第7章生物催化劑—酶ppt課件

1、羧肽酶本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容4 酶的一般概念4 酶的組成與維生素4 酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系4 酶的催化機(jī)理4 酶反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)4 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。絕大部分酶是蛋白質(zhì)，還有一些酶是生物催化劑。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)都是由酶enzyme催化的。 酶對(duì)于動(dòng)物機(jī)體的生理活動(dòng)有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實(shí)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

2、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 反響：葡萄糖反響：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?；D(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(huì)年酶學(xué)委員會(huì)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

3、 1.4 酶活性酶活性(enzyme activity)(enzyme activity)酶活性的表示方法：酶活性的表示方法： 酶活性指的是酶的催化能力，酶活性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(shí)間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。時(shí)間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。 V= dP / dt = - dS / dt 測(cè)定方法：測(cè)定方法： 吸光度測(cè)定、氣體分析、電化學(xué)分析等。吸光度測(cè)定、氣體分析、電化學(xué)分析等。酶活性的計(jì)量：酶活性的計(jì)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

4、要的酶量為需要的酶量為1個(gè)酶活國(guó)際單位個(gè)酶活國(guó)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，反應(yīng)速度會(huì)變慢，這是由于產(chǎn)物的反饋?zhàn)饔谩⒚傅臒嶙冃曰蚋狈磻?yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲線上通?？梢钥匆娨欢涡甭什蛔兊牟糠?，這就是初速度。 在酶的動(dòng)力學(xué)研究中，一般使用初速度的V0概念。高效性

5、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108 -1020倍。倍。比其他催化反應(yīng)高比其他催化反應(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(duì)底物的選擇性或特異性。一種酶只催化一種或一類底物即對(duì)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。轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的產(chǎn)物。1.5 酶的特點(diǎn)酶的特點(diǎn)F 絕對(duì)專一性絕對(duì)專一性F 一種酶只催化一

6、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。F 例如，脲酶只催化尿素水解成例如，脲酶只催化尿素水解成CO2 CO2 和和NH3NH3。F 相對(duì)專一性相對(duì)專一性F 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。F 例如，不同的蛋白水解酶對(duì)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(duì)于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有 不同的要求。不同的要求。F 立體專一性立體專一性F 指酶對(duì)其所催化底物的立體構(gòu)型有特定的要求。指酶對(duì)其所催化底物的立體構(gòu)型有特定的要求。F 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-L-乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，延胡索乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔?/p>

7、延胡索酸只作用于反式的延胡索酸反丁烯二酸）。立體專一性保證了反酸只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)的定向進(jìn)行。應(yīng)的定向進(jìn)行。 R1: Lys, ArgR2: 不是不是ProR3: Tyr, Trp, PheR4: 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

8、) 化學(xué)修飾化學(xué)修飾(chemical modification ) 多酶復(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：少數(shù)，例如：溶菌酶催化水解細(xì)菌多糖細(xì)單純酶：少數(shù)，例如：溶菌酶催化水解細(xì)菌多糖細(xì)胞壁）胞壁） 結(jié)合酶：大多數(shù)結(jié)合酶：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

9、的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì) 酶蛋白的作用：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。酶蛋白的作用：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。 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，決定了酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。有十幾種催化反應(yīng)的性質(zhì)。有十幾種. 輔酶與輔基的異同點(diǎn)輔酶與輔基的異同點(diǎn): 它們都是耐熱的有機(jī)小分子，結(jié)構(gòu)上常與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(jià)相連。去，而輔基通常與酶蛋白共價(jià)相連。 金屬離子的作

10、用：它們是酶和底物聯(lián)系的金屬離子的作用：它們是酶和底物聯(lián)系的“橋梁橋梁”；穩(wěn)定酶蛋白的；穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu)象；酶的構(gòu)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-磷酸脫氫酶輔磷酸脫氫酶輔酶酶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(dòng)物和人

11、類生理活動(dòng)所必需的，從食物中獲得是動(dòng)物和人類生理活動(dòng)所必需的，從食物中獲得的一類有機(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，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(dòng)。大多數(shù)以輔酶、輔基的形式參與調(diào)節(jié)代謝活動(dòng)。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、輔

12、基的關(guān)系維生素與輔酶、輔基的關(guān)系B族維生素及其輔酶、輔基形式族維生素及其輔酶、輔基形式B B族維生素族維生素輔酶、輔基形式輔酶、輔基形式 在酶催化反應(yīng)中的作用在酶催化反應(yīng)中的作用硫胺素硫胺素(B(B1 1) )硫胺素焦磷酸酯硫胺素焦磷酸酯(TPP)(TPP)-酮酸的氧化脫羧酮酸的氧化脫羧核黃素核黃素(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)移尼克酰胺或稱尼克酰胺或稱煙酰胺煙酰胺(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

