生物化学ppt酶实用教案

1、第一节第一节 酶的概念及作用特点酶的概念及作用特点第二节第二节 酶的命名和分类酶的命名和分类第三节第三节 酶的作用机理酶的作用机理(j l)(j l)第四节第四节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素第五节第五节 酶的活性调节酶的活性调节第六节第六节 酶的活力测定及分离提纯酶的活力测定及分离提纯第七节第七节 酶工程简介酶工程简介第八节第八节 维生素和辅酶维生素和辅酶第1页/共178页第一页，共178页。第一节 酶的概念(ginin)及作用特点第2页/共178页第二页，共178页。酶学研究(ynji)简史 公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，

2、一百余年前，PasteurPasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 18771877年，年，KuhneKuhne首次提出首次提出EnzymeEnzyme一词。一词。 18971897年，年，BuchnerBuchner兄弟兄弟(xingd)(xingd)用不含细胞的酵母提取液，实用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。现了发酵。 19261926年，年，SumnerSumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。证实酶的蛋白首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。证实酶的蛋白质本质，获质本质，获19461946年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。 19821982年，年，CechCech

3、首次发现首次发现RNARNA也具有酶的催化活性，提出核酶也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)(ribozyme)的概念。的概念。CechCech等获得等获得19891989年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。 19951995年，年，Jack W.SzostakJack W.Szostak研究室首先报道了具有研究室首先报道了具有DNADNA连接酶活连接酶活性性DNADNA片段，称为脱氧核酶片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。第3页/共178页第三页，共178页。一、酶的催化特点( (一) ) 酶与一般催化剂的共性 1 1本身反应前后无变化 酶

4、与一般催化剂一样，在化学反应前后都没有质和量的改变。 2 2不改变化学反应平衡(pnghng)(pnghng)常数 酶只催化热力学允许的化学反应，只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡(pnghng)(pnghng)点，作用是缩短反应达到平衡(pnghng)(pnghng)所需的时间。 3 3降低反应的活化能 活化能指的是在一定条件下，能使l l摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能( (卡摩尔) )。第4页/共178页第四页，共178页。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

5、量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变 活化能：底物分子(fnz)从初态转变到活化态所需的能量。第5页/共178页第五页，共178页。 （二）酶的催化特性（二）酶的催化特性 1. 1. 高度高度(god)(god)的催化效率的催化效率 酶催化效率比非催化反应高酶催化效率比非催化反应高108 1020108 1020倍；倍；比一般催化剂高比一般催化剂高107 1013107 1013倍。倍。如：碳酸酐酶，每摩尔每分钟能转化如：碳酸酐酶，每摩尔每分钟能转化3 35 5107107摩尔摩尔底物或每秒钟底物或每秒钟6 6105105摩尔底物。摩尔底物。 第6页/共178

6、页第六页，共178页。 2. 2.高度专一性高度专一性 作为一种生物催化剂，酶对其作用的底物有一定的要求，即一种酶只作用于一种或一类特定作为一种生物催化剂，酶对其作用的底物有一定的要求，即一种酶只作用于一种或一类特定(tdng)(tdng)的底物。酶的的底物。酶的专一性分为两大类：专一性分为两大类： 绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)(absolute specificity)：只能作用于：只能作用于 特定特定(tdng)(tdng)结构的底物，进行一种专一的反应，生结构的底物，进行一种专一的反应，生 成一种特定成一种特定(tdng)(tdng)结构的产物。结构的

7、产物。 相对特异性相对特异性(relative specificity)(relative specificity)：作用于一类：作用于一类 化合物或一种化学键。化合物或一种化学键。第7页/共178页第七页，共178页。立体结构立体结构(jigu)(jigu)特异性特异性(stereo specificity)(stereo specificity)：作用于立：作用于立 体异构体中的一种。体异构体中的一种。乳酸脱氢酶的底物和酶的三点附着（乳酸脱氢酶的底物和酶的三点附着（tree-point attachmenttree-point attachment）理论。理论。D(-)D(-)乳酸由于乳酸

