第四章 酶生物膜的结构与功能

第四章酶第一节酶的性质一、酶是生物催化剂安塞姆.佩恩（法国，1833）麦芽水提物淀粉可溶性糖水解

乙醇沉淀对热不稳定催化剂？1878

库恩（德国）Enzyme酶-“在酵母中”一、酶是生物催化剂刀豆脲酶结晶第一个酶结晶，证明酶是蛋白质1946年诺贝尔化学奖詹姆斯.萨姆纳（美国，1926）一、酶是生物催化剂发现具有催化活性的RNA1989诺贝尔化学奖奥特曼切赫

（美国，1982）一、酶是生物催化剂

酶：由活细胞产生，具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子，包括蛋白质，核酸，蛋白质-核酸复合物一、酶是生物催化剂氧化还原、水解、裂合、异构、连接等催化剂的发现琼斯.贝采里乌斯（瑞典，1779-1848）

有机化学之父“神杯”的故事乙醇+氧气铂

醋酸

催化剂不改变反应的平衡点催化剂的特征反应前后催化剂的结构和性质没有改变缩短反应达到平衡所需的时间二、酶催化的特性1.高效催化剂催化速率Fe：6x10-4

mol/（mol.s）过氧化氢酶：6x106

mol/（mol.s）钥匙–锁2.专一二、酶催化的特性蛋白酶蛋白质脂肪3.不稳定性蛋白质变性强酸，强碱，高温，重金属，紫外线二、酶催化的特性4.可调节二、酶催化的特性反馈调节，抑制剂调节，激素调节5.完整性二、酶催化的特性辅基、辅酶不可或缺三、酶的化学本质蛋白质1.水解产生氨基酸2.蛋白质变性因素→酶变性失活3.两性解离4.不能透过半透膜

核酸，核酸-蛋白质复合物：第二节酶的组成和结构一、酶的组成酶单纯酶：仅含蛋白质辅因子+酶蛋白=结合酶/复合酶/全酶辅因子辅酶：与酶蛋白结合松散，透析可去除辅基：共价键结合，透析不可去除辅因子：结合酶中除了蛋白质之外，对热稳定的非蛋白质小分子或金属离子二、单体酶、寡聚酶和多酶复合体

单体酶：一条肽链，三级结构，相对分子质量<35000寡聚酶：2个或多个亚基，结合后才有活性，相对分子质量>35000

多酶复合体：多种酶以非共价键相互嵌合，形成催化连续反应的体系，脂肪酸合成酶复合体相对分子质量>2200000课外小知识酵素=酶？产生了哪些酶？自身缺乏哪些酶？酶的本质？脂肪酶促进脂肪分解，加速脂肪吸收奥利司他：脂肪酶抑制剂，减肥药润肠通便低聚糖，有机酸，膳食纤维抗癌？促生殖？抗炎？台湾养生教父---林光常欺诈罪判刑两年卫生？安全？课外小知识酵素=酶？第三节酶的活性中心与催化专一性复习回顾

酶：由活细胞产生，具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子，包括蛋白质，核酸，蛋白质-核酸复合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、专一、不稳定、可调节、完整性一、酶的活性中心酶的活性中心

酶分子中能同底物结合并起催化反应的空间部位三维结构一、酶的活性中心酶活性中心的测定方法-切除法135Glu34Phe129卵清溶菌酶专一性酶切除1-34具有活性专一性酶切除35失去活性35-Glu是酶活性中心的组成部分一、酶的活性中心酶活性中心的测定方法-化学修饰法碘乙酸木瓜蛋白酶212氨基酸为半胱氨酸（Cys）半胱氨酸（Cys）一、酶的活性中心酶活性中心的测定方法-x射线衍射法酶-底物复合体只适用于结晶蛋白质必需基团-酶表现催化反应所必需的部分思考：除了酶活性中心必需基团，是否还有其他基团是必须的？活性中心外的必需基团——维持分子构象一、酶的活性中心二、酶的催化专一性酶专一性—结构专一性绝对专一性：只催化一种底物进行一种反应键专一性：催化特定的化学键上的反应基团专一性：单侧基团+化学键脲酶酯酶碱性氨基酸氨基酸碱性氨基酸其他氨基酸+胰蛋白酶一、酶的催化专一性酶专一性—立体异构专一性L-氨基酸D-氨基酸当底物具有立体异构体时，酶只作用于其中一种立体异构体，称为酶的立体结构专一性L-氨基酸氧化酶OKNO酶催化专一性的假说—锁匙学说埃米尔.费希尔

