酶与维生素(2)课件

1、1 第一章第一章 酶与维生素酶与维生素 生物体生命活动的基本特征之一是它不断生物体生命活动的基本特征之一是它不断 地进行新陈代谢，而新陈代谢是由各式各样的地进行新陈代谢，而新陈代谢是由各式各样的 众多化学反应所组成，这些化学反应都是常温众多化学反应所组成，这些化学反应都是常温 、常压、酸碱适中的温和条件下迅速进行的。、常压、酸碱适中的温和条件下迅速进行的。 如果在实验室完成这些反应，就需要高温、高如果在实验室完成这些反应，就需要高温、高 压、强酸或强碱的剧烈条件，就这样有些反应压、强酸或强碱的剧烈条件，就这样有些反应 还是难以完成的。究其原因，因为生物体内含还是难以完成的。究其原因，因为生物体

2、内含 有一种特殊的催化剂有一种特殊的催化剂酶酶。 2 第一节第一节 酶的概述酶的概述 一、酶的概念：由生物活细胞产生，以蛋白为主一、酶的概念：由生物活细胞产生，以蛋白为主 要成分的生物催化剂。要成分的生物催化剂。 3 （ 4 1926 1926年，美国科学家萨姆钠年，美国科学家萨姆钠（SumnerSumner）首次从刀）首次从刀 豆中提纯出脲酶结晶，并通过化学实验证实脲酶是一豆中提纯出脲酶结晶，并通过化学实验证实脲酶是一 种蛋白质。种蛋白质。 2020世纪世纪3030年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋 白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白白质结晶，并

3、指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白 质。质。 19821982年，美国科学家切赫（年，美国科学家切赫（CechCech）奥特曼（）奥特曼（ S.AltmanS.Altman）发现少数）发现少数RNARNA也具有生物催化作用也具有生物催化作用 ，提出，提出 核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)的概念。的概念。 19951995年，杰克绍斯塔克年，杰克绍斯塔克 （Jack W.SzostakJack W.Szostak）研）研 究室首先报道了具有究室首先报道了具有DNADNA连接酶活性连接酶活性DNADNA片段，称为片段，称为脱脱 氧核酶氧核酶(deoxyribozyme)(deoxy

4、ribozyme)。 5 (simple enzyme)(simple enzyme)如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶 结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)如转氨酶和乳酸脱氢酶如转氨酶和乳酸脱氢酶 蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 ( (apoenzyme)apoenzyme) 辅助因子辅助因子 (cofactor) (cofactor) 金属离子金属离子 非蛋白小分子有机化合物非蛋白小分子有机化合物 全酶全酶 (holoenzyme)(holoenzyme) 6 辅助因子分类（按其辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程

5、度与酶蛋白结合的紧密程度） 辅酶辅酶 (coenzyme):(coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去。方法除去。 辅基辅基 (prosthetic group):(prosthetic group): 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超 滤的方法除去滤的方法除去。 7 酶的分类（根据酶蛋白的组成结构不同）：酶的分类（根据酶蛋白的组成结构不同）： 8 9 二、酶的性质二、酶的性质 （一）酶的普通催化性质（与一般催化剂的共同点）（一）酶的普通催化性质（与一般催化剂的共同点） ： 10 （二）酶的生物催化剂特

6、性：由于酶是具有催化活性（二）酶的生物催化剂特性：由于酶是具有催化活性 的蛋白质，所以它还具有与普通催化剂不同的特性。的蛋白质，所以它还具有与普通催化剂不同的特性。 1 1、反应条件温和反应条件温和 酶所催化的反应一般在常温、常压酶所催化的反应一般在常温、常压 、PHPH接近中性的温和条件下进行，由于酶是蛋白质，接近中性的温和条件下进行，由于酶是蛋白质， 所以高温、强酸、强碱、重金属盐等理化因素都能使所以高温、强酸、强碱、重金属盐等理化因素都能使 酶变性而失去催化活性。酶变性而失去催化活性。 2 2、高催化效率高催化效率 生物体中的化学反应，只有在酶的催生物体中的化学反应，只有在酶的催 化下才

7、能进行。化下才能进行。以摩尔为单位进行比较，酶催化的反以摩尔为单位进行比较，酶催化的反 应速率率比化学催化剂催化的反应速率高应速率率比化学催化剂催化的反应速率高10107 7101013 13倍 倍 ，比非催化的反应速率高，比非催化的反应速率高10108 8101020 20倍。如表 倍。如表1-11-1。 11 表表1-1 1-1 一些酶的催化活力一些酶的催化活力 酶酶非催化反应速率非催化反应速率酶催化反应速率酶催化反应速率提高倍数提高倍数 脲酶脲酶3.010-103.01041.01014 丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶4.310-643001.0109 羧肽酶羧肽酶3.010-95781.

8、91011 AMPAMP核苷酸核苷酸1.010-11606.01012 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶1.010-101.01021.01012 3、高度专一性 12 4 4、酶活性受到调节和控制酶活性受到调节和控制 生物体内存在的化学反应生物体内存在的化学反应 十分复杂，但都能够协调有序地进行，这主要是因为十分复杂，但都能够协调有序地进行，这主要是因为 生物体内酶的活性受到严格的调节和控制。生物体为生物体内酶的活性受到严格的调节和控制。生物体为 了适应环境的变化，保持正常的生命活动，在漫长的了适应环境的变化，保持正常的生命活动，在漫长的 进化过程中，形成了酶的调控系统。进化过程中，形成了酶的调控系

9、统。 酶的调控酶的调控 酶量的调节酶量的调节 酶活性的调节酶活性的调节 改变酶的合成速度改变酶的合成速度 改变酶的降解速度改变酶的降解速度 抑制剂和激活剂调节抑制剂和激活剂调节 反馈抑制调节反馈抑制调节 共价修饰调节共价修饰调节 变构调节变构调节 13 三、酶的分类和命名三、酶的分类和命名 （一）酶的分类：酶的种类很多，到目前为止已发现（一）酶的分类：酶的种类很多，到目前为止已发现 的酶有的酶有40004000多种。实际上在生物体中存在的数量远远多种。实际上在生物体中存在的数量远远 不止于此，例如真核细胞中包含的蛋白质大约就有不止于此，例如真核细胞中包含的蛋白质大约就有 5000050000种