8、由于-OH-OH、 -COOH -COOH的的 位置正好相反，因此造成与酶的三个基团不能完成结合，故位置正好相反，因此造成与酶的三个基团不能完成结合，故而不能受酶的催化。而不能受酶的催化。 第8页/共178页第八页，共178页。 3 3高度的不稳定性，酶易失活高度的不稳定性，酶易失活 多数酶是蛋白质。决定多数酶是蛋白质。决定(judng)(judng)酶的作用条件一般应在温和的条件下，如酶的作用条件一般应在温和的条件下，如中性中性pHpH、常温和常压下进行。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。、常温和常压下进行。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。 第9页/共178页第九页，共178页。

9、4 4酶的催化活性的可调节性酶的催化活性的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断(bdun)(bdun)变化的内外环境和生变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。命活动的需要。其中包括三方面的调节。 对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节 酶催化效力的调节酶催化效力的调节 通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等 第10页/共178页第十页，共178页。5. 有的酶需辅助因子 有些酶是复合蛋白质，由酶蛋白和非蛋白小分子物质(wzh)组成，后者称为辅因子，若将它们除去，酶就失去活性。第11页/共178

10、页第十一页，共178页。 酶在生活(shnghu)细胞中产生，大部分酶在细胞内起催化作用，称为胞内酶。如：线粒体-呼吸酶系 叶绿体-光合系统的酶系 细胞核-核酸合成的酶系 内质网的核糖体上和胞质溶胶中-蛋白质生物合成的酶系 有些酶被分泌到细胞外发挥作用，如人和动物消化道以及某些细菌所分泌的水解淀粉、脂肪和蛋白质的酶，这类酶称胞外酶。第12页/共178页第十二页，共178页。二、酶专一性：决定于酶的活性中心的构象(u xin)和性质。1 结构专一性 概念：酶对所催化(cu hu)的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择 类别：绝对专一性和相对专一性绝对专一性 有的酶对底物的化学

11、结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。尿素(nio s)第13页/共178页第十三页，共178页。 相对专一性 有的酶对底物(d w)的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。 1） 键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求。 2）基团专一性 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，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。第14页/共178页第十四页，共178页。消化道内几种(j zhn)蛋白酶的专一性第15页/共178页第十五页，共178页。消化道蛋白酶作用(zuyng)的专

12、一性第16页/共178页第十六页，共178页。2 立体(lt)异构专一性概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求类别：旋光异构专一性和几何异构专一性旋光异构专一性：几何异构专一性： 如：延胡索酸水化酶，只能催化(cu hu)延胡索酸即反丁烯二酸水合生成苹果酸及其逆反应，对顺丁烯二酸没有催化(cu hu)活性。第17页/共178页第十七页，共178页。据酶分子组成(z chn)分类单纯(dnchn)蛋白质酶类：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖 核酸酶等结合(jih)蛋白质酶类酶蛋白质辅助因子（辅酶或辅基）金属离子金属有机物小分子有机物三、酶的化学本质及类别全酶(holoen

13、zyme）= 酶蛋白 + 辅因子辅酶：与酶蛋白结合比较松弛，用透析法可以除去的小分子有机物。辅基：与酶蛋白结合比较紧密，用透析法不易除去的小分子物质。往 往以共价键和酶蛋白结合，如细胞色素氧化酶中的铁卟啉、黄 素蛋白中的FAD等。第18页/共178页第十八页，共178页。单体酶：只有一条(y tio)多肽链，属于这一类的酶很少，一般是催化水解反应的酶，相对分子质量为13000一35000。寡聚酶：由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的。亚基之间以非共价键结合。相对分子质量从35000到几百万。多酶复合体：是由几个酶聚合(嵌合)而成的复合体。相对分子质量一般都在几百万以上

