生物化學(xué)——酶

1、第一節(jié)第一節(jié) 酶的概念酶的概念 一、對(duì)酶認(rèn)識(shí)的發(fā)展一、對(duì)酶認(rèn)識(shí)的發(fā)展 1857年，年，Paster提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié) 果，并于果，并于1878年提出年提出“酶酶(Enzyme）”的概念；的概念； 1897年，年，Buchner提出了發(fā)酵與活細(xì)胞無(wú)關(guān)，而與提出了發(fā)酵與活細(xì)胞無(wú)關(guān)，而與 細(xì)胞液中的酶有關(guān)；細(xì)胞液中的酶有關(guān)； 1913年，年，Michaelis和和Menten提出了酶促動(dòng)力學(xué)原理提出了酶促動(dòng)力學(xué)原理 -米氏學(xué)說(shuō)；米氏學(xué)說(shuō)； 19261926年，年，SumnerSumner首次分離出首次分離出脲酶脲酶結(jié)晶，證明具有結(jié)晶，證明具有 蛋白質(zhì)性質(zhì)。蛋

2、白質(zhì)性質(zhì)。 19301930年左右，年左右，NorthropNorthrop又分離出又分離出胃蛋白酶、胰蛋胃蛋白酶、胰蛋 白酶及胰凝乳蛋白酶白酶及胰凝乳蛋白酶，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)探討。，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)探討。 許多酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)已測(cè)定許多酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)已測(cè)定,1969,1969年人工合成年人工合成牛胰牛胰 核酸酶核酸酶。 1981-19821981-1982年年Cech實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)第一個(gè)有催化活性實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)第一個(gè)有催化活性 的天然的天然RNARNA，取名，取名核酶核酶ribozyme。 19951995年還發(fā)現(xiàn)了具有催化活性的年還發(fā)現(xiàn)了具有催化活性的DNADNA。 n 酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分

3、子，酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子， 又稱為又稱為生物催化劑生物催化劑Biocatalysts n 酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)酶促反應(yīng) n 絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì) n 生物體內(nèi)一切生化反應(yīng)都需要酶的催化才能進(jìn)行！生物體內(nèi)一切生化反應(yīng)都需要酶的催化才能進(jìn)行！ n 通常把被酶作用的物質(zhì)稱為該通常把被酶作用的物質(zhì)稱為該酶的底物酶的底物 （substrate） 酶的概念酶的概念 二、酶的催化作用特征二、酶的催化作用特征 1、酶和一般催化劑的共性、酶和一般催化劑的共性 1 1）用量少而催化效率高；）用量少而催化效率高； 2 2）它能夠改

4、變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué)）它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué) 反應(yīng)平衡反應(yīng)平衡 3 3）酶本身在反應(yīng)前后不發(fā)生變化）酶本身在反應(yīng)前后不發(fā)生變化 4 4）酶能夠降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行。）酶能夠降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行。 活化態(tài)活化態(tài) 2 2、酶與一般催化劑的區(qū)別、酶與一般催化劑的區(qū)別 1 1）高效性：）高效性： 酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高10106 6 10 1013 13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 + OO + O2 2 過(guò)氧化氫酶催化，效率為過(guò)氧

5、化氫酶催化，效率為6 610106 6 mol/moL mol/moLs s， FeFe3+ 3+催化，效率為 催化，效率為6 61010-4 -4 mol/moL mol/moLs s， 比無(wú)催化劑高比無(wú)催化劑高10108 8101020 20倍（一億一千億億倍）。 倍（一億一千億億倍）。 2 2）高度專一性）高度專一性 酶的專一性酶的專一性 （SpecificitySpecificity）( (特異性特異性) ) 指酶在催化生化反應(yīng)時(shí)對(duì)底物的選擇性。指酶在催化生化反應(yīng)時(shí)對(duì)底物的選擇性。 3 3）反應(yīng)條件溫和）反應(yīng)條件溫和, ,對(duì)環(huán)境變化敏感對(duì)環(huán)境變化敏感 酶促反應(yīng)一般在酶促反應(yīng)一般在pH

6、5-8 pH 5-8 水溶液中進(jìn)行，反應(yīng)溫度范水溶液中進(jìn)行，反應(yīng)溫度范 圍為圍為20-4020-40 C C。 高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。 4) 4) 酶的催化活力受調(diào)控酶的催化活力受調(diào)控 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。及激素控制等。 第二節(jié)第二節(jié) 酶的分類和命名酶的分類和命名 一、酶的命名一、酶的命名 (1)(1)習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法: : 1 1、根據(jù)其催化底物來(lái)命名：、根據(jù)其催化底物來(lái)命名：淀粉酶、脂肪酶淀粉酶、脂肪酶 2 2、根據(jù)所催化反應(yīng)

