酶的功能及作用

關(guān)于酶的功能及作用主要內(nèi)容第一節(jié)酶的概況第二節(jié)酶促反應(yīng)機(jī)制第三節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)第四節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)控制第五節(jié)酶活力測定、酶的制備第2頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)酶的概況一、酶的概念酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)或核酸分子。第3頁,共173頁，2024年2月25日，星期天二、酶學(xué)研究簡史公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。一百余年前，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動的結(jié)果。1878年，Kuhne首次提出

Enzyme

一詞。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。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。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，發(fā)現(xiàn)脫氧核酶。第4頁,共173頁，2024年2月25日，星期天三、酶的化學(xué)本質(zhì)

1．大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)

1926年美國Sumner得到脲酶的結(jié)晶，并指出酶是蛋白質(zhì).1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)。J.B.SumnerJ.H.Northrop第5頁,共173頁，2024年2月25日，星期天證據(jù)：▲引起蛋白質(zhì)變性的理化因素，可引起酶失活▲兩性電解質(zhì)▲水解產(chǎn)生氨基酸▲受蛋白水解酶作用失活▲具有膠體的性質(zhì)▲化學(xué)反應(yīng)第6頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2．核酶

1982年美國T.Cech（切克）等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲的rRNA前體能在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，發(fā)現(xiàn)RNA有催化活性。

ThomasCechUniversityofColoradoatBoulder,USA

SidneyAltmanYaleUniversityNewHaven,CT,USA

Cech和Altman（阿爾特曼）各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了RNA的催化活性，并命名這一類酶為ribozyme（核酶）第7頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共173頁，2024年2月25日，星期天3．有些DNA也有催化活性

1995年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子亦具有催化活性。4．抗體酶（abzyme)抗體酶：指具有催化功能的抗體分子，在抗體分子的可變區(qū)（即肽鏈的N端）是識別抗原的活性區(qū)域，這部分區(qū)域被賦予了酶的屬性。

1986年美國Schultz和Lerner兩個實(shí)驗(yàn)室同時在Science上發(fā)表論文，報道他們成功地得到了具有催化活性的抗體。第10頁,共173頁，2024年2月25日，星期天四、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)1.酶與一般催化劑的共同點(diǎn)①在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化；②只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；③只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。第11頁,共173頁，2024年2月25日，星期天①酶促反應(yīng)具有極高的效率②酶促反應(yīng)具有高度的特異性③酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性④酶促反應(yīng)要求嚴(yán)格的環(huán)境條件酶易失活2.酶促反應(yīng)的特點(diǎn)

第12頁,共173頁，2024年2月25日，星期天五、酶的專一性（特異性）酶的專一性是指酶對它所催化的反應(yīng)及其底物具有的嚴(yán)格的選擇性，通常一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。第13頁,共173頁，2024年2月25日，星期天類型第14頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶的專一性（特異性，specificity）

1、絕對專一性（absolutespecificity）例:第15頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（1）族專一性（基團(tuán)專一性，groupspecificity）相對專一性（relativespecificity）A—B或A—B如α-D-葡萄糖苷酶第16頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（2）鍵專一性A—B第17頁,共173頁，2024年2月25日，星期天3、立體專一性（stereospecificity）（1）D-，L-立體異構(gòu)專一性（2）幾何異構(gòu)專一性第18頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（3）酶能區(qū)分從有機(jī)化學(xué)觀點(diǎn)來看是屬于對稱分子中兩個等同的基團(tuán)，只催化其中的一個基團(tuán)，而不催化另一個。例1：若甘油激酶不能區(qū)分兩個—CH2OH基團(tuán)，則會生成:和第19頁,共173頁，2024年2月25日，星期天例2：第20頁,共173頁，2024年2月25日，星期天六、酶的分類1.根據(jù)酶所作用的反應(yīng)性質(zhì)第21頁,共173頁，2024年2月25日，星期天六大類酶催化反應(yīng)的性質(zhì)

氧化還原酶類（oxido-reductases）催化氧化還原反應(yīng)的酶，包括氧化酶類、脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶等。第22頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（1）氧化酶類：催化底物脫氫，并氧化生成H2O或H2O2