1894德国3个功能基团刚性一、酶的催化专一性一、酶的催化专一性酶催化专一性的假说—诱导契合学说（1958科什兰）酶分子与底物接近时，酶蛋白受底物的诱导，其构象发生变化，变为与底物结构相匹配的构象，从而使得底物能够顺利与酶契合刚性柔性一、酶的催化专一性酶催化专一性的假说—三点附着学说Ogstetr提出，针对酶的立体异构体专一性至少3个结合点，全部匹配，才能发生催化作用复习回顾

酶：由活细胞产生，具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子，包括蛋白质，核酸，蛋白质-核酸复合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、专一、不稳定、可调节、完整性第四节酶的作用机理与催化高效性复习回顾

酶：由活细胞产生，具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子，包括蛋白质，核酸，蛋白质-核酸复合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、专一、不稳定、可调节、完整性二、酶的催化高效性高效催化剂催化速率Fe：6x10-4

mol/（mol.s）过氧化氢酶：6x106

mol/（mol.s）二、酶的催化高效性反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能

一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变反应总能量改变非催化反应活化能活化能：分子由常态转变为活化态所需的能量活化条件：加热光照，催化剂

中间产物学说：在酶促反应中，酶（E）与底物（S）首先形成一个不稳定的中间复合物（ES），然后再分解为产物（P），并释放出酶。二、酶的催化高效性二、酶的催化高效性酶催化高效性的学说—靠近效应0.001mol/L

100mol/L10万倍！靠近底物浓度二、酶的催化高效性酶催化高效性的学说—定向效应酶的催化基团酶的反应基团排列、定位二、酶的催化高效性酶催化高效性的学说—底物形变底物分子的构象发生变化，敏感键容易断裂酶底物二、酶的催化高效性酶催化高效性的学说—酸碱催化广义的酸(质子供体)和碱（质子受体）谷氨酸、天冬氨酸半胱氨酸赖氨酸、精氨酸酪氨酸组氨酸二、酶的催化高效性酶催化高效性的学说—共价催化丝氨酸半胱氨酸组氨酸亲核基团亲电基团共价中间产物二、酶的催化高效性酶催化高效性的学说—微环境效应酶活性中心：疏水口袋中间产物稳定第五节酶促反应的动力学什么是酶促反应动力学？反应速率酶浓度底物浓度pH温度激活剂抑制剂酶的反应速率蔗糖葡萄糖果糖+蔗糖转化酶

Xg蔗糖在t时间内被转化为葡萄糖和果糖蔗糖转化酶的反应速率一、酶浓度的影响条件：1.pH、温度最适2.底物浓度足够大3.K为反应速率常数V=k

[E]反应速率V与酶浓度[E]成正比0酶反应速率酶浓度二、底物浓度的影响底物浓度反应速率0蔗糖葡萄糖果糖+蔗糖酶条件：1.pH、温度最适2.酶浓度不变3.底物浓度-反应速率作图二、底物浓度的影响底物浓度反应速率0当底物浓度较低时：反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶二、底物浓度的影响底物浓度反应速率0随着底物浓度增高：反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶二、底物浓度的影响底物浓度反应速率0EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶当底物浓度高达一定程度：反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应二、底物浓度的影响中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是中间产物学说：

