酶與催化反應

酶與催化反應能提高化學反應速率，而本身結構與性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)酶的定義生物催化劑第2頁,共160頁，2024年2月25日，星期天BiochemicalPathways第3頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶學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系。1897年，Buchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現(xiàn)了發(fā)酵。

1913年，LeonorMichaelis和MaudMenten推導出酶反應的動力學方程式。1926~1930年，JamesSumner和JohnH.Northrop分別將脲酶和胃蛋白酶、胰蛋白酶制成結晶，確定了酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)。1941年，GeorgeBeadle和EdwardTatum的“一個基因一個酶”假說首次將蛋白質(zhì)與基因聯(lián)系在一起，推動了生物化學與遺傳學的結合。

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研究室首先報道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。第4頁,共160頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)

酶和酶促反應

EnzymesandEnzymaticReactions

第5頁,共160頁，2024年2月25日，星期天一、化學反應具有熱力學和動力學特性

（一）熱力學性質(zhì)涉及反應平衡和能量平衡1．反應平衡可用平衡常數(shù)來描述

反應平衡（reactionequilibrium）

任何一個化學反應在正向反應與逆向反應速率相等時，反應便不再有新的產(chǎn)物生成,這時的化學反應稱為反應平衡。

平衡常數(shù)（equilibriumconstant,Keq）

平衡常數(shù)是指化學反應達到平衡時，反應產(chǎn)物濃度積與剩余底物濃度積之比。

第6頁,共160頁，2024年2月25日，星期天S1+S2P1+P2Keq=[P1]eq[P2]eq[S1]eq[S2]eq一定的溫度下，Keq與反應的初始濃度無關，它反映化學反應的本性。Keq越大則反應越傾向于產(chǎn)物的生成，即正向反應進行得越完全；Keq越小則逆反應的程度越大。Keq是化學反應可能進行的最大限度的量度。

第7頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2．自由能的變化是化學反應的動力

自由能（freeenergy）

自由能是能夠用于做功的能量。

反應物的自由能（G）與其焓、溫度（T）和熵（S）相關，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，在化學反應中能量的變化可以用自由能變（

G）來量度。

G=

H

T

S

第8頁,共160頁，2024年2月25日，星期天自由能的變化是化學反應的動力，影響化學反應的方向。

G<0

反應為釋能反應（exergonicreaction）可以自發(fā)進行

G>0

反應為吸能反應（endergonicreaction）不能自發(fā)進行

G=0

反應正逆向速率相等，反應處于平衡狀態(tài)

第9頁,共160頁，2024年2月25日，星期天Examplesofaspontaneousandnonspontaneousprocess.

第10頁,共160頁，2024年2月25日，星期天反應方向與

H、S和T的關系

H

S

G=

H

T

S<0>0在任何溫度下，

G<0，反應自發(fā)向右進行<0<0反應僅在溫度低于

H/

S時，

G<0，反應自發(fā)向右進行>0>0反應僅在溫度高于

H/

S時，

G<0，反應自發(fā)向右進行>0<0在任何溫度下，

G>0，反應均不能自發(fā)向右進行第11頁,共160頁，2024年2月25日，星期天3．標準自由能變與平衡常數(shù)有關

標準自由能變（

G

’）是指在標準狀態(tài)下的自由能變

標準狀態(tài):

壓力=1大氣壓（101.3kPa）

溫度=298K（25

C）

pH=7.0

[S]=[P]=1mol/l

G=

G

’+RTln

[P1][P2][S1][S2]反應達到平衡時即

G=0

G

’=

RTlnK’eq

在S1+S2P1+P2中第12頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）動力學性質(zhì)是對反應速率的描述

動力學是研究化學反應速率及其影響因素的科學。

反應速率是單位體積內(nèi)反應進度隨時間的變化率,任何反應速率均由底物濃度和速率常數(shù)（rateconstant,k）所決定。第13頁,共160頁，2024年2月25日，星期天一級反應（first-orderreaction）:單底物反應二級反應（second-orderreaction）：雙底物反應

V僅依賴于一個底物濃度[S]；

V=k[S]

k的單位是秒

1

V依賴于兩個底物濃度和反應速率常數(shù)V=k[S1][S2]

k的單位是Lmol

1s

1

第14頁,共160頁，2024年2月25日，星期天二、酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)

（一）單純酶僅含有氨基酸組分有些酶其分子結構僅由氨基酸殘基組成，沒有輔助因子。這類酶稱為單純酶（simpleenzyme）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。第15頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）結合酶既含有氨基酸組分又含有非氨基酸組分結合酶（conjugatedenzyme）是除了在其組成中含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，還含有非蛋白質(zhì)部分

