1、 第第7章章 酶酶(Enzyme)1 1 酶的基本概念、酶的化学组成酶的基本概念、酶的化学组成2 2 酶的结构与功能酶的结构与功能3 3 酶催化的机理酶催化的机理4 4 酶促反应动力学酶促反应动力学5 5 酶活性调节酶活性调节6 6 酶的分类及应用酶的分类及应用本章的主要内容本章的主要内容重点：酶的概念及其特点；酶结构与重点：酶的概念及其特点；酶结构与 功能的关系；酶促反应动学；功能的关系；酶促反应动学；酶的活性调节。酶的活性调节。难点：酶促反应动力学；酶作用机理；难点：酶促反应动力学；酶作用机理；维生素与辅酶的关系。维生素与辅酶的关系。一、酶的概念及其化学本质一、酶的概念及其化学本质 酶是由
2、生物细胞产生的具有酶是由生物细胞产生的具有高度专高度专一性一性和和极高催化效率极高催化效率的的生物催化剂生物催化剂（Biocatalyst）。）。酶催化的反应称为酶催化的反应称为酶促反应酶促反应(Enzymatic reaction)。酶催化下发生化学变化的物质称为酶催化下发生化学变化的物质称为底物底物(Substrate)。第一节第一节 酶的基本概念酶的基本概念 酶的化学本质酶的化学本质 大多数酶是蛋白质大多数酶是蛋白质 1926年美国年美国Sumner 脲酶的结晶，脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质。并指出酶是蛋白质。1930年年Northrop等得到了等得到了胃蛋白酶胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳
3、蛋白酶胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。一步证明了酶是蛋白质。20世纪世纪80年代发现某些年代发现某些RNA有催化有催化活性活性，还有一些，还有一些抗体抗体也有催化活性，甚也有催化活性，甚至有些至有些DNA也有催化活性也有催化活性，使酶是蛋白，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。质的传统概念受到很大冲击。二二 酶是生物催化剂酶是生物催化剂 1酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点（1）用量少而催化效率高。）用量少而催化效率高。（2）能加快化学反应的速度，但不改变）能加快化学反应的速度，但不改变 平衡点，反应前后本身不发生变化。平衡点，反应前后本身不发生变
4、化。（3）降低反应所需的活化能）降低反应所需的活化能 2酶作为生物催化剂的特性酶作为生物催化剂的特性（1）极高的催化效率）极高的催化效率 酶的催化效率比化学催化剂高酶的催化效率比化学催化剂高10107 710101313倍，比非催化反应高倍，比非催化反应高10108 810102020倍。倍。2H2O22H2O+O2 酶催化：酶催化：1mol H2O2酶，酶，5106mol/min 化学催化剂：化学催化剂：1mol Fe2+，6104mol/min 酶的特异性：酶只能作用于酶的特异性：酶只能作用于一类一类化合物或一定的化学键化合物或一定的化学键，催化，催化一定类一定类型型的化学反应。的化学反应
5、。是指酶在催化生化反应时对底物是指酶在催化生化反应时对底物的选择性。的选择性。（2）高度的专一性（）高度的专一性（specificity）绝对专一性（绝对专一性（absolute specificity）CONH2NH2H2O脲脲 酶酶CO2 +2NH3CONH2NHCH3H2O脲脲 酶酶X 对底物的结构和反应类型要求非对底物的结构和反应类型要求非常严格，只能催化一种底物发生一定常严格，只能催化一种底物发生一定类型的反应。类型的反应。一种酶可以作用于一类化合物或化学键。一种酶可以作用于一类化合物或化学键。R1COOR2+H2O酯酯酶酶R1COOH +R2OH 相对专一性（相对专一性（relat
6、ive specificity）立体专一性（立体专一性（stereochemical specificity）一种酶只能作用于一种立体异构一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性，如为立体异构特异性，如L-L-乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶。（3 3）酶的不稳定性。）酶的不稳定性。（4 4）酶在体内受到严格调控。）酶在体内受到严格调控。（5 5）酶的催化活力与辅酶、辅基）酶的催化活力与辅酶、辅基 和金属离子有关和金属离子有关 。三三 酶活力（酶活力（enzyme activity）及其测定）及其测定 酶活力：酶催化化学反应的能力酶活力：