10、，其中主要是酶。因此酶的发现和研究任重种，其中主要是酶。因此酶的发现和研究任重 而道远。为了研究和应用的方便，而道远。为了研究和应用的方便，19611961年国际生物化年国际生物化 学学会酶学委员会（学学会酶学委员会（Enzyme CommissionEnzyme Commission，ECEC）提出）提出 了酶的命名和分类方法，将酶分为了酶的命名和分类方法，将酶分为6 6大类。大类。 1 1、氧化还原酶（、氧化还原酶（oxidoreductaseoxidoreductase） 指能催化底物发指能催化底物发 生氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶类、过生氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶

11、类、过 氧化氢酶、过氧化物酶等。氧化氢酶、过氧化物酶等。 14 （1 1）氧化酶类：催化底物脱氢并氧化生成）氧化酶类：催化底物脱氢并氧化生成H H2 2O O或或H H2 2O O2 2 。 AA2H2H+O+O2 2 A+ A+H H2 2O O2 2 2A2A2H2H+O+O2 2 2A+2 2A+2H H2 2O O 邻苯二酚氧化酶（邻苯二酚氧化酶（EC 1.10.3.1EC 1.10.3.1） 邻苯二酚邻苯二酚邻苯醌邻苯醌 例：例： OH OH + O2 邻邻苯苯二二酚酚氧氧化化酶酶 O O 2 + 2H2O2 15 （2 2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢）脱氢酶类：直接催化底物脱氢 ，

12、一般以辅酶一般以辅酶 （NADNAD+ +) )或辅酶或辅酶（NADPNADP+ +) )作为传递氢的辅因子。作为传递氢的辅因子。 AA2H2H + B + B A + B A + B2H2H 例：乳酸脱氢酶（例：乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27EC 1.1.1.27） 乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸 COOH C H CH3 H O+ NAD+ COOH CO CH3 + NADH + H+ 乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶 16 2 2、转移酶类、转移酶类（transferasetransferase） 指凡能催化底物发生基指凡能催化底物发生基 团转移或交换的酶。常见的转移酶有氨基转移酶、甲团转移或交换的酶。

13、常见的转移酶有氨基转移酶、甲 基转移酶、酰基转移酶和激酶等。基转移酶、酰基转移酶和激酶等。 AR+ B BRA + 例：谷丙转氨酶（例：谷丙转氨酶（GPTGPT）（）（EC 2.6.1.2EC 2.6.1.2） 17 3 3、水解酶类、水解酶类 指能催化底物发生水解反指能催化底物发生水解反 应的酶。常见的水解酶有淀粉酶、蛋白酶、酯酶、磷应的酶。常见的水解酶有淀粉酶、蛋白酶、酯酶、磷 酸酯酶和羧肽酶等。酸酯酶和羧肽酶等。 4 4、裂合酶类（、裂合酶类（或裂解酶或裂解酶lyaselyase） 指催化底物共价键断指催化底物共价键断 裂，使一分子底物生成两分子产物的酶。裂合酶可催裂，使一分子底物生成两

14、分子产物的酶。裂合酶可催 化化C C-C-C、C-OC-O、C-NC-N等共价键断裂，如醛缩酶、异柠檬等共价键断裂，如醛缩酶、异柠檬 酸裂解酶等。酸裂解酶等。 AB + AB + H H2 2O O AAOHOH + B + BH H A AB B A A + B + B 18 例如：例如： 19 5、异构酶（异构酶（isomeraseisomerase） 是指催化同分异构体之间相是指催化同分异构体之间相 互转化的酶，可催化结构异构体和立体异构体间的相互转化的酶，可催化结构异构体和立体异构体间的相 互转变。常见的有顺反异构酶、消旋酶、差向异构酶互转变。常见的有顺反异构酶、消旋酶、差向异构酶 、

15、分子内基团转移酶和分子内氧化还原酶等。、分子内基团转移酶和分子内氧化还原酶等。 A B 例如例如 20 6、合成酶（合成酶（syntheasesynthease）或连接酶（）或连接酶（ligaseligase） 合成酶合成酶 往往是催化有腺苷三磷酸（往往是催化有腺苷三磷酸（ATP)ATP)参与的化合反应的一参与的化合反应的一 类酶，如丙酮酸羧化酶和谷氨酰胺酶等。因为将两个类酶，如丙酮酸羧化酶和谷氨酰胺酶等。因为将两个 小分子合成一个大分子，通常需要小分子合成一个大分子，通常需要ATPATP供能。供能。 A + B + ATP AB + ADP + Pi A + B + ATP AB + AMP

16、 + PPi 乙酸+CoASH+ATP 乙酰SCoA+AMP+PPi 21 （二）酶的命名：（二）酶的命名： 1 1、习惯命名法、习惯命名法 是根据底物的名字或反应的性质，有是根据底物的名字或反应的性质，有 时加上该酶的生物来源加以区别，放在时加上该酶的生物来源加以区别，放在“酶酶”字的前字的前 面组合而成。如淀粉酶、蛋白酶、脲酶是由它们各自面组合而成。如淀粉酶、蛋白酶、脲酶是由它们各自 作用的底物是淀粉、蛋白质、尿素来命名的；水解酶作用的底物是淀粉、蛋白质、尿素来命名的；水解酶 、转氨基酶、脱氢酶是根据它们各自催化底物发生水、转氨基酶、脱氢酶是根据它们各自催化底物发生水 解、氨基转移、脱氢反

