王鏡巖-生物化學(xué)I-第9章酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-第10章酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)講述

第1，2節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)Enzyme

化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)基本問題：反應(yīng)進(jìn)行的方向、可能性和限度反應(yīng)進(jìn)行的速率和反應(yīng)機(jī)制一、化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)（一）反應(yīng)速率及其測(cè)定

——以單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的改變來表示。（二）反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)1.反應(yīng)分子數(shù)：——反應(yīng)中真正相互作用的分子的數(shù)目單分子反應(yīng)：AP

雙分子反應(yīng)：A+BP+Q單分子反應(yīng)

v=kc雙分子反應(yīng)

v=kc1c2c、c1、c2：反應(yīng)物濃度（mol/l）

k：比例常數(shù)/反應(yīng)速率常數(shù)2.反應(yīng)級(jí)數(shù)能以v=kc表示，為一級(jí)反應(yīng)；能以v=kc1c2表示，則為二級(jí)反應(yīng)；

v與反應(yīng)物濃度無關(guān)，則為零級(jí)反應(yīng)。雙分子反應(yīng)、一級(jí)反應(yīng)（三）各級(jí)反應(yīng)的特征

1.一級(jí)反應(yīng)：

反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的一次方成正比。

v=kcC0C0/20t?[P]Ct反應(yīng)物的消耗產(chǎn)物的增加半衰期t1/2：有一半反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的時(shí)間lnC0lnC0/20t?Ctk當(dāng)t=t?時(shí)，c=1/2c0,則t?＝0.693／k,即半衰期與反應(yīng)物的初濃度無關(guān)。2.二級(jí)反應(yīng)：

v=k（a-x）（b–x）

a、b：反應(yīng)物A、B的初濃度

x：t時(shí)已發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)濃度

（a-x）、（b–x）：t時(shí)后A、B的濃度3.零級(jí)反應(yīng)：v=k一級(jí)反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度無關(guān)二級(jí)反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成反比零級(jí)反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成正比單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；酶促反應(yīng)速度一般在規(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)速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度；底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。（[S]》[E]）研究前提二、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響產(chǎn)物0時(shí)間初速度酶促反應(yīng)速度逐漸降低酶促反應(yīng)的時(shí)間進(jìn)展曲線

在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。反應(yīng)初速度隨底物濃度變化曲線當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)[S]VVmaxE+SESP+Ek1k2k3（一）中間絡(luò)合物學(xué)說

k4三個(gè)假設(shè)：（1）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)速度取決于慢反應(yīng)即

V＝k3[ES]。（2）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]。（3）P→0忽略這步反應(yīng)（二）酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式1、米氏方程的推導(dǎo)1913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米－曼氏方程式，簡(jiǎn)稱米氏方程(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速度Vmax：最大反應(yīng)速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(shù)(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──穩(wěn)態(tài)時(shí)ES濃度不變

反應(yīng)速度

V=k3[ES]ES的生成速度=消耗速度

k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]E的質(zhì)量平衡方程

[E]=[Et]-[ES]E+SESP+Ek1k2k3(Ⅲ)(Ⅰ)(Ⅱ)穩(wěn)態(tài)時(shí)ES濃度不變反應(yīng)速度

V=k3[ES]ES的生成速度=消耗速度

k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES]E的質(zhì)量平衡方程

[E]=[Et]-[ES]E+SESP+Ek1k2k3V=V[S]Km+[S]米氏方程V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et]Km=

k2+k3k1米氏常數(shù)

a.當(dāng)[S]很小時(shí)V=V[S]/Km一級(jí)反應(yīng)反應(yīng)初速度隨底物濃度變化曲線米氏曲線V=V[S]Km+[S]b.當(dāng)[S]很大時(shí)V=V[S]/[S]=V

0

級(jí)反應(yīng)混合級(jí)Km=?Km=[S]V=V[S]Km+[S]若V＝V/2V2＝V[S]Km+[S]1Km+[S]=2[S]2、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義（1）米氏常數(shù)Km的意義Km＝[S]∴Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2