7、酶催化化学反应的能力 。酶活力的大小用酶活力单位来表酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶单位（示，简称酶单位（unit,Uunit,U）1 1 酶活力和比活力的概念酶活力和比活力的概念 酶单位：在指定的反应条件下（酶单位：在指定的反应条件下（25，最适最适PH，饱和底物浓度），饱和底物浓度），1min内，将内，将1微摩尔的底物转化成产物所需要的酶量。微摩尔的底物转化成产物所需要的酶量。1961年国际酶单位（年国际酶单位（1U1mol/min）1972年年Katal（Kat1mol/s）单位）单位 在最适条件下，每秒中内，能将在最适条件下，每秒中内，能将1mol底物转化成产物所需的酶量底物转化
8、成产物所需的酶量。1Kat=6107U 1U=16.67nKat 酶的比活力（酶的比活力（specific activity）指每指每mg蛋白质所具有的酶活力，一蛋白质所具有的酶活力，一般用般用U/mg蛋白质来表示，比活力说明酶蛋白质来表示，比活力说明酶的纯度。也可以用的纯度。也可以用U/g、U/ml表示。表示。2 2 酶活力的测定酶活力的测定（1）应测反应初速度应测反应初速度（initial velocity or initial speed）,反应反应510分钟。分钟。（2）酶的反应酶的反应速度一般用单位时速度一般用单位时 间内产物的增加量来表示。间内产物的增加量来表示。（3）测酶活力测酶
9、活力时应使反应温度、时应使反应温度、pH、离子、离子 强度和底物浓度等强度和底物浓度等 因素保持恒定。因素保持恒定。（4）测定测定酶反应速度时，应使酶反应速度时，应使SE。产产 物物 浓浓 度度 P(t)第二节第二节 酶的化学结构酶的化学结构一、酶的化学组成一、酶的化学组成二、酶的辅助因子二、酶的辅助因子三、维生素与辅酶三、维生素与辅酶一、酶的化学组成一、酶的化学组成1、单纯酶（、单纯酶（simple enzyme）:单纯由氨基酸组成。如脲酶、胃蛋白单纯由氨基酸组成。如脲酶、胃蛋白酶、淀粉酶、细胞色素酶、淀粉酶、细胞色素C氧化酶等。氧化酶等。2、结合酶（、结合酶（conjugated enzy
10、me）:结合酶（全酶）结合酶（全酶）=蛋白质部分（酶蛋白）蛋白质部分（酶蛋白）+非蛋白质部分（辅助因子）非蛋白质部分（辅助因子）（1）金属离子金属离子：如：如 Cu2+、Zn2+、Mn2+、Mg2+、Fe 2+等；等；（2）金属有机化合物（金属离子）金属有机化合物（金属离子+小分子小分子 化合物）：如铁化合物）：如铁噗噗啉；啉；（3）小分子化合物小分子化合物：NAD+、NADP+、FAD+、FMN等。等。二、酶的辅助因子二、酶的辅助因子金属离子作用金属离子作用 （1 1）作为酶活性中心的组成成分，参加）作为酶活性中心的组成成分，参加 催化底物反应；催化底物反应；（2 2）稳定酶活性所必需的分子
11、构象的作）稳定酶活性所必需的分子构象的作 用；用；（3 3）在酶与底物分子之间起桥梁作用。）在酶与底物分子之间起桥梁作用。辅酶（辅酶（coenzyme）:与酶蛋白部分与酶蛋白部分结合较松，用透析法易于分离。结合较松，用透析法易于分离。辅基（辅基（prosthetic group）:与酶或与酶或蛋白质结合非常紧密，用透析法不易除蛋白质结合非常紧密，用透析法不易除去。去。辅酶和辅基辅酶和辅基三、维生素与辅酶三、维生素与辅酶 维生素（维生素（Vitamin):机体维持正常机体维持正常生命活动所必需，人和动物不能合成生命活动所必需，人和动物不能合成或合成量极少，必需由食物供给的一或合成量极少，必需由食
12、物供给的一类小分子有机物质。类小分子有机物质。水溶性水溶性:是通过转变成辅酶对代谢起调是通过转变成辅酶对代谢起调 节作用。节作用。B 族维生素族维生素 C 族维生素族维生素 脂溶性脂溶性:在体内可直接参与代谢的在体内可直接参与代谢的 调节作用。调节作用。A 视黄醇视黄醇 D 钙化醇钙化醇 E 生育酚生育酚 K 凝血维生素凝血维生素(1)硫胺素硫胺素(维生素维生素 B1)辅酶形式：焦磷酸硫胺素辅酶形式：焦磷酸硫胺素(TPP)。缺乏时缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。1、水溶性维生素与辅酶、水溶性维生素与辅
13、酶焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TPPTPP）是）是脱羧酶的辅酶脱羧酶的辅酶。NNNH2H3CCH2N+SCH3CH2CH2OPOOPOHOHOOHCl-功能：是催化功能：是催化丙酮酸的脱羧丙酮酸的脱羧反应反应(2)核黄素（维生素核黄素（维生素B2)缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。膜炎、皮炎等。辅酶形式：辅酶形式：FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸）黄素腺嘌呤二核苷酸）FMN(黄素单核苷酸黄素单核苷酸)。CH3CH3NCCNHNNOOCH2CHCHCHCH2OPOOHOHOHOOHOCH2OHOHN
