下列关于酶蛋白和辅助因子的叙述

1、 下列关于酶蛋白和辅助因子的叙述，哪一项不正确？ A酶蛋白或辅助因子单独存在时均无催化作用 B一种酶蛋白只与一种辅助因子结合成一种全酶 C一种辅助因子只能与一种酶蛋白结合成一种全酶 辅酶NADP+分子中含有哪种B族维生素（ ）？A磷酸吡哆醛 B核黄素 C叶酸 D尼克酰胺 决定酶的高度专一性的是（ ）。A 辅酶 B 辅基 C 酶蛋白 D 金属离子 这是9月10日22时拍摄的昙花盛开的情景。湖北恩施的一名退休干部22年前买回一株昙花苗，如今已长高到2.2米，一般一年开花一次，最多时一年开三次花，开花都是在晚上，花期一般只有两到四个小时。新华社发第三章第三章 生物催化剂生物催化剂 酶酶 酶是动物体内

2、最主要的活性物质之一，体内一切反酶是动物体内最主要的活性物质之一，体内一切反应都是酶催化的。本章要求：应都是酶催化的。本章要求：1.1.了解酶的化学本质和催化作用特点，掌握酶促反应具了解酶的化学本质和催化作用特点，掌握酶促反应具有高效率和专一性机理。有高效率和专一性机理。2.2.掌握酶的分子组成及结构，以及酶活性中心、变构酶掌握酶的分子组成及结构，以及酶活性中心、变构酶等基本概念。等基本概念。3.3.掌握理化因素对酶促反应速度的影响以及有关基本概掌握理化因素对酶促反应速度的影响以及有关基本概念。念。4.4.理解酶的单位的含义及用途。理解酶的单位的含义及用途。5.5.了解酶的分离纯化等方法。了解

3、酶的分离纯化等方法。 学习指学习指导导目 录 第一节第一节 酶概述酶概述 第二节第二节 酶的分子组成酶的分子组成 第三节第三节 酶结构与功能的关系酶结构与功能的关系 第四节第四节 酶的作用机理酶的作用机理 第五节第五节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素 第六节第六节 酶活性调节酶活性调节 第七节第七节 酶的命名和分类酶的命名和分类第一节第一节 酶概述酶概述一、一、酶概念酶概念二、二、酶和一般催化剂的共性酶和一般催化剂的共性三、三、酶的催化特性酶的催化特性四、四、酶的结构分类酶的结构分类 返回返回 酶是活细胞产生的具有高度专一性和极高催化效率酶是活细胞产生的具有高度专一性和极高催化效

4、率的蛋白质，又称生物催化剂的蛋白质，又称生物催化剂(biological catalyst)。 除有除有催化功能的催化功能的RNA（ Ribozyme，核酶）外，酶都是蛋白，核酶）外，酶都是蛋白质。质。 现代科学认为，现代科学认为，酶是由活细胞产生的，能在体内酶是由活细胞产生的，能在体内或体外起同样催化作用的一类具有活性中心和特殊构或体外起同样催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。 一、酶概念一、酶概念酶催化的生物化学反应，酶催化的生物化学反应，称为酶促反应称为酶促反应(Enzymatic reaction)。 在酶的催化下发生化

5、学变化的物质，在酶的催化下发生化学变化的物质，称称为底物为底物（S）substrate。 返回返回 二、酶和一般催化剂的共性二、酶和一般催化剂的共性（了解）（了解）4用量少而催化效率高；用量少而催化效率高；4能催化热力学上允许进行的化学反应，而不能实现那能催化热力学上允许进行的化学反应，而不能实现那些热力学上不能进行的反应；些热力学上不能进行的反应；4能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变平衡点；能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变平衡点；4一般情况下，对可逆反应的正反两个方向的催化作用一般情况下，对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同。相同。4反应前后没有质和量的改变。反应前后没有质和

6、量的改变。 返回返回 三、酶的催化特性三、酶的催化特性（一）催化效率高（一）催化效率高4酶的催化作用可使反应速度提高酶的催化作用可使反应速度提高10107 -7 -10101313倍。倍。 例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解过氧化氢酶比亚铁离子效率高过氧化氢酶比亚铁离子效率高10101111倍。倍。 H H2 2O O2 2 H H2 2O + OO + O2 2 用用 - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克结晶酶在克结晶酶在6565 C C条件下可催化条件下可催化2 2吨淀粉水解。吨淀粉水解。 酶的专一性酶的专一性 ( (Specificity)Specificity) 又

7、称为又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物以特异性，是指酶在催化生化反应时对底物以及对反应方向的选择性。及对反应方向的选择性。 （1 1） 绝对专一性绝对专一性 （2 2） 相对专一性相对专一性 （3 3） 立体异构专一性立体异构专一性 （二）酶具有高度的专一性（二）酶具有高度的专一性u一种酶只作用一种酶只作用于一种或一类于一种或一类化合物，以促化合物，以促进一定的化学进一定的化学变化，生成一变化，生成一定的产物，这定的产物，这种现象种现象称为酶称为酶作用的特异性作用的特异性。（）绝对专一性（）绝对专一性(absolute specificity) l只对一种底物有选择性，专一性最强。只对

