生物化學(xué)-酶催化作用的特點(diǎn)課件

第二章

酶(Enzyme)

1.酶的概念

酶是一類由活性細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。簡(jiǎn)單說(shuō)，酶是一類由活性細(xì)胞產(chǎn)生的生物催化劑。一、酶的概念2.酶催化作用的特點(diǎn)(1)酶和一般催化劑的共性：加快反響速度；不改變平衡常數(shù)；自身不參與反響。(2)酶催化作用特性：條件溫和：常溫、常壓、pH=7；高效率：反響速度與不加催化劑相比可提高108～1020，與加普通催化劑相比可提高107～1013；專一性：即酶只能對(duì)特定的一種或一類底物起作用，這種專一性是由酶蛋白的立體結(jié)構(gòu)所決定的?？煞譃椋航^對(duì)專一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個(gè)反響，而不作用于任何其它物質(zhì)。相對(duì)專一性：這類酶對(duì)結(jié)構(gòu)相近的一類底物都有作用。包括鍵專一性和簇〔基團(tuán)〕專一性。立體異構(gòu)專一性：這類酶不能區(qū)分底物不同的立體異構(gòu)體，只對(duì)其中的某一種構(gòu)型起作用，而不催化其他異構(gòu)體。包括旋光異構(gòu)專一性和幾何異構(gòu)專一性。易變敏感性：易受各種因素的影響，在活細(xì)胞內(nèi)受到精密嚴(yán)格的調(diào)節(jié)控制。二、酶的化學(xué)本質(zhì)及結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)1.開(kāi)展史(1)酶是蛋白質(zhì):1926年,JamesSummer由刀豆制出脲酶結(jié)晶確立酶是蛋白質(zhì)的觀念，其具有蛋白質(zhì)的一切性質(zhì)。(2)核酶的發(fā)現(xiàn)：1981～1982年，ThomasR.Cech實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有催化活性的天然RNA—Ribozyme。L19RNA和核糖核酸酶P的RNA組分具有酶活性是兩個(gè)最著名的例子。1955年，發(fā)現(xiàn)DNA的催化活性。(3)抗體酶〔abzyme〕：1986年，RichardLerrur和PeterSchaltz運(yùn)用單克隆抗體技術(shù)制備了具有酶活性的抗體〔catalyticantibody〕。酶單成份酶：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖核酸酶等。雙成份酶酶蛋白輔因子〔簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)〕〔結(jié)合蛋白質(zhì)〕〔apoenzyme〕〔cofacter)輔酶〔coenzyme)輔基(prostheticgroup)全酶(holoenzyme〕=酶蛋白+輔因子2.酶的組成3.酶的輔因子酶的輔因子是酶的對(duì)熱穩(wěn)定的非蛋白小分子物質(zhì)局部，其主要作用是作為電子、原子或某些基團(tuán)的載體參與反響并促進(jìn)整個(gè)催化過(guò)程。(1)傳遞電子體：如卟啉鐵、鐵硫簇；(2)傳遞氫〔遞氫體〕：如FMN/FAD、NAD/NADP、C0Q、硫辛酸；(3)傳遞?；w：如C0A、TPP、硫辛酸；(4)傳遞一碳基團(tuán)：如四氫葉酸；(5)傳遞磷酸基：如ATP，GTP；(6)其它作用：轉(zhuǎn)氨基，如VB6；傳遞CO2，如生物素。維生素和輔酶維生素是機(jī)體維持正常生命活動(dòng)所必不可少的一類小分子有機(jī)物質(zhì)。多數(shù)維生素維生素作為輔酶和輔基的組成成分，參與體內(nèi)的物質(zhì)代謝。維生素一般習(xí)慣分為脂溶性和水溶性兩大類。其中脂溶性維生素在體內(nèi)可直接參與代謝的調(diào)節(jié)作用，而水溶性維生素是通過(guò)轉(zhuǎn)變成輔酶對(duì)代謝起調(diào)節(jié)作用。某些小分子有機(jī)化合物與酶蛋白結(jié)合在一起并協(xié)同實(shí)施催化作用，這類分子被稱為輔酶〔或輔基〕。輔酶是一類具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能的化合物。參與的酶促反響主要為氧化-復(fù)原反響或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反響。大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性B族維生素。許多維生素的生理功能與輔酶的作用密切相關(guān)。脂溶性維生素維生素A,D,E,K均溶于脂類溶劑，不溶于水，在食物中通常與脂肪一起存在，吸收它們，需要脂肪和膽汁酸。維生素A維生素A分A1,A2兩種，是不飽和一元醇類。維生素A1又稱為視黃醇，A2稱為脫氫視黃醇。主要功能：維持上皮組織健康及正常視覺(jué)，促進(jìn)年幼動(dòng)物的正常生長(zhǎng)。維生素D維生素D是固醇類化合物，主要有D2,D3,D4,D5。其中D2,D3活性最高。維生素D的結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)，D2和D3本身不具有生物活性。它們?cè)诟闻K和腎臟中進(jìn)行羥化后，形成1，25-二羥基維生素D。其中1，25-二羥基維生素D3是生物活性最強(qiáng)的。主要功能：調(diào)節(jié)鈣、磷代謝，維持血液中鈣、磷濃度正常，促使骨骼正常發(fā)育。