1、本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 4 酶的一般概念酶的一般概念 4 酶的組成與維生素酶的組成與維生素 4 酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 4 酶的催化機(jī)理酶的催化機(jī)理 4 酶反應(yīng)的動力學(xué)酶反應(yīng)的動力學(xué) 4 酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié) 1.1.酶的概述酶的概述 酶是生物催化劑酶是生物催化劑。絕大部分酶是蛋白質(zhì)，還有一些核糖核酸絕大部分酶是蛋白質(zhì)，還有一些核糖核酸 RNA具有催化作用，稱為核酶（具有催化作用，稱為核酶（ribozyme）。）。 1.1 1.1 定義定義 細(xì)胞的代謝由成千上萬的化學(xué)反應(yīng)組成，幾乎所有的反應(yīng)都是細(xì)胞的代謝由成千上萬的化學(xué)反應(yīng)組成，幾乎所有的反應(yīng)都是 由酶（由酶（enzy

2、me）催化的。）催化的。 酶對于動物機(jī)體的生理活動有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實酶對于動物機(jī)體的生理活動有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實 踐中有廣泛應(yīng)用。踐中有廣泛應(yīng)用。 1.2 酶的命名酶的命名 （1）習(xí)慣命名習(xí)慣命名依據(jù)所催化的底物（依據(jù)所催化的底物（substrate）、反應(yīng)的性）、反應(yīng)的性 質(zhì)、酶的來源等命名。例如，胃蛋白（水解）酶、堿性磷酸酶。質(zhì)、酶的來源等命名。例如，胃蛋白（水解）酶、堿性磷酸酶。 （2）系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名 根據(jù)底物與反應(yīng)性質(zhì)命名根據(jù)底物與反應(yīng)性質(zhì)命名 反應(yīng)：葡萄糖反應(yīng)：葡萄糖+ATP 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+ADP 命名：命名： 葡萄糖：葡萄糖：ATP 磷酰基

3、轉(zhuǎn)移酶磷酰基轉(zhuǎn)移酶 （習(xí)慣名稱，葡萄糖激酶）（習(xí)慣名稱，葡萄糖激酶） 1.3 酶的分類酶的分類 1961年酶學(xué)委員會（年酶學(xué)委員會（Enzyme Commission，EC） 規(guī)定酶的表示法：規(guī)定酶的表示法： EC. X. X. X. X 例如：例如： 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 1.4 1.4 酶活性酶活性(enzyme activity) 酶活性的表示方法：酶活性的表示方法： 酶活性酶活性指的是酶的催化能力，指的是酶的催化能力， 用反應(yīng)速度來衡量，即單位用反應(yīng)速度來衡量，即單位 時間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。時間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。 V= dP / dt = - dS / dt 測定方法：

4、測定方法： 吸光度測定、氣體分析、電化學(xué)分析等。吸光度測定、氣體分析、電化學(xué)分析等。 酶活性的計量：酶活性的計量： EC 1961年規(guī)定：年規(guī)定： 在指定的條件下，在指定的條件下，1分鐘內(nèi)，將分鐘內(nèi)，將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所 需要的酶量為需要的酶量為1個個酶活國際單位酶活國際單位（IU） 。 比活性比活性（specificity of enzyme ）指的是每毫克酶蛋白所具有）指的是每毫克酶蛋白所具有 的酶活性單位數(shù)。的酶活性單位數(shù)。 比活性比活性 = 活性單位數(shù)活性單位數(shù)/酶蛋白重量（酶蛋白重量（mg） 比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。 酶

5、促反應(yīng)的速度曲線酶促反應(yīng)的速度曲線 隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反隨著酶催化的反應(yīng)進(jìn)行，反 應(yīng)速度會變慢，這是由于產(chǎn)物應(yīng)速度會變慢，這是由于產(chǎn)物 的反饋作用、酶的熱變性或副的反饋作用、酶的熱變性或副 反應(yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起反應(yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起 始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲 線上通常可以看見一段斜率不線上通常可以看見一段斜率不 變的部分，這就是初速度。變的部分，這就是初速度。 在酶的動力學(xué)研究中，一般在酶的動力學(xué)研究中，一般 使用使用初速度的（初速度的（V0）概念。概念。 高效性高效性 酶的催化作用可使反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)提高酶的催化作用可使反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)提高1

6、08 -1020倍。比其倍。比其 他催化反應(yīng)高他催化反應(yīng)高106 -1013倍倍 例如：過氧化氫分解例如：過氧化氫分解 2H2O2 2H2O + O2 Fe3+ 催化，效率為催化，效率為6104 mol/mol. S 過氧化氫酶催化，效率為過氧化氫酶催化，效率為6 106 mol/mol.S 專一性專一性 即對底物的選擇性或特異性。一種酶只催化一種或一類底物轉(zhuǎn)即對底物的選擇性或特異性。一種酶只催化一種或一類底物轉(zhuǎn) 變成相應(yīng)的產(chǎn)物。變成相應(yīng)的產(chǎn)物。 1.5 酶的特點酶的特點 F 絕對專一性絕對專一性 一種酶只催化一種底物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的產(chǎn)物。一種酶只催化一種底物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的產(chǎn)物。 例如，脲酶只催化尿