14、NNH2NNFMN FAD功能：在脱氢酶催化的氧化功能：在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。起着电子和质子的传递体作用。AMP(3)(3)烟酸和烟酰胺（维生素烟酸和烟酰胺（维生素PPPP）辅酶形式：辅酶辅酶形式：辅酶I（NAD）辅酶辅酶II（NAD）能维持神经组织的健康。缺乏时表现能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。出神经营养障碍，出现皮炎。NAD NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。NADPNADP+：烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸。：烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸。OCH2OPOPOCH2OHOHO OO-O-N+CONH2
15、OOHOH(OPO3H2)NNNH2NN功能：是多种重要脱氢酶的辅酶。功能：是多种重要脱氢酶的辅酶。(4)吡哆素吡哆素(维生素维生素B6)吡多素吡多素(包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。NH3CHOCH2NH2CH2OHNH3CHOCHOCH2OH 磷酸吡多素是磷酸吡多素是转氨酶的辅酶转氨酶的辅酶，参与转，参与转氨基的作用。氨基的作用。(5)(5)泛酸泛酸辅酶形式：辅酶形式：辅酶辅酶A(CoA)CH2CCH3CH3CHOHCONHCH2CH2CNHCH2CH2SHOOOOHPOOHHONNNH2NNOPOOOHPOOOHCH2功能：辅酶功能：辅酶A能与乙酰基结合，生成乙酰
16、辅酶能与乙酰基结合，生成乙酰辅酶A，乙酰辅酶乙酰辅酶A是乙酰基的载体，可转运乙酰是乙酰基的载体，可转运乙酰 基。脂酰基载体，转运脂酰基。基。脂酰基载体，转运脂酰基。活性位点：活性位点：-SH(6)生物素生物素(维生素维生素B7，维生素维生素H)生物素是生物素是羧化酶的辅酶羧化酶的辅酶。在生物合成中起传递和固定在生物合成中起传递和固定CO2的作用。的作用。(7)叶酸叶酸(维生素维生素B11)最重要的形式是最重要的形式是四氢叶酸，四氢叶酸，四氢叶四氢叶酸是一碳单位的载体。酸是一碳单位的载体。一碳单位：某些氨基酸在分解代谢一碳单位：某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团。过程中可以产
17、生含有一个碳原子的基团。体内的一碳单位有：如体内的一碳单位有：如-CH3、CH2-、-CH-、-CH2OH、-C=O、-NHCH2等。等。CO不属于此种一碳单位。不属于此种一碳单位。(8)钴胺素钴胺素(维生素维生素B12)维生素维生素B12分子中与分子中与Co+相连的相连的CN基基被被5-脱氧腺苷所取代，形成维生素脱氧腺苷所取代，形成维生素B12辅辅酶。酶。功能：作为变位酶和甲基转移酶的功能：作为变位酶和甲基转移酶的辅酶。辅酶。（9 9）硫辛酸）硫辛酸 硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（
18、还原型）。氢硫辛酸（还原型）。是丙酮酸和酮戊二酸脱氢酶的辅酶，是丙酮酸和酮戊二酸脱氢酶的辅酶，在氧化脱羧过程中传递酰基和氢。在氧化脱羧过程中传递酰基和氢。(10)(10)辅酶辅酶Q(CoQ)Q(CoQ)辅酶辅酶Q Q又称为泛醌，广泛存在与动物又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的线粒体中，其结构为：和细菌的线粒体中，其结构为：OOCH3OCH3OCH3(CH2CH CCH2)nHCH3n=6-10 为线粒体呼吸链氧化为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。在酶与底物分子之间传递电子。抗坏血酸（维生素抗坏血酸（维生素C）CCCCCCH2OHOHOHOHHOHOOC
19、COOOHHOHCH2OHCCC 在体内参与氧化还原反应，羟化反在体内参与氧化还原反应，羟化反应。防止贫血、防止和治疗感染。应。防止贫血、防止和治疗感染。水溶性维生素及其辅酶作用水溶性维生素及其辅酶作用 维生素维生素 学名学名 辅酶形式辅酶形式 酶反应中的主要作用酶反应中的主要作用 B1 B2 PP B6 泛酸泛酸生物素生物素叶酸叶酸 B12C硫胺素硫胺素 核黄素核黄素 烟酰胺烟酰胺烟酸烟酸吡哆醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺吡哆醇吡哆醇泛酸泛酸生物素生物素叶酸叶酸钴胺素钴胺素抗坏血酸抗坏血酸硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPP）黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD+）黄素腺嘌呤单核苷酸（黄素腺嘌