①Km是酶的特性常數(shù)：

與pH、溫度、離子強(qiáng)度、酶及底物種類有關(guān)，與酶濃度無關(guān)，可以鑒定酶。酶底物Km(mmol/L)脲酶尿素25溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖-6-磷酸脫氫酶6-磷酸-葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶苯甲酰酪氨酰胺2.5甲酰酪氨酰胺12.0乙酰酪氨酰胺32.0②可以判斷酶的專一性和天然底物Km值最小的底物——最適底物/天然底物1/Km近似表示酶對(duì)底物的親和力：1/Km越大、親和力越大Km=

k2+k3k1Km≈k2（分離能力）/k1（親合能力）E+SESP+Ek1k2k3Km越小，親和力越強(qiáng)。[S]很小時(shí)，反應(yīng)速度就能達(dá)到很大。性能優(yōu)，代謝中這類酶更為重要k2>>k3時(shí)④Km可幫助判斷某代謝反應(yīng)的方向和途徑催化可逆反應(yīng)的酶對(duì)正/逆兩向底物Km不同

——Km較小者為主要底物③根據(jù)Km：判斷某[s]時(shí)v與Vmax的關(guān)系判斷抑制劑的類型乳酸脫氫酶（1.7×10-5）丙酮酸脫氫酶（1.3×10-3）丙酮酸脫羧酶（1.0×10-3）丙酮酸乳酸乙酰CoA乙醛丙酮酸濃度較低時(shí)：代謝哪條途徑?jīng)Q定于Km最小的酶一底物多酶反應(yīng)（2）Vmax和k3（kcat)的意義一定酶濃度下，酶對(duì)特定底物的Vmax也是一個(gè)常數(shù)。[S]很大時(shí)，Vmax＝k3[E]。k3表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)，每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，——又稱為轉(zhuǎn)換數(shù)、催化常數(shù)kcatkcat越大，酶的催化效率越高（3）kcat/km的意義：V=Vmax[S]Km+[S]∵Vmax=kcat[Et]∴V=kcat[Et][S]Km+[S]當(dāng)[S]<<Km時(shí)，[E]＝[Et]是E和S反應(yīng)形成產(chǎn)物的表觀二級(jí)速率常數(shù)。其大小可用于比較酶的催化效率。kcat/km＝

kcat/km的上限為k1,即生成ES的速率，即酶的催化效率不超過E和S形成ES的結(jié)合速率kcat/km的大小可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率。（1）Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法3、Km與V的求取蔗糖酶米氏常數(shù)（Km）的測(cè)定1.配12支蔗糖底物溶液，濃度分別為0、0.005、0.00625、0.0075、0.00875、0.010、0.0125、0.015、0.02、0.025、0.0375、0.050M，在35℃水浴保溫；2.加入3U/ml已在35℃水浴保溫的酶溶液，準(zhǔn)確作用5分鐘，終止反應(yīng)；3.各吸取0.5ml反應(yīng)液與3，5-二硝基水楊酸，沸水浴5分鐘，冷卻后在540nm測(cè)定吸光度OD值；4.作圖

（2）Eadie-Hofstee作圖法vV[S]Vmax斜率－Km

（3）Hanes-Woolf作圖法

斜率=1/VmKm/Vm-Km[S]/V[S]vVmax[S]－3Km－2Km－Km（4）Eisenthal和Cornish-Bowden線性作圖法（三）多底物的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

分為單底物、雙底物和三底物反應(yīng)1.酶促反應(yīng)按底物分子數(shù)分類：①有序反應(yīng)（orderedreactions）領(lǐng)先底物釋放釋放A和Q競(jìng)爭(zhēng)地與自由酶結(jié)合（1）序列反應(yīng)或單－置換反應(yīng)2.多底物反應(yīng)按動(dòng)力學(xué)機(jī)制分類：②隨機(jī)反應(yīng)（randomreactions）如肌酸激酶使肌酸磷酸化的反應(yīng)AAEPE’PEE’QEQEBB