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

金屬離子小分子有機化合物全酶(holoenzyme)第16頁,共160頁，2024年2月25日，星期天輔助因子分類（按其與酶蛋白結合的緊密程度）

輔酶

(coenzyme):與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基

(prostheticgroup):與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。第17頁,共160頁，2024年2月25日，星期天一些化學穩(wěn)定的小分子有機化合物是重要的輔酶或輔基。

輔酶在反應過程中可與多種酶蛋白結合，作為底物在不同的酶之間傳遞電子、質(zhì)子或化學基團。輔基在反應中不能離開與其結合的酶蛋白。

第18頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

輔酶或輔基縮寫轉移的基團所含的維生素尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，輔酶INAD+H+、電子尼克酰胺（維生素PP）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，輔酶IINADP+H+、電子尼克酰胺（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ACoASH?；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小分子有機化合物輔酶（輔基）的種類與作用

第19頁,共160頁，2024年2月25日，星期天金屬離子的作用：①作為酶活性中心的組成部分參加催化反應，使底物與酶活性中心的必需基團形成正確的空間排列，有利于酶促反應的發(fā)生；②作為連接酶與底物的橋梁，形成三元復合物；③金屬離子還可以中和電荷，減小靜電斥力，有利于底物與酶的結合；④金屬離子與酶的結合還可以穩(wěn)定酶的空間構象，穩(wěn)定酶的活性中心。第20頁,共160頁，2024年2月25日，星期天金屬酶(metalloenzyme)金屬離子與酶結合緊密，提取過程中不易丟失。

金屬激活酶(metal-activatedenzyme)金屬離子為酶的活性所必需，卻不與酶直接結合，而是通過底物相連接。第21頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

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Se2+蛋白激酶Mg2+、Mn2+己糖激酶Mg2+精氨酸酶Mn2+固氮酶Mo2+磷脂酶CCa2+核糖核苷酸還原酶Mn2+細胞色素氧化酶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22頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（三）單體酶僅含有一條肽鏈而寡聚酶含有兩條或兩條以上的肽鏈單體酶（monomericenzyme）

由一條多肽鏈組成，只具有三級結構的酶。

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23頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

多酶復合物（multienzymecomplex），或稱多酶體系（multienzymesystem）

由催化不同化學反應的多種酶組成的寡聚酶如：丙酮酸脫氫酶復合物

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第24頁,共160頁，2024年2月25日，星期天三、按酶所催化反應的類型將酶分為六大類（一）催化氧化還原反應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25頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）催化分子間基團轉移或交換的酶屬于轉移酶類轉移酶類（transferases）包括將磷酸基從ATP轉到另外底物的激酶、加無機磷酸使化學鍵斷裂的磷酸化酶，以及糖基轉移酶、轉氨酶等。第26頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（三）催化底物發(fā)生水解反應的酶屬于水解酶類水解酶類（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27頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（四）催化從底物移去一個基團并形成雙鍵的反應或其逆反應的酶屬于裂合酶類

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）

催化反應方向相反，一個底物去掉雙鍵，并與另一底物結合形成一個分子的酶。第28頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（五）催化同分異構體相互轉化的酶類屬于異構酶類

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

如：變位酶、表構酶、異構酶。第29頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（六）催化兩種底物形成一種產(chǎn)物同時偶聯(lián)有高能鍵的水解釋能的酶屬于合成酶類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。合成酶類（synthetases）又稱連接酶類（ligases）。第30頁,共160頁，2024年2月25日，星期天四、酶可按其所催化的反應類型予以命名

（一）酶的系統(tǒng)命名法可反映出酶的多種信息但比較繁瑣

習慣命名法，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）

系統(tǒng)命名法根據(jù)酶所催化的整體反應，按酶的分類對酶命名，每個酶都有一個名稱和一個編號。編號中4個數(shù)字中第1個數(shù)字是酶的分類號，第2個數(shù)字代表在此類中的亞類，第3個數(shù)字表示亞-亞類，第4個數(shù)字表示該酶在亞-亞類中的序號。

第31頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶的分類系統(tǒng)名稱編號催化的反應推薦名稱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.轉移酶類L-丙氨酸：

-酮戊二酸氨基轉移酶EC2.6.1.2L-丙氨酸+

-酮戊二酸丙酮酸+L-谷氨酸丙氨酸轉氨酶3.水解酶類1,4-

-D-葡聚糖-聚糖水解酶EC3.2.1.1水解含有3個以上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.異構酶類D-甘油醛-3-磷酸醛-酮-異構酶EC5.3.1.1D-甘油醛-3-磷酸磷酸二羥丙酮丙糖磷酸異構酶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32頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）推薦名稱簡便而常用