20、呤单核苷酸（FMN）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 辅酶辅酶A生物素生物素四氢叶酸四氢叶酸 甲基钴胺素，脱氧腺苷钴胺素甲基钴胺素，脱氧腺苷钴胺素参与醛基转移和参与醛基转移和酮酸的脱羧酮酸的脱羧作用。作用。多种氧化还原酶的辅基，参与多种氧化还原酶的辅基，参与递氢作用。递氢作用。多种氧化酶的辅酶，一些还多种氧化酶的辅酶，一些还原酶的辅酶，参与递氢作用原酶的辅酶，参与递氢作用参与氨基酸的转氨基、脱羧作参与氨基酸的转氨基、脱羧作用。用。多种酰基转移反应的辅酶多种酰基转移反应的辅酶 传递传递CO2 的作用。
21、的作用。一碳基团转移的活性载体一碳基团转移的活性载体参与氢原子重排作用、甲基化参与氢原子重排作用、甲基化作用。作用。羟化反应的辅助因子。羟化反应的辅助因子。维生素维生素 学名学名 辅酶形式辅酶形式 主要作用主要作用B1 B2 PP（B5）B6 硫胺素硫胺素 核黄素核黄素烟酸烟酸烟酰胺烟酰胺吡哆醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺吡哆醇吡哆醇硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸（TPP）黄素腺嘌呤单核苷酸黄素腺嘌呤单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD+）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酸（NADP+）磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺
22、磷酸吡哆胺 参与醛基转移和参与醛基转移和酮酮酸的脱羧作用酸的脱羧作用氧化还原酶的辅基，氧化还原酶的辅基，参与参与递氢作用递氢作用 氧化还原酶的辅酶氧化还原酶的辅酶参与参与递氢作用递氢作用参与氨基酸的参与氨基酸的转氨基转氨基和脱羧作用和脱羧作用 维生素维生素 学名学名 辅酶形式辅酶形式 酶反应中的主要作用酶反应中的主要作用 B1 B2 PP B6 泛酸泛酸生物素生物素叶酸叶酸 B12C硫胺素硫胺素 核黄素核黄素 烟酰胺烟酰胺烟酸烟酸吡哆醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺吡哆醇吡哆醇泛酸泛酸生物素生物素叶酸叶酸钴胺素钴胺素抗坏血酸抗坏血酸硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPP）黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸
23、（FAD+）黄素腺嘌呤单核苷酸（黄素腺嘌呤单核苷酸（FMN）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 辅酶辅酶A生物素生物素四氢叶酸四氢叶酸 甲基钴胺素，脱氧腺苷钴胺素甲基钴胺素，脱氧腺苷钴胺素参与醛基转移和参与醛基转移和酮酸的脱羧酮酸的脱羧作用。作用。多种氧化还原酶的辅基，参与多种氧化还原酶的辅基，参与递氢作用。递氢作用。多种氧化酶的辅酶，一些还原多种氧化酶的辅酶，一些还原酶的辅酶，参与递氢作用酶的辅酶，参与递氢作用参与氨基酸的转氨基、脱羧作参与氨基酸的转氨基、脱羧作用。用。多种酰基转移反应的辅酶多种酰基
24、转移反应的辅酶 传递传递CO2 的作用。的作用。一碳基团转移的活性载体一碳基团转移的活性载体参与氢原子重排作用、甲基化参与氢原子重排作用、甲基化作用。作用。羟化反应的辅助因子。羟化反应的辅助因子。维生素维生素 学名学名 辅酶形式辅酶形式 主要作用主要作用 泛酸泛酸（B3）生物素生物素（B7）叶酸叶酸（B11）B12 C钴胺钴胺素素抗坏抗坏血酸血酸 辅酶辅酶A A生物素生物素四氢叶酸四氢叶酸甲基钴胺素，脱氧甲基钴胺素，脱氧腺苷钴胺素腺苷钴胺素多种多种酰基转移反酰基转移反应应的辅酶的辅酶传递传递COCO2 2 的羧化作的羧化作用用一碳基团转移的一碳基团转移的活性载体活性载体氢原子重排作用氢原子重排
25、作用、甲基化作用甲基化作用羟化反应羟化反应的辅助的辅助因子因子2 2、脂溶性维生素、脂溶性维生素维生素维生素A A：抗夜盲、维持上皮的正常发育、：抗夜盲、维持上皮的正常发育、促进幼儿生长发育促进幼儿生长发育维生素维生素D D：抗佝偻病的作用：抗佝偻病的作用维生素维生素E E：抗氧化和抗不育的作用：抗氧化和抗不育的作用维生素维生素K K：凝血作用：凝血作用一一 酶的活性中心和必需基团酶的活性中心和必需基团二二 酶原与酶原激活酶原与酶原激活三三 同工酶同工酶第三节第三节 酶的结构与功能酶的结构与功能1.1.酶的活性中心酶的活性中心 酶分子中能直接与酶分子中能直接与底物分子结合底物分子结合，并并催化
