《生物化學(xué)：第四章酶與催化反應(yīng)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《生物化學(xué)：第四章酶與催化反應(yīng)（164頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第四章第四章 酶與催化反應(yīng)酶與催化反應(yīng)ENZYMES AND CATALYTIC REACTIONS Enzymes and Enzymatic Reactions 一、化學(xué)反應(yīng)具有熱力學(xué)和動力學(xué)特性一、化學(xué)反應(yīng)具有熱力學(xué)和動力學(xué)特性（一）熱力學(xué)性質(zhì)涉及反應(yīng)平衡和能量平衡（一）熱力學(xué)性質(zhì)涉及反應(yīng)平衡和能量平衡1 1反應(yīng)平衡可用平衡常數(shù)來描述反應(yīng)平衡可用平衡常數(shù)來描述反應(yīng)平衡（反應(yīng)平衡（reaction equilibrium）任何一個化學(xué)反應(yīng)在正向反應(yīng)與逆向反應(yīng)任何一個化學(xué)反應(yīng)在正向反應(yīng)與逆向反應(yīng)速率相等時，反應(yīng)便不再有新的產(chǎn)物生成速率相等時，反應(yīng)便不再有新的產(chǎn)物生成,這這時的化學(xué)反應(yīng)稱為反應(yīng)

2、平衡。時的化學(xué)反應(yīng)稱為反應(yīng)平衡。平衡常數(shù)（平衡常數(shù)（equilibrium constant,Keq）平衡常數(shù)是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時，反平衡常數(shù)是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時，反應(yīng)產(chǎn)物濃度成積與剩余底物濃度成積之比。應(yīng)產(chǎn)物濃度成積與剩余底物濃度成積之比。一定的溫度下，一定的溫度下，Keq與反應(yīng)的初始濃度與反應(yīng)的初始濃度無關(guān)，它反映化學(xué)反應(yīng)的本性。無關(guān)，它反映化學(xué)反應(yīng)的本性。Keq越大則反應(yīng)越傾向于產(chǎn)物的生成；越大則反應(yīng)越傾向于產(chǎn)物的生成；Keq越小則逆反應(yīng)的程度越大。越小則逆反應(yīng)的程度越大。2 2自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動力自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動力自由能（自由能（free energy）自由能是能

3、夠用于做功的能量。自由能是能夠用于做功的能量。自由能變（自由能變（G G）在生物系統(tǒng)中，生物分子在等溫、等壓條在生物系統(tǒng)中，生物分子在等溫、等壓條件下，在化學(xué)反應(yīng)中能量的變化可以用自由能件下，在化學(xué)反應(yīng)中能量的變化可以用自由能變（變（G G）來量度。）來量度。自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動力，影響化學(xué)反自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動力，影響化學(xué)反應(yīng)的方向。應(yīng)的方向。G 0反應(yīng)為吸能反應(yīng)（反應(yīng)為吸能反應(yīng)（endergonic reaction）不能自發(fā)進(jìn)行）不能自發(fā)進(jìn)行 G=0反應(yīng)正逆向速率相等，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)反應(yīng)正逆向速率相等，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)（二）動力學(xué)性質(zhì)是對反應(yīng)速率的描述（二）動力學(xué)性質(zhì)是對反

4、應(yīng)速率的描述動力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)速率及其影動力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素的科學(xué)。響因素的科學(xué)。反應(yīng)速率：反應(yīng)速率：是單位體積內(nèi)反應(yīng)進(jìn)度隨時間的變化率是單位體積內(nèi)反應(yīng)進(jìn)度隨時間的變化率,由底物濃度和速率常數(shù)（由底物濃度和速率常數(shù)（rate constant,k）所決定。所決定。一級反應(yīng)（一級反應(yīng)（first-order reaction）:單底物反應(yīng)單底物反應(yīng) 二級反應(yīng)（二級反應(yīng)（second-order reaction）：雙底：雙底物反應(yīng)物反應(yīng)V僅依賴于一個底物濃度僅依賴于一個底物濃度S；V=k S k的的單位是秒單位是秒 1V依賴于兩個底物濃度依賴于兩個底物濃度V=k S1S2k的單

5、位是的單位是L mol 1 s 1二、酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)二、酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)（一）單純酶僅含有氨基酸組分（一）單純酶僅含有氨基酸組分有些酶其分子結(jié)構(gòu)僅由氨基酸殘基組成，有些酶其分子結(jié)構(gòu)僅由氨基酸殘基組成，沒有輔助因子。這類酶稱為單純酶（沒有輔助因子。這類酶稱為單純酶（simple enzyme）。）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。核糖核酸酶等。（二）結(jié)合酶既含有氨基酸組分又含有非氨（二）結(jié)合酶既含有氨基酸組分又含有非氨基酸組分基酸組分結(jié)合酶（結(jié)合酶（conjugated enzyme）是除了在其組）是除了在其組成中含有由氨基酸組成的蛋白

6、質(zhì)部分外，還含有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)部分非蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分：酶蛋白蛋白質(zhì)部分：酶蛋白 (apoenzyme)輔助因子輔助因子(cofactor)金屬離子金屬離子小分子有機(jī)化合物小分子有機(jī)化合物全酶全酶(holoenzyme)決定反應(yīng)的特異性及其催化機(jī)制決定反應(yīng)的特異性及其催化機(jī)制決定反應(yīng)的性決定反應(yīng)的性質(zhì)和反應(yīng)類型質(zhì)和反應(yīng)類型輔助因子分類輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）輔酶輔酶(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。方法除去。輔基輔基(prosthetic gr

7、oup):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去濾的方法除去。一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子有機(jī)化合物一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子有機(jī)化合物是重要的輔酶或輔基。是重要的輔酶或輔基。輔酶在反應(yīng)過程中可與多種酶蛋白結(jié)合，輔酶在反應(yīng)過程中可與多種酶蛋白結(jié)合，作為底物作為底物在不同的酶之間傳遞電子、質(zhì)子在不同的酶之間傳遞電子、質(zhì)子或化學(xué)基團(tuán)。在一種酶或化學(xué)基團(tuán)。在一種酶蛋白反應(yīng)中接受化蛋白反應(yīng)中接受化學(xué)基團(tuán)，離開后到另一種酶蛋白中提供化學(xué)基團(tuán)，離開后到另一種酶蛋白中提供化學(xué)基團(tuán)。學(xué)基團(tuán)。輔基在反應(yīng)中不能離開與其結(jié)合的酶蛋白。輔基在反應(yīng)中不能離開與其結(jié)合的酶蛋白。金屬離子是常見的輔助

8、因子，大概金屬離子是常見的輔助因子，大概2/3的酶的酶含金屬離子。含金屬離子。金屬酶金屬酶(metalloenzyme)：兩者結(jié)合緊密，：兩者結(jié)合緊密，提取過程中不易丟失的叫金屬酶。提取過程中不易丟失的叫金屬酶。金屬激活酶金屬激活酶(metal-activated enzyme)：兩：兩者結(jié)合不緊密的叫金屬激活酶，金屬離子為者結(jié)合不緊密的叫金屬激活酶，金屬離子為酶的活性所必需，卻不與酶直接結(jié)合，而是酶的活性所必需，卻不與酶直接結(jié)合，而是通過底物通過底物相連接相連接金屬離子的作用金屬離子的作用1.1.穩(wěn)定構(gòu)象：穩(wěn)定酶蛋白催化活性所必需穩(wěn)定構(gòu)象：穩(wěn)定酶蛋白催化活性所必需的分子構(gòu)象；的分子構(gòu)象；2.