17、应来命名的；而像胃蛋白酶、解、氨基转移、脱氢反应来命名的；而像胃蛋白酶、 细菌淀粉酶、牛胰核糖核酸酶则是根据酶的来源不同细菌淀粉酶、牛胰核糖核酸酶则是根据酶的来源不同 来命名的。来命名的。 22 2 2、系统命名法、系统命名法 以酶催化的整体反应为基础，规定以酶催化的整体反应为基础，规定 每种酶的名称应明确标明底物名称和反应性质。每种酶的名称应明确标明底物名称和反应性质。 若底物是两个或多个，通常用若底物是两个或多个，通常用“：”把它们隔开把它们隔开 ，作为供体的底物名称在前，作为受体的底物名，作为供体的底物名称在前，作为受体的底物名 称在后。若底物之一是水，可以略去不写。酶的称在后。若底物之

18、一是水，可以略去不写。酶的 系统命名法与习惯命名法如表系统命名法与习惯命名法如表12.12. 表表1-2 1-2 酶的系统命名法与习惯命名法酶的系统命名法与习惯命名法 习惯名称习惯名称系统名称系统名称催化的反应催化的反应 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶L L乳酸：乳酸：NADNAD+ +氧化还原酶氧化还原酶乳酸乳酸+ NAD+ NAD+ + 丙酮酸 丙酮酸+NADH+H+NADH+H+ + 己糖激酶己糖激酶ATPATP：己糖磷酸基转移酶：己糖磷酸基转移酶ATP+ATP+葡萄糖葡萄糖 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+ADP+ADP 谷丙转氨酶谷丙转氨酶丙氨酸：丙氨酸：酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶丙氨

19、酸丙氨酸+ +酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸+ +谷氨酸谷氨酸 脂肪酶脂肪酶脂肪：水解酶脂肪：水解酶脂肪脂肪+H+H2 2O O 脂肪酸脂肪酸+ +甘油甘油 23 一、酶的专一性及酶的专一性假说一、酶的专一性及酶的专一性假说 （一）酶的专一性（一）酶的专一性 酶作为生物催化剂，它的一个酶作为生物催化剂，它的一个 很重要的特征就是具有高度专一性，也就是对底物的很重要的特征就是具有高度专一性，也就是对底物的 严格选择性。严格选择性。 酶的专一性酶的专一性 结构专一性结构专一性 绝对专一性绝对专一性 相对专一性相对专一性 族专一性族专一性 立体异构专一性立体异构专一性 旋光异构专一性旋光异构专一性

20、几何异构专一性几何异构专一性 键专一性键专一性 第二节第二节 酶的作用机理酶的作用机理 24 绝对专一性：绝对专一性：有些酶对底物具有相当严格的选择，有些酶对底物具有相当严格的选择， 通常只作用于一种特定的底物，这种专一性称为绝对通常只作用于一种特定的底物，这种专一性称为绝对 专一性。如蔗糖酶只作用于蔗糖，麦芽糖酶只作用于专一性。如蔗糖酶只作用于蔗糖，麦芽糖酶只作用于 麦芽糖二者均不作用于其它二糖。麦芽糖二者均不作用于其它二糖。 相对专一性：相对专一性：有些酶的作用对象不是一种底物，而有些酶的作用对象不是一种底物，而 是一类结构相近的底物，这种专一性称为相对专一性是一类结构相近的底物，这种专一

21、性称为相对专一性 。 族专一性：族专一性：具有族专一性的酶对底物被作用的具有族专一性的酶对底物被作用的 化学键两端的基团要求不高，只对其中的一个基团要化学键两端的基团要求不高，只对其中的一个基团要 求严格。如胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。求严格。如胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。 键专一性：键专一性：具有健专一性的酶只要求作用于底具有健专一性的酶只要求作用于底 物特定的化学键对于键两端的基团没有严格的要求。物特定的化学键对于键两端的基团没有严格的要求。 如酯酶如酯酶 25 立体异构专一性：立体异构专一性：指当反应物具有立体异构体时，指当反应物具有立体异构体时， 酶只选择其中的一种立体异构体作为其底物。酶只选

22、择其中的一种立体异构体作为其底物。 旋光异构专一性：旋光异构专一性：具有旋光异构专一性的酶只能专具有旋光异构专一性的酶只能专 一地与反应物中的一种旋光异构体结合并催化其发生一地与反应物中的一种旋光异构体结合并催化其发生 反应。如淀粉酶只能选择性的水解反应。如淀粉酶只能选择性的水解D D葡萄糖参与形葡萄糖参与形 成的糖苷键，成的糖苷键，L L精氨酸只能催化精氨酸只能催化L L精氨酸的水解反精氨酸的水解反 应。应。 几何异构专一性几何异构专一性：具有几何异构专一性的酶只能选：具有几何异构专一性的酶只能选 择性地催化某种几何异构体底物的反应。如延胡索酸择性地催化某种几何异构体底物的反应。如延胡索酸

23、水合酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）水合生成苹水合酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）水合生成苹 果酸，对马来酸（顺丁烯二酸）则不起作用。果酸，对马来酸（顺丁烯二酸）则不起作用。 26 （二）酶的专一性假说（二）酶的专一性假说 1 1、锁与钥匙假说：该假说认为，酶表面具有特定、锁与钥匙假说：该假说认为，酶表面具有特定 的形状，像一把锁，底物分子或底物分子的一部分像的形状，像一把锁，底物分子或底物分子的一部分像 钥匙那样，专一地插入酶的特定部位，底物分子与酶钥匙那样，专一地插入酶的特定部位，底物分子与酶 分子在结构上有紧密的互补关系（如图分子在结构上有紧密的互补关系（如图1-3 1-3 ）。）。 图

24、图1-1 1-1 锁与钥匙假说示意图锁与钥匙假说示意图 27 2 2、诱导契合假说、诱导契合假说: :酶的结构是可变的，当底物与酶接近酶的结构是可变的，当底物与酶接近 时，在底物的诱导下，酶活性部位的结构发生变化，时，在底物的诱导下，酶活性部位的结构发生变化， 使活性部位的催化基团和结合基团与底物的空间结构使活性部位的催化基团和结合基团与底物的空间结构 相适应。这样酶就能与底物相结合生成中间产物。相适应。这样酶就能与底物相结合生成中间产物。 在酶和底物的相互影响中，主要是底物对酶的在酶和底物的相互影响中，主要是底物对酶的“诱诱 导导”，但也有酶对底物的，但也有酶对底物的“诱导诱导”。在互相。在

