酶促反应动力学有方程推导过程

1、3.4 酶促反应动力学 酶促反应动力学酶促反应动力学(kinetics of enzyme-(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)catalyzed reactions)是研究酶促反应速度是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。酶促反应的影响因素及其影响因素的科学。酶促反应的影响因素主要包括酶的浓度、底物的浓度、主要包括酶的浓度、底物的浓度、pHpH、温度、温度、抑制剂和激活剂等。抑制剂和激活剂等。 酶促反应动力学酶促反应动力学一一. . 酶浓度的影响酶浓度的影响在一定温度和在一定温度和pHpH下，酶下，酶促反应在促反应在底物浓度大于底物浓度大于100

2、100 KmKm时时，速度与酶的浓，速度与酶的浓度呈度呈正比正比。酶浓度对速度的影响机酶浓度对速度的影响机理：理：酶浓度增加，酶浓度增加，ESES也也增加，而增加，而V=kV=k3 3ESES，故反，故反应速度增加。应速度增加。二二. . 温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响 酶促反应与其它化学反应一样，随温度的增加，反应酶促反应与其它化学反应一样，随温度的增加，反应速度加快。化学反应中温度每增加速度加快。化学反应中温度每增加1010反应速度增加的反应速度增加的倍数称为温度系数倍数称为温度系数Q Q1010。一般的化学反应的。一般的化学反应的Q Q1010为为2 23 3，而，而酶

3、促反应的酶促反应的Q Q1010为为1 12 2。 在一定范围内，反应速度达到最大时对应的温度称为该在一定范围内，反应速度达到最大时对应的温度称为该酶促反应的酶促反应的最适温度最适温度（optimum temperature Toptimum temperature Tm m）. .一般一般动物组织动物组织中的酶其最适温度为中的酶其最适温度为35354040，植物与微生物植物与微生物中中的酶其最适温度为的酶其最适温度为30306060，少数少数酶可达酶可达6060以上以上，如细，如细菌淀粉水解酶的最适温度菌淀粉水解酶的最适温度9090以上。以上。 温度对酶促反应速度的影响机理：温度对酶促反应速

4、度的影响机理： 1. 1. 温度影响反应体系中的温度影响反应体系中的活化分子数活化分子数：温度增加，活：温度增加，活化分子数增加，反应速度增加。化分子数增加，反应速度增加。2. 2. 温度影响温度影响酶的活性酶的活性：过高的温度使酶变性失活，反：过高的温度使酶变性失活，反应速度下降。应速度下降。 最适温度不是酶的特征常数，因为一种酶的最适温最适温度不是酶的特征常数，因为一种酶的最适温度不是一成不变的，它要受到度不是一成不变的，它要受到酶的纯度、底物、激活剂、酶的纯度、底物、激活剂、抑制剂、酶反应时间等因素抑制剂、酶反应时间等因素的影响。因此，的影响。因此，酶的最适温酶的最适温度与其它反应条件有

5、关。度与其它反应条件有关。三三. pH. pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 大多数酶的活性受大多数酶的活性受 pH pH 影响显著，在某一影响显著，在某一 pH pH 下下表现最大活力，高于或低于此表现最大活力，高于或低于此pHpH，酶活力显著下降。，酶活力显著下降。酶表现最大活力的酶表现最大活力的pHpH称为称为酶的最适酶的最适pHpH(optimumpH (optimumpH pHpHm m) )。典型的。典型的酶速度酶速度-pH-pH曲线曲线是是较窄的钟罩型曲线较窄的钟罩型曲线，但有的但有的酶的速度酶的速度-pH-pH曲线曲线并非一定呈钟罩型。如胃蛋并非一定呈钟罩型。如胃蛋白

6、酶和木瓜蛋白酶的速度白酶和木瓜蛋白酶的速度-pH-pH曲线。曲线。 胃蛋白酶的速度胃蛋白酶的速度- -温度曲线如下图：温度曲线如下图： 胃蛋白酶和葡萄糖胃蛋白酶和葡萄糖-6-6-磷酸酶的磷酸酶的pHpH活性曲线活性曲线 ： pH pH对酶促反应速度的影响机理：对酶促反应速度的影响机理：1 1、pHpH影响酶和底物的解离影响酶和底物的解离: : 酶的活性基团的解离受酶的活性基团的解离受pHpH影影响，底物有的也能解离，其解离状态也受响，底物有的也能解离，其解离状态也受pHpH的影响，在某的影响，在某一反应一反应pHpH下，二者的解离状态最有利于它们的结合，酶促下，二者的解离状态最有利于它们的结合