由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國際酶學委員會還同時為每一個酶從常用的習慣名稱中挑選出一個推薦名稱（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33頁,共160頁，2024年2月25日，星期天五、同工酶催化相同的化學反應

（一）同工酶是催化相同化學反應而結構不同的一組酶

定義:同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學反應，而酶蛋白的分子結構、理化性質(zhì)乃至免疫學性質(zhì)不同的一組酶。同工酶主要由于基因倍增（duplication）和趨異（divergence）所致。第34頁,共160頁，2024年2月25日，星期天HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶*舉例：乳酸脫氫酶(LDH1～

LDH5)第35頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）同工酶在生物體中的表達分布具有時空特異性

同工酶存在于同一種屬的不同個體，同一個體的不同組織、同一細胞的不同亞細胞結構，以及同一組織、細胞的不同發(fā)育階段。

LDH同工酶紅細胞白細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36頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（三）檢測組織器官同工酶譜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37頁,共160頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酶的工作原理MechanismofEnzymaticReactions

第38頁,共160頁，2024年2月25日，星期天、酶具有與一般催化劑相似的工作原理（一）酶與一般催化劑一樣能降低反應的活化能1．活化能是化學反應的能障

活化能：指在一定溫度下一摩爾底物（substrate）從低自由能的初始態(tài)轉變成能量較高的過渡態(tài)所需要的自由能，即過渡態(tài)中間產(chǎn)物比基態(tài)底物高出的那部分能量。酶和一般催化劑加速反應的機制都是降低反應的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應的活化能。第39頁,共160頁，2024年2月25日，星期天反應總能量改變

非催化反應活化能

酶促反應活化能

一般催化劑催化反應的活化能

能量

反應過程

底物產(chǎn)物

酶促反應活化能的改變

結合能第40頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2．活化能的降低可使反應速率呈指數(shù)上升

化學反應速率與自由能變化的關系

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）（1.381

10

23JK-1）h是普朗克常數(shù)（Planckconstant）（6.62610

34J.s）

G*代表反應的活化能

在標準狀態(tài)下反應活化能降低1倍，反應速率可提高約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高105

1017倍

第41頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）酶與一般催化劑一樣能加速化學反應而不改變反應的平衡點酶與一般催化劑一樣，只能加快反應速率，使其縮短到達反應平衡的時間，而不能改變反應的平衡點。

反應達到平衡時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42頁,共160頁，2024年2月25日，星期天二、酶具有不同于一般催化劑的顯著特點

酶的催化效率通常比無催化劑時的自發(fā)反應高108~1020倍，比一般無機催化劑高107~1013倍。（一）酶對底物具有極高的催化效率第43頁,共160頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶的特異性或?qū)Ｒ恍裕╯pecificity）

酶對其所催化的底物和反應類型具有嚴格的選擇性，一種酶只作用于一種化合物，或一類化學鍵，催化一定的化學反應并產(chǎn)生一定結構的產(chǎn)物的現(xiàn)象。（二）酶對底物具有高度的特異性或?qū)Ｒ恍缘?5頁,共160頁，2024年2月25日，星期天1.有的酶對其底物具有極其嚴格的絕對專一性

有的酶僅對一種特定結構的底物起催化作用，產(chǎn)生具有特定結構的產(chǎn)物。酶對底物的這種極其嚴格的選擇性稱為絕對特異性（absolutespecificity）。

脲酶僅水解尿素，對甲基尿素則無反應。

第46頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2.多數(shù)酶對其底物具有相對特異性

多數(shù)酶可對一類化合物或一種化學鍵起催化作用，這種對底物分子不太嚴格的選擇性稱為相對特異性（relativespecificity）。

脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡單的酯。

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。

第47頁,共160頁，2024年2月25日，星期天各種蛋白酶對肽鍵的專一性

第48頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

人體內(nèi)有多種蛋白激酶，它們均催化底物蛋白質(zhì)絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化

蛋白激酶共有序列蛋白激酶A-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-蛋白激酶C-X-(R/K1-3,X0-2)-(S/T)-(X0-2,R/K1-3)-X蛋白激酶G-X-(R/K)2-3-X-(S/T)-X-Ca2+/鈣調(diào)素蛋白激酶Ⅱ-X-R-X-X-(S/T)-X-第49頁,共160頁，2024年2月25日，星期天3.有些酶對其底物表現(xiàn)出立體異構專一性酶對空間構型所具有的特異性要求稱為空間異構特異性（stereospecificity）

