生物化學(xué)合工大酶

1、第一節(jié)第一節(jié) 酶通論酶通論 一、酶的研究歷史一、酶的研究歷史 l1857巴斯德提出酒精發(fā)酵是巴斯德提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)果酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)果。 1分子分子Glc2分子乙醇分子乙醇+2分子分子CO2 從從Glc開(kāi)始，開(kāi)始， 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)12種酶催化，種酶催化，12步反應(yīng)，生成乙醇。步反應(yīng)，生成乙醇。 1897Buchner兄弟證明發(fā)酵與細(xì)胞的活動(dòng)無(wú)關(guān)，兄弟證明發(fā)酵與細(xì)胞的活動(dòng)無(wú)關(guān)， 不含細(xì)胞的酵母汁也能進(jìn)行乙醇發(fā)酵不含細(xì)胞的酵母汁也能進(jìn)行乙醇發(fā)酵。 1913Michaelis和和Menten提出提出米氏學(xué)米氏學(xué) 說(shuō)說(shuō)酶促動(dòng)力學(xué)原理。酶促動(dòng)力學(xué)原理。 1926Sumner首次從刀豆中提出脲酶結(jié)

2、首次從刀豆中提出脲酶結(jié) 晶，并晶，并證明具有蛋白質(zhì)性質(zhì)證明具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。 1930年年Northrop等得到了胃蛋白酶、等得到了胃蛋白酶、 胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn) 一步證明了一步證明了酶是蛋白質(zhì)酶是蛋白質(zhì)。 J.B.SumnerJ.H.Northrop l 1969 化學(xué)合成核糖核酸酶。化學(xué)合成核糖核酸酶。 l 1967-1970 從從E.coli 中發(fā)現(xiàn)第中發(fā)現(xiàn)第I、第、第II類(lèi)限制性類(lèi)限制性 核酸內(nèi)切酶。核酸內(nèi)切酶。 20世紀(jì)世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)年代發(fā)現(xiàn)某些某些RNA有催化活性，有催化活性， 還有還有一些抗體也有催化活性，一些抗體也有催化活性，甚

3、至甚至有些有些DNA 也有催化活性，也有催化活性，使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受 到很大沖擊。到很大沖擊。 某些某些RNA有催化活性有催化活性（ ribozyme，核酶），核酶） 1982年美國(guó)年美國(guó)T. Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)的等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)的rRNA前前 體能在完全沒(méi)有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，發(fā)體能在完全沒(méi)有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，發(fā) 現(xiàn)現(xiàn)RNA有催化活性有催化活性 。 Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA 1983年美國(guó)年美國(guó)S.Altman等研究等研究RNaseP（由（由20%蛋蛋 白質(zhì)和白質(zhì)和8

4、0%的的RNA組成），發(fā)現(xiàn)組成），發(fā)現(xiàn)RNaseP中的中的 RNA可催化可催化E. coli tRNA的前體加工。的前體加工。 Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA Cech和和Altman各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了RNA的催化活的催化活 性，并命名這一類(lèi)酶為性，并命名這一類(lèi)酶為ribozyme（核酶）（核酶），2人共人共 同獲同獲1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1Cell vol 31, 147157，1982年。 2Sci. Amer. Vol 255, 6475，1986。 抗體酶（抗體酶（abzyme） 抗體：

5、與抗原特異結(jié)合的免疫球蛋白。抗體：與抗原特異結(jié)合的免疫球蛋白。 抗體酶：指具有催化功能的抗體分子，在抗體分子的可變區(qū)抗體酶：指具有催化功能的抗體分子，在抗體分子的可變區(qū) （即肽鏈的（即肽鏈的N端）是識(shí)別抗原的活性區(qū)域，這部分區(qū)端）是識(shí)別抗原的活性區(qū)域，這部分區(qū) 域被賦予了酶的屬性。域被賦予了酶的屬性。 1986年美國(guó)年美國(guó)Schultz和和Lerner兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)在Science上上 發(fā)表論文，報(bào)道他們成功地運(yùn)用單克隆抗體技術(shù)制備了具有發(fā)表論文，報(bào)道他們成功地運(yùn)用單克隆抗體技術(shù)制備了具有 酶活性的抗體（酶活性的抗體（catalytic antibody）。）。 有些有些DNA

6、也有催化活性也有催化活性（脫氧核酶，（脫氧核酶，Deoxyribozyme ） 1995年年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子亦分子亦 具有催化活性。具有催化活性。 酶及生物催化劑概念的發(fā)展 克隆酶、遺傳修飾酶克隆酶、遺傳修飾酶 蛋白質(zhì)工程新酶蛋白質(zhì)工程新酶 生物催化劑生物催化劑 （Biocatalyst） 蛋白質(zhì)類(lèi)：蛋白質(zhì)類(lèi)： Enzyme (天然酶、生物工程酶天然酶、生物工程酶) 核酸類(lèi)：核酸類(lèi)：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模擬生物催化劑模擬生物催化劑 二、酶的概念二、酶的概念 酶酶是一類(lèi)由活性細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作是一類(lèi)由活性細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作 用和高度專(zhuān)

7、一性的特殊用和高度專(zhuān)一性的特殊蛋白質(zhì)或核酸蛋白質(zhì)或核酸。 簡(jiǎn)單說(shuō)，酶是一類(lèi)由活性細(xì)胞產(chǎn)生的簡(jiǎn)單說(shuō)，酶是一類(lèi)由活性細(xì)胞產(chǎn)生的生生 物催化劑物催化劑。 三、酶作為生物催化劑的特點(diǎn)三、酶作為生物催化劑的特點(diǎn) 1高效性高效性 2專(zhuān)一性專(zhuān)一性 3反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和 4. 酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制 酶的催化效率比化學(xué)催化劑高酶的催化效率比化學(xué)催化劑高10107 - 7 -10 1013 13 倍，比非 倍，比非 催化反應(yīng)高催化反應(yīng)高10108 - 8 -10 1020 20 倍。 倍。 例如：過(guò)氧化氫分解例如：過(guò)氧化氫分解 2 2H H2 2O O2 2 2H 2H2 2O +

8、OO + O2 2 用用Fe+ Fe+ 催化，效率為催化，效率為6 61010-4 -4 mol/mol mol/molS S，而用過(guò)而用過(guò) 氧化氫酶催化，效率為氧化氫酶催化，效率為6 6 10106 6 mol/mol mol/molS S。 用用 - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克結(jié)晶酶在克結(jié)晶酶在6565 C C條條 件下可催化件下可催化2 2噸淀粉水解。噸淀粉水解。 1 1高效性高效性 E+S P+ E ES 能量能量 水平水平 反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)過(guò)程 G E1 E2 轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover number, TN or kcat）: 每秒鐘或每分鐘，每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換

