《生物化學(xué)：第四章酶》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《生物化學(xué)：第四章酶（84頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第四章第四章 酶酶第一節(jié)第一節(jié) 酶的概述酶的概述第二節(jié)酶的作用機(jī)理第二節(jié)酶的作用機(jī)理第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第四節(jié)第四節(jié) 酶的活性調(diào)節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 酶的概述酶的概述v一一、酶的概念與組成、酶的概念與組成v1、概念：酶是由生活細(xì)胞合成的有特定催化作、概念：酶是由生活細(xì)胞合成的有特定催化作用的有機(jī)物。在化學(xué)性質(zhì)上絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，用的有機(jī)物。在化學(xué)性質(zhì)上絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，個(gè)別為核酸個(gè)別為核酸。簡單講，酶就是生物催化劑。簡單講，酶就是生物催化劑。v條件溫和條件溫和：常溫、常壓、：常溫、常壓、pH=7pH=7；v高效性高效性：反應(yīng)速度與不加催化劑相比可提高：反應(yīng)速度與不加催

2、化劑相比可提高10108 810102020倍，與加普通催化劑相比可提高倍，與加普通催化劑相比可提高10107 710101313倍倍v不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性：易受各種因素的影響。：易受各種因素的影響。v活性的可調(diào)節(jié)性活性的可調(diào)節(jié)性：受酶濃度、底物濃度、激活劑、：受酶濃度、底物濃度、激活劑、抑制劑等多種因素的調(diào)節(jié)抑制劑等多種因素的調(diào)節(jié)v專一性專一性：即酶只能對(duì)特定的一種或一類底物起作：即酶只能對(duì)特定的一種或一類底物起作用，這種專一性是由酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)所決定的。用，這種專一性是由酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)所決定的。2 2. .酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)專一性結(jié)構(gòu)專一性：立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性絕

3、對(duì)專一性絕對(duì)專一性相對(duì)專一性相對(duì)專一性 酶專一性類型酶專一性類型旋光異構(gòu)專一性旋光異構(gòu)專一性幾何異構(gòu)專一性幾何異構(gòu)專一性鍵的專一性鍵的專一性基團(tuán)專一性基團(tuán)專一性潛手性專一性潛手性專一性根據(jù)酶分子根據(jù)酶分子組成分類組成分類單純蛋白質(zhì)酶類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合蛋白質(zhì)酶類結(jié)合蛋白質(zhì)酶類（全酶）（全酶）酶蛋白質(zhì)酶蛋白質(zhì)輔助因子輔助因子（輔酶、輔基）（輔酶、輔基）金屬離子金屬離子金屬有機(jī)物金屬有機(jī)物小分子有機(jī)物小分子有機(jī)物根據(jù)酶蛋白根據(jù)酶蛋白特征分類特征分類單體酶單體酶寡聚酶寡聚酶多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體3酶的組成酶的組成4、酶蛋活性中心、酶蛋活性中心 1) 酶活性中心酶活性中心：酶分子中直接與底物結(jié)合，并：酶

4、分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的區(qū)域叫酶的活性中心和酶催化作用直接有關(guān)的區(qū)域叫酶的活性中心（active centeractive center）或活性部位（或活性部位（active siteactive site）?；钚灾行幕钚灾行慕Y(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)（專一性）（專一性）催化基團(tuán)催化基團(tuán)（催化性）（催化性）活性中心重要基團(tuán)活性中心重要基團(tuán): His57 , Asp102 , Ser195酶活性中心的共同特點(diǎn)酶活性中心的共同特點(diǎn)v活性中心只占酶分子的活性中心只占酶分子的1%1%2%2%。v活性中心的形成要求蛋白質(zhì)分子具有一定活性中心的形成要求蛋白質(zhì)分子具有一定的空間結(jié)構(gòu)。的空間結(jié)構(gòu)。

5、v活性中心位于酶分子表面的裂隙里。活性中心位于酶分子表面的裂隙里。v活性中心是柔性的。活性中心是柔性的。v活性中心與底物結(jié)合是非共價(jià)結(jié)合，結(jié)合活性中心與底物結(jié)合是非共價(jià)結(jié)合，結(jié)合是可逆的。是可逆的。2)必需基團(tuán)必需基團(tuán)必需基團(tuán)必需基團(tuán)活性中心活性中心內(nèi)內(nèi)的必需的必需基團(tuán)基團(tuán)v非必需基團(tuán)（非貢獻(xiàn)基團(tuán)）非必需基團(tuán)（非貢獻(xiàn)基團(tuán)）在酶的活性方面不起作用，在酶的活性方面不起作用，但為酶活性中心提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、對(duì)酶的保護(hù)、運(yùn)輸?shù)确降珵槊富钚灾行奶峁┙Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、對(duì)酶的保護(hù)、運(yùn)輸?shù)确矫嬗凶饔?。面有作用。：不直接參與與底物的結(jié)合不直接參與與底物的結(jié)合和催化作用，但能穩(wěn)定酶的空間結(jié)構(gòu)及酶和催化作用，但能穩(wěn)定酶的空間結(jié)

6、構(gòu)及酶活性中心的結(jié)構(gòu)活性中心的結(jié)構(gòu)結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心活性中心外外的必需基團(tuán)的必需基團(tuán)v二、酶的分類二、酶的分類v國際系統(tǒng)分類法將酶分為六大類：國際系統(tǒng)分類法將酶分為六大類：v1氧化還原酶類氧化還原酶類v催化脫氫或加氧反應(yīng)，可再分為兩亞類：催化脫氫或加氧反應(yīng)，可再分為兩亞類：v（1）脫氫酶類）脫氫酶類 催化反應(yīng)為催化反應(yīng)為AH2+B A+BH2v脫氫酶一般有輔酶或輔基較重要的輔酶有脫氫酶一般有輔酶或輔基較重要的輔酶有4個(gè)：個(gè)：vNAD（輔酶（輔酶I）、）、NADP（輔酶（輔酶II） 、FMN 、FADv（2）氧化酶）氧化酶 催化反應(yīng)為：催化反應(yīng)為：AH2+1/2O2A+H2

7、O 或或AH2+ O2 A + H2O2v氧化酶一般沒有輔酶，可有輔基或金屬離子。氧化酶一般沒有輔酶，可有輔基或金屬離子。v2轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶類v 催化有機(jī)分子上基團(tuán)的轉(zhuǎn)移：催化有機(jī)分子上基團(tuán)的轉(zhuǎn)移：A- -X + B A + BXv轉(zhuǎn)移酶類大多有輔酶，較重要的輔酶有：轉(zhuǎn)移酶類大多有輔酶，較重要的輔酶有：vCoA（輔酶（輔酶A）FH4（四氫葉酸）（四氫葉酸） 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛v一些激酶和磷酸化酶也屬于轉(zhuǎn)移酶，轉(zhuǎn)移磷酸基，但涉一些激酶和磷酸化酶也屬于轉(zhuǎn)移酶，轉(zhuǎn)移磷酸基，但涉及能量較大。及能量較大。v3水解酶類水解酶類v催化加水分解反應(yīng)：催化加水分解反應(yīng)：R- -R +H2O R- -OH+HR

8、 v水解酶大多由單純酶蛋白組成，一般沒有輔基或輔酶。水解酶大多由單純酶蛋白組成，一般沒有輔基或輔酶。 v4裂解酶類裂解酶類v催化反應(yīng)是從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)而使共價(jià)鍵斷裂，催化反應(yīng)是從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)而使共價(jià)鍵斷裂，產(chǎn)物常形成雙鍵，較重要的裂解酶有：產(chǎn)物常形成雙鍵，較重要的裂解酶有：v（1）脫羧酶）脫羧酶 輔酶輔酶TPPv（2）脫水酶（也叫水化酶）脫水酶（也叫水化酶）v（3）醛縮酶）醛縮酶 糖代謝中的重要酶糖代謝中的重要酶v（4）脫氨酶）脫氨酶v5異構(gòu)酶異構(gòu)酶v催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶v6合成酶類合成酶類v催化兩分子相互結(jié)合的酶，反應(yīng)一般由催化兩分子相互結(jié)合

