第三章 酶課件

生物大分子

－－－酶Enzyme第三章酶酶學研究簡史公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。1857年，Pasteur認為發(fā)酵是酵母細胞生命活動的結(jié)果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現(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，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)。第三章酶第一節(jié)酶的發(fā)展及作用特點一、生物催化劑概念的發(fā)展二、酶作用的特點三、酶專一性類型四、酶的化學本質(zhì)第三章酶酶是活細胞內(nèi)合成的

酶在活細胞內(nèi)合成，一是指酶是由外界供給原料（氨基酸等）在細胞內(nèi)合成。當原料供給不足，或細胞合成能力低下時，細胞內(nèi)酶的含量就會減少。二是指不同細胞合成的酶種類和數(shù)量可以不同，如胃腺的主細胞合成胃蛋白酶原，而胰腺細胞則合成胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、胰脂肪酶和胰淀粉酶等。

第三章酶五、酶在細胞中的分布

1.分布于細胞核的酶

核被膜

酸性磷酸酶

染色質(zhì)

三磷酸核苷酶

核仁

核糖核酸酶

核內(nèi)可溶性部分

酵解酶系、乳酸脫氫酶

2.分布于細胞質(zhì)的酶

參與糖代謝的酶

酵解酶系

磷酸戊糖途徑酶系

參與脂代謝的酶

脂肪酸合成酶復合體

參與a.a蛋白質(zhì)的酶

Asp氨基轉(zhuǎn)移酶

參與核酸合成的酶

核苷激酶

核苷酸激酶第三章酶3.分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的酶

光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

膽固醇合成酶系

粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

蛋白質(zhì)合成酶系

4.分布于線粒體的酶

外膜：?；o酶A合成酶

內(nèi)膜：NADH脫氫酶

基質(zhì)：三羧酸循環(huán)酶系

脂肪酸β-氧化酶系

第三章酶5.分布于溶酶體的酶

水解蛋白質(zhì)的酶

水解糖苷類的酶

水解核酸的酶

水解脂類的酶6.標志酶

有些酶只分布于細胞內(nèi)某種特定的組分中，

核：

尼克酰胺單核苷酸腺苷酰轉(zhuǎn)移酶，功能：DNA、RNA生物合成

線粒體：琥珀酸脫氫酶（電子轉(zhuǎn)移、三羧酸循環(huán)）

溶酶體：酸性磷酸酶（細胞成分的水解）

微粒體：（核蛋白體、多核蛋白體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）Glc-6-磷酸酶

上清液：乳酸脫氫酶第三章酶第二節(jié)酶的命名及分類(1)習慣命名法:1,根據(jù)其催化底物來命名；2,根據(jù)所催化反應的性質(zhì)來命名；3,結(jié)合上述兩個原則來命名，4,有時在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來源或其它特點。1.酶的命名第三章酶(2)國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應性質(zhì)，最后加一個酶字。例如：習慣名稱:谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：

-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酶催化的反應:谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸第三章酶2.酶的分類氧化-還原酶催化氧化-還原反應。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。(1)氧化-還原酶Oxidoreductase第三章酶2.酶的分類轉(zhuǎn)移酶催化基團轉(zhuǎn)移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應。(2)轉(zhuǎn)移酶Transferase第三章酶2.酶的分類水解酶催化底物的加水分解反應。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應：(3)水解酶hydrolase第三章酶2.酶的分類裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應。(4)裂合酶Lyase第三章酶2.酶的分類異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團或原子的重排過程。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應。(5)異構(gòu)酶Isomerase第三章酶2.酶的分類合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。丙酮酸+CO2

草酰乙酸(6)合成酶LigaseorSynthetase第三章酶2.酶的分類核酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應。(7)核酶（催化核酸）ribozyme第三章酶第三章酶第三節(jié)維生素(vitamin）維生素：機體維持正常功能（主要是調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝）所必需，但自身不能合成或合成量很少，必需由食物供給的一組低分子量有機物質(zhì)。長期缺乏某種維生素會導致維生素缺乏癥1、概念

2、分類脂溶性維生素：A、D、E、K水溶性維生素：B1、B2、PP、B6、泛酸、生物素、葉酸、B12、C第三章酶3、缺乏病發(fā)生原因

1、維生素攝入量不足

2、維生素的吸收障礙

3、需要量增加

4、食物以外的維生素供給不足維生素B混合體：B1、B2、PP、B6、泛酸、生物素、葉酸、B12、對氨基苯甲酸、膽堿及肌醇

第三章酶一脂溶性維生素脂溶性維生素：維生素A、D、E、K共同特點1.均為非極性疏水的異戊二烯衍生物2.不溶于水,溶于脂類有脂肪溶劑3.在食物中與脂類共存,并隨脂類一同吸收4.吸收的脂溶性維生素在血液與脂蛋白及某些特殊結(jié)合蛋白特異結(jié)合而運輸?shù)谌旅?、維生素A（抗干眼病維生素）1）、維生素A的化學本質(zhì)及性質(zhì)維生素A的活性形式：視黃醇、視黃醛、視黃酸化學本質(zhì)：含β白芷酮環(huán)的多聚異戊二烯復合物

維生素A原：β胡蘿卜素主要類型：A1（視黃醇）、A2（脫氫視黃醇）第三章酶β胡蘿卜素視黃醇（維生素A）磷酸視黃醇順式視黃醛反式視黃醛視黃酸脂溶性維生素維生素A的結(jié)構(gòu)第三章酶維生素A的消化吸收:維生素A酯/胡蘿卜素→維生素A→維生素A酯→以脂蛋白形式儲存于儲脂細胞。維生素A酯多存在于動物的肝、蛋黃、魚肝油、奶汁；植物中不存在維生素A，但綠葉蔬菜、胡蘿卜、玉米等存在多種胡蘿卜素維生素A在血液中運輸:VA（維生素A）-RBP（視黃醇結(jié)合蛋白）-PA（前清蛋白）第三章酶（1）β胡羅卜素可作為抗氧化劑捕捉自由基（2）11順視黃醛構(gòu)成視覺細胞內(nèi)的感光物質(zhì)（3）維生素A磷酸酯參與糖蛋白合成（4）視黃醇和視黃酸具有類固醇激素樣作用，影響細胞分化，促進機體生長和發(fā)育3）、維生素A的作用維生素A在血漿中的運輸：與視黃醇結(jié)合蛋白結(jié)合2）、維生素A的代謝轉(zhuǎn)變1分子β胡蘿卜素可生成2分子維生素A第三章酶5）、維生素A的激素作用機理視黃酸與細胞內(nèi)特異CRBP（細胞視黃醇結(jié)合蛋白）結(jié)合，進一步與核蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)特定基因表達4）、維生素A的缺乏癥缺乏癥：夜盲癥、干眼病、皮膚干燥和毛囊丘疹

