酶优秀公开课

教学目的：掌握酶的概念、酶作用的特点、酶的分子组成及结构与功能的关系、酶作用机理、酶促反应的动力学酶的一般概念酶的组成的辅酶酶结构与功能的关系酶催化机理酶活力测定酶促反主应动力学酶活性调节酶工程酶的命名和分类教学内容：一、概述由生物细胞产生的具有催化能力的物质，绝大部分酶是蛋白质，1.酶(enzyme)概念还有一些核糖核酸RNA具有催化作用，称为核酶(ribozyme)。

绝对专一性一种酶只催化一种底物转变为相应的产物。例如，脲酶只催化尿素水解成CO2和NH3。相对专一性一种酶作用于一类化合物或一类化学键。例如，不同的蛋白水解酶对于所水解的肽键两侧的基团有不同的要求。立体专一性指酶对其所催化底物的立体构型有特定的要求。例如，延胡索酸酶只作用于反式的延胡索酸（反丁烯二酸）。立体专一性保证了反应的定向进行。

酶容易变性这是酶的化学本质（蛋白质）所决定的。酶的可调节性抑制和激活（activationandinhibition）反馈控制(feedback)酶原激活(activationofproenzyme)变构酶(allostericenzyme)化学修饰(chemicalmodification)酶在细胞中的区室化(enzymecompartmentalization)在温和条件下进行催化反应

2.酶催化的特点

结合酶举例，()内为辅因子：

乳酸脱氢酶（辅酶I,NAD）异柠檬酸脱氢酶（辅酶I,NAD）醇脱氢酶（辅酶I,NAD）葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（辅酶II,NADP）琥珀酸脱氢酶（FAD）乙酰辅酶A羧化酶（生物素，ATP，Mg2+）脂酰辅酶A合成酶（辅酶A,CoA）单体酶只有一条多肽链，分子量在13000～35000之间，如：胰蛋白酶、溶菌酶、胃蛋白酶等。寡聚酶由几个或几十个亚基组成，分子量在35000～几百万，乳酸脱氢酶多酶复合体由几种酶彼此嵌合而形成的复合体，分子量在几百万。丙酮酸脱氢酶复合体。三、酶的结构与功能（一）一级结构活性位点亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑。酸碱性基团：门冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基等。活性中心的必需基团

必需基团

活性中心以外的必需基团结合基团（与底物结合，决定专一性）

活性中心

催化基团（影响化学键稳定性,决定催化能力）酶的活性中心（activesite）酶的活性中心模式图除酶的活性中心外，酶分子中还存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用称为调控部位（Regulatorysite）

催化剂降低了反应物分子活化时所需的能量非催化反应和酶催化反应活化能的比较

Ea，活化能；ΔG，自由能变化4.2中间产物学说无酶参与下：底物直接反应成为产物，要求的自由能高。S→P

有酶参与下：

E+S→ES→E+P

底物S先与酶E结合成为一个中间产物ES，ES再反应成为产物，这对S要求的自由能低，从而加快反应速度。

中间产物存在的可通过吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）来证实。4.4酶催化机理（一）邻近和定向效应邻近效应（proximityeffect）：结合在酶活性部位上的底物分子，反应基团互相靠近，同时底物的反应基团与活性部位的催化基团互相靠近，这样增加活性部位内的底物浓度，从而使底物反应速度大大地提高。定向效应(orientationeffect)：在酶活性部位中，催化基团与底物分子反应基团之间，形成了正确的定向排列，使分子间的反应按正确的方向相互作用形成中间产物，从而降低了底物分子的活化能，增加了底物反应速度（二）底物形变

酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。酶蛋白中重要的亲核基团（四）酸碱催化酸碱催化：通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子使敏感键断裂，从而来达到加速反应的一类催化。蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、酚基。

一般来说，随着温度升高，化学反应的速度加快。在较低温度条件下，酶促反应也遵循这个规律。但是，温度超过一定数值时，酶会因热变性，导致催化活性下降。最适温度（optimumT）：使酶促反应速度达到最大时的温度。最适温度因不同的酶而异，动物体内的酶的最适温度在37-400C左右。5.1温度对酶促反应速度的影响酶反应的温度曲线和最适温度5.2溶液pH值对酶促反应速度的影响最适pH（optimumpH）：使酶促反应速度达到最大时溶液的pH。酶的最适pH与酶的性质、底物和缓冲体系有关

在其他条件确定时，反应速度与酶的浓度成正比。5.3酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响5.4底物浓度对酶促反应速度的影响

在其他条件确定的情况下,在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应.当底物浓度较高时，v也随着[S]的增加而升高，但变得缓慢，表现为混合级反应。当底物浓度达到足够大时，反应速度也达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。反应速度对于底物浓度的变化呈双曲线,称为米氏双曲线.其数学表达式为米氏方程。0零级反应混合级反应一级反应Vmaxv[S]该曲线可以用米氏方程

来描述（二）米氏方程式的推导（Michaelis-Menten）酶底物生成ES的速度为:V1=k1[E][S]ES分解的速度为:V2=k2[ES]+k3[ES]当ES生成的速度(V1)等于ES分解的速度(V2)k1[E][S]=k2[ES]+k3[ES][E][S][ES]