9、的酶，反應(yīng)一般由ATP供給能量。供給能量。v五、酶的命名五、酶的命名v1習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法v簡單明確易記憶，但不系統(tǒng)，個(gè)別情況下易出現(xiàn)混亂。簡單明確易記憶，但不系統(tǒng)，個(gè)別情況下易出現(xiàn)混亂。原則：催化反應(yīng)的底物名原則：催化反應(yīng)的底物名+ 酶；或反應(yīng)性質(zhì)酶；或反應(yīng)性質(zhì)+ 酶。酶。v個(gè)別酶還加上來源，如細(xì)菌水解淀粉的酶稱細(xì)菌淀粉酶。個(gè)別酶還加上來源，如細(xì)菌水解淀粉的酶稱細(xì)菌淀粉酶。v2系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法v國際酶學(xué)會(huì)國際酶學(xué)會(huì)1961年確定系統(tǒng)命名法。年確定系統(tǒng)命名法。v系統(tǒng)命名要注明底物名和催化反應(yīng)性質(zhì)，底物要寫兩個(gè)，系統(tǒng)命名要注明底物名和催化反應(yīng)性質(zhì)，底物要寫兩個(gè)，中間用冒號(hào)分開。中間用冒號(hào)分

10、開。通式：底物：底物通式：底物：底物+反應(yīng)性質(zhì)反應(yīng)性質(zhì)+酶酶。v命名比較命名比較：v 習(xí)慣名習(xí)慣名 系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名v谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶 丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 v系統(tǒng)命名還有一個(gè)系統(tǒng)編號(hào)，接上述六大類分若干亞類，系統(tǒng)命名還有一個(gè)系統(tǒng)編號(hào)，接上述六大類分若干亞類，再分編順序號(hào)。再分編順序號(hào)。v一個(gè)酶編號(hào)為四個(gè)數(shù)字：第一個(gè)代表大類；第二個(gè)代表一個(gè)酶編號(hào)為四個(gè)數(shù)字：第一個(gè)代表大類；第二個(gè)代表亞類；第三個(gè)亞亞類；第四個(gè)在亞亞類中排序號(hào)。亞類；第三個(gè)亞亞類；第四個(gè)在亞亞類中排序號(hào)。v例如乳酸脫氫酶，系統(tǒng)名為：乳酸：例如乳酸脫氫酶，系統(tǒng)名為：乳酸：NAD氧化還原酶，氧化

11、還原酶，編號(hào)為編號(hào)為EC1，1，1，27，編號(hào)各層次間加逗號(hào)。，編號(hào)各層次間加逗號(hào)。 第二節(jié)第二節(jié) 酶的作用機(jī)理酶的作用機(jī)理酶作用專一性機(jī)理酶作用專一性機(jī)理酶催化的中間產(chǎn)物理論酶催化的中間產(chǎn)物理論決定決定酶作用高效率的酶作用高效率的機(jī)制機(jī)制一、一、 酶作用專一性機(jī)理酶作用專一性機(jī)理 鎖鑰學(xué)說鎖鑰學(xué)說（1894）：將酶的活性中心比喻作鎖孔，底：將酶的活性中心比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心 誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說（1958）：酶的活性中心在結(jié)構(gòu)上具柔：酶的活性中心在結(jié)構(gòu)上具柔性，底物接近活性中心時(shí)，可誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變

12、性，底物接近活性中心時(shí)，可誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，這樣就使酶活性中心有關(guān)基團(tuán)正確排列和定向，化，這樣就使酶活性中心有關(guān)基團(tuán)正確排列和定向，使之與底物形成互補(bǔ)形狀，從而有機(jī)的結(jié)合，完成催使之與底物形成互補(bǔ)形狀，從而有機(jī)的結(jié)合，完成催化反應(yīng)?；磻?yīng)。1）酶專一性的）酶專一性的“鎖鑰學(xué)說鎖鑰學(xué)說”2）酶專一性的）酶專一性的“誘導(dǎo)契合學(xué)誘導(dǎo)契合學(xué)說說二二.酶的催化高效性機(jī)制酶的催化高效性機(jī)制A+BC+ D能能量量水水平平反應(yīng)過程反應(yīng)過程 G E1 E21 1、降低反應(yīng)的活化、降低反應(yīng)的活化能能；加快反應(yīng)速度；加快反應(yīng)速度；不改變平衡常數(shù)；不改變平衡常數(shù)；活化能：活化能：在一定溫度在一定溫度下，下，1m

13、ol 1mol 底物全部底物全部進(jìn)入活化狀態(tài)所需要進(jìn)入活化狀態(tài)所需要的自由能（的自由能（kJ/mol)kJ/mol)。2 2、酶催化的中間產(chǎn)物理論、酶催化的中間產(chǎn)物理論1902 Henri1902 Henri1kSE -1kES 2kEP E+SP+ EES能能量量水水平平反應(yīng)過程反應(yīng)過程 G E1 E2 酶（酶（E）與底物（與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（物（ES），），再分解成產(chǎn)再分解成產(chǎn)物（物（P）并釋放出酶，使并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。反應(yīng)速度。

14、 酶催化作用的中間產(chǎn)物學(xué)說酶催化作用的中間產(chǎn)物學(xué)說v E + S ES P + E （酶酶 ） 底物）底物） （中間物（中間物 ） （產(chǎn)物（產(chǎn)物 ） （酶）（酶）中間產(chǎn)物存在的證明：中間產(chǎn)物存在的證明： H2O2 + 過氧化物酶過氧化物酶 （H2O2 過氧化物酶）過氧化物酶） （ 褐色）褐色） （ 紅色）紅色） 645583548498nm 561530nm（H2O2 過氧化物酶）過氧化物酶）+ AH2 過氧化物酶過氧化物酶 + A + 2H2O （ 紅色）紅色） （ 褐色）褐色） v底物與酶活性部位的鄰近及作用基團(tuán)的底物與酶活性部位的鄰近及作用基團(tuán)的嚴(yán)格定向，大大提高了活性部位上底物的嚴(yán)格定

15、向，大大提高了活性部位上底物的有效濃度，使酶具有高催化效率。有效濃度，使酶具有高催化效率。 3、鄰鄰 近近 定定 向向 效效 應(yīng)應(yīng)鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)v酶的活性部位與底物結(jié)合形成中間復(fù)酶的活性部位與底物結(jié)合形成中間復(fù)合物，使分子間反應(yīng)變?yōu)榱朔肿觾?nèi)反應(yīng)，合物，使分子間反應(yīng)變?yōu)榱朔肿觾?nèi)反應(yīng)，活性中心底物的有效濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶液中活性中心底物的有效濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶液中的底物濃度，從而增大酶促反應(yīng)速度的底物濃度，從而增大酶促反應(yīng)速度v酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間正酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間正確的軌道定向，提高有效濃度。從而增加確的軌道定向，提高有效濃度。從而增加酶促反應(yīng)速度。酶促反應(yīng)速度。 定定 向

16、向 效效 應(yīng)應(yīng)4、“張力張力”和和“變形變形”v底物結(jié)合可誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象的變化，底物結(jié)合可誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象的變化，而變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)而變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生張力和變形，從而促進(jìn)酶底物中間產(chǎn)生張力和變形，從而促進(jìn)酶底物中間產(chǎn)物進(jìn)入過渡態(tài)物進(jìn)入過渡態(tài)。5、酸堿催化、酸堿催化v酶活性部位的某些基團(tuán)（酶活性部位的某些基團(tuán)（HisHis的咪唑基）可以作為良好的質(zhì)子供的咪唑基）可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對(duì)底物進(jìn)行酸堿催化。體或受體對(duì)底物進(jìn)行酸堿催化。6、共價(jià)催化、共價(jià)催化v某些酶的親核基團(tuán)對(duì)底物的親電某些酶的親核基團(tuán)對(duì)底物的親電子的碳原子進(jìn)行攻擊生成不穩(wěn)定的共子的碳原子進(jìn)行

17、攻擊生成不穩(wěn)定的共價(jià)中間物，這種中間物很容易變成過價(jià)中間物，這種中間物很容易變成過渡態(tài)。渡態(tài)。酶分子中可作為親核基團(tuán)和酸鹼催化的酶分子中可作為親核基團(tuán)和酸鹼催化的功能基團(tuán)功能基團(tuán)7、金屬離子催化、金屬離子催化v幾乎幾乎1/31/3的酶催化活性需要金屬離子參與。的酶催化活性需要金屬離子參與。v金屬酶：酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。（一般為金屬酶：酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。（一般為過渡金屬離子過渡金屬離子FeFe2+2+ Fe Fe3+3+ Cu Cu2+2+ Zn Zn2+2+ Mn Mn2+2+等。等。v金屬激活酶：酶蛋白與金屬離子結(jié)合松散。（一金屬激活酶：酶蛋白與金屬離子結(jié)合松散。（一般為堿土金