7、，酶促反应表现出最大活力，此反应表现出最大活力，此pHpH称为称为酶的最适酶的最适pHpH；当反应；当反应pHpH偏偏离最适离最适pHpH时，酶促反应速度显著下降。时，酶促反应速度显著下降。2 2、pHpH影响酶分子的构象：影响酶分子的构象：过高或过低过高或过低pHpH都会影响酶分子活都会影响酶分子活性中心的构象，或引起酶的变性失活。性中心的构象，或引起酶的变性失活。 动物动物体内多数酶的最适体内多数酶的最适pHpH值值接近中性接近中性，但也有例外，如胃，但也有例外，如胃蛋白酶的最适蛋白酶的最适pHpH约约1.81.8，肝精氨酸酶最适，肝精氨酸酶最适pHpH约为约为9.8(9.8(见下表见下表

8、) )。 一些酶的最适一些酶的最适pH pH 19021902年，年，HenriHenri用蔗糖酶水解蔗糖的实验中观用蔗糖酶水解蔗糖的实验中观察到：在蔗糖酶酶的浓度一定的条件下测定底物察到：在蔗糖酶酶的浓度一定的条件下测定底物（蔗糖）浓度对酶（蔗糖）浓度对酶 反应速度的影响反应速度的影响, , 它们之间的它们之间的关系呈现关系呈现矩形双曲线矩形双曲线(rectangular hyperbola)(rectangular hyperbola)。如下图所示：如下图所示：四、四、 底物浓度对反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响1、酶反应与底物浓度的关系、酶反应与底物浓度的关系 在底物浓度很低时，在

9、底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈加而急骤加快，两者呈正比正比关系，表现为关系，表现为一级反一级反应应。随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比。随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比例加快，反应速度增加的幅度不断下降。如果例加快，反应速度增加的幅度不断下降。如果继继续加大底物浓度续加大底物浓度，反应速度不再增加，表现为，反应速度不再增加，表现为零零级反应级反应。此时，无论底物浓度增加多大，反应速。此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加，说明酶已被底物所饱和。度也不再增加，说明酶已被底物所饱和。所有的所有的酶都有饱和现象，酶都有饱和现象，只是

10、达到饱和时所需底物浓度只是达到饱和时所需底物浓度各不相同而已。各不相同而已。 为解释酶被底物饱和现象，为解释酶被底物饱和现象，Michaelis和和Menten做了大量的定量研究，积累了足够的实验数据，做了大量的定量研究，积累了足够的实验数据，提出了酶促反应的动力学方程：提出了酶促反应的动力学方程：1kES 1kES2kEP ESEt SESES生成速度生成速度： SESEkvt11，ES分解速度分解速度：ESkESkv212当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：21vv 即即： ESkESkSESEkt211 121kkkESSESSEt令令：Kmkkk121则则： SSESESKm

11、tE(1)经整理得经整理得： SKSEmtES由于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即决定，即ESkv22kvES，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得： SKSEkvmt2 SKSEkmt2v(3)当当Et=ES时时，mVv tmEkV2(4)所以所以 将将（4）代入代入（3），则，则： SKSVvmmaxV Vmaxmax指该酶促反应的最大速度，指该酶促反应的最大速度，SS为底为底物浓度，物浓度，K Km m是米氏常数，是米氏常数，V V是在某一底物浓是在某一底物浓度时相应的反应速度。从米氏方程可知：度时相应的反应速度。从米氏方程可知： 当底物浓度很低时当底物浓度很低时 S

12、KS KS Km m ，此时，此时VVVVmaxmax ，反应速度达最大，反应速度达最大速度，底物浓度再增高也不影响反应速度，底物浓度再增高也不影响反应速度。速度。2.米氏常数的意义米氏常数的意义（1 1）. . 物理意义：物理意义： KmKm值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。（2 2）. Km . Km 值值愈大，愈大，酶与底物的酶与底物的亲和力愈小亲和力愈小；KmKm值值愈小愈小，酶与底物酶与底物亲和力愈大亲和力愈大。酶与底物亲和力大，表示不需要很。酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度。高的底物浓度，便

13、可容易地达到最大反应速度。（3 3）. . Km Km 值是酶的特征性常数，值是酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催只与酶的性质，酶所催化的底物和酶促反应条件化的底物和酶促反应条件( (如温度、如温度、pHpH、有无抑制剂等、有无抑制剂等) )有有关，与酶的浓度无关。酶的种类不同，关，与酶的浓度无关。酶的种类不同，KmKm值不同，同一种值不同，同一种酶与不同底物作用时，酶与不同底物作用时，Km Km 值也不同。各种酶的值也不同。各种酶的 Km Km 值范围值范围很广，大致在很广，大致在 1010-1-11010-6-6 M M 之间。之间。3. Km3. Km在实际应用中的重要意义在实际应用中