7、素水解成例如，脲酶只催化尿素水解成CO2 和和NH3。 。 F 相對專一性相對專一性 一種酶作用于一類化合物或一類化學(xué)鍵。一種酶作用于一類化合物或一類化學(xué)鍵。 例如，不同的蛋白水解酶對于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有例如，不同的蛋白水解酶對于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有 不同的不同的 要求。要求。 F 立體專一性立體專一性 指酶對其所催化底物的立體構(gòu)型有特定的要求。指酶對其所催化底物的立體構(gòu)型有特定的要求。 例如，乳酸脫氫酶專一地催化例如，乳酸脫氫酶專一地催化L-乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔雍魉嶂蝗樗徂D(zhuǎn)變?yōu)楸幔雍魉嶂?作用于反式的延胡索酸（反丁烯二酸）。立體專一性保證了反應(yīng)作用于反式的延胡索酸（反丁烯

8、二酸）。立體專一性保證了反應(yīng) 的定向進(jìn)行。的定向進(jìn)行。 R1: Lys, Arg R2: 不是不是Pro R3: Tyr, Trp, Phe R4: 不是不是 Pro 酶容易變性酶容易變性 這是酶的化學(xué)本質(zhì)（蛋白質(zhì)）所決定的。這是酶的化學(xué)本質(zhì)（蛋白質(zhì)）所決定的。 酶的可調(diào)節(jié)性酶的可調(diào)節(jié)性 抑制和激活（抑制和激活（activation and inhibition ） 反饋控制反饋控制(feed back) 酶原激活酶原激活(activation of proenzyme) 變構(gòu)酶變構(gòu)酶(allosteric enzyme) 化學(xué)修飾化學(xué)修飾(chemical modification ) 多酶

9、復(fù)合體多酶復(fù)合體(multienzyme complex) 酶在細(xì)胞中的區(qū)室化酶在細(xì)胞中的區(qū)室化 (enzyme compartmentalization ) 已知的上千種酶絕大部分是蛋白質(zhì)已知的上千種酶絕大部分是蛋白質(zhì) 單純酶：單純酶：少數(shù)，例如：溶菌酶少數(shù)，例如：溶菌酶 結(jié)合酶：結(jié)合酶：大多數(shù)大多數(shù) 結(jié)合酶結(jié)合酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 輔因子輔因子 輔因子包括輔因子包括: 輔酶、輔基和金屬離子。輔酶、輔基和金屬離子。 2. 2. 酶的組成與維生素酶的組成與維生素 2.1 酶的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì) 酶蛋白的作用酶蛋白的作用：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專

10、一性。 輔酶、輔基的作用輔酶、輔基的作用：參與電子的傳遞、基團(tuán)的轉(zhuǎn)移等，決定了酶所催：參與電子的傳遞、基團(tuán)的轉(zhuǎn)移等，決定了酶所催 化反應(yīng)的性質(zhì)。有十幾種化反應(yīng)的性質(zhì)。有十幾種. 輔酶與輔基的異同點輔酶與輔基的異同點: 它們都是耐熱的有機(jī)小分子，結(jié)構(gòu)上常與維生素和核苷酸有它們都是耐熱的有機(jī)小分子，結(jié)構(gòu)上常與維生素和核苷酸有 關(guān)。但是輔酶與酶蛋白結(jié)合不緊，容易經(jīng)透析除去，而輔基通常與酶蛋白共價相連。關(guān)。但是輔酶與酶蛋白結(jié)合不緊，容易經(jīng)透析除去，而輔基通常與酶蛋白共價相連。 金屬離子的作用金屬離子的作用：它們是酶和底物聯(lián)系的：它們是酶和底物聯(lián)系的“橋梁橋梁”；穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu)；穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu) 象；酶的

11、象；酶的“活性中心活性中心”的部分。的部分。 結(jié)合酶舉例，結(jié)合酶舉例，( )內(nèi)為輔因子：內(nèi)為輔因子： 乳酸脫氫酶（輔酶乳酸脫氫酶（輔酶I,NAD） 異檸檬酸脫氫酶（輔酶異檸檬酸脫氫酶（輔酶I,NAD） 醇脫氫酶（輔酶醇脫氫酶（輔酶I,NAD） 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（輔酶磷酸脫氫酶（輔酶II,NADP） 琥珀酸脫氫酶（琥珀酸脫氫酶（FAD） 乙酰輔酶乙酰輔酶A羧化酶（生物素，羧化酶（生物素，ATP，Mg+） 脂酰輔酶脂酰輔酶A合成酶（輔酶合成酶（輔酶A,CoA） 維生素（維生素（Vitamin）是動物和人類生理活動所必需的，從食物中獲得是動物和人類生理活動所必需的，從食物中獲得 的一類有