（6）與上皮細胞的正常分化直接相關(guān)（7）與癌癥發(fā)生呈負相關(guān)（5）增強機體抵抗力作用第三章酶第三章酶維生素A的需要量:正常人每日維生素A生理需要量為800～1000視黃醇當量，或2600～3300國際單位。維生素A過量：維生素A可在肝內(nèi)積存，故長期大量服用維生素A會引起中毒。脂溶性維生素缺乏?。阂姑ぐY、干眼病、皮膚干燥、毛囊丘疹

第三章酶2、維生素D（抗佝僂病維生素/鈣化醇

）1）、維生素D的化學本質(zhì)和性質(zhì)化學本質(zhì)：類固醇激素主要類型：D2（麥角鈣化醇）

D3(膽鈣化醇)維生素D3原：7-脫氫膽固醇維生素D2原：麥角固醇維生素D3在肝內(nèi)的儲存及血液中運輸?shù)男问剑?5-(OH)-D3第三章酶維生素D的結(jié)構(gòu)脂溶性維生素第三章酶3、活性維生素D3生化作用活性維生素D3形式：1,25-(OH)2-D3升高血鈣、升高血磷，促進骨骼生成和鈣化缺乏癥：佝僂癥（兒童）、軟骨癥（成人）4、缺乏癥活性維生素D3生成的關(guān)鍵酶：1-α羥化酶2、維生素D的代謝轉(zhuǎn)變維生素D3在血中的運輸：與維生素D結(jié)合蛋白結(jié)合第三章酶3、維生素E（抗不育維生素或生育酚）1）、維生素E的化學本質(zhì)和性質(zhì)維生素E的化學本質(zhì)：苯駢二吡喃衍生物

維生素E的主要類型：α、β、γ和δ

α生育酚生理活性最高第三章酶促進血紅素合成：提高ALA合成酶和ALA脫水酶活性缺乏癥：動物缺乏時可引起生殖器官受損而不育，人類尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)不育癥；貧血；神經(jīng)障礙3）、缺乏癥：少見2）、活性維生素E的生理功能維生素E與生殖功能有關(guān)維生素E是最重要的天然抗氧化劑：避免脂質(zhì)過氧化物產(chǎn)生第三章酶4、維生素K（凝血維生素）1）、維生素E的化學本質(zhì)和性質(zhì)維生素K的化學本質(zhì)：2甲基1，4萘醌的衍生物

維生素K的主要類型：K1（綠葉）和K2（腸道）

2）、維生素K的生理功能促進肝合成凝血酶原及凝血因子VII、IX和X

3）、維生素K的缺乏癥凝血時間延長，易出血，但一般不缺乏第三章酶二.水溶性維生素與輔酶某些小分子有機化合物與酶蛋白結(jié)合在一起并協(xié)同實施催化作用，這類分子被稱為輔酶（或輔基）。輔酶是一類具有特殊化學結(jié)構(gòu)和功能的化合物。參與的酶促反應主要為氧化-還原反應或基團轉(zhuǎn)移反應。大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性B族維生素。許多維生素的生理功能與輔酶的作用密切相關(guān)。第三章酶(1)維生素PP

菸酸和菸酰胺，在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o酶I和輔酶II。能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時表現(xiàn)出神經(jīng)營養(yǎng)障礙，出現(xiàn)皮炎。第三章酶(1)維生素PP和NAD+

和NADP+

NAD+(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶I)和NADP+(煙酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又稱為輔酶II)是維生素煙酰胺的衍生物，功能：是多種重要脫氫酶的輔酶。第三章酶(2)核黃素（VB2)核黃素(維生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基異咯嗪兩部分組成。缺乏時組織呼吸減弱，代謝強度降低。主要癥狀為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。第三章酶(2)核黃素和FAD和FMNFAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)是核黃素(維生素B2)的衍生物，功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。第三章酶(3)泛酸和輔酶A(CoA)維生素(B3)-泛酸是由，-二羥基--二甲基丁酸和一分子-丙氨酸縮合而成。第三章酶(3)泛酸和輔酶A(CoA)輔酶A是生物體內(nèi)代謝反應中乙?；傅妮o酶，它的前體是維生素(B3)泛酸。功能：是傳遞?；?，是形成代謝中間產(chǎn)物的重要輔酶。第三章酶(4)葉酸和四氫葉酸(FH4或THFA)四氫葉酸是合成酶的輔酶，其前體是葉酸(又稱為蝶酰谷氨酸，維生素B11)。四氫葉酸的主要作用是作為一碳基團，如-CH3,-CH2-,-CHO等的載體，參與多種生物合成過程。第三章酶(5)硫胺素硫胺素(維生素B1)在體內(nèi)以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。缺乏時表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎、皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、下肢水腫。第三章酶(5)硫胺素和焦磷酸硫胺素(TPP)焦磷酸硫胺素是脫羧酶的輔酶，它的前體是硫胺素(維生素B1)。功能：是催化酮酸的脫羧反應第三章酶(6)吡哆素吡多素(維生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。第三章酶(6)吡哆素和磷酸吡哆素磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡多素是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，轉(zhuǎn)氨酶通過磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互轉(zhuǎn)換，起轉(zhuǎn)移氨基的作用。第三章酶(7)生物素生物素是羧化酶的輔基，它本身就是一種B族維生素B7。生物素的功能是作為CO2的遞體，在生物合成中起傳遞和固定CO2的作用。第三章酶(8)維生素B12輔酶維生素B12又稱為鈷胺素。維生素B12分子中與Co+相連的CN基被5’-脫氧腺苷所取代，形成維生素B12輔酶。維生素B12輔酶的主要功能是作為變位酶的輔酶，催化底物分子內(nèi)基團(主要為甲基)的變位反應。第三章酶結(jié)構(gòu)第三章酶（9）硫辛酸硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有兩種形式，即硫辛酸（氧化型）和二氫硫辛酸（還原型）.第三章酶(10)輔酶Q(CoQ)輔酶Q又稱為泛醌，廣泛存在與動物和細菌的線粒體中，其結(jié)構(gòu)為：輔酶Q的活性部分是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要功能是作為線粒體呼吸鏈氧化-還原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。第三章酶維生素C在體內(nèi)參與氧化還原反應，羥化反應。人體不能合成。第三章酶1、化學本質(zhì)

