1、第四章第四章 酶酶Enzyme内容内容酶的概念、酶的概念、特点、分类特点、分类酶的分子结构酶的分子结构与作用机制与作用机制影响酶促反应影响酶促反应速度的因素速度的因素学习指导学习指导在学习本章时应注意：在学习本章时应注意：1.首先认识酶的本质几乎都是蛋白质。首先认识酶的本质几乎都是蛋白质。共同点：象学习共同点：象学习pro一样去理解酶的理化性质；一样去理解酶的理化性质；不同点：理解酶不同于不同点：理解酶不同于pro独特的特异性、催化作用和催化独特的特异性、催化作用和催化机理。机理。2.结合酶的化学本质和催化机制学习各种影响酶反应速度的结合酶的化学本质和催化机制学习各种影响酶反应速度的因素。因素
2、。酶学的发展酶学的发展约公元前约公元前21世纪酶学的利用，如酿酒、制作饴糖和酱；世纪酶学的利用，如酿酒、制作饴糖和酱；1810年，年，Gaylussac J发现酵母可将糖转化为酒精；发现酵母可将糖转化为酒精；1857年，微生物学家年，微生物学家Pasteur提出酒精发酵是酵母细胞活动的结提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果；果；1878年，初步酶的印象，酶命名年，初步酶的印象，酶命名“Enzyme”，意思是，意思是“在酵母在酵母中中”；1897年，年，Buchner兄弟从酵母细胞的提取液中发现有催化作用兄弟从酵母细胞的提取液中发现有催化作用获获1911年的诺贝尔化学奖；年的诺贝尔化学奖；1894年
3、，年，Fisher提出酶与底物作用的提出酶与底物作用的“锁与钥匙锁与钥匙”学说学说酶酶的专一性；的专一性；1903年，年，Henri提出酶与底物作用的中间复合物学说；提出酶与底物作用的中间复合物学说；1913年，年，Michaelis和和Menten提出米氏方程，对酶反应机制的一提出米氏方程，对酶反应机制的一项重大突破；项重大突破；1925年，年，Briggs和和Handane对米氏方程修正，提出稳态学说；对米氏方程修正，提出稳态学说；酶学的发展酶学的发展1926年，美国化学家年，美国化学家Sumner从刀豆中提取出脲酶并获得结晶；从刀豆中提取出脲酶并获得结晶；19301936年，年，Nort
4、hrop得到胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋得到胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶；白酶结晶；1949年，年，Sumner 和和Northrop共同获得诺贝尔化学奖；共同获得诺贝尔化学奖；80年代初，年代初，Cech和和Altman分别发现具有催化功能的分别发现具有催化功能的RNA核酶核酶（ribozyme）,于于1989获诺贝尔化学奖；获诺贝尔化学奖；1986年，年，Schultz与与Lerner研制成功抗体酶；研制成功抗体酶；Boyer和和Walker阐明阐明ATP合酶合成与分解的分子机制合酶合成与分解的分子机制1997获诺获诺贝尔化学奖；贝尔化学奖；近近20年，飞速发展，许多酶机制被阐明，
5、已鉴定年，飞速发展，许多酶机制被阐明，已鉴定4000多种酶，多种酶，数百种得到结晶。酶的研究成果用于医学、农业、食品、制革、数百种得到结晶。酶的研究成果用于医学、农业、食品、制革、纺织、日化等部门，很大发展前途。纺织、日化等部门，很大发展前途。第一节第一节 概述概述u酶酶是一类由活细胞合成的、主要成分为蛋白质的生物催化剂。是一类由活细胞合成的、主要成分为蛋白质的生物催化剂。常用符号常用符号“E”表示酶。表示酶。u生物催化剂生物催化剂：酶酶(enzyme)核酶核酶(ribozyme)脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)底物底物 产物产物酶酶P PE E 酶的化学本质酶的化学本质除了具有
6、催化活性的除了具有催化活性的RNA（核酶）外几乎都是蛋白质。（核酶）外几乎都是蛋白质。证据：证据：（1）酸水解的）酸水解的 产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；（2）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的因）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）素都能使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）（3）电泳、胶体性质等。）电泳、胶体性质等。（一）高度的催化效率（一）高度的催化效率v酶的催化能力比一般催化剂高酶的催化能力比一般催化剂高10106 610101313倍。倍。一、酶的作用特点一、酶的作用特点 原因：酶可原因：酶可极