18、屬離子如：般為堿土金屬離子如：NaNa+ + K K+ + Mg Mg2+2+ Ca Ca2+2+v金屬離子的作用主要是：與底物結(jié)合為反應(yīng)正金屬離子的作用主要是：與底物結(jié)合為反應(yīng)正確定向。通過金屬離子氧化態(tài)的變化進(jìn)行氧化確定向。通過金屬離子氧化態(tài)的變化進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷。還原反應(yīng)。通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷。 酶催化作用機(jī)理酶催化作用機(jī)理 酶與底物結(jié)合時(shí)，由于酶的變形（誘導(dǎo)契酶與底物結(jié)合時(shí)，由于酶的變形（誘導(dǎo)契合）或底物變形（張力學(xué)說）使二者相互適合，合）或底物變形（張力學(xué)說）使二者相互適合，并依靠離子鍵、氫鍵、范德華力的作用和水的并依靠離子鍵、氫鍵、范德華力的作用和水的

19、影響，結(jié)合成中間產(chǎn)物，在酶分子的非活性區(qū)域影響，結(jié)合成中間產(chǎn)物，在酶分子的非活性區(qū)域內(nèi)，由于酶與底物的鄰近定向，使二者可以通過內(nèi)，由于酶與底物的鄰近定向，使二者可以通過親核親核 親電催化、一般酸親電催化、一般酸 堿催化或金屬離子催化堿催化或金屬離子催化方式進(jìn)行多元催化，從而大大降低反應(yīng)所需的活方式進(jìn)行多元催化，從而大大降低反應(yīng)所需的活化能，使酶促反應(yīng)迅速進(jìn)行?；?，使酶促反應(yīng)迅速進(jìn)行。第三節(jié)第三節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（影響酶反應(yīng)速度的因素）（影響酶反應(yīng)速度的因素） 一、一、酶和底物濃度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系酶和底物濃度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系 二、二、pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響對(duì)酶反應(yīng)速度的影響三

20、、溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響三、溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響四、抑制劑的影響四、抑制劑的影響v一、底物濃度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系一、底物濃度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系v當(dāng)其他條件恒定時(shí)，酶反應(yīng)速度就決定于酶的濃度和底當(dāng)其他條件恒定時(shí)，酶反應(yīng)速度就決定于酶的濃度和底物濃度。因酶的催化效率高，一般情況下不是限制因素。物濃度。因酶的催化效率高，一般情況下不是限制因素。v酶濃度不變，增加底物濃度可以提高反應(yīng)速度。但底物酶濃度不變，增加底物濃度可以提高反應(yīng)速度。但底物濃度增加到一定程度，反應(yīng)速度不再增加。濃度增加到一定程度，反應(yīng)速度不再增加。v如果以底物濃度為橫座標(biāo)，反應(yīng)速度為縱座標(biāo)作圖，圖如果以底物濃度為橫座標(biāo)，反應(yīng)速度為

21、縱座標(biāo)作圖，圖形是雙曲線形。開始一段接近直線關(guān)系。形是雙曲線形。開始一段接近直線關(guān)系。v底物濃度與反應(yīng)速度關(guān)系的座標(biāo)曲線底物濃度與反應(yīng)速度關(guān)系的座標(biāo)曲線v濃度與速度的關(guān)系是什么？濃度與速度的關(guān)系是什么？v1913年年L.Michaelis and M.L.Mentend 研究了酶的動(dòng)力研究了酶的動(dòng)力學(xué)后，提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型學(xué)后，提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型米曼方程。其中米曼方程。其中Vo為為反應(yīng)速度；反應(yīng)速度；Vmax為最大反應(yīng)速度；為最大反應(yīng)速度；Km稱米氏常數(shù)。稱米氏常數(shù)。v米氏方程建立的依據(jù)是中間產(chǎn)物學(xué)說米氏方程建立的依據(jù)是中間產(chǎn)物學(xué)說，酶先與底物形成，酶先與底物形成中間產(chǎn)物，然后再解離為酶和產(chǎn)物

22、，即中間產(chǎn)物，然后再解離為酶和產(chǎn)物，即 ：v有些酶促反應(yīng)的中間產(chǎn)物已被分離出來有些酶促反應(yīng)的中間產(chǎn)物已被分離出來 ，支持了中間，支持了中間產(chǎn)物理論。產(chǎn)物理論。v存在極限速度是由于所有的酶都與底物結(jié)合而達(dá)到飽合存在極限速度是由于所有的酶都與底物結(jié)合而達(dá)到飽合狀態(tài)，所以再增加底物也不再形成中間產(chǎn)物，速度也不狀態(tài)，所以再增加底物也不再形成中間產(chǎn)物，速度也不再增加。例如胰凝乳蛋白酶水解三氟乙酰對(duì)硝基酚，形再增加。例如胰凝乳蛋白酶水解三氟乙酰對(duì)硝基酚，形成的三氟乙酰胰凝乳酶較穩(wěn)定，在低溫下可得到結(jié)晶。成的三氟乙酰胰凝乳酶較穩(wěn)定，在低溫下可得到結(jié)晶。v米氏方程的由來（推導(dǎo)）：米氏方程的由來（推導(dǎo)）：v假定

23、中間產(chǎn)物存在，反應(yīng)是單分子零級(jí)反應(yīng)，過程為：假定中間產(chǎn)物存在，反應(yīng)是單分子零級(jí)反應(yīng)，過程為：SE ES EPv反應(yīng)可以用下面解離式表示：反應(yīng)可以用下面解離式表示： v式中的式中的S為底物，為底物，E*S為底物與酶的中間產(chǎn)物，為底物與酶的中間產(chǎn)物，P代表產(chǎn)物，代表產(chǎn)物，K1、K2、K3、K4代表反應(yīng)的速度常代表反應(yīng)的速度常數(shù)。數(shù)。VKC （注：注：V不是反應(yīng)平衡常數(shù)）不是反應(yīng)平衡常數(shù)）v那么在上面的假設(shè)酶促反應(yīng)中：那么在上面的假設(shè)酶促反應(yīng)中：v V1K1E S； V2K2ES； E游離酶濃游離酶濃度度v V3K3ES； V4K4E P。 ES 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物濃度濃度v實(shí)際上在反應(yīng)初期實(shí)際上在反

24、應(yīng)初期V4可能很小。對(duì)于可能很小。對(duì)于V4，在此可，在此可假設(shè)不存在（忽略不計(jì)）。假設(shè)不存在（忽略不計(jì)）。v當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，V1V2V3，（設(shè)，（設(shè)V4不存不存在）。那么：在）。那么：K1E S K2ES K3ES K1E S (K2K3)ESv則：則：132ESSEKKK=+v設(shè)設(shè)Kmv在實(shí)際反應(yīng)中，在實(shí)際反應(yīng)中，E和和ES濃度難以測出，但酶的總濃濃度難以測出，但酶的總濃度可測到。設(shè)酶的總濃度為度可測到。設(shè)酶的總濃度為Et，則，則EEtES。代入上式中得：代入上式中得：v設(shè)設(shè)Kmv 移項(xiàng)移項(xiàng) KmESEtSESS132ESSEKKK=+ ESSEtES移項(xiàng)移項(xiàng) KmESE

25、tSESS KmES ESSEtS ES KmSEtS ES 在反應(yīng)進(jìn)行中，在反應(yīng)進(jìn)行中，V3與與ES成正比，即成正比，即V3k3ES ES V3SKmSEt+33KV33SKmSEtKV+=3SKmSEtK+v由于由于V3k3ES，并且，并且V3可以代表酶促反應(yīng)速度，當(dāng)可以代表酶促反應(yīng)速度，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡，即反應(yīng)達(dá)到最大速度時(shí)，應(yīng)該所有的反應(yīng)達(dá)到平衡，即反應(yīng)達(dá)到最大速度時(shí)，應(yīng)該所有的Et幾乎都形成了幾乎都形成了ES，那么反應(yīng)最大速度就應(yīng)是：，那么反應(yīng)最大速度就應(yīng)是： Vmaxk3Etv代入上式，就得到：代入上式，就得到：V3vV3代表了代表了ES解離為產(chǎn)物和游離酶的速度，也就代表解離為產(chǎn)物和

26、游離酶的速度，也就代表了酶促反應(yīng)速度。了酶促反應(yīng)速度?？蓪⒖蓪3寫成寫成Vo Vo maxSKmSV+maxSKmSV+v米氏方程的意義：米氏方程的意義：v 當(dāng)當(dāng)V1/ 2Vmax時(shí)，時(shí)，KmS 即即Km值為反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃值為反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度（摩爾）。度（摩爾）。v Km近似于近似于ES的解離常數(shù)，可用于表示酶和底物的親的解離常數(shù)，可用于表示酶和底物的親和力。和力。Km大時(shí)，酶和底物親和力弱，反應(yīng)慢；大時(shí)，酶和底物親和力弱，反應(yīng)慢；Km越越小酶和底物親和力越大，反應(yīng)越快。小酶和底物親和力越大，反應(yīng)越快。v 當(dāng)一個(gè)酶有幾種底物時(shí)，可有幾個(gè)當(dāng)一個(gè)酶