A和Q競(jìng)爭(zhēng)自由酶E形式

B和P競(jìng)爭(zhēng)修飾酶形式E’A和Q不同E’結(jié)合

B和P也不與E結(jié)合。(2)乒乓反應(yīng)或雙－置換反應(yīng)3.雙底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程（1）序列機(jī)制的底物動(dòng)力學(xué)方程及動(dòng)力學(xué)圖——在B的濃度達(dá)到飽和時(shí)A的米氏常數(shù)——在A的濃度達(dá)到飽和時(shí)B的米氏常數(shù)——底物A與酶結(jié)合的解離常數(shù)——底物A、B都達(dá)到飽和時(shí)最大反應(yīng)速率（2）乒乓機(jī)制的底物動(dòng)力學(xué)方程及動(dòng)力學(xué)圖——在B的濃度達(dá)到飽和時(shí)A的米氏常數(shù)——在A的濃度達(dá)到飽和時(shí)B的米氏常數(shù)——底物A、B都達(dá)到飽和時(shí)最大反應(yīng)速率

三、酶的抑制作用失活作用：使酶Pr變性而引起酶活力喪失。抑制作用：使酶活力下降但不引起變性。抑制劑：能引起抑制作用的物質(zhì)。（一）抑制程度的表示方法V0：Vi：不加入抑制劑時(shí)的反應(yīng)速率加入抑制劑后的反應(yīng)速率以反應(yīng)速率的變化表示1.相對(duì)活力分?jǐn)?shù)（殘余活力分?jǐn)?shù)）2.相對(duì)活力百分?jǐn)?shù)（殘余活力百分?jǐn)?shù)）V0ViViV03.抑制分?jǐn)?shù)——指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù)V0Vi4.抑制百分?jǐn)?shù)ViV0

抑制率

依據(jù)：

能否用透析、超濾等物理方法

除去抑制劑，使酶復(fù)活。不可逆抑制與可逆抑制（二）抑制作用的分類1、不可逆抑制作用：抑制劑與酶必需基團(tuán)以牢固的共價(jià)鍵相連很多為劇毒物質(zhì)重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)砷、氰化物、青霉素、毒鼠強(qiáng)等。不可逆抑制不可逆抑制劑

非專一性不可逆抑制劑（作用于一/幾類基團(tuán)）

專一性不可逆抑制劑（作用于某一種酶的活性部位基團(tuán)）2、不可逆抑制劑不可逆抑制

（1）非專一性不可逆抑制劑

①重金屬離子

Ag+、

Cu2+、

Hg2+、

Pb2+、

Fe3+

高濃度時(shí)可使酶蛋白變性失活；低濃度時(shí)對(duì)酶活性產(chǎn)生抑制。

——通過加入EDTA解除

H2N-CH-COOH

CH2

SH

H2N-CH-COOH

CH2

S-CH2COOHICH2COOHHI②烷化劑（多為鹵素化合物）++碘乙酸③有機(jī)磷化合物（敵百蟲、沙林）膽堿酯酶OHPOC2H5OC2H5S有機(jī)磷農(nóng)藥部分膽堿乙酰化酶膽堿酯酶膽堿乙酰膽堿積累導(dǎo)致神經(jīng)中毒癥狀如何緊急救治？排毒洗胃、喝雞蛋清牛奶導(dǎo)泄、利尿血液透析（清除游離狀態(tài)毒物）解毒藥：解磷定ROOROOROXROO—EP+E—OHP+HX有機(jī)磷化合物羥基酶磷?；?失活)酸ROOROO—EP+-CHNOH磷?；?失活)N+CH3-CHNN+CH3OOROOR+E—OH

P解磷定解毒------解磷定(PAM)：④有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物——與酶分子中-SH作用；

可通過加入過量巰基化合物解除。⑤氰化物、硫化物和CO

——與酶中金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物如氰化物與含鐵卟啉細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合⑥青霉素（penicillin）與細(xì)菌糖肽轉(zhuǎn)肽酶Ser-OH活性，影響細(xì)胞壁合成。（2）專一性不可逆抑制劑

①Ks型具有底物類似的結(jié)構(gòu)——（設(shè)計(jì)）帶有一活潑基團(tuán)：與必需基團(tuán)反應(yīng)（抑制）

∵利用對(duì)酶親合性進(jìn)行修飾

∴親合標(biāo)記試劑（affinitylabelingreagent）②Kcat型具有底物類似的結(jié)構(gòu)本身是酶的底物還有一潛伏的反應(yīng)基團(tuán)“自殺性底物”

抑制作用可通過透析等方法除去。原因：非共價(jià)鍵結(jié)合可逆抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibition)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制(non-competitiveI.）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制(uncompetitiveI.)