維生素E維生素E又叫做生育酚，目前發(fā)現(xiàn)的有6種，其中，，，四種有生理活性。主要功能：具有抗氧化劑的功能，可作為食品添加劑使用，還可保護(hù)細(xì)胞膜的完整性；同時(shí)還有抗不育的作用。維生素K維生素K有3種：K1,K2,K3。其中K3是人工合成的。維生素K是2-甲基萘醌的衍生物。主要功能：促進(jìn)肝臟合成凝血酶原，促進(jìn)血液的凝固。水溶性維生素維生素B1和羧化輔酶維生素B1又稱硫胺素，在體內(nèi)以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。缺乏時(shí)表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎、皮膚麻木、心力衰竭、四肢無(wú)力、下肢水腫。焦磷酸硫胺素(TPP)是脫羧酶的輔酶，催化丙酮酸或α–酮戊二酸的氧化脫羧反響，所以又稱為羧化輔酶。維生素B2和黃素輔酶維生素B2又稱核黃素，由核糖醇和6，7-二甲基異咯嗪兩局部組成。缺乏時(shí)組織呼吸減弱，代謝強(qiáng)度降低。主要病癥為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。FAD(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。它們?cè)诿摎涿复呋难趸?復(fù)原反響中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。泛酸和輔酶A〔CoA〕維生素B3又稱泛酸，是由,-二羥基---二甲基丁酸和一分子-丙氨酸縮合而成。輔酶A是生物體內(nèi)代謝反響中乙?；傅妮o酶，它是含泛酸的復(fù)合核苷酸。它的重要生理功能是傳遞?；?，是形成代謝中間產(chǎn)物的重要輔酶。維生素PP和輔酶I、輔酶II維生素PP包括尼克酸〔又稱煙酸〕和尼克酰胺〔又稱煙酰胺〕兩種物質(zhì)。在體內(nèi)主要以尼克酰胺形式存在，尼克酸是尼克酰胺的前體。尼克酸尼克酰胺維生素PP能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時(shí)表現(xiàn)出神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)障礙，出現(xiàn)皮炎。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?zé)燉０返难苌?，它們是多種重要脫氫酶的輔酶。維生素B6和磷酸吡哆醛維生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。維生素B6在體內(nèi)經(jīng)磷酸化作用轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的磷酸脂，參加代謝的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨作用、脫羧作用和消旋作用的輔酶。生物素生物素是B族維生素B7，它是多種羧化酶的輔酶。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。葉酸和葉酸輔酶維生素B11又稱葉酸，作為輔酶的是葉酸加氫的復(fù)原產(chǎn)物四氫葉酸。四氫葉酸的主要作用是作為一碳基團(tuán)，如-CH3,-CH2-,-CHO等的載體，參與多種生物合成過(guò)程。維生素B12和B12輔酶維生素B12又稱為鈷胺素。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(tuán)(主要為甲基)的變位反響。維生素C維生素C能防治壞血病，故又稱抗壞血酸。在體內(nèi)參與氧化復(fù)原反響，羥化反響。人體不能合成。硫辛酸硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有兩種形式：即硫辛酸〔氧化型〕和二氫硫辛酸〔復(fù)原型〕。輔酶Q〔CoQ〕輔酶Q又稱為泛醌，廣泛存在與動(dòng)物和細(xì)菌的線粒體中。輔酶Q的活性局部是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要功能是作為線粒體呼吸鏈氧化-復(fù)原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。4.酶結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同酶可分為：?jiǎn)误w酶：只有單一的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)構(gòu)成。寡聚酶：由多個(gè)〔兩個(gè)以上〕具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基聚合而成。多酶復(fù)合體：由幾個(gè)功能相關(guān)的酶嵌合而成的復(fù)合體。與催化作用相關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)活性中心：酶分子中直接和底物結(jié)合并起催化反響的空間局限〔部位〕。

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。催化部位(Catalyticsite):酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)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響的性質(zhì)。