8、一种底物有选择性，专一性最强。l例如：脲酶只水解尿素，而不能水解甲基尿素。例如：脲酶只水解尿素，而不能水解甲基尿素。 OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2尿素脲酶OCNHNH2+ H2O甲基尿素CH3脲酶返回返回 有些酶的作用对象不是一种底物，而是有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合一类化合物或一类化学键物或一类化学键。这种专一性称为。这种专一性称为相对专一性相对专一性( (Relative Specificity) )。l键键( (Bond)Bond)专一性专一性 只对作用的键有选择性。如只对作用的键有选择性。如酯酶酯酶催化酯的水解，对于酯两端的基团没有严格的要求。催化酯的水

9、解，对于酯两端的基团没有严格的要求。l基团专一性基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键以另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。 （）相对专一性（）相对专一性(relative specificity)返回返回 酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体专一性专一性(stereo specificity)。如：如：-淀粉酶淀粉酶只能催化淀粉中只能催化淀粉中-1,4-糖苷键的糖苷键的水水解，不

10、能催化水解纤维素中的解，不能催化水解纤维素中的-1,4-糖苷键；糖苷键；L-乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶的底物只能是的底物只能是L-型乳酸型乳酸，而不，而不能是能是D-型乳酸。型乳酸。（）立体化学专一性（）立体化学专一性(stereo specificity)4酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中进行水溶液中进行4反应温度范围为反应温度范围为20-4020-40 C C4一个大气压一个大气压4（体内体外进行比较）（体内体外进行比较） （三）（三） 反应条件温和反应条件温和（四）酶的不稳定性（四）酶的不稳定性 酶的本质是蛋白质，酶促反应要求一定酶的本质是蛋白质，酶促反应要求一

11、定的的pH、温度等温和的条件。因此，、温度等温和的条件。因此，强酸、强强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线等等任何使蛋白质变性的理化因素，都可使酶的任何使蛋白质变性的理化因素，都可使酶的活性降低或丧失。活性降低或丧失。 （五）体内酶活性是受调控的（五）体内酶活性是受调控的 返回返回四、四、 酶的结构分类酶的结构分类单体酶单体酶寡聚酶寡聚酶 同寡聚蛋白同寡聚蛋白多酶体系多酶体系多酶复合体，几种酶多酶复合体，几种酶被此镶嵌合而形成的复被此镶嵌合而形成的复合体合体返回返回 世界上有两种人，一种人，虚度年华；另一种人，过着有意义的生活。在第一种人眼里，生活就

12、是一种睡眠，如果这场睡眠在他看来，是睡在即柔和又温暖的床铺上，那他便十分满足了；在第二种人眼里，可以说，生活就是建立功绩.人就在完成这个功绩中想到自己的幸福。 别林斯基 第二节第二节 酶的分子组成酶的分子组成一、一、酶的分子组成酶的分子组成二、二、辅酶与辅基的来源辅酶与辅基的来源三、三、辅酶与辅基的生理功能辅酶与辅基的生理功能四、四、金属离子的作用金属离子的作用返回返回酶分子可根据其化学组成的不同，分为两类：酶分子可根据其化学组成的不同，分为两类： 单单 纯纯 酶酶 酶酶 酶酶 蛋蛋 白白 结结 合合 酶酶 （ 全全 酶酶 ） 辅辅 酶酶 辅辅 助助 因因 子子 辅辅 基基 金金 属属 离离

13、子子 一、酶的分子组成一、酶的分子组成4仅由蛋白质构成的酶称为仅由蛋白质构成的酶称为简单酶或单纯酶简单酶或单纯酶。4除蛋白质外还需要其他非蛋白分子辅助完成催化功能除蛋白质外还需要其他非蛋白分子辅助完成催化功能的酶称为的酶称为结合酶结合酶。4辅助酶蛋白部分完成催化功能的小分子称为辅助酶蛋白部分完成催化功能的小分子称为辅助因子辅助因子。4由酶蛋白与辅助因子组成的酶称为由酶蛋白与辅助因子组成的酶称为全酶全酶。酶蛋白部分。酶蛋白部分决定决定底物的专一性底物的专一性，辅助因子决定，辅助因子决定反应性质的专一性反应性质的专一性，它在反应中通常作为电子或基团的载体。它在反应中通常作为电子或基团的载体。4与酶

14、蛋白部分以次级键与酶蛋白部分以次级键松弛结合，可通过透析、超滤松弛结合，可通过透析、超滤等物理方法除去的有机化合物称为等物理方法除去的有机化合物称为辅酶辅酶。4与酶蛋白部分以共价键牢固结合，不能通过透析、超与酶蛋白部分以共价键牢固结合，不能通过透析、超滤等物理方法除去的有机化合物称为滤等物理方法除去的有机化合物称为辅基辅基。返回返回二、辅酶与辅基的来源二、辅酶与辅基的来源 大部分的辅酶与辅基衍生于大部分的辅酶与辅基衍生于维生素维生素。维生素的重要性就在于它们是体内一些重维生素的重要性就在于它们是体内一些重要的代谢酶的辅酶或辅基的组成成分。特要的代谢酶的辅酶或辅基的组成成分。特别是别是水溶性维生

