第三章 酶化学

1、目目 录录第第 三三 章章 酶酶目目 录录一、酶的概念一、酶的概念n酶是一类由活细胞产生的，酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物对其特异底物具有具有高效催化高效催化作用的作用的蛋白质蛋白质或或RNARNA。目目 录录目目 录录三、酶是生物催化剂三、酶是生物催化剂n用量少而催化效率高。用量少而催化效率高。n能够改变化学反应的速度，但不能改变化学反能够改变化学反应的速度，但不能改变化学反应平衡。应平衡。n本身在反应前后不发生变化。本身在反应前后不发生变化。n通过降低反应的活化能，从而加速反应的进行。通过降低反应的活化能，从而加速反应的进行。1.酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点目目 录录

2、2.酶作为生物催化剂的特点酶作为生物催化剂的特点目目 录录目目 录录一、一、 酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白辅因子辅因子（非蛋白质（非蛋白质部分）部分）金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物（辅酶）（辅酶） 全酶全酶目目 录录 金属离子的作用金属离子的作用小分子有机化合物小分子有机化合物的作用的作用稳定酶的构象；稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。在反应中起运载体的作用，传递电子、在反应中起运载体的作用，传递

3、电子、质子或其它基团。质子或其它基团。目目 录录二、酶的活性中心二、酶的活性中心目目 录录目目 录录又称活性部位又称活性部位，指指必需基团必需基团（某些氨基酸（某些氨基酸侧链残基，有时也包括辅酶分子或它的基团）侧链残基，有时也包括辅酶分子或它的基团）在在空间结构上彼此靠近空间结构上彼此靠近，组成，组成具有特定空间结具有特定空间结构构的区域，能的区域，能与底物特异结合与底物特异结合并并将底物转化为将底物转化为产物产物。1. 酶的活性中心的定义酶的活性中心的定义目目 录录底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 目目 录录目目 录录

4、结合基团结合基团催化基团催化基团催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。3. 3.活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团目目 录录溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心* 谷氨酸谷氨酸35和天和天冬氨酸冬氨酸52是催化是催化基团；基团；* 色氨酸色氨酸62和和63、天冬氨酸天冬氨酸101和和色氨酸色氨酸108是结是结合基团；合基团；* AF为底物多为底物多糖链的糖基，位糖链的糖基，位于酶的活性中心于酶的活性中心形成的裂隙中。形成的裂隙中。目目 录录第二节第二节 酶促反应的特点与机理酶促反应的特

5、点与机理目目 录录一、一、 酶促反应的特点酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。酶和一般催化剂加速反应的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的机理都是降低反应的活化能活化能。酶酶比一般催化剂比一般催化剂更有效更有效地降低反应的活地降低反应的活化能。化能。 目目 录录活化能活化能：底物分子从常态转变到活化态所需的能量底物分子从常态转变到活化态所需的能量。EAEAEA G 目目 录录 1. 酶对底物的专一性酶对底物的专一性（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性 (1

6、) 结构专一性结构专一性 脲酶只能催化尿素水解成氨和碳酸脲酶只能催化尿素水解成氨和碳酸 (2) 立体专一性立体专一性胰蛋白酶只能裂解胰蛋白酶只能裂解L-氨基酸构成的肽键氨基酸构成的肽键目目 录录2.关于酶专一性的假说关于酶专一性的假说（2 2）诱导契合学说）诱导契合学说目目 录录羧肽酶的诱导契合模式羧肽酶的诱导契合模式 底物底物目目 录录目目 录录目目 录录（三）酶促反应的机理（三）酶促反应的机理 酶通过降低活化自由能提高反应速率酶通过降低活化自由能提高反应速率 目目 录录（四）酶具有高催化能力的原因（四）酶具有高催化能力的原因1. 邻近效应和定向效应邻近效应和定向效应 增加局部底物浓度和有效