調(diào)控部位(Regulatorysite):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(duì)酶起激活或抑制作用(2)必須基團(tuán)：酶表現(xiàn)催化活性不可缺少的基團(tuán)。親核性基團(tuán)：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑基。酸堿性基團(tuán)：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。親核性基團(tuán)酸堿性基團(tuán)(3)酶原和酶原的激活：酶原：沒(méi)有活性的酶的前體。酶原的激活：酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用可轉(zhuǎn)變成有活性的酶。酶原轉(zhuǎn)變成酶的過(guò)程稱為酶原的激活。本質(zhì)：酶原的激活實(shí)質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過(guò)程。(4)同功酶：能催化同一化學(xué)反響的一類酶?；钚灾行南嗨苹蛳嗤捍呋换瘜W(xué)反響。分子結(jié)構(gòu)不同：理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)不同。三、酶的分類及命名1.酶的分類氧化-復(fù)原酶Oxidoreductase氧化-復(fù)原酶催化氧化-復(fù)原反響。主要包括脫氫酶(Dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反響。(2)轉(zhuǎn)移酶Transferase轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反響，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反響。水解酶Hydrolase水解酶催化底物的加水分解反響。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反響(4)裂解酶Lyase裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反響及其逆反響。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響。(5)異構(gòu)酶Isomerase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(tuán)或原子的重排過(guò)程。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反響。(6)合成酶LigaseorSynthetase合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反響。這類反響必須與ATP分解反響相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi例如，丙酮酸羧化酶催化的反響丙酮酸+CO2草酰乙酸核酸酶〔催化核酸〕Ribozyme核酸酶是唯一的非蛋白酶。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響。2.酶的命名(1)習(xí)慣命名法:根據(jù)其催化底物來(lái)命名；根據(jù)所催化反響的性質(zhì)來(lái)命名；結(jié)合上述兩個(gè)原那么來(lái)命名；有時(shí)在這些命名根底上加上酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)。(2)國(guó)際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反響性質(zhì)，最后加一個(gè)酶字。例如：習(xí)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)移酶酶催化的反響:谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸1.酶催化作用的本質(zhì)：降低反響活化能2.酶催化作用的中間產(chǎn)〔絡(luò)合〕物學(xué)說(shuō)在酶催化的反響中，第一步是酶與底物形成酶－底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。E+S====E-SP+E許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了E－S復(fù)合物的存在。E－S復(fù)合物形成的速率與酶和底物的性質(zhì)有關(guān)。四、酶作用的機(jī)制3.酶與底物結(jié)合形成中間絡(luò)合物的方式〔理論〕(1)鎖鑰假說(shuō)(lockandkeyhypothesis)：認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶外表具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣(2)誘導(dǎo)契合假說(shuō)〔induced–fithypothesis):該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶外表并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀.4.