。鄰苯二酚氧化酶（EC1.10.3.1，鄰苯二酚：氧氧化酶）鄰苯二酚鄰苯醌第23頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（2）脫氫酶類：直接催化底物脫氫A·2H+B

A+B·2H

例：乳酸脫氫酶（EC1.1.1.27，L-乳酸：NAD+氧化還原酶）乳酸丙酮酸第24頁,共173頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)移酶類（transferases）催化基團(tuán)的轉(zhuǎn)移例：谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）（EC2.6.1.2，L-丙氨酸：

α—酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶）第25頁,共173頁，2024年2月25日，星期天水解酶類（hydrolases）AB+H2O A·OH+BH

第26頁,共173頁，2024年2月25日，星期天裂合酶類（lyases）從底物移去一個基團(tuán)而形成雙鍵或逆反應(yīng)AB

A+B

例1：第27頁,共173頁，2024年2月25日，星期天例2：第28頁,共173頁，2024年2月25日，星期天異構(gòu)酶類（isomerase）催化異構(gòu)化反應(yīng)例：第29頁,共173頁，2024年2月25日，星期天連接酶類（ligases,也稱synthetases合成酶類）將兩個小分子合成一個大分子，通常需要ATP供能。例：

第30頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（連接酶）（異構(gòu)）（裂合）（水解）第31頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2.根據(jù)酶的分子組成第32頁,共173頁，2024年2月25日，星期天結(jié)合酶各部分作用：酶蛋白:決定反應(yīng)特異性輔助因子：決定反應(yīng)種類和性質(zhì)第33頁,共173頁，2024年2月25日，星期天輔助因子---金屬離子

A.穩(wěn)定酶蛋白構(gòu)象：穩(wěn)定酶蛋白催化活性所必需的分子構(gòu)象B.構(gòu)成酶的活性中心：作為酶的活性中心的組成成分，參與構(gòu)成酶的活性中心C.連接作用：作為橋梁，將底物分子與酶蛋白螯合起來D.傳遞電子、原子或基團(tuán)E.中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力第34頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共173頁，2024年2月25日，星期天輔助因子---小分子有機(jī)化合物

主要作用是參與酶的催化作用，在催化中起著原子、電子或某些化學(xué)基團(tuán)的傳遞。種類很多，分子結(jié)構(gòu)中常含有維生素或維生素類物質(zhì)第36頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（共價結(jié)合）第38頁,共173頁，2024年2月25日，星期天3.根據(jù)酶的結(jié)構(gòu)單體酶通常為一條多肽鏈，但也有由二硫鍵相連的多條多肽鏈的情況。寡聚酶兩個或兩個以上亞基組成的酶多酶復(fù)合體——有幾種功能相關(guān)的酶靠非共價鍵彼此嵌合形成的一個復(fù)合物稱為多酶復(fù)合體。多酶體系

——在完整細(xì)胞內(nèi)的某一代謝過程中，由幾個酶形成的反應(yīng)體系。多酶體系的存在增加了整個代謝反應(yīng)的催化效率，同時便于機(jī)體對酶的調(diào)控。第39頁,共173頁，2024年2月25日，星期天七、酶的命名根據(jù)國際酶學(xué)委員會的建議，每個酶允許有兩個名稱：習(xí)慣名和系統(tǒng)名。1.習(xí)慣命名法：底物名+“酶”如淀粉酶有時在名字前加上酶的來源。如胃蛋白酶反應(yīng)性質(zhì)+“酶”如水解酶習(xí)慣名一般比較簡短，使用方便；但缺乏系統(tǒng)性，不夠精確，有時會一酶數(shù)名或一名數(shù)酶的現(xiàn)象。第40頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

2.系統(tǒng)命名法

底物名+反應(yīng)類型+“酶”若底物二個或二個以上，則所有底物都需寫出，各底物間以冒號隔開。若底物中有水，可省略。所有底物的構(gòu)型都應(yīng)標(biāo)明。反應(yīng)類型指酶學(xué)委員會規(guī)定的六種。例如“乳酸脫氫酶”的系統(tǒng)名為“L-乳酸:NAD+氧化還原酶”第41頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶的標(biāo)碼:

國際酶學(xué)委員會規(guī)定，每個酶都有唯一的特定標(biāo)碼。

如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

又如乳酸脫氫酶的編碼是：EC1.1.1.27第42頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酶促反應(yīng)機(jī)制第44頁,共173頁，2024年2月25日，星期天活性中心的基團(tuán)均屬必需基團(tuán)，但必需基團(tuán)還包括活性中心以外的其他一些基團(tuán)，它們在維持酶的空間結(jié)構(gòu)、酶活性的調(diào)節(jié)、免疫等方面起著重要的作用。一、酶的活性部位1.酶的活性中心有必需基團(tuán)組成的，具有一定空間結(jié)構(gòu)的，直接與底物結(jié)合，并與酶催化作用直接有關(guān)的結(jié)構(gòu)區(qū)域（微區(qū)）稱為酶的活性中心.第45頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2.必需基團(tuán)與酶活性有關(guān)的基團(tuán)叫必需基團(tuán)（essentialgroup）酶分子中氨基酸側(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)第46頁,共173頁，2024年2月25日，星期天活性中心（activecenter）外的必需基團(tuán)必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)：與底物相結(jié)合活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)催化基團(tuán)：催化底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物活性中心外的必須基團(tuán)維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象或作為調(diào)節(jié)劑的結(jié)合部位所必需。第47頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共173頁，2024年2月25日，星期天例：胰凝乳蛋白酶的肽鏈折疊（示活性中心）

第49頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第50頁,共173頁，2024年2月25日，星期天結(jié)合部位：底物在此與酶分子結(jié)合。一個酶的結(jié)合部位又可以分為各種亞位點(diǎn)，分別與底物的不同部位結(jié)合。催化部位：底物的敏感鍵在此被打斷或形成新的鍵，從而發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。一個酶的催化部位可以不止一個。第51頁,共173頁，2024年2月25日，星期天3.酶的活性中心的特點(diǎn)

都是酶分子表面的一個凹穴，有一定的大小和形狀，但它們不是剛性的，在與底物接觸時表現(xiàn)一定的柔性?；钚圆课粸榉菢O性的微環(huán)境，這有利于與底物的結(jié)合。在活性中心內(nèi)還含有少數(shù)極性基團(tuán)直接與底物相作用。第52頁,共173頁，2024年2月25日，星期天溶菌酶活性中心為一裂縫，可以容納肽多糖的六個單糖基，并與之形成氫鍵和范德華力。結(jié)合基團(tuán)是101位的天冬氨酸和108位的色氨酸催化基團(tuán)是35位的谷氨酸和52位的天冬氨酸。第53頁,共173頁，2024年2月25日，星期天二、酶促反應(yīng)機(jī)理活化分子：反應(yīng)中能量較高的、能發(fā)生有效碰撞的分子，叫做活化分子活化能：在一定溫度下，1摩爾底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能。單位kJ/mol

第54頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第55頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶的催化機(jī)理是降低活化能第56頁,共173頁，2024年2月25日，星期天例2H2O2→2H2O+O2

反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)75.24kJ/mol鈀催化反應(yīng)48.9kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/mol第57頁,共173頁，2024年2月25日，星期天三、中間產(chǎn)物學(xué)說酶催化時，酶活性中心首先與底物結(jié)合生成一種酶-底物復(fù)合物（ES），此復(fù)合物再分解釋放出酶，并生成產(chǎn)物。

一般化學(xué)反應(yīng)歷程：

SP酶促反應(yīng)歷程：

S+EESE+P第58頁,共173頁，2024年2月25日，星期天四、誘導(dǎo)契合學(xué)說

（INDUCED-FITHYPOTHESIS）

1958年Koshland提出“誘導(dǎo)契合學(xué)說”：酶分子活性中心的結(jié)構(gòu)原來并非和底物的結(jié)構(gòu)互相吻合，但酶的活性中心是柔性的而非剛性的。當(dāng)?shù)孜锱c酶相遇時，可誘導(dǎo)酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生相應(yīng)的變化，其上有關(guān)的各個基團(tuán)達(dá)到正確的排列和定向，因而使底物和酶能完全契合，結(jié)合成中間絡(luò)合物，并有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)物從酶上脫落下來后，酶的活性中心又恢復(fù)了原來的構(gòu)象。第59頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第61頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第62頁,共173頁，2024年2月25日，星期天五、與酶的高效率催化有關(guān)的因素