26、底物发生化学反应催化底物发生化学反应的部位，称为的部位，称为酶的活性中心（酶的活性中心（active center）或）或 活性活性部位（部位（active site）。）。一一 酶的活性中心和必需基团酶的活性中心和必需基团 酶的酶的活性部位活性部位 结合基团结合基团 必需基团必需基团 催化基团催化基团 必需基团：参与对底物分子的结必需基团：参与对底物分子的结合和催化的基团，以及参与维持酶分合和催化的基团，以及参与维持酶分子构象的基团。子构象的基团。2 必需基团（必需基团（essential group）：）：二二 酶原和酶原和酶原的激活酶原的激活 有些酶，在最初合成和分泌时，没有些酶，在最初
27、合成和分泌时，没有催化活性。这种酶的前体，被称为酶有催化活性。这种酶的前体，被称为酶原原(zymogen)(zymogen)。使无活性的酶原转变成活性酶的过使无活性的酶原转变成活性酶的过程，称为酶原激活。其实质是酶活性中程，称为酶原激活。其实质是酶活性中心的组建。心的组建。三三 同工酶（同工酶（isoenzyme）同工酶同工酶:指能催化相同化学反应，但指能催化相同化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构、理化性质及其酶蛋白本身的分子结构、理化性质及生物学功能不同的一组酶。生物学功能不同的一组酶。其特点：其特点：（1 1）它们存在于生物的同一种属）它们存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一
28、组织、或同一个体的不同组织、甚至同一组织、同一细胞中。同一细胞中。（2 2）同工酶大多数是由两个或两）同工酶大多数是由两个或两个以上的亚基组成的寡聚体。个以上的亚基组成的寡聚体。LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 (H4)(H3M)(H2M2)(HM3)(M4)M HCH3CCOOHOCH3CCOOH HOH+NAD+NADH+H +乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（LDH）同工酶研究的意义同工酶研究的意义（1 1）进行遗传分析、杂种优势的筛选。）进行遗传分析、杂种优势的筛选。（2 2）进行疾病诊断）进行疾病诊断（3 3）不同组织的代谢特点）不同组织的代谢特点 第四节第四节 酶催化作用机理酶
29、催化作用机理1 1、中间产物学说、中间产物学说2 2、酶专一性作用的机制、酶专一性作用的机制3 3、酶催化反应机制、酶催化反应机制1 1、酶催化反应的中间产物学说、酶催化反应的中间产物学说1931年年Michaelis和和Menten提出提出过渡态学说：过渡态学说：E+S ES ES*EP E+P ES为酶底物复合物；为酶底物复合物；ES*为过渡态为过渡态中间物；中间物；EP为酶产物中间物。为酶产物中间物。酶的催化作用与酶的催化作用与分子活化能分子活化能 活化能：分子由常态转变为活化活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应物
30、全部进入活化状态所需的反应物全部进入活化状态所需的自由能自由能。2 酶作用专一性的机理酶作用专一性的机理（1 1）锁锁-钥学说钥学说（2 2）诱导契合学说诱导契合学说酶的活性部位与底物结构严格互补。酶的活性部位与底物结构严格互补。（1）锁钥学说）锁钥学说(lock-and-key hypothesis)当底物与酶接近时，底物分子可以诱当底物与酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心的构象发生改变，使之成为导酶活性中心的构象发生改变，使之成为能与底物分子密切结合的构象。能与底物分子密切结合的构象。(2)诱导契合学说诱导契合学说(induced-fit hypothesis)3 3 酶催化反应的机理酶
31、催化反应的机理（1）邻近与定向效应邻近与定向效应（2）张力效应（底物形变）张力效应（底物形变）（3）酸碱催化酸碱催化（4）共价催化共价催化（5）活性中心的低介电性活性中心的低介电性 酶和底物分子之间酶和底物分子之间存在较高的亲和存在较高的亲和力，底物向酶的活性中心靠近，最终结力，底物向酶的活性中心靠近，最终结合到酶的活性中心，使合到酶的活性中心，使底物在酶活性中底物在酶活性中心的有效浓度心的有效浓度大大增加的效应。大大增加的效应。邻近效应（邻近效应（Proximity effective）底物的底物的催化基团与反应基团催化基团与反应基团之间，之间，或或底物的反应基团之间底物的反应基团之间形成正
32、确的形成正确的定向定向排序，排序，有利于形成中间产物，降低反应有利于形成中间产物，降低反应的活化能，增加反应速度。的活化能，增加反应速度。定向效应定向效应(orientation effective)：增加了酶与底物的接触机会和有效碰撞。增加了酶与底物的接触机会和有效碰撞。2张力作用（张力作用（electronic tension）诱导底物变形，扭曲，促进了化学诱导底物变形，扭曲，促进了化学键的断裂。键的断裂。酶的活性中心存在酸性或碱性氨基酶的活性中心存在酸性或碱性氨基酸残基，在中性酸残基，在中性PHPH下，下，作为酸或碱作为酸或碱向底向底物提供质子或从底物抽取质子物提供质子或从底物抽取质子，
