生物化學ppt 酶化學

生物化學ppt酶化學第1頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一本章要求⒈掌握酶的概念、酶的命名分類及催化作用的特點。⒉了解幾種重要輔酶的結(jié)構(gòu)與功能。⒊了解酶促反應(yīng)動力學。⒋掌握各因素對酶促反應(yīng)速度的影響。⒌掌握酶活性中心的測定方法、酶的催化機制。⒍了解酶與化學相關(guān)學科的關(guān)系第2頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一酶的發(fā)現(xiàn)

1773年，意大利科學家斯帕蘭扎尼（L.Spallanzani,1729-1799）設(shè)計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠中，然后讓鷹吞下去。過一段時間他將小籠取出，發(fā)現(xiàn)肉塊消失了。于是，他推斷胃液中一定含有消化肉塊的物質(zhì)。但是什么，他不清楚。

1836年，德國科學家施旺（T.Schwann,1810-1882）從胃液中提取出了消化蛋白質(zhì)的物質(zhì)。解開胃的消化之謎。

1926年，美國科學家薩姆鈉（J.B.Sumner,1887-1955）從刀豆種子中提取出脲酶的結(jié)晶，并通過化學實驗證實脲酶是一種蛋白質(zhì)。

20世紀30年代，科學家們相繼提取出多種酶的蛋白質(zhì)結(jié)晶，并指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質(zhì)。

20世紀80年代，美國科學家切赫（T.R.Cech,1947-）和奧特曼（S.Altman,1939-）發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用。

第3頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.1酶——生物催化劑酶是生物催化劑，是一類具有催化活性和特定空間構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸（RNA,Ribozyme）。酶是維持生命體內(nèi)正常的生理活動和新陳代謝的基本條件。酶催化的生物化學反應(yīng)——酶促反應(yīng)。酶能穩(wěn)定底物的過渡態(tài)，降低反應(yīng)的活化能，加速反應(yīng)的進行。底物:在酶的催化下發(fā)生化學反應(yīng)的物質(zhì)4.1.1酶的概念第4頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.1.2酶的命名及分類(1)習慣命名法:根據(jù)其催化底物來命名；如催化水解淀粉的酶——淀粉酶；催化水解蛋白質(zhì)的酶——蛋白酶；根據(jù)所催化反應(yīng)的性質(zhì)來命名；谷氨酸——丙氨酸：谷丙轉(zhuǎn)氨酶；結(jié)合上述兩個原則來命名，有時在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來源或其它特點。1.酶的命名第5頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一個酶字。例如：習慣名稱:谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酶催化的反應(yīng):谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸第6頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)國際系統(tǒng)命名法例如：習慣名稱:乳酸脫氫酶系統(tǒng)名稱:乳酸:NAD+氧化還原酶

催化的反應(yīng)乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+

繁瑣

第7頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一A.根據(jù)酶蛋白結(jié)構(gòu)特點分類單體酶：由一條或多條共價相連的肽鏈組成的酶分子。一般為水解酶。寡聚酶：由兩條或多條肽鏈組成的酶分子。為大多數(shù)酶。多酶復(fù)合體：由多種酶彼此鑲嵌成的復(fù)合體,它們相互配合依次進行，催化連續(xù)的一系列相關(guān)反應(yīng)。如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體。多功能酶：一條多肽鏈上含有兩種或兩種以上催化活性的酶，往往是基因融合的產(chǎn)物。如脂肪酸合成酶。2.酶的分類第8頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一B.據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：第9頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一氧化-還原酶:催化氧化-還原反應(yīng)。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸脫氫酶(Lactatase)催化乳酸的脫氫反應(yīng)。第10頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)移酶:

催化基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。第11頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一裂合酶:

催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，

延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。第12頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一異構(gòu)酶：催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團或原子的重排過程。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。第13頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一合成酶，又稱為連接酶：能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)在熱力學上都是非自發(fā)進行的反應(yīng)，必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-HA-B+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。

第14頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一核酸酶：唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應(yīng)。第15頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.1.3酶催化作用的特性