1．鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)：指酶和底物結(jié)合形成中間復(fù)合物時，底物分子之間，酶的催化基團(tuán)與底物之間結(jié)合與同一分子，使有效濃度增加，從而使反應(yīng)速率增加的效應(yīng)（兩個反應(yīng)的分子，它們反應(yīng)的基團(tuán)需要互相靠近，才能反應(yīng)）。定向效應(yīng):指酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間的正確定向。

第63頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第64頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2．張力效應(yīng)和底物的形變第65頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

3．廣義的酸堿催化酸堿催化：瞬時向反應(yīng)物中提供質(zhì)子或從反應(yīng)物中提供質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，加速反應(yīng)。狹義的酸堿催化：在水溶液中通過高反應(yīng)性的H+離子或OH-離子對化學(xué)反應(yīng)速度表現(xiàn)出的催化作用。廣義的酸堿催化：通過H+離子或OH-離子及能提供H+離子或OH-離子的供體進(jìn)行的催化組成酶活性中心的極性基團(tuán)，在底物的變化中起質(zhì)子的供體或受體的作用。第66頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶活性中心處可以提供質(zhì)子或接受質(zhì)子而起廣義酸堿催化作用的功能基團(tuán)有：谷氨酸、天冬氨酸側(cè)鏈上的羧基絲氨酸、酪氨酸中的羥基半胱氨酸中的巰基賴氨酸側(cè)鏈上的氨基精氨酸中的胍基組氨酸中的咪唑基第67頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第68頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第69頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

4．共價催化它是指酶活性中心處的極性基團(tuán)，在催化時，能分別放出電子或汲取電子并作用于底物的缺電子中心或負(fù)電中心，迅速形成不穩(wěn)定的共價中間復(fù)合物，降低反應(yīng)活化能，使反應(yīng)加劇。根據(jù)活性中心處極性基團(tuán)對底物進(jìn)攻的方式不同，共價催化可分為親電催化與親核催化兩種。第70頁,共173頁，2024年2月25日，星期天活性中心處的親核基團(tuán)有：絲氨酸的羥基半胱氨酸的巰基組氨酸的咪唑基底物上典型的親電中心：磷?；?、酰基、糖基第71頁,共173頁，2024年2月25日，星期天特別注意：組氨酸的咪唑基既是很強(qiáng)的親核基團(tuán)，又是有效的廣義酸堿功能基團(tuán)。

影響酸堿催化反應(yīng)速度的因素有兩個第一個是酸堿的強(qiáng)度：在這些功能基團(tuán)中，組氨酸的咪唑基的解離情況pK值為6.0，在生理pH條件下，既可以作質(zhì)子的供體又可作質(zhì)子的受體。因此，咪唑基是催化中最有效最活潑的一個催化功能基團(tuán)；第二個是這些功能基團(tuán)供出質(zhì)子或接受質(zhì)子的速度，其中的咪唑基的情況特別突出，它供出或接受質(zhì)子的速度十分迅速，其半衰期小于10-10秒。而且，供出或接受質(zhì)子的速度幾乎相等。由于咪唑基有如此的優(yōu)點(diǎn)，所以雖然組氨酸在大多數(shù)蛋白質(zhì)中含量很少，卻很重要，在許多酶的活性中心處都含有組氨酸。推測很可能在生物進(jìn)化過程中，它不是作為一般的結(jié)構(gòu)蛋白成分，而是被選擇作為酶分子中的催化結(jié)構(gòu)而存在下來的。具有酸堿催化特征的酶促反應(yīng)，酶與底物結(jié)合成的中間產(chǎn)物是離子型絡(luò)合物。第72頁,共173頁，2024年2月25日，星期天使底物靠攏使底物分子產(chǎn)生應(yīng)力使底物分子電荷變化第73頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

5.金屬離子催化

6.多元催化和協(xié)同效應(yīng)

7.活性部位微環(huán)境的影響第74頁,共173頁，2024年2月25日，星期天注意：一種酶的催化反應(yīng)常常是多種催化機(jī)制的綜合作用，這是酶促反應(yīng)高效率的重要原因

第75頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)