14、的重要意义（1 1）鉴定酶：）鉴定酶：通过测定可以鉴别不同来源或相同来源但通过测定可以鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否属于同一种酶。否属于同一种酶。（2 2）判断酶的最佳底物：）判断酶的最佳底物：如果一种酶可作用于多个底如果一种酶可作用于多个底物物, ,就有几个就有几个KmKm值，其中值，其中KmKm最小对应的底物就是酶的天最小对应的底物就是酶的天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解(Km=28mmol/L),(Km=28mmol/L),也也可催化棉子糖水解可催化棉子糖水解(K

15、m=350mmol/L),(Km=350mmol/L),两者相比，蔗糖为两者相比，蔗糖为该酶的天然底物。该酶的天然底物。（3 3）计算一定速度下的底物浓度：）计算一定速度下的底物浓度：如某一反应要求的如某一反应要求的反应速度达到最大反应速度的反应速度达到最大反应速度的99%99%，则，则S=99KmS=99Km（4 4）了解酶的底物在体内具有的浓度水平：）了解酶的底物在体内具有的浓度水平：一般地，一般地，体内酶的天然底物的体内酶的天然底物的SS体内体内KmKm，如果，如果SS体内体内 Km, Km,那么那么V VV Km Km，那么，那么VVVVmaxmax，底物浓度失去生，底物浓度失去生理意

16、义，也不符合实际状态。理意义，也不符合实际状态。（5 5）判断反应方向或趋势：）判断反应方向或趋势：催化正逆反应的酶，其催化正逆反应的酶，其正逆两向的反应的正逆两向的反应的KmKm不同，如果正逆反应的底物浓度不同，如果正逆反应的底物浓度相当，则反应趋向于相当，则反应趋向于KmKm小对应底物的反应方向。小对应底物的反应方向。 称为称为Lineweaver-BuckLineweaver-Buck方程（或双倒数方程）方程（或双倒数方程） (double(doublereciprocal plot or Lineweaverreciprocal plot or LineweaverBurk Burk

17、plot)plot)方程：方程： 用用1/V1/V0 0 对对 1/S 1/S 的作图得一的作图得一直线直线，其，其斜率斜率是是Km/VKm/Vmaxmax, ,，在纵轴上的，在纵轴上的截距截距为为 1/V1/Vmax max , ,横轴上横轴上的截距为的截距为 -1/K-1/Km m。此作图除用来。此作图除用来求求 K Km m 和和 V Vmax max 值值外，在研究外，在研究酶的抑制作用酶的抑制作用方面还有重要价值。方面还有重要价值。双倒数作图法双倒数作图法五五. . 激活剂对酶反应速度的影响激活剂对酶反应速度的影响 能使酶活性提高的物质，都称为能使酶活性提高的物质，都称为激活剂激活剂

18、(activator)(activator)，其中，其中大部分是大部分是离子或简单的有机化合物离子或简单的有机化合物。如。如MgMg+是多种激酶和合成酶是多种激酶和合成酶的激活剂，动物唾液中的的激活剂，动物唾液中的- -淀粉酶则受淀粉酶则受ClCl- -的激活。的激活。 特点：特点：1 1、酶对激活剂、酶对激活剂有一定的选择性，有一定的选择性，一种酶的激活剂一种酶的激活剂对另一种酶来说可能是抑制剂对另一种酶来说可能是抑制剂 2 2、有一定的浓度要求，当激活剂的浓度超过一定、有一定的浓度要求，当激活剂的浓度超过一定的范围时，它就成为抑制剂。的范围时，它就成为抑制剂。 激活剂激活剂六、抑制剂对反应

19、速度的影响六、抑制剂对反应速度的影响 凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)(inhibitor)。使酶变性失活。使酶变性失活( (称为酶的钝化称为酶的钝化) )的因素如强酸、强碱等，不属于抑制剂。通常的因素如强酸、强碱等，不属于抑制剂。通常抑制作用抑制作用分分为为可逆性可逆性抑制和抑制和不可逆性不可逆性抑制两类。抑制两类。 （一）不可逆性抑制作用（一）不可逆性抑制作用(irreversible (irreversible inhibition) inhibition) 不可逆性抑制作用的抑制剂，通