化學本質(zhì)：6碳多羥基脂肪酸

活性形式：L抗壞血酸（主要）和L脫氫抗壞血酸2、主要生理功能（1）參與多種羥化反應主要類型：抗壞血酸和脫氫抗壞血酸

維生素C是脯氨酸羥化酶及賴氨酸羥化酶的輔助因子，促進膠原蛋白合成維生素C是7-α羥化酶的輔酶，催化膽固醇轉(zhuǎn)化維生素C參與芳香族氨基酸代謝第三章酶3、缺乏癥壞血病使難于吸收的三價鐵還原成易于吸收的二價鐵保護維生素A、E及B免遭氧化，促進葉酸轉(zhuǎn)變成四氫葉酸（2）參與氧化還原反應維持巰基酶和谷胱甘肽的還原狀態(tài)，發(fā)揮解毒作用使紅細胞中高鐵血紅蛋白還原成血紅蛋白，恢復其運氧能力第三章酶1.維生素A的結(jié)構(gòu)是種（）A酮B酚C醛D醇2.真正具有生物活性的維生素D是（）A25－羥基維生素D3B維生素D2C1.25－羥基維生素D3D7－脫氫膽固醇3.人和豚鼠不能合成維生素C，因為（）4.NAD+的組成中含（）A.維生素AB.維生素BC.尼克酰胺D.泛酸第三章酶6臨床上用于治療惡性貧血的維生素是（）A維生素CB維生素B12C維生素AD維生素E7.生物素的作用是（）8.泛酸是哪種輔酶的組成成分（）9在氧化脫羧反應，需哪種輔酶參加（）10.具有抗氧化作用的脂溶性維生素是()vitCcitAcitE11.腸道細菌能夠合成下列哪種維生素vitCcitAcitKcitE第三章酶12.下列化合物除哪個外都是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物？A維生素DB膽汁酸C促腎上腺皮質(zhì)激素D腎上腺皮質(zhì)激素E強心苷13.下列化合物除哪個外都是異戊二烯的衍生物（）A視黃醇B生育酚C鯊烯14.多食糖需補充維生素（），多食肉類，需補充維生素（）15.下列化合物中哪個不含腺苷酸組分COAFMNFADNDA+第三章酶第三章酶

三.輔酶coenzyme和金屬離子1.根據(jù)酶的組成情況，可以將酶分為兩大類：單純蛋白酶：它們的組成為單一蛋白質(zhì).結(jié)合蛋白酶：某些酶，例如氧化-還原酶等，其分子中除了蛋白質(zhì)外，還含有非蛋白組分.結(jié)合蛋白酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分包括輔酶及金屬離子(或輔因子cofactor)。酶蛋白與輔助成分組成的完整分子稱為全酶。單純的酶蛋白無催化功能.第三章酶2.、輔酶在酶促反應中的作用特點1)輔酶在催化反應過程中，直接參加了反應。2)每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一類型的反應。3)同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同的全酶。4)一般來說，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類型（反應專一性），而酶蛋白則決定了所催化的底物類型（底物專一性）。第三章酶3.酶分子中的金屬離子根據(jù)金屬離子與酶蛋白結(jié)合程度，可分為兩類：金屬酶和金屬激酶。1)在金屬酶中,酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密,加入游離金屬離子并不會增加活性。如Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu3

、Zn2+、Mn2+、Co2

等。

金屬酶中的金屬離子作為酶的輔助因子，在酶促反應中傳遞電子，原子或功能團。第三章酶2)金屬激酶中的金屬離子激酶是一種磷酸化酶類，在ATP存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。其中的金屬離子與酶的結(jié)合一般較松散。在溶液中，酶與這類離子結(jié)合而被激活。如Na+、K+、Mg2+、Ca2+

等。金屬離子對酶有一定的選擇性,某種金屬只對某一種或幾種酶有激活作用。第三章酶底物-酶的位點-金屬(金屬激酶)三者之間通常是1:1:1三元復合物構(gòu)型

1.E-S-M2.E-M-S3.M-E-S4.E---MS第三章酶金屬離子的作用穩(wěn)定酶的構(gòu)象；參與催化反應，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；中和陰離子，降低反應中的靜電斥力等。小分子有機化合物的作用在反應中起運載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團。第三章酶

第四節(jié)酶的作用機理

一、酶催化的中間產(chǎn)物理論二、酶的活性中心和必需基團三、酶作用專一性機理四、與酶的高效率有關(guān)的主要因素第三章酶一.酶催化的中間產(chǎn)物理論E+SP+EES能量水平反應過程

G

E1

E2

酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。第三章酶二.酶作用專一性機理1.鎖鑰學說2.誘導契合學說第三章酶（一）基本概念：酶的活性中心是指結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，通常是相隔很遠的氨基酸殘基形成的三維實體。酶的活性中心包括兩個功能部位：結(jié)合部位和催化部位。1．結(jié)合部位（Bindingsite）酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。此部位決定酶的專一性。2．催化部位（catalyticsite）酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位稱為催化部位。此部位決定酶所催化反應的性質(zhì)。（必需基團、非必需基團）一、酶的活性中心第三章酶必需基團:酶分子中有些基團若經(jīng)化學修飾（氧化、還原、?；?、烷化）使其改變，則酶的活性喪失，這些基團稱為必需基團。非必需基團：有的酶溫和水解掉幾個AA殘基，仍能表現(xiàn)活性，這些基團即非必需基團。第三章酶(三)活性中心的氨基酸殘基

結(jié)合底物作用（結(jié)合殘基）

接觸殘基

活性中心

催化作用（催化基團）

必需基團

輔助殘基

活性中心外（結(jié)構(gòu)殘基）

酶蛋白

非必需基團(它們可能在免疫，酶活性調(diào)節(jié)，運輸轉(zhuǎn)移，防止降解等方面起作用)第三章酶（二）酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點1.活性中心只占酶分子總體積的很小一部分，往往只占整個酶分子體積的1%-2%。

某些酶活性部位的AA殘基酶AA殘基數(shù)活性部位的AA殘基核糖核酸酶124

His12,His119,Lys41溶菌酶129Asp52,Glu35胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102,Ser195胃蛋白酶348Asp32,Asp215木瓜蛋白酶212Cys25,His159羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+第三章酶2.酶的活性部位是一個三維實體，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，在與底物接觸時表現(xiàn)出一定的柔性和運動性。（鄒承魯研究酶變性的工作）3.酶的活性部位并不是和底物的形狀正好互補的，而是在酶和底物的結(jié)合過程中，底物分子或酶分子、有時是兩者的構(gòu)象同時發(fā)生了一定的變化后才互補的，此時催化基團的位置正好處在所催化底物鍵的斷裂和即將生成鍵的適當位置，這個動態(tài)辨認過程稱為誘導契合（induced-fit）.（二）酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點第三章酶4.酶的活性部位位于酶分子表面的一個裂隙（crevice）內(nèi).裂隙內(nèi)是一個相當疏水的環(huán)境，從而有利于同底物的結(jié)合。5.底物靠許多弱的鍵力與酶結(jié)合。（二）酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點第三章酶底物活性中心以外的必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心目錄第三章酶溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團；*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團；*A~F為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。第三章酶(四)活性中心區(qū)域的一級結(jié)構(gòu)由于一些酶的活性中心一級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與催化機理極其相似，可把它們歸為一族。

蛋白水解酶就有幾個族：

（1）絲氨酸蛋白酶

（胰凝乳蛋白酶、胰乳蛋白酶、彈性蛋白酶、

枯草桿菌蛋白酶等）

（2）鋅蛋白酶（羧肽酶等）

（3）巰基蛋白酶（木瓜蛋白酶等）

（4）羧基蛋白酶（胃蛋白酶等）第三章酶在同一族酶中，活性中心一級結(jié)構(gòu)的a.a順序極相似胰蛋白酶（牛）

Asp-Ser-Cys-Gln-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Val-Val-Cys-Ser-Gly-Lys

胰凝乳蛋白酶（牛）

Ser-Ser-Cys-Met-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-Val-Cys-Lys-Lys-Asn