12、機(jī)小分子。它們并不是機(jī)體的能量來源，也不是結(jié)構(gòu)成分，的一類有機(jī)小分子。它們并不是機(jī)體的能量來源，也不是結(jié)構(gòu)成分， 大多數(shù)以輔酶、輔基的形式參與調(diào)節(jié)代謝活動。大多數(shù)以輔酶、輔基的形式參與調(diào)節(jié)代謝活動。 脂溶性維生素：脂溶性維生素： A 視黃醇（維生素視黃醇（維生素A原原胡蘿卜素）胡蘿卜素） D 鈣化醇鈣化醇 E 生育酚生育酚 K 凝血維生素凝血維生素 水溶性維生素：水溶性維生素：B族維生素和維生素族維生素和維生素C （以下主要介紹（以下主要介紹B族維生素與輔酶、輔基的關(guān)系）族維生素與輔酶、輔基的關(guān)系） 2.2 維生素與輔酶和輔基的關(guān)系維生素與輔酶和輔基的關(guān)系 表表 7 2 B族維生素及其輔酶形式

13、族維生素及其輔酶形式 B B族維生素族維生素輔酶形式輔酶形式酶促反應(yīng)中的主要作用酶促反應(yīng)中的主要作用 硫胺素硫胺素(B(B1 1) )硫胺素焦磷酸酯硫胺素焦磷酸酯(TPP)(TPP) -酮酸氧化脫羧酮基轉(zhuǎn)移作酮酸氧化脫羧酮基轉(zhuǎn)移作 用用 核黃素核黃素(B(B2 2) ) 黃素單核苷酸黃素單核苷酸(FMN) (FMN) 黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)(FAD) 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 尼克酰胺尼克酰胺(PP)(PP) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD(NAD+ +) ) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP(NA

14、DP+ +) ) 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移 吡哆醇吡哆醇( (醛、胺醛、胺) ) (B(B6 6) ) 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基轉(zhuǎn)移氨基轉(zhuǎn)移 泛酸泛酸輔酶輔酶A(CoA)A(CoA)酰基轉(zhuǎn)移酰基轉(zhuǎn)移 葉酸葉酸四氫葉酸四氫葉酸 一碳基團(tuán)一碳基團(tuán) 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 生物素生物素(H)(H)生物素生物素羧化作用羧化作用 鈷胺素鈷胺素(B(B12 12) ) 甲基鈷胺素甲基鈷胺素 5-5-脫氧腺苷鈷胺素脫氧腺苷鈷胺素 甲基轉(zhuǎn)移甲基轉(zhuǎn)移 VB1，硫胺素經(jīng)，硫胺素經(jīng) 焦磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)榻沽姿峄D(zhuǎn)變?yōu)?TPP，焦磷酸硫，焦磷酸硫 胺素胺素。它是酮酸。它是酮酸 脫氫酶的輔酶。脫氫酶的輔酶。 以以VB2，

15、核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基 FMN黃素單核苷酸黃素單核苷酸和和FAD黃素黃素 腺嘌呤腺嘌呤 二核苷酸二核苷酸。作用是傳遞氫和電子。作用是傳遞氫和電子。 H2N N+ S CH3 N CH3 N P O O OH HO O P O HO 硫胺素 焦磷酸硫胺素TPP H 8 7 9 6 N 10 N 5 R NH 1 4 2 O HN3 O N 10 OH OH N OHN 5 O O HN O N N N N NH2 O OHOH OPO O O- P O O- FMN FAD H 2e-+2H+ 2e-+2H+ 泛酸（維生素泛酸（維生素B3） 是是CoA （輔酶（輔酶A

16、 ）的組成成分。的組成成分。 CoA是脂酰基的載體。是脂酰基的載體。 吡哆醛和吡哆胺（吡哆素），吡哆醛和吡哆胺（吡哆素）， 維生素維生素B6。磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛是氨是氨 基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。 NO OH PO OH O NO OH PO OH O H2N 磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺 O N N N NH2 N O OP OH O O OPO OH OH O H N H N O SH OH O OH PHO O 巰基乙胺 泛酸 3-磷酸腺苷酸 尼克酸，煙酸（維生素尼克酸，煙酸（維生素Vpp） NAD+/NADH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化（氧

