1、第一節第一節 酶的概念及作用特點酶的概念及作用特點第二節第二節 酶的命名和分類酶的命名和分類第三節第三節 酶的作用機理酶的作用機理(j l)(j l)第四節第四節 影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素第五節第五節 酶的活性調節酶的活性調節第六節第六節 酶的活力測定及分離提純酶的活力測定及分離提純第七節第七節 酶工程簡介酶工程簡介第八節第八節 維生素和輔酶維生素和輔酶第1頁/共178頁第一頁，共178頁。第一節 酶的概念(ginin)及作用特點第2頁/共178頁第二頁，共178頁。酶學研究(ynji)簡史 公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。 一百余年前，

2、一百余年前，PasteurPasteur認為發酵是酵母細胞生命活動的結果。認為發酵是酵母細胞生命活動的結果。 18771877年，年，KuhneKuhne首次提出首次提出EnzymeEnzyme一詞。一詞。 18971897年，年，BuchnerBuchner兄弟兄弟(xingd)(xingd)用不含細胞的酵母提取液，實用不含細胞的酵母提取液，實現了發酵。現了發酵。 19261926年，年，SumnerSumner首次從刀豆中提純出脲酶結晶。證實酶的蛋白首次從刀豆中提純出脲酶結晶。證實酶的蛋白質本質，獲質本質，獲19461946年諾貝爾獎。年諾貝爾獎。 19821982年，年，CechCech

3、首次發現首次發現RNARNA也具有酶的催化活性，提出核酶也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)(ribozyme)的概念。的概念。CechCech等獲得等獲得19891989年諾貝爾化學獎。年諾貝爾化學獎。 19951995年，年，Jack W.SzostakJack W.Szostak研究室首先報道了具有研究室首先報道了具有DNADNA連接酶活連接酶活性性DNADNA片段，稱為脫氧核酶片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。第3頁/共178頁第三頁，共178頁。一、酶的催化特點( (一) ) 酶與一般催化劑的共性 1 1本身反應前后無變化 酶

4、與一般催化劑一樣，在化學反應前后都沒有質和量的改變。 2 2不改變化學反應平衡(pnghng)(pnghng)常數 酶只催化熱力學允許的化學反應，只能加速可逆反應的進程，而不改變反應的平衡(pnghng)(pnghng)點，作用是縮短反應達到平衡(pnghng)(pnghng)所需的時間。 3 3降低反應的活化能 活化能指的是在一定條件下，能使l l摩爾底物全部進入活化態所需要的自由能( (卡摩爾) )。第4頁/共178頁第四頁，共178頁。反應總能量改變反應總能量改變 非催化反應活化能非催化反應活化能 酶促反應酶促反應 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催化反應的活化能化反應的活化能 能能

5、量量 反反 應應 過過 程程 底物底物 產物產物 酶促反應活化能的改變 活化能：底物分子(fnz)從初態轉變到活化態所需的能量。第5頁/共178頁第五頁，共178頁。 （二）酶的催化特性（二）酶的催化特性 1. 1. 高度高度(god)(god)的催化效率的催化效率 酶催化效率比非催化反應高酶催化效率比非催化反應高108 1020108 1020倍；倍；比一般催化劑高比一般催化劑高107 1013107 1013倍。倍。如：碳酸酐酶，每摩爾每分鐘能轉化如：碳酸酐酶，每摩爾每分鐘能轉化3 35 5107107摩爾摩爾底物或每秒鐘底物或每秒鐘6 6105105摩爾底物。摩爾底物。 第6頁/共178

6、頁第六頁，共178頁。 2. 2.高度專一性高度專一性 作為一種生物催化劑，酶對其作用的底物有一定的要求，即一種酶只作用于一種或一類特定作為一種生物催化劑，酶對其作用的底物有一定的要求，即一種酶只作用于一種或一類特定(tdng)(tdng)的底物。酶的的底物。酶的專一性分為兩大類：專一性分為兩大類： 絕對特異性絕對特異性(absolute specificity)(absolute specificity)：只能作用于：只能作用于 特定特定(tdng)(tdng)結構的底物，進行一種專一的反應，生結構的底物，進行一種專一的反應，生 成一種特定成一種特定(tdng)(tdng)結構的產物。結構的

7、產物。 相對特異性相對特異性(relative specificity)(relative specificity)：作用于一類：作用于一類 化合物或一種化學鍵。化合物或一種化學鍵。第7頁/共178頁第七頁，共178頁。立體結構立體結構(jigu)(jigu)特異性特異性(stereo specificity)(stereo specificity)：作用于立：作用于立 體異構體中的一種。體異構體中的一種。乳酸脫氫酶的底物和酶的三點附著（乳酸脫氫酶的底物和酶的三點附著（tree-point attachmenttree-point attachment）理論。理論。D(-)D(-)乳酸由于乳酸

8、由于-OH-OH、 -COOH -COOH的的 位置正好相反，因此造成與酶的三個基團不能完成結合，故位置正好相反，因此造成與酶的三個基團不能完成結合，故而不能受酶的催化。而不能受酶的催化。 第8頁/共178頁第八頁，共178頁。 3 3高度的不穩定性，酶易失活高度的不穩定性，酶易失活 多數酶是蛋白質。決定多數酶是蛋白質。決定(judng)(judng)酶的作用條件一般應在溫和的條件下，如酶的作用條件一般應在溫和的條件下，如中性中性pHpH、常溫和常壓下進行。強酸、強堿、高溫條件下易使酶失去活性。、常溫和常壓下進行。強酸、強堿、高溫條件下易使酶失去活性。 第9頁/共178頁第九頁，共178頁。