9、底物的分每秒鐘或每分鐘，每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分 子數(shù)，或每秒鐘或每分鐘每摩爾酶轉(zhuǎn)換底物的摩子數(shù)，或每秒鐘或每分鐘每摩爾酶轉(zhuǎn)換底物的摩 爾數(shù)。爾數(shù)。 即酶只能對(duì)特定的一種或一類(lèi)底物起作用，這種即酶只能對(duì)特定的一種或一類(lèi)底物起作用，這種 專(zhuān)一性是由酶蛋白的立體結(jié)構(gòu)所決定的。可分為：專(zhuān)一性是由酶蛋白的立體結(jié)構(gòu)所決定的?？煞譃椋?絕對(duì)專(zhuān)一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個(gè)絕對(duì)專(zhuān)一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個(gè) 反應(yīng)，反應(yīng)， 而不作用于任何其它物質(zhì)。而不作用于任何其它物質(zhì)。 相對(duì)專(zhuān)一性：這類(lèi)酶對(duì)結(jié)構(gòu)相近的一類(lèi)底物都有作相對(duì)專(zhuān)一性：這類(lèi)酶對(duì)結(jié)構(gòu)相近的一類(lèi)底物都有作 用。包括用。包括鍵專(zhuān)一性和基團(tuán)專(zhuān)

10、一性鍵專(zhuān)一性和基團(tuán)專(zhuān)一性。 立體異構(gòu)專(zhuān)一性：這類(lèi)酶不能辨別底物不同的立體異構(gòu)立體異構(gòu)專(zhuān)一性：這類(lèi)酶不能辨別底物不同的立體異構(gòu) 體，只對(duì)其中的某一種構(gòu)型起作用，而體，只對(duì)其中的某一種構(gòu)型起作用，而 不催化其他異構(gòu)體。包括不催化其他異構(gòu)體。包括光學(xué)專(zhuān)一性光學(xué)專(zhuān)一性 和幾何異構(gòu)專(zhuān)一性和幾何異構(gòu)專(zhuān)一性。 2 2專(zhuān)一性專(zhuān)一性 基團(tuán)基團(tuán)(group)專(zhuān)一性。專(zhuān)一性。如如 -葡萄糖苷酶，葡萄糖苷酶， 催化由催化由 -葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但 對(duì)于糖苷的另一端沒(méi)有嚴(yán)格要求。對(duì)于糖苷的另一端沒(méi)有嚴(yán)格要求。 鍵鍵(Bond)專(zhuān)一性。如酯酶催化酯的水解，專(zhuān)一性。如酯酶催化酯的水解， 對(duì)于

11、酯兩端的基團(tuán)沒(méi)有嚴(yán)格的要求。對(duì)于酯兩端的基團(tuán)沒(méi)有嚴(yán)格的要求。 相對(duì)專(zhuān)一性相對(duì)專(zhuān)一性 酶促反應(yīng)一般在常溫、常壓、中性酶促反應(yīng)一般在常溫、常壓、中性pH pH 條件下進(jìn)行。條件下進(jìn)行。 高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件， 將引起酶的失活。將引起酶的失活。 3 3反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和 4.4.酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制 如抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋如抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋 調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。 某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬 離子有關(guān)離子有關(guān)。 （一）根據(jù)酶的化學(xué)組成

12、分類(lèi)：（一）根據(jù)酶的化學(xué)組成分類(lèi)： 1 單純酶：?jiǎn)渭兠福褐缓械鞍踪|(zhì)成分，如：只含有蛋白質(zhì)成分，如：脲酶、溶菌脲酶、溶菌 酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。 2 結(jié)合酶結(jié)合酶：含有蛋白成分（酶蛋白）：含有蛋白成分（酶蛋白）決定酶的專(zhuān)一性決定酶的專(zhuān)一性 和非蛋白成分（輔助因子）和非蛋白成分（輔助因子）傳遞電子、原子或某傳遞電子、原子或某 些化學(xué)基團(tuán)（決定反應(yīng)類(lèi)型）。些化學(xué)基團(tuán)（決定反應(yīng)類(lèi)型）。 四、酶的分類(lèi)四、酶的分類(lèi) 全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 輔助因子輔助因子 輔助因子輔助因子 與酶蛋白結(jié)合比較疏松的小分子有機(jī)物。與酶蛋白結(jié)合比較疏松的小分子有機(jī)物。 與

13、酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機(jī)物。與酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機(jī)物。 金屬離子作為輔助因子。金屬離子作為輔助因子。金屬離子金屬離子 輔酶輔酶 輔基輔基 酶蛋白和輔助因子單獨(dú)存在均無(wú)催化活性，只有二者酶蛋白和輔助因子單獨(dú)存在均無(wú)催化活性，只有二者 結(jié)合為全酶才有催化活性。結(jié)合為全酶才有催化活性。 參與的酶促反應(yīng)主要為氧化參與的酶促反應(yīng)主要為氧化- -還原反還原反 應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)。應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性 B B 族維生素。許多維生素的生理功能族維生素。許多維生素的生理功能 與輔酶的作用密切相關(guān)。與輔酶的作用密切相關(guān)。 輔酶在酶促反應(yīng)中的作用特點(diǎn)輔酶

14、在酶促反應(yīng)中的作用特點(diǎn) 輔酶在催化反應(yīng)過(guò)程中，直接參加了反應(yīng)。輔酶在催化反應(yīng)過(guò)程中，直接參加了反應(yīng)。 每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催 某一類(lèi)型的反應(yīng)。某一類(lèi)型的反應(yīng)。 同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成 不同的全酶。不同的全酶。 一般來(lái)說(shuō)，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類(lèi)一般來(lái)說(shuō)，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類(lèi) 型（反應(yīng)專(zhuān)一性），而酶蛋白則決定了所催化型（反應(yīng)專(zhuān)一性），而酶蛋白則決定了所催化 的底物類(lèi)型（底物專(zhuān)一性）。的底物類(lèi)型（底物專(zhuān)一性）。 （二）根據(jù)酶蛋白結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)（二）根據(jù)酶蛋白結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)

15、 單體酶：?jiǎn)误w酶：由一條或多條共價(jià)相連的肽鏈組成的酶分子。由一條或多條共價(jià)相連的肽鏈組成的酶分子。 一般為水解酶。一般為水解酶。 寡聚酶寡聚酶：由兩條或多條肽鏈組成的酶分子。由兩條或多條肽鏈組成的酶分子。為大多數(shù)為大多數(shù) 酶。酶。 多酶復(fù)合體：多酶復(fù)合體：由多種酶彼此鑲嵌成的復(fù)合體由多種酶彼此鑲嵌成的復(fù)合體, 它們相它們相 互配合依次進(jìn)行互配合依次進(jìn)行，催化，催化連續(xù)的連續(xù)的 一系列一系列相關(guān)相關(guān)反應(yīng)。反應(yīng)。丙酮丙酮 酸脫氫酶復(fù)合體。酸脫氫酶復(fù)合體。 多功能酶：多功能酶：一條多肽鏈上含有兩種或兩種以上催化活一條多肽鏈上含有兩種或兩種以上催化活 性的酶，往往是基因融合的產(chǎn)物。性的酶，往往是基因融