7、大地降低极大地降低反应所需的反应所需的活化能活化能反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂一般催化剂催化反应的催化反应的活化能活化能 能能量量 反应过程反应过程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变(二二)高度专一性（特异性）高度专一性（特异性）酶对所作用的底物结构有高度的选择性。酶对所作用的底物结构有高度的选择性。锁锁 钥钥 学学 说说诱诱 导导 契契 合合 学学 说说诱导契合学说：诱导契合学说：底物的诱导才形成互补形状底物的诱导才形成互补形状.酶的特异性分类：酶的特异性分类：v绝对专一性：绝对专一性：
8、一种酶、一种底物、一定的化学一种酶、一种底物、一定的化学反应、生成一种产物反应、生成一种产物 v相对专一性：相对专一性：一种酶、一类化合物或一种化学一种酶、一类化合物或一种化学键键v立体异构专一性立体异构专一性：一种酶、立体异构体中的一种一种酶、立体异构体中的一种乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH)(LDH)L-L-乳酸乳酸 D-D-乳酸乳酸 立体异构特异性立体异构特异性一种酶仅作用于立体异构体中的一种一种酶仅作用于立体异构体中的一种(三三)反应温和性和高度不稳定性反应温和性和高度不稳定性 u反应酸碱性：反应酸碱性：pH 5-8 pH 5-8 u反应温度：反应温度：20-4020-40 C Cu凡是
9、能使蛋白质变性的因素均能影凡是能使蛋白质变性的因素均能影 响酶的活性，甚至失活。响酶的活性，甚至失活。(四四)酶活性可调性酶活性可调性 二、二、专一性的机理专一性的机理p332p332（一）（一）酶专一性类型酶专一性类型1、结构专一性、结构专一性（1）绝对专一性）绝对专一性只能作用于一个底物，或只催化一个反应。只能作用于一个底物，或只催化一个反应。麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只催化尿素水解。麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只催化尿素水解。（2）相对专一性：对底物专一性降低）相对专一性：对底物专一性降低 键专一性键专一性 基团专一性基团专一性不仅对键有要求，还对键一端的基团有要求，但对另一端基团不仅
10、对键有要求，还对键一端的基团有要求，但对另一端基团要求不严格。要求不严格。DGlc苷酶，水解蔗糖和麦芽糖。苷酶，水解蔗糖和麦芽糖。二、二、专一性的机理专一性的机理（一）（一）酶专一性类型酶专一性类型2、立体异构专一性立体异构专一性（1）旋光异构专一性）旋光异构专一性:（2）几何异构专一性）几何异构专一性:反丁烯二酸水化酶反丁烯二酸水化酶只催化只催化反丁烯二酸反丁烯二酸生成苹果酸生成苹果酸 立体异构专一性还表现在酶能区分从有机化学观点看属于对立体异构专一性还表现在酶能区分从有机化学观点看属于对称分子中的两个等同的基团，并只催化其中一个，而对另一称分子中的两个等同的基团，并只催化其中一个，而对另一
11、个无作用。个无作用。a.甘油激酶只催化甘油中的一个甘油激酶只催化甘油中的一个CH2OH磷酸化。磷酸化。b.顺顺-乌头酸酶只作用于柠檬酸的两个乌头酸酶只作用于柠檬酸的两个-CH2COOH中的一个。中的一个。二、二、专一性的机理专一性的机理（二）（二）酶作用专一性的假说酶作用专一性的假说p334p3341、锁钥模型、锁钥模型(lock-key hypothesis)Fisher 1894；酶活性中心的形状与底物分子；酶活性中心的形状与底物分子形状互补形状互补。底物分子或其一部分像钥匙一样，专一地插入酶活性中心，通过多个结底物分子或其一部分像钥匙一样，专一地插入酶活性中心，通过多个结合位点的结合，形
12、成酶合位点的结合，形成酶底物复合物。底物复合物。酶活性中心的催化基团正好对准底物的有关敏感键，进行催化反应酶活性中心的催化基团正好对准底物的有关敏感键，进行催化反应。锁钥模型较好地解释锁钥模型较好地解释了立体异构专一性。了立体异构专一性。但不能解释可逆反应。但不能解释可逆反应。二、二、专一性的机理专一性的机理（二）（二）酶作用专一性的解酶作用专一性的解释释2、诱导楔合模型、诱导楔合模型(induced-fit hypothesis)Koochland 1958，酶分子与底，酶分子与底物分子接近时，酶蛋白质受底物物分子接近时，酶蛋白质受底物分子诱导，构象发生有利于与底分子诱导，构象发生有利于与底
13、物结合的变化，酶与底物在此基物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应础上互补楔合，进行反应。总之：酶与底物作用的专一性总之：酶与底物作用的专一性是酶与底物分子的结构互补，诱是酶与底物分子的结构互补，诱导契合，通过分子的相互识别而导契合，通过分子的相互识别而产生的。产生的。二、二、酶的分类及命名酶的分类及命名（一）酶的分类（一）酶的分类酶的国际系统分类酶的国际系统分类 1、2、3、4、5、6分别表示分别表示：氧、转、水、裂、异、合氧、转、水、裂、异、合二、二、酶的分类及命名酶的分类及命名氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehyd
14、rogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸脱氢酶；如，乳酸脱氢酶；乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶氧化还原酶（EC1.1.1.27）催化乳酸的脱氢反应。催化乳酸的脱氢反应。(1)(1)氧化氧化-还原酶还原酶 OxidoOxidoreductasereductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH二、二、酶的分类及命名酶的分类及命名转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如，谷丙转氨酶谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。催化的氨基转移
15、反应。(2)(2)转移酶转移酶 TransferaseTransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO二、二、酶的分类及命名酶的分类及命名水解酶催化底物的水解反应。水解酶催化底物的水解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的酯的水解反应：催化的酯的水解反应：(3)(3)水解酶水解酶 hydrolasehydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH二、二、酶的分类及命名酶的分类及命
16、名裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。的反应及其逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，二磷酸酮糖裂合酶例如，二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），），习惯名：醛缩酶；习惯名：醛缩酶；p331(4)(4)裂合酶裂合酶 LyaseLyase二、二、酶的分类及命名酶的分类及命名异构酶催化各种异构酶催化各种同分异构体同分异构体的相互转化，即分子内部基的相互转化，即分子内部基团的重排。团的重排。包括：消旋酶、差向异构酶、顺反异构酶等包括：消旋酶、差向异构酶、顺反异构酶等例如，例如，
17、6-6-磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。催化的反应。(5)(5)异构酶异构酶 IsomeraseIsomerase二、二、酶的分类及命名酶的分类及命名合成酶，又称为连接酶，合成酶，又称为连接酶，催化与催化与ATP分解相偶联、并由分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。两种物质合成一种物质的反应。A+B+ATP+H-O-H=A B+ADP+Pi (6)(6)合成酶合成酶 Ligase or SynthetaseLigase or Synthetase （二）酶命名二）酶命名1 1、习惯命名方法、习惯命名方法 u依作用底物来命名。依作用底物来命名。如淀粉酶、蛋白酶。如淀粉酶、蛋白酶
18、。u依所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、转移酶等。依所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、转移酶等。u两个原则结合起来命名，如丙酮酸脱羧酶等。两个原则结合起来命名，如丙酮酸脱羧酶等。u依酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。依酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。2 2、国际系统命名法、国际系统命名法v系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。一个酶字。例如：例如：习惯名称习惯名称:谷丙转氨酶谷丙转氨酶 系统名称系统名称:丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应酶催化的反应:谷氨酸谷氨酸 +
19、丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸二、二、酶的分类及命名酶的分类及命名2、国际系统命名、国际系统命名 国际系统分类法及编号（国际系统分类法及编号（EC编号）编号）（1）按反应性质分）按反应性质分六大类六大类，用，用1、2、3、4、5、6表示；表示；（2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个个亚类亚类，编号用，编号用1、2、3等；等；（3）每个亚类又可分为若干个）每个亚类又可分为若干个亚一亚类亚一亚类，用编号，用编号1、2、3表示。表示。每一个酶的编号由每一个酶的编号由4个数字组成，中间以个数字组成，中间以“”