20、常以不可逆性抑制作用的抑制剂，通常以共价共价键键方式与酶的必需基团进行不可逆结合而使方式与酶的必需基团进行不可逆结合而使酶丧失活性。常见的不可逆抑制剂如下图所酶丧失活性。常见的不可逆抑制剂如下图所示。按其作用特点，又分示。按其作用特点，又分专一性专一性及及非专一性非专一性两种。两种。 1.1.非专一性不可逆抑制非专一性不可逆抑制 抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团必需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也被抑制剂结合，从而导致酶的抑制失活。某些重金也被抑制剂结合，从而导致酶的抑制失活。某些重金属属

21、(Pb(Pb+、CuCu+、HgHg+) )及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子的巯基进行不可逆适合，许多以巯基作为必需基团的巯基进行不可逆适合，许多以巯基作为必需基团的酶的酶( (通称巯基酶通称巯基酶) )，会因此而遭受抑制，属于此种类，会因此而遭受抑制，属于此种类型。用二巯基丙醇型。用二巯基丙醇(british anti(british antilewisite,BAL)lewisite,BAL)或或二巯基丁二酸钠等含巯基的化合物可使酶复活。二巯基丁二酸钠等含巯基的化合物可使酶复活。 2.2.专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制 此属抑制剂专一地作用于酶的此属抑制剂专一地作

22、用于酶的活性中心或其必需活性中心或其必需基团基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性。，进行共价结合，从而抑制酶的活性。有机有机磷杀虫剂磷杀虫剂能专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸能专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基，使其磷酰化而不可逆抑制酶的活性。当胆碱残基，使其磷酰化而不可逆抑制酶的活性。当胆碱酯酶被有机磷杀虫剂抑制后，乙酰胆碱不能及时分酯酶被有机磷杀虫剂抑制后，乙酰胆碱不能及时分解成乙酸和胆碱，引起乙酰胆碱的积累，使一些以解成乙酸和胆碱，引起乙酰胆碱的积累，使一些以乙酰胆碱为传导介质的神经系统处于过度兴奋状态，乙酰胆碱为传导介质的神经系统处于过度兴奋状态，引起神经中毒症状。引起神经中毒症

23、状。解磷定等药物解磷定等药物可与有机磷杀虫可与有机磷杀虫剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活。剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活。 ( (二二) )可逆性抑制可逆性抑制(reversible inhibition)(reversible inhibition) 抑制剂与酶以抑制剂与酶以非共价键非共价键结合，在用透析等物结合，在用透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复，即抑理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复，即抑制剂与酶的结合是可逆的。制剂与酶的结合是可逆的。 1.1.竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)(1)

24、(1)含义和反应式含义和反应式 抑制剂抑制剂I I和底物和底物S S结构相似，抑制剂结构相似，抑制剂I I和和底物底物S S对游离酶对游离酶E E的结合的结合有竞争作用有竞争作用，互相，互相排斥，已结合底物的排斥，已结合底物的ESES复合体，不能再结复合体，不能再结合合I I。同样已结合抑制剂的。同样已结合抑制剂的EIEI复合体，不能复合体，不能再结合再结合S S。（2 2）特点：）特点： 抑制剂抑制剂I I与底物与底物S S在化学结构上在化学结构上相似，能与相似，能与底物底物S S竞争酶竞争酶E E分子活性中心的分子活性中心的结合基团结合基团. . 例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸例

25、如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的结构相似，是的结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。 抑制程度取决于抑制剂与底物的抑制程度取决于抑制剂与底物的浓度比浓度比、ESES和和EIEI的相对稳定性的相对稳定性； 加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除。 （3）竞争性抑制剂的动力学方程）竞争性抑制剂的动力学方程 E+S ES E+P E+I EIk1k2k3由米氏方程得：由米氏方程得：Km Ki EEtESEI ESESEIEIki解方程解方程得：得：ES= Et （1 + ）1KmSIKi又因又因vik3ES,代入上式得：代入上

26、式得：Vi （1 + ）SKmIKiVmaxS 竞争性抑制剂竞争性抑制剂双倒数曲线，双倒数曲线，如下图所示：如下图所示： 有竞争性抑制剂存在的有竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂的曲线相曲线与无抑制剂的曲线相交于交于纵坐标纵坐标I/VmaxI/Vmax处，但处，但横坐标的截距横坐标的截距，因竞争性，因竞争性抑制存在变小，说明该抑抑制存在变小，说明该抑制作用，并不影响酶促反制作用，并不影响酶促反应的最大速度应的最大速度VmaxVmax，而使，而使KmKm值变大。值变大。 1vi （ 1 + ）KmVmaxS1+Vmax1IKi 很多药物都是酶的竞争性抑制剂很多药物都是酶的竞争性抑制剂。例如。例如磺

