生物学]6 酶学与酶工程ppt课件

1、酶学与酶工程 酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用的蛋白质。它们可特定地促成某个反响而它们本身却不参与反响，且具有反响效率高、反响条件温暖、反响产物污染小、能耗低和反响易控制等特点。 酶工程就是利用酶催化的作用，在一定的生物反响器中，将相应的原料转化成所需求的产品。它是酶学实际与化工技术相结合而构成的一种新技术。 酶工程的运用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。 第一节 酶学概述 新陈代谢是生命活动的根底，是生命活动最重要的特征。而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物量变化和能量变化，都是在酶催化下进展的。生命的生长发育、繁衍、遗传、运动、神经传导等生命活动都与酶的催化过程紧密相关，可

2、以说，没有酶的参与，生命活动一刻也不能进展。 酶是一类有催化功能的大分子物质，这些物质的化学本质绝大多数属于蛋白质，少数为RNA类。一酶和普通催化剂的共性1. 用量少而催化效率高；2. 不改动化学反响的平衡点；3. 可降低反响的活化能。酶催化作用的特点 在一个反响体系里，任何反响物分子都有进展化学反响的能够，但并非全部反响物分子都进展化学反响。只需那些具有较高能量，处于活化态的分子活化分子才干在分子碰撞中发生化学反响。 活化能：在一定温度下，1摩尔底物全部进入活化态所需求的自在能kJ/mol) 分子由基态到达活化态的途径有二： 1、给反响体系加热或用光照射，从而使反响分子获得所需的活化能量；

3、2、运用催化剂，使其瞬时地与反响物结合成过渡态，降低反响活化能，使反响沿着一个活化能垒较低的途径进展。二酶作为生物催化剂的特点1. 酶具有高度的专注性 绝对专注性 构造专注性 族的专注性酶的专注性 键的专注性 旋光异构专注性 立体构造专注性 几何异构专注性2. 酶易失活3. 酶活性遭到调理和控制4. 酶具有很高的催化效率锁钥学说：锁钥学说：n以为整个酶分子的天然构象是具有刚性以为整个酶分子的天然构象是具有刚性构造的，酶外表具有特定的外形。酶与构造的，酶外表具有特定的外形。酶与底物的结合好像一把钥匙对一把锁一样底物的结合好像一把钥匙对一把锁一样诱导契合学说诱导契合学说n该学说以为酶外表并没有一种

4、与底物互补该学说以为酶外表并没有一种与底物互补的固定外形，而只是由于底物的诱导才构的固定外形，而只是由于底物的诱导才构成了互补外形成了互补外形. .一酶的化学本质 酶的化学本质除有催化活性的RNA之外几乎都是蛋白质。 留意：不能说一切的蛋白质都是酶，只是具有催化活性的蛋白质才称酶。二酶的化学组成 从化学本质来看，酶可以分为：1. 单纯蛋白质simple protein2. 缀合蛋白质conjugated protein三、酶的化学本质及其组成缀合蛋白质全酶=蛋白质脱辅酶，apoenzyme或apoprotein+辅助因子cofactor 辅助因子是指一些对热稳定的非蛋白质小分子物质或金属离子，

5、包括：1辅酶coenzyme：与脱辅酶结合比较松弛的小分子有机化合物，经过透析方法即可出去，如辅酶等。2辅基cofactor：以共价键和脱辅酶结合，不能经过透析出去。三单体酶、寡聚酶、多酶复合体根据酶蛋白分子的特点，可将酶分为以下几类：1. 单体酶monomeric enzyme：普通由一条多肽链组成，如溶菌酶；但有的单体酶是由多条肽链组成，肽链间二硫键相连构成一整体。2. 寡聚酶oligomeric enzyme：是由两个或两个以上的亚基组成的酶，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的。3. 多酶复合体multienzyme complex：是由几种酶非共价键彼此嵌合而成。四根据酶的存在形状分