20、隔开。隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚示亚-亚类，第四个数字表示在亚亚类，第四个数字表示在亚-亚类中的编号。亚类中的编号。如：如：EC1.1.1.27一、酶的分子组成一、酶的分子组成：仅由蛋白质构成：仅由蛋白质构成1.1.单纯酶单纯酶：蛋白质非蛋白质：蛋白质非蛋白质 2.2.结合酶结合酶 酶蛋白酶蛋白辅助因子辅助因子+(非非P,P,无催化活性无催化活性)(P,(P,无催化活性无催化活性)全酶全酶(有催化活性有催化活性)决定催化专一性决定催化专一性决定反应的性质决定反应的性质v第二节第二节 酶的分子结构与作用机制酶的分子结
21、构与作用机制 常见：常见：维生素及其衍生物维生素及其衍生物 常见：常见：K K+、NaNa+、MgMg2+2+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+、FeFe2+2+金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物辅基辅基:结合比较紧密结合比较紧密辅酶辅酶:结合比较疏松，结合比较疏松，可用透析和超滤可用透析和超滤 法除去。法除去。辅助因子辅助因子分类分类组成组成v辅助因子主要是由水溶性维生素和金属离子组成。维生素维生素 辅酶辅酶 功能功能1.B1(硫胺素硫胺素)TPP -酮酸氧化脱羧酮酸氧化脱羧2.B2(核黄素核黄素)FMN、FAD 氢载体氢载体3.PP 尼克酸（酰胺）尼克酸（酰胺）NAD+、N
22、ADP+氢载体氢载体4.泛酸（遍多酸）泛酸（遍多酸）CoASH 酰基载体酰基载体5.B6 吡哆醇（醛、酸）吡哆醇（醛、酸）磷酸吡哆醇（醛）磷酸吡哆醇（醛）转氨、脱羧、消旋转氨、脱羧、消旋6.叶酸叶酸 FH4(THFA)一碳基团载体一碳基团载体7.生物素生物素 羧化辅酶羧化辅酶8.C（抗坏血酸）（抗坏血酸）氧化还原作用氧化还原作用9.硫辛酸硫辛酸 酰基载体、氢载体酰基载体、氢载体10.B12（氰钴氨素）（氰钴氨素）变位酶辅酶变位酶辅酶 一碳基团载体一碳基团载体活性中活性中心外必心外必需基团需基团 酶的活性中心酶的活性中心 多肽链多肽链底物分子底物分子 活性中活性中心内必心内必需基团需基团 二、酶
23、的活性中心二、酶的活性中心催化基团催化基团 结合基团结合基团 二、酶的活性中心二、酶的活性中心活性中心外必需基团活性中心外必需基团 必需基团必需基团活性中心必需基团活性中心必需基团 结合基团结合基团 催化基团催化基团 结合底物结合底物催化底物催化底物概念：酶与底物直接结合并将底物转化为概念：酶与底物直接结合并将底物转化为 产物的区域。产物的区域。不参与活性中心构成不参与活性中心构成,稳定酶分子的空间结构稳定酶分子的空间结构二、二、酶的活性中心酶的活性中心2、酶活性中心的结构特点：酶活性中心的结构特点：1）活性部位在酶分子的总体中占很小一部分，通常只占整个）活性部位在酶分子的总体中占很小一部分，
24、通常只占整个酶分子体积的酶分子体积的12。2）酶的活性部位是一个三维实体。）酶的活性部位是一个三维实体。3）酶和底物在结合过程中构象（之一或同时）发生变化，促）酶和底物在结合过程中构象（之一或同时）发生变化，促进结合。进结合。4）酶的活性部位位于酶分子的裂缝内（疏水区域）。）酶的活性部位位于酶分子的裂缝内（疏水区域）。5）底物通过次级键与酶结合。）底物通过次级键与酶结合。6）酶活性部位具有柔性或可运动性。）酶活性部位具有柔性或可运动性。三、三、酶原及酶原的激活酶原及酶原的激活 u酶原：酶无活性的酶前体。酶原：酶无活性的酶前体。u酶原的激活：从无活性的酶原转变为酶原的激活：从无活性的酶原转变为
25、有活性的酶的过程。有活性的酶的过程。u激活剂激活剂 ：能使无活性的酶原激活的物质。：能使无活性的酶原激活的物质。酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下酶原激活的本质酶原激活的本质三、三、酶原的激活酶原的激活 1、消化系统蛋白酶原的激活、消化系统蛋白酶原的激活（1）胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原的激活的激活 （由胰蛋白酶激活）（由胰蛋白酶激活）胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶原原的的激激活活过过程程三、三、酶原