9、2.構(gòu)成酶的活性中心：作為酶的活性中心構(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；的組成成分，參與構(gòu)成酶的活性中心；3.3.連接作用：作為橋梁，將底物分子與酶連接作用：作為橋梁，將底物分子與酶蛋白螯合起來。蛋白螯合起來。4.4.中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力。中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力。（三）單體酶和寡聚酶（三）單體酶和寡聚酶單體酶（單體酶（monomeric enzyme）由一條多肽鏈組成，只具有三級結(jié)構(gòu)的酶。由一條多肽鏈組成，只具有三級結(jié)構(gòu)的酶。如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。寡聚酶（寡聚酶（oligome

10、ric enzyme）由多條相同或不同的亞基組成的酶。由多條相同或不同的亞基組成的酶。多酶復(fù)合物（多酶復(fù)合物（multienzyme complex），），或稱多酶體系（或稱多酶體系（multienzyme system）由催化不同化學(xué)反應(yīng)的多種酶聚合組成由催化不同化學(xué)反應(yīng)的多種酶聚合組成如：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物如：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物多功能酶（多功能酶（multifunctional enzyme）或稱串聯(lián)酶（或稱串聯(lián)酶（tandem enzyme）多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶如：哺乳動物脂肪酸如：哺乳動物脂肪酸三、按酶所催化反應(yīng)的類型將酶分為六大類三、按酶所

11、催化反應(yīng)的類型將酶分為六大類氧化還原酶類：氧化還原酶類：催化氧化還原反應(yīng)的酶催化氧化還原反應(yīng)的酶轉(zhuǎn)移酶類：催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移或交換的酶轉(zhuǎn)移酶類：催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移或交換的酶水解酶類：催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶水解酶類：催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶裂合酶類：催化從底物移去一個基團(tuán)并形成雙裂合酶類：催化從底物移去一個基團(tuán)并形成雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)的酶鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)的酶異構(gòu)酶類：催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶類異構(gòu)酶類：催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶類合成酶類：催化兩種底物形成一種產(chǎn)物同時偶合成酶類：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聯(lián)有高能鍵的水解釋能的酶四、酶可按其所催化的反應(yīng)類型予以

12、命名四、酶可按其所催化的反應(yīng)類型予以命名（一）酶的系統(tǒng)命名（一）酶的系統(tǒng)命名習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法:較混亂較混亂一般是按酶所催化的底物命名，在其底物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英文名詞上加后綴“ase”作為酶的名稱。作為酶的名稱。如：蛋白酶（如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatase）系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法:較煩瑣較煩瑣根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)，按酶的分類對根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)，按酶的分類對酶命名酶命名每個酶都有一個名稱和一個編號每個酶都有一個名稱和一個編號酶的分類與命名舉例酶的分類與命名舉例（二）推薦名稱簡便而常用（二）推薦名稱簡便而常用由

13、于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國際酶學(xué)委員會由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國際酶學(xué)委員會為每一個酶從常用的習(xí)慣名稱中挑選出一個為每一個酶從常用的習(xí)慣名稱中挑選出一個推薦名稱推薦名稱（recommended name）。）。推薦名稱是從每種酶的數(shù)個習(xí)慣名稱中推薦名稱是從每種酶的數(shù)個習(xí)慣名稱中以簡便實(shí)用為原則而選定的。以簡便實(shí)用為原則而選定的。也叫慣用名也叫慣用名系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱 L-乳酸：乳酸：NAD+氧化還原酶氧化還原酶推薦名稱推薦名稱 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶五、同工酶五、同工酶（一）同工酶是催化相同化學(xué)反應(yīng)而結(jié)構(gòu)不（一）同工酶是催化相同化學(xué)反應(yīng)而結(jié)構(gòu)不同的一組酶同的一組酶定義定義:同工酶同工酶(isoenzyme)

14、是指催化相同的化是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶?；蛐酝っ富蛐酝っ赣刹煌蚓幋a的多肽鏈由不同基因編碼的多肽鏈）多基因位點(diǎn)同工酶）多基因位點(diǎn)同工酶：肽鏈由不同染色體或同一染色體上不同位點(diǎn)肽鏈由不同染色體或同一染色體上不同位點(diǎn)的基因所編碼，彼此獨(dú)立，受不同因素調(diào)的基因所編碼，彼此獨(dú)立，受不同因素調(diào)控，可以不同時表達(dá)。控，可以不同時表達(dá)。）等位基因酶（和復(fù)等位基因酶）等位基因酶（和復(fù)等位基因酶）：）：基因位點(diǎn)發(fā)生遺傳變異，酶蛋白上氨基酸置基因位點(diǎn)發(fā)生遺傳變異，酶蛋白上氨基酸置換或缺

15、失，酶仍能催化相同反應(yīng)。換或缺失，酶仍能催化相同反應(yīng)。同一基因不同同一基因不同mRNA的同工酶的同工酶同一基因生成不同同一基因生成不同mRNAmRNA：由不同起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄；由不同起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄；原始原始RNARNA經(jīng)不同剪接加工而生成不同經(jīng)不同剪接加工而生成不同mRNAmRNA。不同不同mRNAmRNA翻譯成不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。翻譯成不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。乳酸脫氫酶同工酶乳酸脫氫酶同工酶乳酸脫氫酶同工酶（乳酸脫氫酶同工酶（LDHLDH），），基因性的基因性的多基多基因位點(diǎn)同工酶。為四聚體，由因位點(diǎn)同工酶。為四聚體，由M M、H H兩種亞兩種亞基組成。在體內(nèi)共有五種分子形式，五種基組成。在體內(nèi)共

16、有五種分子形式，五種同工酶在組織中分布和含量具有特征。同工酶在組織中分布和含量具有特征。LDHLDH1 1（H H4 4）LDHLDH2 2（H H3 3M M）LDHLDH3 3（H H2 2M M2 2）LDHLDH4 4（HMHM3 3）LDHLDH5 5（M M4 4）LDHLDH同工酶同工酶紅細(xì)胞紅細(xì)胞白細(xì)胞白細(xì)胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺腎腎肝肝脾脾LDHLDH1 1 （H H4 4）4343121227.127.10 07373141443432 21010LDHLDH2 2 （H H3 3MM）4444494934.734.70 02424343444444 42525L