6、为：胞内酶、四根据酶的存在形状分为：胞内酶、胞外酶胞外酶1.1.胞内酶：在合成分泌后定位于细胞内发生作用的胞内酶：在合成分泌后定位于细胞内发生作用的酶，大多数的酶属于此类。酶，大多数的酶属于此类。2.2.胞外酶：在合成后分泌到细胞外发生作用的酶，胞外酶：在合成后分泌到细胞外发生作用的酶，主要为水解酶。主要为水解酶。一习惯命名法 1961年以前运用的酶的称号都是习惯沿用的，称为习惯名。主要根据两个原那么：1. 根据酶作用的底物命名；2. 根据酶催化反响的性质及类型命名；有的酶结合上述两个原那么来命名。 习惯命名比较简单，运用历史较长，虽然缺乏系统性，但如今还被人们运用。四、酶的命名和分类二国际系

7、统命名法 国际系统命名法原那么是以酶的整体反响为基础的，规定每种酶的称号该当明确标明酶的底物及催化反响的性质。假设一种酶催化两个底物起反响，应在它们系统称号中包括两个底物的名称，并以“：号将它们隔开。假设底物之一是水时，可将水略去不写。三国际系统分类法及酶的编号 国际酶学委员会，根据各种酶所催化反响的类型，把酶分为6大类，即氧化复原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和衔接酶类。分别用1、2、3、4、5、6来表示。再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分为假设干个亚类，每一个亚类又按顺序编成1、2、3、4等数字。每一个亚类可再分为亚亚类，仍用1、2、3、4编号。每一个酶的分类编号

8、由4个数字组成，数字间由“隔开，编号之前冠以ECEnzymeCommision)。1. 1. 氧化复原酶类氧化复原酶类OxidoreductasesOxidoreductases：Any enzyme which catalyzes a reduction has to also catalyze the Any enzyme which catalyzes a reduction has to also catalyze the reverse (oxidation) reaction, thus the double-barreled name reverse (oxidation) re

9、action, thus the double-barreled name oxidoreductase. oxidoreductase. 2. 2. 转移酶类转移酶类TransferasesTransferases: : A common example involves transfer of a phosphate between A common example involves transfer of a phosphate between ATP and a sugar molecule. ATP and a sugar molecule. 3. 3. 水解酶类水解酶类Hydrol

10、asesHydrolases: : The hydrolysis of an ester would be an example of such a The hydrolysis of an ester would be an example of such a reaction.reaction.4. 4. 裂合酶类裂合酶类LyasesLyases: Reactions which add a small molecule : Reactions which add a small molecule such as water or ammonia to a double bond (and

11、 the reverse, such as water or ammonia to a double bond (and the reverse, elimination, reactions) are catalyzed by lyases. elimination, reactions) are catalyzed by lyases. 5. 5. 异构酶类异构酶类IsomerasesIsomerases: : These enzymes catalyze the conversion of a molecule into an These enzymes catalyze the con

12、version of a molecule into an isomer. The cis-trans interconversion of maleate and isomer. The cis-trans interconversion of maleate and fumarate is an example. fumarate is an example. 6. 6. 衔接酶类衔接酶类LigasesLigases: : These enzymes catalyze reactions which make bonds to join These enzymes catalyze rea

13、ctions which make bonds to join together (ligate) smaller molecules to make larger ones.together (ligate) smaller molecules to make larger ones.n水解酶催化底物的加水分解反响。水解酶催化底物的加水分解反响。n主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。n例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反响：催化的脂的水解反响：(1) (1) 水解酶水解酶 hydrolasehydrolaseH2

14、OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHn氧化氧化- -复原酶催化氧化复原酶催化氧化- -复原反响。复原反响。n主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。n如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反响。脱氢酶催化乳酸的脱氢反响。(2) (2) 氧化氧化- -复原酶复原酶 Oxidoreductase OxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADHn转移酶催化基团转移反响，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反响，即将

15、一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反响。谷丙转氨酶催化的氨基转移反响。(3) (3) 转移酶转移酶 TransferaseTransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHOn裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子构成双键的反响及其逆反响。原子构成双键的反响及其逆反响。n主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。n例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反响。延胡索