16、合的產(chǎn)物。脂肪酸合成酶。脂肪酸合成酶。 五、酶的命名五、酶的命名 （1 1）習(xí)慣命名方法）習(xí)慣命名方法 1.1.根據(jù)作用根據(jù)作用底物底物來(lái)命名，如來(lái)命名，如淀粉酶淀粉酶、蛋白酶蛋白酶等。等。 2.2.根據(jù)所催化的根據(jù)所催化的反應(yīng)的類(lèi)型反應(yīng)的類(lèi)型命名，如命名，如脫氫酶脫氫酶、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 移酶移酶等。等。 3.3.兩個(gè)原則結(jié)合起來(lái)命名，如兩個(gè)原則結(jié)合起來(lái)命名，如丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶等。等。 4.4.根據(jù)酶的根據(jù)酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)來(lái)源或其它特點(diǎn)來(lái)命名，如來(lái)命名，如胃蛋白酶、胃蛋白酶、 胰蛋白酶胰蛋白酶等。等。 (2)(2)國(guó)際系統(tǒng)命名法國(guó)際系統(tǒng)命名法 系統(tǒng)名稱(chēng)包括底物名稱(chēng)、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)。系統(tǒng)名稱(chēng)包括

17、底物名稱(chēng)、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)。 例如：例如： 酶催化的反應(yīng)酶催化的反應(yīng): : 谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 + + 丙氨酸丙氨酸 習(xí)慣名稱(chēng)習(xí)慣名稱(chēng): :谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶 系統(tǒng)名稱(chēng)系統(tǒng)名稱(chēng): :丙氨酸：丙氨酸： - -酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 (3)酶的國(guó)際分類(lèi)法及編號(hào)酶的國(guó)際分類(lèi)法及編號(hào) 國(guó)際國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)根據(jù)酶催化的反應(yīng)類(lèi)型，將酶學(xué)委員會(huì)根據(jù)酶催化的反應(yīng)類(lèi)型，將 酶分為六大類(lèi)，分別用酶分為六大類(lèi)，分別用1、2、3、4、5、6 的編號(hào)來(lái)表示。的編號(hào)來(lái)表示。 氧化氧化- -還原酶催化氧化還原酶催化氧化- -還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。 主要包括脫氫酶主要包括脫氫

18、酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶 (Oxidase)(Oxidase)。 如如: :乳酸乳酸(Lactate)(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。 CH3CHCOOH OH NAD+H+CH3CCOOH O NADH 1 氧化氧化-還原酶還原酶 Oxidoreductase AH2 + B（O2） + BH2（H2O2，H2O）A 轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的 基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上?；鶊F(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。 例如，例如， 谷丙轉(zhuǎn)氨酶催

19、化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 CH3CHCOOH NH2 HOOCCH2CH2CCOOH O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 CH3CCOOH O 2 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 Transferase vAX + B A +BX 水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：催化的脂的水解反應(yīng)： 3 3 水解酶水解酶 hydrolasehydrolase H2O COOCH2CH3RRCOOHCH3CH2

20、OH AOH+BH AB + H2O 裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或 原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。 主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。 HOOCCH=CHCOOHH2O HOOCCH2CHCOOH OH 4 裂合酶裂合酶 Lyase ABA+B 異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即 底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。 例如，例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催

21、化的反應(yīng)。磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。 O CH2OH OH OH OH OH O CH2OHCH2OH OH OH OH 5 異構(gòu)酶異構(gòu)酶 Isomerase AB 常見(jiàn)的有消旋和變旋、醛酮異構(gòu)、順?lè)串悩?gòu)和變位酶類(lèi)常見(jiàn)的有消旋和變旋、醛酮異構(gòu)、順?lè)串悩?gòu)和變位酶類(lèi)。 合成酶，又稱(chēng)為連接酶，能夠催化合成酶，又稱(chēng)為連接酶，能夠催化C-CC-C、C-OC-O、 C-N C-N 以及以及C-S C-S 鍵的形成反應(yīng)。鍵的形成反應(yīng)。這類(lèi)反應(yīng)必須與這類(lèi)反應(yīng)必須與 ATPATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。 A + B + ATP + H2O =AB + ADP +PiA + B + ATP + H2O

22、 =AB + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng): : 丙酮酸丙酮酸 + + CO2 CO2 + ATP + H2O+ ATP + H2O 草酰乙酸草酰乙酸+ ADP +Pi+ ADP +Pi 6 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase 核酶是唯一的非蛋白酶。它是一類(lèi)特殊的核酶是唯一的非蛋白酶。它是一類(lèi)特殊的RNARNA， 能夠催化能夠催化RNARNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反 應(yīng)。應(yīng)。 33 33 3 33 3 33 55 555 555 55 BB BBB PPP + POHPP BBB B PP PP

23、 P B P 7 核酶（催化核酸）核酶（催化核酸） ribozyme 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 EC 1. 1. 1. 27 第1大類(lèi)，氧化還原酶 第1亞類(lèi)，氧化基團(tuán)CHOH 第1亞亞類(lèi)，H受體為NAD+ 該酶在亞亞類(lèi)中的順序編號(hào) 每個(gè)酶都有一個(gè)有四個(gè)數(shù)字組成的編號(hào)每個(gè)酶都有一個(gè)有四個(gè)數(shù)字組成的編號(hào) 六、六、酶活力酶活力的測(cè)定的測(cè)定 1.酶活力酶活力:又稱(chēng)為酶活性，指又稱(chēng)為酶活性，指酶催化一定化學(xué)酶催化一定化學(xué) 反應(yīng)的能力反應(yīng)的能力。通常。通常以在一定條件下酶所催化的以在一定條件下酶所催化的 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)(初初)速度來(lái)表示速度來(lái)表示。 因此酶活力可用因此酶活力可用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或單位時(shí)