27、胺药磺胺药与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸具有类似的结构，而对氨基苯甲具有类似的结构，而对氨基苯甲酸、二氢喋呤及谷氨酸是某些细菌合成二氢叶酸酸、二氢喋呤及谷氨酸是某些细菌合成二氢叶酸的原料，后者能转变为四氢叶酸，它是细菌合成的原料，后者能转变为四氢叶酸，它是细菌合成核酸不可缺少的辅酶。由于磺胺药是二氢叶酸合核酸不可缺少的辅酶。由于磺胺药是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，进而减少细菌体内四氢叶成酶的竞争性抑制剂，进而减少细菌体内四氢叶酸的合成，使核酸合成障碍，导致细菌死亡。酸的合成，使核酸合成障碍，导致细菌死亡。抗抗菌增效剂菌增效剂- -甲氧苄氨嘧啶甲氧苄氨嘧啶(TMP)(TMP)能特异地抑制细菌能特

28、异地抑制细菌的二氢叶酸还原为四氢叶酸，故能增强磺胺药的的二氢叶酸还原为四氢叶酸，故能增强磺胺药的作用。作用。磺胺药物的抑菌作用磺胺药物的抑菌作用2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive inhibition)(non-competitive inhibition) (1)(1)含义和反应式含义和反应式 抑制剂抑制剂I I和底物和底物S S与酶与酶E E的结合的结合完全互不相关完全互不相关，既不排，既不排斥，也不促进结合，抑制剂斥，也不促进结合，抑制剂I I可以和酶可以和酶E E结合生成结合生成EIEI，也可以和也可以和ESES复合物结合生成复合物结合生成ESIESI。底

29、物。底物S S和酶和酶E E结合成结合成ESES后，仍可与后，仍可与I I结合生成结合生成ESIESI，但，但一旦形成一旦形成ESIESI复合物，再复合物，再不能释放形成产物不能释放形成产物P P。 （2 2）特点：）特点： I I和和S S在结构上在结构上一般无相似之处，一般无相似之处，I I常与酶分子上结合常与酶分子上结合基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶的结合，增加底物浓度并不能减少的结合，增加底物浓度并不能减少I I对酶的抑制。对酶的抑制。 非竞争性抑制剂的非竞争性抑制剂的双倒数曲线：双倒数曲线：有非竞争性抑制剂有非竞争性抑

30、制剂存在的曲线与无抑制剂的曲线相交于横坐标存在的曲线与无抑制剂的曲线相交于横坐标 -1/Km-1/Km处，处，但纵坐标的但纵坐标的截距截距，因竞争性抑制存在变大，说明该抑，因竞争性抑制存在变大，说明该抑制作用，并不影响酶促反应的制作用，并不影响酶促反应的KmKm值，而使值，而使VmaxVmax值变小，值变小，如下图所示：如下图所示：非竞争性抑制非竞争性抑制ViVmaxS( 1+ ) IKiKm+( )S1Vi （1+ ）IKi（ ）1VmaxKmVmax1S3. 3. 反竞争性抑制反竞争性抑制 (1)(1)含义和反应式含义和反应式 反竞争性抑制剂反竞争性抑制剂必须在酶结合了底物之后必须在酶结合

31、了底物之后才能与酶与才能与酶与底物的中间产物结合，该抑制剂底物的中间产物结合，该抑制剂与单独的酶不结合与单独的酶不结合。 （2 2）特点：）特点： 反竞争性抑制剂存在下，反竞争性抑制剂存在下，K Km m、V Vmaxmax都变小。都变小。1ViKmVmax1S+1VmaxIKi(1+ )ViVmaxSSIKi（1 ）Km3.5 酶 的分离纯化及活力测定一、酶的分离提纯一、酶的分离提纯（一）酶在细胞中的分布：（一）酶在细胞中的分布： 胞外酶：胞外酶：水解酶类，易收集，不必破碎细胞，水解酶类，易收集，不必破碎细胞，缓冲液或水浸泡细胞或发酵液离心得到上清液即缓冲液或水浸泡细胞或发酵液离心得到上清液