17、DHLDH3 3（H H2 2MM2 2）1212333320.920.95 53 33535121211111010LDHLDH4 4 （HMHM3 3）1 16 611.711.716160 05 51 127272020LDHLDH5 5 （MM4 4）0 00 05.75.779790 012120 056565 5人體各組織器官人體各組織器官LDHLDH同工酶譜（活性同工酶譜（活性%）乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶NAD+NADH+H+心肌中以心肌中以LDH1含量最多，含量最多，LDH1對乳酸的對乳酸的親和力較高。親和力較高。因此它的主要作用是催化乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸虼怂闹饕饔檬谴呋樗徂D(zhuǎn)變?yōu)?/p>

18、丙酮酸再進(jìn)一步氧化分解，以供應(yīng)心肌的能酸再進(jìn)一步氧化分解，以供應(yīng)心肌的能量。量。在骨骼肌中含量最多的是在骨骼肌中含量最多的是LDH5，LDH5對對丙酮酸的親和力較高，因此它的主要作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?，用是催化丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗幔源龠M(jìn)糖以促進(jìn)糖酵解的進(jìn)行。酵解的進(jìn)行。己糖激酶己糖激酶 ：作用于多種己糖：作用于多種己糖 同工酶同工酶 ，型型 肝外組織肝外組織 肝臟肝臟 特點(diǎn)：特點(diǎn)：強(qiáng)親和力強(qiáng)親和力 強(qiáng)專一性強(qiáng)專一性催化同一反應(yīng)，表現(xiàn)不同的催化特點(diǎn)催化同一反應(yīng)，表現(xiàn)不同的催化特點(diǎn)己糖己糖磷酸己糖磷酸己糖ATPATPADPADP（二）同工酶在生物體中的表達(dá)分布具

19、有時（二）同工酶在生物體中的表達(dá)分布具有時空特異性空特異性同工酶存在于同一種屬的不同個體；同一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(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)個體的不同組織、同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)；構(gòu)；以及同一組織、細(xì)胞的不同發(fā)育階段。以及同一組織、細(xì)胞的不同發(fā)育階段。LDHLDH同工酶同工酶紅細(xì)胞紅細(xì)胞白細(xì)胞白細(xì)胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺腎腎肝肝脾脾LDHLDH1 1 （H H4 4）4343121227.127.10 07373141443432 21010LDHLDH2 2 （H H3 3MM）4444494934.734.70 02424343444444 4252

20、5LDHLDH3 3（H H2 2MM2 2）1212333320.920.95 53 33535121211111010LDHLDH4 4 （HMHM3 3）1 16 611.711.716160 05 51 127272020LDHLDH5 5 （MM4 4）0 00 05.75.779790 012120 056565 5人體各組織器官人體各組織器官LDHLDH同工酶譜（活性同工酶譜（活性%）（三）檢測組織器官同工酶譜的變化有重要（三）檢測組織器官同工酶譜的變化有重要的臨床意義的臨床意義1 1 在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；2 2 用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代

21、謝用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征；特征；3 3 同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；4 4 同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究。分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶譜的變化同工酶譜的變化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶譜心肌梗死酶譜正常酶譜正常酶譜肝病酶譜肝病酶譜2 23 34 45 5第二節(jié)第二節(jié) 酶的工作原理酶的工作原理Mechanism of Enzymatic Reactions一、酶具有與一般催化劑相似的工作原理、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

22、應(yīng)的活化能（一）酶與一般催化劑一樣能降低反應(yīng)的活化能活化能活化能：指在一定溫度下一摩爾底物，從低自由指在一定溫度下一摩爾底物，從低自由能的初始態(tài)轉(zhuǎn)變成能量較高的過渡態(tài)所需要能的初始態(tài)轉(zhuǎn)變成能量較高的過渡態(tài)所需要的自由能。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。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(yīng)的機(jī)制都是降酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)制都是降低反應(yīng)的活化能低反應(yīng)的活化能(activation energy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能?；堋７磻?yīng)總能量改變反應(yīng)總能量改變 非催化反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能 酶

23、促反應(yīng)酶促反應(yīng) 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催化反應(yīng)的活化能化反應(yīng)的活化能 能能量量 反反 應(yīng)應(yīng) 過過 程程 底物底物 產(chǎn)物產(chǎn)物 酶促反應(yīng)活化能的改變酶促反應(yīng)活化能的改變 （二）酶與一般催化劑一樣能加速化學(xué)（二）酶與一般催化劑一樣能加速化學(xué)反應(yīng)而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)反應(yīng)而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn) 酶與一般催化劑一樣，只能加快反應(yīng)酶與一般催化劑一樣，只能加快反應(yīng)速率，使其縮短到達(dá)反應(yīng)平衡的時間，速率，使其縮短到達(dá)反應(yīng)平衡的時間，而不能改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。而不能改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。反應(yīng)達(dá)到平衡時自由能的變化僅取決反應(yīng)達(dá)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。于底物與產(chǎn)物的自由能之差。任何催

24、化劑都不能改變底物和產(chǎn)物自任何催化劑都不能改變底物和產(chǎn)物自身的自由能。身的自由能。二、酶具有不同于一般催化劑的顯著特點(diǎn)二、酶具有不同于一般催化劑的顯著特點(diǎn) 酶的催化效率通常比無催化劑時的自發(fā)反應(yīng)酶的催化效率通常比無催化劑時的自發(fā)反應(yīng)高高1081020倍，比一般無機(jī)催化劑高倍，比一般無機(jī)催化劑高1071013倍。倍。（一）酶對底物具有極高的催化效率（一）酶對底物具有極高的催化效率酶的特異性或?qū)Ｒ恍悦傅奶禺愋曰驅(qū)Ｒ恍裕╯pecificity）酶對其所催化的底物和反應(yīng)類型具有嚴(yán)酶對其所催化的底物和反應(yīng)類型具有嚴(yán)格的選擇性，一種酶只作用于一種化合物，格的選擇性，一種酶只作用于一種化合物，或一類化學(xué)鍵，

25、催化一定的化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)或一類化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物的現(xiàn)象。生一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物的現(xiàn)象。（二）酶對底物具有高度的特異性或?qū)Ｒ恍裕ǘ┟笇Φ孜锞哂懈叨鹊奶禺愋曰驅(qū)Ｒ恍?.1.有的酶對其底物具有極其嚴(yán)格的絕對專一性有的酶對其底物具有極其嚴(yán)格的絕對專一性有的酶僅對一種特定結(jié)構(gòu)的底物起催有的酶僅對一種特定結(jié)構(gòu)的底物起催化作用，產(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物?；饔茫a(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。酶對底物的這種極其嚴(yán)格的選擇性稱酶對底物的這種極其嚴(yán)格的選擇性稱為絕對特異性（為絕對特異性（absolute specificity）。）。脲酶僅水解尿素，對甲基尿素則無反應(yīng)。脲酶僅水解尿素，對甲基尿素則無