24、間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)產(chǎn) 物的增加量物的增加量表示表示，單位為濃度，單位為濃度/單位時(shí)間。單位時(shí)間。 研究酶促反應(yīng)速度，以酶促反應(yīng)的初速度研究酶促反應(yīng)速度，以酶促反應(yīng)的初速度 為準(zhǔn)（底物消耗低于為準(zhǔn)（底物消耗低于5%）。）。 酶促反應(yīng)的速度曲線(xiàn)酶促反應(yīng)的速度曲線(xiàn) 2.酶活力測(cè)定的基本原理酶活力測(cè)定的基本原理 一般對(duì)酶的測(cè)定不是直接測(cè)定其酶蛋白濃度一般對(duì)酶的測(cè)定不是直接測(cè)定其酶蛋白濃度, , 而是測(cè)定其催化化學(xué)反應(yīng)的能力。這是基于而是測(cè)定其催化化學(xué)反應(yīng)的能力。這是基于 在最優(yōu)化條件下在最優(yōu)化條件下( (最適溫度、最適最適溫度、最適pHpH、最適緩沖液等、最適緩沖液等) )， 當(dāng)?shù)孜镒銐颍ㄟ^(guò)量，當(dāng)?shù)?/p>

25、物足夠（過(guò)量， SE ） ， 在酶促反應(yīng)的初始階段，在酶促反應(yīng)的初始階段， 酶促反應(yīng)的速度（初速度）與酶的濃度成正比酶促反應(yīng)的速度（初速度）與酶的濃度成正比 （即（即V=KV=KE E）。故酶活力測(cè)定的是化學(xué)反應(yīng)速度，）。故酶活力測(cè)定的是化學(xué)反應(yīng)速度， 一定條件下可代表酶活性分子濃度。一定條件下可代表酶活性分子濃度。 3.3.酶活力的表示方法酶活力的表示方法 (1)(1)酶活力單位酶活力單位U U （UnitUnit）：是衡量酶活力大小的計(jì)量單位是衡量酶活力大小的計(jì)量單位, , 又稱(chēng)又稱(chēng)酶單位，酶單位，規(guī)定條件（最適條件）下一定時(shí)間內(nèi)催化完規(guī)定條件（最適條件）下一定時(shí)間內(nèi)催化完 成一定化學(xué)反應(yīng)

26、量所需的酶量。成一定化學(xué)反應(yīng)量所需的酶量。 根據(jù)不同情況有幾種酶活力單位：根據(jù)不同情況有幾種酶活力單位： 國(guó)際單位國(guó)際單位IUIU：19611961年，年，在在最適條件最適條件下每分鐘下每分鐘轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化1 1mol mol 底物底物所需要的酶量為一個(gè)酶活力單位。所需要的酶量為一個(gè)酶活力單位。 即即1IU= 1IU= 1 1mol/minmol/min 國(guó)際單位國(guó)際單位KatKat：19721972年，指在最適條件下年，指在最適條件下1 1秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1mol1mol 底物所需的酶量。底物所需的酶量。 即即 1 Kat=1mol/s1 Kat=1mol/s Kat和和IUIU的換算關(guān)系的換

27、算關(guān)系：1 Kat=6107 7 IUIU， 1 IUIU =16.67n Kat 習(xí)慣單位習(xí)慣單位: : 在實(shí)際使用中在實(shí)際使用中, ,不同酶有各自的規(guī)定不同酶有各自的規(guī)定, ,如如: : 糖化酶活力單位糖化酶活力單位: :在規(guī)定條件下在規(guī)定條件下, ,每小時(shí)轉(zhuǎn)化可溶性淀粉每小時(shí)轉(zhuǎn)化可溶性淀粉 產(chǎn)生產(chǎn)生1mg1mg還原糖還原糖( (以葡萄糖計(jì)以葡萄糖計(jì)) )所需的酶量為所需的酶量為1 1個(gè)酶單位。個(gè)酶單位。 蛋白酶活力單位：規(guī)定條件下，每分鐘分解底物酪蛋白蛋白酶活力單位：規(guī)定條件下，每分鐘分解底物酪蛋白 產(chǎn)生產(chǎn)生1 1g g酪氨酸所需的酶量。酪氨酸所需的酶量。 (2)(2)比活力（比活力（s

28、pecific activityspecific activity） 酶的比活力（比活性）：每單位（一般是酶的比活力（比活性）：每單位（一般是mgmg）蛋白質(zhì)中）蛋白質(zhì)中 的酶活力單位數(shù)（酶單位的酶活力單位數(shù)（酶單位/mg/mg蛋白）。蛋白）。 實(shí)際應(yīng)用中也用每單位制劑中含有的酶活力數(shù)表示（如：酶實(shí)際應(yīng)用中也用每單位制劑中含有的酶活力數(shù)表示（如：酶 單位單位/mL/mL（液體制劑），酶單位（液體制劑），酶單位/g/g（固體制劑），（固體制劑）， 對(duì)同一種酶來(lái)講，比活力愈高則表示酶的純度越高對(duì)同一種酶來(lái)講，比活力愈高則表示酶的純度越高（含雜質(zhì)（含雜質(zhì) 越少），所以越少），所以比活力是評(píng)價(jià)酶純度高

29、低的一個(gè)指標(biāo)比活力是評(píng)價(jià)酶純度高低的一個(gè)指標(biāo)。 在評(píng)價(jià)純化酶的操作方法是優(yōu)劣時(shí)，要同時(shí)考慮兩個(gè)概念：在評(píng)價(jià)純化酶的操作方法是優(yōu)劣時(shí)，要同時(shí)考慮兩個(gè)概念： 純化倍數(shù)與回收率純化倍數(shù)與回收率 純化倍數(shù)純化倍數(shù)= =某純化操作后的比活力某純化操作后的比活力/ /第一步操作后的比活力第一步操作后的比活力 回收率回收率= =某純化操作后的總活力某純化操作后的總活力/ /第一步操作后的總活力第一步操作后的總活力 總活力單位體積的酶活力總活力單位體積的酶活力(U/ml)分離溶液總體積分離溶液總體積(ml) 第二節(jié)第二節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速度酶促

30、反應(yīng)的速度以及以及 影響酶反應(yīng)速度的各種因素影響酶反應(yīng)速度的各種因素的科學(xué)。的科學(xué)。 影響酶反應(yīng)速度的因素有：影響酶反應(yīng)速度的因素有： 底物濃度、酶濃度、溫度、底物濃度、酶濃度、溫度、pH值、激活劑、抑制劑等。值、激活劑、抑制劑等。 在低底物濃度時(shí)在低底物濃度時(shí), , 反應(yīng)速反應(yīng)速 度與底物濃度成正比，為度與底物濃度成正比，為 一級(jí)反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)。 底物濃度增大與速度的增底物濃度增大與速度的增 加不成正比加不成正比, ,為混合級(jí)反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng). . 當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值， 幾乎所有的酶都與底物結(jié)幾乎所有的酶都與底物結(jié) 合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大 值（值