32、即为含酶液。为含酶液。 胞内酶：胞内酶：除水解酶类外的其它酶类，需破碎除水解酶类外的其它酶类，需破碎细胞，不同的酶分布部位不同，最好先将酶存在细胞，不同的酶分布部位不同，最好先将酶存在的细胞器分离后再破碎该细胞器，然后将酶用适的细胞器分离后再破碎该细胞器，然后将酶用适当的缓冲溶液或水抽提。当的缓冲溶液或水抽提。（二）分离材料：（二）分离材料： 动植物原料或微生物的发酵液。动植物原料或微生物的发酵液。微生物发酵液是用于微生物发酵液是用于分离酶的最常用材料，因为微生物种类多，繁殖快，培分离酶的最常用材料，因为微生物种类多，繁殖快，培养时间短，含酶丰富。由微生物发酵产生的酶或其它生养时间短，含酶丰富

33、。由微生物发酵产生的酶或其它生物组织中的酶因含有大量的其它物质，所以必须经过分物组织中的酶因含有大量的其它物质，所以必须经过分离、提纯、结晶等阶段才可做实际应用。离、提纯、结晶等阶段才可做实际应用。 对于某种酶的具体制备方案，应通过了解对于某种酶的具体制备方案，应通过了解酶的来源、酶的来源、性质及纯度需要性质及纯度需要来确定，无固定的方案。来确定，无固定的方案。 （三）原则：（三）原则： 在增加酶得率和纯度的同时，尽可能在增加酶得率和纯度的同时，尽可能避免高温、过酸、避免高温、过酸、过碱、剧烈的震荡及其它过碱、剧烈的震荡及其它可能使酶丧失活力的一切操作过可能使酶丧失活力的一切操作过程。尽最大可

34、能保存酶的活力。程。尽最大可能保存酶的活力。（四）分离提纯：（四）分离提纯： 1. 1.酶的抽提：酶的抽提：将酶溶解出来就称为抽提。将酶溶解出来就称为抽提。 胞外酶：胞外酶：固体培养的菌体加水或适当缓冲溶液浸泡过固体培养的菌体加水或适当缓冲溶液浸泡过 滤即可。液体培养的菌体将发酵液离心分离除去菌体收滤即可。液体培养的菌体将发酵液离心分离除去菌体收 集离心液即可。集离心液即可。 胞内酶：胞内酶：先破碎细胞，再用水或适当的缓冲溶液抽提。先破碎细胞，再用水或适当的缓冲溶液抽提。2. 2. 酶的纯化：酶的纯化： 纯化的纯化的关键关键是维持酶的活性，因为随着酶的逐渐提纯，是维持酶的活性，因为随着酶的逐渐

35、提纯，一些天然的可保持酶活力的其它成分逐渐减少，酶的稳定一些天然的可保持酶活力的其它成分逐渐减少，酶的稳定性变差，所以整个纯化过程应性变差，所以整个纯化过程应维持低温维持低温。 （1 1）酶的沉淀方法：）酶的沉淀方法：与蛋白质的沉淀方法相同，常用：与蛋白质的沉淀方法相同，常用： 盐析法：盐析法：常用硫酸铵盐析，有分段盐析和一次性盐常用硫酸铵盐析，有分段盐析和一次性盐析两种方法。析两种方法。 有机溶剂沉淀法：有机溶剂沉淀法：用乙醇、丙酮等。应低温操作，用乙醇、丙酮等。应低温操作，溶剂少量分批加入。溶剂少量分批加入。等电点沉淀法等电点沉淀法（2 2）酶的纯化方法：）酶的纯化方法： 有吸附层析、离子

36、交换层析、凝胶过滤层析、亲和层有吸附层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等析等 . . 3.3.酶的结晶：酶的结晶： 纯化以后的酶液再次沉淀，仍采用沉淀法。纯化以后的酶液再次沉淀，仍采用沉淀法。4.4.酶的保存：酶的保存： 一般在一般在-20-20以下低温保存。以下低温保存。二、酶活力的测定二、酶活力的测定 定性鉴定定性鉴定提取物中某一酶是否存在，一般是根据提取物中某一酶是否存在，一般是根据此此酶引起的化学反应酶引起的化学反应来判断，如检验在提取物中是否存在来判断，如检验在提取物中是否存在淀粉酶。则用提取物与淀粉反应，一段时间以后，用碘淀粉酶。则用提取物与淀粉反应，一段时间以后，用碘-