15、素。水溶性维生素。 专门用专门用1-21-2个学时来讲个学时来讲返回返回 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。 运载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳运载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。单位等，参与基团转移。 一种辅酶可以与若干种酶蛋白结合，组成若干种全一种辅酶可以与若干种酶蛋白结合，组成若干种全酶，一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，组成一种全酶，一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，组成一种全酶。酶。 三、三、辅酶与辅基的生理功能辅酶与辅基的生理功能返回返回四、金属离子的作用四、金属离子的作用（1 1） 稳定构象稳定构象 稳定酶蛋白

16、催化活性所必需的稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象；分子构象；（2 2）构成酶的活性中心构成酶的活性中心 作为酶的活性中心的作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心；组成成分，参与构成酶的活性中心；（3 3）连接作用连接作用 作为桥梁，将底物分子与酶蛋作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。白螯合起来。 返回返回 蛋白质一级结构是基础，其功能由高级结构蛋白质一级结构是基础，其功能由高级结构决定，酶分子结构在三级结构基础以上，许多酶决定，酶分子结构在三级结构基础以上，许多酶具有四级结构。具有四级结构。 酶是生物大分子。其分子体积比大多数底物酶是生物大分子。其分子体积比大多数底物分子的体积大

17、很多。分子的体积大很多。底物分子只是结合在酶分子底物分子只是结合在酶分子表面的一个很小的部位上表面的一个很小的部位上。 第三节第三节 酶结构与功能的关系酶结构与功能的关系目 录一、一、 酶的酶的活性中心与必需基团活性中心与必需基团二、二、 酶原酶原三、三、 同工酶同工酶 (isoenzyme(isoenzyme) )一、酶的活性中心和必需基团一、酶的活性中心和必需基团 酶分子中直接与底物结合，酶分子中直接与底物结合，并催化底物并催化底物发生化学反应的部位，称为酶的活性中心发生化学反应的部位，称为酶的活性中心（active center）或活性部位（）或活性部位（active site），参），

18、参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的需的基团为酶分子的必需基团必需基团。实例实例；胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin） 羧肽酶羧肽酶（ribonuclease） 酶活性中心和必需基团示意图酶活性中心和必需基团示意图返回返回AspHisSer胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶的的活活性性中中心心活性中心重要基团活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195为为Tyr 248为为Arg 145为为Glu 270为底物为底物Zn羧肽酶活性中心示意图羧肽酶活性中心示意图必需基团必需基团酶活性中心以外的基团，虽然不

19、直接参与酶活性中心以外的基团，虽然不直接参与酶的催化作用，但对维持酶分子的空间构象及酶的催化作用，但对维持酶分子的空间构象及酶活性是必需的。酶活性是必需的。 活性中心活性中心结合基团结合基团催化基团催化基团活性中心外必需基团活性中心外必需基团（）结合部位（）结合部位 Binding siteBinding site酶分子中与底物结合的部位或区域称为结合部位。酶分子中与底物结合的部位或区域称为结合部位。n酶分子中促使酶分子中促使底物发生化学变化的部位底物发生化学变化的部位称称为催化部位为催化部位。n结合部位决定酶的专一性。结合部位决定酶的专一性。n催化部位决定酶所催化反应的性质。催化部位决定酶所

20、催化反应的性质。（）（） 催化部位催化部位 catalytic sitecatalytic site主要包括：主要包括：n亲核性基团（提供电亲核性基团（提供电子）：丝氨酸的羟基，子）：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基等（催氨酸的咪唑基等（催化基团）见共价催化化基团）见共价催化122122页，对底物发生亲页，对底物发生亲核攻击核攻击（3 3）酶活性中心外的必需基团）酶活性中心外的必需基团H2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH 有些酶在最初合成和分泌时，没有催化活性，这种有些酶在最初合成和分泌时，没有催化活

21、性，这种没有活性的酶的前体，称为没有活性的酶的前体，称为酶原酶原。 酶原的激活酶原的激活 无活性的酶原转变成活性酶的过程，无活性的酶原转变成活性酶的过程，称为酶原激活。称为酶原激活。酶原的激活实质上是酶原的激活实质上是酶活性部位组建、完善或者暴露酶活性部位组建、完善或者暴露的过程的过程（适当的切割肽链）。（适当的切割肽链）。 如如胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原的激活过程。的激活过程。二、二、 酶原酶原 酶原分子一级结构的改变导致了酶原酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子空间结构的改变，使分子空间结构的改变，使催化活性中心催化活性中心得得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变以形成，故使其从无活性的

22、酶原形式转变为有活性的酶。为有活性的酶。 1.1.酶原激活的机制酶原激活的机制胰蛋白酶的激活胰蛋白酶的激活 缬缬 天天 天天天天天天赖赖缬缬 甘甘组组缬缬 天天 天天天天天天赖赖甘甘 组组SS缬缬SS提问：为什么不直接以酶形式存在呢？提问：为什么不直接以酶形式存在呢？答案：保护正常组织不受伤害。答案：保护正常组织不受伤害。 2. 2. 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义 消化系统中的几种蛋白酶以酶原形式分泌消化系统中的几种蛋白酶以酶原形式分泌出来，避免了细胞的自身消化。出来，避免了细胞的自身消化。血液中的凝血因子在血循环中以酶原形式存在，血液中的凝血因子在血循环中以酶原形式存在，可防止血管内