使酶具有高效催化的因素(1)臨近定向效應(yīng)：在酶促反響中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反響速度；另一方面，由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基團(tuán)的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中參與反響的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)格定向定位，使酶促反響具有高效率和專一性特點(diǎn)。(2)“張力〞和“形變〞：底物與酶結(jié)合誘導(dǎo)酶的分子構(gòu)象變化，變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生“張力〞甚至“形變〞，從而促使酶－底物中間產(chǎn)物進(jìn)入過(guò)渡態(tài)。(3)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-堿催化反響一般都是廣義的酸－堿催化方式。廣義酸－堿催化是指通過(guò)質(zhì)子酸提供局部質(zhì)子,或是通過(guò)質(zhì)子堿接受局部質(zhì)子的作用，到達(dá)降低反響活化能的過(guò)程。酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對(duì)底物進(jìn)行酸堿催化。His殘基的咪唑基是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化功能團(tuán)。廣義酸基團(tuán)廣義堿基團(tuán)〔質(zhì)子供體〕〔質(zhì)子受體〕(4)共價(jià)催化：催化劑通過(guò)與底物形成反響活性很高的共價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物，使反響活化能降低，從而提高反響速度的過(guò)程，稱為共價(jià)催化。酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)主要包括His的咪唑基，Cys的硫基，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(jià)催化作用。1.底物濃度對(duì)酶促反響速度影響在酶濃度，pH，溫度等條件不變的情況下研究底物濃度和反響速度的關(guān)系。如右圖所示：在低底物濃度時(shí),反響速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反響特征。當(dāng)?shù)孜餄舛鹊竭_(dá)一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反響速度到達(dá)最大值〔Vmax〕，此時(shí)再增加底物濃度，反響速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反響。五、酶促反響的速度及其影響因素米氏方程1913年，德國(guó)化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)對(duì)酶促反映的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了表示整個(gè)反響中底物濃度和反響速度關(guān)系的著名公式，稱為米氏方程。Km—米氏常數(shù)Vmax—最大反響速度根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)，酶促反響分兩步進(jìn)行:米氏方程的推導(dǎo)：

米氏常數(shù)Km的意義:由米氏方程可知，當(dāng)反響速度等于最大反響速度一半時(shí),即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反響速度為最大值的一半時(shí)的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個(gè)重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測(cè)定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值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。測(cè)定Km和V的方法很多，最常用的是Lineweaver–Burk的作圖法—雙倒數(shù)作圖法。

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數(shù)形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數(shù)Km的測(cè)定：2.抑制劑對(duì)酶反響的影響有些物質(zhì)能與酶分子上某些必須基團(tuán)結(jié)合〔作用),使酶的活性中心的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活力下降或喪失，這種現(xiàn)象稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物那么稱為抑制劑〔inhibitor)。酶的抑制劑一般具備兩個(gè)方面的特點(diǎn)：a.在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過(guò)渡狀態(tài)相似。