33、相互作，相互作用形成过用形成过渡态复合物渡态复合物，使，使活化能降低。活化能降低。(3)酸碱催化（酸碱催化（acid-base ratalysis）(4)共价催化共价催化(covalent catalysis)酶对底物进行酶对底物进行亲核或亲电子亲核或亲电子反应。反应。酶与底物形成不稳定的酶与底物形成不稳定的ESES复合物复合物，释放，释放电子，形成电子，形成共价过渡产物共价过渡产物，使反应活化，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程能降低，从而提高反应速度的过程 。（5 5）活性中心的低介电性）活性中心的低介电性 某些反应在某些反应在非极性介质非极性介质中的反应中的反应速度比速度比极性介质
34、中极性介质中的速度快。酶分子的速度快。酶分子的活性中心位于的活性中心位于非极性的空穴中非极性的空穴中。第五节第五节 酶促反应的动力学酶促反应的动力学1 1、底物浓度底物浓度对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响2 2、温度温度对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响3 3、pHpH值值对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响4 4、酶浓度酶浓度对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响5 5、激活剂激活剂对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响6 6、抑制剂抑制剂对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响1 1、底物浓度对酶促反应速度的影响、底物浓度对酶促反应速度的影响 （1 1）底物与速度的关系）底物与速度的关系
35、 （2 2）米氏方程）米氏方程 （3 3）米氏常数的求法）米氏常数的求法 （4 4）米氏常数的意义）米氏常数的意义（1 1）底物与速度的关系）底物与速度的关系 底物浓度对酶促反应速度的关系底物浓度对酶促反应速度的关系 Vmax:最大反应速度；最大反应速度；Km：米氏常数：米氏常数 米氏方程提出的前提：米氏方程提出的前提：反应在最适条件下进行。反应在最适条件下进行。pHpH、温度和酶的浓度是固定的。、温度和酶的浓度是固定的。反应在起始阶段。反应在起始阶段。反应体系反应体系处在稳态处在稳态（stable state）。）。（2 2）米氏方程）米氏方程 E +S ES E +P K1 V1K2 V2
36、K3 V3 根据中间产物学说，在稳态时，根据中间产物学说，在稳态时，ESES的生成的生成速度与其分解速度相等。速度与其分解速度相等。V1=V2+V3 k1 E S=k2ES+k3 ES=ES（k2+k3）同时除以同时除以k1ESESES=K2+k3k1米氏方程的推导米氏方程的推导 E SES=Km.Et(t=total)代表酶总浓度代表酶总浓度 Et=E+ES E=Et-ES.将将代入代入 （Et-ES)S ES=KmKm+sES=.Et S整理整理 Et S-ES S=KmES Et S-KmES=ESS Et S=ES(Km+S)k2+k3 k1令令 Km=称为米氏方程：称为米氏方程：v为
37、速度；为速度；Vmax 最大速度；最大速度；S底物浓度；底物浓度；Km 米氏常数。米氏常数。酶反应速度与酶反应速度与ES浓度呈正比浓度呈正比 v=k3ES 当底物浓度极大时，酶以当底物浓度极大时，酶以ES形式存在，即形式存在，即 Et=ES,反应速度最大，反应速度最大，Vk3ES=k3Et.V=VmaxSKm+S 当反应速度当反应速度v=Vmax/2时，时，Km=S。Km值为反应速度达到最大反应速度值为反应速度达到最大反应速度一半时底物的浓度。一半时底物的浓度。单位：单位：molL-1或或mmolL-1 Km值大小，反应值大小，反应E与与S的亲和程度。的亲和程度。米氏常数米氏常数Km=(k2+
38、k3)/k1，起始阶段，起始阶段，kk,mkk1平平解离解离 米氏常数的意义米氏常数的意义m越大：和之间的亲和力越小越大：和之间的亲和力越小 复合物越不稳定。复合物越不稳定。m越小：和的亲和力越大，越小：和的亲和力越大，复合物越稳定，越有利于反应。复合物越稳定，越有利于反应。Km是酶的特征性常数：在一定条件是酶的特征性常数：在一定条件 下，某种酶的下，某种酶的Km值是恒定的，因而可值是恒定的，因而可 以通过测定不同酶的以通过测定不同酶的Km值，来判断是值，来判断是 否为不同的酶。否为不同的酶。测定不同抑制剂对某一种酶测定不同抑制剂对某一种酶Km和和 Vmax的影响，可以判断该抑制剂是的影响，可