25、互相“诱导诱导” 下，酶和底物的结构都会发生变化下，酶和底物的结构都会发生变化( (图图13)13) 图图1-2 1-2 酶与底物诱导契合示意图酶与底物诱导契合示意图 28 二、反应活化能与酶的催化作用二、反应活化能与酶的催化作用 在化学反应中，不是所有的反应物分子都能参加在化学反应中，不是所有的反应物分子都能参加 反应生成产物。只有能量较高的分子间才能发生反应反应生成产物。只有能量较高的分子间才能发生反应 ，这样的分子叫做，这样的分子叫做活性分子。活性分子。活性分子的数量决定反活性分子的数量决定反 应速率，活性分子的数量越多，反应速率越快。因此应速率，活性分子的数量越多，反应速率越快。因此

26、把活化分子所具有的最低能量与分子的平均能量的差把活化分子所具有的最低能量与分子的平均能量的差 值称为值称为反应活化能反应活化能。显然反应活化能越低，反应物中。显然反应活化能越低，反应物中 的活化分子越多，反应速率越快。催化剂可以降低反的活化分子越多，反应速率越快。催化剂可以降低反 应的活化能（见图应的活化能（见图1-11-1），能够在较低的能量状态下），能够在较低的能量状态下 ，使更多的反应物分子成为活化分子，所有能提高反，使更多的反应物分子成为活化分子，所有能提高反 应速率。应速率。 29 反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催

27、化剂催一般催化剂催 化反应的活化能化反应的活化能 能能 量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 图图1-3 1-3 催化剂对反应的影响催化剂对反应的影响 30 三、中间产物学说三、中间产物学说 中间产物学说认为，在酶促反应中，酶（中间产物学说认为，在酶促反应中，酶（E E）总是）总是 与底物（与底物（S S）形成不稳定的中间产物（）形成不稳定的中间产物（ESES），中间产），中间产 物使底物分子内敏感键的化学键减弱，呈不稳定状态物使底物分子内敏感键的化学键减弱，呈不稳定状态 ，不稳定的中间产物迅速转变成产物（，不稳定的中间产物迅速转变成产物（P P）。）。 S+E ES P+ES+E

28、 ES P+E 酶与底物形成中间产物，使反应经历了完全不同酶与底物形成中间产物，使反应经历了完全不同 的途径。由于酶的影响，降低了反应的活化能（图的途径。由于酶的影响，降低了反应的活化能（图1-1- 2 2） 31 图图1-4 1-4 酶促反应与非酶促反应的活化能酶促反应与非酶促反应的活化能 G :G :无酶催化时的活化能无酶催化时的活化能 G G1 1和和G G2 2： ：酶促反应分步进行时的活化能 酶促反应分步进行时的活化能 32 酶与底物形成中间产物是由酶的结构决定的，实验酶与底物形成中间产物是由酶的结构决定的，实验 证明，酶的催化能力取决于酶分子中一小部分特殊区证明，酶的催化能力取决于

29、酶分子中一小部分特殊区 域，这一小部分特殊区域中的氨基酸残基参与对底物域，这一小部分特殊区域中的氨基酸残基参与对底物 的结合与催化作用，这些特异的氨基酸残基比较集中的结合与催化作用，这些特异的氨基酸残基比较集中 的区域称为酶的的区域称为酶的活性部位（活性中心），活性部位（活性中心），酶的活性部酶的活性部 位是酶结合与催化底物的场所。位是酶结合与催化底物的场所。 酶的结合部位与催化部位共同构成酶的活性部位酶的结合部位与催化部位共同构成酶的活性部位 ，在功能上二者缺一不可，在空间构成上，二者也紧，在功能上二者缺一不可，在空间构成上，二者也紧 密连接在一起。密连接在一起。 活性部位活性部位 结合部位

30、：结合部位： 催化部位：催化部位： 酶分子中与结合底物有关的部位。每一种酶分子中与结合底物有关的部位。每一种 酶具有一个或一酶具有一个或一 个以上的结合部位，每个以上的结合部位，每 个结合部位至少结合一种底物，结合部位个结合部位至少结合一种底物，结合部位 决定酶的专一性。决定酶的专一性。 酶分子中促使底物发生化学变化的部位。酶分子中促使底物发生化学变化的部位。 催化部位决定酶的催化能力及酶促反应催化部位决定酶的催化能力及酶促反应 的性质。的性质。 33 第三节第三节 影响酶促反应速率的因素影响酶促反应速率的因素 酶是生物催化剂，它只有在适宜的环境条件下才酶是生物催化剂，它只有在适宜的环境条件下

31、才 能发挥最大的催化能力。影响酶促反应速率的因素很能发挥最大的催化能力。影响酶促反应速率的因素很 多，主要有底物浓度、酶浓度、温度、溶液多，主要有底物浓度、酶浓度、温度、溶液pHpH、激活、激活 剂和抑制剂等。了解这些因素对酶促反应速率的影响剂和抑制剂等。了解这些因素对酶促反应速率的影响 ，对控制和调节生物体正常生长发育有着重要的现实，对控制和调节生物体正常生长发育有着重要的现实 意义。意义。 一、底物浓度的影响一、底物浓度的影响 34 一、底物浓度的影响：一、底物浓度的影响： 在其他条件不变的情况下，实验测得底物浓度与在其他条件不变的情况下，实验测得底物浓度与 酶促反应速率的关系酶促反应速率