9、4 4酶的催化活性的可調節性酶的催化活性的可調節性 酶促反應受多種因素的調控，以適應機體對不斷酶促反應受多種因素的調控，以適應機體對不斷(bdun)(bdun)變化的內外環境和生變化的內外環境和生命活動的需要。其中包括三方面的調節。命活動的需要。其中包括三方面的調節。 對酶生成與降解量的調節對酶生成與降解量的調節 酶催化效力的調節酶催化效力的調節 通過改變底物濃度對酶進行調節等通過改變底物濃度對酶進行調節等 第10頁/共178頁第十頁，共178頁。5. 有的酶需輔助因子 有些酶是復合蛋白質，由酶蛋白和非蛋白小分子物質(wzh)組成，后者稱為輔因子，若將它們除去，酶就失去活性。第11頁/共178

10、頁第十一頁，共178頁。 酶在生活(shnghu)細胞中產生，大部分酶在細胞內起催化作用，稱為胞內酶。如：線粒體-呼吸酶系 葉綠體-光合系統的酶系 細胞核-核酸合成的酶系 內質網的核糖體上和胞質溶膠中-蛋白質生物合成的酶系 有些酶被分泌到細胞外發揮作用，如人和動物消化道以及某些細菌所分泌的水解淀粉、脂肪和蛋白質的酶，這類酶稱胞外酶。第12頁/共178頁第十二頁，共178頁。二、酶專一性：決定于酶的活性中心的構象(u xin)和性質。1 結構專一性 概念：酶對所催化(cu hu)的分子（底物，Substrate）化學結構的特殊要求和選擇 類別：絕對專一性和相對專一性絕對專一性 有的酶對底物的化學

11、結構要求非常嚴格，只作用于一種底物，不作用于其它任何物質。尿素(nio s)第13頁/共178頁第十三頁，共178頁。 相對專一性 有的酶對底物(d w)的化學結構要求比上述絕對專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種化學鍵。 1） 鍵專一性 有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵 兩端的基團并無嚴格要求。 2）基團專一性 另一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對鍵兩端的基團還有一定要求，往往是對其中一個基團要求嚴格，對另一個基團則要求不嚴格。第14頁/共178頁第十四頁，共178頁。消化道內幾種(j zhn)蛋白酶的專一性第15頁/共178頁第十五頁，共178頁。消化道蛋白酶作用(zuyng)的專

12、一性第16頁/共178頁第十六頁，共178頁。2 立體(lt)異構專一性概念：酶除了對底物分子的化學結構有要求外，對其立體異構也有一定的要求類別：旋光異構專一性和幾何異構專一性旋光異構專一性：幾何異構專一性： 如：延胡索酸水化酶，只能催化(cu hu)延胡索酸即反丁烯二酸水合生成蘋果酸及其逆反應，對順丁烯二酸沒有催化(cu hu)活性。第17頁/共178頁第十七頁，共178頁。據酶分子組成(z chn)分類單純(dnchn)蛋白質酶類：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖 核酸酶等結合(jih)蛋白質酶類酶蛋白質輔助因子（輔酶或輔基）金屬離子金屬有機物小分子有機物三、酶的化學本質及類別全酶(holoen

13、zyme）= 酶蛋白 + 輔因子輔酶：與酶蛋白結合比較松弛，用透析法可以除去的小分子有機物。輔基：與酶蛋白結合比較緊密，用透析法不易除去的小分子物質。往 往以共價鍵和酶蛋白結合，如細胞色素氧化酶中的鐵卟啉、黃 素蛋白中的FAD等。第18頁/共178頁第十八頁，共178頁。單體酶：只有一條(y tio)多肽鏈，屬于這一類的酶很少，一般是催化水解反應的酶，相對分子質量為13000一35000。寡聚酶：由幾個甚至幾十個亞基組成，這些亞基可以是相同的，也可以是不同的。亞基之間以非共價鍵結合。相對分子質量從35000到幾百萬。多酶復合體：是由幾個酶聚合(嵌合)而成的復合體。相對分子質量一般都在幾百萬以上

14、。據酶蛋白特征(tzhng)分類核酶：具有(jyu)催化活性的RNA分子。第19頁/共178頁第十九頁，共178頁。第二節、酶的分類(fn li)及命名1. 1. 酶的分類酶的分類* * 每一種每一種(y zhn)(y zhn)酶有一個編號酶有一個編號, ,如乳酸脫氫酶（如乳酸脫氫酶（EC1.1.1.27EC1.1.1.27） EC 1. 1. 1. EC 1. 1. 1. 2727 大類大類 亞類亞類 亞亞類亞亞類 序序號號第20頁/共178頁第二十頁，共178頁。第21頁/共178頁第二十一頁，共178頁。CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCO

15、OHNH2CH3CCOOHO(2) (2) 轉移轉移(zhuny)(zhuny)酶酶 Transferase Transferase轉移轉移(zhuny)(zhuny)酶催化基團轉移酶催化基團轉移(zhuny)(zhuny)反應，即將一個底物分子的反應，即將一個底物分子的基團或原子轉移基團或原子轉移(zhuny)(zhuny)到另一個底物的分子上。到另一個底物的分子上。例如，例如， 谷丙轉氨酶催化的氨基轉移谷丙轉氨酶催化的氨基轉移(zhuny)(zhuny)反應。反應。第22頁/共178頁第二十二頁，共178頁。H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH（3 3）水解酶）水解酶 Hy

16、drolase Hydrolase水解酶催化底物水解酶催化底物(d w)(d w)的加水分解反應。的加水分解反應。主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化脂的水解反應催化脂的水解反應第23頁/共178頁第二十三頁，共178頁。HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH(4) 裂解酶 Lyase 裂合酶催化(cu hu)從底物分子中移去一個基團或 原子形成雙鍵的反應及其逆反應。 主要包括醛縮酶、水化酶、脫羧酶及脫氨酶等。 例如， 延胡索酸水合酶催化(cu hu)的反應。第2

17、4頁/共178頁第二十四頁，共178頁。OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH(5) 異構酶 Isomerase異構酶催化各種同分異構體的相互轉化，即底物分子內基團(j tun)或原子的重排過程。例如，6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應。第25頁/共178頁第二十五頁，共178頁。(6) (6) 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase Ligase or Synthetase合成酶，又稱為連接酶，能夠催化合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 鍵鍵的形成反應。這類反應必須與的形成反應。這類反應必須與A

18、TPATP分解反應相互分解反應相互(xingh)(xingh)偶偶聯。聯。 A + B + ATP =AB + ADP +Pi A + B + ATP =AB + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應例如，丙酮酸羧化酶催化的反應丙酮酸丙酮酸 + CO2 + CO2 草酰乙酸草酰乙酸第26頁/共178頁第二十六頁，共178頁。（7 7）核酸）核酸(h sun)(h sun)酶（催化核酸酶（催化核酸(h sun)(h sun)） Ribozyme Ribozyme核酸核酸(h sun)(h sun)酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNARNA，能夠催化，

19、能夠催化RNARNA分子中的分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應。磷酸酯鍵的水解及其逆反應。第27頁/共178頁第二十七頁，共178頁。2. 酶的命名(mng mng)(1)習慣命名法:根據其催化底物來命名；根據所催化反應的性質來命名；結合上述兩個原則(yunz)來命名；有時在這些命名基礎上加上酶的來源或其它特點。第28頁/共178頁第二十八頁，共178頁。(2)國際系統命名法系統名稱包括底物(d w)名稱、構型、反應性質，最后加一個酶字。例如： 習慣名稱:谷丙轉氨酶 系統名稱:丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉移酶 酶催化的反應: 谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸第29頁/共178頁第二十九頁，

20、共178頁。一些酶的命名(mng mng)舉例編號編號推薦名稱推薦名稱系系 統統 名名 稱稱催催 化化 的的 反反 應應EC1.4.1.3谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸：谷氨酸：NAD+L-谷氨酸谷氨酸 + H2O + NAD+脫氫酶脫氫酶氧化還原酶氧化還原酶 -酮戊二酸酮戊二酸 + NH3 + NADHEC2.6.1.1 天冬氨酸氨天冬氨酸氨L-天冬氨酸：天冬氨酸： -酮酮L-天冬氨酸天冬氨酸+ -酮戊二酸酮戊二酸基轉移酶基轉移酶戊二酸氨基轉移酶戊二酸氨基轉移酶草酰乙酸草酰乙酸 +L-谷氨酸谷氨酸EC3.5.3.1 精氨酸酶精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶精氨酸脒基水解酶L-精氨酸精氨酸 + H2O L

21、-鳥氨酸鳥氨酸+ 尿素尿素EC4.1.2.13 果糖二磷酸果糖二磷酸D-果糖果糖1，6-二磷酸：二磷酸：D-果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸醛縮酶醛縮酶D-甘油醛甘油醛3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 + D-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸異構酶異構酶異構酶異構酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.1.2 谷氨酰胺谷氨酰胺L-谷氨酸：氨連接酶谷氨酸：氨連接酶ATP + L-谷氨酸谷氨酸 + NH3合成酶合成酶ADP+磷酸磷酸 + L-谷氨酰胺谷氨酰胺編號編號推薦名稱推薦名稱系系 統統

22、名名 稱稱催催 化化 的的 反反 應應EC1.4.1.3谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸：谷氨酸：NAD+L-谷氨酸谷氨酸 + H2O + NAD+脫氫酶脫氫酶氧化還原酶氧化還原酶 -酮戊二酸酮戊二酸 + NH3 + NADHEC2.6.1.1 天冬氨酸氨天冬氨酸氨L-天冬氨酸：天冬氨酸： -酮酮L-天冬氨酸天冬氨酸+ -酮戊二酸酮戊二酸基轉移酶基轉移酶戊二酸氨基轉移酶戊二酸氨基轉移酶草酰乙酸草酰乙酸 +L-谷氨酸谷氨酸EC3.5.3.1 精氨酸酶精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶精氨酸脒基水解酶L-精氨酸精氨酸 + H2O L-鳥氨酸鳥氨酸+ 尿素尿素EC4.1.2.13 果糖二磷酸果糖二磷酸D-果糖果糖1