26、反應(yīng)。2.2.多數(shù)酶對其底物具有相對特異性多數(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(xué)鍵多數(shù)酶可對一類化合物或一種化學(xué)鍵起催化作用，這種對底物分子不太嚴(yán)格起催化作用，這種對底物分子不太嚴(yán)格的選擇性稱為相對特異性（的選擇性稱為相對特異性（relative specificity）。）。脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡單的酯。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。和賴氨酸）的羧基所形成的肽鍵。各種蛋白酶對肽鍵的專一性各種蛋白酶對肽鍵的專一性 人體內(nèi)有多種蛋白激酶，它們均催化底物人體內(nèi)有多種蛋白

27、激酶，它們均催化底物蛋白蛋白質(zhì)絲質(zhì)絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化磷酸化3 3立體異構(gòu)特異性：立體異構(gòu)特異性：一種酶只能作用于一種立體異構(gòu)體，或只能一種酶只能作用于一種立體異構(gòu)體，或只能生成一種立體異構(gòu)體，稱為立體異構(gòu)特異生成一種立體異構(gòu)體，稱為立體異構(gòu)特異性。性。（1)1)光學(xué)專一性：光學(xué)異構(gòu)體的識別。光學(xué)專一性：光學(xué)異構(gòu)體的識別。例例 L-L-gluglu脫氨酶：識別脫氨酶：識別L-L-gluglu，不識別，不識別 D-D-gluglu 延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 蘋果酸蘋果酸 H2O（2)順反專一性順反專一性(幾何）幾何）（三）（三）酶的催化活

28、性是可以調(diào)節(jié)的：酶的催化活性是可以調(diào)節(jié)的：酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。如代謝物對酶分子的變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價修飾，如代謝物對酶分子的變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價修飾，酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏等。酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏等。三、酶活性中心是酶與底物結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化三、酶活性中心是酶與底物結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的特定部位為產(chǎn)物的特定部位或稱活性部位或稱活性部位(active site)，指必需指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)、能與底物特異結(jié)合有特定空間結(jié)構(gòu)

29、、能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域。并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域。酶的活性中心酶的活性中心(active center)（一）酶分子上的必需基團(tuán)與酶的活性密切相關(guān)（一）酶分子上的必需基團(tuán)與酶的活性密切相關(guān)酶的活性中心由許多必需基團(tuán)組成酶的活性中心由許多必需基團(tuán)組成必需基團(tuán)必需基團(tuán)(essential group)酶分子中氨基酸殘基酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)的化學(xué)基團(tuán)中中，與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)。常見的必需基團(tuán)常見的必需基團(tuán)絲氨酸殘基的羥基絲氨酸殘基的羥基組氨酸殘基的咪唑基組氨酸殘基的咪唑基半胱氨酸殘基的巰基半胱氨酸殘基的巰基酸性氨基酸殘基的羧基酸性氨

30、基酸殘基的羧基結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)binding group催化基團(tuán)催化基團(tuán)(catalytic group)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 位于活性中心以外，維持酶活性中心位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基團(tuán)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)催化基團(tuán) 活性中心活性中心 目目 錄錄組成酶活性中心的必需基團(tuán)在一級結(jié)構(gòu)上組成酶活性中心的必需基團(tuán)在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，但在形成三級結(jié)構(gòu)時相互接近，可能相距很遠(yuǎn)，但在形成三級結(jié)構(gòu)時相互接近，形成具有三維結(jié)構(gòu)的區(qū)域。形成具有三維結(jié)構(gòu)的區(qū)域。多是酶分子中的裂隙或凹陷所

31、形成的疏水多是酶分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口袋?？诖?。（二）酶的活性中心的構(gòu)象有利于酶與底（二）酶的活性中心的構(gòu)象有利于酶與底物結(jié)合及催化反應(yīng)物結(jié)合及催化反應(yīng)胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心活性中心“口袋口袋”酶的活性中心對底物具有高度的特異性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(jié)合時，發(fā)生構(gòu)象改變，相互酶活性中心與底物結(jié)合時，發(fā)生構(gòu)象改變，相互誘導(dǎo)契合，增加與底物的互補(bǔ)性誘導(dǎo)契合，增加與底物的互補(bǔ)性大多數(shù)情況下底物與酶活性中心最初的結(jié)合是非大多數(shù)情況下底物與酶活性中心最初的結(jié)合是非共價性的共價性的氫鍵氫鍵離子鍵離子鍵疏水鍵疏水鍵

32、van der Waals力力（一）酶與底物之間的相互作用表現(xiàn)有多種效應(yīng)（一）酶與底物之間的相互作用表現(xiàn)有多種效應(yīng)1 1酶與底物結(jié)合時相互誘導(dǎo)發(fā)生構(gòu)象改變酶與底物結(jié)合時相互誘導(dǎo)發(fā)生構(gòu)象改變誘導(dǎo)契合假說（誘導(dǎo)契合假說（induced-fit hypothesis）酶酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物 E+S E+P ES 酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過程稱為酶程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說四、酶對底物具有多種催化機(jī)制四、酶對底物具有多種催化機(jī)制 羧肽酶的誘導(dǎo)契合

33、模式羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式 底物底物2 2形成酶形成酶-底物底物過渡態(tài)復(fù)合物過渡態(tài)復(fù)合物過程中釋放結(jié)合能過程中釋放結(jié)合能底物與酶的活性中心相互誘導(dǎo)契合形成過底物與酶的活性中心相互誘導(dǎo)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渡態(tài)化合物，過渡態(tài)與酶的活性中心以次級鍵相結(jié)合。相結(jié)合。這一過程是釋能反應(yīng)，所釋放的能量稱為這一過程是釋能反應(yīng)，所釋放的能量稱為結(jié)合能結(jié)合能。結(jié)合能是酶反應(yīng)降低活化能的主要能量來結(jié)合能是酶反應(yīng)降低活化能的主要能量來源。源。如果酶不能使底物形成過渡態(tài)，就沒有結(jié)如果酶不能使底物形成過渡態(tài)，就沒有結(jié)合能的釋放，也就不能催化反應(yīng)的進(jìn)行。合能的釋放，也就不能催化反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)

34、總能量改變反應(yīng)總能量改變 非催化反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能 酶促反應(yīng)酶促反應(yīng) 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催化反應(yīng)的活化能化反應(yīng)的活化能 能能量量 反反 應(yīng)應(yīng) 過過 程程 底物底物 產(chǎn)物產(chǎn)物 酶促反應(yīng)活化能的改變酶促反應(yīng)活化能的改變 3 3鄰近效應(yīng)和定向排列有利于底物形成過渡態(tài)鄰近效應(yīng)和定向排列有利于底物形成過渡態(tài) 鄰近效應(yīng)（鄰近效應(yīng)（proximity effect）和定向）和定向排列（排列（orientation arrange）將分子間的）將分子間的反應(yīng)變成類似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率反應(yīng)變成類似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率顯著提高。顯著提高。底物底物B B底物底物A A酶酶酶酶-底