KINETICSOFENZYME-CATALYZEDREACTION

酶促反應(yīng)動力學(xué):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。第76頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶促反應(yīng)速度的測定第77頁,共173頁，2024年2月25日，星期天影響因素包括有：

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，其余各因素均恒定。第78頁,共173頁，2024年2月25日，星期天一、酶濃度對反應(yīng)速度的影響

當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比，即ν=k[E]。

第79頁,共173頁，2024年2月25日，星期天二、溫度對反應(yīng)速度的影響

一般來說，酶促反應(yīng)速度隨溫度的增高而加快。但當(dāng)溫度增加達(dá)到某一點(diǎn)后，由于酶蛋白的熱變性作用，反應(yīng)速度迅速下降，直到完全失活。酶促反應(yīng)速度隨溫度升高而達(dá)到一最大值時的溫度就稱為酶的最適溫度。第80頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第81頁,共173頁，2024年2月25日，星期天三、PH對反應(yīng)速度的影響

觀察pH對酶促反應(yīng)速度的影響，通常為一“鐘形”曲線，即pH過高或過低均可導(dǎo)致酶催化活性的下降。酶催化活性最高時溶液的pH值就稱為酶的最適pH。第82頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第83頁,共173頁，2024年2月25日，星期天最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時的環(huán)境pH。0酶活性pH胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810第84頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（一）底物對酶促反應(yīng)的飽和現(xiàn)象：研究前提：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，即底物的消耗量在5﹪以內(nèi)的反應(yīng)速度底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度四、底物濃度對反應(yīng)速度的影響

第85頁,共173頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時：反應(yīng)速率與底物濃度呈正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)隨底物濃度增加：反應(yīng)速率不再呈正比例增加反應(yīng)為混合級反應(yīng)當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度：反應(yīng)速率不再增加；反應(yīng)為零級反應(yīng)在其他因素不變的條件下，底物濃度對反應(yīng)速率的影響呈矩形雙曲線型第86頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

第87頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（二）米氏方程式的推導(dǎo)

Michaelis&Menten于1913年推導(dǎo)出了上述矩形雙曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即著名的米氏方程(Michaelisequation)。

V不同的底物濃度時的反應(yīng)速率；[S]底物濃度；Vmax最大反應(yīng)速率；Km米氏常數(shù)第88頁,共173頁，2024年2月25日，星期天Michaelis-Menten的三個假設(shè)：

(1)推導(dǎo)的v為反應(yīng)初速度→產(chǎn)物的生成量很少→k2的反應(yīng)忽略不計(jì)。

(2)反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài)即[ES]不變→ES的生成量=ES的分解量(3)[S]>>[E]→[S]>>[ES]第89頁,共173頁，2024年2月25日，星期天[ES]生成速度：，[ES]分解速度：當(dāng)酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)時：即：令：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當(dāng)[Et]=[ES]時，(4)所以

將（4）代入（3），則：米氏方程的推導(dǎo)恒態(tài)法第90頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（三）KM的意義：1.Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。即當(dāng)ν=Vmax/2時，Km=[S]。第91頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2.Km值的大小可以近似反應(yīng)酶與底物親和力的大小。Km越小，酶與底物的親和力越大。3.可用于判斷反應(yīng)級數(shù)：當(dāng)[S]<0.01Km時，反應(yīng)為一級反應(yīng)；當(dāng)[S]>100Km時，ν=Vmax，反應(yīng)為零級反應(yīng)；當(dāng)0.01Km<[S]<100Km時，為混合級反應(yīng)。第92頁,共173頁，2024年2月25日，星期天4.Km是酶的特征性常數(shù)：只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。5.Km可用來判斷酶的最適底物：如酶能催化幾種不同的底物，對每種底物都有一個特定的Km值，其中Km值最小的稱該酶的最適底物。

第93頁,共173頁，2024年2月25日，星期天雙倒數(shù)作圖法LINEWEAVER-BURK：

（四）Km和Vmax的測定：

第94頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（五）雙底物雙產(chǎn)物反應(yīng)

A+B P+Q雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng)按動力學(xué)機(jī)制可分為兩大類:雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng)序列反應(yīng)（sequentialreactions）乒乓反應(yīng)（pingpongreactions）有序序列反應(yīng)（orderdreactions）隨機(jī)序列反應(yīng)（randomreactions）第95頁,共173頁，2024年2月25日，星期天1．有序序列反應(yīng)（orderedreactions