23、，6-二磷酸：二磷酸：D-果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸醛縮酶醛縮酶D-甘油醛甘油醛3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 + D-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸異構酶異構酶異構酶異構酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.1.2 谷氨酰胺谷氨酰胺L-谷氨酸：氨連接酶谷氨酸：氨連接酶ATP + L-谷氨酸谷氨酸 + NH3合成酶合成酶ADP+磷酸磷酸 + L-谷氨酰胺谷氨酰胺第30頁/共178頁第三十頁，共178頁。 第三節 酶的作用(zuyng)機理一、酶的催化作用與分子一、酶的催化作用與

24、分子(fnz)(fnz)活化活化能能二、酶催化的中間產物理論二、酶催化的中間產物理論三、酶的活性中心和必需基團三、酶的活性中心和必需基團四、酶作用專一性機理四、酶作用專一性機理五、與酶的高效率有關的主要因素五、與酶的高效率有關的主要因素第31頁/共178頁第三十一頁，共178頁。一、酶的催化作用與分子(fnz)活化能活化能：分子由常態轉變為活化態所需的能量。 即：活化能指在一定溫度下，1mol底物全部進入活化態所需要的自由能，單位是Jmol。 酶降低反應活化能的機理是通過(tnggu)改變反應途徑，使反應沿一個低活化能的途徑進行。第32頁/共178頁第三十二頁，共178頁。酶的催化機理是降低酶

25、的催化機理是降低(jingd)(jingd)活化能活化能第33頁/共178頁第三十三頁，共178頁。二、酶催化二、酶催化(cu hu)(cu hu)的中的中間產物理論間產物理論1kSE 1kES 2kEP E+SP+ EES能量水平反應過程 G E1 E2 酶（E）與底物（S）結合生成不穩定的中間物（ES），再分解成產物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行(jnxng)，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。第34頁/共178頁第三十四頁，共178頁。第35頁/共178頁第三十五頁，共178頁。第36頁/共178頁第三十六頁，共178頁。使底物(d w)靠攏使底物分子(fnz)產

26、生應力使底物分子電荷(dinh)變化第37頁/共178頁第三十七頁，共178頁。概念：酶的活性中心是指酶分子結構中，能直接與底物結合，并概念：酶的活性中心是指酶分子結構中，能直接與底物結合，并和酶催化作用直接有關的部位。和酶催化作用直接有關的部位。 酶活性中心是酶分子中具有三維結構的區域，或為裂縫，酶活性中心是酶分子中具有三維結構的區域，或為裂縫，或為凹陷，深入或為凹陷，深入(shnr)到酶分子內部，常為氨基酸殘基的疏到酶分子內部，常為氨基酸殘基的疏水基團組成的。水基團組成的。三、酶的活性中心第38頁/共178頁第三十八頁，共178頁。必需基團必需基團(essential group)酶分子中

27、氨基酸殘基側鏈的酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學化學(huxu)基團中，一些基團中，一些與酶活性密切相關的化學與酶活性密切相關的化學(huxu)基團。基團。這些必需基團在一級結構上這些必需基團在一級結構上可能相距很遠，但在空間結可能相距很遠，但在空間結構上彼此靠近，組成具有特構上彼此靠近，組成具有特定空間結構的區域，能與底定空間結構的區域，能與底物特異地結合并將底物轉化物特異地結合并將底物轉化為產物。對于結合酶來說，為產物。對于結合酶來說，輔酶或輔基參與酶活性中心輔酶或輔基參與酶活性中心的組成。的組成。第39頁/共178頁第三十九頁，共178頁。活性中心內的必需活性中心內的必需(bx)(bx)基團

28、基團結合基團結合基團binding group催化基團催化基團(catalytic group)催化底物轉變成產物催化底物轉變成產物 位于活性中心以外，維持酶活性中心應有位于活性中心以外，維持酶活性中心應有(yn yu)的空間構象所必需。的空間構象所必需。 活性中心外的必需活性中心外的必需(bx)(bx)基團基團常見：常見：His His 咪唑基；咪唑基；Ser Ser 羥基；羥基； Cys Cys 巰基；巰基；Glu Glu 羧基羧基第40頁/共178頁第四十頁，共178頁。與催化作用相關的結構特點(tdin)(1)活性中心：酶分子中直接和底物結合并起催化反應的空間局限（部位）。 第41頁/

29、共178頁第四十一頁，共178頁。第42頁/共178頁第四十二頁，共178頁。第43頁/共178頁第四十三頁，共178頁。第44頁/共178頁第四十四頁，共178頁。第45頁/共178頁第四十五頁，共178頁。底 物 活性中心以外的必需(bx)基團結合(jih)基團催化(cu hu)基團 活性中心 第46頁/共178頁第四十六頁，共178頁。AspHisSer胰凝乳(n活性中心重要(zhngyo)基團: His57 , Asp102 , Ser195第47頁/共178頁第四十七頁，共178頁。為Tyr 248為Arg 145為Glu 270為底物(d w)ZnZn羧肽酶活性中心示意圖第48頁/