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50頁,共160頁，2024年2月25日，星期天乳酸脫氫酶僅催化L-乳酸脫氫生成丙酮酸，而對D-乳酸無作用。第51頁,共160頁，2024年2月25日，星期天三、酶活性中心是酶與底物結合并將底物轉化為產(chǎn)物的特定部位或稱活性部位(activesite)，指必需基團在空間結構上彼此靠近，組成具有特定空間結構、能與底物特異結合并將底物轉化為產(chǎn)物的區(qū)域。酶的活性中心(activecenter)（一）酶分子上的必需基團與酶的活性密切相關

第52頁,共160頁，2024年2月25日，星期天溶菌酶的活性中心

第53頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶的活性中心由許多必需基團組成

必需基團(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學基團中，與酶活性密切相關的化學基團。常見的必需基團

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

第54頁,共160頁，2024年2月25日，星期天活性中心內(nèi)的必需基團結合基團(bindinggroup)與底物相結合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應有的空間構象所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F第55頁,共160頁，2024年2月25日，星期天底物活性中心以外的必需基團結合基團催化基團活性中心目錄第56頁,共160頁，2024年2月25日，星期天組成酶活性中心的必需基團在一級結構上可能相距很遠，但在形成三級結構時相互接近，形成具有三維結構的區(qū)域，且多是酶分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口袋。

（二）酶的活性中心的構象有利于酶與底物結合及催化反應胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心“口袋”

第57頁,共160頁，2024年2月25日，星期天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合時，發(fā)生構象改變，相互誘導契合，增加與底物的互補性

大多數(shù)情況下底物與酶活性中心最初的結合是非共價性的

氫鍵離子鍵疏水鍵vanderWaals力

酶與底物結合的力第58頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（一）酶與底物之間的相互作用表現(xiàn)有多種效應1．酶與底物結合時相互誘導發(fā)生構象改變

誘導契合假說（induced-fithypothesis）

酶-底物復合物

E+SE+PES

酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形和相互適應，進而相互結合。這一過程稱為酶-底物結合的誘導契合假說。四、酶對底物具有多種催化機制

第59頁,共160頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共160頁，2024年2月25日，星期天羧肽酶的誘導契合模式底物第61頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2．形成酶-底物過渡態(tài)復合物過程中釋放結合能

底物與酶的活性中心相互誘導契合形成過渡態(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)相結合，這一過程是釋能反應，所釋放的能量稱為結合能(binding

energy)。結合能可以抵消一部分活化能，是酶反應降低活化能的主要能量來源。酶不能使底物形成過渡態(tài)，則沒有結合能的釋放，也就不能催化反應的進行。第62頁,共160頁，2024年2月25日，星期天3．鄰近效應和定向排列有利于底物形成過渡態(tài)鄰近效應（proximityeffect）和定向排列（orientationarrange）將分子間的反應變成類似分子內(nèi)的反應，使反應速率顯著提高。

底物B底物A酶酶-底物復合物第63頁,共160頁，2024年2月25日，星期天在疏水環(huán)境中進行酶反應有很大的優(yōu)越性，此現(xiàn)象稱為表面效應（surfaceeffect）。

酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋”中，酶反應在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進行。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合。

4.表面效應有利于底物和酶的接觸與結合

第64頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）酶對底物呈現(xiàn)多元催化酶是兩性解離的蛋白質(zhì)，酶活性中心上有些基團是質(zhì)子供體（酸），有些是質(zhì)子接受體（堿）。

這些基團在酶活性中心的準確定位有利于質(zhì)子的轉移，這種一般酸-堿催化（generalacid-basecatalysis）可以使反應速率提高102

105倍。

質(zhì)子轉移反應都包含一般酶-堿催化反應

第65頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

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R

COOHR

COO

賴氨酸、精氨酸半胱氨酸R

SHR

S

組氨酸絲氨酸R

OHR

O

酪氨酸RNHHH+RNH2..CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶分子中具有酸-堿催化作用的基團

第66頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶可與底物形成瞬時共價鍵

很多酶在催化過程中，與底物形成瞬時共價鍵，底物與酶形成共價鍵后被激活，并很容易進一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶。這種催化機制稱為共價催化（covalentcatalysis）。