b.能夠與酶的活性中心以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合物。抑制作用的類型：(1)不可逆抑制作用：抑制劑與酶反響中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。(2)可逆抑制作用：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(guò)透析等方法被除去，并且能局部或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類：競(jìng)爭(zhēng)性抑制：某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反響中心之外，其結(jié)果是酶促反響被抑制了。竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^(guò)增大底物濃度，即提高底物的競(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)消除。競(jìng)爭(zhēng)性抑制可用下式表示：有競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在時(shí)，Km值增大(1+[I]/Ki)倍，且Km值隨[I]的增高而增大；在[E]固定時(shí)，當(dāng)[S]﹥﹥Km(1+[I]/Ki),Km(1+[I]/Ki)項(xiàng)可忽略不計(jì)，那么v=Vmax，即最大反響速度不變。競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的速度方程：競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的Lineweaver–Burk圖：非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與底物競(jìng)爭(zhēng)與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競(jìng)爭(zhēng)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(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。非竟?fàn)幮砸种撇荒芡ㄟ^(guò)增大底物濃度的方法來(lái)消除。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制可用下式表示：有非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在時(shí)，V值減小(1+[I]/Ki)倍，且V值隨[I]的增高而降低；Km值不變。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的速度方程：非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的Lineweaver–Burk圖：有反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在時(shí)，Km和V值均減小(1+[I]/Ki)倍，且都隨[I]的增高而降低。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：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。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制可用下式表示：反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的速度方程：反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的Lineweaver–Burk圖：3.激活劑對(duì)酶反響的影響但凡能提高酶活力的簡(jiǎn)單化合物都稱為激活劑〔activator)。其中大局部是一些無(wú)機(jī)離子和小分子簡(jiǎn)單有機(jī)物。如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-等；這些離子可與酶分子上的氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)結(jié)合，可能是酶活性部位的組成局部，也可能作為輔酶或輔基的一個(gè)組成局部起作用；一般情況下，一種激活劑對(duì)某種酶是激活劑，而對(duì)另一種酶那么起抑制作用；對(duì)于同一種酶，不同激活劑濃度會(huì)產(chǎn)生不同的作用。4.酶濃度對(duì)酶反響的影響在底物足夠過(guò)量而其它條件固定的情況下，并且反響系統(tǒng)中不含有抑制酶活性的物質(zhì)及其他不利于酶發(fā)揮作用的因素時(shí)，酶促反響的速度和酶濃度成正比。5.溫度對(duì)酶反響的影響一方面是溫度升高,酶促反響速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級(jí)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(gè)最適溫度。在最適溫度條件下,反響速度最大。