彈性蛋白酶（豬）

Ser-Gly-Cys-Gln-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-His-Cys-Leu-Val-Asn

凝血酶（牛）

…Asp-Ala-Cys-Glu-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Phe-Val-Met-Lys-Ser-Pro

這4個源于哺乳動物的酶活性中心，都含有一個包括Ser在內(nèi)的完全相同的六肽：…Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro…第三章酶同源的趨異進化來自胰臟的胰凝乳蛋白酶（Phe、Tyr、Trp、）、胰蛋白酶（Lys、Arg）和彈性蛋白酶（疏水殘基），活性中心Ser附近的a.a順序相同，且分子一級結(jié)構(gòu)中有40%a.a順序相同，三維結(jié)構(gòu)也相同，表明它們起源于共同的祖先，但是它們的底物專一性不同。

這種來源于共同祖先，經(jīng)基因突變而得出不同專一性的結(jié)果稱為同源的趨異進化。第三章酶異源的趨同進化來自枯草桿菌的Ser蛋白酶的結(jié)構(gòu)與上述三種酶很不同，且活性中心Ser附近的a.a順序也不同（-Gly-Thr-Ser-Met-Ala-Ser）。電荷中繼網(wǎng)的位置也不同：

Asp102-His57-Ser195（胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶）

Asp32-His64-Ser221（枯草桿菌蛋白酶）

這表明枯草桿菌蛋白酶與胰凝乳蛋白酶等三個酶來源不同，但它們的電荷中繼網(wǎng)相同，功能相同，這種情況稱異源的趨同進化。第三章酶（三）判斷和確定酶活性中心的主要方法酶的專一性研究：研究酶的專一性底物的結(jié)構(gòu)特點、酶的競爭性抑制劑結(jié)構(gòu)特點等。酶分子側(cè)鏈基團的化學修飾法：例如1.用共價修飾的試劑作用于酶，查明保持酶活力的必需基團；2.親和標記（合成底物類似物）；3.—SH保護劑的使用；X- 射線晶體衍射法：定點誘變法第三章酶四、與酶的高效率有關(guān)的主要因素

1、鄰近與定向效應

2、誘導契合與底物扭曲變形

3、共價催化

4、酸鹼催化

5、微環(huán)境影響實例:胰凝乳蛋白酶（

chymotrypsin）第三章酶五.溶菌酶（lysozyme)

溶菌酶存在于雞蛋清和動物的眼淚中，其生物學功能是催化某些細菌細胞壁的多糖水解，從而溶解細菌的細胞壁。溶菌酶是第一個用X-射線法闡明其全部結(jié)構(gòu)和功能的酶。是1922年倫敦細菌學家弗萊明(Fleming)首次發(fā)現(xiàn)的。第三章酶

溶菌酶的結(jié)構(gòu)

溶菌酶由129個氨基酸殘基構(gòu)成，是一個單鏈蛋白，分子內(nèi)含有四對二硫鍵。活性中心的氨基酸殘基是Glu35和Asp52

。

第三章酶1.底物、溶菌酶及酶和底物復合物的結(jié)構(gòu)溶菌酶的底物溶菌酶通過水解某些細菌細胞壁的多糖組份來溶解細胞壁，細胞壁的多糖由兩種糖組成:

N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)N-乙酰氨基葡萄糖乳酸(NAM)第三章酶溶菌酶的最適小分子底物

NAG和NAM交替排列形成多聚物，它們之間通過β-1,4糖苷鍵相連。溶菌酶的最適小分子底物為NAG-NAM交替形成的六糖。6個糖環(huán)分別用A、B、C、D、E、F表示。溶菌酶水解D糖環(huán)和E糖環(huán)之間的糖苷鍵。第三章酶

溶菌酶和底物結(jié)合的空間構(gòu)象

從表面構(gòu)象看，酶的結(jié)構(gòu)不很緊密，大多數(shù)極性氨基酸殘基分布在分子的表面，非極性氨基酸殘基分布在分子的內(nèi)部。整個酶分子中有一狹長的凹穴。最適底物正好與酶分子的凹穴相結(jié)合，凹穴中的Glu35和Asp52

是活性中心的氨基酸殘基。第三章酶溶菌酶----底物復合物第三章酶2.催化作用機理溶菌酶底物與酶活性中心的關(guān)系

溶菌酶活性中心上的Asp52氧原子距離底物敏感鍵(C-O鍵)中碳原子（D糖環(huán)氧原子）只有0.3nm，活性中心上另一個氨基酸Glu35的羧基距離底物敏感鍵(C-O鍵)中氧原子也只有0.3nm，溶菌酶的活性中心的氨基酸殘基與底物敏感鍵既靠近又定向。第三章酶第三章酶

底物D糖環(huán)構(gòu)象發(fā)生變化

溶菌酶底物D糖環(huán)變形模型圖

椅式：C5、C1、C2

和O不在同一平面C5向前移動，O原子向后移動半椅式：C5、C1、C2

和O在同一平面上第三章酶

酶與底物結(jié)合后，D糖環(huán)構(gòu)象發(fā)生變形，從正常的能量較低的椅式構(gòu)象變?yōu)槟芰枯^高的半椅式構(gòu)象。

酸堿催化

酶活性中心的Glu35處于非極性區(qū)，其羧基呈不解離狀態(tài)，而Asp52處于極性區(qū)，羧基呈解離狀態(tài)。第三章酶Glu

35COC1C4HOEOH(NAG)NAGOOHOCO-Asp

52Asp

52-COOONAGDHOEOHC4C1OCGlu

35-HOH-+H2O+H非極性區(qū)極性區(qū)(NAG)O33

Glu35的羧基起廣義酸堿催化，向底物D糖環(huán)和E糖環(huán)之間的糖苷鍵上的氧原子提供一個質(zhì)子，氧原子與D糖環(huán)C1的糖苷鍵斷開，D糖環(huán)的C1

帶上正電荷成為正碳離子。Asp52上的-COO-起著協(xié)調(diào)糖苷鍵斷裂和穩(wěn)定正碳離子的作用。D第三章酶Glu

35COOHOC1HOHD(NAG)3OCO-Asp

52

最后，來自環(huán)境中的水分子上的H+與Glu35的-COO-結(jié)合，水分子上的HO-與正碳離子結(jié)合，至此，一次反應完成，細胞壁打開一個缺口。經(jīng)多次重復作用，細菌的細胞壁溶解。第三章酶3.溶菌酶催化特點小結(jié)

靠近與定向底物形變酸堿催化第三章酶六胰凝乳蛋白酶

（chymotrypsin)

胰凝乳蛋白酶是由241個氨基酸組成，分子量為25000，分子呈橢圓狀，含α-螺旋較少?；钚圆课挥蒘er195、His57、Asp102三個氨基酸殘基構(gòu)成，這三個氨基酸殘基形成催化三聯(lián)體。