=k2+k3k1Km=k2+k3

k1[E][S][ES]=Km(1)[E]+[ES][Et]=[Et][ES][E]=(2)将(2)代入(1)([Et][ES])[S][ES]=Km[ES]=[Et][S]Km+[S](3)因为酶促反应速度与[ES]成正比的,所以V=k3[ES][ES]=V

k3(4)将（4）代入（3）得：V

k3[Et][S]Km+[S]==V[Et][S]Km+[S]

k3(5)

当反应体系中的底物浓度极大，而使所有的酶分子都以ES形式存在（既[Et]=[ES]）时。反应速度达到最大值（既最大反应速度，Vmax）。因此，Vmax=

k3[Et](6)将（6）代入（5），得：=V[S]Km+[S]Vmax(7)由米氏方程可知，米氏常数是反应最大速度一半时所对应的底物浓度,即当v=1/2Vm时，Km=S

Ｋm越大，说明Ｅ和Ｓ之间的亲和力越小，ＥＳ复合物越不稳定。当Ｋm越小时，说明Ｅ和Ｓ的亲和力越大，ＥＳ复合物越稳定，也越有利于反应。米氏常数Ｋm对于酶是特征性的。每一种酶对于它的一种底物只有一个米氏常数。米氏常数及其意义米氏常数的求法

双倒数作图法(double-reciproealplot法，Lineweaver-Burk法)：实验时选择不同的[S]测定对应的V。求出两者的倒数，以1/V对1/[S]作图，绘出直线外推至与横轴相交，横轴截距(-X)即为1/Km值，Km＝-1/x。

Km的作图法求解抑制剂对酶反应的影响

酶是蛋白质，凡可使蛋白变性而引起酶活力丧失的作用称为失活作用。凡使酶活力下降，但未引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用(inhibition)，能引起这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂(inbitior)。凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂（activator）

抑制作用可逆抑制作用不可逆抑制作用①.不可逆的抑制作用(irreversibleinhibition)

这类抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶蛋白中的基团结合，而使酶失活，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂恢复酶活性。这类抑制剂均为剧毒物质如：重金属、有机磷、有机汞、有机砷、氰化物、青霉素、毒鼠强等等。②.可逆的抑制作用(reversibleinhibition)这类抑制剂与酶蛋白的结合是可逆的,用透析等物理方法除去抑制剂，恢复酶的活性。可逆抑制作用分为两种类型：

1).竞争性抑制(competitiveinhibition)：抑制剂与底物竞争，从而阻止底物与酶的结合。

特点：抑制剂和底物竞争酶的结合部位；抑制程度取决于I和S的浓度以及与酶结合的亲和力大小；竞争性抑制剂的结构与底物结构十分相似。磺胺类药物的抑菌机理

竞争性抑制导致速度下降，发生抑制；Km增大，使酶与底物的亲和力下降；Vmax不变，因为底物浓度增大，抑制剂结合机率减小。无抑制剂竞争性抑制剂2).非竞争性抑制作用(noncompetitiveinhibition)：酶可以同时与底物及抑制剂结合，两者都没有竟争作用。

非竞争性抑制导致速度下降，发生抑制；Km不变，即酶与底物亲和力不受影响；Vmax减小，因为一部分酶始终失活。此类抑制有重金属如Cu2+、Ag+、Hg2+等。酶活性的调节对代谢途径的反应速度起调节作用的酶称为调节酶(regulatoryenzyme)

一、变构酶异促变构酶同促变构酶变构效应与调节物变构效应（allostericeffect）:调节物与酶分子的调节部位结合后，引起酶分子构象发生变化，从而提高或降低酶的活性。能提高酶活性的变构效应，称变构激活（allostericctivation）降低酶活性的变构效应，称为变构抑制（allostericinhibition）一般底物是变构激活剂，产物是变构抑制剂。

二、共价调节有些酶，在其它酶的催化下，其分子结构中的某种特殊的基团，能与磷酸基或腺苷酰基共价结合或解离，从而使酶分子从无活性形式变成有活性形式，或从活性形式变成无活性。三、同工酶同工酶是指：能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子结构、理化性质和生物学性质方面，都存在明显差异的一组酶。乳酸脱氢酶同工酶由两个亚基组成H和MH4H3MH2M2HM3M4LDH是1959年发现的第一个同工酶。由4个亚基组成的寡聚酶，亚基分为M型和H型。因此可以装配成五种四聚体：H4(LDH1)、H3M(LDH2)、H2M2(LDH3)、HM3(LDH4、M4(LDH5)不同的LDH分布在不同组织中。例如，脊椎动物心脏中主要是LDH1，而骨骼肌的则是LDH5。四酶原激活酶原(zymogen):有些酶在最初合成和分泌时,没有催化活性,这种没有活性的酶的前体,被称为酶原。酶原激活:无活性的酶原经过适当切割肽键,转变成有活性的酶的过程。生理意义：胰蛋白酶；凝血酶原酶工程（EnzymeEngineering）一、酶工程的定义

“酶工程”是指酶制剂在工业上的大规模生产及应用。包括化学酶工程和生物酶工程两大类。二、化学酶工程

通过化学修饰、固定化处理、甚至通过化学合成法等手段，改善酶的性质以提高催化效率及降低成本。它包括自然酶、化学修饰酶、化学人工酶及固定化酶的研究和应用。固定化载体主要海藻酸钙、琼脂、卡拉胶、壳聚糖。

酶固定的方法有：

1、交联法：使酶分子依靠双功能基团试剂交联聚合成“网状”结构。

2、偶联法：使酶通过