7、的性質(zhì)來(lái)命名：、根據(jù)所催化反應(yīng)的性質(zhì)來(lái)命名：水解酶、轉(zhuǎn)移酶水解酶、轉(zhuǎn)移酶 3 3、結(jié)合上述兩個(gè)原則來(lái)命名：、結(jié)合上述兩個(gè)原則來(lái)命名：琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶 4 4、有時(shí)在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)：、有時(shí)在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)： 胃蛋白酶胃蛋白酶 2、系統(tǒng)命名法、系統(tǒng)命名法 系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一 個(gè)酶字。個(gè)酶字。 底物底物1：底物：底物2 + + 反應(yīng)性質(zhì)反應(yīng)性質(zhì) + + 酶酶 例如：酶促反應(yīng)例如：酶促反應(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

8、習(xí)慣名稱習(xí)慣名稱: :谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶 系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱: :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 二、二、 酶的分類酶的分類 1.1.氧化還原酶氧化還原酶 如：脫氫酶、氧化酶等。如：脫氫酶、氧化酶等。 AH2 + B = A + BH2 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 CH3CHCOOH OH NAD+H + CH3CCOOH O NADH AB + C = A + CB 谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶 2 2. . 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 TransferaseTransferase C H 3C H C O O H N H 2 H O O C C H 2C H2C C O O H O H

9、O O C C H 2C H2C H C O O H N H 2 C H 3C C O O H O 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。 A AB + HOHB + HOH AOH + BH AOH + BH 脂肪酶脂肪酶(Lipase)(Lipase) 3 3. .水解酶水解酶 hydrolasehydrolase 催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙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)。鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。 醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 AB = A + BAB = A + B 延胡索酸水合酶延

10、胡索酸水合酶 4 4. . 裂解酶裂解酶 LyaseLyase HOOCCH=CHCOOH H 2O HOOCCH 2CHCOOH OH 催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化 A=B 6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶磷酸葡萄糖異構(gòu)酶 5 5. .異構(gòu)酶異構(gòu)酶 IsomeraseIsomerase O CH2OH OH OH OH OH O CH2OHCH2OH OH OH OH PP ( (連接酶連接酶) )能夠催化與能夠催化與ATPATP分解反應(yīng)相偶聯(lián)的由小分分解反應(yīng)相偶聯(lián)的由小分 子合成大分子的反應(yīng)。子合成大分子的反應(yīng)。 A + B + ATP + H-O-H A + B + AT

11、P + H-O-H A AB + ADP +Pi B + ADP +Pi 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ATP + ATP + 丙酮酸丙酮酸 + + COCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸 + ADP + Pi+ ADP + Pi 6 6. .合成酶合成酶 Ligase or SynthetaseLigase or Synthetase 酶的編號(hào)（乳酸脫氫酶為例）酶的編號(hào)（乳酸脫氫酶為例） EC 1. 1. 1. 27 第一大類，氧化還原酶第一大類，氧化還原酶 第一亞類，被氧化基團(tuán)為第一亞類，被氧化基團(tuán)為 CHOH 第一亞亞類，氫受體為第一亞亞類，氫受體為 NAD+ 該酶在此亞亞類中的編號(hào)該酶在此亞亞類

12、中的編號(hào) 第三節(jié)第三節(jié) 酶的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì) 一、大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)一、大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) 1 1、酶是蛋白質(zhì)的證據(jù)、酶是蛋白質(zhì)的證據(jù) 2 2、核酶、核酶 1981198119821982，CechCech發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)： 核酶：四膜蟲(chóng)（核酶：四膜蟲(chóng)（TetrahynenaTetrahynena）細(xì)胞）細(xì)胞26SrRNA26SrRNA前體加工。前體加工。 19831983年年S. AltmanS. Altman發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)： 核糖核酸酶核糖核酸酶P P（RNAasePRNAaseP）的）的M M1 1RNARNA組分具該酶催化特性：組分具該酶催化特性： 催化剪切催化剪切tRNAtRNA前體除去前體除