寫作orderedBiBi）第96頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2．隨機(jī)序列反應(yīng)（randomreactions，寫作RandomBiBi）第97頁,共173頁，2024年2月25日，星期天3．乒乓反應(yīng)（pingpongreactions，寫作unipingpongorPingPongBiBi）第98頁,共173頁，2024年2月25日，星期天五、抑制劑對反應(yīng)速度的影響凡是能降低酶促反應(yīng)速度，但不引起酶分子變性失活的物質(zhì)統(tǒng)稱為酶的抑制劑(inhibitor)。按照抑制劑的抑制作用，可將其分為不可逆抑制作用(irreversibleinhibition)和可逆抑制作用(reversibleinhibition)兩大類。第99頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（一）不可逆抑制作用：

抑制劑與酶分子的某些基團(tuán)共價結(jié)合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等簡單方法使酶活性恢復(fù)的抑制作用就是不可逆抑制作用。*舉例有機(jī)磷化合物

羥基酶解毒------解磷定(PAM)

重金屬離子及砷化合物

巰基酶解毒------二巰基丙醇(BAL)第100頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

有機(jī)磷化合物對羥基酶的抑制第101頁,共173頁，2024年2月25日，星期天路易士氣失活的酶巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物第102頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（二）可逆性抑制作用：抑制劑以非共價鍵與酶分子可逆性結(jié)合造成酶活性的抑制，且可采用透析等簡單方法去除抑制劑而使酶活性完全恢復(fù)的抑制作用就是可逆抑制作用?？赡嬉种谱饔冒ǜ偁幮?、反競爭性、和非競爭性抑制幾種類型。第103頁,共173頁，2024年2月25日，星期天1.競爭性抑制（competitiveinhibi-tion)：（1）概念：抑制劑與底物競爭與酶的某一部位結(jié)合，從而干擾了酶與底物的結(jié)合，使酶的催化活性降低，稱為競爭性抑制作用。第104頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第105頁,共173頁，2024年2月25日，星期天競爭性抑制第106頁,共173頁，2024年2月25日，星期天競爭性抑制的速度方程與圖形特征第107頁,共173頁，2024年2月25日，星期天競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征

第108頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（2）競爭性抑制的特點(diǎn)：①競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應(yīng)產(chǎn)物；②抑制劑同酶的結(jié)合部位與底物同酶的結(jié)合部位相同或不同；③抑制劑濃度越大，則抑制作用越大；但增加底物濃度可使抑制程度減小；④動力學(xué)參數(shù)：Km值增大，Vm值不變。第109頁,共173頁，2024年2月25日，星期天*舉例

1.丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸第110頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2.磺胺藥對細(xì)菌FH2合成酶的抑制第111頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2．反競爭性抑制：（1）概念抑制劑不能與游離酶結(jié)合，但可與ES復(fù)合物結(jié)合并阻止產(chǎn)物生成，使酶的催化活性降低，此抑制作用稱酶的反競爭性抑制。第112頁,共173頁，2024年2月25日，星期天抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物結(jié)合，使ES的量下降。第113頁,共173頁，2024年2月25日，星期天反競爭性抑制第114頁,共173頁，2024年2月25日，星期天?反競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征

第115頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第116頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（2）反競爭性抑制的特點(diǎn)：①反競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；②抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結(jié)合；③必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加；④動力學(xué)參數(shù)：Km減小，Vm降低。第117頁,共173頁，2024年2月25日，星期天3．非競爭性抑制：（1）概念抑制劑既可以與游離酶結(jié)合，也可以與ES復(fù)合物結(jié)合，使酶的催化活性降低，稱為非競爭性抑制。第118頁,共173頁，2024年2月25日，星期天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。第119頁,共173頁，2024年2月25日，星期天非競爭性抑制第120頁,共173頁，2024年2月25日，星期天非競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征

第121頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第122頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（2）非競爭性抑制的特點(diǎn)：

①非競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；②底物和抑制劑分別獨(dú)立地與酶的不同部位相結(jié)合；③抑制劑對酶與底物的結(jié)合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響；④動力學(xué)參數(shù)：Km值不變，Vm值降低。第123頁,共173頁，2024年2月25日，星期天各種可逆性抑制作用的比較