37、-碘化钾与反应液反应，若变蓝，说明提取物无淀粉酶碘化钾与反应液反应，若变蓝，说明提取物无淀粉酶活力；反之，提取物有淀粉酶的活力。活力；反之，提取物有淀粉酶的活力。 酶活力的测定酶活力的测定：实际上是酶定量测定的方法，酶制剂因：实际上是酶定量测定的方法，酶制剂因含杂质多易失活等原因，故不能用称重或测量体积来定量。含杂质多易失活等原因，故不能用称重或测量体积来定量。（一）酶活力的概念：（一）酶活力的概念： 指酶催化特定化学反应的能力。指酶催化特定化学反应的能力。其其大小大小通常用通常用在一定在一定条件下酶催化某一特定化学反应的速度条件下酶催化某一特定化学反应的速度来表示。一定量的来表示。一定量的酶

38、制剂催化某一化学反应速度快，活力大；反之，活力小。酶制剂催化某一化学反应速度快，活力大；反之，活力小。速度表示法速度表示法常用常用-dS/dt-dS/dt或或dP/dtdP/dt，测初速度，多用后者。，测初速度，多用后者。因为反应初期底物过量，底物的减少量不容易测定，而产因为反应初期底物过量，底物的减少量不容易测定，而产物从无到有，易测定。物从无到有，易测定。 （二）酶的活力单位：（二）酶的活力单位： 19611961年国际生化协会酶学委员会年国际生化协会酶学委员会统一规定，酶的国际单统一规定，酶的国际单位（位（IUIU）规定为：在最适反应条件（温度）规定为：在最适反应条件（温度2525）下，

39、每分钟）下，每分钟内催化内催化1 1微摩尔（微摩尔（molmol）底物转化为产物所需的酶量（或）底物转化为产物所需的酶量（或1 1分分钟内转化底物生成钟内转化底物生成1 1微摩尔产物的酶量）称为微摩尔产物的酶量）称为1 1标准单位标准单位。 测定条件：测定条件：最佳的反应条件，如最佳的反应条件，如最适的最适的T T（或（或2525）、最）、最适适pHpH、S ES E、初速度、初速度下。下。 19721972年国际生化协会年国际生化协会又推荐一种新单位，即又推荐一种新单位，即Katal(Kat)Katal(Kat)单位单位。规定：在最适温度下，每秒钟能催化。规定：在最适温度下，每秒钟能催化1

40、1摩尔底物转化的摩尔底物转化的酶量定义为酶量定义为 1 Kat1 Kat。1 Kat=601 Kat=6010106 6 IU IU . .( (三三) )酶的比活力：酶的比活力： 每单位酶蛋白所含的每单位酶蛋白所含的活力单位数活力单位数。 对对固体固体酶：用酶：用活力单位活力单位/mg/mg酶蛋白酶蛋白、或、或活力单位活力单位/mg/mg酶蛋白酶蛋白氮氮来表示；来表示； 对对液体液体酶：用酶：用活力单位活力单位/ml/ml酶液酶液来表示。来表示。 很明显，比活力越大，酶的活力越大。很明显，比活力越大，酶的活力越大。（五）酶活力的测定方法（五）酶活力的测定方法1 1、分光光度法：、分光光度法：

41、产物与适当的化学试剂生成有色物质产物与适当的化学试剂生成有色物质 或产物有紫外吸收的能力可采用此法。或产物有紫外吸收的能力可采用此法。2 2、测压法：、测压法：产物中有气体，测气压增加量。产物中有气体，测气压增加量。3 3、滴定法：、滴定法：产物中有酸生成，用碱滴定。产物中有酸生成，用碱滴定。4 4、荧光法：、荧光法：产物中有荧光物质生成或产物与荧光试剂产物中有荧光物质生成或产物与荧光试剂 反应生成荧光产物可用此法。反应生成荧光产物可用此法。5 5、旋光法：、旋光法：产物中有旋光物质可采用此法。产物中有旋光物质可采用此法。 除了以上方法外，还可根据除了以上方法外，还可根据产物的性质产物的性质采

42、用其它方法。采用其它方法。 三、回收率和纯化倍数三、回收率和纯化倍数回收率回收率 100每次总活力每次总活力第一次总活力第一次总活力纯化倍数纯化倍数每次比活力每次比活力第一次比活力第一次比活力 酶的回收率和纯化倍数的测定常在酶分离过程中的每个环节中酶的回收率和纯化倍数的测定常在酶分离过程中的每个环节中进行。一个正常、合理的纯化程序，随着纯化的进行，总蛋白量进行。一个正常、合理的纯化程序，随着纯化的进行，总蛋白量逐渐减少，比活力不断增加，纯化倍数提高了，但回收率降低。逐渐减少，比活力不断增加，纯化倍数提高了，但回收率降低。一、变构酶与变构调节一、变构酶与变构调节（一）按动力学分类：调节酶：（一）