14、。据酶蛋白特征(tzhng)分类核酶：具有(jyu)催化活性的RNA分子。第19页/共178页第十九页，共178页。第二节、酶的分类(fn li)及命名1. 1. 酶的分类酶的分类* * 每一种每一种(y zhn)(y zhn)酶有一个编号酶有一个编号, ,如乳酸脱氢酶（如乳酸脱氢酶（EC1.1.1.27EC1.1.1.27） EC 1. 1. 1. EC 1. 1. 1. 2727 大类大类 亚类亚类 亚亚类亚亚类 序序号号第20页/共178页第二十页，共178页。第21页/共178页第二十一页，共178页。CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCO

15、OHNH2CH3CCOOHO(2) (2) 转移转移(zhuny)(zhuny)酶酶 Transferase Transferase转移转移(zhuny)(zhuny)酶催化基团转移酶催化基团转移(zhuny)(zhuny)反应，即将一个底物分子的反应，即将一个底物分子的基团或原子转移基团或原子转移(zhuny)(zhuny)到另一个底物的分子上。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谷丙转氨酶催化的氨基转移(zhuny)(zhuny)反应。反应。第22页/共178页第二十二页，共178页。H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH（3 3）水解酶）水解酶 Hy

16、drolase Hydrolase水解酶催化底物水解酶催化底物(d w)(d w)的加水分解反应。的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化脂的水解反应催化脂的水解反应第23页/共178页第二十三页，共178页。HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH(4) 裂解酶 Lyase 裂合酶催化(cu hu)从底物分子中移去一个基团或 原子形成双键的反应及其逆反应。 主要包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶及脱氨酶等。 例如， 延胡索酸水合酶催化(cu hu)的反应。第2

17、4页/共178页第二十四页，共178页。OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH(5) 异构酶 Isomerase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(j tun)或原子的重排过程。例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。第25页/共178页第二十五页，共178页。(6) (6) 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase Ligase or Synthetase合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键键的形成反应。这类反应必须与的形成反应。这类反应必须与A

18、TPATP分解反应相互分解反应相互(xingh)(xingh)偶偶联。联。 A + B + ATP =AB + ADP +Pi A + B + ATP =AB + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应例如，丙酮酸羧化酶催化的反应丙酮酸丙酮酸 + CO2 + CO2 草酰乙酸草酰乙酸第26页/共178页第二十六页，共178页。（7 7）核酸）核酸(h sun)(h sun)酶（催化核酸酶（催化核酸(h sun)(h sun)） Ribozyme Ribozyme核酸核酸(h sun)(h sun)酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNARNA，能够催化，

19、能够催化RNARNA分子中的分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。磷酸酯键的水解及其逆反应。第27页/共178页第二十七页，共178页。2. 酶的命名(mng mng)(1)习惯命名法:根据其催化底物来命名；根据所催化反应的性质来命名；结合上述两个原则(yunz)来命名；有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。第28页/共178页第二十八页，共178页。(2)国际系统命名法系统名称包括底物(d w)名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如： 习惯名称:谷丙转氨酶 系统名称:丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应: 谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸第29页/共178页第二十九页，

20、共178页。一些酶的命名(mng mng)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

21、-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-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸异构酶异构酶异构酶异构酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.1.2 谷氨酰胺谷氨酰胺L-谷氨酸：氨连接酶谷氨酸：氨连接酶ATP + L-谷氨酸谷氨酸 + NH3合成酶合成酶ADP+磷酸磷酸 + L-谷氨酰胺谷氨酰胺编号编号推荐名称推荐名称系系 统统

22、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

23、，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-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸异构酶异构酶异构酶异构酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.1.2 谷氨酰胺谷氨酰胺L-谷氨酸：氨连接酶谷氨酸：氨连接酶ATP + L-谷氨酸谷氨酸 + NH3合成酶合成酶ADP+磷酸磷酸 + L-谷氨酰胺谷氨酰胺第30页/共178页第三十页，共178页。 第三节 酶的作用(zuyng)机理一、酶的催化作用与分子一、酶的催化作用与