30、共178頁第四十八頁，共178頁。四、 酶作用(zuyng)專一性機理 鎖鑰學說：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。 誘導契合學說：酶的活性中心在結構上具柔性(ru xn)，底物接近活性中心時，可誘導酶蛋白構象發生變化，這樣就使酶活性中心有關基團正確排列和定向，使之與底物成互補形狀有機的結合而催化反應進行。第49頁/共178頁第四十九頁，共178頁。酶專一性的“鎖鑰(suyu)學說”第50頁/共178頁第五十頁，共178頁。酶專一性的“誘導契合(qh)學說”第51頁/共178頁第五十一頁，共178頁。五、與酶的高效率有關(yugun)的主要因素 1、

31、鄰近(ln jn)與定向效應 第52頁/共178頁第五十二頁，共178頁。2、 誘導(yudo)契合與底物扭曲變形第53頁/共178頁第五十三頁，共178頁。3、酶分子(fnz)中可作為親核基團和酸堿催化的功能基團第54頁/共178頁第五十四頁，共178頁。胰凝乳蛋白酶分子中催化(cu hu)三聯體構象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的電荷中繼網B.加上底物后，從Ser轉移一個質子給His，帶正電荷的咪唑基通過帶負電荷的Asp靜電相互作用被穩定Ser195102AspHis57底物六、胰凝乳(nn r)蛋白酶的催

32、化機理第55頁/共178頁第五十五頁，共178頁。結合(jih)底物His57 質子(zhz)供體形成共價ES復合物C-N鍵斷裂底物第56頁/共178頁第五十六頁，共178頁。酰基產物(chnw)釋放四面體中間(zhngjin)物的瓦解水親核攻擊羧基產物釋放第57頁/共178頁第五十七頁，共178頁。第58頁/共178頁第五十八頁，共178頁。胰蛋白酶(y dn bi mi)、彈性蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的比較相同(xin tn)點：1、一級結構相似，40%同，特別是活性部位中195位Ser周圍的氨基酸順序，都是Gly-Asp-Ser-Gly-Pro2、X射線分析揭示出的三個酶的活性中心構象十分相

33、似。3、三個酶中都存在Asp102-His57-Ser195的催化三聯體組合結構，因而具有相同(xin tn)的催化機制。4、三個酶合成后分泌出來均為無活性前體形式，經單一肽鍵斷裂而被激活。第59頁/共178頁第五十九頁，共178頁。不同點：底物專一性完全不同。專一性的差異與活性中心底物結合部位的氨基酸序列特性有關。胰凝乳蛋白酶為一個較寬大的、疏水的“口袋”，主要由非極性氨基酸組成，“口袋”上部為兩個Gly，利于芳香族氨基酸進入；胰蛋白酶的“口袋”上部的構象與胰凝乳蛋白酶相似，但“口袋”底部的殘基Asp189，有利于帶正電的堿性(jin xn)氨基酸結合；彈性蛋白酶“口袋”上部為Val126和

34、Thr226，口袋較小，可防止大側鏈的氨基酸進入，而只是允許小的丙氨酸進入。第60頁/共178頁第六十頁，共178頁。七、溶菌酶的作用(zuyng)機制 溶菌酶催化作用中既有活性中心基團( j tun)的酸堿催化，也有底物敏感鍵的扭曲變形和微環境影響。第61頁/共178頁第六十一頁，共178頁。八、酶原和酶原的激活：酶原：沒有活性的酶的前體。酶原的激活：酶原在一定條件下經適當的物質(wzh)作用可轉變成有活性的酶。酶原轉變成酶的過程稱為酶原的激活。本質：酶原的激活實質上是酶活性部位形成或暴露的過程。第62頁/共178頁第六十二頁，共178頁。 酶原酶原(mi yun)激活的機理激活的機理酶酶

35、原原分子構象發生改變分子構象發生改變形成或形成或暴露出酶的活性中心暴露出酶的活性中心 一個或幾個特定的一個或幾個特定的肽鍵斷裂肽鍵斷裂，水解，水解掉一個或幾個短肽掉一個或幾個短肽在特定條件下在特定條件下第63頁/共178頁第六十三頁，共178頁。賴賴纈纈天天天天天天天天甘甘異異賴賴纈纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲第64頁/共178頁第六十四頁，共178頁。第65頁/共178頁第六十五頁，共178頁。 在組織細胞中，某些酶以酶原形式存在，具有重要的生物學意義： 一則可保護分泌酶原的組織不被水解破壞； 二則酶原激活是有機體調控酶活的一種形式。 酶原激活進一步說明(shumng)

36、了酶的功能是以酶的結構為基礎的。第66頁/共178頁第六十六頁，共178頁。第四節 影響酶促反應速度(fn yng s d)的因素 （酶促反應動力學）一、酶促反應速度的測定一、酶促反應速度的測定 測定單位測定單位(dnwi)(dnwi)時間內底物的消耗時間內底物的消耗量或產物的成量。量或產物的成量。二、影響酶反應速度的因素二、影響酶反應速度的因素斜率=P/ t = V（初速度）Pt第67頁/共178頁第六十七頁，共178頁。當S足夠過量，其它條件(tiojin)固定且無不利因素時，v=kE二、影響對酶反應速度(fn yng s d)的因素2、底物濃度3、pH （最適 pH的概念(ginin)）