最適溫度6.pH對(duì)酶反響的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH。7.酶的別構(gòu)〔變構(gòu)〕效應(yīng)：由于效應(yīng)物的存在，而引起酶的結(jié)構(gòu)〔構(gòu)象〕變化。別構(gòu)酶(Allostericenzyme)的特點(diǎn)：一般是寡聚酶，由多亞基組成，包括催化部位和調(diào)節(jié)〔別構(gòu)〕部位；具有別構(gòu)效應(yīng)。指酶和一個(gè)配體〔底物，調(diào)節(jié)物〕結(jié)合后可以影響酶和另一個(gè)配體〔底物〕的結(jié)合能力。相同〔均為底物〕：同促效應(yīng)〔homotropiceffect〕不同〔效應(yīng)調(diào)節(jié)物〕：異促效應(yīng)〔heterotropiceffect〕根據(jù)配體結(jié)合后對(duì)后繼配體的影響根據(jù)配體性質(zhì)正協(xié)同效應(yīng)〔positivecooperativeeffect〕負(fù)協(xié)同效應(yīng)〔negativecooperativeeffect〕動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：不符合米曼方程雙曲線。別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶動(dòng)力學(xué)曲線的比較別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡(jiǎn)稱ATCase8.固定化酶固定化酶是通過(guò)吸附、耦聯(lián)、交聯(lián)和包埋等物理或化學(xué)的方法把酶連接到某種載體上，做成仍具有酶催化活性的水不溶性酶。作用特點(diǎn)：穩(wěn)定性提高，易別離，可反復(fù)使用，提高操作的機(jī)械強(qiáng)度。六、酶的別離純化與酶活力測(cè)定1.酶的別離純化根本原那么：提取過(guò)程中防止酶變性而失去活性；防止強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和劇烈攪拌等；要求在低溫下操作，參加的化學(xué)試劑不使酶變性，操作中參加緩沖溶液.根本操作程序：選材：微生物〔微生物發(fā)酵物:胞內(nèi)酶，胞外酶〕，動(dòng)物〔動(dòng)物器臟：消化酶，血液：SOD酶，尿液：尿激酶等〕,植物〔木瓜蛋白酶，菠蘿蛋白酶等〕。抽提：參加提取液提取。胞內(nèi)酶先要進(jìn)行細(xì)胞破碎〔機(jī)械研磨，超聲波破碎，反復(fù)凍融或自溶等〕，別離：先進(jìn)行凈化處理〔過(guò)濾，絮凝，離心脫色〕，再采用沉淀法別離〔鹽析法，有機(jī)溶劑沉淀法，超離心等〕。純化：可采用離子交換層析，凝膠過(guò)濾，液相色譜，親和色譜和超濾等方法。酶的制劑形式：固體：枯燥〔冰凍升華，噴霧枯燥，真空枯燥〕液體保存：低溫下短期保存。2.酶活力的測(cè)定概念酶活力：又稱為酶活性，一般把酶催化一定化學(xué)反響的能力稱為酶活力，通常以在一定條件下酶所催化的化學(xué)反響速度來(lái)表示。根本原理:酶是蛋白質(zhì)，種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，一般對(duì)酶的測(cè)定，不是直接測(cè)定其酶蛋白的濃度，而是測(cè)定其催化化學(xué)反響的能力，這是基于在最優(yōu)化條件下，當(dāng)?shù)孜镒銐颉策^(guò)量〕，在酶促反響的初始階段，酶促反響的速度〔初速度〕與酶的濃度成正比〔即V=K［E］〕，故酶活力測(cè)定的是化學(xué)反響速度，一定條件下可代表酶活性分子濃度。酶活力測(cè)定酶活力測(cè)定就是測(cè)定一定量的酶，在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物(P)的生成〔增加〕量或底物〔S〕的消耗〔減少〕量。即測(cè)定時(shí)確定三種量：①參加一定量的酶；②一定時(shí)間間隔；③物質(zhì)的增減量。測(cè)定酶活力常有以下幾種方法：在一個(gè)反響體系中，參加一定量的酶液，開(kāi)始計(jì)時(shí)反響，經(jīng)一定時(shí)間反響后，終止反響，測(cè)定在這一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反響量〔終止時(shí)與起始時(shí)的濃度差〕，這時(shí)測(cè)得的是初速度。在一定條件下，參加一定量底物〔規(guī)定〕，再參加適宜量的酶液，測(cè)定完成該反響〔底物反響完〕所需的時(shí)間，〔非初速度，為一平均速度〕。動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)定法。在反響體系中，參加酶，用儀器連續(xù)監(jiān)測(cè)整個(gè)酶促反響過(guò)程中底物的消耗或產(chǎn)物的生成?？焖俜错懽粉櫡?。近年來(lái)，追蹤極短時(shí)間〔10-3s以下〕內(nèi)反響過(guò)程的方法和裝置已經(jīng)應(yīng)用。其代表有停流法〔stopped-flow〕和溫度躍變法〔temperaturejump〕。酶反響條件優(yōu)化：測(cè)酶活所用的反響條件應(yīng)該是最適條件，所謂最適條件包括最適溫度、最適pH、足夠大的底物濃度、適宜的離子強(qiáng)度、適當(dāng)稀釋的酶液及嚴(yán)格的反響時(shí)間，抑制劑不可有，輔助因子不可缺。酶活力測(cè)定方法：反響計(jì)時(shí)。