26、的激活酶原的激活1、消化系统蛋白酶原的激活、消化系统蛋白酶原的激活（2）胃蛋白酶原胃蛋白酶原的自动激活的自动激活 pH5时，酶原自动激活，活性中心暴露，切除时，酶原自动激活，活性中心暴露，切除N端的端的44个残基的碱性肽段。个残基的碱性肽段。（3）胰蛋白酶原胰蛋白酶原的激活的激活 Ca2、肠激酶激活、肠激酶激活 赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝三、三、酶原的激活酶原的激活1、消化系统蛋白酶原的激活、消化系统蛋白酶原的激活（4）胰蛋白酶对）胰蛋白酶对胰脏蛋白酶原胰脏蛋白酶原的激活的激活 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义1 1、保护、保护
27、2 2、酶的储存形式、酶的储存形式四、同四、同 工工 酶酶 虽然催化虽然催化相同相同的化学反应的化学反应,但酶蛋白的分子结构、但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质理化性质乃至免疫学性质不同不同的一组的一组酶。酶。1.1.概念概念 不同基因或等位基因编码的多肽链不同基因或等位基因编码的多肽链存在于同一种属或同一个体的不同组织或同存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。一细胞的不同亚细胞结构中。2.2.几个要点：几个要点：同一基因转录生成的不同同一基因转录生成的不同mRNAmRNA翻译的不同多翻译的不同多肽链组成的蛋白质肽链组成的蛋白质例：乳酸脱氢酶（例：乳酸脱氢酶（
28、LDHLDH）酶的组成、结构及性质；酶的组成、结构及性质；H3M LD2 H2M2 LD3 HM3 LD4 M4 LD5 H4 LD1 为为H亚基亚基为为M亚基亚基 都催化：都催化：丙酮酸丙酮酸+NADH+H+NADH+H+乳酸乳酸 +NAD+NAD+LDH电泳速度不同电泳速度不同：LD1LD2LD3LD4LD5 LD LD的两种不同亚基的合成受不同基因的控的两种不同亚基的合成受不同基因的控制：制：H H由由1212号染色体的基因位点号染色体的基因位点B B控制控制M M由由1111号染色体的基因位点号染色体的基因位点A A控制控制这两种亚基在不同器官合成的速度不同，在这两种亚基在不同器官合成
29、的速度不同，在不同的组织器官的含量与分布比例不同。不同的组织器官的含量与分布比例不同。第三节第三节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素 u酶反应速度酶反应速度是指单位时间内底物减少的量或产物增是指单位时间内底物减少的量或产物增加的量。加的量。u影响酶反应速度的因素有：影响酶反应速度的因素有：底物浓度、酶浓度、温度、底物浓度、酶浓度、温度、pHpH、激动剂和抑制剂的、激动剂和抑制剂的影响影响一、底物浓度的影响一、底物浓度的影响uSS0 0，V V0 0uSS低，低，V V SSuSS高至一定程度，高至一定程度，V V恒定。恒定。SE ES PE提出：中间络合物假说提出：中间络合物假说中
30、间络合物假说与米式方程中间络合物假说与米式方程1 1、中间产物假说：、中间产物假说：酶与底物先络合成一个酶与底物先络合成一个中间产物，然后中间产物进一步分解成产中间产物，然后中间产物进一步分解成产物和游离的酶。物和游离的酶。231KEPKESKSE*maxSKsSVV与米式方程与米式方程米式方程：米式方程：19131913年，年，MichaelisMichaelis和和MentenMenten继承和发展了中间产物继承和发展了中间产物学说，在前人工作基础上提出酶促动力学的基本原理，并以数学学说，在前人工作基础上提出酶促动力学的基本原理，并以数学公式表明了公式表明了底物浓度底物浓度与与酶促反应速度
31、酶促反应速度的定量关系，称米式学说的定量关系，称米式学说maxmaxSKSVSKSVVSmSS：底物浓度：底物浓度V V：不同：不同SS时的反应速度时的反应速度V Vmaxmax：最大反应速度：最大反应速度m m：米氏常数：米氏常数V VmaxmaxS S K Km m+S +S 计算：当计算：当 V=1/2Vmax 时，时，Km 和和S的关系的关系2 2、K Km m是酶的特征性常数，与酶催化反应是酶的特征性常数，与酶催化反应 底物和反应底物和反应温度、温度、pHpH有关；与酶浓度无关。有关；与酶浓度无关。1 1、计算：当计算：当 V=1/2Vmax V=1/2Vmax 时，时，Km 和和S
32、S的关系的关系即即Km：是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度，单位底物浓度，单位mol/L。米式方程中各参数的意义米式方程中各参数的意义:Km最小的底物称该酶的最小的底物称该酶的最适底物或天然底物最适底物或天然底物。因为：。因为：Km愈愈小（达到小（达到Vmax一半所需的底物浓度愈小）一半所需的底物浓度愈小）,表示表示V对对S 越越灵敏。灵敏。AB米式方程中各参数的意义米式方程中各参数的意义:3、Km可以判断酶专一性和天然底物可以判断酶专一性和天然底物VS1/2VmaxKm2Km1 米式方程中各参数的意义米式方程中各参数的意义4、判断正逆反应的催