37、4、 溫度 （最適溫度的概念(ginin)）5、激活劑6、抑制劑1、酶濃度第68頁/共178頁第六十八頁，共178頁。2、底物濃度對酶反應速度(fn yng s d)的影響1）、酶反應速度與底物濃度的關系曲線）、酶反應速度與底物濃度的關系曲線 （MichaelisMenten曲線）曲線）2）、米氏方程）、米氏方程(fngchng)的提出及推導的提出及推導3）、米氏常數的意義）、米氏常數的意義4）、米氏常數的測定）、米氏常數的測定第69頁/共178頁第六十九頁，共178頁。1）酶反應速度與底物濃度的關系(gun x)曲線第70頁/共178頁第七十頁，共178頁。2）單分子(fnz)酶促反應的米氏

38、方程及Km推導原則：從測定反應的初速度、酶被底物飽和的現象出發(chf)，按照 “穩態平 衡”假說的設想進行推導。1kSE 1kES2kEP SKSVvmmax121kkkKm米氏方程(fngchng):米氏常數:第71頁/共178頁第七十一頁，共178頁。米氏方程(fngchng)的推導 121kkkESSESSEt令：Kmkkk121將（4）代入（3），則： SKSVvmmax1kES 1kES2kEP ESEt SESES生成速度： SESEkvt11，ES分解速度：ESkESkv212即： ESkESkSESEkt211則： SSESESKmtE(1)經整理得： SKSEmtES由于酶

39、促反應速度由ES決定，即ESkv22kvES，所以(2)將（2）代入（1）得： SKSEkvmt2 SKSEkmt2v(3)當酶反應體系處于恒態時：21vv 當Et=ES時，mVv tmEkV2(4)所以 第72頁/共178頁第七十二頁，共178頁。3）米氏常數(chngsh)的意義當v=Vmax/2時，Km=S（ Km的單位為濃度單位: mol/L ）米氏常數是反應速度為最大值的一半時的底物濃度。 *是酶在一定條件下的特征(tzhng)物理常數，通過測定Km的數值，可鑒別酶。* 當k-1 k2 可近似表示酶和底物親合力，Km愈小，E對S的親合力愈大，Km愈大，E對S的親合力愈小。*在已知Km

40、的情況下，應用米氏方程可計算任意s時的v，或任何v下的s。（用Km的倍數表示） 練習題：已知某酶的Km值為0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反應速度達到最大反應速度的80時底物的濃度應為多少？ 第73頁/共178頁第七十三頁，共178頁。4） 米氏常數(chngsh)的測定基本原則： 將米氏方程變化成相當于y=ax+b的直線(zhxin)方程，再用作圖法求出Km。 例：雙倒數作圖法（Lineweaver-Burk法） 米氏方程的雙倒數形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 第74頁/共178頁第七十四頁，共178頁。酶動力學的雙倒數(do sh)圖線 1 K

41、mKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 第75頁/共178頁第七十五頁，共178頁。3、pH對酶反應速度(fn yng s d)的影響 酶的最適PH不是固定的常數，其數值受酶的純度、底物的種類和濃度、緩沖液的種類和濃度等的影響。因此酶的最適PH只在一定條件下才有意義。 過酸過堿導致酶蛋白變性(binxng) 影響底物分子解離狀態 影響酶分子解離狀態 影響酶的活性中心構象pH最適 pHv第76頁/共178頁第七十六頁，共178頁。4、溫度與酶反應速度(fn yng s d)的關系 在達到最適溫度以前，反應速度隨溫度升高而加快 酶是蛋白質，其變性速度亦隨溫度上升(shngshng)

42、而加快 酶的最適溫度不是一個固定不變的常數v溫度第77頁/共178頁第七十七頁，共178頁。5、激活劑對酶作用(zuyng)的影響類別 金屬(jnsh)離子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+ 陰離子： Cl-、Br- 有機分子 還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金屬(jnsh)螯合劑：EDTA凡是能提高(t go)酶活性的物質，稱為酶的激活劑（activator）第78頁/共178頁第七十八頁，共178頁。 有些物質能與酶分子上某些(mu xi)必須基團結合（作用),使酶的活性中心的化學性質發生改變，導致酶活力下降或喪失，這種物質稱為

43、酶的抑制劑。 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的作用稱為酶的抑制作用（inhibitor)。 酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結構上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態相似。b.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩定的復合體或結合物。6、抑制劑對酶作用(zuyng)的影響第79頁/共178頁第七十九頁，共178頁。 抑制作用的類型(lixng)不可逆性抑制(yzh) (irreversible inhibition)可逆性抑制(yzh) (reversible inhibition)：競爭性抑制競爭性抑制 (competitive inhibition)非競爭性抑

44、制非競爭性抑制 (non-competitive inhibition)反競爭性抑制反競爭性抑制 (uncompetitive inhibition) 區別于酶的變性區別于酶的變性 抑制劑對酶有一定選擇性抑制劑對酶有一定選擇性 引起變性的因素對酶沒有選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性第80頁/共178頁第八十頁，共178頁。(1) 不可逆性抑制作用* * 概念概念抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結合，抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結合，使酶失活。使酶失活。 * * 舉例舉例有機磷化合物有機磷化合物 羥基酶羥基酶解毒解毒(ji d) - - - (ji d) - - - 解