E+S

k1k2k3ESE+P1.底物浓度很小：酶未被饱和，反应速率取决于底物浓度，且成正比关系2.底物浓度不大不小：混合级反应3.底物浓度很大：酶饱和，反应速率取决于中间产物浓度米氏方程式(Michaelis-Mentonequation)：反应速率与底物浓度关系的数学方程式[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速率Vmax：最大反应速率Ｋm：米氏常数ＶVmax[S]

Km+[S]＝──二、底物浓度的影响米凯利斯1913年德国aA+dD

→gG+hHKV=K·[A]a·[D]d

K（反应速率常数）：一定条件下，反应物浓度均为1mol/L时的反应速率二、底物浓度的影响E+S

k1k2k3ESE+P二、底物浓度的影响k4测定的是酶促反应的初速度，E和S会合后几毫秒内的速度，生成P很少E+S

k1k2k3ESE+P米氏方程推导

ES生成速率

=ES分解速率V1=V2+V3

米氏方程推导

[E]很难测得，故设总酶量为[Et]

Km(米氏常数)米氏方程推导

当反应速率最大时，所有[Et]都以[ES]存在

米氏方程和v-[S]曲线关系

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──当[Km]>>[S]时，[S]可忽略一级反应，与低底物浓度靠近0坐标曲线吻合二、底物浓度的影响ＶVmax

Km＝──[s]底物浓度反应速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

当[Km]<<[S]时，[Km]可忽略零级反应，与高底物浓度部分曲线吻合米氏方程和v-[S]曲线关系

二、底物浓度的影响底物浓度反应速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

当[Km]=[S]时Km的含义：为反应速率达到最大反应速率一半时所对应的底物浓度。底物浓度反应速率0Vmax

米氏方程和v-[S]曲线关系

二、底物浓度的影响二、底物浓度的影响酶的Km的意义单位：mol/L常数，受环境影响Km越小，亲和力越强。寻找最适底物Ｋm的测定方法-双倒数作图法Vmax[S]Km+[S]V=（林－贝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]两边同取倒数-1/Km1/Vmax1/[S]1/V请推导米氏方程，并说明米氏常数是什么，他有什么意义？作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分什么是酶促反应动力学？反应速率酶浓度底物浓度pH温度激活剂抑制剂一、酶浓度的影响条件：1.pH、温度最适2.底物浓度足够大3.K为反应速率常数V=k

[E]反应速率V与酶浓度[E]成正比0酶反应速率酶浓度米氏方程式(Michaelis-Mentonequation)：反应速率与底物浓度关系的数学方程式[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速率Vmax：最大反应速率Ｋm：米氏常数ＶVmax[S]

Km+[S]＝──二、底物浓度的影响米凯利斯1913年德国米氏方程和v-[S]曲线关系

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──当[Km]>>[S]时，[S]可忽略一级反应，与低底物浓度靠近0坐标曲线吻合二、底物浓度的影响ＶVmax

Km＝──[s]底物浓度反应速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

当[Km]<<[S]时，[Km]可忽略零级反应，与高底物浓度部分曲线吻合米氏方程和v-[S]曲线关系

二、底物浓度的影响底物浓度反应速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

当[Km]=[S]时Km的含义：为反应速率达到最大反应速率一半时所对应的底物浓度。底物浓度反应速率0Vmax

米氏方程和v-[S]曲线关系

二、底物浓度的影响二、底物浓度的影响酶的Km的意义单位：mol/L常数，受环境影响Km越小，亲和力越强。寻找最适底物三、pH值的影响酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH(optimumpH)。钟罩型曲线酶活性中心有关基团的解离酶分子是否变性四、温度的影响酶的最适温度：酶在一定温度下显示出最大的酶活力，此时的温度称为酶的最适温度。酶分子是否变性五、激活剂的影响酶原激活剂胃蛋白酶原蛋白酶胃蛋白酶酶的激活剂唾液淀粉酶缩醛酶Cl-Mn+六、抑制剂的影响凡能使酶的催化活性下降，而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制区别于酶的变性：