27、有幾種底物時(shí)，可有幾個(gè)Km值，值，Km值最值最小的底物為最適底物。反過來也可根據(jù)小的底物為最適底物。反過來也可根據(jù)Km值鑒定不同值鑒定不同的酶類。的酶類。v米氏常數(shù)求法：可用經(jīng)驗(yàn)方法米氏常數(shù)求法：可用經(jīng)驗(yàn)方法雙倒數(shù)法作圖雙倒數(shù)法作圖求出求出v以以 對(duì)作圖得一直線斜率為，在縱軸上的截對(duì)作圖得一直線斜率為，在縱軸上的截距為，可求得距為，可求得V。在橫軸上的截距為，可求得。在橫軸上的截距為，可求得Km值。值。SV11對(duì)對(duì)v二、二、pH對(duì)酶反應(yīng)速度影響對(duì)酶反應(yīng)速度影響 v以反應(yīng)速度對(duì)以反應(yīng)速度對(duì)pH變化作曲線，多數(shù)酶是單峰曲變化作曲線，多數(shù)酶是單峰曲線，即鐘形曲線線，即鐘形曲線 。少數(shù)酶不出現(xiàn)單峰曲線

28、。少數(shù)酶不出現(xiàn)單峰曲線。v紅線：紅線：胃蛋白酶胃蛋白酶v藍(lán)線：藍(lán)線：胰蛋白酶胰蛋白酶v黃線：黃線：膽堿酯酶膽堿酯酶v灰線：灰線：木瓜蛋白木瓜蛋白酶酶v為何出現(xiàn)單峰曲線？為何出現(xiàn)單峰曲線？v說明酶活性的表現(xiàn)有一個(gè)最適說明酶活性的表現(xiàn)有一個(gè)最適pH值。在這個(gè)值。在這個(gè)pH下活性下活性最大。例如：最大。例如：胃蛋白酶胃蛋白酶氧化氫酶氧化氫酶胰蛋白酶胰蛋白酶延胡索酸酶延胡索酸酶核糖核酸酶核糖核酸酶精氨酸酶精氨酸酶v酶反應(yīng)存在最適酶反應(yīng)存在最適pH的原因，在于的原因，在于pH影響到氨基酸的解影響到氨基酸的解離，對(duì)三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而影響到酶的活性。離，對(duì)三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而影響到酶的活性。v具體講：具體

29、講：v pH影響酶蛋白的構(gòu)象，影響酶蛋白的構(gòu)象， 因而影響到酶的活力改變，因而影響到酶的活力改變，酸堿性過強(qiáng)還將導(dǎo)致酶蛋白酸堿性過強(qiáng)還將導(dǎo)致酶蛋白的變性。的變性。v pH影響酶蛋白活性中心基團(tuán)的解離程度，影響催化影響酶蛋白活性中心基團(tuán)的解離程度，影響催化基團(tuán)所帶電荷不同，導(dǎo)致對(duì)底物的結(jié)合能力及催化能力基團(tuán)所帶電荷不同，導(dǎo)致對(duì)底物的結(jié)合能力及催化能力都不同。都不同。v pH影響輔酶或金屬離子的解離狀態(tài)，從而影響反應(yīng)影響輔酶或金屬離子的解離狀態(tài)，從而影響反應(yīng)速度。速度。v pH影響底物的解離，影響底物的解離， 有些底物只有在解離狀態(tài)才有些底物只有在解離狀態(tài)才與酶結(jié)合為中間復(fù)合物。與酶結(jié)合為中間復(fù)合

30、物。v三、溫度對(duì)酶反應(yīng)的影響三、溫度對(duì)酶反應(yīng)的影響v溫度對(duì)所有化學(xué)反應(yīng)都有影響，一般化學(xué)反應(yīng)溫度越高溫度對(duì)所有化學(xué)反應(yīng)都有影響，一般化學(xué)反應(yīng)溫度越高反應(yīng)越快。反應(yīng)越快。v酶催化的化學(xué)反應(yīng)與普通催化劑不同。用溫度對(duì)反應(yīng)速酶催化的化學(xué)反應(yīng)與普通催化劑不同。用溫度對(duì)反應(yīng)速度作圖，則出現(xiàn)單峰曲線（與度作圖，則出現(xiàn)單峰曲線（與pH影響相似）。影響相似）。v在某一個(gè)溫度點(diǎn)有一個(gè)最大反應(yīng)速度，稱為酶反應(yīng)的在某一個(gè)溫度點(diǎn)有一個(gè)最大反應(yīng)速度，稱為酶反應(yīng)的最最適溫度適溫度。大多數(shù)酶反應(yīng)的最適溫度一般都在。大多數(shù)酶反應(yīng)的最適溫度一般都在40左右。左右。v酶反應(yīng)存在一個(gè)酶反應(yīng)存在一個(gè)最低溫度最低溫度下限，同樣存在一個(gè)

31、下限，同樣存在一個(gè)最高溫度最高溫度上限。上限。v酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)有一個(gè)最有一個(gè)最適溫度。適溫度。最適溫度最適溫度在在40 左左右。右。v在最適溫度范圍內(nèi)，酶反應(yīng)速度隨溫度的升高而在最適溫度范圍內(nèi)，酶反應(yīng)速度隨溫度的升高而加快加快，加快的原因在于溫度提供了所需的活化能。，加快的原因在于溫度提供了所需的活化能。v溫度升高溫度升高10，反應(yīng)速率的增快倍數(shù)稱為該反應(yīng)，反應(yīng)速率的增快倍數(shù)稱為該反應(yīng)的的溫度系數(shù)。用溫度系數(shù)。用Q10表示。表示。v在最適溫度以上，升溫反應(yīng)開始減慢在最適溫度以上，升溫反應(yīng)開始減慢。原因在于。原因在于酶蛋白開始部分變性，空間構(gòu)象受破壞，降低了酶蛋白開始部分變性，空間構(gòu)象受破壞，

32、降低了催化功能。當(dāng)達(dá)到上限溫度時(shí)，所有酶分子全部催化功能。當(dāng)達(dá)到上限溫度時(shí)，所有酶分子全部變性，徹底喪失活性，反應(yīng)停止。變性，徹底喪失活性，反應(yīng)停止。 v四、抑制劑的影響四、抑制劑的影響 v酶的抑制劑是指可降低酶的催化活性的物質(zhì)。酶的抑制劑是指可降低酶的催化活性的物質(zhì)。v抑制劑的作用機(jī)制主要是改變或干擾酶的活性中抑制劑的作用機(jī)制主要是改變或干擾酶的活性中心，改變活性中心結(jié)構(gòu)主要是對(duì)其進(jìn)行修飾，使心，改變活性中心結(jié)構(gòu)主要是對(duì)其進(jìn)行修飾，使活性中心封閉，活性中心封閉， v干擾酶分兩種情況，一是直接干擾；二是間接干干擾酶分兩種情況，一是直接干擾；二是間接干擾。擾。v抑制劑不破壞酶蛋白的二、三、四級(jí)結(jié)

33、構(gòu)抑制劑不破壞酶蛋白的二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)v1競爭性抑制劑競爭性抑制劑v是一類與底物結(jié)構(gòu)相似的抑制劑是一類與底物結(jié)構(gòu)相似的抑制劑，通過與底物競爭酶的，通過與底物競爭酶的結(jié)合位點(diǎn)，抑制酶反就速度。對(duì)酶本身性質(zhì)并無影響，結(jié)合位點(diǎn)，抑制酶反就速度。對(duì)酶本身性質(zhì)并無影響，但影響反應(yīng)速度。但影響反應(yīng)速度。v競爭性抑制劑全是可逆性的抑制劑。競爭性抑制劑全是可逆性的抑制劑。v競爭性抑制劑在體內(nèi)競爭性抑制劑在體內(nèi)可用透析方法除去可用透析方法除去，而解除或緩和，而解除或緩和抑制作用。反應(yīng)中也抑制作用。反應(yīng)中也可增加酶的濃度來緩解可增加酶的濃度來緩解。v競爭抑制劑只與游離的酶結(jié)合，底物與酶的結(jié)合可阻止競爭抑制劑只與游