16、酸水合酶催化的反响。(4) (4) 裂合酶裂合酶 Lyase LyaseHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOHn异构酶催化各种同分异构体的相互转化，异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。即底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反响。磷酸葡萄糖异构酶催化的反响。(5) (5) 异构酶异构酶 IsomeraseIsomeraseOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOHn合成酶，又称为衔接酶，可以催化合成酶，又称为衔接酶，可以催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C

17、-S 键的构成反响。这类反响必需与键的构成反响。这类反响必需与ATPATP分解反响相互偶联。分解反响相互偶联。nA + B + ATP + H-O-H =A A + B + ATP + H-O-H =A B + ADP +Pi B + ADP +Pi n例如，丙酮酸羧化酶催化的反响。例如，丙酮酸羧化酶催化的反响。n 丙酮酸丙酮酸 + CO2 + CO2 草酰乙酸草酰乙酸(6) (6) 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase Ligase or Synthetase核酸类酶R酶的分类 n自1982年以来，被发现的核酸类酶越来越多，对它的研讨越来越广泛和深化。但是对于分类和命名还没

18、有一致的原那么和规定。n根据酶催化反响的类型，可以将R酶分为剪切酶，剪接酶，和多功能酶等三类。n根据R酶的构造特点不同，可分为锤头型R酶，发夹型R酶，含I型IVS 的R酶，含II型 IVS 的R酶等。n根据酶催化的底物是其本身RNA分子还是其它分子，可以将R酶分为分子内催化in cis，也称为自我催化和分子间催化in trans两类。 回本章目录五、酶的活力测定 酶活力enzyme activity也称为酶活性，是指酶催化一定化学反响的才干。1. 酶活力与酶反响速度 酶活力的大小可以用一定条件下所催化的某一化学反响的反响速度reaction velocity来表示，两者呈线性关系。 酶反响速度

19、可用单位时间内底物的减少量或产物的添加量来表示。2. 酶的活力单位U，activity unit 酶活力的大小及酶含量的多少，用酶活力单位表示，即酶单位U。酶单位的定义是：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需求的酶量。这样酶的含量就可以用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少酶单位来表示U/g或U/ml。 1961年国际酶学委员会规定“国际单位表示酶活力；1972年又引荐一种新的酶活力单位Katal简称Kat单位。一个katal单位是指在最适反响条件下，1每秒钟催化1moL底物转化为产物所需求的酶量。1Kat6107IU，3. 酶的比活力specific activity 酶的比活力

20、代表酶的纯度，国际酶学委员会规定比活力用每mg蛋白质所含有的酶活力单位数表示。对同一种酶比活力愈大，纯度愈高。 4. 酶的转换数：kat值 kat值以一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物的分子数来表示酶的催化效率。5. 酶活力的测定方法1分光光度法spectrophotometry2荧光法fluorometryThe interactions from the added groups contribute largely to the stabilization of the transition state. Moreover, the rate can beaffected greatly

21、 by the interactions physically remote from thecovalent bond broken.第二节 酶促反响动力学 酶促反响动力学kinetics of enzyme-catalyzed reactions是研讨酶促反响的速度以及影响此速度的各种要素的科学。 酶促反响动力学的研讨既有重要的实际意义，又具有一定的实际意义。一、底物浓度对酶反响速度的影响一中间络合物学说 1903年Henri用蔗糖酶水解做实验，研讨底物浓度与反响速率的关系。当酶浓度不变时，可以测出一系列不同底物浓度下的反响速度，以反响速度对底物浓度作图，可得一双曲线。从该曲线可以看出，当