13、腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP(NADP+ +) )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( (吡哆醛、吡哆醛、吡哆胺，吡哆胺， 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)?；D(zhuǎn)移?；D(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(B1212) )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)門PP，焦磷酸硫，焦磷酸硫胺素。它是酮酸胺素。它是酮酸

14、脫氫酶的輔酶。脫氫酶的輔酶。以以VB2，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黃素單核苷酸和黃素單核苷酸和FAD黃素黃素 腺嘌呤腺嘌呤二核苷酸。作用是傳遞氫和電子。二核苷酸。作用是傳遞氫和電子。H2NN+SCH3NCH3NPOOOHHOOPOHO硫胺素焦磷酸硫胺素TPPH8796N10N5RNH142OHN3ON10OHOHNOHN5OOHNONNNNNH2OOHOHOPOOO-POO-FMNFADH2e-+2H+2e-+2H+ 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氧化，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化/復(fù)原）復(fù)原）NADP+/NADP

15、H，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/復(fù)原）。煙酰胺衍生物復(fù)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。 NNNNH2NOOOHO P OOHOP OOHOOOH OHNNH2OPOHOHONAD+NADP+NNH2ORHH2e-+H+2e-+H+泛酸維生素泛酸維生素B3） 是是CoA（輔酶（輔酶A ）的組成成分。）的組成成分。CoA是脂?；妮d體。是脂?；妮d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。磷酸吡哆醛是氨。磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。 NO

16、OHPOOHONOOHPOOHOH2N磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺ONNNNH2NOOPOHOOOPOOHOHOHNHNOSHOHOOHPHOO巰基乙胺泛酸3-磷酸腺苷酸葉酸，其還原衍生物四氫葉酸葉酸，其還原衍生物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?；取?生物素，維生素生物素，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 。 OHNHOHNSOOHNHONSOOHO生物素羧基生物素OHOHNOHN1096N54OHN32H2NN1N87OHO

17、2-氨基-4羥基-6甲基蝶呤 對(duì)氨基苯甲酸 谷氨酸蝶酸葉酸（蝶酰谷氨酸）硫辛酸，含硫脂肪酸，其巰基硫辛酸，含硫脂肪酸，其巰基有氧化和還原兩種形式，既可有氧化和還原兩種形式，既可以傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移以傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移脂酰基。脂?；?。 維生素維生素B12中心鈷原子結(jié)合中心鈷原子結(jié)合5-脫氧腺苷基稱輔酶脫氧腺苷基稱輔酶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。 NNNNH2NONH2ONH2NH2OOOCoOHH2NONHORPOO-OONNHOHHNH2HHOH氰鈷胺酸：R= -CN羥鈷胺酸：R= -OH甲鈷胺酸：R= -CH35-脫氧腺苷鈷胺酸：R=5-脫氧

18、腺苷3+單體酶單體酶 只有三級(jí)結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如只有三級(jí)結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如129個(gè)氨基酸的個(gè)氨基酸的 溶菌酶，分溶菌酶，分子量子量14600。寡聚酶寡聚酶 含含2-60 個(gè)亞基，有復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)。個(gè)亞基，有復(fù)雜的高級(jí)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。 例如，乳酸脫氫酶。例如，乳酸脫氫酶。多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體 由多個(gè)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(gè)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(gè)階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進(jìn)行。個(gè)階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進(jìn)行。 例如，由三個(gè)酶組成

19、的丙酮酸脫氫酶系。例如，由三個(gè)酶組成的丙酮酸脫氫酶系。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） 與酶的催化活性有關(guān)的基團(tuán)稱為必需基團(tuán)與酶的催化活性有關(guān)的基團(tuán)稱為必需基團(tuán) 活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán) 必需基團(tuán)必需基團(tuán) 活性中心外的必需基團(tuán)活性中心外的必需基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán)與底物結(jié)合，決定專一性）結(jié)合基團(tuán)與底物結(jié)合，決定專一性） 活性中心活性中心 催化基團(tuán)影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性催化基團(tuán)影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性,決定催化決定催化能力）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(gè)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)