34、離的酶結(jié)合，底物與酶的結(jié)合可阻止抑制劑與酶結(jié)合。所以抑制劑與酶結(jié)合。所以可以增加底物濃度緩解抑制可以增加底物濃度緩解抑制。v競爭性抑制競爭性抑制劑示意圖劑示意圖v加入競爭性抑制劑加入競爭性抑制劑后，后，K Km m 變大，酶促變大，酶促反應(yīng)速度減小。反應(yīng)速度減小。v2非競爭性抑制劑非競爭性抑制劑v非競爭性抑制劑和酶結(jié)合的位點(diǎn)與底物結(jié)合位點(diǎn)不同，非競爭性抑制劑和酶結(jié)合的位點(diǎn)與底物結(jié)合位點(diǎn)不同，不影響酶與底物的結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，不能用增加底物濃度緩解。不不能用增加底物濃度緩解。不能用物理方法除去能用物理方法除去。v即可與游離酶結(jié)合，也可與酶底物復(fù)合物（即可與游離酶結(jié)合，也可與酶底物復(fù)合物

35、（ES）結(jié)合，）結(jié)合，不影響酶與底物親和力，不影響酶與底物親和力，故故Km不變不變。v某些有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)，一般稱為酶的負(fù)效應(yīng)物。某些有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)，一般稱為酶的負(fù)效應(yīng)物。v非競爭性抑制劑可以分為可逆性與不可逆性的。非競爭性抑制劑可以分為可逆性與不可逆性的。v非競爭性抑制示意圖非競爭性抑制示意圖v加入非競爭性抑制劑后，加入非競爭性抑制劑后，K Km m值不變，但速度下降。值不變，但速度下降。v可逆性非競爭抑制劑可逆性非競爭抑制劑v酶結(jié)合了抑制劑后仍可與底物結(jié)合，結(jié)合是可逆的。這酶結(jié)合了抑制劑后仍可與底物結(jié)合，結(jié)合是可逆的。這類抑制劑大多具有調(diào)節(jié)作用。類抑制劑大多具有調(diào)節(jié)作用。v不可逆

36、的非競爭抑制劑不可逆的非競爭抑制劑v對(duì)酶活性的抑制是不可逆的。抑制物一旦結(jié)合在酶上，對(duì)酶活性的抑制是不可逆的。抑制物一旦結(jié)合在酶上，不能自行除去，也不易用透析等方法除去不能自行除去，也不易用透析等方法除去。通常是與酶。通常是與酶的某個(gè)功能基團(tuán)牢固地結(jié)合，是共價(jià)的修飾作用。的某個(gè)功能基團(tuán)牢固地結(jié)合，是共價(jià)的修飾作用。v例如有機(jī)磷農(nóng)藥、氰化物、重金屬等。例如有機(jī)磷農(nóng)藥、氰化物、重金屬等。v此外還有一類反競爭性抑制劑，酶必須先與底物結(jié)合才此外還有一類反競爭性抑制劑，酶必須先與底物結(jié)合才能與抑制劑結(jié)合，而不能與游離酶結(jié)合。能與抑制劑結(jié)合，而不能與游離酶結(jié)合。第三節(jié)第三節(jié) 酶的催化機(jī)理酶的催化機(jī)理 一、

37、酶促反應(yīng)的能閾學(xué)說一、酶促反應(yīng)的能閾學(xué)說二、酶活性中心的概念二、酶活性中心的概念三、酶作用專一性的假說三、酶作用專一性的假說四、酶催化的作用機(jī)制四、酶催化的作用機(jī)制v一、酶促反應(yīng)的能閾學(xué)說一、酶促反應(yīng)的能閾學(xué)說v酶的催化作用在于降低反應(yīng)所需的活化能。酶的催化作用在于降低反應(yīng)所需的活化能。v酶催化降低反應(yīng)所需的活化能，認(rèn)為酶容易和底物形成酶催化降低反應(yīng)所需的活化能，認(rèn)為酶容易和底物形成中間過渡產(chǎn)物，要比直接形成產(chǎn)物所需要的活化能閾低，中間過渡產(chǎn)物，要比直接形成產(chǎn)物所需要的活化能閾低，這種中間產(chǎn)物容易解離生成產(chǎn)物。這種中間產(chǎn)物容易解離生成產(chǎn)物。SE ES EPv如果是雙分子反應(yīng)，則酶先與一種底物生

38、成中間產(chǎn)物，如果是雙分子反應(yīng)，則酶先與一種底物生成中間產(chǎn)物，然后再與第二種底物作用，最后生成產(chǎn)物。然后再與第二種底物作用，最后生成產(chǎn)物。S1E ES1 S2 P1P2Ev二、酶活性中心的概念二、酶活性中心的概念v酶分子中只是在某一特定部位有催化能力，這一有催化酶分子中只是在某一特定部位有催化能力，這一有催化能力的部位能力的部位叫叫酶的活性中心酶的活性中心。其他部分維持酶分子。其他部分維持酶分子結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。v活性中心應(yīng)有兩個(gè)功能部位：活性中心應(yīng)有兩個(gè)功能部位：一個(gè)是底物一個(gè)是底物結(jié)合部位結(jié)合部位，靠，靠此部位將底物結(jié)合到酶分子上；另一個(gè)是此部位將底物結(jié)合到酶分子上；另一個(gè)是催化部位催化部位，靠，

39、靠此部位將底物的鍵打斷并形成新的鍵。此部位將底物的鍵打斷并形成新的鍵。v組成活性中心的氨基酸稱必須氨基酸組成活性中心的氨基酸稱必須氨基酸，在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可，在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，靠酶蛋白的三維結(jié)構(gòu)聚在一起。能相距很遠(yuǎn)，靠酶蛋白的三維結(jié)構(gòu)聚在一起。v同源蛋白質(zhì)中的不變殘基可能參與活性中心構(gòu)成。同源蛋白質(zhì)中的不變殘基可能參與活性中心構(gòu)成。v酶酶的的活活性性中中心心示示意意圖圖v酶活性中心的結(jié)合部位和催化部位示意圖酶活性中心的結(jié)合部位和催化部位示意圖v三、酶作用專一性的假說三、酶作用專一性的假說v1894年由年由Fisher提出鎖鑰學(xué)說提出鎖鑰學(xué)說 ，認(rèn)為底物分子象一把鑰，認(rèn)為底物分子象一把鑰匙，

40、酶象一把鎖，如二者結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，則可以把鎖打開，匙，酶象一把鎖，如二者結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，則可以把鎖打開，進(jìn)入活性中心，達(dá)到催化目的。如不互補(bǔ)，則不能進(jìn)入進(jìn)入活性中心，達(dá)到催化目的。如不互補(bǔ)，則不能進(jìn)入活性中心?；钚灾行摹這一學(xué)說過于機(jī)械，解釋不了逆反應(yīng)的進(jìn)行。因有些酶這一學(xué)說過于機(jī)械，解釋不了逆反應(yīng)的進(jìn)行。因有些酶即催化正反應(yīng)，也催化逆反應(yīng)。即催化正反應(yīng)，也催化逆反應(yīng)。v1958年由年由Koshland提出誘導(dǎo)楔合假說提出誘導(dǎo)楔合假說，認(rèn)為底物與酶蛋，認(rèn)為底物與酶蛋白接近后，誘導(dǎo)了酶構(gòu)象發(fā)生微小變化，這種構(gòu)象變化白接近后，誘導(dǎo)了酶構(gòu)象發(fā)生微小變化，這種構(gòu)象變化有利于正確底物的結(jié)合，不正確底物仍不能結(jié)合，

41、達(dá)到有利于正確底物的結(jié)合，不正確底物仍不能結(jié)合，達(dá)到專一性。專一性。 v四、酶催化的作用機(jī)制四、酶催化的作用機(jī)制v酶與底物專一性結(jié)合是催化的前提，結(jié)合后如何催化？酶與底物專一性結(jié)合是催化的前提，結(jié)合后如何催化？如何打斷底物的舊鍵建立新的鍵？如何打斷底物的舊鍵建立新的鍵？v較為流行的有三種催化理論（或模式）：較為流行的有三種催化理論（或模式）：v1酸堿催化酸堿催化 v多數(shù)非酶促化學(xué)反應(yīng)要在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下才能進(jìn)行，多數(shù)非酶促化學(xué)反應(yīng)要在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下才能進(jìn)行，原因在于強(qiáng)酸可把一個(gè)質(zhì)子強(qiáng)加到某個(gè)反應(yīng)劑上，而強(qiáng)原因在于強(qiáng)酸可把一個(gè)質(zhì)子強(qiáng)加到某個(gè)反應(yīng)劑上，而強(qiáng)堿則可把質(zhì)子從某反應(yīng)劑上奪去，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)