酶是自然界催化活性最高的一類催化劑?？墒狗磻?yīng)速率提高106~1012倍，比普通催化劑效能至少高幾倍以上。例如：過氧化氫分解

2H2O22H2O+O2

用Fe（Ⅲ）催化，效率為6×10-4

mol/mol·S，用過氧化氫酶催化，效率為6×106

mol/mol·S。用-淀粉酶催化淀粉水解，1克結(jié)晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。1.高效性第16頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一（1）反應(yīng)專一性：酶一般只能選擇性地催化一種或一類相同類型的化學反應(yīng)，且無副產(chǎn)物生成。

如蛋白質(zhì)水解酶只能選擇水解蛋白質(zhì)或肽中特定的肽鍵。2.選擇性第17頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一（2）底物專一性一種酶只能作用于某一種或某一類結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似的物質(zhì)。據(jù)酶對底物專一性的程度和類型，可分為：①結(jié)構(gòu)專一性:有些酶對底物的要求非常嚴格，只作用于一種特定的底物——絕對專一性；有些酶的作用對象是一類化合物或一類化學鍵——相對專一性。

第18頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一（2）底物專一性②手性專一性：酶能專一地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反應(yīng)。如胰蛋白酶只能水解L-氨基酸形成的肽鍵；而不影響D-氨基酸形成的肽鍵淀粉酶只能選擇性地水解D-葡萄糖形成的1,4-糖苷鍵，而不影響L-葡萄糖形成的1,4-糖苷鍵。第19頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一（2）底物專一性③幾何專一性：有些酶只能選擇性地催化某種幾何異構(gòu)底物的反應(yīng)，而對另一種構(gòu)型則無催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成蘋果酸，對馬來酸則不起作用：第20頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一3.反應(yīng)條件溫和酶促反應(yīng)一般在pH=5~8的水溶液中進行，反應(yīng)溫度在20~40℃。由于反應(yīng)條件溫和，使某些不希望的副反應(yīng)如分解反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)和消旋化反應(yīng)等盡可能減少。由于酶本身是蛋白質(zhì)，高溫或其它苛刻的物理或化學條件，將引起酶的失活。第21頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

4.2酶的非蛋白組分——

輔酶（coenzyme）和金屬離子根據(jù)酶的組成情況，可以將酶分為兩大類：單純蛋白酶：如核酸水解酶，它們的組成為單一蛋白質(zhì)，其本身的氨基酸殘基即可形成催化活性中心，并能有效的實施催化功能。結(jié)合蛋白酶：某些酶，例如氧化-還原酶等，其分子中除了蛋白質(zhì)外，還含有非蛋白組分.結(jié)合蛋白酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分包括輔酶及金屬離子(或輔因子cofactor)。酶蛋白與輔助成分組成的完整分子稱為全酶。全酶=酶蛋白+輔助成分（輔酶或金屬離子）單純的酶蛋白無催化功能，只有全酶具有催化作用.第22頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.2.1輔酶小分子有機化合物，與酶蛋白結(jié)合在一起并協(xié)同實施催化作用。是一類具有特殊化學結(jié)構(gòu)和功能的化合物。是多種酶不可缺少的輔助部分。第23頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一1.輔酶的結(jié)構(gòu)特點與功能

大多具有氧化還原性質(zhì)或基團轉(zhuǎn)移能力參與的酶促反應(yīng)主要為氧化-還原反應(yīng)或基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)。大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性B族維生素。維生素的生理功能與輔酶的作用密切相關(guān)。第24頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(1)維生素PP（維生素B3）煙酸和煙酰胺能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時表現(xiàn)出神經(jīng)營養(yǎng)障礙，出現(xiàn)皮炎。在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o酶I和輔酶II。第25頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(1)維生素PP和NAD+

和NADP+

NAD+(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶I)和NADP+(煙酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又稱為輔酶II)是維生素煙酰胺的衍生物，功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應(yīng)中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。第26頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一NAD+