24、分子(fnz)(fnz)活化活化能能二、酶催化的中间产物理论二、酶催化的中间产物理论三、酶的活性中心和必需基团三、酶的活性中心和必需基团四、酶作用专一性机理四、酶作用专一性机理五、与酶的高效率有关的主要因素五、与酶的高效率有关的主要因素第31页/共178页第三十一页，共178页。一、酶的催化作用与分子(fnz)活化能活化能：分子由常态转变为活化态所需的能量。 即：活化能指在一定温度下，1mol底物全部进入活化态所需要的自由能，单位是Jmol。 酶降低反应活化能的机理是通过(tnggu)改变反应途径，使反应沿一个低活化能的途径进行。第32页/共178页第三十二页，共178页。酶的催化机理是降低酶

25、的催化机理是降低(jingd)(jingd)活化能活化能第33页/共178页第三十三页，共178页。二、酶催化二、酶催化(cu hu)(cu hu)的中的中间产物理论间产物理论1kSE 1kES 2kEP E+SP+ EES能量水平反应过程 G E1 E2 酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行(jnxng)，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。第34页/共178页第三十四页，共178页。第35页/共178页第三十五页，共178页。第36页/共178页第三十六页，共178页。使底物(d w)靠拢使底物分子(fnz)产

26、生应力使底物分子电荷(dinh)变化第37页/共178页第三十七页，共178页。概念：酶的活性中心是指酶分子结构中，能直接与底物结合，并概念：酶的活性中心是指酶分子结构中，能直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。和酶催化作用直接有关的部位。 酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，或为裂缝，酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，或为裂缝，或为凹陷，深入或为凹陷，深入(shnr)到酶分子内部，常为氨基酸残基的疏到酶分子内部，常为氨基酸残基的疏水基团组成的。水基团组成的。三、酶的活性中心第38页/共178页第三十八页，共178页。必需基团必需基团(essential group)酶分子中

27、氨基酸残基侧链的酶分子中氨基酸残基侧链的化学化学(huxu)基团中，一些基团中，一些与酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学(huxu)基团。基团。这些必需基团在一级结构上这些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有特构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底定空间结构的区域，能与底物特异地结合并将底物转化物特异地结合并将底物转化为产物。对于结合酶来说，为产物。对于结合酶来说，辅酶或辅基参与酶活性中心辅酶或辅基参与酶活性中心的组成。的组成。第39页/共178页第三十九页，共178页。活性中心内的必需活性中心内的必需(bx)(bx)基团

28、基团结合基团结合基团binding group催化基团催化基团(catalytic group)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(yn yu)的空间构象所必需。的空间构象所必需。 活性中心外的必需活性中心外的必需(bx)(bx)基团基团常见：常见：His His 咪唑基；咪唑基；Ser Ser 羟基；羟基； Cys Cys 巯基；巯基；Glu Glu 羧基羧基第40页/共178页第四十页，共178页。与催化作用相关的结构特点(tdin)(1)活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空间局限（部位）。 第41页/

29、共178页第四十一页，共178页。第42页/共178页第四十二页，共178页。第43页/共178页第四十三页，共178页。第44页/共178页第四十四页，共178页。第45页/共178页第四十五页，共178页。底 物 活性中心以外的必需(bx)基团结合(jih)基团催化(cu hu)基团 活性中心 第46页/共178页第四十六页，共178页。AspHisSer胰凝乳(n活性中心重要(zhngyo)基团: His57 , Asp102 , Ser195第47页/共178页第四十七页，共178页。为Tyr 248为Arg 145为Glu 270为底物(d w)ZnZn羧肽酶活性中心示意图第48页/

30、共178页第四十八页，共178页。四、 酶作用(zuyng)专一性机理 锁钥学说：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。 诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性(ru xn)，底物接近活性中心时，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，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。第49页/共178页第四十九页，共178页。酶专一性的“锁钥(suyu)学说”第50页/共178页第五十页，共178页。酶专一性的“诱导契合(qh)学说”第51页/共178页第五十一页，共178页。五、与酶的高效率有关(yugun)的主要因素 1、

31、邻近(ln jn)与定向效应 第52页/共178页第五十二页，共178页。2、 诱导(yudo)契合与底物扭曲变形第53页/共178页第五十三页，共178页。3、酶分子(fnz)中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团第54页/共178页第五十四页，共178页。胰凝乳蛋白酶分子中催化(cu hu)三联体构象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的电荷中继网B.加上底物后，从Ser转移一个质子给His，带正电荷的咪唑基通过带负电荷的Asp静电相互作用被稳定Ser195102AspHis57底物六、胰凝乳(nn r)蛋白酶的催