42、行。堿則可把質(zhì)子從某反應(yīng)劑上奪去，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。v催化部位周圍大多是非極性氨酸，即疏水基團(tuán)聚集。而催化部位周圍大多是非極性氨酸，即疏水基團(tuán)聚集。而催化部位自身大多是少數(shù)具有極性的、可以離子化的氨催化部位自身大多是少數(shù)具有極性的、可以離子化的氨酸，如組氨酸、賴氨酸，精氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、酸，如組氨酸、賴氨酸，精氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、酪氨酸。這些極性氨基酸提供了局天冬氨酸、谷氨酸、酪氨酸。這些極性氨基酸提供了局部的類似強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境。部的類似強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境。v在酶的分子局部這種類似強(qiáng)酸堿環(huán)境下，通過氨酸側(cè)鏈在酶的分子局部這種類似強(qiáng)酸堿環(huán)境下，通過氨酸側(cè)鏈的極性特點(diǎn)來轉(zhuǎn)移質(zhì)子

43、非常容易。因?yàn)榫植糠菢O性條件的極性特點(diǎn)來轉(zhuǎn)移質(zhì)子非常容易。因?yàn)榫植糠菢O性條件介電常數(shù)降低，相互作用力（靜電力）加大。當(dāng)碳或其介電常數(shù)降低，相互作用力（靜電力）加大。當(dāng)碳或其他原子上他原子上H被奪去質(zhì)子形成負(fù)碳離子，鍵易于斷裂或影被奪去質(zhì)子形成負(fù)碳離子，鍵易于斷裂或影響其他鍵斷裂；或者奪去水中質(zhì)子產(chǎn)生響其他鍵斷裂；或者奪去水中質(zhì)子產(chǎn)生OH- -來完成某種來完成某種反應(yīng)。但在反應(yīng)完成時(shí)（催化結(jié)束時(shí)），基團(tuán)發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)。但在反應(yīng)完成時(shí)（催化結(jié)束時(shí)），基團(tuán)發(fā)生轉(zhuǎn)移或舊鍵斷裂，新鍵完成，酶活性中心的氨酸又恢復(fù)原來或舊鍵斷裂，新鍵完成，酶活性中心的氨酸又恢復(fù)原來狀態(tài)，需能的由狀態(tài)，需能的由ATP等提供。等

44、提供。v酶活性中心的氨基酸殘基充當(dāng)酸堿催化基團(tuán)進(jìn)行催化酶活性中心的氨基酸殘基充當(dāng)酸堿催化基團(tuán)進(jìn)行催化v2共價(jià)催化共價(jià)催化v認(rèn)為酶和底物形成一個(gè)反應(yīng)活性很高的（活化的）共價(jià)認(rèn)為酶和底物形成一個(gè)反應(yīng)活性很高的（活化的）共價(jià)中間產(chǎn)物，并且這個(gè)中間產(chǎn)物形成所需的活化能很低，中間產(chǎn)物，并且這個(gè)中間產(chǎn)物形成所需的活化能很低，所以大多數(shù)分子都能形成共價(jià)中間產(chǎn)物。所以大多數(shù)分子都能形成共價(jià)中間產(chǎn)物。v形成中間產(chǎn)物是先加成，親電或親核加成，然后再消去。形成中間產(chǎn)物是先加成，親電或親核加成，然后再消去。v容易形成中間產(chǎn)物的原因，是酶分子中有些氨基酸殘可容易形成中間產(chǎn)物的原因，是酶分子中有些氨基酸殘可充當(dāng)親電基團(tuán)，

45、如金屬離子、酪氨酸的羥基、賴氨酸、充當(dāng)親電基團(tuán)，如金屬離子、酪氨酸的羥基、賴氨酸、精氨酸的精氨酸的- -NH+3等；富有電子殘基可充當(dāng)親核基團(tuán)，如等；富有電子殘基可充當(dāng)親核基團(tuán)，如絲氨酸的羥基、胱酸的疏基、組酸的咪唑基及一些輔酶絲氨酸的羥基、胱酸的疏基、組酸的咪唑基及一些輔酶基團(tuán)，這些親電或親核基團(tuán)有強(qiáng)大進(jìn)攻能力，易與底物基團(tuán)，這些親電或親核基團(tuán)有強(qiáng)大進(jìn)攻能力，易與底物形成中間過渡態(tài)產(chǎn)物，引起舊鍵斷開，形成新鍵。形成中間過渡態(tài)產(chǎn)物，引起舊鍵斷開，形成新鍵。v共價(jià)催化較多的是親核取代類型。例如堿性磷酸酶催化共價(jià)催化較多的是親核取代類型。例如堿性磷酸酶催化磷酸單酯水解：磷酸單酯水解：v堿性磷酸酶活

46、性中心有絲氨酸殘基，其上的堿性磷酸酶活性中心有絲氨酸殘基，其上的CHCH2 2OHOH在在堿性條件下形成親核基團(tuán)堿性條件下形成親核基團(tuán)CHCH2 2O O- -，對(duì)底物磷酸脂中的，對(duì)底物磷酸脂中的磷原子進(jìn)行攻擊形成共價(jià)中間產(chǎn)物，接著中間產(chǎn)物水解，磷原子進(jìn)行攻擊形成共價(jià)中間產(chǎn)物，接著中間產(chǎn)物水解，生成無機(jī)磷酸，并使酶重新釋放出來。生成無機(jī)磷酸，并使酶重新釋放出來。v3鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)（軌道定向?qū)W說）（軌道定向?qū)W說）v這種學(xué)說解釋的方式不完全一致。較簡單的解釋是：這種學(xué)說解釋的方式不完全一致。較簡單的解釋是：v在雙分子反應(yīng)中，酶與底物之一先結(jié)合，然后再與另一在雙分子反應(yīng)中，酶與底物之一先結(jié)合，然后

47、再與另一底物結(jié)合，兩個(gè)底物同時(shí)連于酶分子上，使兩分子鄰近底物結(jié)合，兩個(gè)底物同時(shí)連于酶分子上，使兩分子鄰近易于反應(yīng)，同時(shí)由于酶分子的固定，使兩分子反應(yīng)的對(duì)易于反應(yīng)，同時(shí)由于酶分子的固定，使兩分子反應(yīng)的對(duì)接方式固定，即軌道定向，產(chǎn)物的構(gòu)型必然固定。接方式固定，即軌道定向，產(chǎn)物的構(gòu)型必然固定。v鄰近效應(yīng)也有酶與底物分子互相誘導(dǎo)的過程。誘導(dǎo)結(jié)果鄰近效應(yīng)也有酶與底物分子互相誘導(dǎo)的過程。誘導(dǎo)結(jié)果使底物與酶活性部位易于結(jié)合，產(chǎn)生酶的催化專一性；使底物與酶活性部位易于結(jié)合，產(chǎn)生酶的催化專一性；另一方面，誘導(dǎo)的結(jié)果也可改變底物某一鍵或基團(tuán)局部另一方面，誘導(dǎo)的結(jié)果也可改變底物某一鍵或基團(tuán)局部電子云密度，或使電負(fù)性

48、改變，或酶在這方面改變，結(jié)電子云密度，或使電負(fù)性改變，或酶在這方面改變，結(jié)果使共價(jià)中間產(chǎn)物易于形成或酸堿催化易于發(fā)生。有將果使共價(jià)中間產(chǎn)物易于形成或酸堿催化易于發(fā)生。有將此稱為電子張力，就是導(dǎo)致分子變形，變形的結(jié)果也利此稱為電子張力，就是導(dǎo)致分子變形，變形的結(jié)果也利于鍵的斷裂。于鍵的斷裂。v4. 金屬離子在酶催化中的作用金屬離子在酶催化中的作用v金屬離子可以提高水的親核性，和水分子的金屬離子可以提高水的親核性，和水分子的OH-OH-結(jié)合，結(jié)合，使水顯示出更大的親核催化性能。使水顯示出更大的親核催化性能。v電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個(gè)重要功能。例如電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個(gè)重要功能。例