作用特征競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制與I結(jié)合的組分EE、ESES表觀Km增大不變減小Vmax不變降低降低第124頁,共173頁，2024年2月25日，星期天六、激活劑對反應(yīng)速度的影響

1.必需激活劑:

對酶促反應(yīng)是不可缺少的,使酶從無活性變?yōu)橛谢钚?必須激活劑常常是金屬離子,例如:Mg2+

對己糖激酶2.非必需激活劑:在非必需激活劑不存在時,酶仍然有一定的催化活性,但催化效率較低,加入激活劑后酶的催化活性顯著升高,許多有機(jī)化合物類激活劑都屬于此類,如膽汁酸對脂肪酶的激活，Cl-

對唾液淀粉酶的激活。第125頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)控制TheRegulationofEnzyme

第126頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶活性的調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)）酶含量的調(diào)節(jié)（緩慢調(diào)節(jié)）

調(diào)節(jié)方式

調(diào)節(jié)對象關(guān)鍵酶酶原激活別構(gòu)調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié)第127頁,共173頁，2024年2月25日，星期天一、酶原的激活1.酶原(zymogen/proenzyme)：有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。酶原的激活：在一定條件下，酶原轉(zhuǎn)化為有活性酶的過程。酶原的激活過程不可逆。第128頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

2.酶原激活的機(jī)理酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心

一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽在特定條件下第129頁,共173頁，2024年2月25日，星期天3、舉例（1）消化酶的激活A(yù)）胰蛋白酶原的激活第130頁,共173頁，2024年2月25日，星期天胰蛋白酶原的激活過程第131頁,共173頁，2024年2月25日，星期天B）胰凝乳蛋白酶原（CHYMOTRYPSINOGEN）的激活第132頁,共173頁，2024年2月25日，星期天C）胃蛋白酶原的激活第133頁,共173頁，2024年2月25日，星期天胃蛋白酶原的激活過程第134頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶原激活的本質(zhì)就是酶的活性部位形成或暴露的過程。第135頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（2）凝血機(jī)制

被傷害的血管收縮

血小板粘聚

血液凝集第136頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第137頁,共173頁，2024年2月25日，星期天

4.酶原激活的生理意義避免細(xì)胞產(chǎn)生的酶對細(xì)胞進(jìn)行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)行。有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。第138頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第139頁,共173頁，2024年2月25日，星期天二、變構(gòu)調(diào)節(jié)(ALLOSTERICREGULATION)

變構(gòu)效應(yīng)劑(allostericeffector)變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑變構(gòu)調(diào)節(jié)

變構(gòu)酶(allostericenzyme)