35、物復(fù)合物底物復(fù)合物在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)有很大的優(yōu)越性，此在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)有很大的優(yōu)越性，此現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)（現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)（surface effect）。）。酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋口袋”中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進(jìn)行。中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進(jìn)行。疏水環(huán)境排除周圍大量水分子對酶和底物分子疏水環(huán)境排除周圍大量水分子對酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾，防止二者之間形成水化膜，利中功能基團(tuán)的干擾，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(jié)合。于底物和酶分子之間的直接密切接觸和相互結(jié)合。4.4.表面效

36、應(yīng)有利于底物和酶的接觸與結(jié)合表面效應(yīng)有利于底物和酶的接觸與結(jié)合（二）酶對底物呈現(xiàn)多元催化（二）酶對底物呈現(xiàn)多元催化酸酸-堿催化堿催化酶是兩性解離的蛋白質(zhì)，酶活性中心上酶是兩性解離的蛋白質(zhì)，酶活性中心上有些基團(tuán)是質(zhì)子供體（酸），有些是質(zhì)子接有些基團(tuán)是質(zhì)子供體（酸），有些是質(zhì)子接受體（堿）。受體（堿）。有利于質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，這種酸有利于質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，這種酸-堿催化可以堿催化可以使反應(yīng)速率提高使反應(yīng)速率提高102 105倍。倍。一般催化劑只有一種解離狀態(tài)，僅表現(xiàn)一般催化劑只有一種解離狀態(tài)，僅表現(xiàn)酸催酸催化或堿催化化或堿催化R N HHH+R NH2.CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶

37、分子中具有酸酶分子中具有酸-堿催化作用的基團(tuán)堿催化作用的基團(tuán)共價催化（共價催化（covalent catalysis）。）。很多酶在催化過程中，與底物形成很多酶在催化過程中，與底物形成瞬時共瞬時共價鍵價鍵，底物與酶形成共價鍵后被激活，并很容，底物與酶形成共價鍵后被激活，并很容易進(jìn)一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶。這種催化易進(jìn)一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶。這種催化機(jī)制稱為共價催化（機(jī)制稱為共價催化（covalent catalysis）。）。AB+E：AE+BH2OAE A+E：+B親核催化或親電子催化親核催化或親電子催化酶活性中心有的催化基團(tuán)屬于親核基團(tuán)，酶活性中心有的催化基團(tuán)屬于親核基團(tuán)，可以提供電

38、子給帶有部分正電荷的過渡態(tài)底可以提供電子給帶有部分正電荷的過渡態(tài)底物，形成物，形成瞬間共價鍵瞬間共價鍵。這種催化作用稱為親。這種催化作用稱為親核催化（核催化（nucleophilic catalysis）。）。親電子催化（親電子催化（electrophilic catalysis）可）可使酶活性中心的陽離子親電子基團(tuán)與富含電使酶活性中心的陽離子親電子基團(tuán)與富含電子的底物形成子的底物形成共價鍵共價鍵。第三節(jié)第三節(jié) 酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)The Kinetics of Enzymatic ReactionsI.單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；II.酶促反應(yīng)速率酶促反應(yīng)速率（veloc

39、ity，V）一般在一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時間內(nèi)底規(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；物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示；III.反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗量很?。ㄒ话阍诹亢苄。ㄒ话阍?以內(nèi)）時的反應(yīng)速以內(nèi)）時的反應(yīng)速率；率；IV.底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。V.研究一種因素的影響時，其余各因素研究一種因素的影響時，其余各因素均恒定均恒定研究前提研究前提一、采用酶促反應(yīng)初速率來研究酶促反一、采用酶促反應(yīng)初速率來研究酶促反應(yīng)動力學(xué)應(yīng)動力學(xué)（一）酶活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力（一）酶活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力

40、衡量酶活性的尺度是酶促反應(yīng)速率的大衡量酶活性的尺度是酶促反應(yīng)速率的大小。小。酶促反應(yīng)速率可用單位時間內(nèi)底物的減酶促反應(yīng)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。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(shí)際由于底物的消耗量不易測定，所以實(shí)際工作中經(jīng)常是測定單位時間內(nèi)產(chǎn)物的生成量。工作中經(jīng)常是測定單位時間內(nèi)產(chǎn)物的生成量。酶的活性酶的活性:以以在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下（如溫度、在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下（如溫度、pH的限的限定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化1 mol底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為1個國個國際單位（際單位（IU）

41、。）。比活性（比活性（specific activity）：比較酶的純度）：比較酶的純度 比活性單位是每比活性單位是每mg蛋白質(zhì)所含酶的國際單位數(shù)，蛋白質(zhì)所含酶的國際單位數(shù)，其單位是其單位是IU mg 蛋白蛋白 1（二）酶促反應(yīng)初速率是反應(yīng)剛剛開始時測得（二）酶促反應(yīng)初速率是反應(yīng)剛剛開始時測得的反應(yīng)速率的反應(yīng)速率酶促反應(yīng)初速率是指反應(yīng)剛剛開始，各酶促反應(yīng)初速率是指反應(yīng)剛剛開始，各種影響因素尚未發(fā)揮作用時的酶促反應(yīng)速率，種影響因素尚未發(fā)揮作用時的酶促反應(yīng)速率，即反應(yīng)時間進(jìn)程曲線為直線部分時的反應(yīng)速即反應(yīng)時間進(jìn)程曲線為直線部分時的反應(yīng)速率。率。二、二、底物濃度對底物濃度對酶促反應(yīng)速率的影響酶促反應(yīng)

42、速率的影響（一）酶促反應(yīng)速率對底物濃度作圖呈矩形雙曲線（一）酶促反應(yīng)速率對底物濃度作圖呈矩形雙曲線 在酶濃度和在酶濃度和其他反應(yīng)條件不其他反應(yīng)條件不變的情況下，反變的情況下，反應(yīng)速率應(yīng)速率V對底物對底物濃度濃度S作圖作圖呈矩呈矩形雙曲線。形雙曲線。當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。應(yīng)為一級反應(yīng)。隨著底物濃度的增高隨著底物濃度的增高反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)。為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增加，達(dá)最

43、大速率；反應(yīng)為零級反應(yīng)。加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級反應(yīng)。（二）反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系可用米（二）反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系可用米-曼氏曼氏方程式表示方程式表示米米-曼氏方程定量地描述底物濃度與反應(yīng)速率的曼氏方程定量地描述底物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系關(guān)系 酶促反應(yīng)模式酶促反應(yīng)模式中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物學(xué)說E+S k1k2k3ESE+P1913年年Michaelis和和Menten提出反應(yīng)速率與底物提出反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米-曼氏方程式，曼氏方程式，簡稱米氏方程式簡稱米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物濃度：底物濃度V：不同：不同S時的