A

B+E：

A

E+BH2OAE

A+E：+B第67頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

酶舉例親核基團共價結合中間產(chǎn)物絲氨酸蛋白酶絲氨酸

OH?；笌€基酶半胱氨酸

SH酰基酶ATP酶天冬氨酸

COO

磷?；负炼呷┑拿纲嚢彼?/p>

NH2Schiff堿磷酸甘油酸變位酶組氨酸磷酰基酶谷氨酰胺合成酶酪氨酸

OH腺嘌呤酶酶的親核基團與底物共價結合

第68頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶可通過親核催化或親電子催化加速反應

酶活性中心有的催化基團屬于親核基團，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與富含電子的底物形成共價鍵。

第69頁,共160頁，2024年2月25日，星期天胰凝乳蛋白酶的親核催化、共價催化和酸-堿催化機制

第70頁,共160頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)酶促反應動力學TheKineticsofEnzymaticReactions

第71頁,共160頁，2024年2月25日，星期天概念研究各種因素對酶促反應速率的影響，并加以定量的闡述。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72頁,共160頁，2024年2月25日，星期天單底物、單產(chǎn)物反應；酶促反應速率（velocity，V）一般在規(guī)定的反應條件下，用單位時間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示；反應速率取其初速率，即底物的消耗量很?。ㄒ话阍?﹪以內(nèi)）時的反應速率；底物濃度遠遠大于酶濃度。研究前提第73頁,共160頁，2024年2月25日，星期天一、采用酶促反應初速率來研究酶促反應動力學（一）酶活性是指酶催化化學反應的能力衡量酶活性的尺度是酶促反應速率的大小。酶促反應速率可用單位時間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的生成量來表示。由于底物的消耗量不易測定，所以實際工作中經(jīng)常是測定單位時間內(nèi)產(chǎn)物的生成量。第74頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶的活性:以國際單位（internationalunit,IU）表示。在規(guī)定的實驗條件下（如溫度、pH的限定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化1

mol底物轉變成產(chǎn)物所需要的酶量為1個國際單位（IU）。

第75頁,共160頁，2024年2月25日，星期天催量（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76頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）酶促反應初速率是反應剛剛開始時測得的反應速率酶促反應初速率是指反應剛剛開始，各種影響因素尚未發(fā)揮作用時的酶促反應速率，即反應時間進程曲線為直線部分時的反應速率。第77頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（三）有三類方法可用來測定底物或產(chǎn)物的變化量1．直接測定法是對底物或產(chǎn)物量的變化進行直接檢測有些酶促反應可在反應進行一定時間后，不用任何輔助反應便可直接測定反應液中底物或產(chǎn)物的濃度。這類測定方法稱為直接測定法（directassay）。

還原型（Fe2+）細胞色素c在波長550nm處有明顯的吸收峰，而氧化型（Fe3+）則無；細胞色素C氧化酶對細胞色素C的氧化反應，可以直接在波長550nm處檢測一定時間內(nèi)還原型細胞色素C的減少過程。第78頁,共160頁，2024年2月25日，星期天有些酶促反應的底物和產(chǎn)物不能直接進行檢測，必須增加一些輔助試劑來達到檢測的目的，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對底物或產(chǎn)物量的變化進行間接檢測

第79頁,共160頁，2024年2月25日，星期天3．酶偶聯(lián)測定法是間接反映初始反應的底物或產(chǎn)物量的變化量

許多酶促反應的底物和產(chǎn)物雖然不能直接檢測，但可以與另外的酶反應相偶聯(lián)，偶聯(lián)的酶以第一個酶的產(chǎn)物為底物，或以此類推，以最后的酶反應產(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)物進行直接檢測，間接地反映待測酶反應的底物或產(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80頁,共160頁，2024年2月25日，星期天二、酶促反應速率受底物濃度的影響（一）酶促反應速率對底物濃度作圖呈矩形雙曲線在酶濃度和其他反應條件不變的情況下，反應速率V對底物濃度[S]作圖呈矩形雙曲線。

第81頁,共160頁，2024年2月25日，星期天當?shù)孜餄舛容^低時反應速率與底物濃度成正比；反應為一級反應。[S]VVmax目錄第82頁,共160頁，2024年2月25日，星期天隨著底物濃度的增高反應速率不再成正比例加速；反應為混合級反應。[S]VVmax目錄第83頁,共160頁，2024年2月25日，星期天當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度酶被底物所飽和，反應速率不再增加，達最大速率；反應為零級反應。[S]VVmax目錄第84頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）反應速率與底物濃度的關系可用米-曼氏方程式表示