32、的关系( (图图15)15)。 图图1-5 1-5 底物浓度对反应速率的影响底物浓度对反应速率的影响 35 从图从图1515可以看出，当底物浓度很低时，可以看出，当底物浓度很低时， 反应速率随底物浓度的增加而加快，反应速率反应速率随底物浓度的增加而加快，反应速率 与底物浓度呈直线关系。随底物浓度增加，反与底物浓度呈直线关系。随底物浓度增加，反 应速率随底物浓度增加的程度变小，底物浓度应速率随底物浓度增加的程度变小，底物浓度 对反应速率的影响逐渐变小。当底物浓度增大对反应速率的影响逐渐变小。当底物浓度增大 到一定程度后，反应速率则达到最大值。此时到一定程度后，反应速率则达到最大值。此时 再增加底

33、物浓度，反应速率不再改变。再增加底物浓度，反应速率不再改变。 36 底物浓度对反应速率的影响可以通过中间产物学底物浓度对反应速率的影响可以通过中间产物学 说予以解释。根据中间产物学说，在其他条件一定的说予以解释。根据中间产物学说，在其他条件一定的 情况下，酶促反应的速率主要由中间产物情况下，酶促反应的速率主要由中间产物(ES)(ES)的浓度的浓度 决定，中间产物浓度大，反应速率就快。在酶浓度一决定，中间产物浓度大，反应速率就快。在酶浓度一 定的情况下，当底物浓度很低时，随着底物浓度的增定的情况下，当底物浓度很低时，随着底物浓度的增 加中间产物的浓度增加，反应速率随底物浓度增加而加中间产物的浓度

34、增加，反应速率随底物浓度增加而 加快。随着底物浓度的继续增加，中间产物浓度的增加快。随着底物浓度的继续增加，中间产物浓度的增 加逐渐减少，所以底物浓度对反应速率的影响减小。加逐渐减少，所以底物浓度对反应速率的影响减小。 当底物浓度增大到一定程度时，所有的酶都变成中间当底物浓度增大到一定程度时，所有的酶都变成中间 产物，这时再增大底物浓度，中间产物的浓度也不会产物，这时再增大底物浓度，中间产物的浓度也不会 增加，此时反应达到最大反应速率，增加底物浓度对增加，此时反应达到最大反应速率，增加底物浓度对 反应速率无影响。反应速率无影响。 37 二、酶浓度的影响二、酶浓度的影响 在其他条件不变，底物浓在

35、其他条件不变，底物浓 度足够大时，酶促反应的反度足够大时，酶促反应的反 应速率随酶浓度增大而加快应速率随酶浓度增大而加快 ( (图图l-6)l-6)。 在酶促反应中，底物与酶在酶促反应中，底物与酶 形成中间产物，当底物浓度形成中间产物，当底物浓度 足够大时，随着酶浓度的增足够大时，随着酶浓度的增 加，中间产物的浓度也增加加，中间产物的浓度也增加 ，反应速率随酶浓度的增大，反应速率随酶浓度的增大 而加快。而加快。 0 V E 当当SSEE时，时，V Vmax max = k = k3 3 E E 图图1-6 1-6 酶浓度对酶促反应速率的影响酶浓度对酶促反应速率的影响 38 三、三、pHpH的影

36、响的影响 酶的活性受酶的活性受pHpH的影响的影响 ，因而酶促反应的反应速，因而酶促反应的反应速 率也受率也受pHpH影响。酶在一定影响。酶在一定 的的pHpH下活性最大，高于或下活性最大，高于或 低于此低于此pHpH，酶的活性降低，酶的活性降低 ，通常将酶具有最大活性，通常将酶具有最大活性 的的pHpH称为酶的最适称为酶的最适pH(pH(如如 图图17)17)。 反反 应应 速速 度度 pH 最最适适p pH H 6810 0 图图1-7 pH1-7 pH对反应速率的影响对反应速率的影响 39 最适最适pHpH是酶的特是酶的特 性之一。但最适性之一。但最适pHpH随随 底物种类和浓度、缓底物

37、种类和浓度、缓 冲溶液的种类和浓度冲溶液的种类和浓度 的不同而改变。因此的不同而改变。因此 最适最适pHpH只有在一定条只有在一定条 件下才有意义。大多件下才有意义。大多 数酶的最适数酶的最适pHpH在在5 58 8 之间，动物体中酶的之间，动物体中酶的 最适最适pHpH一般在一般在6.56.5 8.O8.O之间，植物和微之间，植物和微 生物中酶的最适生物中酶的最适pHpH一一 般在般在4.54.56.56.5之间。之间。 某些酶的最适某些酶的最适pHpH列于列于 表表1-31-3。 酶底物最适PH 胃蛋白酶 鸡蛋白蛋白 1.5 血红蛋白 2.2 丙酮酸羧化酶丙酮酸4.8 脂肪酶低级脂5.5-

38、5.8 延胡索酸酶 延胡索酸酶6.5 苹果酸8.0 过氧化氢酶H2O27.6 核糖核酸酶RNA7.8 碱性磷酸酶3-磷酸甘油9.5 精氨酸酶 精氨酸 9.7 表表1-3 1-3 一些酶的最适一些酶的最适pHpH 40 pH pH影响酶促反应速率是因为过高或过低的影响酶促反应速率是因为过高或过低的pHpH影响影响 了酶蛋白的了酶蛋白的空间结构空间结构，使酶变性失活；，使酶变性失活；pHpH还会影响酶还会影响酶 和底物的和底物的电离状态电离状态，使酶活性部位和底物的结构发生，使酶活性部位和底物的结构发生 改变，使中间产物不易形成或产物不易生成。改变，使中间产物不易形成或产物不易生成。 由于由于pH

39、pH对酶促反应速率有较大影响，所以在酶的对酶促反应速率有较大影响，所以在酶的 提纯和测定时加入缓冲溶液，使酶保持稳定。虽然多提纯和测定时加入缓冲溶液，使酶保持稳定。虽然多 数酶都有最适数酶都有最适pHpH，但也有例外，如木瓜蛋白酶在较大，但也有例外，如木瓜蛋白酶在较大 pHpH范围内活性不受影响。范围内活性不受影响。 41 四、温度的影响四、温度的影响 温度对酶促反应速率温度对酶促反应速率 的影响通过两方面发挥作的影响通过两方面发挥作 用。一方面与一般化学反用。一方面与一般化学反 应相同，随温度升高化学应相同，随温度升高化学 反应速率加快；另一方面反应速率加快；另一方面 温度上升到一定程度，酶