22、底物浓度较低时，反响速率对底物浓度的关系呈正比关系，表现为一级反响。随着底物浓度的添加，反响速率不再按正比升高，反响表现为混合级反响。当底物浓度到达相当高时，底物浓度对反响速率影响变小几乎无关，反响达最大速率，为零及反响。 根据上述实验结果，Henri和Wurtz提出酶底物中间络合学说。二酶促反响的动力学方程式1. 米氏公式的推导 1913年Michaelis和Menten在前人任务的根底上，根据酶反响的中间复合物学说，推导出底物浓度与酶反响速率之间的定量关系，称之为米氏方程：Vmax SKs + Sv =The term (k2 + k-1)/k1 is defined as the Mic

23、haelis-Menten constant, Km. An important numerical relationship emerges from the MichaelisMenten equation in the special case when V0 is exactly one-half Vmax。If SKm,2. 动力学参数的意义1米氏常数的意义 Km是酶的一个特征常数，Km的大小只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。 Km值可以判别酶的专注性和天然底物，1/Km可近似地表示酶对底物亲和力的大小。假设知某酶的Km值，就可以计算在某一底物浓度时，其反响速率相当于Vmax的百分率

24、。2Vmax的意义 在一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一常数。Vmax与Km类似，同一种酶对不同底物的Vmax也不同，pH、温度和离子强度等要素也影响Vmax的数值。3kcat/Km的意义Kcat/Km值的大小，可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效率。3. 米氏常数的测定1Lineweaver-Burk双倒数作图法The Douhle-Reciprocal Plot横轴截距为-1/Km，纵轴截距为1/Vmax。2Eadie-Hofstee作图法 v=Vmax-Kmv/S以vv/S作图得不断线，其纵轴截距为Vmax，斜率为-Km。3Hanes-Woolf作图法 S/v=S/Vma

25、x+Km/Vmax以S/vS作图得不断线，横轴截距为-Km，斜率为1/Vmax。4Eisenthal和Cornish-Bowden直接线性作图法： Vmax=v+v/S Km三多底物的酶促反响动力学1.多底物反响按动力学机制分类1序列反响sequential reactions或单-置换反响single-displacement reactions 有序反响ordered reactions 随机反响randon reactions2乒乓反响Ping pang reactions2. 双底物反响的动力学Figure 8-14 Steady-state kinetic analysis of b

26、isubstrate reactions. In these double-reciprocal plots (see Box 8-1), the concentration of substrate 1 is varied while the concentration of substrate 2 is held constant. This is repeated for several values of S2, generating several separate lines. The lines intersect if a ternary complex is formed i

27、n the reaction (a), but are parallel if the reaction goes through a ping-pong or double-displacement pathway (b).二、酶的抑制造用 酶是蛋白质，凡可使蛋白量变性而引起酶活力丧失的作用为失活作用inactivation)。由于酶的必需基团化学性质的改动，但酶未变性，而引起酶活力的降低或丧失称为抑制造用inhibition。引起抑制造用的物质称为抑制剂inhibitor。 变性剂对酶的变性无选择性，而一种抑制剂只能使一种酶或一类酶产生抑制造用，即抑制剂对酶的抑制造用是具有选择性的。一抑制

28、造用的类型 根据抑制剂与酶的作用方式及抑制造用是否可逆，可把抑制造用分为两大类：1. 不可逆的抑制造用irreversible inhibition2. 可逆的抑制造用reversible inhibition 根据可逆抑制剂与底物的关系，可逆抑制造用分为3类型：1竞争性抑制competitive inhibition2非竞争性抑制noncompetitive inhibition3反竞争性抑制uncompetitive inhibition二可逆抑制造用动力学1. 竞争性抑制 抑制剂I和底物S竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结合。竟竟争争性性抑抑制制竟争性抑制竟争性抑制竟争性抑制竟

29、争性抑制2. 非竞争性抑制 底物与抑制剂同时和酶结合，两者没有竞争作用。非非竟竟争争性性抑抑制制3. 反竞争性抑制 酶只需与底物结合后，才干与抑制剂结合，即ES+I ESI，ESI PUncompetitive inhibitiona a=1+I/K=1+I/KI, KI, KI=ESI/ESII=ESI/ESI三一些重要的抑制剂1. 不可逆抑制剂 按照不可逆抑制造用的选择性，可将其分为两类：1非专注性不可逆抑制剂 主要有以下几种： 有机磷化合物 常见的有DIFP、农药敌敌畏、敌百虫、对硫磷等。有机汞、有机砷化合物 这类化合物与酶分子中半胱氨酸残基的硫基作用，抑制含硫基的酶。重金属盐 含Ag+