39、以判断该抑制剂是 竞争性抑制剂还是非竞争性抑制剂。竞争性抑制剂还是非竞争性抑制剂。判断细胞内的酶的活性是否受底物判断细胞内的酶的活性是否受底物 影响。影响。当当 Sm时，时，v=m，呈零级反应，呈零级反应 正反应和可逆反应正反应和可逆反应KmKm不同时，不同时，KmKm小小 的代表该酶催化的优势方向。的代表该酶催化的优势方向。有助于寻找限速酶。有助于寻找限速酶。米氏常数的求法米氏常数的求法v=Vmax Skm +S双倒数作图法双倒数作图法-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/m m ol.L-1)1/v斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax2.01.51
40、.00.5温度对唾液淀粉酶活性的影响温度对唾液淀粉酶活性的影响产产物物麦麦芽芽糖糖的的毫毫克克数数2 2 温度对酶反应速度的影响温度对酶反应速度的影响酶的最适酶的最适pH:pH:酶催化活性最高时的酶催化活性最高时的pHpH2 8 10 pH酶酶的的活活性性pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响A:胃蛋白酶胃蛋白酶;B:葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶3 pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响AB4 4 酶浓度对酶反应速度的影响酶浓度对酶反应速度的影响Vmax=KVmax=K3 3EEPPEE酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响V=Vmax SKm+S激激活活剂剂无机离子：金属离子
41、无机离子：金属离子(K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+）；）；阴离子阴离子(Cl-Br-)、氢离子、氢离子有机分子：有机分子：某些还原剂：某些还原剂：GSG 乙二胺四乙酸（乙二胺四乙酸（EDTA）某些酶类：酶原激活过程中的酶某些酶类：酶原激活过程中的酶类类激活剂（激活剂（activator）：凡能提高酶活性的物质。）：凡能提高酶活性的物质。5 5 激活剂对酶反应速度的影响激活剂对酶反应速度的影响 （1）酶活性中心的必需基团酶活性中心的必需基团 （2）酶酶-底络合物形成的桥梁底络合物形成的桥梁 （3）作为某些酶的辅助因子作为某些酶的辅助因子 （4）保护保护-SH酶不被氧化酶不被
42、氧化原理：原理：6 6 抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂对酶反应速度的影响（1）抑制作用（）抑制作用（inhibition）与抑制剂）与抑制剂(inhibitor)抑制作用：凡使酶的活性降低或丧失，但抑制作用：凡使酶的活性降低或丧失，但 并并 不引起酶蛋白变性的作用。不引起酶蛋白变性的作用。抑制剂：能够引起抑制作用的化合物。抑制剂：能够引起抑制作用的化合物。（2）抑制作用的类型）抑制作用的类型 不可逆抑制作用（不可逆抑制作用（irreversible inhibition)可逆抑制作用可逆抑制作用(reversible inhibition)抑制剂与酶蛋白中的必需基团以共抑制剂与酶蛋白中的必需基
43、团以共价形式结合，引起酶的永久性失活价形式结合，引起酶的永久性失活,不不能用透析或超滤等物理方法除去抑制剂能用透析或超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性。而恢复酶活性。不可逆抑制作用（不可逆抑制作用（irreversible inhibition）专一性不可逆：专一性不可逆：专一地与酶的活性中性专一地与酶的活性中性 或必需基团结合。或必需基团结合。非专一性不可逆：非专一性不可逆：与酶分子结构中一类与酶分子结构中一类或几类基团共价结合。如：酶蛋白的或几类基团共价结合。如：酶蛋白的-OH、-SH、-NH2等发生酰化。等发生酰化。有机磷化物：二异丙基氟磷酸与乙酰胆碱酶作用有机磷化物：二异丙基氟磷酸与
44、乙酰胆碱酶作用有机磷化合物有机磷化合物羟化酶羟化酶失活的酶失活的酶酸酸 重金属对巯基酶的抑制重金属对巯基酶的抑制 SH SE +Hg2+E Hg +2H+SH S SE Hg+SCOONaCHSHCHSHCOONa SHE +Hg SHCOONaCHS CHSCOONa二巯基丁二酸钠二巯基丁二酸钠非专一性不可逆抑制非专一性不可逆抑制 抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起引起酶活性暂时性丧失酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。并且能部分或全部恢复酶的活性。可逆抑制作用可逆抑制作用(reve