40、温度上升到一定程度，酶 蛋白变性失活，化学反应蛋白变性失活，化学反应 速率减慢，两个因素综合速率减慢，两个因素综合 作用的结果使酶促反应有作用的结果使酶促反应有 最适宜温度最适宜温度( (图图1-8)1-8)。 酶酶 活活 性性 0.5 1.0 2.0 1.5 0 10 20 30 40 50 60 温度温度C C 图图1-8 1-8 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 最适温度最适温度 42 温度与反应速率关系曲线是倾斜的钟形。当温度温度与反应速率关系曲线是倾斜的钟形。当温度 低于最适温度时，随温度升高反应速率增大，但达到低于最适温度时，随温度升高反应速率增大，但达到 最适温度后，

41、由于酶变性失活反应速率迅速下降。曲最适温度后，由于酶变性失活反应速率迅速下降。曲 线上的最大反应速率所对应的温度即是最适温度。动线上的最大反应速率所对应的温度即是最适温度。动 物体内酶最适温度一般为物体内酶最适温度一般为35354545，植物体内酶最适，植物体内酶最适 温度为温度为40405555，大部分酶在，大部分酶在6060以上即变性失活。以上即变性失活。 少数酶能耐受较高的温度，如细菌淀粉酶在少数酶能耐受较高的温度，如细菌淀粉酶在9393时活时活 性最高。性最高。 最适温度与最适最适温度与最适pHpH不同，最适温度不是酶的特征不同，最适温度不是酶的特征 常数，它与酶促反应的时间有关，不同

42、反应时间测得常数，它与酶促反应的时间有关，不同反应时间测得 的最适温度不同，这是由于温度使蛋白质变性是随时的最适温度不同，这是由于温度使蛋白质变性是随时 间而累加的。反应时间长，测得的酶最适温度低。反间而累加的。反应时间长，测得的酶最适温度低。反 之酶的最适温度高。之酶的最适温度高。 43 五、激活剂和抑制剂的影响五、激活剂和抑制剂的影响 ( (一一) )激活剂的影响激活剂的影响 激活剂激活剂： 能提高酶活性的物质能提高酶活性的物质 。常见的激活剂有常见的激活剂有 无机离子无机离子或或简单的有机化合物简单的有机化合物，如，如C1C1- -是唾液淀粉酶的是唾液淀粉酶的 激活剂，激活剂，MgMg2

43、+ 2+是多数激酶及合成酶的激活剂。激活剂 是多数激酶及合成酶的激活剂。激活剂 一般通过与酶分子中侧链基团的结合，稳定酶的空间一般通过与酶分子中侧链基团的结合，稳定酶的空间 结构或作为酶辅因子的组成部分而起作用。结构或作为酶辅因子的组成部分而起作用。 激活剂对酶的作用有一定的选择性，激活剂对酶的作用有一定的选择性，即一种激活即一种激活 剂对某种酶有激活作用，对另一种酶却有抑制作用。剂对某种酶有激活作用，对另一种酶却有抑制作用。 例如，例如，MgMg2+ 2+对脱羧酶有激活作用，而对肌球蛋白腺苷 对脱羧酶有激活作用，而对肌球蛋白腺苷 三磷酸酶却有抑制作用三磷酸酶却有抑制作用,C,Ca a2+ 2

44、+则相反。 则相反。 44 不同浓度的激活剂对酶的影响也是不同的，不同浓度的激活剂对酶的影响也是不同的，如当如当 MgMg2+ 2+浓度为 浓度为(5(510)10)1010-3 -3 mol molL L。时，对。时，对NADPNADP+ +合成合成 酶有激活作用，当酶有激活作用，当MgMg2+ 2+浓度升高到 浓度升高到3030lOlO-3 -3 mol molL L 时时 ，酶的活性下降。，酶的活性下降。 小分子有机化合物激活剂通过保护酶催化活性的小分子有机化合物激活剂通过保护酶催化活性的 必需基团而起作用。这些激活剂常常是半胱氨酸、还必需基团而起作用。这些激活剂常常是半胱氨酸、还 原型

45、谷胱甘肽及抗坏血酸等还原剂。例如，含有巯基原型谷胱甘肽及抗坏血酸等还原剂。例如，含有巯基 的木瓜蛋白酶和的木瓜蛋白酶和3 3一磷酸甘油醛脱氢酶会因形成二硫一磷酸甘油醛脱氢酶会因形成二硫 键而失去活性，可加入还原型谷胱甘肽等还原剂保护键而失去活性，可加入还原型谷胱甘肽等还原剂保护 其活性。其活性。 45 ( (二二) )抑制剂的影响抑制剂的影响 抑制作用抑制作用 ：某些物质与酶的活性部位结合后，改某些物质与酶的活性部位结合后，改 变了酶活性部位的结构与性质，从而引起酶活性降低变了酶活性部位的结构与性质，从而引起酶活性降低 或丧失，或丧失， 这种作用叫抑制作用。这种作用叫抑制作用。 抑制剂：抑制剂

46、：引起抑制作用的物质。引起抑制作用的物质。 抑制剂抑制剂 不可逆抑制剂不可逆抑制剂 可逆抑制剂可逆抑制剂 竞争性抑制剂竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂 反竞争性抑制剂反竞争性抑制剂 抑制剂对酶具有一定的选择性，一种抑制剂只能抑制剂对酶具有一定的选择性，一种抑制剂只能 对一种或一类酶产生抑制作用。抑制剂不引起酶蛋对一种或一类酶产生抑制作用。抑制剂不引起酶蛋 白变性。白变性。 46 1、不可逆抑制、不可逆抑制 抑制剂与酶以共价键相结合，不抑制剂与酶以共价键相结合，不 能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶恢复活能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶恢复活 性，称为不可逆抑制。不可逆抑