3、可逆抑制作用：（1）競(jìng)爭(zhēng)性（Competitive)抑制I：抑制劑（inhibitor）【舉例】

丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制

磺胺類藥物的抑菌機(jī)制：與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸利用競(jìng)爭(zhēng)性抑制是藥物設(shè)計(jì)主要思路磺胺類藥抗菌機(jī)理：（與對(duì)氨基苯甲酸是結(jié)構(gòu)類似物）競(jìng)爭(zhēng)性抑制細(xì)菌葉酸形成，抑制細(xì)菌繁殖人通過食物直接補(bǔ)充葉酸，對(duì)人無毒害。生物堿麻醉—競(jìng)爭(zhēng)性替代生物堿—嗎啡、海洛因、可卡因、尼古丁

嗎啡海洛因麻醉機(jī)理源自—37C醫(yī)學(xué)網(wǎng)痛覺神經(jīng)信號(hào)阿片—鴉片類物質(zhì)生物堿競(jìng)爭(zhēng)性替代腦肽—麻醉致幻腦肽(E)控制痛覺信號(hào)的釋放抑制物（2）非競(jìng)性（Non-competitive)抑制無法形成產(chǎn)物Noncompetitiveinhibition（3）反競(jìng)爭(zhēng)性（Uncompetitive）抑制1：反應(yīng)體系不加I2：體系中加入一定量不可逆抑制劑3：體系中加入一定量可逆抑制劑v123[E](三)可逆和不可逆抑制作用的鑒別[E]v不可逆抑制劑的作用[E]v可逆抑制劑的作用[I]→[I](四）可逆抑制作用動(dòng)力學(xué)1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制消去[ES]斜率斜率競(jìng)爭(zhēng)性：I與S與酶活性中心結(jié)合機(jī)會(huì)均等

V下降發(fā)生抑制Km增大親和力Vmax不變[S]增大，I結(jié)合機(jī)率減小Km變大，Vmax不變2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制截距V下降發(fā)生抑制Km不變親和力不受影響Vmax減小部分酶始終失活Km不變，Vmax變小

3.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用Km、Vmax都變小上圖反映出溫度如何影響酶活力？產(chǎn)物累積量相對(duì)酶活％

最適溫度

最適溫度動(dòng)物酶

35~40℃植物酶40~50℃微生物大部分

40~50℃?zhèn)€別高溫菌90℃以上

四、溫度對(duì)酶反應(yīng)的影響溫度越高，活化分子越多，反應(yīng)速度快；酶變性時(shí)間越短，反應(yīng)速度下降也迅速。

五、pH對(duì)酶反應(yīng)的影響最適pH時(shí)的酶活力最大最適pH因酶而異，多數(shù)酶在7.0左右是酶的特性之一

六、激活劑對(duì)酶反應(yīng)的影響①無機(jī)離子陽離子

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+等陰離子

Cl-、Br-等②中等大小的有機(jī)分子③某些激酶第十章酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)一、酶的活性部位二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)三、影響酶催化效率的有關(guān)因素四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例五、酶活性的調(diào)節(jié)控制六、同工酶一、酶的活性部位活性中心：酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的少數(shù)氨基酸殘基，包括底物結(jié)合部位（決定酶的專一性）、催化部位（決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)）。頻率最高的活性中心的氨基酸殘基：Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。不需要輔酶的酶：活性中心是酶分子在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基或是這些殘基的某些基團(tuán)。需要輔酶的酶：輔酶分子或輔酶分子的某一部分結(jié)構(gòu)往往就是活性中心的組成部分。