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六.抑制剂的影响

有机磷化合物

羟基酶解毒------解磷定(PAM)概念举例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。此类抑制剂不能用透析、超滤等方法予以去除。

（一）不可逆抑制作用

有机磷化合物如：敌百虫、敌敌畏、乐果和马拉硫磷等有机磷化合物羟基酶失活的酶酸*羟基酶（乙酰胆碱酯酶，蛋白酶）*解毒剂：解磷定（乙酰胆碱酯酶再激活剂）

六.抑制剂的影响

（一）不可逆抑制作用竞争性抑制非竞争性抑制

类型概念抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或消失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。六.抑制剂的影响

（二）可逆抑制作用

1.竞争性抑制抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶与底物形成中间产物

，这种抑制作用称为竞争性抑制作用（competitiveinhibition）

（二）可逆抑制作用六.抑制剂的影响

反应模式+IEIE+SE+PES+++ESIESEIPEE

1.竞争性抑制

（二）可逆抑制作用六.抑制剂的影响

六、抑制剂的影响磺胺类药物的抑菌机制——与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶＋对氨基苯甲酸＋谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成核酸竞争性抑制

链球菌克星——磺胺20世纪初格哈德.多马克（德）1895-1964第一次世界大战1914-1918血清疗法贝林1854-1917白喉杆菌最初的抗白喉杆菌血清1925年海因里希.赫连拜耳药物研发部负责人如意的薪水先进的条件自由的氛围加入拜耳20世纪20年代可怕的链球菌150万人/年血清疗法无效从败血症病人身上分离建立动物模型KI730对氨基苯磺酰胺KI730偶氮染料百浪多息（Prontosil）只在体内有效1935年揭开神秘面纱欧内斯特.富尔诺法国磺胺作用机制磺胺的抑菌机制——与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶＋对氨基苯甲酸＋谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成核酸竞争性抑制磺胺热富兰克林.罗斯福美国总统1882-1945麦森吉尔公司：磺胺+二甘醇+调味剂→Elixir108例死亡，肾毒性非此Elixir1938年食品药品法案1939年诺贝尔被要求拒绝多马克磺胺发现后磺胺磺胺嘧啶磺胺甲噁唑磺胺吡啶温斯顿.丘吉尔耐药性六、抑制剂的影响磺胺类药物的抑菌机制——与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶＋对氨基苯甲酸＋谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成核酸竞争性抑制反应模式+IEIE+SE+PES+++ESIESEIPEE

1.竞争性抑制

（二）可逆抑制作用六.抑制剂的影响

（二）可逆抑制作用

1.竞争性抑制特点抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；I与S结构类似，竞争酶的活性中心；动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。抑制剂↑

无抑制剂1/V1/[S]反应模式+S－S+S－S+ESIEIEESEPE+SESE+P+IEI+SEIS+I(二)可逆抑制作用2.非竞争性抑制抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；抑制程度取决于抑制剂的浓度；动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。抑制剂↑1/V1/[S]无抑制剂(二)可逆抑制作用2.非竞争性抑制磺胺类药物可以抑制二氢叶酸合成酶的活性，请问是哪种抑制模式不可逆抑制竞争性抑制非竞争性抑制ABC提交单选题1分请问竞争性抑制中，Km和Vmax的值是如何变化的Km变大，Vmax不变Km变大，Vmax变小Km变小，Vmax不变Km变小，Vmax变小ABCD提交单选题1分请问非竞争性抑制中，Km和Vmax的值是如何变化的Km变大，Vmax不变Km不变，Vmax变小Km变小，Vmax不变Km变小，Vmax变小ABCD提交单选题1分竞争性抑制非竞争性抑制结合部位酶活性中心酶活性中心以外基团抑制程度取决于底物浓度，抑制剂与酶亲