45、磷定解磷定(PAM)(PAM)重金屬離子及砷化合物重金屬離子及砷化合物 巰基酶巰基酶解毒解毒(ji d) - - - (ji d) - - - 二巰基丙醇二巰基丙醇(BAL) (BAL) 第81頁/共178頁第八十一頁，共178頁。非專一性不可逆抑制劑 抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些基團中包含了必需基團，因而(yn r)引起酶失活。類型：第82頁/共178頁第八十二頁，共178頁。ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAsCHCHClROROPOX+HOEROROPOOE+HXClAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCH

46、Cl+2HCl有機磷化合物有機磷化合物路易士氣路易士氣(shq)失活的酶失活的酶羥基羥基(qingj)酶酶失活的酶失活的酶酸酸巰基酶巰基酶失活的酶失活的酶酸酸BAL(巰基酶巰基酶BAL與砷劑結合物與砷劑結合物第83頁/共178頁第八十三頁，共178頁。專一性不可逆抑制劑 這類抑制劑選擇性很強，它只能(zh nn)專一性地與酶活性中心的某些基團不可逆結合，引起酶的活性喪失。 實例：有機磷殺蟲劑-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX第84頁/共178頁第八十四頁，共178頁。（二） 可逆性抑制作用* * 概念概念抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶- -底

47、物復合物可逆底物復合物可逆性結合，使酶的活性降低或喪失性結合，使酶的活性降低或喪失(sngsh)(sngsh)；抑制；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。劑可用透析、超濾等方法除去。競爭性抑制競爭性抑制(yzh)(yzh)非競爭性抑制非競爭性抑制(yzh)(yzh)反競爭性抑制反競爭性抑制(yzh) (yzh) 第85頁/共178頁第八十五頁，共178頁。. 競爭性抑制作用+反應反應(fnyng)(fnyng)模模式式定義定義抑制劑與底物的結構相似抑制劑與底物的結構相似(xin s)(xin s)，能與底物競爭，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復合物的形成，使酶的活性中心，從而阻礙酶底物復

48、合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。 竟爭性抑制通常可以通過增大底物濃度，即提高底竟爭性抑制通常可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。物的競爭能力來消除。第86頁/共178頁第八十六頁，共178頁。第87頁/共178頁第八十七頁，共178頁。第88頁/共178頁第八十八頁，共178頁。l競爭性抑制作用的速度競爭性抑制作用的速度(sd)方程：方程：iKI111m(1)VVKSVmaxmax第89頁/共178頁第八十九頁，共178頁。 * * 特點特點(tdin)(tdin)b)b) 抑制程度抑制程度(chngd)(

49、chngd)取決于抑制劑與酶的相對親取決于抑制劑與酶的相對親和力及底物濃度；和力及底物濃度；a) I與與S結構結構(jigu)類似，競爭酶的活性中心；類似，競爭酶的活性中心；c) 動力學特點：動力學特點：Vmax不變不變，表觀，表觀Km增大增大。 第90頁/共178頁第九十頁，共178頁。* * 舉例舉例(j l)(j l) 丙二酸與琥珀酸競爭丙二酸與琥珀酸競爭(jngzhng)(jngzhng)琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸第91頁/共178頁第九十一頁，共

50、178頁。第92頁/共178頁第九十二頁，共178頁。第93頁/共178頁第九十三頁，共178頁。 磺胺類藥物磺胺類藥物(yow)(yow)的抑菌機制的抑菌機制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶二氫蝶呤啶 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氫葉酸二氫葉酸合成酶合成酶二氫葉酸二氫葉酸COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 類類 藥藥 物物第94頁/共178頁第九十四頁，共178頁。2 非競爭性抑制：酶可同時與底物及抑制劑結合，引起酶分子構象變化，并導至酶活性下降。由于這類物質并不是(b shi)與底物競爭與活性中心的結合，所以稱為非競爭性

51、抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調控部位中的-SH基團作用，改變酶的空間構象，引起非競爭性抑制。非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除。第95頁/共178頁第九十五頁，共178頁。* * 反應反應(fnyng)(fnyng)模式模式第96頁/共178頁第九十六頁，共178頁。第97頁/共178頁第九十七頁，共178頁。l 非競爭性抑制作用的速度(sd)方程：第98頁/共178頁第九十八頁，共178頁。l非競爭性抑制作用的LineweaverBurk圖 ：第99頁/共178頁第九十九頁，共178頁。* * 特點特點(tdin)(tdin)

52、a) a) 抑制劑與酶活性中心外的必需基團抑制劑與酶活性中心外的必需基團(j tun)(j tun)結合，底物與抑制劑之間無競爭關系；結合，底物與抑制劑之間無競爭關系；b)b) 抑制程度抑制程度(chngd)(chngd)取決于抑制劑的濃度；取決于抑制劑的濃度；c) 動力學特點：動力學特點：Vmax降低降低，表觀，表觀Km不變不變。 第100頁/共178頁第一百頁，共178頁。. 反競爭性抑制反競爭性抑制(yzh)* * 反應反應(fnyng)(fnyng)模式模式 抑制劑僅與酶和底物(d w)形成的中間產物結合，使ES的量下降。第101頁/共178頁第一百零一頁，共178頁。反競爭性抑制(y