20、成的一個(gè)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)所需的能量稱為活化能。的。分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能量稱為活化能。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，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。加快化學(xué)反應(yīng)的速度。 一個(gè)可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，其反應(yīng)終態(tài)和始態(tài)的自由一個(gè)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（能的變化（G ）為負(fù)值。這個(gè)自由能的變化值與反應(yīng)）為負(fù)值。這個(gè)自由能的變化值與反應(yīng)中是否存在催化劑無關(guān)。中是否存在催化劑無關(guān)。4. 酶的催化機(jī)理酶的催化機(jī)

21、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(shí)所需的能量分子活化時(shí)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)定的過渡態(tài)中間酶介入了反應(yīng)過程。通過形成不穩(wěn)定的過渡態(tài)中間復(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，而兩步反應(yīng)都只需較少的能量活化反應(yīng)都只需較少的能量活化

22、, ,從而使整個(gè)反應(yīng)的活化能從而使整個(gè)反應(yīng)的活化能降低。形成過渡態(tài)中間復(fù)合物是關(guān)鍵。降低。形成過渡態(tài)中間復(fù)合物是關(guān)鍵。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(shí)，一者相互作用時(shí)，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 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)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會(huì)和有效碰撞。鄰近與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機(jī)會(huì)和有效碰撞。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。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。酸堿催

23、化：活性中心的一些基團(tuán)，如酸堿催化：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(jià)催化：酶與底物形成過渡性的共價(jià)中間體，限制底物的活動(dòng)，使共價(jià)催化：酶與底物形成過渡性的共價(jià)中間體，限制底物的活動(dòng)，使反應(yīng)易于進(jìn)行。反應(yīng)易于進(jìn)行。疏水效應(yīng)：活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦⑴懦?，有利于酶與疏水效應(yīng)：活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦⑴懦?，有利于酶與底物的接觸。底物的接觸。4.4 催化機(jī)理催化機(jī)理 影響酶促反應(yīng)速度的因素與影響酶促反應(yīng)速度的因素與酶作為生物催化劑的特點(diǎn)密切有關(guān)。酶作為生物催化劑的特點(diǎn)密切有關(guān)。這些因素有：溫度、酸堿性、

24、底物這些因素有：溫度、酸堿性、底物substrate濃度、酶濃度、激活濃度、酶濃度、激活劑劑activators和抑制劑和抑制劑inhibitors等。等。 5.5.酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)及其影響因素酶促反應(yīng)的動(dòng)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。在較低溫度條件下，酶促反應(yīng)也遵循這加快。在較低溫度條件下，酶促反應(yīng)也遵循這個(gè)規(guī)律。但是，溫度超過一定數(shù)值時(shí)，酶會(huì)因個(gè)規(guī)律。但是，溫度超過一定數(shù)值時(shí)，酶會(huì)因熱變性，導(dǎo)致催化活性下降。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）：使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)的溫度

25、。達(dá)到最大時(shí)的溫度。 最適溫度因不同的酶而異，動(dòng)物體內(nèi)的酶的最適最適溫度因不同的酶而異，動(dòng)物體內(nèi)的酶的最適溫度在溫度在37 0C -40 0C左右。有的溫泉微生物的左右。有的溫泉微生物的酶非常耐熱，也有的酶在較低的溫度下活性反酶非常耐熱，也有的酶在較低的溫度下活性反而高。而高。5.1 溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響溫度對(duì)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pH值對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響值對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適最適pHoptimum pH）：）： 使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)溶液的使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大時(shí)溶液的pH。酶的最適酶的最適pH與酶的性質(zhì)、底物和緩沖

26、體系與酶的性質(zhì)、底物和緩沖體系有關(guān)。有關(guān)。在最適在最適pH時(shí)，酶和底物之間時(shí)，酶和底物之間有最好的結(jié)合狀態(tài)。有最好的結(jié)合狀態(tài)。 在其他條件確定時(shí)，在其他條件確定時(shí)，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(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響5.4 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 在其他條件確定的情況下，在低底物濃度時(shí)，反在其他條件確定的情況下，在低底物濃度時(shí)，反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜飸?yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，濃度較高時(shí)，v v也隨著也

27、隨著SS的增加而升高，但變得緩慢，的增加而升高，但變得緩慢，表現(xiàn)為混合級(jí)反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到足夠大時(shí)，反應(yīng)表現(xiàn)為混合級(jí)反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到足夠大時(shí)，反應(yīng)速度也達(dá)到最大值速度也達(dá)到最大值VmaxVmax），此時(shí)再增加底物濃度，），此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。 反應(yīng)速度對(duì)于底物濃度的變化呈雙曲線，稱為米反應(yīng)速度對(duì)于底物濃度的變化呈雙曲線，稱為米氏雙曲線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為米氏方程氏雙曲線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為米氏方程. .米氏雙曲線米氏雙曲線 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.