（一）酶活性部位的特點(diǎn)接觸殘基：R1、R2、R6、R8、R9、R163輔助殘基：R3、R4、R5、R164、R165結(jié)構(gòu)殘基：R10、R162、R169非貢獻(xiàn)殘基：其它酶蛋白必需殘基非必需殘基活性中心活性中心外接觸殘基輔助殘基結(jié)構(gòu)殘基結(jié)合殘基催化基團(tuán)（1）接觸殘基：結(jié)合基團(tuán)，催化基團(tuán)。（2）輔助殘基：不與底物接觸，輔助酶與底物結(jié)合，協(xié)助接觸殘基。上述兩類殘基構(gòu)成酶活性中心。（3）結(jié)構(gòu)殘基：維持酶分子三維構(gòu)象，與酶活性相關(guān)，但不在酶活性中心范圍內(nèi)，屬于酶活性中心以外的必需殘基。上述三類殘基統(tǒng)稱酶的必需基團(tuán)（4）非貢獻(xiàn)殘基（非必需基團(tuán)）可能在免疫，酶活性調(diào)節(jié)，運(yùn)輸轉(zhuǎn)移，防止降解等方面起作用。酶活性部位的特點(diǎn)：（1）活性部位在酶分子的總體中只占相當(dāng)小的部分，往往只占整個(gè)酶分子體積的1%-2%；（2）酶的活性部位是一個(gè)三維實(shí)體，具有三維空間結(jié)構(gòu)?；钚灾行牡目臻g構(gòu)象不是剛性的，在與底物接觸時(shí)表現(xiàn)出一定的柔性和運(yùn)動(dòng)性。（鄒承魯研究酶變性的工作）（3）通過誘導(dǎo)契合酶和底物結(jié)合；（4）酶的活性部位是位于酶表面的一個(gè)裂隙內(nèi)，裂隙內(nèi)是一個(gè)相當(dāng)疏水的環(huán)境，從而有利于同底物的結(jié)合；（5）底物通過次級(jí)鍵較弱的力結(jié)合到酶上。（二）研究酶活性部位的方法（1）通過酶的專一性：研究酶的專一性底物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。（2）酶的化學(xué)修飾法：例如1.用共價(jià)修飾的試劑作用于酶，查明保持酶活力的必需基團(tuán)；2.親和標(biāo)記（合成底物類似物）；3.—SH保護(hù)劑的使用。（3）X射線晶體衍射法（4）分子生物學(xué)的方法二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)（1）酶反應(yīng)分為兩類：僅涉及電子轉(zhuǎn)移和涉及電子和質(zhì)子兩者或者其他基團(tuán)的轉(zhuǎn)移。（2）催化作用是以氨基酸側(cè)鏈上的功能基團(tuán)和輔酶為媒介。（3）酶催化反應(yīng)的最適pH范圍通常狹小。（4）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，一個(gè)巨大的酶結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)定活性部位的構(gòu)象是必要的。（5）酶具有復(fù)雜的折疊結(jié)構(gòu)。三、影響酶催化效率的有關(guān)因素（一）底物和酶的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)：酶與底物形成中間復(fù)合物后使底物之間、酶的催化基團(tuán)與底物之間相互靠近，提高了反應(yīng)基團(tuán)的有效濃度。定向效應(yīng)：由于酶的構(gòu)象作用，底物的反應(yīng)基團(tuán)之間、酶與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間正確取向的效應(yīng)。酶把底物分子從溶液中富集出來，使它們固定在活性中心附近，反應(yīng)基團(tuán)相互鄰近，同時(shí)使反應(yīng)基團(tuán)的分子軌道以正確方位相互交疊，反應(yīng)易于發(fā)生。鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)對(duì)反應(yīng)速度的影響：①使底物濃度在活性中心附近很高