33、化效率、判断正逆反应的催化效率5、Km与米式方程的实际用途与米式方程的实际用途（2 2）根据）根据V V（或相对速度（或相对速度a a）求）求SSmaKaaS1如当如当a aV/Vmax0.50时时，SKm2maxmaxVSKSVVm如当如当SS3 3Km时时（1）根据）根据S求求VV0.75 Vmax二、酶浓度的影响二、酶浓度的影响v当当SS足够大，而足够大，而EE相对较低时，相对较低时，V V EEv v酶浓度酶浓度三、温度的影响三、温度的影响v0 04040，T,V.T,V.v最适温度：最适温度：最适温度不是酶的特征常最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用数，它与底物种类、作用时间
34、、时间、pH、离子强度、离子强度 等等因素有关。因素有关。102030405060708090020406080100Tem perature OCRelative Activity(%)最适温度最适温度（一）最适温度及影响因素（一）最适温度及影响因素 温度对酶促反应速度的影响有两个方面：温度对酶促反应速度的影响有两个方面：1.温度升高，加快反应速度。温度升高，加快反应速度。2.温度升高，酶变性失活。温度升高，酶变性失活。温血动物酶的最适温度温血动物酶的最适温度3540；植物酶最适温度；植物酶最适温度4050；微生物差别大，如细菌；微生物差别大，如细菌Taq DNA聚合酶聚合酶70。温度系数温
35、度系数Q10：温度升高：温度升高10，反应速度与原来的反应速度，反应速度与原来的反应速度之比，大多数酶的之比，大多数酶的Q10一般为一般为12。（二）酶的稳定性温度（二）酶的稳定性温度在某一时间范围内，酶活性不降低的最高温度称该酶的在某一时间范围内，酶活性不降低的最高温度称该酶的稳稳定性温度定性温度。高浓度酶、有底物、抑制剂和保护剂会使稳定性温度增高。高浓度酶、有底物、抑制剂和保护剂会使稳定性温度增高。酶的保存：酶的保存：1.液体酶制剂可以利用上述因素，低温短暂保存。液体酶制剂可以利用上述因素，低温短暂保存。2.冻干粉可在在低温冰箱中较长期保存。冻干粉可在在低温冰箱中较长期保存。四、四、pHp
36、H的影响的影响 最适最适pHpH值：值：使酶促反应速度达使酶促反应速度达到最大时的到最大时的pH称为该酶的最称为该酶的最适适pH。最适最适pH与底物种类、浓度及与底物种类、浓度及缓冲液成分有关。缓冲液成分有关。pH最适最适pHpHv（一）（一）pH影响酶活力的因素影响酶活力的因素过酸或过碱会影响酶蛋白构象，使过酸或过碱会影响酶蛋白构象，使酶活性丧失酶活性丧失。影响酶和底物分子解离状态，尤其是影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心酶活性中心的解离状态，的解离状态，最终影响最终影响ESES形成。形成。影响酶分子中一些影响酶分子中一些基团解离基团解离，这些基团的离子化状态影响酶，这些基团的离子化
37、状态影响酶的专一性及活性中心构象。的专一性及活性中心构象。虽然大部分酶的虽然大部分酶的pH酶活曲线是钟形，但也有半酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。钟形甚至直线形。五、激动剂的影响五、激动剂的影响p46p46激活剂：激活剂：凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。包括无机离子或简单有机化合物。包括无机离子或简单有机化合物。如如ClCl-是唾液淀粉酶的激活剂。是唾液淀粉酶的激活剂。特点：特点：1.1.激活剂的激活剂的选择性选择性，即不同的离子激活不同的酶。，即不同的离子激活不同的酶。2.2.不同离子之间有不同离子之间有拮抗作用拮抗作用和和可替代作用可替代
38、作用，如，如Na+Na+与与K+K+、Mg2Mg2与与Ca2Ca2之间常常拮抗，但之间常常拮抗，但Mg2Mg2与与Zn2+Zn2+常可替代。常可替代。3.3.激活剂的浓度要适中，过高往往有抑制作用，激活剂的浓度要适中，过高往往有抑制作用，150mM150mM六、六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响抑制作用抑制作用(inhibiton)：使酶活力下降或丧失但并不引起酶蛋白使酶活力下降或丧失但并不引起酶蛋白变性，它只改变酶活性中心的化学性质。变性，它只改变酶活性中心的化学性质。失活作用失活作用(inactivation)：凡可使酶蛋白变性而引起酶活力凡可使酶蛋白变性而引起酶活力