變構(gòu)部位(allostericsite)一些代謝物可與某些酶分子活性中心以外的部位可逆地結(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)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。第140頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（二）變構(gòu)酶的性質(zhì)及作用特點(diǎn)1.變構(gòu)酶多為寡聚酶，含多個亞基。2.通常具有四級結(jié)構(gòu)，存在協(xié)同效應(yīng)3.含有催化亞基和調(diào)節(jié)亞基（或催化部位和調(diào)節(jié)部位）。4.變構(gòu)酶的動力學(xué)正協(xié)同效應(yīng)的變構(gòu)酶其速度-底物濃度曲線呈S形，負(fù)協(xié)同效應(yīng)的變構(gòu)酶其速度-底物濃度曲線為類似雙曲線。由于變構(gòu)酶動力學(xué)不符合米氏酶的動力學(xué)，所以當(dāng)反應(yīng)速度達(dá)到最大速度一半時的底物的濃度，不能用Km表示，而代之以K0.5S表示。第141頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第142頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第143頁,共173頁，2024年2月25日，星期天5.變構(gòu)劑與調(diào)節(jié)亞基以非共價鍵特異結(jié)合，可以改變調(diào)節(jié)亞基的構(gòu)象，進(jìn)而改變催化亞基的構(gòu)象，從而改變酶活性。凡使酶活性增強(qiáng)的變構(gòu)劑稱變構(gòu)激活劑(allostericactivitor)，它能使上述S型曲線左移，飽和量的變構(gòu)激活劑可將S形曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦坞p曲線。凡使酶活性減弱的變構(gòu)劑稱變構(gòu)抑制劑(allostericinhibitor)，能使S形曲線右移。第144頁,共173頁，2024年2月25日，星期天變構(gòu)激活劑使S型曲線左移，變構(gòu)抑制劑使S形曲線右移。第145頁,共173頁，2024年2月25日，星期天6.當(dāng)一個效應(yīng)物分子與酶結(jié)合之后，影響另一相同的效應(yīng)物分子與酶的另一部位結(jié)合稱為同促效應(yīng)；若一分子效應(yīng)物和酶結(jié)合之后，影響到另一不同的效應(yīng)物分子與酶的另一部位結(jié)合則稱為異促效應(yīng)第146頁,共173頁，2024年2月25日，星期天變構(gòu)調(diào)節(jié)舉例第147頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（三）生理意義1.在正協(xié)同效應(yīng)的變構(gòu)酶的S形曲線中段，底物濃度稍有降低，酶的活性明顯下降，多酶體系催化的代謝通路可因此而被關(guān)閉；反之，底物濃度稍有升高，則酶活性迅速上升，代謝通路又被打開，因此可以通過細(xì)胞內(nèi)底物濃度的變化來靈敏地控制代謝速度。2.變構(gòu)抑制劑常是代謝通路的終產(chǎn)物，變構(gòu)酶常處于代謝通路的入口，通過反饋抑制，可以及早地調(diào)節(jié)整個代謝通路，減少不必要的底物消耗。第148頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第149頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第150頁,共173頁，2024年2月25日，星期天（三）酶的共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾(covalentmodification)在其他酶的催化下，酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。常見類型磷酸化與脫磷酸化（最常見）乙酰化和脫乙?；谆兔摷谆佘栈兔撓佘栈璖H與－S－S互變第151頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第152頁,共173頁，2024年2月25日，星期天酶的磷酸化與脫磷酸化酶蛋白SerThrTyrOH酶蛋白SerThrTyrOPATPADPPiH2O蛋白激酶蛋白磷酸酶第153頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第154頁,共173頁，2024年2月25日，星期天共價修飾調(diào)節(jié)的特點(diǎn)①受共價修飾的酶存在有（高）活性和無（低）活性兩種形式；②具有級聯(lián)效應(yīng)；③是體內(nèi)經(jīng)濟(jì)、有效的快速調(diào)節(jié)方式。第155頁,共173頁，2024年2月25日，星期天共價修飾酶通常有活性與非活性兩種形式，兩種形式之間轉(zhuǎn)換的正、逆反應(yīng)是由不同的酶催化產(chǎn)生。如骨骼肌中的糖原磷酸化酶有高活性的磷酸化形式與低活性的脫磷酸化形式兩種，從脫磷酸化形式轉(zhuǎn)化成磷酸化形式是由磷酸化酶b激酶催化，反之，則是有由磷酸化酶磷酸酶催化。目前已發(fā)現(xiàn)有幾百種酶被翻譯后都需要進(jìn)行共價修飾，其中一部分處于分支途徑，對其代謝流量起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶，屬于這種酶促共價修飾系統(tǒng)。由于這種調(diào)節(jié)的生理意義廣泛，反應(yīng)靈敏，節(jié)約能源，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)致級聯(lián)放大反應(yīng)，所以日益引人注目。第156頁,共173頁，2024年2月25日，星期天級聯(lián)效應(yīng)第157頁,共173頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)酶的活力測定、酶的制備及應(yīng)用一、酶活力的測定1.概念

指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力，通常用最適條件下酶所催化的化學(xué)反應(yīng)的速度來衡量。酶促反應(yīng)的速度越快，表示酶的活力越高。反之，則低。第158頁,共173頁，2024年2月25日，星期天2.酶活力的表示法酶活力的大小用酶活力單位來表示。常用的酶活力單位有三種：（1）.國際單位：

在標(biāo)準(zhǔn)條件（25℃、最適pH、最適底物濃度）下，酶在1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1umol底物所需的酶量叫做1個酶的活力單位（IU）。這種單位是由國際酶學(xué)委員會規(guī)定的。第159頁,共173頁，2024年2月25日，星期天(2).Kat單位：在最適條件下