44、反應(yīng)速率時的反應(yīng)速率Vmax：最大反應(yīng)速率：最大反應(yīng)速率(maximum velocity)m：米氏常數(shù)：米氏常數(shù)(Michaelis constant)VmaxS Km+S 米米-曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個假設(shè)：曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個假設(shè)：E與與S形成形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而衡反應(yīng)，而ES分解為分解為E及及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)。的反應(yīng)為慢反應(yīng)。產(chǎn)物生成反應(yīng)速率取決于慢反應(yīng)產(chǎn)物生成反應(yīng)速率取決于慢反應(yīng)。即即 Vk3ES S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即的濃度可認(rèn)為不變即SSt。2

45、2米米-曼氏方程的推導(dǎo)過程引入了穩(wěn)態(tài)概念曼氏方程的推導(dǎo)過程引入了穩(wěn)態(tài)概念 k2+k3 Km（米氏常數(shù)）（米氏常數(shù)）k1令：令：則則(2)(2)變?yōu)樽優(yōu)?(EtES)S Km ES(2)(EtES)Sk2+k3ES k1整理得：整理得：將將(3)(3)代入代入(1)(1)得得k3EtS Km+S(4)V當(dāng)?shù)孜餄舛群芨撸瑢⒚傅幕钚灾行娜匡柡蜁r，當(dāng)?shù)孜餄舛群芨撸瑢⒚傅幕钚灾行娜匡柡蜁r，即即EtES，反應(yīng)達(dá)最大速率反應(yīng)達(dá)最大速率Vmaxk3ESk3Et (5)ES EtSKm+S(3)整理得整理得:將將(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：VmaxS Km+S V KmS K

46、m值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時的底物濃度，單位是時的底物濃度，單位是mol/L。2Km+S Vmax VmaxS（三）動力學(xué)參數(shù)可用來比較酶促反應(yīng)的動力學(xué)（三）動力學(xué)參數(shù)可用來比較酶促反應(yīng)的動力學(xué)性質(zhì)性質(zhì)1Km值等于即刻反應(yīng)速率達(dá)到值等于即刻反應(yīng)速率達(dá)到Vmax一半時的底物濃度一半時的底物濃度2 2Km是酶的特征性常數(shù)是酶的特征性常數(shù) 在酶的結(jié)構(gòu)、溶液在酶的結(jié)構(gòu)、溶液pH、溫度等條件不變的情、溫度等條件不變的情況下，酶促反應(yīng)底物的況下，酶促反應(yīng)底物的Km不因反應(yīng)中酶濃度的改不因反應(yīng)中酶濃度的改變而不同。變而不同。同一酶對其所催化的不同底物有不同的同

47、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不同酶對同一底物也有其各自的KmKm的范圍多在的范圍多在10-610-2mol/L之間。之間。3 3Km在一定條件下可表示酶對底物的親和力在一定條件下可表示酶對底物的親和力k1Km =k2 +k3當(dāng)當(dāng)k3 E E2 2 E E3 3。從圖。從圖中可知，中可知，EE的變化不影響酶促反應(yīng)的的變化不影響酶促反應(yīng)的K Km m。B：反應(yīng)速率對酶濃度作圖，：反應(yīng)速率對酶濃度作圖，V與與E呈直線關(guān)系。呈直線關(guān)系。四、四、溫度對溫度對酶促反應(yīng)速率的影響酶促反應(yīng)速率的影響一般來說，酶促反應(yīng)速度隨溫度的增高而加一般來說，酶促反應(yīng)速度隨溫度的增高而

48、加快。但當(dāng)溫度增加達(dá)到某一點(diǎn)后，由于酶快。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，蛋白的熱變性作用，反應(yīng)速度迅速下降，直到完全失活。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。時的溫度就稱為酶的最適溫度。酶的最適溫度與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，因而它不酶的最適溫度與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，因而它不是酶的特征性常數(shù)。是酶的特征性常數(shù)。哺乳動物組織中酶的最適溫度多在哺乳動物組織中酶的最適溫度多在35354040之間之間TaqTaq DNA DNA聚合酶最適溫度為聚合酶最適溫度為7272*低溫的應(yīng)用低溫的應(yīng)用一般的酶在低溫下

49、活性降低，但酶本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身不被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復(fù)恢復(fù)低溫保存酶和菌種等生物制品低溫保存酶和菌種等生物制品低溫麻醉低溫麻醉五、五、pH對對酶促反應(yīng)速率的影響酶促反應(yīng)速率的影響pHpH對幾種酶活性的影響對幾種酶活性的影響 pHpH對酶活性的影響主要有下列幾個方面：對酶活性的影響主要有下列幾個方面：（1 1）極強(qiáng)的酸或堿可以使酶的）極強(qiáng)的酸或堿可以使酶的空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)破壞，破壞，引起酶變性；引起酶變性；（2 2）影響酶活性中心）影響酶活性中心催化基團(tuán)催化基團(tuán)的解離狀態(tài)，的解離狀態(tài)，使底物不能分解成產(chǎn)物；使底物不能分解成產(chǎn)物；（

50、3 3）影響酶活性中心）影響酶活性中心結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)的解離狀態(tài)，的解離狀態(tài)，使底物不能與它結(jié)合；使底物不能與它結(jié)合；（4 4）影響）影響底物和輔酶底物和輔酶功能基團(tuán)的解離狀態(tài)。功能基團(tuán)的解離狀態(tài)。酶催化活性最高時溶液的酶催化活性最高時溶液的pHpH值就稱為值就稱為酶的最適酶的最適pHpH。人體內(nèi)大多數(shù)酶的最適人體內(nèi)大多數(shù)酶的最適pHpH在在6.56.58.08.0之間。之間。酶的最適酶的最適pHpH不是酶的特征性常數(shù)。不是酶的特征性常數(shù)。觀察觀察pHpH對酶促反應(yīng)速度的影響，通常為一對酶促反應(yīng)速度的影響，通常為一“鐘形鐘形”曲線，即曲線，即pHpH過高或過低均可導(dǎo)致酶催化活性的下降。過高或過

51、低均可導(dǎo)致酶催化活性的下降。Pepsin 胃蛋白酶 Cholinesterase 膽堿酯酶 Trypsin 胰蛋白酶 Papain 木瓜蛋白酶六、激活劑對酶促反應(yīng)速率的影響六、激活劑對酶促反應(yīng)速率的影響酶的激活劑（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)。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（必需激活劑（essential activator）為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測不到酶的活性為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測不到酶的活性MgMg2+2+為己糖激酶的必需激活劑為己糖激酶的必需激活劑非必需激活劑（非必需激活劑（non-essential act