30、、Cu2+ 、 Hg2+ 、 Pb2+ 、 Fe3+重金属盐在高浓度时，能使酶蛋白变性失活。 在低浓度时对某些酶的活性产生抑制造用，一般可以运用金属螯合剂如EDTA、半胱氨酸等螯合除去有害的重金属离子，恢复酶的活力。烷化试剂 这一类试剂往往含一个活泼的卤素原子，如碘乙酸、碘乙酰胺和2，4-二硝基氟苯等，被作用的 基团有巯基、氨基、羧基、咪唑基和硫醚基等。氰化物、硫化物和CO青霉素Penicillin)2 专注性不可逆抑制剂 Ks型不可逆抑制剂kcat型不可逆抑制剂2. 可逆抑制剂 可逆抑制剂中最重要和最常见的是竞争性抑制剂。如像一些竞争性抑制剂与天然代谢物在结构上非常类似，能选择性地抑制病菌或

31、癌细胞在代谢过程中的某些酶，而具有抗癌和抗菌作用。这类抑制剂可称为抗代谢物或代谢类似物。三、温度对酶的影响 温度对酶反响速率的影响表如今两个方面，一方面是当温度升高时，与普通化学反响一样，反响速率加快。反响温度提高10，其反响速率与原来反响速率之比称为反响的温度系数，用Q10表示，对大多数酶来讲温度系数Q10多为2 ，也就是说，即温度每升高10 ，酶反响速率为原反响速率的2倍。另一方面由于酶是蛋白质，随着温度升高，使酶蛋白逐渐变性而失活，引起酶反响速率下降。 在较低的温度范围内，酶反响速率随温度升 高而增大，但超越一定温度后，反响速率反而下降，因此只需在某一温度下，反响速率到达最大值，这个温度

32、就称为酶反响的最适温度opptimum temperature)。每种酶在一定条件下都有其最适温度。vt/0C最适温度四 、 pH对酶反响的影响 酶的活力受环境p的影响，在一定p下，酶表现最大活力，高于或低于此p，酶活力降低，通常把表现出酶最大活力的p称为该酶的最适poptimum pH) 各种酶在一定条件下都有其最特定的最适pH，因此最适pH是酶的特性之一。但酶的最适pH不是一个常数，受许多要素影响，随底物种类和浓度、缓冲液种类和浓度的不同而改动，因此最适pH只有在一定条件下才有意义。 pH影响酶活力的缘由能够有以下几个方面：1 过酸或过碱可以使酶的空间构造破坏，引起酶构象的改动，酶活性丧失

33、。2 当pH改动不很猛烈时，酶虽未变性，但活力遭到影响。3pH影响维持酶分子空间构造的有关基团解离，从而影响了酶活性部位的构象，进而影响酶的活性。唾液 五、 激活剂对酶反响的影响 凡是能提高酶活性的物质都称为激活剂(activator)，其中大部分是无机离子或简单的有机化合物。作为激活剂的金属离子有K+、Na2+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 Zn2+ 及 Fe3等离子，无机阴离子如：Cl- 、 Br- 、 I- 、 CN- 、 PO43- ，氢离子，中等大小的有机分子以及具有蛋白质性质的大分子物质等都可作为激活剂。 激活剂对酶的作器具有一定的选择性，即一种激活剂对某种酶起激活作用，而对另一