23、凝血。如：可防止血管内凝血。如： 凝血酶凝血酶凝血酶原凝血酶原纤维蛋白原纤维蛋白原 纤维蛋白纤维蛋白三、同工酶三、同工酶 (isoenzyme(isoenzyme) )4在同一种属中，催化功能相同而酶蛋白的分子在同一种属中，催化功能相同而酶蛋白的分子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为为同工酶同工酶。4同工酶在体内的生理意义同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组主要在于适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。织或不同细胞器在代谢上的不同需要。 例如：例如：乳酸脱氢酶同工酶乳酸脱氢酶同工酶 乳酸脱氢酶同工酶乳酸脱氢酶同工酶（LDHs）为四聚体，

24、在体内共有）为四聚体，在体内共有五种分子五种分子形式形式： 即即LDH1（H4），），LDH2（H3M），），LDH3（H2M2），），LDH4（HM3）和）和LDH5（M4）。）。LDH同工酶的电泳图谱和结构模式图同工酶的电泳图谱和结构模式图 第四节第四节 酶的作用机理酶的作用机理一、一、 酶的作用在于降低反应活化能酶的作用在于降低反应活化能二、二、 酶作用专一性机理酶作用专一性机理三、三、 酶作用高效率的机理酶作用高效率的机理活化能概念活化能概念 在任何化学反应中，反应物分子必须超在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生

25、变化。变化。 这种从初始反应物这种从初始反应物(初态初态)转化成活化状转化成活化状态（过渡态）所需的能量，称为态（过渡态）所需的能量，称为活化能活化能（energy of activation，Ea）。）。酶促反应的活化能酶促反应的活化能 酶催化的中间产物理论酶催化的中间产物理论E+SP+ EES能能量量水水平平反应过程反应过程 G E1 E2 酶（酶（E）与底物（）与底物（S）结合生成不稳定的中间结合生成不稳定的中间物（物（ES），再分解成产），再分解成产物（物（P）并释放出酶，使）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所途径进行，降低反应所需活化能，所以能

26、加快需活化能，所以能加快反应速度。反应速度。E+SE+SESESE+PE+P 酶作用专一性机理酶作用专一性机理 锁钥学说锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。 诱导契合学说诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性，底：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。底

27、物成互补形状有机的结合而催化反应进行。酶专一性的酶专一性的“锁钥学说锁钥学说”酶专一性的酶专一性的“诱导契合学说诱导契合学说”三、三、酶作用高效率的机理酶作用高效率的机理 1、 邻近与定向效应邻近与定向效应 2、 诱导契合与底物扭曲变形诱导契合与底物扭曲变形 3、酸碱催化酸碱催化 4、共价催化共价催化 5、微环境影响微环境影响实例实例: 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 （ chymotrypsin） 邻近效应邻近效应：结合在酶活性部位上的底物分子（：结合在酶活性部位上的底物分子（A A、B B）中的反应基团相互靠近，使底物在酶活性中心的中的反应基团相互靠近，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利

28、于提高反应速度。有效浓度大大增加，有利于提高反应速度。定向效应定向效应：酶催化基团与底物分子反应基团之间，：酶催化基团与底物分子反应基团之间，形成了形成了正确的定向排列正确的定向排列，使分子间的反应按正确，使分子间的反应按正确的方向相互作用形成中间产物，从而降低了的方向相互作用形成中间产物，从而降低了S S分分子的活化能。子的活化能。1.1.邻近效应和定向效应邻近效应和定向效应2.2.底物形变底物形变 酶的活性中心部位，一般都含有多个起催酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向，可以对底物价键的形变和极化及列和取向

29、，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置等起到协同作用，从而调整底物基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应状态，或者说削弱了底使底物达到最佳反应状态，或者说削弱了底物分子中的敏感键，产生键扭变，降低了底物分子中的敏感键，产生键扭变，降低了底物反应的活化能，从而使反应速度大大加快。物反应的活化能，从而使反应速度大大加快。3.3.酸碱催化酸碱催化4在酶活性中心上，有些催化基团是在酶活性中心上，有些催化基团是质子供体质子供体（酸催化基团），可以向底物分子（酸催化基团），可以向底物分子提供质子提供质子称称为为酸催化；酸催化；4有些催化基团是有些催化基团是质子受体质子受体（碱催化基团）

30、，可（碱催化基团），可以从底物分子上以从底物分子上接受质子接受质子，称为称为碱催化。碱催化。4当酸催化剂和碱催化剂共同发挥催化作用时，当酸催化剂和碱催化剂共同发挥催化作用时，可以大大提高底物反应速度。可以大大提高底物反应速度。 4.4.共价催化共价催化 催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为的过程，称为共价催化共价催化。共价催化分为共价催化分为亲核催化亲核催化和和亲电子催化亲电子催化。 亲核催化亲核催化是指：酶活性中心的是指：酶活性中心的亲核催化基团提供亲核