催化三聯(lián)體：第三章酶催化機理：

酶活性中心的三個氨基酸底物第三章酶His57作為質(zhì)子的受體從Ser195吸取一個質(zhì)子，形成共價鍵，使Ser195-O-成為很強的親核試劑，攻擊底物羰基碳原子，二者形成共價鍵。電子云向底物羰基氧原子轉(zhuǎn)移第一步第三章酶第二步底物-NH上的電子云向酶分子的His57-N+H轉(zhuǎn)移，His57作為酸向底物提供質(zhì)子。第三章酶底物的C-N鍵斷裂第三步第三章酶底物C-N鍵氮端產(chǎn)物釋放第四步第三章酶第五步

水分子的-OH親核攻擊底物羰基碳原子,形成共價鍵。His57作為質(zhì)子的受體從水分子上接受質(zhì)子。第三章酶第六步

底物C-O-的電子云向His57-N+H轉(zhuǎn)移,Ser195的氧與底物的碳之間的共價鍵斷開。Ser195作為質(zhì)子的受體從His57接受質(zhì)子，酶恢復原狀。第三章酶第七步第三章酶第八步第三章酶胰凝乳蛋白酶催化機制的特點：

廣義的酸堿催化共價催化

絲氨酸蛋白酶（serineproteases）

絲氨酸蛋白酶是一類最有特色的酶家族，它包括胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶、凝血酶、枯草桿菌蛋白酶等。

第三章酶

胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶為消化酶，在胰腺中合成，以非活性的酶原形式分泌到消化道，在消化道中轉(zhuǎn)化成有活性的酶。

這三種酶在一級結(jié)構(gòu)上有40%的氨基酸順序是相同的，三維結(jié)構(gòu)也很相似，都有Ser195、His57、Asp102三個氨基酸殘基構(gòu)成的催化三聯(lián)體，它們的催化作用機理也相似，但它們的專一性是完全不同的。

這三種酶的活性部位位于分子表面的凹陷區(qū)域，這個凹陷結(jié)構(gòu)區(qū)域稱為口袋。由于三種蛋白酶的口袋的差異造成它們的專一性不同。第三章酶

胰凝乳蛋白酶的口袋底部有一個小的Ser，口袋上方有兩個小的Gly殘基，有利于較大的芳香族氨基酸側(cè)鏈進入，因此胰凝乳蛋白酶催化芳香族氨基酸形成的肽鍵。

胰蛋白酶口袋底部有一個帶負電荷的Asp，有利于結(jié)合帶正電荷的Arg、Lys殘基，決定了胰蛋白酶可以催化精氨酸和賴氨酸羧基形成的肽鍵。第三章酶

彈性蛋白酶有一個淺的口袋，口袋上方有大的Thr和Val殘基，只允許小分子的氨基酸像甘氨酸、丙氨酸進入，因此彈性蛋白酶可催化甘氨酸和丙氨酸羧基形成的肽鍵。第三章酶第五節(jié)影響酶促反應速度的因素

（酶促反應動力學）

一、酶促反應速度的測定與酶的活力單位二、影響酶反應速度的因素第三章酶酶促反應速度的測定與酶的活力單位1、酶促反應速度的測定初速度的概念2、酶活力3、酶活力的表示方法4、酶活力測定方法：終點法動力學法

檢測酶含量及存在，很難直接用酶的“量”（質(zhì)量、體積、濃度）來表示，而常用酶催化某一特定反應的能力來表示酶量，即用酶的活力表示。

酶催化一定化學反應的能力稱酶活力，酶活力通常以最適條件下酶所催化的化學反應的速度來確定。第三章酶影響對酶反應速度的因素

2、底物濃度3、pH

（最適pH的概念）4、溫度

（最適溫度的概念）5、激活劑6、抑制劑1、酶濃度當S足夠過量，其它條件固定且無不利因素時，v=k[E]第三章酶底物濃度對酶反應速度的影響1、酶反應速度與底物濃度的關(guān)系曲線（Michaelis—Menten曲線）2、米氏方程的提出及推導3、米氏常數(shù)的意義4、米氏常數(shù)的測定第三章酶酶反應速度與底物濃度的關(guān)系曲線第三章酶單分子酶促反應的米氏方程及Km推導原則：從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照“穩(wěn)態(tài)平衡”假說的設(shè)想進行推導。米氏方程:米氏常數(shù):E+Sk1k2k3ESE+P第三章酶1．底物濃度對反應速度的影響：

⑴底物對酶促反應的飽和現(xiàn)象：由實驗觀察到，在酶濃度不變時，不同的底物濃度與反應速度的關(guān)系為一矩形雙曲線.①當?shù)孜餄舛容^低時，反應速度的增加與底物濃度的增加成正比（一級反應）；②隨底物濃度的增加，反應速度的增加量逐漸減少（混合級反應）；③當?shù)孜餄舛仍黾拥揭欢繒r，反應速度達到一最大值，不再隨底物濃度的增加而增加（零級反應）。

第三章酶⑵米氏方程及米氏常數(shù)：

根據(jù)實驗結(jié)果，Michaelis&Menten于1913年推導出了上述矩形雙曲線的數(shù)學表達式，即米氏方程：ν=Vmax[S]/(Km+[S])。其中，Vmax為最大反應速度，Km為米氏常數(shù)。⑶Km和Vmax的意義：

①當ν=Vmax/2時，Km=[S]。因此，Km等于酶促反應速度達最大值一半時的底物濃度。

②當k2>>k3時，Km=k2/k1=Ks。因此，Km可以反映酶與底物親和力的大小，即Km值越小，則酶與底物的親和力越大；反之，則越小。

第三章酶③Km可用于判斷反應級數(shù)：

A.當[S]<0.01Km時，ν=（Vmax/Km）[S]，反應為一級反應，即反應速度與底物濃度成正比；

B.當[S]>100Km時，ν=Vmax，反應為零級反應，即反應速度與底物濃度無關(guān)；

C.當0.01Km<[S]<100Km時，反應處于零級反應和一級反應之間，為混合級反應。

④Km是酶的特征性常數(shù)：在一定條件下，某種酶的Km值是恒定的，因而可以通過測定不同酶（特別是一組同工酶）的Km值，來判斷是否為不同的酶。

第三章酶⑤Km可用來判斷酶的最適底物：當酶有幾種不同的底物存在時，Km值最小者，為該酶的最適底物。⑥Km可用來確定酶活性測定時所需的底物濃度：當[S]=10Km時，ν=91%Vmax，為最合適的測定酶活性所需的底物濃度。⑦Vmax可用于酶的轉(zhuǎn)換數(shù)的計算：當酶的總濃度和最大速度已知時，可計算出酶的轉(zhuǎn)換數(shù)，即單位時間內(nèi)每個酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。

⑷Km和Vmax的測定：主要采用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法和Hanes作圖法。第三章酶米氏方程的推導令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當酶反應體系處于恒態(tài)時：當[Et]=[ES]時，(4)所以

第三章酶

米氏常數(shù)的測定

基本原則：

將米氏方程變化成相當于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出Km。例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第三章酶酶動力學的雙倒數(shù)圖線第三章酶pH對酶反應速度的影響

過酸過鹼導致酶蛋白變性

影響底物分子解離狀態(tài)