分子的功能部分是煙酰胺環(huán)第27頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一手性選擇性第28頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)核黃素（VB2)核黃素(維生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基異吡咯嗪兩部分組成。缺乏時組織呼吸減弱，代謝強度降低。主要癥狀為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。第29頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)核黃素和FAD、FMNFAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)是核黃素(維生素B2)的衍生物，功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應(yīng)中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。第30頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一與酶分子共價鍵相連接，稱為輔基FAD和FMN分子的功能部分是異吡咯嗪環(huán)第31頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(3)泛酸（VB5）維生素(B5)-泛酸是由，-二羥基--二甲基丁酸和一分子-丙氨酸縮合而成。第32頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一輔酶A是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙?；傅妮o酶，它的前體是泛酸。功能：傳遞?；?3)泛酸和輔酶A(CoA)第33頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一乙酸與輔酶A的-SH結(jié)合形成乙酰輔酶A，是糖代謝的重要中間體。第34頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(4)葉酸（Flolicacid）葉酸，又稱為蝶酰谷氨酸，維生素B11。最早從植物葉子中提取而得名

缺乏葉酸可引起巨紅細胞性貧血以及白細胞減少癥，對孕婦尤其重要

第35頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(4)葉酸和四氫葉酸(FH4或THFA)四氫葉酸是合成酶的輔酶，其前體是葉酸。四氫葉酸的主要作用是作為碳基團，如-CH3,-CH2-,-CHO等的載體，參與多種生物合成過程。第36頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(5)硫胺素（VB1）缺乏時表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎、皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、下肢水腫。硫胺素鹽酸鹽在體內(nèi)以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在第37頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(5)VB1和焦磷酸硫胺素(TPP)焦磷酸硫胺素是脫羧酶的輔酶，它的前體是硫胺素(維生素B1)。功能：是催化酮酸的脫羧反應(yīng)第38頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(6)吡哆素吡哆素(維生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。缺乏維生素B6的癥狀為皮炎、痙攣、貧血等。單純的維生素B6缺乏癥在人類極少見。臨床上應(yīng)用維生素B6制劑防治妊娠嘔吐和放射病嘔吐。

第39頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(6)吡哆素和磷酸吡哆素磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。第40頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一磷酸吡哆素是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，轉(zhuǎn)氨酶通過磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互轉(zhuǎn)換，起轉(zhuǎn)移氨基的作用。第41頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(7)生物素生物素是羧化酶的輔酶，它本身就是一種B族維生素B7。缺乏的癥狀：毛發(fā)變細，失去光澤，皮膚鱗片狀和紅色皮疹，抑郁，嗜睡癥，幻覺，極端感覺異常第42頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一生物素的功能是作為CO2的遞體，在生物合成中起傳遞和固定CO2的作用。E-生物素復(fù)合物的形成丙酮酸的羧化E+ATP+生物素E-生物素+AMP+PPiE-生物素+HCO3-+ATPE-生物素-CO2-+ADP+PiE-生物素-CO2-+CH3COCOO-E-生物素+-OOCCH2COCOO-第43頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(8)維生素B12輔酶

維生素B12又稱為鈷胺素。蔬菜中幾乎完全找不到，只有紫菜及海藻類蘊涵

，是素食者最容易缺乏的維生素，也是紅血球生成不可缺少的重要元素，如果嚴重缺乏，將導(dǎo)致惡性貧血

維生素B12分子中與Co+相連的CN基被5’-脫氧腺苷所取代，形成維生素B12輔酶。維生素B12輔酶的主要功能是作為變位酶的輔酶，催化底物分子內(nèi)基團(主要為甲基)的變位反應(yīng)。第44頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)構(gòu)第45頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一（9）硫辛酸硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。6,8-二硫辛酸有兩種形式，即硫辛酸（氧化型）和二氫硫辛酸（還原型）.氧化型是丙酮酸脫氫酶系的輔酶，傳遞氫和轉(zhuǎn)移乙酰基第46頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