31、催化基团提供一对电子，一对电子，与底物分子中缺少电子具有部分正电与底物分子中缺少电子具有部分正电荷的碳原子形成共价键，从而形成不稳定的共价荷的碳原子形成共价键，从而形成不稳定的共价中间产物。中间产物。 亲核基团亲核基团是指：化合物中能够是指：化合物中能够提供电子对提供电子对的原子的原子或基团。或基团。4亲电子基团亲电子基团指化合物中能指化合物中能接受电子对的原子。接受电子对的原子。它是电子对的受体。因此，亲电子催化与亲它是电子对的受体。因此，亲电子催化与亲核催化恰好相反。核催化恰好相反。亲电子催化亲电子催化：是指酶活性中心上的亲电子催：是指酶活性中心上的亲电子催化基团，如化基团，如NHNH4

32、4+ +基基 FeFe2 2+ +等，从底物分子的等，从底物分子的原子上夺取一对电子，形成共价键，从而产原子上夺取一对电子，形成共价键，从而产生不稳定的共价中间物。生不稳定的共价中间物。酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团胰凝乳蛋白酶分子胰凝乳蛋白酶分子中催化三联体构象中催化三联体构象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的电荷中继网酶分子中的电荷中继网B.加上底物后，从加上底物后，从Ser转移一个质子给转移一个质子给His，带正电荷的咪唑基通过带负电荷的带正电荷的咪唑基

33、通过带负电荷的Asp静电静电相互作用被稳定相互作用被稳定Ser195102AspHis57底物底物胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（1）结合底物结合底物His57 质子供体质子供体形成共价形成共价ES复合物复合物C-N键断裂键断裂底物底物胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（2）羰基产物释放羰基产物释放四面体中间物四面体中间物的瓦解的瓦解水亲核攻击水亲核攻击羧基产物释放羧基产物释放5.活性部位疏水空穴的影响活性部位疏水空穴的影响 即即低电介微环境低电介微环境，酶在催化过程中，其催化基，酶在催化过程中，其催化基团被团被低电介微环境所包围低电介微环境所包围，

34、在这种环境中，电，在这种环境中，电荷之间的作用力远远大于荷之间的作用力远远大于高电介环境，高电介环境，大大加大大加强了酶的催化基团与底物分子间的作用力，因强了酶的催化基团与底物分子间的作用力，因而有利于降低反应活化能。有机物的电介常数而有利于降低反应活化能。有机物的电介常数为为7-107-10，而水的电介常数为，而水的电介常数为8080。 第五节第五节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素 （酶促反应动力学）（酶促反应动力学）一一、酶促反应速度的测定与酶的活力单位酶促反应速度的测定与酶的活力单位二、二、影响酶促反应速度的影响酶促反应速度的因素因素酶促反应速度的测定与酶的活力单位酶促反应

35、速度的测定与酶的活力单位1、酶活力、酶活力3、酶活力的表示方法酶活力的表示方法 检测酶含量及存在，很难直接用酶的检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量量”（质量、体积、（质量、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量酶量，即用酶的活力表示。即用酶的活力表示。 酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。件下酶所催化的化学反应的速度来确定。2 2、酶促反应速度酶促反应速度的测定的测定 初速度初速度的概念的概念4 酶促反应的速度酶促反应

36、的速度 在适宜条件下，在适宜条件下，单位时间内底物浓度的减少量或产物单位时间内底物浓度的减少量或产物浓度的增加量来表示。浓度的增加量来表示。4 反应速度反应速度单位单位：浓度：浓度/ /单位时间单位时间酶促反应初速度的概念酶促反应初速度的概念斜率斜率=P/ t = V（初速度初速度）Pt初速度：底物开始反应之后，很短一段时间内初速度：底物开始反应之后，很短一段时间内的反应速度，反应时间一般采用的反应速度，反应时间一般采用5-10min5-10min。酶活力的表示方法酶活力的表示方法活力单位活力单位（active unit） 习惯单位（习惯单位（U）: 底物底物(或产物或产物)变化量变化量 /

37、单位时间单位时间 国际单位（国际单位（IU）: 1moL变化量变化量 / 分钟分钟 Katal（Kat）：）：1moL变化量变化量 / 秒秒比活力比活力=总活力单位总活力单位总蛋白总蛋白mg数数= U(或或IU) mg蛋白蛋白量度酶催化能力大小量度酶催化能力大小量度酶纯度量度酶纯度比活力比活力（specific activity） 在酶分离提纯过程中，每完成一个实验步骤，在酶分离提纯过程中，每完成一个实验步骤，都需要测定酶的总活力和比活力，来判断分离提都需要测定酶的总活力和比活力，来判断分离提纯方法的优劣和提纯效果。纯方法的优劣和提纯效果。抽提液的比活力抽提液的比活力酶制剂的比活力酶制剂的比活

38、力回收率回收率= =酶制剂的总活力酶制剂的总活力抽提液的总活力抽提液的总活力纯化倍数纯化倍数 =影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素2、底物浓度底物浓度3、pH （最适（最适 pH的概念）的概念）4、 温度温度 （最适温度的概念）（最适温度的概念）5、激活剂激活剂6、抑制剂抑制剂1、酶浓度、酶浓度当当S足够过量，其它条件固定且无不利因素时，足够过量，其它条件固定且无不利因素时，v=kE底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响（一）（一）酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线 （MichaelisMentenMichaelisMenten曲线）曲线）