34、种酶能够起抑制造用；有时离子之间有拮抗作用；有时金属离子间也可相互替代。第三节 酶的作用机制和酶的调理一、 酶的活性部位一) 酶活性部位的特点 经过各种研讨证明，酶的特殊催化才干只局限在大分子的一定区域，也就是说，只需少数特异的氨基酸残基参与底部结合及催化作用。这些特异的氨基酸残基比较集中的区域，即与酶活力直接相关的区域称为酶的活性部位(active site)或活性中心(active center)。通常又将活性部位分为结合部位和催化部位，前者担任与底物的结合，决议酶的专一性；后者担任催化底物键的断裂构成新键，决议酶的催化才干。对需求辅酶的酶来说，辅酶分子，或辅酶分子上的某一部分构造，往往也

35、是酶活性部分组成部分。虽然酶在构造、专注性和催化方式上差别很大，就活性部分而言有其共同特点。1 活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，通常只占整个酶分子体积的 1%2%。2 酶的活性部分是一个三维实体。3 酶的活性部位并不是和底物的外形正好互补的，而是在酶和底物结合的过程中，底物分子或酶分子，有时是两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，这时催化基团的位置也正好在所催化底物键的断裂和即将生成键的适当位置。4 酶的活性部位是位于酶分子外表的一个裂痕(crevice)内。5 酶活性部位具有柔性或可运动性。 酶活性中心表示图酶活性中心表示图 n结合部位结合部位 Binding site Bin

36、ding siten酶分子中与底物结合的酶分子中与底物结合的部位或区域普通称为结部位或区域普通称为结合部位。合部位。酶分子的构造特点酶分子的构造特点n酶分子中促使底物发生化学酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。变化的部位称为催化部位。n通常将酶的结合部位和催化通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或部位总称为酶的活性部位或活性中心。活性中心。n结合部位决议酶的专注性，结合部位决议酶的专注性，n催化部位决议酶所催化反响催化部位决议酶所催化反响的性质。的性质。催化部位催化部位 catalytic site catalytic site二 研讨酶活性部位的方法 1. 酶分子侧链基

37、团的化学修饰法1 非特异性共价修饰2 特异性共价修饰2. 动力学参数测定法3. X射线晶体构造分析法4. 定点诱变法二、酶催化反响的独特性质 酶催化反响的某些独特性质为许多反响所共有，可概括如下：1 酶反响可分为两类，一类反响仅仅涉及到电子的转移，这类反响的速率或转换数在108s-1数量级；另一类反响涉及到电子和质子两者或者其它基团的转移，它们的速率在103s-1数量级。大部分反响属第二类。2 酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介的。3 酶催化反响的最适pH范围通常是狭小的4 与底物相比较，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些。5 多酶复合体的特性，使更复杂的多底物反响按一

38、定途径进展。三、 影响酶催化效率的有关要素一 底物和酶的临近效应(approximation, proximity)与定向效应(oritntation) 酶和底物复合物的构成过程包括：临近效应和定向效应。 临近效应使底物和底物如双分子反响之间，酶的催化基团与底物之间有效浓度得以极大的升高，从而使反响速率大大添加的一种效应。 定向效应是指反响物的反响基团之间和酶的催化基团与底物的反响基团之间的正确取位产生的效应。二 底物的形变(distortion)和诱导契合(induced fit) 当酶遇到其专注性底物时，酶中某些基团或离子可以使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，使敏感键的

39、一端更加敏感，底物分子发生形变，底物比较接近它的过渡态，降低了反响活化能，使反响易于发生。三 酸碱催化(acid-base catalysis) 酸碱催化是经过瞬时的向反响物提供质子或从反响物接受质子以稳定过渡态，加速反响的一类催化机制。在水溶液中经过高反响性的质子和氢氧离子进展的催化称为专注的酸碱性催化(specific acid-base catalysis)或狭义的酸碱催化；而经过H+以及能提供H+供体进展的催化称为总酸碱催化(general acid-base catalysis)或广义的酸碱催化。Figure 8-9 Many organic reactions are promot

40、ed by proton donors (general acids) or proton acceptors (general bases). The active sites of some enzymes contain amino acid functional groups, such as those shown here, that can participate in the catalytic process as proton donors or proton acceptors四 共价催化(covalent catalysis) 共价催化又称亲核催化(nucleophil