52、ivator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的可以提高酶的催化活性，但不是必需的ClCl-對唾液淀粉酶的激活作用對唾液淀粉酶的激活作用在酶促反應(yīng)中，凡能與酶結(jié)合而使酶的在酶促反應(yīng)中，凡能與酶結(jié)合而使酶的催化活性下降或消失，但又催化活性下降或消失，但又不引起酶變性不引起酶變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑（的物質(zhì)稱為酶的抑制劑（inhibitor，I）。）。七、抑制劑對酶活性抑制作用七、抑制劑對酶活性抑制作用抑制劑可與酶抑制劑可與酶活性中心內(nèi)或活性中心外活性中心內(nèi)或活性中心外的的必需基團(tuán)結(jié)合，從而抑制酶的活性。必需基團(tuán)結(jié)合，從而抑制酶的活性。根據(jù)抑制劑與酶是否共價結(jié)合及抑制效根據(jù)抑制劑與酶是否共價結(jié)合及

53、抑制效果的不同，將抑制劑對酶的抑制作用分為可果的不同，將抑制劑對酶的抑制作用分為可逆性抑制劑逆性抑制劑（reversible inhibitor）和不可和不可性逆抑制劑性逆抑制劑（irreversible inhibitor）。）。（一）不可逆抑制作用：（一）不可逆抑制作用：抑制劑與酶分子的抑制劑與酶分子的必需基團(tuán)共價結(jié)合必需基團(tuán)共價結(jié)合引起酶引起酶活性的抑制。活性的抑制。且不能采用透析等物理方法使酶活性恢復(fù)的且不能采用透析等物理方法使酶活性恢復(fù)的抑制作用就是不可逆抑制作用。抑制作用就是不可逆抑制作用。不可逆性抑制作用的抑制劑不可逆性抑制作用的抑制劑基團(tuán)特異性抑制劑（基團(tuán)特異性抑制劑（grou

54、p-specific inhibitor）底物類似物（底物類似物（substrate analog）自殺性抑制劑（自殺性抑制劑（suicide inhibitor）1 1基團(tuán)特異性抑制劑與酶分子中特異的基團(tuán)基團(tuán)特異性抑制劑與酶分子中特異的基團(tuán)共價結(jié)合共價結(jié)合一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上的羥基，這些酶稱為羥基酶。的羥基，這些酶稱為羥基酶。如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶ROROPOX+HOEROROPOOE+HX有機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物羥基酶羥基酶失活的酶失活的酶酸酸CH3CHN+HONROPROOOE+NROPROOOCHCH3N

55、+EOH解磷定解磷定 失活的酶失活的酶 有機(jī)磷有機(jī)磷-解磷定復(fù)合物解磷定復(fù)合物 活化的酶活化的酶半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需基團(tuán)。基團(tuán)。低濃度的重金屬離子低濃度的重金屬離子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等等)及及As3+等可與巰基酶分子中的巰基結(jié)合，等可與巰基酶分子中的巰基結(jié)合，使酶失活。使酶失活。2 2底物類似物可共價地修飾酶的活性中心底物類似物可共價地修飾酶的活性中心與基團(tuán)特異性抑制劑不同，底物類似物與基團(tuán)特異性抑制劑不同，底物類似物與底物的結(jié)構(gòu)相似，可特異地與與底物的結(jié)構(gòu)相似，可特異地與酶的活性中酶的活性中心心共價結(jié)合，不可逆地抑制酶的活性。共價結(jié)

56、合，不可逆地抑制酶的活性。此類抑制劑可作為親和標(biāo)記物，用來定此類抑制劑可作為親和標(biāo)記物，用來定性酶活性中心的功能基團(tuán)。性酶活性中心的功能基團(tuán)。酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活性中心相結(jié)合，生成酶性中心相結(jié)合，生成酶-底物復(fù)合物，并接受酶底物復(fù)合物，并接受酶的催化作用。的催化作用。然而，經(jīng)催化后的然而，經(jīng)催化后的中間產(chǎn)物不游離出產(chǎn)物中間產(chǎn)物不游離出產(chǎn)物，而，而是是轉(zhuǎn)化為酶的抑制劑轉(zhuǎn)化為酶的抑制劑，進(jìn)一步與酶活性中心共進(jìn)一步與酶活性中心共價結(jié)合價結(jié)合，對酶產(chǎn)生抑制作用。，對酶產(chǎn)生抑制作用。E +S ES EI E-I3 3自殺性抑制劑是經(jīng)過修飾的酶的底物

57、自殺性抑制劑是經(jīng)過修飾的酶的底物N(CH3)2CH2CHC+N,N-二甲基丙炔酰胺二甲基丙炔酰胺 酶酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物（FAD）無活性酶無活性酶中中 被修飾的被修飾的FAD N，N-二甲基丙炔酰胺二甲基丙炔酰胺單胺氧化酶為催化單胺氧化脫氨反應(yīng)的酶。自殺性抑制劑自殺性抑制劑N,N-二甲基丙炔酰胺在與單胺氧化酶結(jié)二甲基丙炔酰胺在與單胺氧化酶結(jié)合后，由于填加合后，由于填加1個質(zhì)子，使之與酶的輔基個質(zhì)子，使之與酶的輔基FAD結(jié)合生結(jié)合生成穩(wěn)定的烷化物，從而酶被抑制。成穩(wěn)定的烷化物，從而酶被抑制。（二）可逆抑制作用：（二）可逆抑制作用：抑制劑以非共價鍵與酶分子可逆性抑制劑以非共價鍵與酶分子可逆性結(jié)

58、合造成酶活性的抑制，且可采用結(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活性完全恢復(fù)的抑制作用就是可逆抑制作用。抑制作用?？赡嬉种谱饔冒ǜ偁幮?、反競爭可逆抑制作用包括競爭性、反競爭性、和非競爭性抑制幾種類型。性、和非競爭性抑制幾種類型。1.1.競爭性抑制（競爭性抑制（competitive competitive inhibi-tioninhibi-tion)：抑制劑與底物競爭與酶的同一活性中心結(jié)合，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，使酶的催化活從而干擾了酶與底物的結(jié)合，使酶的催化活性

59、降低，稱為競爭性抑制作用。性降低，稱為競爭性抑制作用。由于抑制劑與酶的結(jié)合是可逆的，抑制程度由于抑制劑與酶的結(jié)合是可逆的，抑制程度則取決于：則取決于：抑制劑與酶的相對親和力抑制劑與酶的相對親和力 與底物濃度的相對比例。與底物濃度的相對比例。競爭性抑制的速度方程與圖形特征競爭性抑制的速度方程與圖形特征抑制劑對反應(yīng)速度的影響競爭性抑制 競爭性抑制的特點(diǎn)：競爭性抑制的特點(diǎn)：抑制劑與酶的底物結(jié)構(gòu)相似，往往是酶的抑制劑與酶的底物結(jié)構(gòu)相似，往往是酶的底物類似物或反應(yīng)產(chǎn)物；底物類似物或反應(yīng)產(chǎn)物；抑制劑與酶的結(jié)合部位與底物與酶的結(jié)抑制劑與酶的結(jié)合部位與底物與酶的結(jié)合部位相同，抑制劑與底物競爭結(jié)合酶的合部位相同