39、（二）（二）米氏方程的提出及推导米氏方程的提出及推导（三）（三）米氏常数的意义米氏常数的意义（四）（四）米氏常数的测定米氏常数的测定用反应速度（用反应速度（v）对底物浓度）对底物浓度S作图，便得到以作图，便得到以下双曲线。下双曲线。 （一）酶反应速度与底物浓度的关系曲线（一）酶反应速度与底物浓度的关系曲线图 底物浓度对反应初速度的影响 （1 1）在低底物浓度时在低底物浓度时, ,反应速度与底物浓度成正比，反应速度与底物浓度成正比，表现为表现为一级反应一级反应特征。特征。（2 2）混合级反应混合级反应 当底物浓度较高时，反应速度上升当底物浓度较高时，反应速度上升缓慢。缓慢。（3 3）当底物浓度达

40、到一定值，几乎所有的酶都与底）当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（物结合后，反应速度达到最大值（V Vmaxmax），此时再增），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应零级反应。（二）米氏方程式的提出及推导（自己推导）（二）米氏方程式的提出及推导（自己推导） 为了描述为了描述S浓度对酶促反浓度对酶促反应 速 度 影 响 的 规 律 ，应 速 度 影 响 的 规 律 ，Michaelis & MentenMichaelis & Menten根根据据中间产物学说，利用中间产物学说，利用化学平衡原理化

41、学平衡原理于于19131913年年推导出了上述矩形双曲推导出了上述矩形双曲线的数学表达式，即著线的数学表达式，即著名的名的米氏方程。米氏方程。 V=Vmax SKm + SnKm 即为米氏常数即为米氏常数nVmax为最大反应速度为最大反应速度nV为在不同为在不同S时的反应速度时的反应速度K Km m？（三）米氏常数的意义（三）米氏常数的意义1. 当当v=Vmax/2时，时，Km=S（ Km的单位为浓度单位）的单位为浓度单位）因此，因此，KmKm等于酶促反应速度达最大反应速度一半时的底物等于酶促反应速度达最大反应速度一半时的底物浓度。浓度。 KmKm可以反映酶与底物亲和力的大小可以反映酶与底物亲

42、和力的大小 K Km m值大，表示亲和程度小，酶的催化活性低值大，表示亲和程度小，酶的催化活性低; ; K Km m值小，表示亲和程度大值小，表示亲和程度大, ,酶的催化活性高。酶的催化活性高。 KmKm越小，亲和力越强越小，亲和力越强。说明达到最大反应速度一半时说明达到最大反应速度一半时所需底物浓度就越小，底物浓度很小时，反应速度就能达所需底物浓度就越小，底物浓度很小时，反应速度就能达到很大，性能优，代谢中这类酶更为重要。到很大，性能优，代谢中这类酶更为重要。 2.2.K Km m是酶的特征性常数之一是酶的特征性常数之一 催化可逆反应的酶，当正反应和逆反应催化可逆反应的酶，当正反应和逆反应K

43、m值不同时，值不同时，可以大致推测该酶正逆两向反应的效率，可以大致推测该酶正逆两向反应的效率，Km值小的底值小的底物所示的反应方向应是该酶催化的优势方向。物所示的反应方向应是该酶催化的优势方向。 有多个酶催化的连锁反应中，如能确定各种酶有多个酶催化的连锁反应中，如能确定各种酶Km值值及相应的底物浓度，有助于寻找代谢过程的限速步骤。及相应的底物浓度，有助于寻找代谢过程的限速步骤。在各底物浓度相当时，在各底物浓度相当时，Km值大的酶则为限速酶。值大的酶则为限速酶。 判断在细胞内酶的活性是否受底物抑制。判断在细胞内酶的活性是否受底物抑制。 测定不同抑制剂对某一酶测定不同抑制剂对某一酶Km及及Vmax

44、的影响，可以用的影响，可以用于判定该抑制剂是竞争性抑制剂还是非竞争性抑制剂。于判定该抑制剂是竞争性抑制剂还是非竞争性抑制剂。 （四）米氏常数的求法米氏常数的求法基本原则基本原则： 将米氏方程变化成相当于将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，的直线方程，再用作图法求出再用作图法求出Km。 例：例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法） 米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax -4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/m m ol.L-1)1/v斜率斜率=Km/Vmax

45、-1/Km1/Vmax酶动力学的双倒数图线酶动力学的双倒数图线 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax pHpH对反应速度的影响对反应速度的影响4观察观察pHpH对酶促反应速度的影响，通常为一对酶促反应速度的影响，通常为一“钟形钟形”曲线曲线，即，即pHpH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。过高或过低均可导致酶催化活性的下降。4酶催化活性最高时溶液的酶催化活性最高时溶液的pHpH值就称为值就称为酶的最适酶的最适pHpH。4家畜细胞外液的家畜细胞外液的pHpH一般在一般在7.247.247.547.54之间，如果高之间，如果高于于7.87.8或低于或低于6.86.8家畜就