②酶對(duì)底物分子的電子軌道具有導(dǎo)向作用

③酶使分子間反應(yīng)轉(zhuǎn)變成分子內(nèi)反應(yīng)④鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)對(duì)底物起固定作用（二）底物的形變和誘導(dǎo)契合酶中某些基團(tuán)可使底物分子的敏感鍵中某些基團(tuán)的電子云密度變化，產(chǎn)生電子張力，降低了底物的活化能。①酶從低活性形式轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋钚孕问?，利于催化。②底物形變，利于形成ES復(fù)合物。③底物構(gòu)象變化，過度態(tài)結(jié)構(gòu)，大大降低活化能。ZnZnGlu270Tyr248Arg145底物羧肽酶結(jié)合底物前后構(gòu)象變化（三）酸堿催化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。影響酸堿催化反應(yīng)速度的兩個(gè)因素⑴酸堿強(qiáng)度(pK值）。組氨酸咪唑基的解離常數(shù)為6，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)。⑵給出質(zhì)子或結(jié)合質(zhì)子的速度。咪唑基最快，半壽期小于10-10秒（四）共價(jià)催化酶作為親核基團(tuán)或親電基團(tuán)，與底物形成一個(gè)反應(yīng)活性很高的共價(jià)中間物。酶親核基團(tuán)：Ser-OH，Cys-SH，His-N、Asp-COOH；底物親電中心：磷?；?P=O），酰基（-C=O），糖基（Glu-C-OH）某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價(jià)催化作用。催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共價(jià)催化。（五）金屬離子催化金屬酶（metalloenzyme):含緊密結(jié)合的金屬離子，F(xiàn)e2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+。金屬-激活酶（metal-activatedenzyme):含松散結(jié)合的金屬離子，Na+、K+、Mg2+、Ca2+。金屬離子參加的四種主要催化途徑（1）通過結(jié)合底物為反應(yīng)定向（2）通過自身價(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（4）金屬離子通過水的離子化促進(jìn)親核催化。（六）多元催化和協(xié)同效應(yīng)在酶催化反應(yīng)中，常常是幾個(gè)基元催化反應(yīng)配合在一起共同起作用。（七）活性部位微環(huán)境的影響⑴疏水環(huán)境介電常數(shù)低，加強(qiáng)極性基團(tuán)間的作用。⑵電荷環(huán)境在酶活性中心附近，往往有一電荷離子，可穩(wěn)定過渡態(tài)的離子四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例（一）溶菌酶（lysozyme）NAG:N-乙酰氨基葡萄糖NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸

溶菌酶-底物復(fù)合物

酶切位點(diǎn)溶菌酶活性中心與底物結(jié)合示意圖Asp52Glu35（極性區(qū)）（非極性區(qū)）溶菌酶催化反應(yīng)機(jī)理C1+非極性區(qū)極性區(qū)HO-E環(huán)H2O（廣義酸堿催化）（二）RNaseA

RNase-底物復(fù)合物RNase活性中心的酸堿催化機(jī)理核糖核酸鏈?zhǔn)躌nase水解的位點(diǎn)（三）羧肽酶A

羧肽酶活性中心Zn2+的中心作用羧肽酶活性中心必需基團(tuán)與底物間的結(jié)合ZnZn羧肽酶結(jié)合底物前后構(gòu)象變化羧肽酶活性中心的共價(jià)催化機(jī)理

145（四）絲氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）胰凝乳蛋白酶分子中催化三聯(lián)體構(gòu)象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的電荷中繼網(wǎng)B.加上底物后，從Ser轉(zhuǎn)移一個(gè)質(zhì)子給His，帶正電荷的咪唑基通過帶負(fù)電荷的Asp靜電相互作用被穩(wěn)定Ser195102AspHis57底物氫鍵體系-電荷中繼網(wǎng)胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制（1）結(jié)合底物His57質(zhì)子供體形成共價(jià)ES復(fù)合物C-N鍵斷裂底物胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制（2）

氨基產(chǎn)物釋放四面體中間物的瓦解水親核攻擊羧基產(chǎn)物釋放H2OR-NH2五、酶活性的調(diào)節(jié)控制（一）別構(gòu)調(diào)控概念：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價(jià)結(jié)合后導(dǎo)致酶分子發(fā)生構(gòu)象改變，進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)，稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)，具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱別構(gòu)酶(allostericenzyme)。別構(gòu)酶促反應(yīng)底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系不符合米氏方程，呈S型曲線。凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)物(effector)，通常為小分子代謝物或輔因子。如因別構(gòu)導(dǎo)致酶活性增加的物質(zhì)稱為正效應(yīng)物(positiveeffector)或別構(gòu)激活劑，反之稱負(fù)效應(yīng)物(negativeeffector)或別構(gòu)抑制劑。別構(gòu)調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，許多代謝途徑的關(guān)鍵酶利用別構(gòu)調(diào)節(jié)來控制代謝途徑之間的平衡，研究別構(gòu)調(diào)控有重要的生物學(xué)意義。A--非調(diào)節(jié)酶B-正協(xié)同別構(gòu)酶的S形曲線