影響酶分子解離狀態(tài)

影響酶的活性中心構(gòu)象pH最適pHv第三章酶溫度與酶反應速度的關(guān)系

在達到最適溫度以前，反應速度隨溫度升高而加快

酶是蛋白質(zhì)，其變性速度亦隨溫度上升而加快酶的最適溫度不是一個固定不變的常數(shù)v溫度最適溫度(optimumtemperature)：酶促反應速度最快時的環(huán)境溫度。它不是酶的特征性常數(shù)第三章酶激活劑對酶作用的影響類別金屬離子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、

Se3+、Co2+、Fe2+

陰離子：

Cl-、Br-

有機分子:還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA凡是能提高酶活性的物質(zhì)，稱為酶的激活劑（activator）第三章酶六、激活劑對反應速度的影響激活劑:凡能使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。如：金屬離子：Mg2+、

K+、Mn2+、Na+、Cu2+、Zn2+、陰離子：Cl-Br-有機物：膽汁酸鹽、抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA(乙二胺四乙酸)分類：必需激活劑：如，Mg2+對己糖激酶非必需激活劑：如，Cl-

對淀粉酶第三章酶

抑制劑對酶作用的影響

凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基團的化學性質(zhì)改變而降低酶活力甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)，叫酶的抑制劑（inhibitor）。

類型：不可逆抑制劑可逆抑制劑

應用：研制殺蟲劑、藥物研究酶的作用機理，確定代謝途徑第三章酶抑制劑類型和特點

競爭性抑制劑可逆抑制劑反爭性抑制劑

非競爭性抑制劑

非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑

專一性不可逆抑制劑第三章酶

+IEIESP+EE+S競爭性抑制作用

實例：磺胺藥物的藥用機理H2N--SO2NH2對氨基苯磺酰胺H2N--COOH對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸第三章酶①競爭性抑制：抑制劑與底物競爭與酶的同一活性中心結(jié)合，從而干擾了酶與底物的結(jié)合，使酶的催化活性降低，這種作用就稱為競爭性抑制作用。其特點為：a.競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應產(chǎn)物；b.抑制劑與酶的結(jié)合部位與底物與酶的結(jié)合部位相同；c.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??；d.動力學參數(shù)：Km值增大，Vm值不變。典型的例子是丙二酸對琥珀酸脫氫酶（底物為琥珀酸）的競爭性抑制和磺胺類藥物（對氨基苯磺酰胺）對二氫葉酸合成酶（底物為對氨基苯甲酸）的競爭性抑制。第三章酶非競爭性抑制作用

+IEI+SESIESP+EE+S+I實例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）第三章酶③非競爭性抑制：抑制劑既可以與游離酶結(jié)合，也可以與ES復合物結(jié)合，使酶的催化活性降低，稱為非競爭性抑制。其特點為：a.底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相結(jié)合；b.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；c.動力學參數(shù)：Km值不變，Vm值降低。

第三章酶反競爭性抑制作用ESIESP+EE+S+I第三章酶②反競爭性抑制：抑制劑不能與游離酶結(jié)合，但可與ES復合物結(jié)合并阻止產(chǎn)物生成，使酶的催化活性降低，稱酶的反競爭性抑制。其特點為：a.抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結(jié)合；b.必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；c.動力學參數(shù)：Km減小，Vm降低。

第三章酶競爭性抑制作用非競爭性抑制作用競爭性非競爭性抑制作用機理示意圖底物與酶專一性結(jié)合第三章酶競爭性抑制曲線

第三章酶非競爭性抑制曲線第三章酶反競爭性抑制曲線

第三章酶酶的不可逆抑制作用

抑制劑與酶分子的必需基團共價結(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的抑制作用就是不可逆抑制作用。如果以ν～[E]作圖，就可得到一組斜率相同的平行線，隨抑制劑濃度的增加而平行向右移動。1）專一性抑制

⑴KSA.類似底物B.對酶的必需基團進行修飾

⑵kcatA.類似天然底物同時也是酶的底物

B.在酶催化時潛伏基團活化使酶失活第三章酶2）非專一性抑制

⑴有機磷化合物－－Ser（如有機磷農(nóng)藥對膽堿酯酶的抑制(解磷定或氯磷定)

⑵有機砷、有機汞化合物－－Cys

⑶重金屬鹽使蛋白質(zhì)變性

⑷烷化試劑－－巰基氨基羧基咪唑基

⑸氰化物、硫化物和CO－－含鐵卟啉的酶

⑹青霉素－－糖肽酶Ser的羥基破壞肽聚糖的交聯(lián)第三章酶路易士氣巰基酶失活的酶第三章酶重金屬鹽引起的巰基酶中毒可用二巰基丙醇（BAL）解毒。BAL第三章酶農(nóng)藥敵百蟲、敵敵畏、1059等有機磷化合物能特異地與膽堿酯酶（Cholineesterase）活性中心絲氨酸殘基的羥基結(jié)合，使酶失活。有機磷化合物羥基酶失活的酶第三章酶敵百蟲敵敵畏有機磷殺蟲劑第三章酶膽堿乙?；改憠A酯酶膽堿乙酰膽堿乙酰膽堿為生物體內(nèi)傳遞神經(jīng)沖動的重要物質(zhì)。膽堿酯酶為羥基酶，有機磷殺蟲劑中毒時，此酶活受抑制，結(jié)果造成乙酰膽堿的堆積，造成神經(jīng)過度興奮直至抽搐而死?？捎媒饬锥▉碇委?。第三章酶第五節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)

酶的調(diào)節(jié)：可以通過改變其催化活性而使整個代謝反應的速度或方向發(fā)生改變的酶就稱為限速酶或關(guān)鍵酶。

酶活性的調(diào)節(jié)1.改變其結(jié)構(gòu)而使其催化活性以生改變，2.改變其含量來改變其催化活性，3.以不同形式的酶在不同組織中的分布差異來調(diào)節(jié)代謝活動。

第三章酶酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，還存在被稱為調(diào)節(jié)位點（或變構(gòu)位點）的調(diào)節(jié)物特異結(jié)合位點，調(diào)節(jié)物結(jié)合到調(diào)節(jié)位點上引起酶的構(gòu)象發(fā)生變化，導致酶的活性提高或下降，這種現(xiàn)象稱為別構(gòu)效應,具有上述特點的酶稱別構(gòu)酶（allostericenzyme）實例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)機理：序變模型和齊變模型第三章酶1）、別構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)特點和性質(zhì)（1）已知的別構(gòu)酶都是寡聚酶，含有兩個或兩個以上亞基

（2）具有活性中心和別構(gòu)中心（調(diào)節(jié)中心），活性中心負責底物結(jié)合和催化，別構(gòu)中心負責調(diào)節(jié)酶反應速度?；钚灾行暮蛣e構(gòu)中心處在不同的亞基上或同一亞基的不同部位上。

（3）多數(shù)別構(gòu)酶不止一個活性中心，活性中心間有同種效應，底物就是調(diào)節(jié)物：有的別構(gòu)酶不止一個別構(gòu)中心，可以接受不同的代謝物的調(diào)節(jié)。