17、化/還原）還原） NADP+/NADPH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （氧化（氧化/還原）。煙酰胺衍生物還原）。煙酰胺衍生物 ，傳遞氫和電子，傳遞氫和電子， 氧化還原酶的輔酶。氧化還原酶的輔酶。 N N N NH2 N O OOH O P O OH O P O OH O O OH OH N NH2 O P O HO HO NAD+ NADP+ N NH2 O R H H 2e-+H+ 2e-+H+ 葉酸，其還原衍生物葉酸，其還原衍生物四氫葉酸四氫葉酸 是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶的輔酶。是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶的輔酶。 一碳基團(tuán)，如甲基、乙烯基、一碳基團(tuán)，如甲基、乙烯基、 甲酰基等甲酰基等

18、。 生物素生物素，維生素，維生素H。 噻吩和脲縮組成，噻吩和脲縮組成，CO2 的載體，的載體， 羧化酶的輔酶，且有戊酸側(cè)鏈羧化酶的輔酶，且有戊酸側(cè)鏈 。 OH N H O HN S O OH N H O N S O O HO 生物素羧基生物素 O HO HN O HN 10 9 6 N 5 4 O HN 3 2 H2N N 1 N 87 O HO 2-氨基-4羥基-6甲基蝶呤 對氨基苯甲酸 谷氨酸 蝶酸 葉酸（蝶酰谷氨酸） 硫辛酸硫辛酸，含硫脂肪酸，有氧化，含硫脂肪酸，有氧化 和還原兩種形式，既可以和還原兩種形式，既可以 傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移 脂酰基。脂酰基。 維生素維

19、生素B12中心鈷原子結(jié)合中心鈷原子結(jié)合5-脫氧腺苷基稱脫氧腺苷基稱輔酶輔酶B12 ， 為一些變位酶和轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶。為一些變位酶和轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶。 N N N NH2N O NH2 O NH2 NH2 O O O Co O H H2N O NH O R P O O -O O N N HOH H NH2 H H OH 氰鈷胺酸：R= -CN 羥鈷胺酸：R= -OH 甲鈷胺酸：R= -CH3 5-脫氧腺苷鈷胺酸：R=5-脫氧腺苷 3+ 單體酶單體酶 只有三級結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如只有三級結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如129個氨基酸的個氨基酸的 溶菌酶，分溶菌酶，分 子量子量14600。 寡聚酶寡聚酶

20、含含2-60 個亞基，有復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)。個亞基，有復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)。 常通過變構(gòu)效應(yīng)在代謝途徑中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。常通過變構(gòu)效應(yīng)在代謝途徑中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。 多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體 由多個功能上相關(guān)的酶彼此嵌合而形成的復(fù)合體。它可以促進(jìn)某由多個功能上相關(guān)的酶彼此嵌合而形成的復(fù)合體。它可以促進(jìn)某 個階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進(jìn)行。個階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進(jìn)行。 3. 酶的分子結(jié)構(gòu)酶的分子結(jié)構(gòu) 酶的活性中心（酶的活性中心（active site） 活性中心的必需基團(tuán)活性中心的必需基團(tuán) 必需基團(tuán)必需基團(tuán) 活性中心以外的必需基團(tuán)活性中心以外的必需基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)（與底物結(jié)合，決

21、定專一性）（與底物結(jié)合，決定專一性） 活性中心活性中心 催化基團(tuán)催化基團(tuán)（影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性（影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性,決定催化能力）決定催化能力） 酶的活性中心示意圖酶的活性中心示意圖 活性中心是酶分子上由催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)構(gòu)成的一個微區(qū)活性中心是酶分子上由催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)構(gòu)成的一個微區(qū) 化學(xué)反應(yīng)是由具有一定能量的活化分子相互碰撞發(fā)生的。分子從化學(xué)反應(yīng)是由具有一定能量的活化分子相互碰撞發(fā)生的。分子從 初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能量稱為初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能量稱為活化能活化能。無論何種催化劑，其作。無論何種催化劑，其作 用都在于降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)的速度。用都在于降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加快

22、化學(xué)反應(yīng)的速度。 一個可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，其反應(yīng)終態(tài)和始態(tài)的自由能的變化一個可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，其反應(yīng)終態(tài)和始態(tài)的自由能的變化 （G ）為負(fù)值。這個自由能的變化值與反應(yīng)中是否存在催化劑無）為負(fù)值。這個自由能的變化值與反應(yīng)中是否存在催化劑無 關(guān)。關(guān)。 4. 酶的催化機(jī)理酶的催化機(jī)理 4.1 活化能活化能 催化劑降低了反應(yīng)物催化劑降低了反應(yīng)物 分子活化時所需的能量分子活化時所需的能量 非催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)活化能的比較非催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)活化能的比較 Ea，活化能；，活化能；G，自由能變化，自由能變化 S+E ES P+E 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物 反應(yīng)過程反應(yīng)過程 S+E ES ES* EP P+E