46、会死亡家畜就会死亡, ,故将故将pH6.8pH6.87.87.8称为称为家畜体液家畜体液pHpH的的极限值。极限值。 pH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 过酸过碱过酸过碱导致酶活性降低导致酶活性降低pH影响反应速度的原因：影响反应速度的原因： 影响底物分子解离状态影响底物分子解离状态 影响酶分子解离状态影响酶分子解离状态 影响酶的活性中心构象影响酶的活性中心构象pH最适最适 pHv温度对反应速度的影响温度对反应速度的影响4一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加快。一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加快。但当温度增加达到某一温度时，由于酶蛋白的热但当温度增加达到某一温度时，由于酶蛋白的热

47、变性作用，反应速度迅速下降，直到完全失活。变性作用，反应速度迅速下降，直到完全失活。4酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的度就称为酶的最适温度最适温度。 温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响 酶的最适温度与实验酶的最适温度与实验条件有关，因而它不条件有关，因而它不是酶的特征性常数。是酶的特征性常数。 如高温消毒、低温麻如高温消毒、低温麻醉、冷冻储存等。醉、冷冻储存等。激活剂激活剂对酶作用的影响对酶作用的影响类别类别 金属离子：金属离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+

48、 阴离子：阴离子： Cl-、Br- 有机分子有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂：金属螯合剂：EDTA凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator） 竞争性抑制作用竞争性抑制作用(一一) 可逆抑制作用可逆抑制作用 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 专一性不可逆抑制作用专一性不可逆抑制作用（二）（二）不可逆抑制作用不可逆抑制作用 非专一性不可逆抑制作用非专一性不可逆抑制作用 抑制剂对酶作用的影响抑制剂对酶作用的影响 凡是使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质，凡是使酶的活性下降而不引起

49、酶蛋白变性的物质，称为酶的抑制剂（称为酶的抑制剂（inhibitorinhibitor）。）。（一）可逆抑制作用（一）可逆抑制作用4抑制剂与酶分子的必需基团以抑制剂与酶分子的必需基团以非共价键非共价键可可逆性结合造成酶活性的抑制，且可采用透逆性结合造成酶活性的抑制，且可采用透析等简单方法去除抑制剂而使酶活性完全析等简单方法去除抑制剂而使酶活性完全恢复的抑制作用就是恢复的抑制作用就是可逆抑制作用可逆抑制作用。 1.1.竞争性抑制（竞争性抑制（competitive inhibition)competitive inhibition) 抑制剂与底物分子结构十分相似，与底物抑制剂与底物分子结构十分相

50、似，与底物竞争酶的同一活性中心，从而干扰了酶与底物竞争酶的同一活性中心，从而干扰了酶与底物的结合，使酶的催化活性降低，的结合，使酶的催化活性降低，称为竞争性抑称为竞争性抑制作用。制作用。 竞竞争争性性抑抑制制如：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制如：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制 COOCH2CH2COOCOOCHCHCOO琥珀酸脱氢酶-2HCOOCH2COOCOOCH2CCOOOCOOCH2HCCOOOH琥珀酸延胡索酸丙二酸 草酰乙酸苹果酸 竞争性抑制剂往往是酶的竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物底物类似物或反应产物；或反应产物； 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的抑制剂与酶的结合部位与底物与酶

51、的结合部位相同结合部位相同； 抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增加底物浓抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增加底物浓度可使抑制程度减小；度可使抑制程度减小；(4) (4) 动力学参数动力学参数 K Km m增大增大，V V不降低不降低。即竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度来消除。即竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度来消除。 竞争性抑制的特点竞争性抑制的特点竞争性抑制曲线竞争性抑制曲线 实例：磺胺药物的药用机理实例：磺胺药物的药用机理 H2N- -SO2NH2对氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺 H2N- -COOH对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤叶酸叶酸抗菌机理抗

52、菌机理 与对氨基苯甲酸是结构类似物与对氨基苯甲酸是结构类似物竞争性抑制细菌叶酸形成，进而抑制细菌繁殖竞争性抑制细菌叶酸形成，进而抑制细菌繁殖2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制 抑制剂既可以与游离酶结合，也可以抑制剂既可以与游离酶结合，也可以与与ESES复合物结合，形成三元复合物，使酶复合物结合，形成三元复合物，使酶的催化活性降低，称为的催化活性降低，称为非竞争性抑制。非竞争性抑制。 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用+IEI+SESIESP+ EE+S+I 非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；构类似； 底物和抑制剂分别底物和抑制剂分别独立

53、独立地与酶的不同部位相结合；地与酶的不同部位相结合； 抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；变对抑制程度无影响； 动力学参数：动力学参数：KmKm值不变，值不变，VmaxVmax值降低值降低。 非竞争性抑制的特点非竞争性抑制的特点非竞争性抑制曲线非竞争性抑制曲线竞争性抑制作用竞争性抑制作用非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用竞竞争争性性非非竞竞争争性性抑抑制制作作用用机机理理示示意意图图底物与酶专一性结合底物与酶专一性结合4抑制剂与酶分子的必需基团抑制剂与酶分子的必需基团共价结合共价结合引起酶活性的引起酶活性的抑制，且不能采用超