(10)輔酶Q(CoQ)輔酶Q又稱為泛醌，廣泛存在與動物和細菌的線粒體中，其結(jié)構(gòu)為：輔酶Q的活性部分是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要功能是作為線粒體呼吸鏈氧化-還原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。第47頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一2.輔酶在酶促反應(yīng)中的作用特點輔酶在催化反應(yīng)過程中，直接參加了反應(yīng)。每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一類型的反應(yīng)。同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同的全酶。一般來說，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類型（反應(yīng)專一性），而酶蛋白則決定了所催化的底物類型（底物專一性）。第48頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.2.2酶分子中的金屬離子根據(jù)金屬離子與酶蛋白結(jié)合程度，可分為兩類：金屬酶和金屬激酶。1.金屬酶在金屬酶中,酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。如Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu2、Zn2+、Mn2+、Co2

等。這些金屬離子通常以配鍵的形式與氨基酸殘基的側(cè)鏈相連，有時也與酶蛋白中的輔基，如血紅素的卟啉環(huán)相連。金屬酶中的金屬離子作為酶的輔助因子，在酶促反應(yīng)中傳遞電子、原子或官能團。第49頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

2.金屬激酶金屬離子與酶的結(jié)合一般較松散。在溶液中，酶與這類離子結(jié)合而被激活。如Na+、K+、Mg2+、Ca2+

等。金屬離子對酶有一定的選擇性,某種金屬只對某一種或幾種酶有激活作用。DNA聚合酶只有在Mg2+的存在下，才會有催化作用第50頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一據(jù)酶分子組成分類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合蛋白質(zhì)酶類酶蛋白質(zhì)輔助因子小分子有機物金屬離子

酶的化學組成全酶(holoenzyme)＝酶蛋白+輔助因子酶促反應(yīng)的專一性及高效率取決于酶蛋白部分，而輔助因子決定酶促反應(yīng)的性質(zhì)。第51頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

酶的輔助因子（決定酶促反應(yīng)的類型）

根據(jù)與酶蛋白結(jié)合牢固程度劃分：

輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析法除去輔助因子輔基：與酶蛋白結(jié)合緊密，用透析法不能除去從化學本質(zhì)上劃分：

金屬離子：穩(wěn)定酶分子構(gòu)象；參與傳遞電子；輔助因子在酶與底物間起連接作用；降低反應(yīng)的靜電斥力

維生素B族衍生物第52頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.3酶促反應(yīng)的速度和影響因素

酶促反應(yīng)動力學是研究酶促反應(yīng)的速度以及影響酶促反應(yīng)速度的各種因素的科學。影響酶促反應(yīng)速度的因素有：底物濃度、酶濃度、溫度、pH值、激活劑、抑制劑等。第53頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一在低底物濃度時,反應(yīng)速度與底物濃度成正比，為一級反應(yīng)。底物濃度增大與速度的增加不成正比,為混合級反應(yīng)。當?shù)孜餄舛冗_到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應(yīng)速度達到最大值（V

max），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)。4.3.1、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響V-S曲線底物濃度對酶促反應(yīng)初速度的影響V

初Vmax第54頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一低第55頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一米氏方程的推導(dǎo)令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)時：當[Et]=[ES]時，(4)所以

第56頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一米氏方程當反應(yīng)速度等于最大速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。（三）米氏常數(shù)的意義及測定Km—

米氏常數(shù)Vmax—

最大反應(yīng)速度第57頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一第58頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

米氏常數(shù)的測定基本原則：將米氏方程變化成相當于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出Km。例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第59頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第60頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一酶的Km在實際應(yīng)用中的意義Km是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和反應(yīng)條件(溫度、pH、有無抑制劑等)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。各種酶的Km值大致在10-1～10-6M之間。Km值可以近似表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。

第61頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一1、酶濃度對酶反應(yīng)速度的影響

在有足夠底物和其他條件不變的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。當[S]>>[E]時，V=K2×[E]4.3.2影響酶促反應(yīng)速率的其它因素第62頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一2、溫度對酶反應(yīng)速度的影響

一方面是溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度條件下,反應(yīng)速度最大。第63頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