31、（V V maxmax），此時(shí)再增加），此時(shí)再增加 底物濃度，反應(yīng)速度不再底物濃度，反應(yīng)速度不再 增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。 一、一、 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 ( (一一)V-S)V-S曲線(xiàn)曲線(xiàn) 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)初速度的影響 V 初初 V max u 1913年，德國(guó)化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中 間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)對(duì)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，推 導(dǎo)出了表示整個(gè)反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān) 系的著名公式，稱(chēng)為米氏方程米氏方程。 V= Vmax S Km + S （二）米氏方程（二）米氏方程 米氏方程的推導(dǎo)：米氏方程的推導(dǎo)： 米氏方程米氏

32、方程 V= Vmax S Km + S n當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度 一半時(shí)一半時(shí), ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax, max, K Km = S m = S n上式表示上式表示, ,米氏常數(shù)是反應(yīng)米氏常數(shù)是反應(yīng) 速度為最大值的一半時(shí)的底速度為最大值的一半時(shí)的底 物濃度。物濃度。 n因此因此, ,米氏常數(shù)的單位為米氏常數(shù)的單位為 mol/Lmol/L。 （三）米氏常數(shù)的意義及測(cè)定（三）米氏常數(shù)的意義及測(cè)定 K Km m 米氏常數(shù)米氏常數(shù) V Vmax max 最大反應(yīng)速度最大反應(yīng)速度 米氏常數(shù)米氏常數(shù)KmKm的意義的意義 不同的酶具有不同不同的酶具有不同K

33、 Km m值，它是酶的一個(gè)重值，它是酶的一個(gè)重 要的特征物理常數(shù)。要的特征物理常數(shù)。 KmKm值只是在固定的底物，一定的溫度和值只是在固定的底物，一定的溫度和pHpH 條件下，一定的緩沖體系中測(cè)定的，不同條件下，一定的緩沖體系中測(cè)定的，不同 條件下具有不同的條件下具有不同的KmKm值。值。 K Km m值表示酶與底物之間的親和程度：值表示酶與底物之間的親和程度：K Km m值值 大表示親和程度小，酶的催化活性低大表示親和程度小，酶的催化活性低; ; K Km m 值小表示親和程度大值小表示親和程度大, ,酶的催化活性高。酶的催化活性高。 米氏常數(shù)的測(cè)定米氏常數(shù)的測(cè)定 基本原則基本原則：將米氏方

34、程變化成相當(dāng)于將米氏方程變化成相當(dāng)于y=ax+b的的 直線(xiàn)方程，再用作圖法求出直線(xiàn)方程，再用作圖法求出Km。 例：例：雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）法） 米氏方程的雙倒數(shù)形式：米氏方程的雙倒數(shù)形式： 1 1 K Km 1 1m 1 1 = = + + V V V Vmax S max S V Vmaxmax -4-20246810 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/S(1/mmol.L -1) 1/v 1/Vmax 斜率斜率=Km/Vmax -1/Km 米氏常數(shù)米氏常數(shù)KmKm的的測(cè)定：測(cè)定： 酶的酶的Km在實(shí)際應(yīng)用中的意義在實(shí)際應(yīng)用中的意義 鑒

35、定酶：通過(guò)測(cè)定鑒定酶：通過(guò)測(cè)定Km，可鑒別不同來(lái)源或相同來(lái)，可鑒別不同來(lái)源或相同來(lái) 源但在不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同源但在不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同 反應(yīng)的酶是否是屬于同一種酶。反應(yīng)的酶是否是屬于同一種酶。 判斷酶的最適底物（天然底物）判斷酶的最適底物（天然底物） 。 計(jì)算一定速度下底物濃度。計(jì)算一定速度下底物濃度。 了解酶的底物在體內(nèi)具有的濃度水平。了解酶的底物在體內(nèi)具有的濃度水平。 判斷反應(yīng)方向或趨勢(shì)。判斷反應(yīng)方向或趨勢(shì)。 判斷抑制類(lèi)型。判斷抑制類(lèi)型。 二、酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響二、酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 在有足夠底物和其他條件不變的情況下，反應(yīng)速度 與酶濃度成正比

36、 。 當(dāng)SE時(shí)，V=K3E 0 0 酶酶濃濃度度 反反 應(yīng)應(yīng) 速速 度度 三、溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響三、溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 一方面是溫度升高一方面是溫度升高, ,酶酶 促反應(yīng)速度加快。促反應(yīng)速度加快。 另一方面另一方面, ,溫度升高溫度升高, ,酶酶 的高級(jí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化的高級(jí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化 或變性，導(dǎo)致酶活性降或變性，導(dǎo)致酶活性降 低甚至喪失。低甚至喪失。 因此大多數(shù)酶都有一個(gè)因此大多數(shù)酶都有一個(gè) 最適溫度。最適溫度。 在最適溫在最適溫 度條件下度條件下, ,反應(yīng)速度最反應(yīng)速度最 大。大。 最適溫度不是一個(gè)固定的常數(shù)最適溫度不是一個(gè)固定的常數(shù)，它隨底物的種類(lèi)、，它隨底物的種類(lèi)、 濃度濃度

37、, 溶液的離子強(qiáng)度溶液的離子強(qiáng)度, pH, 反應(yīng)時(shí)間等的影響。反應(yīng)時(shí)間等的影響。 例例: 反應(yīng)時(shí)間短，最適溫度高。反應(yīng)時(shí)間短，最適溫度高。 反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，最適溫度低。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，最適溫度低。 四、四、pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 1酶反應(yīng)的最適酶反應(yīng)的最適pH（optimum pH） 反反 應(yīng)應(yīng) 速速 度度 pH 最最適適p pH H 6810 0 酶的最適酶的最適pH也不是一個(gè)固定的常數(shù)也不是一個(gè)固定的常數(shù)，它受到，它受到 底物的種類(lèi)、濃度底物的種類(lèi)、濃度; 緩沖液的種類(lèi)、濃度緩沖液的種類(lèi)、濃度; 酶的純酶的純 度度;反應(yīng)的溫度、時(shí)間等的影響。反應(yīng)的溫度、時(shí)間等的影響。 例例: 堿

38、性磷酸酶催化磷酸苯酯水解時(shí)堿性磷酸酶催化磷酸苯酯水解時(shí) s為為2.5x10-5 M，最適，最適pH為為 8.3 s為為2.5x10-2 M，最適，最適pH為為10.0 2pH影響反應(yīng)速度的原因影響反應(yīng)速度的原因 ( 1 ) pH影響了酶分子、底物分子和影響了酶分子、底物分子和ES復(fù)合物的復(fù)合物的 解離狀態(tài)。解離狀態(tài)。 ( 2 ) 過(guò)高、過(guò)低的過(guò)高、過(guò)低的pH導(dǎo)致酶蛋白變性。導(dǎo)致酶蛋白變性。 五、激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響五、激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 酶的激活劑酶的激活劑 1. 無(wú)機(jī)離子無(wú)機(jī)離子 （1）一些金屬離子，如）一些金屬離子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、 Cu2+、Zn2+、Fe2