13、去RNARNA片斷，形成成熟的片斷，形成成熟的tRNAtRNA。 該酶的蛋白質(zhì)部分無(wú)催化活性。該酶的蛋白質(zhì)部分無(wú)催化活性。 簡(jiǎn)單蛋白酶簡(jiǎn)單蛋白酶只含氨基酸而不含其它成分只含氨基酸而不含其它成分 酶蛋白酶蛋白專一性和高效性專一性和高效性 結(jié)合蛋白酶結(jié)合蛋白酶 （全酶）（全酶） 輔因子輔因子決定反應(yīng)性質(zhì)決定反應(yīng)性質(zhì) （對(duì)熱穩(wěn)定的成分：（對(duì)熱穩(wěn)定的成分：VitVit、核苷酸、金屬離子）、核苷酸、金屬離子） 與酶蛋白結(jié)合緊密與酶蛋白結(jié)合緊密輔基輔基 輔因子輔因子 與酶蛋白結(jié)合松弛與酶蛋白結(jié)合松弛輔酶輔酶 二、按化學(xué)組成分為二、按化學(xué)組成分為 羧肽酶 Zn 離子 （輔助因子）（輔助因子） （細(xì)胞色素氧化

14、酶）（細(xì)胞色素氧化酶） （丙酮酸激酶）（丙酮酸激酶） 三、按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分三、按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分 單體酶：一個(gè)酶分子只由一條肽鏈構(gòu)成單體酶：一個(gè)酶分子只由一條肽鏈構(gòu)成 M Mr r=1.3=1.33.53.510104 4全部為水解酶。全部為水解酶。 寡聚酶：一個(gè)酶分子由二個(gè)以上的亞基組成，亞基寡聚酶：一個(gè)酶分子由二個(gè)以上的亞基組成，亞基 間非共價(jià)結(jié)合，解離則失活。間非共價(jià)結(jié)合，解離則失活。 多酶絡(luò)合物：由幾個(gè)酶嵌合而成的復(fù)合物，分子量多酶絡(luò)合物：由幾個(gè)酶嵌合而成的復(fù)合物，分子量 大，它有利于系列化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，提高催化大，它有利于系列化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，提高催化 效率。效率。 多酶絡(luò)合物 丙酮酸脫

15、氫酶系丙酮酸脫氫酶系 丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶硫辛酸乙酰移換酶硫辛酸乙酰移換酶二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶 第四節(jié)第四節(jié) 酶的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系酶的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 一、活性部位和必需基團(tuán)一、活性部位和必需基團(tuán) 1 1、活性中心（、活性中心（active site） n 指酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直接指酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直接 有關(guān)的部位。有關(guān)的部位。 n包括結(jié)合包括結(jié)合基團(tuán)基團(tuán)和催化基團(tuán)和催化基團(tuán) 結(jié)合部位（結(jié)合部位（Binding site） 與底物結(jié)合的部位。與底物結(jié)合的部位。 決定酶的專一性決定酶的專一性 催化部位（催化部位（catalytic sit

16、e） 促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位。 決定化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)決定化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì) 主要包括：主要包括： (1)(1)親核性基團(tuán)親核性基團(tuán) Ser-OH;Ser-OH; Cys-SH;Cys-SH; HisHis的咪唑基的咪唑基. . H2NCHC CH2 OH O OH OH H2NCHC CH2 OH O SH SH H2NCHC CH2 OH O N NH N N H 酶活性中心的基團(tuán)酶活性中心的基團(tuán) (2)(2)酸堿性基團(tuán)：酸堿性基團(tuán)： AspAsp和和GluGlu的羧基的羧基 LysLys的氨基的氨基 TyrTyr的酚羥基的酚羥基 HisHis的咪唑基的咪唑基 Cys

17、Cys的巰基等的巰基等 H2NCHC CH2 OH O CH2 C OH O H2NCHC CH2 OH O C OH O COOH H2NCHC CH2 OH O CH2 CH2 CH2 NH2 NH2 H2NCHC CH2 OH O OH OH 活性中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活性中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 只占酶分子總體積的很小一部分只占酶分子總體積的很小一部分 具有三維空間結(jié)構(gòu)具有三維空間結(jié)構(gòu) 酶的活性部位和底物的辨認(rèn)和結(jié)合過(guò)程，稱酶的活性部位和底物的辨認(rèn)和結(jié)合過(guò)程，稱 為誘導(dǎo)契合（為誘導(dǎo)契合（induced-fit） 2 2、必需基團(tuán)、必需基團(tuán) 酶分子中那些經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾（氧化、還原、酰酶分子中那些經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾

18、（氧化、還原、酰 化、烷化等）使其改變，則酶的活性喪失的基化、烷化等）使其改變，則酶的活性喪失的基 因稱為必需基團(tuán)。因稱為必需基團(tuán)。 催化基團(tuán)催化基團(tuán)決定催化性質(zhì)決定催化性質(zhì) 活活 性性 中中 心心 結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)決定專一性、參與底物決定專一性、參與底物 的結(jié)合的結(jié)合 必必 需需 基基 團(tuán)團(tuán) 其余維持酶空間構(gòu)象的基團(tuán)其余維持酶空間構(gòu)象的基團(tuán) 二、酶原的激活二、酶原的激活 酶原（酶原（Zymogen）：）： 有些酶（絕大多數(shù)為蛋白酶）在細(xì)胞內(nèi)合成及初分泌時(shí)，沒(méi)有些酶（絕大多數(shù)為蛋白酶）在細(xì)胞內(nèi)合成及初分泌時(shí)，沒(méi) 有活性。有活性。 酶原的激活：酶原的激活： 在一定條件下，酶原可轉(zhuǎn)化成有活性的酶。

19、酶原激活的機(jī)制在一定條件下，酶原可轉(zhuǎn)化成有活性的酶。酶原激活的機(jī)制 是分子內(nèi)肽鍵一處或多處斷裂，使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度改是分子內(nèi)肽鍵一處或多處斷裂，使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度改 變，從而形成酶的活性中心，同時(shí)生成一些肽或碎片。變，從而形成酶的活性中心，同時(shí)生成一些肽或碎片。 二、酶原的激活 纈纈 天天 天天天天天天賴賴?yán)i纈 甘甘 組組 纈纈 天天 天天天天天天賴賴 甘甘 組組 S S 纈纈 SS 活性部 位 二、酶原的激活二、酶原的激活 胰蛋白酶原 腸激酶 胰蛋白酶+六肽 胰凝乳蛋白酶原 胰蛋白酶 -凝乳蛋白酶+兩個(gè)二肽 羧基肽酶原 胰蛋白酶 羧基肽酶 A+幾個(gè)碎片 酶原激活還存在級(jí)聯(lián)反應(yīng)酶原激活

20、還存在級(jí)聯(lián)反應(yīng) 酶原形式存在的生物學(xué)意義：酶原形式存在的生物學(xué)意義： 保護(hù)組織細(xì)胞，防止被酶水解。保護(hù)組織細(xì)胞，防止被酶水解。 三、同工酶三、同工酶 同工酶是指能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其組成結(jié)構(gòu)同工酶是指能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其組成結(jié)構(gòu) 有所不同的一組酶。有所不同的一組酶。 它們的活性部位在結(jié)構(gòu)上相同或者至少相似它們的活性部位在結(jié)構(gòu)上相同或者至少相似 1、概念、概念 2、舉例：、舉例： 乳酸脫氫酶同工酶（乳酸脫氫酶同工酶（LDH） 功能：功能： 催化乳酸脫氫形成丙酮酸；催化乳酸脫氫形成丙酮酸； 四聚體，由亞基四聚體，由亞基A（M）和）和B（H）組成：）組成： LDH5(M4) LDH4(M3

21、H) LDH3(M2H2) LDH2(MH3) LDH1(H4) 第第6種同工酶種同工酶 LDH-X：亞基：亞基C組成四聚體組成四聚體C4 用途：用途： 存在組織特異性，可通過(guò)其組成和濃度變化診斷存在組織特異性，可通過(guò)其組成和濃度變化診斷 疾病，對(duì)病人和正常人同工酶電泳圖譜比較有助疾病，對(duì)病人和正常人同工酶電泳圖譜比較有助 于疾病診斷。于疾病診斷。 心臟疾病心臟疾病 LDH1、LDH2上升，上升，LDH3、LDH5下降下降 急性肝炎急性肝炎 LDH5明顯上升明顯上升 第五節(jié)第五節(jié) 酶作用的專一性酶作用的專一性 一種酶只能作用于某一種或某一類結(jié)構(gòu)性一種酶只能作用于某一種或某一類結(jié)構(gòu)性 質(zhì)相似的物

22、質(zhì)。質(zhì)相似的物質(zhì)。 底物專一性（分為三種）底物專一性（分為三種） 絕對(duì)專一性絕對(duì)專一性 相對(duì)專一性相對(duì)專一性 立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性 結(jié)構(gòu)專一性結(jié)構(gòu)專一性 鍵專一鍵專一 基團(tuán)專一基團(tuán)專一 1 1）絕對(duì)專一性絕對(duì)專一性 酶對(duì)底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一個(gè)特定的酶對(duì)底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一個(gè)特定的 底物。這種專一性稱為絕對(duì)專一性（底物。這種專一性稱為絕對(duì)專一性（Absolute specificity)。 例：脲酶、例：脲酶、 O 2HN-C-NH2 精氨酸酶精氨酸酶 （結(jié)構(gòu)專一性結(jié)構(gòu)專一性） 2)2)相對(duì)專一性相對(duì)專一性( (Relative SpecificityRelative