49、如多種激酶多種激酶( (如磷酸轉(zhuǎn)移酶如磷酸轉(zhuǎn)移酶) )的底物是的底物是Mg2+Mg2+ATPATP復(fù)合物。復(fù)合物。v許多氧化許多氧化- -還原酶中都含有銅或鐵離子，它們作為酶還原酶中都含有銅或鐵離子，它們作為酶的輔助因子起著傳遞電子的功能。的輔助因子起著傳遞電子的功能。AHHOHHOHHO-OPOPOPOCH2OOOOOOMg2+第四節(jié)第四節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié)方式酶活性的調(diào)節(jié)方式一、酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)一、酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)二、酶的可逆共價(jià)修飾調(diào)節(jié)二、酶的可逆共價(jià)修飾調(diào)節(jié)三、酶原的激活三、酶原的激活四、同工酶和誘導(dǎo)酶四、同工酶和誘導(dǎo)酶v一、酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)一、酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)v什么是別構(gòu)效應(yīng)？什么是別構(gòu)效應(yīng)？v別構(gòu)效應(yīng)

50、是指酶活性調(diào)節(jié)的一種方式。調(diào)節(jié)物（效應(yīng)物）別構(gòu)效應(yīng)是指酶活性調(diào)節(jié)的一種方式。調(diào)節(jié)物（效應(yīng)物）與酶分子中的別構(gòu)中心結(jié)合，誘導(dǎo)酶構(gòu)象發(fā)生改變，使與酶分子中的別構(gòu)中心結(jié)合，誘導(dǎo)酶構(gòu)象發(fā)生改變，使酶對(duì)底物的結(jié)合能力或催化能力發(fā)生改變，而使得酶活酶對(duì)底物的結(jié)合能力或催化能力發(fā)生改變，而使得酶活性改變。性改變。v具有別構(gòu)效應(yīng)調(diào)控作用的酶稱別構(gòu)酶。別構(gòu)酶都是寡聚具有別構(gòu)效應(yīng)調(diào)控作用的酶稱別構(gòu)酶。別構(gòu)酶都是寡聚酶，酶反應(yīng)速度和底物濃度的關(guān)系不符合米氏方程，調(diào)酶，酶反應(yīng)速度和底物濃度的關(guān)系不符合米氏方程，調(diào)節(jié)物產(chǎn)生的抑制作用也與普通的抑制劑不同。節(jié)物產(chǎn)生的抑制作用也與普通的抑制劑不同。 v別構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)別構(gòu)酶

51、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩條肽鏈以上，有四級(jí)結(jié)構(gòu)。：兩條肽鏈以上，有四級(jí)結(jié)構(gòu)。v在別構(gòu)酶中，有一個(gè)與底物結(jié)合及催化作用的活性中心，在別構(gòu)酶中，有一個(gè)與底物結(jié)合及催化作用的活性中心，還有一個(gè)調(diào)節(jié)部位（或叫別構(gòu)中心）。調(diào)節(jié)部位和活性還有一個(gè)調(diào)節(jié)部位（或叫別構(gòu)中心）。調(diào)節(jié)部位和活性中心大多位于不同的亞基上，或同一亞基的不同部位上。中心大多位于不同的亞基上，或同一亞基的不同部位上。v調(diào)節(jié)部位有一個(gè)能和底物以外的某種物質(zhì)特異性結(jié)合的調(diào)節(jié)部位有一個(gè)能和底物以外的某種物質(zhì)特異性結(jié)合的部位。能和調(diào)節(jié)部位結(jié)合而調(diào)節(jié)酶活性的物質(zhì)就叫別構(gòu)部位。能和調(diào)節(jié)部位結(jié)合而調(diào)節(jié)酶活性的物質(zhì)就叫別構(gòu)效應(yīng)物或變構(gòu)效應(yīng)劑。使酶反應(yīng)加快的叫正效應(yīng)

52、劑，反效應(yīng)物或變構(gòu)效應(yīng)劑。使酶反應(yīng)加快的叫正效應(yīng)劑，反之叫負(fù)效應(yīng)劑，簡稱為調(diào)節(jié)物。之叫負(fù)效應(yīng)劑，簡稱為調(diào)節(jié)物。 v一個(gè)別構(gòu)酶只有一個(gè)專一性調(diào)節(jié)物，稱單價(jià)別構(gòu)酶；有一個(gè)別構(gòu)酶只有一個(gè)專一性調(diào)節(jié)物，稱單價(jià)別構(gòu)酶；有兩個(gè)或更多專一調(diào)節(jié)物稱多價(jià)別構(gòu)酶。兩個(gè)或更多專一調(diào)節(jié)物稱多價(jià)別構(gòu)酶。v酶別構(gòu)調(diào)節(jié)示意圖酶別構(gòu)調(diào)節(jié)示意圖v酶分子中活性中心外的別構(gòu)部位與其他分子發(fā)生某種程酶分子中活性中心外的別構(gòu)部位與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對(duì)酶起激度的結(jié)合，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對(duì)酶起激活或抑制作用?；罨蛞种谱饔?。v別構(gòu)調(diào)節(jié)的意義：別構(gòu)調(diào)節(jié)的意義：v別構(gòu)酶多存在于某些代謝過程的多

53、酶反應(yīng)序列當(dāng)中，在別構(gòu)酶多存在于某些代謝過程的多酶反應(yīng)序列當(dāng)中，在一個(gè)多酶序列反應(yīng)中，總速度決定于其中反應(yīng)最慢的一一個(gè)多酶序列反應(yīng)中，總速度決定于其中反應(yīng)最慢的一個(gè)反應(yīng)，稱為全反應(yīng)序列的限速步驟，并且這個(gè)限速反個(gè)反應(yīng)，稱為全反應(yīng)序列的限速步驟，并且這個(gè)限速反應(yīng)的酶多是別構(gòu)酶，其控制方式就是應(yīng)的酶多是別構(gòu)酶，其控制方式就是限速酶限速酶的活性可以的活性可以被反應(yīng)序列的最終產(chǎn)物抑制，或被某些中間產(chǎn)物抑制，被反應(yīng)序列的最終產(chǎn)物抑制，或被某些中間產(chǎn)物抑制，這種過程就稱為這種過程就稱為反饋抑制反饋抑制。這樣可以。這樣可以合理控制合理控制反應(yīng)速度，反應(yīng)速度，產(chǎn)物不會(huì)積累。產(chǎn)物不會(huì)積累。v這樣在一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)

54、序列中或體系中，由多個(gè)調(diào)節(jié)效這樣在一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)序列中或體系中，由多個(gè)調(diào)節(jié)效應(yīng)物將多價(jià)別構(gòu)酶進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控在一個(gè)控制網(wǎng)中，通過應(yīng)物將多價(jià)別構(gòu)酶進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控在一個(gè)控制網(wǎng)中，通過這樣自我調(diào)節(jié)使代謝有序不紊亂，合理進(jìn)行。這樣自我調(diào)節(jié)使代謝有序不紊亂，合理進(jìn)行。 v二、酶活性的可逆共價(jià)修飾調(diào)節(jié)二、酶活性的可逆共價(jià)修飾調(diào)節(jié)v什么是共價(jià)修飾？什么是共價(jià)修飾？v酶分子中一個(gè)基團(tuán)通過與其他分子或基團(tuán)的可逆性共價(jià)酶分子中一個(gè)基團(tuán)通過與其他分子或基團(tuán)的可逆性共價(jià)結(jié)合，使催化性質(zhì)發(fā)生改變稱為修飾。這種酶稱共價(jià)調(diào)結(jié)合，使催化性質(zhì)發(fā)生改變稱為修飾。這種酶稱共價(jià)調(diào)節(jié)酶。修飾后，酶處于無活性或有活性狀態(tài)。節(jié)酶。修飾后，酶處于

55、無活性或有活性狀態(tài)。 v這種修飾常受到激素或其他活性物質(zhì)的控制。這種修飾常受到激素或其他活性物質(zhì)的控制。v這類酶的修飾基團(tuán)主要是磷酸基或腺苷酸基這類酶的修飾基團(tuán)主要是磷酸基或腺苷酸基 。 v1酶分子被磷酸基修飾酶分子被磷酸基修飾 v例：糖原磷酸化酶有例：糖原磷酸化酶有4個(gè)亞基，每個(gè)亞基中有一個(gè)絲氨個(gè)亞基，每個(gè)亞基中有一個(gè)絲氨酸殘基的羥基可被磷酸化，轉(zhuǎn)酸殘基的羥基可被磷酸化，轉(zhuǎn) 為高催化活性形式，稱為高催化活性形式，稱磷酸化酶磷酸化酶a，有催化作用。當(dāng)磷酸基被水解掉，四聚體，有催化作用。當(dāng)磷酸基被水解掉，四聚體發(fā)生解離，稱磷酸化酶發(fā)生解離，稱磷酸化酶b。轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn) 為低催化活性形式：磷酸為低催化活性