39、+等。等。 （2）陰離子：如）陰離子：如Cl-、Br-、I-、CN- 等等 （3）氫離子）氫離子 凡能提高酶活力的物質(zhì)都是酶的激活劑。如：凡能提高酶活力的物質(zhì)都是酶的激活劑。如： Cl-是唾液淀粉酶的激活劑。是唾液淀粉酶的激活劑。 2. 有機(jī)分子有機(jī)分子 還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金屬螯合劑：金屬螯合劑：EDTA 激活酶原的酶激活酶原的酶 六、抑制劑對(duì)酶活性的影響六、抑制劑對(duì)酶活性的影響 使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱(chēng)為酶的抑制作使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱(chēng)為酶的抑制作 用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱(chēng)為抑制用。能夠引起酶的抑制作用的化合物

40、則稱(chēng)為抑制 劑。抑制劑并非變性劑，抑制劑具有不同程度的劑。抑制劑并非變性劑，抑制劑具有不同程度的 選擇性。選擇性。 酶的抑制劑一般具備兩個(gè)方面的特點(diǎn)：酶的抑制劑一般具備兩個(gè)方面的特點(diǎn)： a.a.在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過(guò)在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過(guò) 渡狀態(tài)相似。渡狀態(tài)相似。 b.b.能夠與酶以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定能夠與酶以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定 的復(fù)合體或結(jié)合物。的復(fù)合體或結(jié)合物。 抑制劑類(lèi)型和特點(diǎn)抑制劑類(lèi)型和特點(diǎn) 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 可逆抑制劑可逆抑制劑 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 非專(zhuān)一性不可逆抑制劑非專(zhuān)一性

41、不可逆抑制劑 不可逆抑制劑不可逆抑制劑 專(zhuān)一性不可逆抑制劑專(zhuān)一性不可逆抑制劑 抑制作用的類(lèi)型：抑制作用的類(lèi)型： ( (一一) )不可逆抑制作用不可逆抑制作用： 抑制劑與酶反應(yīng)中心的抑制劑與酶反應(yīng)中心的 活性基團(tuán)以活性基團(tuán)以共價(jià)共價(jià)形式形式結(jié)結(jié) 合合，引起，引起酶的永久性失酶的永久性失 活活。如有機(jī)磷毒劑二異。如有機(jī)磷毒劑二異 丙基氟磷酸酯。丙基氟磷酸酯。 （二）可逆抑制作用（二）可逆抑制作用(reversible inhibition) 及其動(dòng)力學(xué)及其動(dòng)力學(xué) E+I EI 抑制劑與酶蛋白以抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活，引起酶活 性暫時(shí)性喪失。抑制劑性暫時(shí)性喪失。抑制劑

42、可以通過(guò)透析等方法被可以通過(guò)透析等方法被 除去除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐 抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類(lèi)。抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類(lèi)。 1. 1. 竟?fàn)幮砸种凭範(fàn)幮砸种?某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與 底物相似，因而能與底物底物相似，因而能與底物 竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。 當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合 后，底物被排斥在反應(yīng)中后，底物被排斥在反應(yīng)中 心之外，其結(jié)果是酶促反心之外，其結(jié)果是酶促反 應(yīng)被抑制了。應(yīng)被抑制了。 + I EI ES P+ E E+S 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制

43、作用 實(shí)例：磺胺藥物的藥用機(jī)理實(shí)例：磺胺藥物的藥用機(jī)理 H2N- -SO2NH2 對(duì)氨基苯磺酰胺對(duì)氨基苯磺酰胺 H2N- -COOH 對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸 對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤 葉酸葉酸 例例: : 丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制作用丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制作用 COO- COO- COCOO- CH2COO- CH2COO- CH2 CH2COO- 草 酸草 酰 乙 酸戊 二 酸 此酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑還有： 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用特點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用特點(diǎn)： 1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)十分相似，）競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)十分相似， 二者競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合部位。二者競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合

44、部位。 4）Vmax不變，不變，Km增大增大 2）抑制程度取決于抑制程度取決于I和和S 的濃度以及與酶結(jié)合的的濃度以及與酶結(jié)合的 親和力大小。親和力大小。 S v V/2 kmkm 無(wú) I 有 I 3）可以通過(guò)增大底物可以通過(guò)增大底物 濃度，即提高底物的競(jìng)濃度，即提高底物的競(jìng) 爭(zhēng)能力來(lái)消除。爭(zhēng)能力來(lái)消除。 2. 2. 非竟?fàn)幮砸种品蔷範(fàn)幮砸种?酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變 化，并導(dǎo)致酶活性下降。抑制劑與活性中心以外的化，并導(dǎo)致酶活性下降。抑制劑與活性中心以外的 基團(tuán)結(jié)合，不與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，所以稱(chēng)為基團(tuán)結(jié)合，不與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性

45、中心，所以稱(chēng)為 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 如某些金屬離子（如某些金屬離子（CuCu2+ 2+、 、AgAg+ +、HgHg2+ 2+）以及 ）以及EDTAEDTA等，等， 通常能與酶分子的調(diào)控部位中的通常能與酶分子的調(diào)控部位中的-SH-SH基團(tuán)作用，改基團(tuán)作用，改 變酶的空間構(gòu)象，引起非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。變酶的空間構(gòu)象，引起非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 + I EI+SESI ES P+ E E+S + I 實(shí)例：重金屬離子（實(shí)例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金屬絡(luò)合劑（金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-、N3-） 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)

46、： 1）抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，抑制劑與酶活性）抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，抑制劑與酶活性 中心以外的基團(tuán)結(jié)合。中心以外的基團(tuán)結(jié)合。 2）Vm下降，下降，Km不變不變 3）非竟?fàn)幮砸种撇荒芡ㄟ^(guò)增大底物濃度的方法）非竟?fàn)幮砸种撇荒芡ㄟ^(guò)增大底物濃度的方法 來(lái)消除來(lái)消除。 S v 無(wú) I V/2 km 有 I () 3、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 ESI ES P+ E E+S + I 酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，引起酶酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，引起酶 活性下降。活性下降。 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)：反競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)： 1 1）抑制劑與酶和底物的復(fù)合物結(jié)合。）抑制劑與酶和底物的

47、復(fù)合物結(jié)合。 2 2）KmKm和和VmVm下降下降 3 3）底物濃度增加，抑制作用加強(qiáng)。）底物濃度增加，抑制作用加強(qiáng)。 有無(wú)抑制劑存在時(shí)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程有無(wú)抑制劑存在時(shí)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程 表觀表觀 第三節(jié)第三節(jié) 酶的作用機(jī)制酶的作用機(jī)制 酶活性中心酶活性中心 結(jié)合結(jié)合部位部位：與與底物結(jié)合底物結(jié)合,使底物與酶的一定構(gòu)象形成復(fù)使底物與酶的一定構(gòu)象形成復(fù) 合物，合物，決定酶的專(zhuān)一性。決定酶的專(zhuān)一性。 催化催化部位部位：影響底物中某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，影響底物中某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，催催 化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的部位化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的部位,決定酶的催決定酶的催 化效率和催化化效率和催化反應(yīng)的性質(zhì)。反應(yīng)的