1．米-曼氏方程定量地描述底物濃度與反應速率的關系中間產(chǎn)物

酶促反應模式——中間產(chǎn)物學說E+S

k1k2k3ESE+P第85頁,共160頁，2024年2月25日，星期天※1913年Michaelis和Menten提出反應速率與底物濃度關系的數(shù)學方程式，即米-曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速率Vmax：最大反應速率(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(shù)(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──第86頁,共160頁，2024年2月25日，星期天米-曼氏方程式推導基于兩個假設：E與S形成ES復合物的反應是快速平衡反應，而ES分解為E及P的反應為慢反應，反應速率取決于慢反應。即

V＝k3[ES](1)S的總濃度遠遠大于E的總濃度，因此在反應的初始階段，S的濃度可認為不變即[S]＝[St]。第87頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2．米-曼氏方程的推導過程引入了穩(wěn)態(tài)概念

穩(wěn)態(tài)：是指ES的生成速率與分解速率相等，即[ES]恒定。k1([Et]－[ES])[S]＝k2[ES]+k3[ES]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：第88頁,共160頁，2024年2月25日，星期天將(3)代入(1)得k3[Et][S]Km+[S](4)V＝────當?shù)孜餄舛群芨?，將酶的活性中心全部飽和時，即[Et]＝[ES]，反應達最大速率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89頁,共160頁，2024年2月25日，星期天Km＝[S]∴Km值等于酶促反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2（三）動力學參數(shù)可用來比較酶促反應的動力學性質(zhì)

1．Km值等于即刻反應速率達到Vmax一半時的底物濃度

第90頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2．Km是酶的特征性常數(shù)

在酶的結構、溶液pH、溫度等條件不變的情況下，酶促反應底物的Km不因反應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91頁,共160頁，2024年2月25日，星期天6.0

10

3己-N-乙酰氨基葡萄糖溶菌酶2.5

10

2H2O2過氧化氫酶4.0

10

3D-乳糖

-半乳糖苷酶2.5

10

3N-苯甲酰酪氨酰胺1.08

10

1甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶2.6

10

2HCO3

碳酸酐酶1.5

10

3D-果糖5

10

5D-葡萄糖4

10

4ATP己糖激酶（腦）

Km（mol/L）

底物

酶

一些酶的底物的Km

第92頁,共160頁，2024年2月25日，星期天3．Km在一定條件下可表示酶對底物的親和力

k1Km

=k2

+

k3當k3<<k2時，Km

k2/k1。即相當于ES分解為E+S的解離常數(shù)（dissociationconstant,Ks）。此時，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?。籏m越小，表示酶對底物的親和力越大。

第93頁,共160頁，2024年2月25日，星期天4．Vmax是酶被底物完全飽和時的反應速率

當所有的酶均與底物形成ES時（即[ES]=[Et]），反應速率達到最大。即Vmax=k3[Et]。

第94頁,共160頁，2024年2月25日，星期天5．kcat代表酶的轉換數(shù)

kcat=Vmax/[Et]

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

kcat也稱為酶的轉換數(shù)(turnovernumber)，單位是s

1

。多數(shù)酶的轉換數(shù)在1

104s

1之間

第95頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶底物轉換數(shù)（s

1）過氧化氫酶H2O240000000碳酸酐酶HCO3

400000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ATP0.4一些酶的轉換數(shù)

第96頁,共160頁，2024年2月25日，星期天6．在低底物濃度時，kcat/Km代表酶的催化效率

[Et][S]KmV

=kcat當[S]<<Km時

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

S)

。反應速率的大小取決于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108

L/(mol·

S)

。kcat/Km越接近此數(shù)據(jù)，酶的催化效率越高。第97頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

酶kcat/Km[L/(mol·

S)]

乙酰膽堿酯酶1.6

108碳酸酐酶8.3

107過氧化氫酶4

107巴豆酸酶2.8

108延胡索酸酶1.6

108磷酸丙糖異構酶2.4

108

-內(nèi)酰胺酶1

108超氧化物歧化酶7

109

一些kcat/Km值接近DCRE的酶

第98頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（四）采用作圖法可求得酶促反應的動力學參數(shù)

1．林-貝氏作圖法是求得

Vmax和Km的最常用方法

林-貝氏方程式（Lineweaver-Burkequation）

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：V1=KmVmax[S]1+Vmax1第99頁,共160頁，2024年2月25日，星期天直線在縱軸的截距等于1/Vmax，而在橫軸上的截距為

1/Km

第100頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2．其他一些作圖法也可較準確地求得Vmax和Km

海涅斯-沃爾弗作圖法（Hanes-Wolffplot）

雙倒數(shù)方程式兩邊同時乘以[S]

[S]V=KmVmax[S]+Vmax1第101頁,共160頁，2024年2月25日，星期天直線的斜率等于1/Vmax，橫軸截距為-Km

第102頁,共160頁，2024年2月25日，星期天伊迪-霍夫斯蒂作圖法（Eadie-Hofsteeplot）

米氏方程式兩邊均除以[S]