（4）別構(gòu)酶由于同位效應和別構(gòu)效應，不遵循米式方程，動力學曲線也不是典型的雙曲線型，而是S型（同位效應為正協(xié)同效應）和壓低的近雙曲線（同位效應為負協(xié)同效應）。第三章酶酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應示意圖效應劑別構(gòu)中心活性中心第三章酶a--非調(diào)節(jié)酶

b--正協(xié)同別構(gòu)酶的S形曲線

別構(gòu)酶的動力學曲線

第三章酶2）、別構(gòu)酶的動力學曲線①同位效應為正協(xié)同效應的別構(gòu)酶是S型曲線

這種S形曲線體現(xiàn)為，當?shù)孜餄舛劝l(fā)生較小變化時，別構(gòu)酶可以極大程度地控制反應速度，這是別構(gòu)酶可以靈活地調(diào)節(jié)反應速度的原因。

米氏酶：[S]0.9/[S]0.1=81別構(gòu)酶：[S]0.9/[S]0.1=3表明當?shù)孜餄舛劝l(fā)生較小變化時，如上升3倍，別構(gòu)酶的酶促反應速度可以從0.1Vmax升至0.9Vmax。

當增加正調(diào)節(jié)物濃度時Km減小，親和力增大，協(xié)同性減小：當增加負調(diào)節(jié)物的濃度時Km增加，親和力減小，協(xié)同性增大（對底物濃度的反應靈敏度增加）。

②同位效應為負協(xié)同效應的別構(gòu)酶是近似雙曲線

負協(xié)同效應時酶的反應速度對底物濃度的變化不敏感第三章酶變構(gòu)劑一般以反饋方式對代謝途徑的起始關(guān)鍵酶進行調(diào)節(jié)，常見的為負反饋調(diào)節(jié)。變構(gòu)調(diào)節(jié)的特點：①酶活性的改變通過酶分子構(gòu)象的改變而實現(xiàn)；②酶的變構(gòu)僅涉及非共價鍵的變化；③調(diào)節(jié)酶活性的因素為代謝物；④為一非耗能過程；⑤無放大效應第三章酶ATCaseATP+ATCase所催化的反應氨甲酰磷酸天冬氨酸CTP-UTPUMP氨甲酰天冬氨酸第三章酶E.coli的ATCase的亞基排列催化(C)亞基（catalyticsubunit）調(diào)節(jié)(R)亞基（regulativesubunit）p414第三章酶ATCase的半分子結(jié)構(gòu)ATCase半分子（C3R3)的結(jié)構(gòu)CTPsitecatalyticsite第三章酶ATCasealoneATCase-PALAcomplex

ATCase的別構(gòu)過度作用

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

第三章酶PALA(N-磷乙酰-L-天冬氨酸)結(jié)合到ATCase活性中心的模型第三章酶ATCase變構(gòu)效應的動力學特征ATP（正效應劑）CTP（負效應劑）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第三章酶（3）、別構(gòu)酶調(diào)節(jié)活性的機理①齊變模式（concertedmodel）：

相同配體與寡聚蛋白協(xié)同結(jié)合的一種模式，按照最簡單的齊變模式，由于一個底物或別構(gòu)調(diào)節(jié)劑的結(jié)合，蛋白質(zhì)的構(gòu)相在T（對底物親和性低的構(gòu)象）和R（對底物親和性高的構(gòu)象）之間變換。這一模式提出所有蛋白質(zhì)的亞基都具有相同的構(gòu)象，或是T構(gòu)象，或是R構(gòu)象。②序變模式（sequentialmodel）：

相同配體與寡聚蛋白協(xié)同結(jié)合的另外一種模式。按照最簡單的序變模式，一個配體的結(jié)合會誘導它結(jié)合的亞基的三級結(jié)構(gòu)的變化，并使相鄰亞基的構(gòu)象發(fā)生很大的變化。按照序變模式，只有一個亞基對配體具有高的親和力。第三章酶別構(gòu)酶的齊變模型SSSSSSSSSST狀態(tài)（對稱亞基）T狀態(tài)（對稱亞基）SSSS對稱亞基對稱亞基齊步變化第三章酶別構(gòu)酶的序變模型SSSSSSSSSSSSSS亞基全部處于R型亞基全部處于T型依次序變化第三章酶（二）可逆共價修飾的調(diào)控（共價調(diào)節(jié)酶）共價調(diào)節(jié)酶：酶分子被其它的酶催化進行共價修飾，從而在活性形式與非活性形式之間相互轉(zhuǎn)變。

舉例：糖原磷酸化酶

信號的級聯(lián)放大：

1分子磷酸化酶激酶，活化生成幾千個磷酶化酶a

1分子磷酸化酶a，催化生成幾千個1-P-G

共價調(diào)節(jié)酶的兩種常見類型

①磷酸化

去磷酸化

-OH

ATP

②腺苷?；?/p>

脫腺苷酰化

腺苷?；葾TP提供

第三章酶⑵共價修飾調(diào)節(jié)：酶蛋白分子中的某些基團可以在其他酶的催化下發(fā)生共價修飾，從而導致酶活性的改變，稱為共價修飾調(diào)節(jié)。共價修飾方式有：磷酸化-脫磷酸化等。共價修飾調(diào)節(jié)一般與激素的調(diào)節(jié)相聯(lián)系，其調(diào)節(jié)方式為級聯(lián)反應。共價修飾調(diào)節(jié)的特點為：①酶以兩種不同修飾和不同活性的形式存在；②有共價鍵的變化；③受其他調(diào)節(jié)因素（如激素）的影響；④一般為耗能過程；⑤存在放大效應。

第三章酶

（三）酶原的激活

在體內(nèi)處于無活性狀態(tài)的酶前身物（酶原，zymogen）在一定條件下被修飾轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程稱酶原的激活。其實質(zhì)是酶原被修飾時形成了正確的分子構(gòu)象和活性中心，由此可見酶分子的特定結(jié)構(gòu)和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保證。實例：胰蛋白酶原的激活第三章酶⑶酶原的激活：處于無活性狀態(tài)的酶的前身物質(zhì)就稱為酶原。酶原在一定條件下轉(zhuǎn)化為有活性的酶的過程稱為酶原的激活。酶原的激活過程通常伴有酶蛋白一級結(jié)構(gòu)的改變。酶原分子一級結(jié)構(gòu)的改變導致了酶原分子空間結(jié)構(gòu)的改變，使催化活性中心得以形成，故使其從無活性的酶原形式轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?。第三章酶酶原激活的意義1.在特定的環(huán)境和條件下發(fā)揮作用；2.避免細胞自身消化；3.酶原可以視為酶的儲存形式。第三章酶胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意圖

第三章酶2．酶含量的調(diào)節(jié)：是指通過改變細胞中酶蛋白合成或降解的速度來調(diào)節(jié)酶分子的絕對含量，影響其催化活性，從而調(diào)節(jié)代謝反應的速度。這是機體內(nèi)遲緩調(diào)節(jié)的重要方式。