48、性質(zhì)。 一、酶的活性中心一、酶的活性中心 1. 活性中心活性中心：酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的 少數(shù)氨基酸殘基形成的一定空間結(jié)構(gòu)。少數(shù)氨基酸殘基形成的一定空間結(jié)構(gòu)。 包括包括底物結(jié)合部位底物結(jié)合部位和和催化部位催化部位。 結(jié)合部位結(jié)合部位(Binding site)(Binding site)：酶分子中與底物結(jié)合的部：酶分子中與底物結(jié)合的部 位或區(qū)域位或區(qū)域。 酶活性中心的特點(diǎn)酶活性中心的特點(diǎn) 酶活性中心的特點(diǎn)酶活性中心的特點(diǎn) a. 酶的活性中心只有幾個(gè)氨基酸組成，多為極性氨基酸。酶的活性中心只有幾個(gè)氨基酸組成，多為極性氨基酸。 b. 酶的活性中心是一個(gè)三維實(shí)體

49、結(jié)構(gòu)，活性中心的幾個(gè)氨基酸酶的活性中心是一個(gè)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，活性中心的幾個(gè)氨基酸 殘基在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，甚至位于不同肽鏈上，通殘基在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，甚至位于不同肽鏈上，通 過(guò)肽鏈的盤(pán)繞折疊而在空間結(jié)構(gòu)上相互靠近，形成一個(gè)能與過(guò)肽鏈的盤(pán)繞折疊而在空間結(jié)構(gòu)上相互靠近，形成一個(gè)能與 底物結(jié)合并催化底物形成產(chǎn)物的位于酶蛋白分子表面的特化底物結(jié)合并催化底物形成產(chǎn)物的位于酶蛋白分子表面的特化 的空間區(qū)域。的空間區(qū)域。 c. 酶的活性中心與底物的結(jié)合通過(guò)次級(jí)鍵。酶的活性中心與底物的結(jié)合通過(guò)次級(jí)鍵。 d. 酶的活性中心具有柔性，可與底物誘導(dǎo)契合發(fā)生相互作用。酶的活性中心具有柔性，可與底物誘導(dǎo)契合

50、發(fā)生相互作用。 e. 酶的活性中心位于酶分子表面的酶的活性中心位于酶分子表面的”空穴空穴“中，為非極性環(huán)境。中，為非極性環(huán)境。 2.必需基團(tuán)：必需基團(tuán)：在酶分子中有一些在酶分子中有一些基團(tuán)對(duì)維持基團(tuán)對(duì)維持酶酶 活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象及發(fā)揮正常的活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象及發(fā)揮正常的催化催化活活 性是必需的，若將這些基團(tuán)改變后會(huì)導(dǎo)致酶的性是必需的，若將這些基團(tuán)改變后會(huì)導(dǎo)致酶的 催化活性減弱甚至喪失，這些基團(tuán)稱(chēng)為必需基催化活性減弱甚至喪失，這些基團(tuán)稱(chēng)為必需基 團(tuán)。團(tuán)。 活性中心內(nèi)外都可以有必需基團(tuán)?；钚灾行膬?nèi)外都可以有必需基團(tuán)。 酶酶 必需基團(tuán)必需基團(tuán) 非必需基團(tuán)非必需基團(tuán) 活性中心活性中心 活性中心

51、外基團(tuán)活性中心外基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán) 催化基團(tuán)催化基團(tuán) 二、酶作用專(zhuān)一性的機(jī)制二、酶作用專(zhuān)一性的機(jī)制 酶分子活性中心部位，一般都含有多個(gè)具酶分子活性中心部位，一般都含有多個(gè)具 有催化活性的手性中心，這些手性中心對(duì)底有催化活性的手性中心，這些手性中心對(duì)底 物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使 反應(yīng)可以按單一方向進(jìn)行。反應(yīng)可以按單一方向進(jìn)行。 1. 鎖鎖 鑰鑰 學(xué)學(xué) 說(shuō)說(shuō) 鎖鑰學(xué)說(shuō)：鎖鑰學(xué)說(shuō)： 認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有 剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形 狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙狀。酶與底

52、物的結(jié)合如同一把鑰匙 對(duì)一把鎖一樣。對(duì)一把鎖一樣。 2. 2. 誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō) 誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō) 該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶表面并沒(méi)有一種與底物互該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶表面并沒(méi)有一種與底物互 補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo) 才形成了互補(bǔ)形狀才形成了互補(bǔ)形狀. . E+S P+ E ES 能能 量量 水水 平平 反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)過(guò)程 G E1 E2 酶（酶（E）與底物（）與底物（S） 結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間 物（物（ES），再分解成產(chǎn)），再分解成產(chǎn) 物（物（P）并釋放出酶，使）并釋放出酶，使 反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的 途徑進(jìn)行，降低反

53、應(yīng)所途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所 需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快 反應(yīng)速度。反應(yīng)速度。 E + S E-S P + E （一）（一）中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) 三、酶作用高效性的機(jī)制三、酶作用高效性的機(jī)制 （二）影響酶催化效率的有關(guān)因素（二）影響酶催化效率的有關(guān)因素 1. 1. 鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng) 在酶促反應(yīng)中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，在酶促反應(yīng)中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心， 一方面底物在一方面底物在酶活性中心的有效濃度大大增加酶活性中心的有效濃度大大增加， 有利于提高反應(yīng)速度；有利于提高反應(yīng)速度； 另一方面，由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基另一方面，由于活性中心的立體結(jié)

54、構(gòu)和相關(guān)基 團(tuán)的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中團(tuán)的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中參與反應(yīng)參與反應(yīng) 的基團(tuán)相互接近的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)格，并被嚴(yán)格定向定位定向定位，使酶促，使酶促 反應(yīng)具有高效率和專(zhuān)一性特點(diǎn)。反應(yīng)具有高效率和專(zhuān)一性特點(diǎn)。 鄰鄰 近近 定定 向向 效效 應(yīng)應(yīng) 底物與酶結(jié)合誘導(dǎo)酶的分子構(gòu)象變化，變化的酶分子 又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生“張力”甚至“形變” ， 從而促使酶底物中間產(chǎn)物進(jìn)入過(guò)渡態(tài)。 2. 2. “張力”與“形 變” 酶分子中的廣義酸、堿基團(tuán)通過(guò)提供部酶分子中的廣義酸、堿基團(tuán)通過(guò)提供部 分質(zhì)子或接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降分質(zhì)子或接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降 低反應(yīng)活化能的作用低反