47、制作用随抑制剂浓度性，称为不可逆抑制。不可逆抑制作用随抑制剂浓度 增加而增加，当抑制剂的量大到足以与所有的酶结合增加而增加，当抑制剂的量大到足以与所有的酶结合 时，酶的活性就被完全抑制。时，酶的活性就被完全抑制。 在不可逆抑制中，必须通过其他化学反应，才能使在不可逆抑制中，必须通过其他化学反应，才能使 酶从抑制剂中释放出来，这种抑制解除称为酶酶从抑制剂中释放出来，这种抑制解除称为酶“复活复活 ”。利用酶复活的原理可以对药物中毒进行解毒。利用酶复活的原理可以对药物中毒进行解毒。 47 有机砷、汞化合物与酶中半胱氨酸的巯基相结合，有机砷、汞化合物与酶中半胱氨酸的巯基相结合， 使酶失去活性。例如，使

48、酶失去活性。例如，路易斯毒气与酶的巯基结合使路易斯毒气与酶的巯基结合使 人畜中毒，可用二巯基丙醇人畜中毒，可用二巯基丙醇(BAL)(BAL)使酶复活而解毒。使酶复活而解毒。 Cl As Cl CHCHCl + E SH SH E S As S CHCHCl + 2HCl 路易士气路易士气巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸 E S S AsCHCHCl+ CH2SH CHSH CH2OH E SH SH + CH2S CHS CH2OH AsCHCHCl 失活的酶失活的酶BALBAL巯基酶巯基酶BALBAL与砷剂结合物与砷剂结合物 48 如如有机磷农药是一类不可逆抑制剂，它能抑制某有机磷农药是一类

49、不可逆抑制剂，它能抑制某 些蛋白酶及胆碱酯酶的活性。抑制剂与胆碱酯酶活性些蛋白酶及胆碱酯酶的活性。抑制剂与胆碱酯酶活性 部位丝氨酸的羟基以共价键结合使酶失活，引起神经部位丝氨酸的羟基以共价键结合使酶失活，引起神经 中毒症状。有机磷农药中毒后可用解磷定中毒症状。有机磷农药中毒后可用解磷定( (碘化醛肟碘化醛肟 甲基吡啶甲基吡啶) )或氯磷定或氯磷定 ( (氯化醛肟甲基吡啶氯化醛肟甲基吡啶) )除去有机磷除去有机磷 农药而使酶复活。农药而使酶复活。 RO RO P O X +HOE RO RO P O OE + HX 有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸 49 青霉素是一种不可

50、逆抑制剂，可与糖肽转肽酶活青霉素是一种不可逆抑制剂，可与糖肽转肽酶活 性中心丝氨酸上的羟基以共价键相结合，使酶失活。性中心丝氨酸上的羟基以共价键相结合，使酶失活。 酶失活后细菌细胞壁合成受阻，抑制细菌生长。利用酶失活后细菌细胞壁合成受阻，抑制细菌生长。利用 不可逆抑制作用原理可以开发设计新农药及抗菌剂。不可逆抑制作用原理可以开发设计新农药及抗菌剂。 2 2、可逆抑制、可逆抑制 ：抑制剂与酶以非共价键相结合，可以抑制剂与酶以非共价键相结合，可以 用透析、超滤等简单物理方法除去抑制剂使酶复活，用透析、超滤等简单物理方法除去抑制剂使酶复活， 这种抑制称为可逆抑制。根据抑制剂与底物的关系，这种抑制称为

51、可逆抑制。根据抑制剂与底物的关系， 可逆抑制可分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争可逆抑制可分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争 性抑制性抑制3 3种类型。种类型。 50 (1)(1)竞争性抑制竞争性抑制 在竞争性抑制中，抑制剂在竞争性抑制中，抑制剂(I)(I)与底与底 物物(S)(S)结构相似，都能与酶的活性部位相结合。因为结构相似，都能与酶的活性部位相结合。因为 酶的活性部位不能同时与底物和抑制剂相结合，因而酶的活性部位不能同时与底物和抑制剂相结合，因而 底物和抑制剂呈竞争关系。底物和抑制剂呈竞争关系。 E+ （不能分解成产物不能分解成产物） 51 竞争性抑制剂对酶的抑制程度取决于抑制剂与

52、底竞争性抑制剂对酶的抑制程度取决于抑制剂与底 物的相对浓度。物的相对浓度。竞争性抑制作用可以通过增加底物竞争性抑制作用可以通过增加底物 浓度予以解除。例如，丙二酸与琥珀酸的结构相似浓度予以解除。例如，丙二酸与琥珀酸的结构相似 ，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，增加底，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，增加底 物琥珀酸的浓度，丙二酸的抑制可被解除。物琥珀酸的浓度，丙二酸的抑制可被解除。 COOH CH2 CH2 COOH 琥珀酸琥珀酸 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 FADFADFADHFADH2 2 延胡索酸延胡索酸 COOH COOH CH2 丙丙二二酸酸 52 竞争性抑制作用的原理可以用于

53、药物的选择。例竞争性抑制作用的原理可以用于药物的选择。例 如磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似，是对氨基苯如磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似，是对氨基苯 甲酸的竞争抑制剂。甲酸的竞争抑制剂。 二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸 二氢叶酸二氢叶酸 合成酶合成酶 二氢叶酸二氢叶酸 COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物 53 (2)(2)非竞争性抑制非竞争性抑制 非竞争性抑制是指底物和抑制剂可非竞争性抑制是指底物和抑制剂可 以同时与酶结合，两者没有竞争关系。以同时与酶结合，两者没有竞争关系。 54 非竞争抑制剂一般与活性中心以外的必需基团结非竞