28、pH、溫度和酶的濃度固定，變化的是底、溫度和酶的濃度固定，變化的是底物濃度物濃度 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)體系處在穩(wěn)態(tài)反應(yīng)體系處在穩(wěn)態(tài)stable state） E + S ES E + Pk+1k-1k+2 根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，ES 中間復(fù)合物的生成中間復(fù)合物的生成速度與其分解速度相等，并有以下關(guān)系式：速度與其分解速度相等，并有以下關(guān)系式： V1=V-1+V+2 (1) k+1 E S = k-1 ES + k+2 ES = ES （k-1 + k+2 ） E S = ES （k-1 + k+2 ）/ k+

29、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(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度當(dāng)當(dāng)Sm時(shí)，時(shí)，vm，

30、呈零級(jí)反應(yīng)，呈零級(jí)反應(yīng) 米氏雙曲線由米氏方程可知，米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度由米氏方程可知，米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度,即當(dāng)即當(dāng)v = 1/2Vm時(shí)，時(shí)，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(shí)，此時(shí)，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。當(dāng)當(dāng)m越小時(shí)，說明和的親和力越大，復(fù)合物越穩(wěn)定，也越有越小時(shí)，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(duì)于酶是特征性的。每

31、一種酶對(duì)于它的一種底物只有一個(gè)對(duì)于酶是特征性的。每一種酶對(duì)于它的一種底物只有一個(gè)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-4-202468100.00.20.40.60.81.01/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(duì)酶促反應(yīng)速度的影響抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 酶的抑制劑inhibitor）:凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。 酶抑制作用分為可逆抑制作用和不可逆抑制作用酶抑制作用分為可逆抑制作用和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

32、作用reversible inhibition） 抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過透析、超濾等物性暫時(shí)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。理方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為競(jìng)爭(zhēng)性根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制和混合抑制抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制和混合抑制等。等。1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制competitive inhibitor）競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是Vm

33、ax不變，而不變，而Km增大增大 在可逆的競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，在可逆的競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，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(jìng)爭(zhēng)結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心。酶的活性中心。在可逆的競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，抑制劑通常是酶的天然在可逆的競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，抑制劑通常是酶的天然底物結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心。底物結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心。磺胺類藥物與細(xì)菌二氫葉酸合成酶的底物之一對(duì)磺胺類藥物與細(xì)菌二氫葉酸合成酶的底物之一對(duì)氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)相似，與其競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)相似，與其競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而達(dá)到抑菌的作用。從而達(dá)到抑菌的作用。COOHH2NSO

34、2NHRH2N對(duì)氨基苯甲酸磺胺類藥物對(duì)氨基苯甲酸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(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與酶的活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合，構(gòu)成非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與酶的活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合，構(gòu)成 EI 或或ESI復(fù)合物，結(jié)果不能進(jìn)一步形成產(chǎn)物復(fù)合物，結(jié)果不能進(jìn)一步形成產(chǎn)物P，于是使酶反應(yīng)受到抑，于是使酶反應(yīng)受到抑制，這種作用不能通過增加底物濃度的方法來消除。制，這種作用不能通過增加底物濃度的方法來消除。 在可逆的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中： 抑制劑結(jié)合在活性中心以外； 抑制劑的結(jié)合阻斷了反應(yīng)的發(fā)生。 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是Vmax變小，而變小，而

35、Km不不變。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(jià)形式結(jié)合，抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)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)。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(jià)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(jià)結(jié)合后失活，使興奮性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿不能及時(shí)清除降解，而是過量地積累引起中毒。性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿不能及時(shí)清除降解，而是過量地積累引起中毒。PXROROO+E-OHPOROROOEHXP

36、OROROOE+NCH3CHNOHE-OHNCH3CHNO+POOROR+有機(jī)磷化合物羥基酶磷酰化酶(失活)解磷定磷?；?失活)金屬離子金屬離子如如Mg+ 對(duì)磷?；D(zhuǎn)移酶，對(duì)磷?；D(zhuǎn)移酶，Cu+對(duì)一些對(duì)一些氧化酶，氧化酶，Cl-對(duì)淀粉酶有激活作用。對(duì)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(duì)巰基，谷胱甘肽，巰基乙醇等對(duì)巰基酶有激活作用。酶有激活作用。5.5 激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響終產(chǎn)物終產(chǎn)物 P 對(duì)途對(duì)途徑開頭和分支徑開頭和分支點(diǎn)上的關(guān)鍵酶點(diǎn)上的關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)?；钚缘恼{(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.