23、過渡態(tài)過渡態(tài) 復(fù)合物復(fù)合物 4.2 中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物學(xué)說 酶介入了反應(yīng)過程。通過形成不穩(wěn)定的酶介入了反應(yīng)過程。通過形成不穩(wěn)定的過渡態(tài)中間過渡態(tài)中間 復(fù)合物復(fù)合物，使原本一步進(jìn)行的反應(yīng)分為兩步進(jìn)行，而兩步，使原本一步進(jìn)行的反應(yīng)分為兩步進(jìn)行，而兩步 反應(yīng)都只需較少的能量活化。從而使整個反應(yīng)的活化能反應(yīng)都只需較少的能量活化。從而使整個反應(yīng)的活化能 降低。降低。 誘導(dǎo)契合學(xué)說認(rèn)為，誘導(dǎo)契合學(xué)說認(rèn)為， 酶和底物都有自己酶和底物都有自己 特有的構(gòu)象，在兩特有的構(gòu)象，在兩 者相互作用時，一者相互作用時，一 些基團(tuán)通過相互取些基團(tuán)通過相互取 向，定位以形成中向，定位以形成中 間復(fù)合物。間復(fù)合物。 4.3

24、誘導(dǎo)契合學(xué)說（誘導(dǎo)契合學(xué)說（induced fit） 鄰近與定向效應(yīng)：鄰近與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會和有效碰撞。增加了酶與底物的接觸機(jī)會和有效碰撞。 張力效應(yīng)：張力效應(yīng)：誘導(dǎo)底物變形，扭曲，促進(jìn)了化學(xué)鍵的斷裂。誘導(dǎo)底物變形，扭曲，促進(jìn)了化學(xué)鍵的斷裂。 酸堿催化：酸堿催化：活性中心的一些基團(tuán)，如活性中心的一些基團(tuán)，如His，Asp作為質(zhì)子的受體或供體，作為質(zhì)子的受體或供體， 參與傳遞質(zhì)子。參與傳遞質(zhì)子。 共價催化：共價催化：酶與底物形成過渡性的共價中間體，限制底物的活動，使酶與底物形成過渡性的共價中間體，限制底物的活動，使 反應(yīng)易于進(jìn)行。反應(yīng)易于進(jìn)行。 疏水效應(yīng)：疏水效應(yīng)：活性中心的疏

25、水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦⑴懦猓欣诿概c活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦⑴懦猓欣诿概c 底物的接觸。底物的接觸。 4.4 催化機(jī)理催化機(jī)理 影響酶促反應(yīng)速度的因素與酶作為生物催化劑的特影響酶促反應(yīng)速度的因素與酶作為生物催化劑的特 點密切有關(guān)。點密切有關(guān)。 這些因素有：溫度、酸堿性、底物（這些因素有：溫度、酸堿性、底物（substrate）濃）濃 度、酶濃度、激活劑（度、酶濃度、激活劑（activators）和抑制劑）和抑制劑 （inhibitors）等。）等。 5.5.酶促反應(yīng)的動力學(xué)及其影響因素酶促反應(yīng)的動力學(xué)及其影響因素 一般來說，隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)的速度加快。在較低溫度一般來說，隨

26、著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)的速度加快。在較低溫度 條件下，酶促反應(yīng)也遵循這個規(guī)律。但是，溫度超過一定數(shù)值時，條件下，酶促反應(yīng)也遵循這個規(guī)律。但是，溫度超過一定數(shù)值時， 酶會因熱變性，導(dǎo)致催化活性下降。酶會因熱變性，導(dǎo)致催化活性下降。 最適溫度（最適溫度（optimum T）：）：使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時的溫度。使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時的溫度。 最適溫度因不同的酶而異，動物體內(nèi)的酶的最適溫最適溫度因不同的酶而異，動物體內(nèi)的酶的最適溫 度在度在37-40 0C左左 右。右。 5.1 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響溫度對酶促反應(yīng)速度的影響 酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度 5.2 溶液溶液p

27、H值對酶促反應(yīng)速度的影響值對酶促反應(yīng)速度的影響 最適最適pH（optimum pH）：）： 使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時溶液的使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時溶液的 pH。 酶的最適酶的最適pH與酶的性質(zhì)、底物和與酶的性質(zhì)、底物和 緩沖體系有關(guān)緩沖體系有關(guān) 在其他條件確定時，在其他條件確定時， 反應(yīng)速度與酶的濃度反應(yīng)速度與酶的濃度 成正比。成正比。 5.3 酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 酶濃度對反應(yīng)速度的影響酶濃度對反應(yīng)速度的影響 5.4 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 在其他條件確定的情況下在其他條件確定的情況下,在低底物濃度時在低底物濃度時, 反應(yīng)反應(yīng)