54、争抑制剂一般与活性中心以外的必需基团结 合而影响酶的活性。由于非竞争性抑制剂和底物与酶合而影响酶的活性。由于非竞争性抑制剂和底物与酶 结合时互不排斥，无竞争性，所以不能用增加底物浓结合时互不排斥，无竞争性，所以不能用增加底物浓 度的方法解除抑制。某些金属离子抑制剂属于非竞争度的方法解除抑制。某些金属离子抑制剂属于非竞争 性抑制剂。性抑制剂。 (3)(3)反竞争性抑制反竞争性抑制 反竞争性抑制是指抑制剂反竞争性抑制是指抑制剂(I)(I)不与不与 游离酶游离酶(E)(E)结合，而与酶和底物复合物结合，而与酶和底物复合物(Es)(Es)结合生成结合生成 酶、底物和抑制剂复合物酶、底物和抑制剂复合物(

55、IES)(IES)，但，但IEsIEs不能释放出产不能释放出产 物。反竞争抑制作用常见于多底物反应中。例如，肼物。反竞争抑制作用常见于多底物反应中。例如，肼 类化合物抑制胃蛋白酶就是反竞争抑制。类化合物抑制胃蛋白酶就是反竞争抑制。 55 56 第四节第四节 维生素与辅酶维生素与辅酶 维生素是人和动物维持正常生命活动和生理功能维生素是人和动物维持正常生命活动和生理功能 不可缺少的。这类物质与糖类、蛋白质和脂肪不同，不可缺少的。这类物质与糖类、蛋白质和脂肪不同， 它们不是供给能量或构成生物体的主要原料，而是在它们不是供给能量或构成生物体的主要原料，而是在 物质代谢中起重要作用。人对维生素的每日需求

56、量很物质代谢中起重要作用。人对维生素的每日需求量很 少，但各种维生素缺乏时，会因物质代谢发生障碍而少，但各种维生素缺乏时，会因物质代谢发生障碍而 产生疾病，这些疾病称为维生素缺乏症。产生疾病，这些疾病称为维生素缺乏症。 水溶性维生素水溶性维生素 脂溶性维生素脂溶性维生素 维生素维生素 维生素维生素C C B B族维生素族维生素 57 一、水溶性维生素一、水溶性维生素 （一）维生素（一）维生素B B1 1 维生素维生素B B1 1（硫胺素、抗脚气病维生素），它在碱中（硫胺素、抗脚气病维生素），它在碱中 易破坏，在酸中稳定，加热到易破坏，在酸中稳定，加热到120120也不被破坏。也不被破坏。 1.

57、1.化学结构及生理功能化学结构及生理功能 维生素维生素B B1 1由噻唑环和含氨由噻唑环和含氨 基的嘧啶环组成。它在体内以焦磷酸硫胺素基的嘧啶环组成。它在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)的的 形式存在。形式存在。 噻唑环噻唑环 嘧啶环嘧啶环 硫胺素硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素 58 焦磷酸硫胺素是焦磷酸硫胺素是 一酮戊二酸脱氢酶系、丙酮酸脱一酮戊二酸脱氢酶系、丙酮酸脱 氢酶系和转酮酶的辅酶。这些酶是催化糖代谢的酶。氢酶系和转酮酶的辅酶。这些酶是催化糖代谢的酶。 当维生素当维生素B B1 1缺乏时，以缺乏时，以TPPTPP为辅酶的酶活性受到抑制，为辅酶的酶活性受到抑制， 丙酮酸、丙酮酸、

58、a a一酮戊二酸等在体内堆积，糖代谢不能正一酮戊二酸等在体内堆积，糖代谢不能正 常进行。常进行。 2 2来源及缺乏症来源及缺乏症 维生素维生素B B1 1主要存在于种子外皮及主要存在于种子外皮及 胚芽中，在米糠、麦麸、黄豆、花生和瘦肉等中含量胚芽中，在米糠、麦麸、黄豆、花生和瘦肉等中含量 丰富。当维生素丰富。当维生素B B1 1缺乏时，可出现多发性神经炎、皮缺乏时，可出现多发性神经炎、皮 肤麻木、四肢无力、心力衰竭、肌肉萎缩、下肢浮肿肤麻木、四肢无力、心力衰竭、肌肉萎缩、下肢浮肿 等；维生素等；维生素B B1 1缺乏常引起脚气病；此外，维生素缺乏常引起脚气病；此外，维生素B B1 1缺缺 乏还

59、可造成食欲不振、消化不良等症状。乏还可造成食欲不振、消化不良等症状。 59 （二）维生素（二）维生素B B2 2 维生素维生素B B2 2也称核黄素，呈黄色荧光，微溶于水，也称核黄素，呈黄色荧光，微溶于水， 在中性或酸性溶液中稳定，光照或碱中加热易分解。在中性或酸性溶液中稳定，光照或碱中加热易分解。 1 1化学结构及生理功能化学结构及生理功能 维生素维生素B B2 2是核醇和是核醇和7 7， 88二甲基异咯嗪的缩合物，维生素二甲基异咯嗪的缩合物，维生素B B2 2可以接受两个氢可以接受两个氢 原子，易发生氧化还原反应，故维生素原子，易发生氧化还原反应，故维生素B B2 2有氧化型和有氧化型和

60、还原型两种形式。还原型两种形式。 N N NH N CH 2 O O H3C H3C CH CH OH CH OHOH CH 2OH H H N N NH N CH2 O O H3C H3C CHCH OH CH OHOH CH2OH 核黄素核黄素 还原型核黄素还原型核黄素 异洛嗪异洛嗪 核糖醇核糖醇 60 维生素维生素B B2 2在体内以黄素单核苷酸在体内以黄素单核苷酸(FMN)(FMN)和黄素腺嘌和黄素腺嘌 呤二核苷酸呤二核苷酸 (FAD)(FAD)两种形式存在，它们是生物体内黄两种形式存在，它们是生物体内黄 素蛋白氧化还原酶的辅基。素蛋白氧化还原酶的辅基。 核黄素核黄素 黄素单核苷酸（黄