56、形式：磷酸化酶化酶a4H2O2磷酸化酶磷酸化酶b4Piv這種修飾作用由磷酸化酶的激酶完成。脫去磷酸化的酶這種修飾作用由磷酸化酶的激酶完成。脫去磷酸化的酶是蛋白磷酸酶。是蛋白磷酸酶。v這種修飾具有化學(xué)信號(hào)的放大作用這種修飾具有化學(xué)信號(hào)的放大作用，通過一種激素引起，通過一種激素引起一種激酶的活性改變，激酶再引起代謝酶活性改變，使一種激酶的活性改變，激酶再引起代謝酶活性改變，使少數(shù)信號(hào)分子可引起引起巨大的代謝變化。將此稱之為少數(shù)信號(hào)分子可引起引起巨大的代謝變化。將此稱之為級(jí)聯(lián)放大作用級(jí)聯(lián)放大作用。 v2酶分子被腺苷酸修飾酶分子被腺苷酸修飾v例：大腸桿菌的谷酰胺合成酶，有例：大腸桿菌的谷酰胺合成酶，有

57、12個(gè)亞基，腺苷酰連個(gè)亞基，腺苷酰連在每一個(gè)亞基的專一性酪氨酸殘基上，就產(chǎn)生了活性。在每一個(gè)亞基的專一性酪氨酸殘基上，就產(chǎn)生了活性。v這種修飾意義在于指示能量狀況這種修飾意義在于指示能量狀況，沒有能量供應(yīng)時(shí)酶也，沒有能量供應(yīng)時(shí)酶也無活性，一旦能量有供應(yīng)酶也出現(xiàn)活性。這類酶主要是無活性，一旦能量有供應(yīng)酶也出現(xiàn)活性。這類酶主要是一些合成酶。一些合成酶。v除腺苷酸及磷酸外，還有一些物質(zhì)，如輔基輔酶的結(jié)合除腺苷酸及磷酸外，還有一些物質(zhì)，如輔基輔酶的結(jié)合等，也應(yīng)包括在共價(jià)修飾范圍。等，也應(yīng)包括在共價(jià)修飾范圍。v三、酶原的激活三、酶原的激活v酶原激活是一種特殊的共價(jià)修飾酶原激活是一種特殊的共價(jià)修飾共價(jià)健斷

58、。這種調(diào)共價(jià)健斷。這種調(diào)節(jié)是不可逆的，一旦轉(zhuǎn)為活性狀態(tài)，將不再逆轉(zhuǎn)是其最節(jié)是不可逆的，一旦轉(zhuǎn)為活性狀態(tài)，將不再逆轉(zhuǎn)是其最大特點(diǎn)。大特點(diǎn)。v有一部分酶在生物體內(nèi)合成出來是其無活性的前體，稱有一部分酶在生物體內(nèi)合成出來是其無活性的前體，稱酶原。酶原必須在一定條件下，去掉某些氨基酸或切去酶原。酶原必須在一定條件下，去掉某些氨基酸或切去一段甚至幾段肽鏈，然后酶的構(gòu)象發(fā)生一些改變，酶才一段甚至幾段肽鏈，然后酶的構(gòu)象發(fā)生一些改變，酶才表現(xiàn)活性。表現(xiàn)活性。 這一過程稱為酶原的激活。這一過程稱為酶原的激活。v例：凝血酶原為例：凝血酶原為582氨基酸肽鏈，激活時(shí)在氨基酸肽鏈，激活時(shí)在274位和位和323位斷裂，

59、位斷裂，1274氨基酸淘汰不用，氨基酸淘汰不用，275323為為A鏈，鏈，324582為為B鏈，二硫健連接起來表現(xiàn)活性。鏈，二硫健連接起來表現(xiàn)活性。v凝血酶原的激活比較復(fù)雜，凝血系統(tǒng)包括凝血酶原的激活比較復(fù)雜，凝血系統(tǒng)包括13個(gè)凝血因子，個(gè)凝血因子，受傷時(shí)：受傷時(shí)：v因子因子VII+因子因子III Ca+ + 激活因子激活因子X 因子因子V,PF3,Ca+ 結(jié)成復(fù)結(jié)成復(fù)合物合物 激活凝血酶原激活凝血酶原 水解纖維蛋白水解纖維蛋白 因子因子XIII參與參與 纖維蛋白凝聚纖維蛋白凝聚 v酶原激活的意義酶原激活的意義：v從生物自身利益講，有些酶即要保存一定數(shù)量，又不需從生物自身利益講，有些酶即要保存

60、一定數(shù)量，又不需要經(jīng)常處于活化狀態(tài)。否則對(duì)自身不利。利用酶原激活要經(jīng)常處于活化狀態(tài)。否則對(duì)自身不利。利用酶原激活的控制方式，可以使酶原在對(duì)自身有利的情況下迅速轉(zhuǎn)的控制方式，可以使酶原在對(duì)自身有利的情況下迅速轉(zhuǎn)化為有活性的酶，行使生物功能。化為有活性的酶，行使生物功能。v例如胃蛋白酶的激活，對(duì)消化系統(tǒng)有保護(hù)作用。在不進(jìn)例如胃蛋白酶的激活，對(duì)消化系統(tǒng)有保護(hù)作用。在不進(jìn)食物時(shí)胃酸較少，胃蛋白酶無活性。進(jìn)食后胃酸分泌，食物時(shí)胃酸較少，胃蛋白酶無活性。進(jìn)食后胃酸分泌，蛋白酶激活，可消化食物。否則沒有食物激活要消化胃蛋白酶激活，可消化食物。否則沒有食物激活要消化胃粘膜，造成胃潰瘍。粘膜，造成胃潰瘍。v四、

61、同工酶和誘導(dǎo)酶四、同工酶和誘導(dǎo)酶v1同工酶同工酶 指催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白分子結(jié)構(gòu)指催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白分子結(jié)構(gòu)組成不同的一組酶。可存在于不同種屬生物不同組織甚組成不同的一組酶?？纱嬖谟诓煌N屬生物不同組織甚至存在同一細(xì)胞內(nèi)，均由兩個(gè)或更多亞基構(gòu)成。至存在同一細(xì)胞內(nèi)，均由兩個(gè)或更多亞基構(gòu)成。v同工酶的意義同工酶的意義：v是生物保證酶基本催化作用的一種方式，阻礙調(diào)節(jié)過程，是生物保證酶基本催化作用的一種方式，阻礙調(diào)節(jié)過程，以此保證酶活性不變，維持重要器官功能。當(dāng)酶分子受以此保證酶活性不變，維持重要器官功能。當(dāng)酶分子受到抑制或破壞時(shí)，其同工酶由于分子結(jié)構(gòu)不同影響較小，到抑制或破壞時(shí)，其

62、同工酶由于分子結(jié)構(gòu)不同影響較小，可繼續(xù)承擔(dān)催化反應(yīng)，不致使代謝阻斷造成嚴(yán)重后果?？衫^續(xù)承擔(dān)催化反應(yīng)，不致使代謝阻斷造成嚴(yán)重后果。 v2誘導(dǎo)酶誘導(dǎo)酶v誘導(dǎo)酶是指當(dāng)細(xì)胞中出現(xiàn)特定誘導(dǎo)物后產(chǎn)生的酶。誘導(dǎo)誘導(dǎo)酶是指當(dāng)細(xì)胞中出現(xiàn)特定誘導(dǎo)物后產(chǎn)生的酶。誘導(dǎo)酶平時(shí)不存在或量極少。誘導(dǎo)物一般是該酶的底物或類酶平時(shí)不存在或量極少。誘導(dǎo)物一般是該酶的底物或類似物。似物。 v絕大多數(shù)酶都經(jīng)常性的存在于細(xì)胞中，稱為結(jié)構(gòu)酶。其絕大多數(shù)酶都經(jīng)常性的存在于細(xì)胞中，稱為結(jié)構(gòu)酶。其含量穩(wěn)定受外界影響很小。含量穩(wěn)定受外界影響很小。v誘導(dǎo)酶是從合成的角度來調(diào)節(jié)，是生物細(xì)胞對(duì)酶活性調(diào)誘導(dǎo)酶是從合成的角度來調(diào)節(jié)，是生物細(xì)胞對(duì)酶活性調(diào)控的一種極端方式，沒有底物酶也不存在，這對(duì)生物是控的一種極端方式，沒有底物酶也不存在，這對(duì)生物是一種節(jié)約，即避免浪費(fèi)，又保證了有底物時(shí)可以合成。一種節(jié)約，即避免浪費(fèi)，又保證了有底物時(shí)可以合成。