7、碰撞概率增加局部底物浓度和有效碰撞概率 目目 录录2. 诱导契合和底物形变诱导契合和底物形变 底物一旦与酶结合，酶就能使底物形变或扭曲。底物一旦与酶结合，酶就能使底物形变或扭曲。电子重新分配，旧键弱化，新键生成电子重新分配，旧键弱化，新键生成目目 录录（五）（五）酶催化机理实例酶催化机理实例胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 胰凝乳蛋白酶的电荷接力网胰凝乳蛋白酶的电荷接力网目目 录录胰凝乳蛋白酶的催化过程胰凝乳蛋白酶的催化过程A.酶与底物结合，形成米酶与底物结合，形成米氏复合物（氏复合物（ES）B.形成四联体过度形成四联体过度态中间物态中间物目目 录录E.E.形成包括水分子的四形成包括水分子的四联体过度

8、中间物联体过度中间物F.F.羰基产物形成，羰基产物形成，酶游离酶游离目目 录录目目 录录目目 录录（一）底物浓度对反应速度的影响（一）底物浓度对反应速度的影响目目 录录当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应一级反应。目目 录录目目 录录随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应混合级反应。目目 录录目目 录录当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应零级反应。目目 录录目目 录录1

9、.米米-曼氏方程式曼氏方程式酶酶促反应模式促反应模式中间产物学说中间产物学说E + S k1k2k3ESE + P目目 录录S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速度时的反应速度Vmax：最大反应速度最大反应速度m：米氏常数米氏常数VmaxS Km + S 目目 录录a、E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，反应速度取决的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即于慢反应即 Vk3ES。 b、S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的的总浓度，因此在反应的初始阶段，初始阶段，S的浓度可认为不变即的浓

10、度可认为不变即SSt。 米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：目目 录录KmS Km值值: 酶促反应速度为最大反应速度一半时酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxS目目 录录2、Km与与Vmax的意义的意义目目 录录意义意义 Vmax=K3 E 如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算 酶的转换酶的转换 数数，即动力学常数，即动力学常数K3。目目 录录目目 录录（二）、酶浓度对反应速度的影响（二）、酶浓度对反应速度的影响0 V E 目目 录录（三）、温度对反应速度的影响（三

11、）、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度酶促反应速度最快时的酶促反应速度最快时的环境温度。环境温度。酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 目目 录录（四）、（四）、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响q最适最适pH 酶催化活性最大酶催化活性最大时的环境时的环境pH。0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 246810目目 录录（五）、抑制剂对反应速度的影响（五）、抑制剂对反应速度的影响2. 2. 酶抑制剂与酶变性的区别酶抑制剂与酶变性的区别 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂

12、对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性目目 录录3. 抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)目目 录录(1) 目目 录录ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHS

13、CH2OHAsCHCHClROROPOX+HOEROROPOOE+HXClAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物目目 录录竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 目目 录录 竞争性抑制作用竞争性抑制作用目目 录录 反应模式反应模式+目目 录录 特点特点b)b) 抑制程度取决于抑制程度取决于抑制剂与酶的相抑制剂与酶的相对亲和力及底物对亲和力及底物浓度；浓度；a) I与与S结

14、构类似，结构类似，竞争酶的活性中竞争酶的活性中心；心；c) 动 力 学 特 点 ：动 力 学 特 点 ：Vmax不变，不变， Km增大。增大。 目目 录录 举例举例 a) 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸目目 录录b) 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶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C

15、OOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物目目 录录 非竞争性抑制非竞争性抑制 抑制剂不仅与游离酶结合，也可以与酶抑制剂不仅与游离酶结合，也可以与酶-底物复合物结合，其结合部位与活性部位底物复合物结合，其结合部位与活性部位不同，通过修饰酶的构象从而抑制产物的不同，通过修饰酶的构象从而抑制产物的行成。行成。目目 录录目目 录录 特点特点a) a) 抑制剂与酶活性抑制剂与酶活性中心外的必需基中心外的必需基团结合，底物与团结合，底物与抑制剂之间无竞抑制剂之间无竞争关系；争关系；b)b) 抑制程度取决于抑制程度取决于抑制剂的浓度；抑制剂的浓度；c) 动力学特点：动力学特点：Vm