54、滤、透析等简单方法使酶活性抑制，且不能采用超滤、透析等简单方法使酶活性恢复的抑制作用就是恢复的抑制作用就是不可逆抑制作用不可逆抑制作用。有毒物、药。有毒物、药物等。物等。4如如有机磷农药有机磷农药对胆碱酯酶的抑制、对胆碱酯酶的抑制、路易士气路易士气对巯基对巯基酶的抑制等酶的抑制等。 （二）不可逆抑制作用（二）不可逆抑制作用专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂 这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。性丧失。 实例：实例：有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂-Ser-OH-Ser-

55、OPO-RO-ROPO-RO-ROX 胆碱酯酶胆碱酯酶 乙酰胆碱乙酰胆碱 胆碱乙酸胆碱乙酸 乙酰胆碱堆积引起付交感兴奋症状：恶心，乙酰胆碱堆积引起付交感兴奋症状：恶心，呕吐，多汗，肌肉震颤，瞳孔缩小。呕吐，多汗，肌肉震颤，瞳孔缩小。 +EOHROPOXROROPOOROE+ H X有 机 磷 化 合 物磷 酰 化 酶酸EOHORPOORNCH3CHNOH+NCH3CHNO+解 磷 定羟 基 酶 有机磷化合物对有机磷化合物对胆碱酯酶胆碱酯酶的抑制，用的抑制，用解磷解磷定定解除抑制。解除抑制。非专一性不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂 抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些抑制剂作用于酶分子中的

56、一类或几类基团，这些基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。类型类型：ESHSH+ Hg2+ESSHg + 2H+ESHSHClAsCl+HCCHClAsHCCHClESS+ 2HClAsHC CHClESS+H2C SHHCH2C OHSHESHSH+H2C SHCH2C OHSAsHC CHCl重金属离子及砷，可用二巯基丙醇（重金属离子及砷，可用二巯基丙醇（BALBAL）解毒。）解毒。 在对有价值的目标追求中坚定的决心是一切真正伟大的品格的基础。充沛的精力会让人有能力克服艰难险阻，完成单调乏味的工作，忍受其中琐碎而有枯燥的细节从而使人顺利渡过人生的每一驿

57、站。 时间即生命。没有人不爱惜自己的生命，可却很少有人珍惜自己的时间如果你想在有生之年做点事，学点东西，充实自己，帮助别人，使自己生活的更有意义，不虚度此生，那么就不要浪费光阴。这道理人人都懂，可是做到的是少数人。思考 一碳单位在生物代谢中起重要作用，一碳单位转移的载体是 . 辅酶A .酰苷甲硫氨酸 . 维生素B12 .四氢叶酸 判断正误 1. 抑制剂不与底物竞争酶的结合中心，则不会表现为抑制作用。 2. 酶的催化作用可用底物与活性部位相吻合的锁和钥概念来解释。填空填空1. 有机农药抑制 酶活性。2. 重金属离子抑制酶活性。3. 磺胺类药物治疗是根据酶的原理而设计的。 二、高等动物体酶活性调节

58、的两种形式是： 1.？2.？（2本章不介绍）1 1又包括 哪两种调节方式？，我们上节课介绍的一种调节方式属于 调节。第六节第六节 酶的活性调节酶的活性调节一、一、 别构酶及酶的别构（变构）效应别构酶及酶的别构（变构）效应二、二、 共价修饰调节共价修饰调节 l 基本概念基本概念l 变构调节的机制变构调节的机制l 变构酶的动力学曲线变构酶的动力学曲线l 变构酶的生理意义变构酶的生理意义l 变构调节的特点变构调节的特点一、一、 别构酶及酶的别构（变构）效应别构酶及酶的别构（变构）效应概念概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称为调节位点（或变构位点）的

59、调节物特异结合在被称为调节位点（或变构位点）的调节物特异结合位点，调节物结合到调节位点上引起酶的构象发生变位点，调节物结合到调节位点上引起酶的构象发生变化，导致酶的活性提高或下降，这种现象称为化，导致酶的活性提高或下降，这种现象称为别构效别构效应应（allosteric effect）,具有上述特点的酶称具有上述特点的酶称别构酶（别构酶（allosteric enzyme）。）。变构酶变构酶结构特点结构特点: :多亚基，两中心多亚基，两中心，即，即活性活性中心中心（包括催化中心）、（包括催化中心）、调节中心调节中心。活性中心活性中心调节中心调节中心变构调节的机制变构调节的机制 当调节亚基或调节

60、部位与变构剂结合后，导致酶当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，导致酶的空间构象发生改变，从而导致酶催化部位的构的空间构象发生改变，从而导致酶催化部位的构象发生改变而导致酶活性的改变。象发生改变而导致酶活性的改变。 变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂 变构酶的动力学曲线：变构酶的动力学曲线： S型型 Sv5090%10%0.1139 非变构酶非变构酶 变构酶变构酶v=10% S=0.11 S=3 v=90% S=9 S=9 比值比值 81 3优点：优点：S变化小，变化小，V变化大变化大作用：作为代谢途径中的作用：作为代谢途径中的调节酶类调节酶类 别构酶的别构酶的S形动力学关系，非常有利于对反应速度的形动力