39、丧失丧失的作用称为酶的失活作用，它是酶空间结构发生破坏的结果。的作用称为酶的失活作用，它是酶空间结构发生破坏的结果。抑制剂（抑制剂（inhibitor）：）：不引起酶蛋白变性，但能使酶分子上某不引起酶蛋白变性，但能使酶分子上某些些必需基团必需基团发生变化，引起酶活性下降，甚至丧失，此类物质发生变化，引起酶活性下降，甚至丧失，此类物质称为酶的抑制剂。称为酶的抑制剂。（常用（常用I表示）表示）六、六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响研究抑制剂对酶的作用有研究抑制剂对酶的作用有重大的意义重大的意义：（1）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发；抗癌药）药物作用机理和抑制剂型药物的
40、设计与开发；抗癌药（2）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵；）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵；（3）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业的基础。工业的基础。六、六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响抑制作用抑制作用可逆抑制可逆抑制不可逆抑制不可逆抑制竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制：酶活丧失，难恢复。：酶活丧失，难恢复。(一）不可逆性抑制作用
41、一）不可逆性抑制作用*概念概念抑制剂通常以抑制剂通常以共价键共价键与酶活性中与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活心的必需基团相结合，使酶失活,抑抑制剂不能用透析、超滤等方法去除制剂不能用透析、超滤等方法去除。*举例举例:有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶 重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物巯基酶巯基酶 六、六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响(一）不可逆性抑制作用一）不可逆性抑制作用酰化剂酰化剂v二异丙基磷酰氟酯（二异丙基磷酰氟酯（DFP，神经毒气）和许多有机，神经毒气）和许多有机磷农药都属于磷酰化剂，能与磷农药都属于磷酰化剂，能与酶活性中心酶活性中心SerOH形
42、成磷酯键，抑制某些蛋白酶及酯酶。这类化合物形成磷酯键，抑制某些蛋白酶及酯酶。这类化合物可强烈地抑制与中枢神经系统有关的乙酰胆碱脂酶，可强烈地抑制与中枢神经系统有关的乙酰胆碱脂酶，形成磷酰化胆碱酯酶（失活），使乙酰胆碱不能分形成磷酰化胆碱酯酶（失活），使乙酰胆碱不能分解为乙酰和胆碱。乙酰胆碱的堆积，引起一系列神解为乙酰和胆碱。乙酰胆碱的堆积，引起一系列神经中毒症状。经中毒症状。解毒剂：解毒剂：PAM（解磷定）可以把酶上的磷酰基团除（解磷定）可以把酶上的磷酰基团除去。去。有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂胆碱酯酶胆碱酯酶+HOHO E+HXHX P P RORO RORO O O X X P P RORO
43、RORO O O O O E 解磷定解磷定 六、六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响(一）不可逆性抑制作用一）不可逆性抑制作用有机汞、有机砷化合物或重金属有机汞、有机砷化合物或重金属：Ag、Cu2、Hg2、Pb2等等抑制机理：使酶的抑制机理：使酶的巯基巯基烷化烷化例如：对氯汞苯甲酸（例如：对氯汞苯甲酸（PCMB）与巯基酶的反应）与巯基酶的反应解毒剂：二巯基丙醇（解毒剂：二巯基丙醇（BAL）、）、Cys、GSH等过量的等过量的巯基化合物；巯基化合物；EDTA可解除重金属。可解除重金属。C Cl l H HS S S SC Cl l-C CH HC CH H-A As s E
44、E C Cl l-C CH H=C CH H-A As s E E2 2H HC Cl l C Cl l H HS S S S 路路易易士士气气 巯巯基基酶酶 失失活活的的酶酶 S S C CH H2 2-S SH H H HS S C CH H2 2-S SC Cl l-C CH H=C CH H-A As s E E C CH H-S SH H E E C CH H-S S A As s-C CH HC CH H-C Cl l S S C CH H2 2-O OH H H HS S C CH H2 2O OH H 失失活活的的酶酶 巯巯基基酶酶 和和砷砷剂剂结结合合物物解毒：二巯基丙醇（解
45、毒：二巯基丙醇（BAL）重金属离子重金属离子:如如HgHg2+2+、AgAg+、AsAs3+3+等等六、六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响其它不可逆性抑制剂其它不可逆性抑制剂烷化物：烷化物：含卤素的烷化物（碘乙酸、碘乙酰胺、卤乙酰苯等）含卤素的烷化物（碘乙酸、碘乙酰胺、卤乙酰苯等）常用于鉴定酶中巯基；常用于鉴定酶中巯基；氰化物、硫化物、氰化物、硫化物、CO：与含铁卟啉的酶中的与含铁卟啉的酶中的Fe2+结合，阻抑结合，阻抑细胞呼吸；细胞呼吸；青霉素：青霉素：不可逆抑制糖肽转肽酶；不可逆抑制糖肽转肽酶；还原剂：还原剂：巯基乙醇、二硫苏糖醇等巯基试剂还原酶的二硫键；巯基乙醇、二