16、ax降低，降低，Km不变。不变。 目目 录录反竞争性抑制反竞争性抑制抑制剂只与酶抑制剂只与酶-底物复合物结合，不影响酶底物复合物结合，不影响酶与底物的结合，但它却阻止复合物解离，与底物的结合，但它却阻止复合物解离，生成产物。生成产物。目目 录录目目 录录 特点：特点：a) a) 抑制剂只与酶抑制剂只与酶底物复合物底物复合物结合；结合；b)b) 抑制程度取决抑制程度取决与抑制剂的浓与抑制剂的浓度及底物的浓度及底物的浓度；度；c) 动力学特点：动力学特点：Vmax降低，降低，Km降低。降低。 目目 录录各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 目目 录录（六）、激活剂对反应速度的影响（六）

17、、激活剂对反应速度的影响目目 录录酶的活性酶的活性酶的活性单位酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s s、minmin或或h h）内生成一定量（）内生成一定量（mgmg、gg、molmol等）的等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。目目 录录国际单位国际单位(IU) 在特定的条件下，每分钟催化在特定的条件下，每分钟催化1mol底物转化底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。为产物所需的酶量为一个国际单位。 催量单位催量单位(katal) 催量催量(ka

18、t)是指在特定条件下，每秒钟使是指在特定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。 kat与与IU的换算：的换算： 1 IU=16.6710-9 kat目目 录录第第 四四 节节 酶酶 的的 调调 节节目目 录录关键酶关键酶目目 录录一一 、酶活性的调节、酶活性的调节目目 录录3、 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下目目 录录赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬

19、缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝目目 录录4 4、 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。化作用。目目 录录一些代谢物可与某些酶分子一些代谢物可与某些酶分子活性中心外活性中心外的的某部分可逆地结合，使某部分可逆地结合，使酶构象改变酶构象

20、改变，从而改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。目目 录录目目 录录2 2、变构酶常为多个亚基构成的寡聚、变构酶常为多个亚基构成的寡聚 体，具有协同效应体，具有协同效应 目目 录录（三）（三） 酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节目目 录录磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）目目 录录 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白目目 录录二、二、 同工酶同工酶 催化相同的化学反应，而酶蛋

21、白的分子结催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。酶。1、同工酶的定义、同工酶的定义目目 录录乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶目目 录录3 3、生理及临床意义、生理及临床意义心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5目目 录录第五节第五节 酶的命名与分类酶的命名与分类目目 录录一、酶的命名一、酶的命名1. 习惯命名法习惯命名法推荐名称推荐名称2. 系统命名法系统命名法系统名称系统名称目

22、目 录录一些酶的命名举例一些酶的命名举例编号编号推荐名称推荐名称系系 统统 名名 称称催催 化化 的的 反反 应应EC1.4.1.3谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸：谷氨酸：NAD+L-谷氨酸谷氨酸 + H2O + NAD+脱氢酶脱氢酶氧化还原酶氧化还原酶 -酮戊二酸酮戊二酸 + NH3 + NADHEC2.6.1.1 天冬氨酸氨天冬氨酸氨L-天冬氨酸：天冬氨酸： -酮酮L-天冬氨酸天冬氨酸+ -酮戊二酸酮戊二酸基转移酶基转移酶戊二酸氨基转移酶戊二酸氨基转移酶草酰乙酸草酰乙酸 +L-谷氨酸谷氨酸EC3.5.3.1 精氨酸酶精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶精氨酸脒基水解酶L-精氨酸精氨酸 + H2O L-鸟氨酸鸟氨酸+ 尿素尿素EC4.1.2.13 果糖二磷酸果糖二磷酸D-果糖果糖1，6-二磷酸：二磷酸：D-果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸醛缩酶醛缩酶D-甘油醛甘油醛3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 + D-甘油