55、應(yīng)活化能的作用。 3. 3. 酸堿催化酸堿催化 His His 是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化 功能團(tuán)。功能團(tuán)。 4. 4. 共價(jià)催化共價(jià)催化 催化劑通過(guò)與底物形成反應(yīng)活性很高的催化劑通過(guò)與底物形成反應(yīng)活性很高的共共 價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提，使反應(yīng)活化能降低，從而提 高反應(yīng)速度的過(guò)程，稱(chēng)為共價(jià)催化高反應(yīng)速度的過(guò)程，稱(chēng)為共價(jià)催化。 某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛 等也可以參與共價(jià)催化作用。等也可以參與共價(jià)催化作用。 5. 5. 金屬離子催化作用金屬離子催化作用 金屬離子可以和水分子的金屬離

56、子可以和水分子的OH-OH-結(jié)合，結(jié)合， 使水顯示出更大的親核催化性能。使水顯示出更大的親核催化性能。 提高水的親核性能提高水的親核性能 電荷屏蔽作用電荷屏蔽作用 電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個(gè)重要功能。電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個(gè)重要功能。 多種激酶多種激酶( (如磷酸轉(zhuǎn)移酶如磷酸轉(zhuǎn)移酶) )的底物是的底物是Mg2+Mg2+ATPATP復(fù)合復(fù)合 物。物。 A H H O H H O H H O - - - OPOPOPOCH2 OOO OOO Mg 2+ 電子傳遞中間體電子傳遞中間體 許多氧化許多氧化- -還原酶中都含有銅或鐵離還原酶中都含有銅或鐵離 子，它們作為酶的輔助因子起著傳子，

57、它們作為酶的輔助因子起著傳 遞電子的功能。遞電子的功能。 6.6.酶活性中心的疏水環(huán)境效應(yīng)酶活性中心的疏水環(huán)境效應(yīng) 第四節(jié)第四節(jié) 酶的活性調(diào)節(jié)酶的活性調(diào)節(jié) 酶的活性調(diào)節(jié)包括兩個(gè)方面：酶的活性調(diào)節(jié)包括兩個(gè)方面： 調(diào)節(jié)酶濃度：調(diào)節(jié)酶濃度： 酶的誘導(dǎo)與阻遏、酶的選擇性降解酶的誘導(dǎo)與阻遏、酶的選擇性降解 調(diào)節(jié)酶活性：調(diào)節(jié)酶活性： 別構(gòu)調(diào)節(jié)、可逆的共價(jià)修飾、酶原激別構(gòu)調(diào)節(jié)、可逆的共價(jià)修飾、酶原激 活、同工酶形式的調(diào)節(jié)?；睢⑼っ感问降恼{(diào)節(jié)。 一、別構(gòu)調(diào)節(jié)（一、別構(gòu)調(diào)節(jié)（allosteric regulationallosteric regulation） 1. 別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié) 當(dāng)酶分子與某些化合物非共

58、價(jià)結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象改變，當(dāng)酶分子與某些化合物非共價(jià)結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象改變，從從 而引起酶活性的變化，這種調(diào)節(jié)稱(chēng)別構(gòu)調(diào)節(jié)。受別構(gòu)調(diào)節(jié)而引起酶活性的變化，這種調(diào)節(jié)稱(chēng)別構(gòu)調(diào)節(jié)。受別構(gòu)調(diào)節(jié) 的酶稱(chēng)的酶稱(chēng)別構(gòu)別構(gòu)酶（或變構(gòu)酶），引起酶的活性受到別構(gòu)調(diào)節(jié)酶（或變構(gòu)酶），引起酶的活性受到別構(gòu)調(diào)節(jié) 的化合物稱(chēng)效應(yīng)物（或別構(gòu)劑）。的化合物稱(chēng)效應(yīng)物（或別構(gòu)劑）。 正正效應(yīng)物效應(yīng)物別構(gòu)激活別構(gòu)激活 負(fù)效應(yīng)物負(fù)效應(yīng)物別構(gòu)抑制別構(gòu)抑制 具有類(lèi)似血紅蛋白那樣的別構(gòu)效應(yīng)！具有類(lèi)似血紅蛋白那樣的別構(gòu)效應(yīng)！ 酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖 效應(yīng)物效應(yīng)物 別別 構(gòu)構(gòu) 中中 心心 活性活性 中心中心 （1 1）一般

59、是）一般是寡聚酶寡聚酶，由多亞基組成。，由多亞基組成。 （2 2）具有活性中心和）具有活性中心和別構(gòu)中心別構(gòu)中心，它們位于不同的亞基或同，它們位于不同的亞基或同 一亞基的不同部位上。一亞基的不同部位上。 （3 3）多數(shù)別構(gòu)酶不止一個(gè)活性中心，）多數(shù)別構(gòu)酶不止一個(gè)活性中心，活性中心間有協(xié)同效活性中心間有協(xié)同效 應(yīng)應(yīng)，酶和一個(gè)配體（底物，調(diào)節(jié)物）結(jié)合后可以影響，酶和一個(gè)配體（底物，調(diào)節(jié)物）結(jié)合后可以影響 酶和另一個(gè)配體（底物）的結(jié)合能力酶和另一個(gè)配體（底物）的結(jié)合能力 ；有的別構(gòu)酶；有的別構(gòu)酶 不止一個(gè)別構(gòu)中心，可以接受不同化合物的調(diào)節(jié)。不止一個(gè)別構(gòu)中心，可以接受不同化合物的調(diào)節(jié)。 （4 4）不遵

60、循米氏方程不遵循米氏方程，動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)為，動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)為S S型（正協(xié)同效應(yīng)）或表型（正協(xié)同效應(yīng)）或表 觀雙曲線(xiàn)（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）觀雙曲線(xiàn)（負(fù)協(xié)同效應(yīng)） 2.2.別構(gòu)酶的特點(diǎn)別構(gòu)酶的特點(diǎn) 別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)的比較 p別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡(jiǎn)稱(chēng)ATCase ATCase的結(jié)構(gòu)及其別構(gòu)作用的結(jié)構(gòu)及其別構(gòu)作用 無(wú)催化活性構(gòu)象無(wú)催化活性構(gòu)象(T-型型) C C CC C C R R R R R R 有催化活性構(gòu)象有催化活性構(gòu)象(R-型型) CC C CC C R R R R R R ATP（正效應(yīng)劑）（正效應(yīng)劑） CTP（負(fù)效應(yīng)劑）（負(fù)效應(yīng)劑） CCC CCC R 汞汞鹽鹽 完完整整的的 催