反響計(jì)時(shí)必須準(zhǔn)確。反響體系必須預(yù)熱至規(guī)定溫度后，參加酶液并立即計(jì)時(shí)。反響到時(shí)，要立即滅酶活性，終止反響，并記錄終了時(shí)間。終止酶反響，常使酶立刻變性，最常用的方法是參加三氯乙酸或過(guò)氯酸使酶蛋白沉淀，也可用SDS使酶變性，或迅速加熱使酶變性。有些酶可用非變性法來(lái)停止反響或用破壞其輔因子來(lái)停止反響。反響量的測(cè)定。測(cè)底物減少量或產(chǎn)物生成量均可。在反響過(guò)程中產(chǎn)物是從無(wú)到有，變化量明顯，極利于測(cè)定，所以大都測(cè)定產(chǎn)物的生成量。具體物質(zhì)量的測(cè)定，據(jù)被測(cè)定物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)通過(guò)定量分析法測(cè)定。常用的方法有：光譜分析法：酶將產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)椤仓苯踊蜷g接〕一個(gè)可用分光光度法或熒光光度法測(cè)出的化合物?；瘜W(xué)法：利用化學(xué)反響使產(chǎn)物變成一個(gè)可用某種物理方法測(cè)出的化合物，然后再反過(guò)來(lái)算出酶的活性。放射性化學(xué)法：用同位素標(biāo)記的底物，經(jīng)酶作用后生成含放射性的產(chǎn)物，在一定時(shí)間內(nèi)，生成的放射性產(chǎn)物量與酶活性成正比。3.酶活力的表示方法及計(jì)算酶活力單位酶活力可用單位時(shí)間內(nèi)單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量表示，單位為mol/min等。酶活力單位的根本定義為：規(guī)定條件〔最適條件〕下一定時(shí)間內(nèi)催化完成一定化學(xué)反響量所需的酶量。據(jù)不同情況有幾種酶活力單位〔activityunit〕或又稱酶單位〔enzymeunit〕。國(guó)際單位：一般用活力單位U〔Unit〕表示，許多酶活力單位都是以最正確條件或某一固定條件下每分鐘催化生成1μmol產(chǎn)物所需要的酶量為一個(gè)酶活力單位。一個(gè)“Katal〞單位是指在一定條件下1秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1mol底物所需的酶量。Kat和U的換算關(guān)系：1Kat=6×107U，1U=16067nKat以上的酶單位定義中，如果底物〔S〕有一個(gè)以上可被作用的化學(xué)鍵，那么一個(gè)酶單位表示1分鐘使1μmol有關(guān)基團(tuán)轉(zhuǎn)化的酶量。如果是兩個(gè)相同的分子參加反響，那么每分鐘催化2μmol底物轉(zhuǎn)化的酶量稱為一個(gè)酶單位。在“U〞和“kat〞酶活力單位的定義和應(yīng)用中，酶催化底物的分子量必須是的，否那么將無(wú)法計(jì)算。習(xí)慣單位：在實(shí)際使用中，結(jié)果測(cè)定和應(yīng)用都比較方便、直觀，規(guī)定的酶活力單位，不同酶有各自的規(guī)定，如：①α-淀粉酶活力單位：每小時(shí)分解1g可溶性淀粉的酶量為一個(gè)酶單位?！睶B546-80〕，也有規(guī)定每小時(shí)分解1mL2%可溶性淀粉溶液為無(wú)色糊精的酶量為一個(gè)酶單位。顯然后者比前一個(gè)單位小。②糖化酶活力單位：在規(guī)定條件下，每小時(shí)轉(zhuǎn)化可溶性淀粉產(chǎn)生1mg復(fù)原糖〔以葡萄糖計(jì)〕所需的酶量為一個(gè)酶單位。③蛋白酶：規(guī)定條件下，每分鐘分解底物酪蛋白產(chǎn)生1μg酪氨酸所需的酶量。④DNA限制性內(nèi)切酶：推薦反響條件下，一小時(shí)內(nèi)可完全消化1μg純化的DNA所需的酶量。比活力〔specificactivity〕酶的比活力是每單位〔一般是mg〕蛋白質(zhì)中的酶活力單位數(shù)〔如：酶單位/mg蛋白〕，實(shí)際應(yīng)用中也用每單位制劑中含有的酶活力數(shù)表示〔如：酶單位/mL〔液體制劑〕，酶單位/g〔固體制劑〕〕，對(duì)同一種酶來(lái)講，比活力愈高那么表示酶的純度越高〔含雜質(zhì)越少〕，所以比活力是評(píng)價(jià)酶純度上下的一個(gè)指標(biāo)。在評(píng)價(jià)純化酶的純化操作中，還有一個(gè)概念就是回收率?；厥章?某純化操作后的總活力/某純化操作前的總活力［總活力=比活力×總體積〔總重量〕］酶活力計(jì)算及計(jì)算舉例酶活力計(jì)算是將實(shí)驗(yàn)中所用各種參數(shù)和所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)〔反響時(shí)間、酶液稀釋度和用量、產(chǎn)物生成量等〕換算成每毫升〔或每克〕酶制劑中所含的酶活力單位數(shù)。酶活力測(cè)定舉例：福林-酚〔Lowry〕法測(cè)定蛋白酶活力。該方法的根本原理是以酪蛋白為底物進(jìn)行反響，然后用福林-酚試劑顯色，并用光度法測(cè)定酶促反響產(chǎn)物酪氨酸的生成量。測(cè)定在初速度階段進(jìn)行，為初速度法。

本章小結(jié)一、酶酶的概念酶催化作用的特點(diǎn)共性特性：條件溫和、高效率、專一性、易變敏感性二、酶的化學(xué)本質(zhì)及結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)酶：?jiǎn)渭兠附Y(jié)合酶：全酶=酶