⑴酶蛋白合成的調(diào)節(jié)：酶蛋白的合成速度通常通過一些誘導劑或阻遏劑來進行調(diào)節(jié)。凡能促使基因轉(zhuǎn)錄增強，從而使酶蛋白合成增加的物質(zhì)就稱為誘導劑；反之，則稱為阻遏劑。常見的誘導劑或阻遏劑包括代謝物、藥物和激素等。

⑵酶蛋白降解的調(diào)節(jié)：如饑餓時，精氨酸酶降解減慢，故酶活性增高，有利于氨基酸的分解供能。第三章酶3．同工酶的調(diào)節(jié)：在同一種屬中，催化活性相同而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)，理化性質(zhì)及免疫學性質(zhì)不同的一組酶稱為同工酶。來源方式：1.來自不同基因編碼；2.來自等位基因編碼；3.來自同一基因，轉(zhuǎn)錄成不同mRNA指導合成不同的多肽。類別：原級同工酶：由不同基因產(chǎn)生的肽鏈而衍生的同工酶；次級同工酶：將原級同工酶經(jīng)加工或修飾后的同工酶。第三章酶同工酶在體內(nèi)的生理意義主要在于適應不同組織或不同細胞器在代謝上的不同需要。因此，同工酶在體內(nèi)的生理功能是不同的。

例如:乳酸脫氫酶同工酶（LDHs）乳酸脫氫酶同工酶（LDHs）為四聚體，在體內(nèi)共有五種分子形式，即LDH1（H4），LDH2（H3M1），LDH3（H2M2），LDH4（H1M3）和LDH5（M4）。第三章酶乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖

多肽亞基mRNA四聚體結(jié)構(gòu)基因a

b乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+–H4MH3M2H2M3HM4點樣線第三章酶不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌腎肝骨骼肌血清-+原點第三章酶心肌中以LDH1含量最多，LDH1對乳酸的親和力較高，因此它的主要作用是催化乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵩龠M一步氧化分解，以供應心肌的能量。骨骼肌中含量最多的是LDH5，LDH5對丙酮酸的親和力較高，因此它的主要作用是催化丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?，以促進糖酵解的進行。第三章酶（四）專一性調(diào)控蛋白（調(diào)控因子）對酶活性的調(diào)節(jié)控制鈣調(diào)蛋白、激素結(jié)合蛋白，促進或抑制特異的酶活性

(五)酶與抗體——抗體酶abzyme(antibodyenzyme)

又稱催化性抗體（catalyticantibody），是一種具有催化功能的抗體分子。

過渡態(tài)理論：酶與底物不是在基態(tài)，而是在過渡態(tài)結(jié)構(gòu)互補，親和力最強，釋放出的結(jié)合能使過渡態(tài)結(jié)合物能級降低，利于反應物分子越過能壘，加速反應。

而抗體與抗原是基態(tài)結(jié)合。第三章酶誘導酶酶可相對地區(qū)分為結(jié)構(gòu)酶和誘導酶。

結(jié)構(gòu)酶：指正常細胞內(nèi)存在的酶，它的含量較穩(wěn)定，受外界因素影響很小。

誘導酶：在正常細胞中含量極少或沒有，當細胞中加入特定誘導物后，誘導產(chǎn)生的酶，含量在誘導物存在下顯著增高，誘導物往往是該酶的底物或底物類似物。第三章酶乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖

多肽亞基mRNA四聚體結(jié)構(gòu)基因a

b乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+–H4MH3M2H2M3HM4點樣線第三章酶不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌腎肝骨骼肌血清-+原點第三章酶為什么維生素A及D可好幾個星期吃一次，而維生素B復合物就必須經(jīng)常補充？

維生素A和D是脂溶性的維生素，可以貯存。但B族維生素是水溶性的，不能貯存，即維生素B復合物的高溶解度導致了其快速排泄，所以必須經(jīng)常補充。1/v對1/[S]的雙倒數(shù)作圖得到的直線斜率為1.2×10-3min，在1/v軸上的截距為2.0×10-2nmol-1mlmin。計算Vmax和Km答：Vmax＝50nmolml-1min-1；Km＝6.0×10－2nmolml-1第三章酶1.酶是

產(chǎn)生的，具有催化活性的

。2．酶具有

、

、

和

等催化特點。3．影響酶促反應速度的因素有

、

、

、

、

和

。4．胰凝乳蛋白酶的活性中心主要含有

、

、和

基，三者構(gòu)成一個氫鍵體系，使其中的

上的

成為強烈的親核基團，此系統(tǒng)稱為

系統(tǒng)或

。5．與酶催化的高效率有關(guān)的因素有

、

、

、

、

等。第三章酶6.丙二酸和戊二酸都是琥珀酸脫氫酶的

抑制劑。7．變構(gòu)酶的特點是：（1）

，（2）

，它不符合一般的

，當以V對[S]作圖時，它表現(xiàn)出

型曲線，而非

曲線。它是

酶。8．轉(zhuǎn)氨酶的輔因子為

即維生素

。其有三種形式，分別為

、

、

，其中

在氨基酸代謝中非常重要，是

、

和

的輔酶。9．葉酸以其

起輔酶的作用，它有

和

兩種還原形式，后者的功能作為

載體。11．全酶由

和

組成，在催化反應時，二者所起的作用不同，其中

決定酶的專一性和高效率，

起傳遞電子、原子或化學基團的作用。12．輔助因子包括

、

和

等。其中

與酶蛋白結(jié)合緊密，需要

除去，

與酶蛋白結(jié)合疏松，可以用

除去。第三章酶酶的活性中心包括

和

兩個功能部位，其中

直接與底物結(jié)合，決定酶的專一性，

是發(fā)生化學變化的部位，決定催化反應的性質(zhì)。18．酶活力是指

，一般用

表示。19．通常討論酶促反應的反應速度時，指的是反應的

速度，即

時測得的反應速度。20．解釋別構(gòu)酶作用機理的假說有

模型和

模型兩種。21．固定化酶的優(yōu)點包括

，

，

等。22．pH值影響酶活力的原因可能有以下幾方面：影響

，影響

，影響

。第三章酶23．溫度對酶活力影響有以下兩方面：一方面

，另一方面

。24．脲酶只作用于尿素，而不作用于其他任何底物，因此它具有

專一性；甘油激酶可以催化甘油磷酸化，僅生成甘油-1-磷酸一種底物，因此它具有

專一性。25．酶促動力學的雙倒數(shù)作圖（Lineweaver-Burk作圖法），得到的直線在橫軸的截距為

，縱軸上的截距為

。26．磺胺類藥物可以抑制

酶，從而抑制細菌生長繁殖。27．判斷一個純化酶的方法優(yōu)劣的主要依據(jù)是酶的

和第三章酶1．酶的活性中心是指：A．酶分子上含有必需基團的肽段B．酶分子與底物結(jié)合的部位C．酶分子與輔酶結(jié)合的部位

D．酶分子發(fā)揮催化作用的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)區(qū)E．酶分子有絲氨酸殘基、二硫鍵存在的區(qū)域2．酶催化作用對能量的影響在于：A