最適溫度不是一個固定的常數(shù)，它隨底物的種類、濃度、溶液的離子強度、pH、反應(yīng)時間等的影響。一般:反應(yīng)時間短，最適溫度高。反應(yīng)時間長，最適溫度低。第64頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一3、pH對酶反應(yīng)速度的影響

(1)．酶反應(yīng)的最適pH（optimumpH）第65頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一第66頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

酶的最適pH也不是一個固定的常數(shù)，它受到底物的種類、濃度;緩沖液的種類、濃度;酶的純度;反應(yīng)的溫度、時間等的影響。例:堿性磷酸酶催化磷酸苯酯水解時

[S]為2.5x10-5M，最適pH為8.3[S]為2.5x10-2M，最適pH為10.0第67頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)．pH影響反應(yīng)速度的原因

(1)pH影響了酶分子、底物分子和ES復(fù)合物的解離狀態(tài)。

(2)過高、過低的pH導(dǎo)致酶蛋白活性降低。第68頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4、激活劑對酶反應(yīng)速度的影響

酶的激活劑1.無機離子（1）一些金屬離子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、

Cu2+、Zn2+、Fe2+等。（2）陰離子：如Cl-、Br-、I-、CN-等（3）氫離子凡能提高酶活力的物質(zhì)都是酶的激活劑。2.有機分子

還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA

激活酶原的酶第69頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.4酶的結(jié)構(gòu)及催化作用機制

1．結(jié)合部位Bindingsite酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。4.4.1酶分子的結(jié)構(gòu)特點

酶基本上都是復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子。不同酶除有一級結(jié)構(gòu)外，還有通過肽鏈的折疊、螺旋或纏繞形成特殊的空間結(jié)構(gòu)，即酶的活性部位。酶的催化作用是一個非常復(fù)雜的過程，它的催化作用主要取決于酶分子的特殊結(jié)構(gòu)第70頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一第71頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位稱為催化部位。通常將酶的結(jié)合部位和催化部位總稱為酶的活性部位或活性中心。結(jié)合部位決定酶的專一性。催化部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。2．催化部位catalyticsite第72頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用。3．調(diào)控部位Regulatorysite第73頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一主要包括：親核性基團：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑基。4.4.2酶活性中心的測定方法1.酶活性中心的必需基團第74頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一酸堿性基團：門冬氨酸和谷氨酸的羧基，賴氨酸的氨基，酪氨酸的酚羥基，組氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巰基等。第75頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一2.酶活性中心的測定方法(1)切除法：應(yīng)用專一性蛋白水解酶將酶分子的肽鏈切除一部分，然后測定剩余部分的活性。若能有活性，則表示被切除的部分中，不包括活性中心。這樣多次的排除法，可以推斷出活性中心的可能位置。(2)化學修飾法：酶活性中心氨基酸殘基所含的官能團，如-OH，-SH，-COOH，-NH3+和咪唑基，是多種酶活性中心的必須氨基酸，當這些基團被化學修飾后，酶的催化活性將降低甚至消失。因此可選擇應(yīng)用某些試劑，對這些官能團進行化學修飾，然后測定修飾后的酶的活性，既可推斷位于活性中心的氨基酸殘基。第76頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一2.酶活性中心的測定方法

表4.3常用的化學修飾試劑氨基酸殘基化學修飾試劑絲氨酸二異丙基磷酰氟(DIFP)