46、硫苏糖醇等巯基试剂还原酶的二硫键；含活泼双键试剂（与含活泼双键试剂（与SH、NH反应）：反应）：N乙基顺丁烯乙基顺丁烯二酰亚胺；二酰亚胺；亲电试剂：亲电试剂：四硝基甲烷，可使四硝基甲烷，可使Tyr硝基化。硝基化。（二）可逆抑制剂（二）可逆抑制剂抑制剂与酶以抑制剂与酶以非共价键非共价键结合引起酶活力降低或丧失，结合引起酶活力降低或丧失，可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。即酶与抑制剂结合是活。即酶与抑制剂结合是可逆可逆的。的。根据可逆抑制剂与底物的关系分为：根据可逆抑制剂与底物的关系分为：（1）竞争性抑制）竞争性抑制 （2）非竞争性抑制）非
47、竞争性抑制 （3）反竞争性抑制）反竞争性抑制底物底物竞争抑制剂竞争抑制剂酶酶1 1、竞争性抑制、竞争性抑制v抑制剂与酶的底物结构相似，可与底物抑制剂与酶的底物结构相似，可与底物竞争酶的活竞争酶的活性中心性中心，阻碍酶与底物结合形成中间产物。可以通阻碍酶与底物结合形成中间产物。可以通过过增加底物浓度增加底物浓度而解除此种抑制。而解除此种抑制。竞争性抑制剂竞争性抑制剂 一些竞争性抑制剂与天然代谢物结构相似，能选择性抑一些竞争性抑制剂与天然代谢物结构相似，能选择性抑制病菌和癌细胞在代谢过程中的某些酶，而具有抗菌制病菌和癌细胞在代谢过程中的某些酶，而具有抗菌和抗癌作用。如磺胺类药物和抗癌药和抗癌作用。
48、如磺胺类药物和抗癌药。举例：举例：竞争竞争竞争竞争复方新诺明复方新诺明=新诺明新诺明+磺胺增效剂磺胺增效剂抗菌药抗菌药合成细菌核合成细菌核酸必需辅酶酸必需辅酶H H2 2N NCOOHCOOHH H2 2N NSOSO2 2NHRNHR 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 磺胺类药物磺胺类药物 磺胺类药物磺胺类药物二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶四氢叶酸四氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸 二氢二氢喋呤啶喋呤啶对氨基对氨基苯甲酸苯甲酸谷氨酸谷氨酸叶酸叶酸磺胺类药物及其作用机理：磺胺类药物及其作用机理：对氨基苯磺酰胺或其衍生物对氨基苯磺酰胺或其衍生物是是对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸的结构类似物，竞
49、的结构类似物，竞争性抑制细菌的争性抑制细菌的二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶的活性的活性2 2、非竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂v抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合,其结构与其结构与底物无共同之处底物无共同之处,底物与抑制剂之间底物与抑制剂之间无竞争关系，无竞争关系，但酶但酶-底物底物-抑制剂复合物（抑制剂复合物（ESIESI）不能进一步释放）不能进一步释放出产物。出产物。底物底物底物底物非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂、反竞争性抑制、反竞争性抑制*结合方式：结合方式：酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，常见于酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，常见于多底物的酶
50、促反应中。多底物的酶促反应中。六、六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响研究抑制剂对酶的作用有研究抑制剂对酶的作用有重大的意义重大的意义：（1）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发；抗癌药）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发；抗癌药（2）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵；）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵；（3）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业的基础。工业的基础。小结