V=[S]VmaxKmV第103頁,共160頁，2024年2月25日，星期天直線的斜率為-Km，直線的縱軸截距為Vmax

第104頁,共160頁，2024年2月25日，星期天三、在一定條件下酶促反應速率與酶濃度呈正相關

當[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應速率與酶濃度成正比關系式為：V=k3[E]第105頁,共160頁，2024年2月25日，星期天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的Km。

B：反應速率對酶濃度作圖，V與[E]呈直線關系。

第106頁,共160頁，2024年2月25日，星期天四、酶促反應速率受反應系統(tǒng)溫度的雙重影響

雙重影響溫度升高，酶促反應速率升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應速率降低。最適溫度(optimum

temperature)酶促反應速率最快時的環(huán)境溫度。第107頁,共160頁，2024年2月25日，星期天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

低溫保存酶和菌種等生物制品

低溫麻醉

第108頁,共160頁，2024年2月25日，星期天五、酶促反應速率受反應體系pH的影響

最適pH(optimumpH)酶催化活性最大時的環(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109頁,共160頁，2024年2月25日，星期天六、激活劑可加速酶促反應速率

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110頁,共160頁，2024年2月25日，星期天在酶促反應中，凡能與酶結合而使酶的催化活性下降或消失，但又不引起酶變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑（inhibitor，I）。七、抑制劑對酶活性可表現(xiàn)出可逆或不可逆性抑制作用

抑制劑可與酶活性中心內(nèi)或活性中心外的必需基團結合，從而抑制酶的活性。

根據(jù)抑制劑與酶是否共價結合及抑制效果的不同，將抑制劑對酶的抑制作用分為可逆性抑制劑（reversibleinhibitor）和不可性逆抑制劑（irreversibleinhibitor）。第111頁,共160頁，2024年2月25日，星期天可逆性抑制劑

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

一類抑制劑通過與游離酶或/和酶-底物復合物可逆地結合而影響酶的催化活性。

k1k2k3+kiEII+S+ESESE+PESI+Iki'可逆性抑制作用的抑制劑可以與游離酶結合，形成二元復合物EI；也可以與ES結合，形成三元復合物ESI。

（一）可逆性抑制劑與酶非共價結合

第112頁,共160頁，2024年2月25日，星期天1．競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性中心

定義：抑制劑與底物的結構相似或部分相似，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113頁,共160頁，2024年2月25日，星期天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)反應模式+E+SESE+PIEIkik1k2k3SI第114頁,共160頁，2024年2月25日，星期天競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數(shù)作圖

*特點抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及底物濃度；I與S結構類似，或部分相似，競爭酶的活性中心；動力學特點：Vmax不變，表觀Km增大。[I]1V1[S]0Km1Km1(1+)[I]kiVmax1--第115頁,共160頁，2024年2月25日，星期天*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116頁,共160頁，2024年2月25日，星期天磺胺類藥物的抑菌機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117頁,共160頁，2024年2月25日，星期天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*反應模式非競爭性抑制劑與酶活性中心外的某個部位結合，表現(xiàn)為非競爭性抑制作用（non-competitiveinhibition）。第118頁,共160頁，2024年2月25日，星期天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)*特點抑制劑與酶活性中心外的必需基團結合，底物與抑制劑之間無競爭關系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動力學特點：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119頁,共160頁，2024年2月25日，星期天3．反競爭性抑制劑只與酶-底物復合物結合

++ESESESIEPk1k2k3+ESESE+P+IkiESI*反應模式第120頁,共160頁，2024年2月25日，星期天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：抑制劑只與酶-底物復合物結合；抑制程度取決于抑制劑的濃度及底物的濃度；動力學特點：Vmax降低，表觀Km降低。第121頁,共160頁，2024年2月25日，星期天各種可逆性抑制作用的比較第122頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）不可逆性抑制劑與酶共價結合不可逆性抑制作用的抑制劑

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

第123頁,共160頁，2024年2月25日，星期天1．基團特異性抑制劑與酶分子中特異的基團共價結合

一些酶活性中心的催化基團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磷-解磷定復合物活化的酶

第124頁,共160頁，2024年2月25日，星期天半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需基團。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與砷劑結合物第125頁,共160頁，2024年2月25日，星期天2．底物類似物可共價地修飾酶的活性中心

與基團特異性抑制劑不同，底物類似物與底物的結構相似，可特異地與酶的活性中心共價結合，不可逆地抑制酶的活性。此類抑制劑可作為親和標記物，用來定性酶活性中心的功能基團。