23、 Specificity) ) 酶的作用對(duì)象不是一種底物，而是一類化合物或酶的作用對(duì)象不是一種底物，而是一類化合物或 一類化學(xué)鍵一類化學(xué)鍵相對(duì)專一性相對(duì)專一性 （1 1）鍵專一性）鍵專一性 如：酯酶如：酯酶 R-CO-O-RR-CO-O-R （對(duì)（對(duì)R R和和R R/ /不要求不要求 ） （2 2）基團(tuán)專一性）基團(tuán)專一性 對(duì)于鍵的一端有嚴(yán)格要求，但對(duì)鍵的另一端沒(méi)有對(duì)于鍵的一端有嚴(yán)格要求，但對(duì)鍵的另一端沒(méi)有 要求。要求。 消化道中的蛋白酶消化道中的蛋白酶 胰蛋白酶胰蛋白酶:R1=Lys:R1=Lys、ArgArg側(cè)鏈側(cè)鏈 3 3） 立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性 旋光異構(gòu)專一性旋光異構(gòu)專一性 酶只

24、能專一地作用于立體異構(gòu)專一性中的一種，酶只能專一地作用于立體異構(gòu)專一性中的一種， 而不作用于另一種而不作用于另一種 L-L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶催化催化L-AAL-AA氧化，不作用于氧化，不作用于D D -AA-AA。 幾何異構(gòu)專一性幾何異構(gòu)專一性 延胡索酸酶：延胡索酸酶： 只催化延胡索酸即反只催化延胡索酸即反- -丁烯二酸水合生成蘋(píng)果酸及其丁烯二酸水合生成蘋(píng)果酸及其 逆反應(yīng)，對(duì)順丁烯二酸沒(méi)有活性逆反應(yīng)，對(duì)順丁烯二酸沒(méi)有活性 第六節(jié)第六節(jié) 酶的作用機(jī)制酶的作用機(jī)制 一、酶的催化本質(zhì)一、酶的催化本質(zhì) n 活化分子活化分子 有效碰撞有效碰撞 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) n 反應(yīng)速度的高低取決于活化分子的

25、數(shù)目反應(yīng)速度的高低取決于活化分子的數(shù)目 要提高反應(yīng)的速度，通常有二條途徑：要提高反應(yīng)的速度，通常有二條途徑： 提供更多的能量，使較多的反應(yīng)物分子獲得所提供更多的能量，使較多的反應(yīng)物分子獲得所 需要活化能。需要活化能。 降低底物分子所必須具有的活化能降低底物分子所必須具有的活化能 1 1、酶的催化作用與分子活化能、酶的催化作用與分子活化能 酶促反應(yīng)：酶促反應(yīng)：E + S = ES = ESE + S = ES = ES* * EP EP E + P E + P 反應(yīng)速度快慢反應(yīng)速度快慢, ,則主要取決于反應(yīng)的活化能則主要取決于反應(yīng)的活化能EaEa。 催化劑的作用是降低反應(yīng)活化能催化劑的作用是降低

26、反應(yīng)活化能EaEa, ,從而起到從而起到 提高反應(yīng)速度的作用提高反應(yīng)速度的作用 活化能降低活化能降低 2 2、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) 在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成不穩(wěn)定在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成不穩(wěn)定 的酶底物中間復(fù)合物的酶底物中間復(fù)合物E-SE-S。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟?。?dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟?發(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。發(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。 E + S = E-S E + S = E-S P + E P + E 酶酶 與與 中中 間間 產(chǎn)產(chǎn) 物物 3、決定酶專一性的機(jī)制、決定酶專一性的機(jī)制 （a a）鎖鑰學(xué)說(shuō)：認(rèn)為整個(gè)酶分子的

27、天然構(gòu)象是具有剛）鎖鑰學(xué)說(shuō)：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狀。酶與底物的結(jié)合如性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如 同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣 （b b）誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)：）誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)： 酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，但酶的活性酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，但酶的活性 中心具有一定的柔性，兩者相遇底物誘導(dǎo)酶構(gòu)象發(fā)生變中心具有一定的柔性，兩者相遇底物誘導(dǎo)酶構(gòu)象發(fā)生變 化，才形成了互補(bǔ)形狀。化，才形成了互補(bǔ)形狀。 第七節(jié)第七節(jié) 酶促反應(yīng)的速度和影響酶促反應(yīng)的速度和影響 酶促反應(yīng)速度的因素酶促反應(yīng)速度的因素 酶促反應(yīng)速度的測(cè)