別構(gòu)酶與米氏酶的動(dòng)力學(xué)曲線比較當(dāng)?shù)孜餄舛劝l(fā)生很小的變化時(shí)，別構(gòu)酶就極大地控制著反應(yīng)速度。在正協(xié)同效應(yīng)中使得酶反應(yīng)速度對(duì)底物濃度的變化極為敏感。區(qū)分酶的類型有兩種標(biāo)準(zhǔn)a.Koshland標(biāo)準(zhǔn)：CI（cooperativityindex）協(xié)同指數(shù)：酶分子中的結(jié)合位點(diǎn)被底物飽和90%和10%時(shí)底物濃度的比值。亦稱飽和比值Rs(saturationratio)

Rs=

酶與底物結(jié)合達(dá)90%飽和度時(shí)底物濃度酶與底物結(jié)合達(dá)10%飽和度時(shí)底物濃度Rs=81米氏類型酶

Rs

81具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶

Rs

81具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶b.Hill系數(shù)：Hill系數(shù)=1米氏類型酶

Hill系數(shù)1具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶

Hill系數(shù)1具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶1--非調(diào)節(jié)酶2--正協(xié)同別構(gòu)酶3--負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶

正、負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶的動(dòng)力學(xué)曲線比較

具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的酶在底物濃度較低的范圍內(nèi)酶活力上升快，但再繼續(xù)下去，底物濃度雖有較大的提高，但反應(yīng)速度升高卻較小。使得酶反應(yīng)速度對(duì)底物濃度的變化不敏感天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）ATCaseATP+氨甲酰磷酸天冬氨酸CTP-UTPUMP氨甲酰天冬氨酸E.coli的ATCase的亞基排列c:催化亞基（catalyticsubunit）r:調(diào)節(jié)亞基（

regulativesubunit）ATCase半分子（c3r3)的結(jié)構(gòu)ATCase的別構(gòu)過渡作用低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性構(gòu)象R(relax)-態(tài)RRRRRRPALA

PALA(N-磷乙酰-L-天冬氨酸)結(jié)合到ATCase活性中心的模型ATCase變構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征ATP（正效應(yīng)劑）CTP（負(fù)效應(yīng)劑）低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性構(gòu)象R(relax)-態(tài)RRRRRRVmax1/2VmaxKm別構(gòu)酶的齊變模型SSSSSSSSSST狀態(tài)（對(duì)稱亞基）R狀態(tài)（對(duì)稱亞基）SSSS對(duì)稱亞基對(duì)稱亞基齊步變化別構(gòu)酶的序變模型SSSSSSSSSSSSSS亞基全部處于R型亞基全部處于T型依次序變化（二）酶的共價(jià)修飾某些酶可以通過其它酶對(duì)其多肽鏈上某些基團(tuán)進(jìn)行可逆的共價(jià)修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性。這類酶稱為共價(jià)修飾酶。目前發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種酶被翻譯后都要進(jìn)行共價(jià)修飾，其中一部分處于分支代謝途徑，成為對(duì)代謝流量起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶或限速酶。

由于這種調(diào)節(jié)的生理意義廣泛，反應(yīng)靈敏，節(jié)約能量，機(jī)制多樣，在體內(nèi)顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導(dǎo)致級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，所以日益引人注目。AP1GEDCBHEa-bEc-dEc-g關(guān)鍵酶（限速酶）P2蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化

蛋白激酶ATPADP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Pn蛋白磷酸酶nPiH2O第一類：Ser/Thr型第二類：Tyr型

第一類：Ser/Thr型第二類：Tyr型第三類：雙重底物型反應(yīng)類型共價(jià)修飾被修飾的氨基酸殘基共價(jià)修飾反應(yīng)的例子磷酸化腺苷?；蜍挣；疶yr,Ser,Thr.HisTyrTyr甲基化GluS-腺苷-MetS-腺苷-同型

CysATPADP腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖456

級(jí)聯(lián)系統(tǒng)