半胱氨酸碘乙酸，碘乙酰胺，2,4-二硝基氟苯，對羥汞苯甲酸組氨酸N-對甲苯磺酰苯丙氨酰氯甲基酮(TPCK),

對硝基苯磺酸甲酯

酪氨酸碘，重氮化合物，N-乙酰咪唑賴氨酸2,4-二硝基氟苯，乙酸酐第77頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一2.酶活性中心的測定方法(3)X射線晶體衍射法：是測定酶活性中心最有效的方法，能直接測定酶分子的三維結(jié)構(gòu)。據(jù)酶分子的三維結(jié)構(gòu)及其它有關(guān)數(shù)據(jù)，即可確定酶活性中心位置、氨基酸種類和空間結(jié)構(gòu)。此法需純酶結(jié)晶樣品和先進的X衍射儀，測試條件要求高。(4)基因定點突變技術(shù)：應(yīng)用此技術(shù)，合成處在特定位點上氨基酸殘基不同的酶，通過比較突變體的活性，推斷出活性中心的位置。第78頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.4.3與底物分子相互作用1.酶與底物分子之間的作用力在酶催化的反應(yīng)中，首先是酶與底物形成酶-底物中間復(fù)合物。當?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。E+S→E-S→P+E許多實驗證明了E-S復(fù)合物的存在，其形成的速率與酶和底物的性質(zhì)有關(guān)。第79頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.4.3與底物分子相互作用

酶與底物分子之間結(jié)合作用力主要有：

(1)靜電引力

(2)氫鍵

(3)疏水鍵第80頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.4.3與底物分子相互作用2.酶與底物分子相互作用的形式及意義

第81頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一在酶促反應(yīng)中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應(yīng)速度；由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基團的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中參與反應(yīng)的基團相互接近，并被嚴格定向，才會使酶促反應(yīng)具有高效率和專一性特點。(1)鄰基效應(yīng)和定向效應(yīng)第82頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一例咪唑和對硝基苯酚乙酸酯的反應(yīng)是一個雙分子氨解反應(yīng).分子內(nèi)靠近效應(yīng)對反應(yīng)速率的影響第83頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一例實驗結(jié)果表明，分子內(nèi)咪唑基參與的氨解反應(yīng)速度比相應(yīng)的分子間反應(yīng)速度大24倍。說明咪唑基與酯基的相對位置對水解反應(yīng)速度具有很大的影響。第84頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

鄰基定向效應(yīng)第85頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一第86頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)與反應(yīng)過渡狀態(tài)結(jié)合作用

按SN2歷程進行的反應(yīng)，反應(yīng)速度與形成的過渡狀態(tài)穩(wěn)定性密切相關(guān)。在酶催化的反應(yīng)中，與酶的活性中心形成復(fù)合物的實際上是底物形成的過渡狀態(tài)。所以，酶與底物過渡狀態(tài)的親和力要大于酶與底物或產(chǎn)物的親和力。第87頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一張力學說這是一個形成內(nèi)酯的反應(yīng)。當R＝CH3時，其反應(yīng)速度比R＝H的情況快315倍。由于-CH3體積比較大，與反應(yīng)基團之間產(chǎn)生一種立體排斥張力，從而使反應(yīng)基團之間更容易形成穩(wěn)定的五元環(huán)過渡狀態(tài)。

第88頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(3)多功能催化作用酶的活性中心部位，一般都含有多個起催化作用的基團，這些基團在空間有特殊的排列和取向，可以對底物價鍵的形變和極化及調(diào)整底物基團的位置等起到協(xié)同作用，從而使底物達到最佳反應(yīng)狀態(tài)。第89頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一“三點結(jié)合”的催化理論認為酶與底物的結(jié)合處至少有三個點，而且只有一種情況是完全結(jié)合的形式。只有這種情況下，不對稱催化作用才能實現(xiàn)。(4)手性選擇結(jié)合作用第90頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一三點附著學說第91頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一E+SP+EES能量水平反應(yīng)過程GE1E2

酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個低活化能的途徑進行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。

E+SE-SP+E1.酶促反應(yīng)4.4.4酶的催化作用機制第92頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(1)酸－堿催化酸-堿催化可分為狹義的酸-堿催化和廣義的酸-堿催化。酶參與的酸-堿催化反應(yīng)一般都是廣義的酸－堿催化方式。廣義酸－堿催化是指通過質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子,或是通過質(zhì)子堿接受部分質(zhì)子的作用，達到降低反應(yīng)活化能的過程。4.4.4酶的催化作用機制2.酶催化反應(yīng)機制類型

第93頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能團。第94頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)共價催化