28、定酶促反應(yīng)速度的測(cè)定 底物濃度對(duì)酶作用的影響底物濃度對(duì)酶作用的影響 pHpH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 溫度對(duì)酶作用的影響溫度對(duì)酶作用的影響 激活劑對(duì)酶作用的影響激活劑對(duì)酶作用的影響 抑制劑對(duì)酶作用的影響抑制劑對(duì)酶作用的影響 提問(wèn)：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究哪些內(nèi)容？提問(wèn)：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究哪些內(nèi)容？ 答案：答案：反應(yīng)速度反應(yīng)速度 包括（包括（1 1）速度的測(cè)定）速度的測(cè)定 （2 2）影響速度的因素）影響速度的因素 對(duì)于酶促反應(yīng)，即為對(duì)于酶促反應(yīng)，即為酶活力酶活力與與影響酶活力的因素影響酶活力的因素研究研究 酶活力就是酶催化反應(yīng)的能力

29、。酶活力就是酶催化反應(yīng)的能力。 酶的活力酶的活力能催化多快的反應(yīng)能催化多快的反應(yīng) 通常通常以以測(cè)出的酶促反應(yīng)速度表示酶的活力測(cè)出的酶促反應(yīng)速度表示酶的活力； 一、一、酶促反應(yīng)速度的測(cè)定酶促反應(yīng)速度的測(cè)定 反應(yīng)速度（反應(yīng)速度（velocityvelocity）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)底物的消）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)底物的消 耗量或產(chǎn)物的生成量。耗量或產(chǎn)物的生成量。 初速度（初速度（initial velocityinitial velocity）：底物被消耗）：底物被消耗 5%5%以內(nèi)的酶促反應(yīng)速度。以內(nèi)的酶促反應(yīng)速度。 酶促反應(yīng)速度的測(cè)定方法酶促反應(yīng)速度的測(cè)定方法 為何測(cè)定產(chǎn)物濃度比測(cè)為何測(cè)定產(chǎn)物濃度比測(cè) 定底物濃

30、度更恰當(dāng)？定底物濃度更恰當(dāng)？ 因?yàn)橐话愕孜锸沁^(guò)量的，因?yàn)橐话愕孜锸沁^(guò)量的， 它的減少量占原來(lái)總量它的減少量占原來(lái)總量 的一個(gè)極小部分，測(cè)定的一個(gè)極小部分，測(cè)定 不易準(zhǔn)確，而產(chǎn)物從無(wú)不易準(zhǔn)確，而產(chǎn)物從無(wú) 到有，可以比較準(zhǔn)確測(cè)到有，可以比較準(zhǔn)確測(cè) 定。定。 用哪一個(gè)速度來(lái)表示該酶促反應(yīng)的速度特征呢？用哪一個(gè)速度來(lái)表示該酶促反應(yīng)的速度特征呢？ 反應(yīng)反應(yīng)初初速度表示酶速度表示酶 活力活力。 反應(yīng)初速度反應(yīng)初速度 Vo 提問(wèn)：為什么反應(yīng)速提問(wèn)：為什么反應(yīng)速 度會(huì)隨時(shí)間減?。慷葧?huì)隨時(shí)間減?。?1. S降低；降低； 2. 酶受到產(chǎn)物抑制酶受到產(chǎn)物抑制 3. 逆反應(yīng)增大逆反應(yīng)增大 4. 酶失活酶失活 二、影響

31、酶促反應(yīng)速度的因素二、影響酶促反應(yīng)速度的因素 酶濃度酶濃度 底物濃度底物濃度 pH 溫度溫度 激活劑激活劑 抑制劑抑制劑 （一）酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響（一）酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 V與與E成正比關(guān)系（成正比關(guān)系（S足夠大）足夠大） V E （二）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響（二）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 在低底物濃度時(shí)在低底物濃度時(shí), , 反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表 現(xiàn)為現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)特征。特征。 當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié) 合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（V Vm