32、化机理第55页/共178页第五十五页，共178页。结合(jih)底物His57 质子(zhz)供体形成共价ES复合物C-N键断裂底物第56页/共178页第五十六页，共178页。酰基产物(chnw)释放四面体中间(zhngjin)物的瓦解水亲核攻击羧基产物释放第57页/共178页第五十七页，共178页。第58页/共178页第五十八页，共178页。胰蛋白酶(y dn bi mi)、弹性蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的比较相同(xin tn)点：1、一级结构相似，40%同，特别是活性部位中195位Ser周围的氨基酸顺序，都是Gly-Asp-Ser-Gly-Pro2、X射线分析揭示出的三个酶的活性中心构象十分相

33、似。3、三个酶中都存在Asp102-His57-Ser195的催化三联体组合结构，因而具有相同(xin tn)的催化机制。4、三个酶合成后分泌出来均为无活性前体形式，经单一肽键断裂而被激活。第59页/共178页第五十九页，共178页。不同点：底物专一性完全不同。专一性的差异与活性中心底物结合部位的氨基酸序列特性有关。胰凝乳蛋白酶为一个较宽大的、疏水的“口袋”，主要由非极性氨基酸组成，“口袋”上部为两个Gly，利于芳香族氨基酸进入；胰蛋白酶的“口袋”上部的构象与胰凝乳蛋白酶相似，但“口袋”底部的残基Asp189，有利于带正电的碱性(jin xn)氨基酸结合；弹性蛋白酶“口袋”上部为Val126和

34、Thr226，口袋较小，可防止大侧链的氨基酸进入，而只是允许小的丙氨酸进入。第60页/共178页第六十页，共178页。七、溶菌酶的作用(zuyng)机制 溶菌酶催化作用中既有活性中心基团( j tun)的酸碱催化，也有底物敏感键的扭曲变形和微环境影响。第61页/共178页第六十一页，共178页。八、酶原和酶原的激活：酶原：没有活性的酶的前体。酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质(wzh)作用可转变成有活性的酶。酶原转变成酶的过程称为酶原的激活。本质：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。第62页/共178页第六十二页，共178页。 酶原酶原(mi yun)激活的机理激活的机理酶酶

35、原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或形成或暴露出酶的活性中心暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的一个或几个特定的肽键断裂肽键断裂，水解，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第63页/共178页第六十三页，共178页。赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬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第64页/共178页第六十四页，共178页。第65页/共178页第六十五页，共178页。 在组织细胞中，某些酶以酶原形式存在，具有重要的生物学意义： 一则可保护分泌酶原的组织不被水解破坏； 二则酶原激活是有机体调控酶活的一种形式。 酶原激活进一步说明(shumng)

36、了酶的功能是以酶的结构为基础的。第66页/共178页第六十六页，共178页。第四节 影响酶促反应速度(fn yng s d)的因素 （酶促反应动力学）一、酶促反应速度的测定一、酶促反应速度的测定 测定单位测定单位(dnwi)(dnwi)时间内底物的消耗时间内底物的消耗量或产物的成量。量或产物的成量。二、影响酶反应速度的因素二、影响酶反应速度的因素斜率=P/ t = V（初速度）Pt第67页/共178页第六十七页，共178页。当S足够过量，其它条件(tiojin)固定且无不利因素时，v=kE二、影响对酶反应速度(fn yng s d)的因素2、底物浓度3、pH （最适 pH的概念(ginin)）

37、4、 温度 （最适温度的概念(ginin)）5、激活剂6、抑制剂1、酶浓度第68页/共178页第六十八页，共178页。2、底物浓度对酶反应速度(fn yng s d)的影响1）、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 （MichaelisMenten曲线）曲线）2）、米氏方程）、米氏方程(fngchng)的提出及推导的提出及推导3）、米氏常数的意义）、米氏常数的意义4）、米氏常数的测定）、米氏常数的测定第69页/共178页第六十九页，共178页。1）酶反应速度与底物浓度的关系(gun x)曲线第70页/共178页第七十页，共178页。2）单分子(fnz)酶促反应的米氏