60、，抑制劑與底物競爭結(jié)合酶的活性中心；活性中心；抑制劑濃度越大，則抑制作用越大；但抑制劑濃度越大，則抑制作用越大；但通過增加底物濃度可以減少甚至消除抑制。通過增加底物濃度可以減少甚至消除抑制。動力學(xué)參數(shù)：動力學(xué)參數(shù)：KmKm值增大，值增大，VmVm值不變。值不變。丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制 磺胺類藥物對二氫葉酸合成酶的競爭性抑制磺胺類藥物對二氫葉酸合成酶的競爭性抑制 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸對氨基苯磺酰胺對氨基苯磺酰胺對對磺胺類藥物磺胺類藥物敏感的細(xì)菌在生長繁殖時，不能敏感的細(xì)菌在生長繁殖時，不能直接利用葉酸。而是在體內(nèi)直接利用葉酸。而是在體內(nèi)二氫葉酸合成酶

61、二氫葉酸合成酶催化下以催化下以對氨基苯甲酸為原料合成對氨基苯甲酸為原料合成二氫葉酸，二氫葉酸，再合成四氫葉酸，為核苷酸合成的輔酶。再合成四氫葉酸，為核苷酸合成的輔酶?；前奉愃幬锏幕前奉愃幬锏膶Π被交酋０方Y(jié)構(gòu)與對氨基苯對氨基苯磺酰胺結(jié)構(gòu)與對氨基苯甲酸甲酸相似，是二氫葉酸合成酶的相似，是二氫葉酸合成酶的競爭性抑制競爭性抑制劑，抑制劑，抑制二氫葉酸合成。二氫葉酸合成。細(xì)菌生長繁殖受阻。細(xì)菌生長繁殖受阻。人能直接利用食物中的人能直接利用食物中的葉酸。核酸合成不受磺葉酸。核酸合成不受磺胺類藥物影響。胺類藥物影響。屬于抗代謝物的抗癌藥物，甲氨蝶呤，屬于抗代謝物的抗癌藥物，甲氨蝶呤，5-5-氟氟尿嘧啶，尿

62、嘧啶，6-6-巰基嘌呤，都是酶的競爭性抑巰基嘌呤，都是酶的競爭性抑制劑。制劑。2 2反競爭性抑制：反競爭性抑制：抑制劑與酶和底物形成的中間產(chǎn)物（抑制劑與酶和底物形成的中間產(chǎn)物（ESES）結(jié)）結(jié)合，不能與游離酶結(jié)合，使中間產(chǎn)物合，不能與游離酶結(jié)合，使中間產(chǎn)物ESES的量的量下降。下降。這樣，既減少從中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，這樣，既減少從中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時減少從中間產(chǎn)物解離出游離酶和底物也同時減少從中間產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。的量。反競爭性抑制的速度方程反競爭性抑制的速度方程與圖形特征與圖形特征反競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征反競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征 反競爭性抑制的特點(diǎn)：反競爭性抑

63、制的特點(diǎn)：反競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物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；的分子結(jié)構(gòu)類似；抑制劑與底物可抑制劑與底物可同時與酶的不同部位同時與酶的不同部位結(jié)合；結(jié)合；抑制劑不與活性中心結(jié)合抑制劑不與活性中心結(jié)合。必須有底物存在必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加；抑制程度隨底物濃度的增加而增加；動力學(xué)參數(shù)：動力學(xué)參數(shù)：KmKm減小，減小，VmVm降低。降低。3 3非競爭性抑制：非競爭性抑制：抑制劑可與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，抑制劑可與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合。不影響酶與底物的

64、結(jié)合。抑制劑既可以抑制劑既可以與游離酶結(jié)合，也可以與與游離酶結(jié)合，也可以與ESES復(fù)復(fù)合物結(jié)合合物結(jié)合。酶和底物的結(jié)合也不影響酶與。酶和底物的結(jié)合也不影響酶與抑制劑的結(jié)合。底物與抑制劑之間無競爭抑制劑的結(jié)合。底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系。但酶關(guān)系。但酶-底物底物-抑制劑復(fù)合物（抑制劑復(fù)合物（ESIESI）不）不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。非競爭性抑制的速度方程非競爭性抑制的速度方程與圖形特征與圖形特征非競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征非競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征 非競爭性抑制的特點(diǎn)：非競爭性抑制的特點(diǎn)：非競爭性抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一定與底物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；

65、的分子結(jié)構(gòu)類似；底物和抑制劑分別獨(dú)立地與酶的不同部位底物和抑制劑分別獨(dú)立地與酶的不同部位相結(jié)合；相結(jié)合；抑制劑對酶與底物的結(jié)合無影響，故底物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；濃度的改變對抑制程度無影響；動力學(xué)參數(shù)：動力學(xué)參數(shù)：KmKm值不變，值不變，VmVm值降低。值降低。抑制劑對反應(yīng)速度的影響抑制劑對反應(yīng)速度的影響不變不變增大增大增大增大Km/Vmax斜率斜率林林-貝氏作圖貝氏作圖降低降低降低降低不變不變Vmax最大速度最大速度減小減小不變不變增大增大Km表觀表觀KmESE、ESE與與I結(jié)合的組分結(jié)合的組分反競爭性抑制反競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制競爭性抑

66、制競爭性抑制無抑制劑無抑制劑作用特征作用特征各種可逆性抑制作用的比較各種可逆性抑制作用的比較第四節(jié)第四節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)Regulation of Enzyme Activities調(diào)節(jié)酶（調(diào)節(jié)酶（regulatory enzyme）對環(huán)境因素的作用表現(xiàn)出催化活性增高對環(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(jìn)而能影或降低、或酶量的增多或減少，進(jìn)而能影響和調(diào)整反應(yīng)途徑，反應(yīng)速率的酶。響和調(diào)整反應(yīng)途徑，反應(yīng)速率的酶。機(jī)體通過改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導(dǎo)、阻機(jī)體通過改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導(dǎo)、阻遏酶的生物合成，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞代謝水平的調(diào)遏酶的生物合成，可實(shí)現(xiàn)細(xì)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)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(yīng)速率實(shí)現(xiàn)的。最終也都是通過影響酶促反應(yīng)速率實(shí)現(xiàn)的。一、調(diào)節(jié)酶的活性可受別構(gòu)效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)一、調(diào)節(jié)酶的活性可受別構(gòu)效應(yīng)劑的調(diào)節(jié) （一）別構(gòu)效應(yīng)劑與別構(gòu)酶結(jié)合引發(fā)酶的構(gòu)象（一）別構(gòu)效應(yīng)劑與別構(gòu)酶結(jié)合引發(fā)酶的構(gòu)象改變改變一些代謝物可與某些酶分子活性中心一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分外的某部分可逆可逆地