45、rsible inhibition)根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为二类：分为二类：a a 竞争性抑制作用竞争性抑制作用 b b 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 a 竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)某些某些抑制剂抑制剂的化学结构与的化学结构与底物底物相似，相似，与底物竞争同一种酶的活性中心与底物竞争同一种酶的活性中心,从而影从而影响响E与与S的结合，抑制剂与底物相互排斥、的结合，抑制剂与底物相互排斥、相互竞争。相互竞争。草酸草酸草酰乙酸草酰乙酸丙二酸丙二酸戊二酸戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸 竞争性抑制特征之一：竞争
46、性抑制特征之一：竞争性抑制剂竞争性抑制剂与酶与酶结合是可逆的，可通过结合是可逆的，可通过加入大量的底加入大量的底物来解除抑制。物来解除抑制。竞争性抑制的底物浓度曲线竞争性抑制的底物浓度曲线 VmaxKm Km竞争性抑制特征之二：竞争性抑制特征之二：Vmax 不变，不变，Km增大增大1vI Ki正常正常1 S1 Vmax-1Km(1+)-1 Km竞争性抑制竞争性抑制的特征曲线：的特征曲线：E磺胺类药的抑菌作用磺胺类药的抑菌作用 抑制剂抑制剂I和底物和底物S可同时与酶分子可同时与酶分子E的不同部位结合，形成的不同部位结合，形成ESI三元复合物三元复合物。三元复合物不能进一步分解为产物，导三元复合物
47、不能进一步分解为产物，导致酶活力降低。致酶活力降低。I和和S与酶结合不存在竞与酶结合不存在竞争关系。争关系。b 非竞争性抑制（非竞争性抑制（non-competitive inhibitor）IIII非竞争性抑制的底物浓度曲线非竞争性抑制的底物浓度曲线 Km不变不变非专一性不可逆抑制非专一性不可逆抑制非竞争性抑制非竞争性抑制的特征曲线：的特征曲线：1v正正常常 I1 S-1 Km1 Vmax(1+)IKi 有有I存在，可形成存在，可形成ESI，从而使，从而使ES转转变为变为P的速度减慢，的速度减慢，v下降。下降。有有I存在，但不妨碍存在，但不妨碍ES的形成，的形成，Km不变。不变。非竞争性抑制
48、的动力学特点：非竞争性抑制的动力学特点：第六节第六节 酶活性调节酶活性调节A B C DE1 E2 E3催化反应速度最慢的酶：关键酶或限速酶催化反应速度最慢的酶：关键酶或限速酶酶结构调节酶结构调节 酶数量调节酶数量调节（快速调节）（快速调节）（迟缓调节）（迟缓调节）酶结构的调节酶结构的调节1、变构调节：、变构调节：allosteric regulation2、酶促化学修饰调节、酶促化学修饰调节chemical modification1 1 变构调节变构调节 小分子化合物与酶分子活性中心小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化
49、，从而改变酶的活性，这分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。种调节称为酶的变构调节或别构调节。非共价键非共价键代谢物代谢物活性中心活性中心调节部位调节部位EE酶结构发生改变酶结构发生改变酶活性酶活性酶活性酶活性变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂变构效应剂变构效应剂变构酶变构酶allosteric effectorallosteric enzyme别构激活别构激活别构抑制别构抑制蛋白激酶蛋白激酶A A (无活性无活性)蛋白激酶蛋白激酶A A (有活性有活性)cAMPCCCCRRRR蛋白激酶蛋白激酶A A的激活的激活变构酶的生理意义变构酶的生理意义（1）在）在S
50、曲线中段，底物浓度与酶曲线中段，底物浓度与酶 活性密切相关。活性密切相关。（2）变构抑制剂反馈调节代谢的反）变构抑制剂反馈调节代谢的反 应速度。应速度。乙酰乙酰CoA 丙二酰丙二酰CoA 脂酰脂酰CoA羧化酶羧化酶变构抑制变构抑制 （-）浓度高时浓度高时变构抑制剂变构抑制剂E1E某种化学基团某种化学基团可逆可逆E1共价键结合共价键结合常见的修饰：磷酸化常见的修饰：磷酸化:需需蛋白激酶蛋白激酶催化催化 去磷酸化去磷酸化:需需磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶催化催化修饰酶修饰酶酶活性酶活性改变改变2 共价修饰酶共价修饰酶PEEATPADPPH2O蛋白激酶蛋白激酶磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶肌肉中磷酸化酶的磷酸