38、方程及Km推导原则：从测定反应的初速度、酶被底物饱和的现象出发(chf)，按照 “稳态平 衡”假说的设想进行推导。1kSE 1kES2kEP SKSVvmmax121kkkKm米氏方程(fngchng):米氏常数:第71页/共178页第七十一页，共178页。米氏方程(fngchng)的推导 121kkkESSESSEt令：Kmkkk121将（4）代入（3），则： SKSVvmmax1kES 1kES2kEP ESEt SESES生成速度： SESEkvt11，ES分解速度：ESkESkv212即： ESkESkSESEkt211则： SSESESKmtE(1)经整理得： SKSEmtES由于酶

39、促反应速度由ES决定，即ESkv22kvES，所以(2)将（2）代入（1）得： SKSEkvmt2 SKSEkmt2v(3)当酶反应体系处于恒态时：21vv 当Et=ES时，mVv tmEkV2(4)所以 第72页/共178页第七十二页，共178页。3）米氏常数(chngsh)的意义当v=Vmax/2时，Km=S（ Km的单位为浓度单位: mol/L ）米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。 *是酶在一定条件下的特征(tzhng)物理常数，通过测定Km的数值，可鉴别酶。* 当k-1 k2 可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。*在已知Km

40、的情况下，应用米氏方程可计算任意s时的v，或任何v下的s。（用Km的倍数表示） 练习题：已知某酶的Km值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80时底物的浓度应为多少？ 第73页/共178页第七十三页，共178页。4） 米氏常数(chngsh)的测定基本原则： 将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线(zhxin)方程，再用作图法求出Km。 例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk法） 米氏方程的双倒数形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 第74页/共178页第七十四页，共178页。酶动力学的双倒数(do sh)图线 1 K

41、mKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 第75页/共178页第七十五页，共178页。3、pH对酶反应速度(fn yng s d)的影响 酶的最适PH不是固定的常数，其数值受酶的纯度、底物的种类和浓度、缓冲液的种类和浓度等的影响。因此酶的最适PH只在一定条件下才有意义。 过酸过碱导致酶蛋白变性(binxng) 影响底物分子解离状态 影响酶分子解离状态 影响酶的活性中心构象pH最适 pHv第76页/共178页第七十六页，共178页。4、温度与酶反应速度(fn yng s d)的关系 在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快 酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升(shngshng)

42、而加快 酶的最适温度不是一个固定不变的常数v温度第77页/共178页第七十七页，共178页。5、激活剂对酶作用(zuyng)的影响类别 金属(jnsh)离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+ 阴离子： Cl-、Br- 有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属(jnsh)螯合剂：EDTA凡是能提高(t go)酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator）第78页/共178页第七十八页，共178页。 有些物质能与酶分子上某些(mu xi)必须基团结合（作用),使酶的活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种物质称为

43、酶的抑制剂。 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的作用称为酶的抑制作用（inhibitor)。 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。6、抑制剂对酶作用(zuyng)的影响第79页/共178页第七十九页，共178页。 抑制作用的类型(lixng)不可逆性抑制(yzh) (irreversible inhibition)可逆性抑制(yzh) (reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑

44、制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition) 区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 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第80页/共178页第八十页，共178页。(1) 不可逆性抑制作用* * 概念概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。使酶失活。 * * 举例举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒(ji d) - - - (ji d) - - - 解

45、磷定解磷定(PAM)(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒(ji d) - - - (ji d) - - - 二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL) (BAL) 第81页/共178页第八十一页，共178页。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，这些基团中包含了必需基团，因而(yn r)引起酶失活。类型：第82页/共178页第八十二页，共178页。ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAsCHCHClROROPOX+HOEROROPOOE+HXClAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCH

46、Cl+2HCl有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气(shq)失活的酶失活的酶羟基羟基(qingj)酶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第83页/共178页第八十三页，共178页。专一性不可逆抑制剂 这类抑制剂选择性很强，它只能(zh nn)专一性地与酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。 实例：有机磷杀虫剂-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX第84页/共178页第八十四页，共178页。（二） 可逆性抑制作用* * 概念概念抑制剂通常以非共价键与酶或酶抑制剂通常以非共价键与酶或酶- -底

47、物复合物可逆底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失性结合，使酶的活性降低或丧失(sngsh)(sngsh)；抑制；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制竞争性抑制(yzh)(yzh)非竞争性抑制非竞争性抑制(yzh)(yzh)反竞争性抑制反竞争性抑制(yzh) (yzh) 第85页/共178页第八十五页，共178页。. 竞争性抑制作用+反应反应(fnyng)(fnyng)模模式式定义定义抑制剂与底物的结构相似抑制剂与底物的结构相似(xin s)(xin s)，能与底物竞争，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性中心，从而阻碍酶底物复

48、合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。物的竞争能力来消除。第86页/共178页第八十六页，共178页。第87页/共178页第八十七页，共178页。第88页/共178页第八十八页，共178页。l竞争性抑制作用的速度竞争性抑制作用的速度(sd)方程：方程：iKI111m(1)VVKSVmaxmax第89页/共178页第八十九页，共178页。 * * 特点特点(tdin)(tdin)b)b) 抑制程度抑制程度(chngd)(

49、chngd)取决于抑制剂与酶的相对亲取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；和力及底物浓度；a) I与与S结构结构(jigu)类似，竞争酶的活性中心；类似，竞争酶的活性中心；c) 动力学特点：动力学特点：Vmax不变不变，表观，表观Km增大增大。 第90页/共178页第九十页，共178页。* * 举例举例(j l)(j l) 丙二酸与琥珀酸竞争丙二酸与琥珀酸竞争(jngzhng)(jngzhng)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶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延胡索酸延胡索酸第91页/共178页第九十一页，共

50、178页。第92页/共178页第九十二页，共178页。第93页/共178页第九十三页，共178页。 磺胺类药物磺胺类药物(yow)(yow)的抑菌机制的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶与对氨基苯甲酸竞争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COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物第94页/共178页第九十四页，共178页。2 非竞争性抑制：酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是(b shi)与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性

51、抑制剂。如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法来消除。第95页/共178页第九十五页，共178页。* * 反应反应(fnyng)(fnyng)模式模式第96页/共178页第九十六页，共178页。第97页/共178页第九十七页，共178页。l 非竞争性抑制作用的速度(sd)方程：第98页/共178页第九十八页，共178页。l非竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ：第99页/共178页第九十九页，共178页。* * 特点特点(tdin)(tdin)

52、a) a) 抑制剂与酶活性中心外的必需基团抑制剂与酶活性中心外的必需基团(j tun)(j tun)结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；b)b) 抑制程度抑制程度(chngd)(chngd)取决于抑制剂的浓度；取决于抑制剂的浓度；c) 动力学特点：动力学特点：Vmax降低降低，表观，表观Km不变不变。 第100页/共178页第一百页，共178页。. 反竞争性抑制反竞争性抑制(yzh)* * 反应反应(fnyng)(fnyng)模式模式 抑制剂仅与酶和底物(d w)形成的中间产物结合，使ES的量下降。第101页/共178页第一百零一页，共178页。反竞争性抑制(y

53、zh)曲线第102页/共178页第一百零二页，共178页。* * 特点特点(tdin)(tdin)：a) a) 抑制剂只与酶底物抑制剂只与酶底物(d w)(d w)复合物结合；复合物结合；b)b) 抑制抑制(yzh)(yzh)程度取决与抑制程度取决与抑制(yzh)(yzh)剂的浓度及底物剂的浓度及底物的浓度；的浓度；c) 动力学特点：动力学特点：Vmax降低降低，表观，表观Km降低降低。 第103页/共178页第一百零三页，共178页。各种( zhn)( zhn)可逆性抑制作用的比较 动力学参数动力学参数表观表观Km Km增大增大不变不变减小减小最大速度最大速度Vmax不变不变降低降低降低降低