28、 速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng).當(dāng)?shù)孜餄舛犬?dāng)?shù)孜餄舛?較高時，較高時，v也隨著也隨著S的增加而升高，但變得緩慢，表的增加而升高，但變得緩慢，表 現(xiàn)為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到足夠大時，反應(yīng)速現(xiàn)為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到足夠大時，反應(yīng)速 度也達(dá)到最大值（度也達(dá)到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反），此時再增加底物濃度，反 應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。 反應(yīng)速度對于底物濃度的變化呈雙曲線反應(yīng)速度對于底物濃度的變化呈雙曲線,稱為米氏雙稱為米氏雙 曲線曲線.其數(shù)學(xué)表達(dá)式為米氏方程其數(shù)學(xué)表達(dá)式為米氏方程. 米氏雙曲

29、線米氏雙曲線 米氏方程的推導(dǎo)米氏方程的推導(dǎo) 首先假設(shè)：首先假設(shè)： 1. 反應(yīng)在最適條件下進(jìn)行反應(yīng)在最適條件下進(jìn)行 2. pH、溫度和酶的濃度是固定的、溫度和酶的濃度是固定的,變化的是底物濃度變化的是底物濃度 3. 反應(yīng)在起始階段，逆反應(yīng)可忽略反應(yīng)在起始階段，逆反應(yīng)可忽略 4. 反應(yīng)體系處在反應(yīng)體系處在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)（stable state） E + S ES E + P k+1 k-1 k+2 根據(jù)根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物學(xué)說，在穩(wěn)態(tài)時，在穩(wěn)態(tài)時，ESES的生成速度的生成速度 與其分解速度相等。有以下關(guān)系式：與其分解速度相等。有以下關(guān)系式： V1=V-1+V+2 (1) k+1 E S = k-1

30、 ES + k+2 ES = ES （k-1 + k+2 ） E S = ES （k-1 + k+2 ）/ k+1 (2) 令（令（k-1 + k+2 ）/ k+1 =Km ( (米氏常數(shù)米氏常數(shù)) ) E S = ES Km (3) Et是自由酶是自由酶E的濃度與結(jié)合酶的濃度與結(jié)合酶ES的濃度之和，的濃度之和， 即即 Et = ES +E (4) 總的反應(yīng)速度總的反應(yīng)速度V應(yīng)該等于應(yīng)該等于 V+2 = k+2ES (5) 將將(4) ,(5) 代入代入 (3),整理得到整理得到 米氏方程米氏方程: V=Vm S /(Km+S) V速度速度 Vm 最大速度最大速度 S底物濃度底物濃度 Km 米

31、氏常數(shù)米氏常數(shù) 米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度 一半時所對應(yīng)的底物濃度一半時所對應(yīng)的底物濃度 當(dāng)當(dāng)Sm時，時， vm，呈零級反應(yīng)，呈零級反應(yīng) 米氏雙曲線米氏雙曲線 由米氏方程可知，由米氏方程可知，米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時所對應(yīng)的底物濃度米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時所對應(yīng)的底物濃度, 即即當(dāng)當(dāng)v = 1/2Vm時，時，Km = S 米氏常數(shù)米氏常數(shù)Km=(k-1+k+2)/k +1 在反應(yīng)的起始階段，在反應(yīng)的起始階段，k+2 k-1，m k-1k +1 平 平 解離 解離 此時，此時，m越大，說明和之間的親和力越小，復(fù)合物越不穩(wěn)定。越大，說明和之間的親和力越小，復(fù)合物越不穩(wěn)定。

32、 當(dāng)當(dāng)m越小時，說明和的親和力越大，復(fù)合物越穩(wěn)定，也越有越小時，說明和的親和力越大，復(fù)合物越穩(wěn)定，也越有 利于反應(yīng)。利于反應(yīng)。 米氏常數(shù)米氏常數(shù)m對于酶是特征性的對于酶是特征性的。每一種酶對于它的一種底物只有一個。每一種酶對于它的一種底物只有一個 米氏常數(shù)。米氏常數(shù)。 米氏常數(shù)及其意義米氏常數(shù)及其意義 米氏常數(shù)的求法米氏常數(shù)的求法 -4-20246810 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/S(1/mmol.L -1) 1/v 雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法 雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線 5.5 5.5 抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響 酶的抑制劑

33、（酶的抑制劑（inhibitor）:凡能使酶的活性下降凡能使酶的活性下降 而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。 酶抑制作用分為酶抑制作用分為可逆抑制作用可逆抑制作用和和不可逆抑制作用不可逆抑制作用 兩大類。兩大類。 （一）可逆抑制作用（一）可逆抑制作用（reversible inhibition） 抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫 時性喪失。抑制劑可以通過透析、超濾等物理方法被除時性喪失。抑制劑可以通過透析、超濾等物理方法被除 去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶

34、 結(jié)合的情況，又可以分為結(jié)合的情況，又可以分為競爭性抑制競爭性抑制、非競爭性抑制非競爭性抑制、 反競爭性抑制和混合抑制等。反競爭性抑制和混合抑制等。 1、競爭性抑制（、競爭性抑制（competitive inhibitor） 競爭性抑制的動力學(xué)特點是競爭性抑制的動力學(xué)特點是Vmax不變，而不變，而Km增大增大 在在可逆的競爭性抑制可逆的競爭性抑制中，中， 抑制劑通常是酶的天然底物抑制劑通常是酶的天然底物 結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競爭結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競爭 酶的活性中心。酶的活性中心。 磺胺類藥物的抑菌機(jī)理磺胺類藥物的抑菌機(jī)理 COOHH2NSO2NHRH2N 對氨基苯甲酸磺胺類藥物 對氨基苯甲酸

35、 二氫喋呤啶 谷氨酸 二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶 二氫葉酸四氫葉酸 非競爭性抑制劑與酶的活性中心以外的集團(tuán)結(jié)合，形成非競爭性抑制劑與酶的活性中心以外的集團(tuán)結(jié)合，形成EIEI或或ESIESI復(fù)復(fù) 合物，不能進(jìn)一步形成合物，不能進(jìn)一步形成E E和和P,P,使酶反應(yīng)速度減低的抑制作用。不能使酶反應(yīng)速度減低的抑制作用。不能 通過增加底物濃度的方法來解除通過增加底物濃度的方法來解除 在在可逆的非競爭性可逆的非競爭性 抑制作用抑制作用中：中： 抑制劑結(jié)合在活性抑制劑結(jié)合在活性 中心以外；中心以外； 抑制劑的結(jié)合阻斷抑制劑的結(jié)合阻斷 了反應(yīng)的發(fā)生。了反應(yīng)的發(fā)生。 非競爭性抑制作用的動力學(xué)特點是非競爭性抑制

36、作用的動力學(xué)特點是Vmax變小，而變小，而Km不變。不變。 (二二) 不可逆抑制（不可逆抑制（irreversible inhibition） 抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價形式結(jié)合，從而抑制酶抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價形式結(jié)合，從而抑制酶 活性。用透析、超濾等物理方法，不能除去抑制劑使酶活性恢復(fù)。活性。用透析、超濾等物理方法，不能除去抑制劑使酶活性恢復(fù)。 乙酰膽堿酯酶是羥基酶，與有機(jī)磷農(nóng)藥共價結(jié)合后失活，使興奮乙酰膽堿酯酶是羥基酶，與有機(jī)磷農(nóng)藥共價結(jié)合后失活，使興奮 性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿不能及時清除降解。性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿不能及時清除降解。 P X RO RO O +E-OHP O

37、 RO RO O E HX P O RO RO O E + N CH3 CHNOH E-OH N CH3 CHNO + P O OR OR + 有機(jī)磷化合物 羥基酶 磷酰化酶 (失活) 解磷定 磷酰化酶 (失活) 金屬離子金屬離子 如如Mg+ 對磷酰基轉(zhuǎn)移酶，對磷酰基轉(zhuǎn)移酶，Cu+對一些對一些 氧化酶，氧化酶，Cl-對淀粉酶有激活作用。對淀粉酶有激活作用。 一些有機(jī)小分子一些有機(jī)小分子 如如Vit C，谷胱甘肽，巰基乙醇等對巰基，谷胱甘肽，巰基乙醇等對巰基 酶有激活作用。酶有激活作用。 5.5 激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響 終產(chǎn)物終產(chǎn)物 P 對途徑開對途徑開 頭和分支點

38、上的關(guān)頭和分支點上的關(guān) 鍵酶活性的調(diào)節(jié)。鍵酶活性的調(diào)節(jié)。 字母字母e 表示酶。表示酶。 + 表示激活，表示激活， - 表示抑制。表示抑制。 6.1 反饋控制反饋控制( feed Back) 6. 酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié) 變構(gòu)酶模型變構(gòu)酶模型 米氏雙曲線與米氏雙曲線與S S形變構(gòu)曲線形變構(gòu)曲線 6.2 變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié) 0.110.11 變構(gòu)酶有特征性的變構(gòu)酶有特征性的S形動力學(xué)曲線。形動力學(xué)曲線。變構(gòu)劑或底物濃度，變構(gòu)劑或底物濃度， 在一定的范圍里，一個比較小的變化就會導(dǎo)致反應(yīng)速度在一定的范圍里，一個比較小的變化就會導(dǎo)致反應(yīng)速度 顯著的改變，因此更具可調(diào)節(jié)性。顯著的改變，因此更具可調(diào)節(jié)性。