TPCK對胰凝乳蛋白酶活性中心組氨酸咪唑環(huán)的親和標記

第126頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活性中心相結合，生成酶-底物復合物，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，而是轉化為酶的抑制劑，進一步與酶活性中心共價結合，對酶產(chǎn)生抑制作用。

E+SES

E·IE-I

3．自殺性抑制劑是經(jīng)過修飾的酶的底物第127頁,共160頁，2024年2月25日，星期天+

酶-底物復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個質(zhì)子，使之與酶的輔基FAD結合生成穩(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128頁,共160頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)RegulationofEnzymeActivities

第129頁,共160頁，2024年2月25日，星期天調(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，進而能影響和調(diào)整反應途徑反應速率的酶。

機體通過改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導、阻遏酶的生物合成，可實現(xiàn)細胞代謝水平的調(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速率實現(xiàn)的。

第130頁,共160頁，2024年2月25日，星期天一、調(diào)節(jié)酶的活性可受別構效應劑的調(diào)節(jié)（一）別構效應劑與別構酶結合引發(fā)酶的構象改變別構調(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合，使酶構象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱別構調(diào)節(jié)。第131頁,共160頁，2024年2月25日，星期天別構酶（allostericenzyme）：能發(fā)生別構效應的酶別構效應劑（allostericeffector）：能引起酶發(fā)生構象改變的化合物調(diào)節(jié)部位（regulatorysite）：別構效應劑與酶結合的部位別構酶也有兩種構象形式，緊縮態(tài)(tensestate,Tstate)和松弛態(tài)(relaxedstate,Rstate)。T態(tài)和R態(tài)對底物的親和力或催化活性不同，別構效應劑就是通過引起酶R態(tài)與T態(tài)的互變，改變酶的催化速率。

第132頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）別構效應劑可引起別構酶分子中各亞基間的協(xié)同作用

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

正協(xié)同效應（positivecooperativity）

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

負協(xié)同效應（negativecooperativity）

后續(xù)亞基的構象改變降低酶對別構效應劑的親和力，使效應劑與酶的結合越來越難。第133頁,共160頁，2024年2月25日，星期天同種協(xié)同效應（homotropiccooperativity）

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

異種協(xié)同效應（heterotropiccooperativity）

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

第134頁,共160頁，2024年2月25日，星期天別構效應劑引起的構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）稱為別構激活作用（allostericactivation）。此別構效應劑稱為別構激活劑（allostericactivator）

引起酶對底物親和力降低的現(xiàn)象（屬于異種負協(xié)同效應）稱為別構抑制作用（allostericinhibition）。此別構效應劑稱為別構抑制劑（allostericinhibitor）第135頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（三）別構酶的動力學不遵守米-曼氏方程

正協(xié)同效應的底物濃度-反應速率曲線為S形曲線

負協(xié)同效應的底物-速率曲線外形類似矩形雙曲線，但不是矩形雙曲線

第136頁,共160頁，2024年2月25日，星期天二、一些調(diào)節(jié)酶可在催化方向相反的兩種酶的作用下發(fā)生共價修飾

（一）磷酸化與去磷酸化是最常見的共價修飾方式

共價修飾(covalentmodification)或化學修飾(chemicalmodification)

酶分子中的某些基團可在其他酶的催化下，共價結合某些化學基團；同時又可在另一種酶的催化下，將此結合上的化學基團去掉，從而影響酶的活性。

第137頁,共160頁，2024年2月25日，星期天酶的共價修飾種類：

1.磷酸化（phosphorylation）和去磷酸化（dephosphorylation）

2.甲基化（methylation）和去甲基化（demethylation）

3.腺苷化（adenylation）和去腺苷化（deadenylation）

4.尿苷化(uridylation)

和去尿苷化（deuridylation）

磷酸化和去磷酸化修飾是最常見的共價修飾

第138頁,共160頁，2024年2月25日，星期天

酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白第139頁,共160頁，2024年2月25日，星期天（二）共價修飾可引起級聯(lián)放大效應

在一個連鎖反應中，一個酶被磷酸化或去磷酸化激活后，后續(xù)的其他酶可同樣的依次被其上游的酶共價修飾而激活，引起原始信號的放大，這種多重共價修飾的連鎖反應稱為級聯(lián)反應（cascadereaction）。

級聯(lián)反應的主要作用是產(chǎn)生快速、高效的放大效應。

第140頁,共160頁，2024年2月25日，星期天三、酶原需經(jīng)激活后才具有催化活性酶原(zymogen)有