54、林林-贝氏作图贝氏作图斜率斜率Km/Vmax增大增大增大增大不变不变纵轴截距纵轴截距1/Vmax不变不变增大增大增大增大横轴截距横轴截距-1/Km增大增大不变不变减小减小与与I结合的组分结合的组分EE、ESES作用特征作用特征无抑制剂无抑制剂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第104页/共178页第一百零四页，共178页。第五节第五节 酶的活性调节酶的活性调节(tioji)(tioji)一、 别构酶及酶的别构（变构）效应(xioyng)二、 酶的多种分子(fnz)形式 同工酶（isoenzyme）第105页/共178页第一百零五页，共178页。一、酶的别构（变

55、构）效应(xioyng)概念：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）的调节物特异(ty)结合位点，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，这种现象称为别构效应（allosteric effect）,具有上述特点的酶称别构酶（allosteric enzyme）。 变 构 激 活剂变构效应剂 (allosteric effector) 变构抑制剂第106页/共178页第一百零六页，共178页。别构酶别构酶(Allosteric enzyme)(Allosteric enzyme)的特点：的特点：一般是寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调

56、节（别构）部位；一般是寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位；具有别构效应。指酶和一个配体（底物具有别构效应。指酶和一个配体（底物(d w)(d w)，调节物）结合后可以影响酶和另，调节物）结合后可以影响酶和另一个配体（底物一个配体（底物(d w)(d w)）的结合能力。）的结合能力。动力学特点：不符合米曼方程双曲线。第107页/共178页第一百零七页，共178页。酶的别构（变构）效应(xioyng)示意图效应剂别构中心活性中心第108页/共178页第一百零八页，共178页。a-非调节酶b-正协同别构酶 的S形曲线 别构酶的动力学曲线(qxin)第109页/共178页第一百零九页

57、，共178页。p别构酶举例别构酶举例(j l)：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase 综上所述，对于ATcase来说底物、CTP、ATP都是它的别构效应剂，可以通过别构效应影响酶的催化活性，从而有效地调节体内嘧啶核苷酸的生物(shngw)合成。第110页/共178页第一百一十页，共178页。ATCase的结构及其催化(cu hu)链的别构过度作用无催化活性构象无催化活性构象(T-型型)CCCCC C T T T T T T有催化活性构象有催化活性构象(R-型型) CC CCC CR R R R R RATP（正效应剂）CTP（负效应剂）第111页/共178页第一百一十

58、一页，共178页。别构酶的序变模型(mxng)SS SS SSSSSSSSSS亚基全部处于R型亚基全部处于T型依次序变化别构酶活性调节(tioji)机理：序变模型和齐变模型第112页/共178页第一百一十二页，共178页。别构酶的齐变模型(mxng)S SSSS SSS SST状态（对称亚基）T状态（对称亚基）SSSS对称亚基对称亚基齐步变化第113页/共178页第一百一十三页，共178页。二、酶的多种分子(fnz)形式同工酶 概念：存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞(xbo)，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶（isoenzyme）

59、类别：原级同工酶；次级同工酶 实例：乳酸脱氢酶 研究意义：作为遗传的标志；作为临床诊断指标；研究某些代谢调节机制第114页/共178页第一百一十四页，共178页。乳酸(r sun)脱氢酶同工酶形成示意图多肽(du ti)亚基mRNA四聚体结构(jigu)基因a b乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4点样线第115页/共178页第一百一十五页，共178页。不同(b tn)组织中LDH同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原点原点第116页/共178页第一百一十六页，

60、共178页。* *生理及临床意义生理及临床意义在代谢调节上起着重要在代谢调节上起着重要的作用；的作用；用于解释发育过程中阶用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助于同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断对疾病的诊断(zhndun)(zhndun)；同工酶可以作为遗传标同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研志，用于遗传分析研究。究。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第117页/共178页第一百一十七页，共178页。三、 酶