41、ic catalysis)或亲电子催化(electrophilic catalysis)，在催化时，亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或汲取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，迅速构成不稳定的共价中间复合物，降低反响活化能，使反响加速。五 金属离子催化1. 需求金属的酶分类1 金属酶(metalloenzymes)2 金属-激活酶(metal-activated enzyme)六协同效应七活性部位微环境的影响四、酶催化反响机制的实例 胰凝乳蛋白酶chymotrypsin选择裂解芳香族氨基酸如象Phe、Tyr羧基侧链。其活性中心由Ser195、His57和Asp102组成。 在胰凝乳蛋白

42、酶的催化反响中，组氨酸的咪唑基起着广义酸碱催化剂的作用，先促使Ser195的羟基亲核地附着究竟物敏感肽键中的羧基原子上，构成共价的酰化中间物，在促进酰化的ES中间物上的酰基转移到水或其他的酰基受体如醇、氨基酸等上。五、酶活性的调理控制 细胞内酶的调理和控制有多种方式，主要有：1. 调理酶的浓度；2. 经过激素调理酶活性；3. 反响抑制调理酶活性； 在多酶体系中，反响的总速度决议于其中反应速度最慢的一个反响，这个速度最慢的酶限制着全部反响序列的速度，称为限速步骤。它遭到终产物的反响抑制。4. 抑制剂和激活剂对酶活性的调理；5. 其他调理方式：经过别构调控、酶原的激活、酶的可逆共价修饰和同工酶来调

43、理酶的活性。一别构调控allosteric regulation 酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改动，进而改动酶活性状态，称为酶的别构调理。具有这种调理作用的酶称为别构酶alloseric enzyme。凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物effector或别构剂，通常为小分子代谢物或辅因子。 有的别构酶有“负调理物，有的别构酶有：“正调理物或称激活剂激活效应物；有的别构酶那么正负调理物兼而有之。有的别构酶只需一个专注性的调理物，称之为单价别构酶monovalent enzyme，有的别构酶那么有两个或更多的专注性调理物，称为多价别构酶polyvalent en

44、zyme。1. 别构酶的性质1别构酶普通都是寡聚酶，经过次级键由多亚基组成。在别构酶分子上有和底物结合和催化底物的活性部位，也有和调理物或效应物结合的调理部位，这两种部位能够在同一个亚基上，也能够分别在不同的亚基上。在同促别构酶中活性部位和调理部位是相同的。调理部位与活性部位虽在空间上分开的，但这两个部位可相互影响，经过构象的变化，产生协同效应。2别构酶的动力学 因别构酶有协同效应，故其S对v的动力学曲线不是双曲线，而是S形曲线正协同或表观双曲线负协同，两者均不符合米氏方程。这种S形曲线阐明酶结合一分子底物或调理物后，酶的构象发生改动，这种新的构象大大地添加对后续底物分子的亲和力，促进后续分子

45、与酶的结合，表现为正协同性，这种酶称为具有正协同效应的酶。表观双曲线阐明，在底物浓度较低的范围内酶活力上升很快，但随后底物浓度虽有较大的提高，但反应速率升高却很小。 为了区分符合米氏方程的“正常酶，具有正协同性的别构酶和具有负协同性的别构酶，Koshland建议用协同指数cooperativity index，CI来鉴别。CI是指酶分子中的结合位点被底物饱和90%和饱和10%时底物浓度的比值。故协同指数又称饱和比值saturation ratio，Rs，即：位点被90%饱和时的底物浓度位点被10%底物饱和时的浓度 Rs =81 1/n 3K型效应物和V型效应物：凡是改动底物的K0.5而不改动Vmax的效应物称为K型效应物。反之，凡是改动Vmax而不改动K0.5的效应物为V型效应物。4别构酶经加热或用化学试剂等处置，可引起别构酶解离，失去调理活性，称为脱敏作用desensitization。2. 别构模型allosteric models1协同模型或对称模型concerted or symmetry model，也称WHC模型 别构酶由确定