催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共價催化。酶中參與共價催化的基團主要包括His的咪唑基，Cys的巰基，Asp的羧基，Ser的羥基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價催化作用。

第95頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一第96頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(3)金屬離子催化作用

金屬離子可以和水分子的OH-結(jié)合，使水顯示出更大的親核催化性能。

提高水的親核性能

第97頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

電荷屏蔽作用電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個重要功能。多種激酶(如磷酸轉(zhuǎn)移酶)的底物是Mg2+－ATP復(fù)合物。

第98頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

電子傳遞中間體

許多氧化-還原酶中都含有銅或鐵離子，它們作為酶的輔助因子起著傳遞電子的功能。

第99頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.5酶的抑制作用和抑制劑使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結(jié)構(gòu)上與被抑制的酶底物分子或底物的過渡狀態(tài)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(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合物。第100頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.5.1抑制劑的作用方式1.不可逆抑制抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團以共價形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如有機磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。第101頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一2.可逆抑制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等方法被除去，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，又可以分為兩類第102頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(1)竟爭性抑制某些抑制劑的化學結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結(jié)合。當抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。竟爭性抑制通?？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第103頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(1)竟爭性抑制第104頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一竟爭性抑制第105頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

實例：磺胺藥物的藥用機理H2N--SO2NH2對氨基苯磺酰胺H2N--COOH對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸對氨基苯磺酰胺與對氨基苯甲酸（PABA）兩者競爭FH2合成酶細菌：PABAFH2合成酶FH2FH4人：

葉酸（食物）FH2FH4葉酸還原酶第106頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)非竟爭性抑制酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)致酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的-SH基團作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。第107頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一(2)非竟爭性抑制第108頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一非竟爭性抑制第109頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.5.2可逆抑制作用的動力學特征1.競爭性抑制作用的動力學特征第110頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一

+IEIESP+EE+S競爭性抑制作用加入競爭性抑制劑后，Km變大，酶促反應(yīng)速度減小，Vmax不變。第111頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一第112頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一競爭性抑制作用特點：1）競爭性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)十分相似，二者競爭酶的結(jié)合部位。4）Vmax不變，Km增大2）抑制程度取決于I和S的濃度以及與酶結(jié)合的親和力大小。[S]vV/2kmkm′無I有I3）可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第113頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一+IEI+SESIESP+EE+S+I實例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）2.非競爭性抑制作用動力學特征第114頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一加入非競爭性抑制劑后，Km不變，Vmax減小，酶促反應(yīng)速度下降。第115頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一非競爭性抑制特點：1）抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，抑制劑與酶活性中心以外的基團結(jié)合。2）Vm下降，Km不變3）非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除。[S]v無IV/2km有I(′)第116頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一3、反競爭性抑制作用

ESIESP+EE+S+I酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，引起酶活性下降。第117頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一反競爭性抑制特點：1）抑制劑與酶和底物的復(fù)合物結(jié)合。2）Km和Vm下降3）底物濃度增加，抑制作用加強。第118頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一有無抑制劑存在時酶促反應(yīng)的動力學方程

表觀第119頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一4.6人工合成酶的新進展20C80y，隨著人們對酶的結(jié)構(gòu)和作用機制知識的迅速增加，實驗室技術(shù)不斷完善，在人工酶研究領(lǐng)域已取得了一些突破——如抗體酶和雜化酶的研究成功。4.6.1抗體酶

是一種具有催化作用的免疫球蛋白——催化性抗體(Catalyticantibody)。是一種新型人工酶制劑，是利用現(xiàn)代生物學與化學的理論與技術(shù)交叉研究的成果，是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。第120頁，共135頁，2023年，2月20日，星期一1969年杰奈克斯(Jencks)在過渡態(tài)理論的基礎(chǔ)上猜想：若抗體能結(jié)合反應(yīng)的過渡態(tài)，理論上它則能夠獲得催化性質(zhì)。根據(jù)這個猜想，列那和蘇爾滋(P．C．Schultz)分別領(lǐng)導(dǎo)各自的研究小組獨立地證明了：針對羧酸酯水解