43、按动力学分类：调节酶：凡能通过构象变化或亚基解聚或亚基修饰等方式来改变酶活性而对代谢起调节作用的酶称为调节酶。（共价调节酶、（共价调节酶、别构酶）别构酶）、非调节酶、非调节酶 变构酶变构酶又称为又称为别构酶别构酶，指，指调节物与酶分子的调节部位以调节物与酶分子的调节部位以非非共价键共价键结合后，引起酶的构象的改变，进而改变酶的活性状态，结合后，引起酶的构象的改变，进而改变酶的活性状态，酶的这种调节作用称为酶的这种调节作用称为变构调节变构调节(allosteric regulation)(allosteric regulation)，具有变构调节的酶称具有变构调节的酶称变构酶变构酶(allost

44、eric enzyme)(allosteric enzyme)。凡能使酶分子发生别构作用的物质称为凡能使酶分子发生别构作用的物质称为变构剂或调节物变构剂或调节物调节物能使酶活性增加的效应叫调节物能使酶活性增加的效应叫正协同效应，该调节物叫正正协同效应，该调节物叫正调节物调节物（如底物）（如底物）调节物能使酶活性降低的效应叫调节物能使酶活性降低的效应叫负协同效应，该调节物叫负负协同效应，该调节物叫负调节物调节物变构酶多为变构酶多为寡聚酶寡聚酶，含的亚基数一般，含的亚基数一般为偶数；且分子中有为偶数；且分子中有催化部位催化部位（结合底（结合底物）与物）与调节部位调节部位（结合变构剂），这两（结合变

45、构剂），这两部位可以在不同的亚基上，或者在同一部位可以在不同的亚基上，或者在同一亚基的两个不同部位。亚基的两个不同部位。 （二）变构酶作用特点（二）变构酶作用特点 1 1、正协同效应的变构酶正协同效应的变构酶其其速度速度- -底物浓度曲线底物浓度曲线呈呈S S形形，如大，如大肠杆菌的肠杆菌的天冬氨酸转甲酰基酶天冬氨酸转甲酰基酶（ATCaseATCase）对底物天冬氨酸的）对底物天冬氨酸的结合表现为结合表现为正协同效应。正协同效应。2 2、负协同效应的变构酶负协同效应的变构酶其其速度速度- -底物浓度曲线底物浓度曲线为为类似双类似双曲线曲线。如。如3-3-磷酸甘油醛脱氢酶对磷酸甘油醛脱氢酶对NA

46、DNAD+ +的结合为负协同效的结合为负协同效应，应，3 3、由于、由于变构酶动力学变构酶动力学不符合不符合米米- -曼氏酶曼氏酶的动力学，所的动力学，所以当反应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不以当反应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不能用能用KmKm表示，而代之以表示，而代之以K K0.5S0.5S表示。表示。 （三）生理意义（三）生理意义 1 1、在正协同效应的变构酶的、在正协同效应的变构酶的S S形曲线中段形曲线中段，底物浓度稍有，底物浓度稍有降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代谢通路可因降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，

47、则酶活性迅速上此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开，因此可以通过升，代谢通路又被打开，因此可以通过细胞内底物浓度的细胞内底物浓度的变化变化来灵敏地控制代谢速度。来灵敏地控制代谢速度。 2 2、变构抑制剂（负调节物）变构抑制剂（负调节物）常是代谢通路的终产物，变常是代谢通路的终产物，变构酶常处于代谢通路的入口，通过构酶常处于代谢通路的入口，通过反馈抑制反馈抑制，可以及早地，可以及早地调节整个代谢通路，减少不必要的底物消耗。调节整个代谢通路，减少不必要的底物消耗。 例如例如葡萄糖的氧化分解葡萄糖的氧化分解可提供能量使可提供能量使AMPAMP、ADPADP转变成转变成ATPATP，当当ATPATP过多时，过多时，通过变构抑制剂通过变构抑制剂ATPATP抑制磷酸果糖激酶的活性，可限制葡萄糖的分解，抑制磷酸果糖激酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而而ADPADP、AMPAMP增多时增多时，则可通过变构激活剂，则可通过变构激活剂AMPAMP、ADPADP激活磷酸果糖激酶的活性促进糖的分解。随激活磷酸果糖激酶的活性促进糖的分解。随时调节时调节ATP/ADPATP/ADP的水平，可以的水平，可以维持细胞内能量维持细胞内能量的的正常供应。正常供应。 二、共价