39、變構(gòu)酶通常是關(guān)鍵酶，催化代謝途徑中的非平衡反應(yīng)，變構(gòu)酶通常是關(guān)鍵酶，催化代謝途徑中的非平衡反應(yīng)， 或稱不可逆反應(yīng)。這些酶一般處在途徑的開始階段或或稱不可逆反應(yīng)。這些酶一般處在途徑的開始階段或 分支點上，通過反饋控制來調(diào)節(jié)。分支點上，通過反饋控制來調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)亞基與催化亞基分開，彼此獨立的，稱調(diào)節(jié)亞基與催化亞基分開，彼此獨立的，稱異促變構(gòu)。異促變構(gòu)。 變構(gòu)劑與底物結(jié)合在同一個亞基上，稱變構(gòu)劑與底物結(jié)合在同一個亞基上，稱同促變構(gòu)。同促變構(gòu)。 又稱酶的共價修飾，又稱酶的共價修飾， 有磷酸化有磷酸化/脫磷酸，脫磷酸， 腺苷酰化腺苷酰化/脫腺苷酰脫腺苷酰 以及甲基化以及甲基化/脫甲基脫甲基 等形式。酶的

40、活性等形式。酶的活性 在兩種狀態(tài)之間變化。在兩種狀態(tài)之間變化。 這個化學(xué)修飾過程也這個化學(xué)修飾過程也 是由酶催化的。是由酶催化的。 6.3 化學(xué)修飾化學(xué)修飾 (chemical modification ) 磷酸化酶兩種形式的相互轉(zhuǎn)變過程磷酸化酶兩種形式的相互轉(zhuǎn)變過程 指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但是 理化性質(zhì)不同的酶。理化性質(zhì)不同的酶。 如，氨基酸組成、電泳行為、如，氨基酸組成、電泳行為、 免疫原性、米氏常數(shù)等不同。免疫原性、米氏常數(shù)等不同。 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶同工酶同工酶 LDH， 由由2種亞基（種亞基（M和和H） 組合成組合成5種種4聚體聚體 H4和和M4分別在心肌

41、中和分別在心肌中和 在肌肉中活性最高。在肌肉中活性最高。 6.4 同工酶（同工酶（isozyme） 大腸桿菌的丙酮酸脫氫酶系模型大腸桿菌的丙酮酸脫氫酶系模型 功能上相關(guān)的幾個酶功能上相關(guān)的幾個酶 在空間上組織在一起，在空間上組織在一起， 定向有序地催化一系定向有序地催化一系 列反應(yīng)。列反應(yīng)。 例如，丙酮酸脫氫酶系例如，丙酮酸脫氫酶系 由由3個酶組成，脂肪酸個酶組成，脂肪酸 合成酶系由合成酶系由6個酶和個酶和1個個 ACP蛋白組成。蛋白組成。 6.5 多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體 (multienzyme complex) 無活性的酶原無活性的酶原 （proenzyme），）， 在特定的條件下，在特定的

42、條件下， 通過部分肽段的通過部分肽段的 有限水解，轉(zhuǎn)變有限水解，轉(zhuǎn)變 成有活性的酶。成有活性的酶。 如，動物的消化酶。如，動物的消化酶。 6.6 6.6 酶原激活酶原激活 7. 酶的應(yīng)用酶的應(yīng)用 酶基因的缺失引起遺傳病酶基因的缺失引起遺傳病 酶活性的高低作為疾病診斷指標(biāo)酶活性的高低作為疾病診斷指標(biāo) 酶作為試劑用于臨床檢驗和科學(xué)研究酶作為試劑用于臨床檢驗和科學(xué)研究 酶和酶的抑制劑作為治療藥物酶和酶的抑制劑作為治療藥物 酶制劑作為飼料添加劑酶制劑作為飼料添加劑 酶用于食品加工酶用于食品加工 酶用于工業(yè)生產(chǎn)酶用于工業(yè)生產(chǎn) 本章結(jié)束本章結(jié)束 酶活性的計量：酶活性的計量： EC 1961年規(guī)定：年規(guī)定： 在指定的條件下，在指定的條件下，1分鐘內(nèi)，將分鐘內(nèi)，將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所 需要的酶量為需要的酶量為1個個酶活國際單位酶活國際單位（IU） 。 比活性比活性（specificity of enzyme ）指的是每毫克酶蛋白所具有）指的是每毫克酶蛋白所具有 的酶活性單位數(shù)。的酶活性單位數(shù)。 比活性比活性 = 活性單位數(shù)活性單位數(shù)/酶蛋白重量（酶蛋白重量（mg） 比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。 維生素（維生素（Vitamin）是動物和人類生理活動所必需的，從食物中獲得是動物和人類生理活動所必需的，從食物中獲得 的一類有機(jī)小分子。它們并不是