32、ax max），此時(shí)再增加 ），此時(shí)再增加 底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng)。 混合級(jí)反應(yīng)混合級(jí)反應(yīng) 混合級(jí)混合級(jí) 一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng) 零級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng) E + S ES P + E 它們的濃度分它們的濃度分 別為別為E、S、 ES、P 總酶濃度總酶濃度 Et 1、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 E + S ES P + E Km= k2 + k3 k1 V= V Vmax max S Km + S 當(dāng)當(dāng)S很小時(shí)很小時(shí) V = VmaxS/Km 反應(yīng)反應(yīng) V = VmaxS Km + S 當(dāng)當(dāng)S很大時(shí)很大時(shí) V = Vm

33、axS/S=Vmax 零級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng) 混合級(jí)混合級(jí) 討論：討論： 3、米氏常數(shù)（、米氏常數(shù)（Km）的意義）的意義 Km = S V= VmaxS Km + S 若若 VVmax/2 V 2 VS Km+S 1 Km+S=2S Km=？ 米氏常數(shù)的單位為米氏常數(shù)的單位為mol/Lmol/L。 米氏常數(shù)（米氏常數(shù)（Km）的意義）的意義 不同的酶具有不同不同的酶具有不同K Km m值，它是酶特征物理常數(shù)，固定溫值，它是酶特征物理常數(shù)，固定溫 度、度、pHpH、緩沖體系等條件。、緩沖體系等條件。 同一種酶的不同的底物有不同同一種酶的不同的底物有不同K Km m值，其中值，其中K Km m值最小的底值

34、最小的底 物為最適底物。物為最適底物。 K Km m值表示酶與底物之間的親和力：值表示酶與底物之間的親和力：K Km m值大表示親和力小，值大表示親和力小， 酶的催化活性低酶的催化活性低; ; K Km m值小表示親和力大值小表示親和力大, ,酶的催化活性酶的催化活性 高。高。 與酶及底物種類有關(guān)，與酶濃度無(wú)關(guān)，可以鑒定酶。與酶及底物種類有關(guān)，與酶濃度無(wú)關(guān)，可以鑒定酶。 酶酶底物底物K Km m(mmol/L)(mmol/L) 脲酶脲酶尿素尿素25 溶菌酶溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺0.006 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脫磷酸脫 氫酶氫酶 6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖0.058 胰凝乳蛋白

35、酶胰凝乳蛋白酶 苯甲酰酪氨酰胺苯甲酰酪氨酰胺2.5 甲酰酪氨酰胺甲酰酪氨酰胺12.0 乙酰酪氨酰胺乙酰酪氨酰胺32.0 Km越小，親和力越強(qiáng)越小，親和力越強(qiáng)。底物濃度很小時(shí)，反應(yīng)速度。底物濃度很小時(shí)，反應(yīng)速度 就能達(dá)到很大，性能優(yōu)，代謝中這類酶更為重要。就能達(dá)到很大，性能優(yōu)，代謝中這類酶更為重要。 Km值與米氏方程的運(yùn)用值與米氏方程的運(yùn)用 99%V Vmax = V Vmax S Km + S S=99Km 例如例如:要求要求V=99%V Vmax,則則S應(yīng)為應(yīng)為? V= 米氏方程變化米氏方程變化 1 V = Km V 1 S + 1 V V V= V V S Km + S 縱截距縱截距=1/

36、Vmax 橫截距橫截距=-1/Km （三）（三） pH pH 對(duì)酶作用的影響對(duì)酶作用的影響 在一定的在一定的pH pH 下下, , 酶具有最大的催酶具有最大的催 化活性化活性, ,通常稱此通常稱此 pH pH 為為最適最適pHpH。 2345678910 0 20 40 60 80 100 pH Relative Activity (%) 過(guò)氧化氫酶過(guò)氧化氫酶 胃蛋白酶胃蛋白酶 胰蛋白酶胰蛋白酶 精氨酸酶精氨酸酶 延胡索酸酶延胡索酸酶 RNA酶酶 酶最適酶最適pH，因酶而異，大多數(shù)酶最適，因酶而異，大多數(shù)酶最適pH在在 7.0左右。左右。 pHpH影響酶促反應(yīng)速度的原因影響酶促反應(yīng)速度的原因

