（3）kcat/Km的意義：在生理條件下，大多數酶并不被底物所飽和，在體內[S]/Km的比值通常介于0.01-1.0之間。Vmax=kcat[ET]當[S]<<Km時，[E]=[ET]v(kcat/Km)·[E][S]kcat/Km=k1·k3/(k2+k3)上限為k1kcat/Km表示酶的催化效率。ES的生成量=ES的分解量即：v1=v23k1[（E）-（ES）][S]=[ES]（k2k3）[（E）-（ES）][S]/[ES]=（k2k3）/k1(3)設Km=(k2+k3)/k1

將(3)重排得[ES]=[E][S]/Km[S](4)[S]>>[E][E]=[ES],Vmax=K3[ES]=K3[E]（7）將（7）式代入（6）式v=k3[ES]（5）v=k3[E][S]/Km[S]

（6）V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]

3.米氏方程中常數的測定所以采用雙倒數作圖法：即1/v-1/[S]作圖

雙倒數作圖法（Lineweaver-BurkPlot)：

Vmax難以測定，不能從vV/2處求得，從而導致Km也難確定。第二節(jié)pH對酶反應速度的影響

pH對酶反應速度的影響較大。其原因有：極度pH的條件引起酶蛋白的變性。pH影響底物的解離，從而影響酶與底物的結合。

pH影響酶分子解離狀態(tài)。

每種酶只能在一定的pH范圍內表現(xiàn)出它的活性，且在某一pH值范圍內活性最高，其兩側活性都下降?！嗝复俜磻哂幸蛔钸mpH。

2810pH酶的活性A:

胃蛋白酶;

B:葡萄糖-6-磷酸酶AB最適PH一些酶的最適pH值酶最適pH胃蛋白酶1.8過氧化氫酶7.6胰蛋白酶7.7延胡索酸酶7.8核糖核酸酶7.8精氨酸酶9.8最適pH：在一定條件

下,酶具有最大的催化活性的pH值。溫度對酶反應速度的影響具有雙重性：隨著溫度的升高，酶蛋白會失活，使反應速度下降隨著溫度的升高，反應速度會加快第三節(jié)溫度對酶反應速度的影響

因此，在這雙重因素的綜合作用下，酶促反應具有一最適溫度。

不同酶的最適溫度也不一樣。動物酶的最適溫度一般在35-40℃，植物酶為40-50℃。少數酶可達60℃以上，如：細菌淀粉水解酶的最適溫度90℃以上。嗜熱細菌：Taq聚合酶最適溫度70℃，93℃不失活。酶的最適溫度并非酶的特征性常數，它與底物、作用時間等因素有關。第四節(jié)酶濃度對酶反應速度的影響

在一般的酶促反應中，常常[S]>>[E]，酶反應速度達到最大反應速度。當[S]>>[E]，由于Vmax=k[E]0，∴反應速度與酶濃度成正比。酶濃度曲線第五節(jié)激活劑對酶反應速度的影響激活劑：能提高酶活性的物質。無機離子：主要是金屬離子，它們有的本身就是酶的輔助因子，有的是酶的輔助因子的必要成分。如:激酶需要Mg2+激活唾液淀粉酶需要Cl-激活主要的激活劑有：有機小分子：一些還原劑，如抗壞血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶處于還原態(tài)金屬螯合劑，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可絡合一些重金屬雜質，解除它們對酶的抑制，從而使酶活升高。抑制作用：有些物質與酶結合后，引起酶的活性中心或必需基團的化學性質發(fā)生改變，從而使酶活力降低或喪失。第六節(jié)酶的抑制劑抑制作用可分為兩大類：可逆抑制作用和不可逆抑制作用

失活作用：凡可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用。抑制作用：凡使酶活力下降，但并不引起酶蛋白變性的作用。抑制劑：能引起對酶的抑制作用的物質。抑制程度的表示方法：一般用反應速率的變化來表示。不加抑制劑時的反應速率為v0，加入抑制劑后的反應速率為vi，則表示：（1）相對活力分數（殘余活力分數）：

a=vi/v0（2）相對活力百分數（殘余活力百分數）：

a%=vi/v0×100%（3）抑制分數：指被抑制而失去活力的分數

i=1—a=1—vi/v0（4）抑制百分數：

i%=（1—a）×%=（1—vi/v0）×%通常所謂抑制率是指抑制分數或抑制百分數。

可逆抑制作用可分為三種類型：

1.競爭性抑制作用

2.非競爭性抑制作用

3.反競爭性抑制作用

酶與抑制劑非共價地可逆結合，當用透析或超濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復，這種抑制作用叫可逆抑制作用。(一）可逆抑制作用

某些抑制劑的化學結構與底物相似，與底物競爭酶的活性中心并與之結合，從而減少了酶與底物的結合，因而降低酶反應速度。這種作用稱為競爭性抑制作用。(一）可逆抑制作用1.競爭性抑制作用(一）可逆抑制作用1.競爭性抑制作用例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。

這種抑制作用可通過增加底物濃度而使整個反應平衡向生成產物的方向移動，因而能削弱或解除這種抑制作用。

(一）可逆抑制作用1.競爭性抑制作用琥珀酸延胡索酸丙二酸E＋SESE＋P＋ＩEI競爭性抑制中，Vmax不變，Km增大可通過增加底物濃度而使整個反應平衡向生成產物的方向移動，因而能削弱或解除這種抑制作用。Linewevery-Burk圖

米氏方程Lineweaver-Burkplotofcompetitiveinhibition

某些抑制劑結合在酶活性中心以外的部位，因而與底物和酶的結合無競爭，即底物與酶結合后還能與抑制劑結合，同樣抑制劑與酶結合后還能與底物結合。但酶分子上有了抑制劑后其催化功能基團的性質發(fā)生改變，從而降低了酶活性。這種作用稱為非競爭性抑制作用。

2.非競爭性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來消除。(一）可逆抑制作用2.非競爭性抑制作用非競爭性抑制劑，例如：金屬絡合劑，如EDTA、F-、CN-、N3-等，可以絡合金屬酶中的金屬離子，從而抑制酶的活性。(一）可逆抑制作用酶促反應動力學－－抑制劑2.非競爭性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來消除。(一）可逆抑制作用2.非競爭性抑制作用(一）可逆抑制作用Linewevery-Burk圖

米氏方程酶促反應動力學－－抑制劑2.非競爭性抑制作用非競爭性抑制中，Vmax變小，Km不變這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來消除。(一）可逆抑制作用3.反競爭性抑制作用

某些抑制劑不能與游離的酶結合，而只能在酶與底