53、zh)曲線第102頁/共178頁第一百零二頁，共178頁。* * 特點特點(tdin)(tdin)：a) a) 抑制劑只與酶底物抑制劑只與酶底物(d w)(d w)復合物結合；復合物結合；b)b) 抑制抑制(yzh)(yzh)程度取決與抑制程度取決與抑制(yzh)(yzh)劑的濃度及底物劑的濃度及底物的濃度；的濃度；c) 動力學特點：動力學特點：Vmax降低降低，表觀，表觀Km降低降低。 第103頁/共178頁第一百零三頁，共178頁。各種( zhn)( zhn)可逆性抑制作用的比較 動力學參數動力學參數表觀表觀Km Km增大增大不變不變減小減小最大速度最大速度Vmax不變不變降低降低降低降低

54、林林-貝氏作圖貝氏作圖斜率斜率Km/Vmax增大增大增大增大不變不變縱軸截距縱軸截距1/Vmax不變不變增大增大增大增大橫軸截距橫軸截距-1/Km增大增大不變不變減小減小與與I結合的組分結合的組分EE、ESES作用特征作用特征無抑制劑無抑制劑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反競爭性抑制第104頁/共178頁第一百零四頁，共178頁。第五節第五節 酶的活性調節酶的活性調節(tioji)(tioji)一、 別構酶及酶的別構（變構）效應(xioyng)二、 酶的多種分子(fnz)形式 同工酶（isoenzyme）第105頁/共178頁第一百零五頁，共178頁。一、酶的別構（變

55、構）效應(xioyng)概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，還存在被稱為調節位點（或變構位點）的調節物特異(ty)結合位點，調節物結合到調節位點上引起酶的構象發生變化，導致酶的活性提高或下降，這種現象稱為別構效應（allosteric effect）,具有上述特點的酶稱別構酶（allosteric enzyme）。 變 構 激 活劑變構效應劑 (allosteric effector) 變構抑制劑第106頁/共178頁第一百零六頁，共178頁。別構酶別構酶(Allosteric enzyme)(Allosteric enzyme)的特點：的特點：一般是寡聚酶，由多亞基組成，包括催化部位和調

56、節（別構）部位；一般是寡聚酶，由多亞基組成，包括催化部位和調節（別構）部位；具有別構效應。指酶和一個配體（底物具有別構效應。指酶和一個配體（底物(d w)(d w)，調節物）結合后可以影響酶和另，調節物）結合后可以影響酶和另一個配體（底物一個配體（底物(d w)(d w)）的結合能力。）的結合能力。動力學特點：不符合米曼方程雙曲線。第107頁/共178頁第一百零七頁，共178頁。酶的別構（變構）效應(xioyng)示意圖效應劑別構中心活性中心第108頁/共178頁第一百零八頁，共178頁。a-非調節酶b-正協同別構酶 的S形曲線 別構酶的動力學曲線(qxin)第109頁/共178頁第一百零九頁

57、，共178頁。p別構酶舉例別構酶舉例(j l)：天冬氨酸轉氨甲酰酶，簡稱：天冬氨酸轉氨甲酰酶，簡稱ATCase 綜上所述，對于ATcase來說底物、CTP、ATP都是它的別構效應劑，可以通過別構效應影響酶的催化活性，從而有效地調節體內嘧啶核苷酸的生物(shngw)合成。第110頁/共178頁第一百一十頁，共178頁。ATCase的結構及其催化(cu hu)鏈的別構過度作用無催化活性構象無催化活性構象(T-型型)CCCCC C T T T T T T有催化活性構象有催化活性構象(R-型型) CC CCC CR R R R R RATP（正效應劑）CTP（負效應劑）第111頁/共178頁第一百一十

58、一頁，共178頁。別構酶的序變模型(mxng)SS SS SSSSSSSSSS亞基全部處于R型亞基全部處于T型依次序變化別構酶活性調節(tioji)機理：序變模型和齊變模型第112頁/共178頁第一百一十二頁，共178頁。別構酶的齊變模型(mxng)S SSSS SSS SST狀態（對稱亞基）T狀態（對稱亞基）SSSS對稱亞基對稱亞基齊步變化第113頁/共178頁第一百一十三頁，共178頁。二、酶的多種分子(fnz)形式同工酶 概念：存在于同一種屬或不同種屬，同一個體的不同組織或同一組織、同一細胞(xbo)，具有不同分子形式但卻能催化相同的化學反應的一組酶，稱之為同工酶（isoenzyme）

59、類別：原級同工酶；次級同工酶 實例：乳酸脫氫酶 研究意義：作為遺傳的標志；作為臨床診斷指標；研究某些代謝調節機制第114頁/共178頁第一百一十四頁，共178頁。乳酸(r sun)脫氫酶同工酶形成示意圖多肽(du ti)亞基mRNA四聚體結構(jigu)基因a b乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+H4MH3M2H2M3HM4點樣線第115頁/共178頁第一百一十五頁，共178頁。不同(b tn)組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 腎腎 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原點原點第116頁/共178頁第一百一十六頁，

60、共178頁。* *生理及臨床意義生理及臨床意義在代謝調節上起著重要在代謝調節上起著重要的作用；的作用；用于解釋發育過程中階用于解釋發育過程中階段特有的代謝特征；段特有的代謝特征；同工酶譜的改變有助于同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷對疾病的診斷(zhndun)(zhndun)；同工酶可以作為遺傳標同工酶可以作為遺傳標志，用于遺傳分析研志，用于遺傳分析研究。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117頁/共178頁第一百一十七頁，共178頁。三、 酶