37、1 1、pHpH太大或太小使酶變性失活，影響穩(wěn)定性太大或太小使酶變性失活，影響穩(wěn)定性 2 2、影響酶活性部位有關(guān)基因的解離、影響酶活性部位有關(guān)基因的解離 3 3、影響底物的解離狀態(tài)（與酶的結(jié)合力降低）。、影響底物的解離狀態(tài)（與酶的結(jié)合力降低）。 （四）（四） 溫度的影響溫度的影響 溫血?jiǎng)游矬w內(nèi)酶最適溫度：溫血?jiǎng)游矬w內(nèi)酶最適溫度：353540 40 植物體內(nèi)酶最適溫度：植物體內(nèi)酶最適溫度：404050 50 微生物體內(nèi)酶最適溫度：微生物體內(nèi)酶最適溫度：40405050很高很高 大部分酶大部分酶60 60 以上變性，少數(shù)例外，細(xì)胞淀粉酶以上變性，少數(shù)例外，細(xì)胞淀粉酶 9090時(shí)活性很高。時(shí)活性很高

38、。 因此大多數(shù)酶都有一個(gè)最適溫度。因此大多數(shù)酶都有一個(gè)最適溫度。 在最適溫度條件在最適溫度條件 下下, ,反應(yīng)速度最大。反應(yīng)速度最大。 酶若制成干粉，可放置在室溫下保存，而處于溶酶若制成干粉，可放置在室溫下保存，而處于溶 液狀態(tài)時(shí)必須放在冰箱里保存。液狀態(tài)時(shí)必須放在冰箱里保存。 原因何在？原因何在？ 低溫?zé)o水使微生物降解酶的活性低低溫?zé)o水使微生物降解酶的活性低 實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用貯存酶制劑貯存酶制劑 （五）激活劑對(duì)酶作用的影響（五）激活劑對(duì)酶作用的影響 凡能提高酶活力的物質(zhì)都稱為酶的激活劑。凡能提高酶活力的物質(zhì)都稱為酶的激活劑。 1 1、金屬離子或其它無(wú)機(jī)離子、金屬離子或其它無(wú)機(jī)離子 陽(yáng)離子：陽(yáng)

39、離子：K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+等等 陰離子：陰離子：Cl -、Br -等等 2 2、-SH酶的還原劑酶的還原劑 機(jī)理：保護(hù)酶活性中心的機(jī)理：保護(hù)酶活性中心的-SH，參與催化，參與催化 維生素維生素C、半胱氨酸、谷胱甘肽、半胱氨酸、谷胱甘肽 n EDTA（乙二胺四乙酸）（乙二胺四乙酸） 機(jī)理：解除重金屬抑制機(jī)理：解除重金屬抑制 3 3、蛋白質(zhì)（如腸激酶對(duì)胰蛋白酶）、蛋白質(zhì)（如腸激酶對(duì)胰蛋白酶） 無(wú)活性的酶無(wú)活性的酶有活性的酶有活性的酶 激酶（切除激酶（切除/添加基團(tuán)）添加基團(tuán)） （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，稱為酶的使酶的活性

40、降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作抑制作 用用（inhibition）。 能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑抑制劑 （inhibitor）。 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.能夠與酶的活性中心以非共價(jià)或共價(jià)的方式形能夠與酶的活性中心以非共價(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。成比較穩(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合物。 抑制劑的作用方式抑制劑的作用方式 不可逆抑制不可逆抑制 競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制 可逆抑制

41、可逆抑制 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 1 1、不可逆抑制作用、不可逆抑制作用 抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引 起酶的永久性失活。二者結(jié)合以后不能用透析等方法起酶的永久性失活。二者結(jié)合以后不能用透析等方法 除去抑制劑而恢復(fù)酶的活力除去抑制劑而恢復(fù)酶的活力 （irreversible inhibition） 常見(jiàn)的不可逆抑制劑常見(jiàn)的不可逆抑制劑 1 1）有機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物、有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物（抑制、有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物（抑制 SHSH巰基酶）、氰化物、烷化劑（碘乙酸、碘乙酰胺）巰基酶）、氰化物、烷化劑（碘乙酸、碘乙酰胺） 等。等。

42、 2 2）二異丙基氟磷酸（）二異丙基氟磷酸（DIPFDIPF）對(duì)含）對(duì)含Ser-OHSer-OH的酶的不可的酶的不可 逆抑制。逆抑制。 均為均為劇毒劇毒物質(zhì)物質(zhì) （二異丙基氟磷酸）（二異丙基氟磷酸） 有機(jī)磷農(nóng)藥（敵百蟲(chóng)、沙林）有機(jī)磷農(nóng)藥（敵百蟲(chóng)、沙林） 膽堿膽堿 酯酶酯酶 OH P OC2H5 OC2H5 S 有機(jī)磷農(nóng)藥有機(jī)磷農(nóng)藥 神經(jīng)傳導(dǎo)中毒！神經(jīng)傳導(dǎo)中毒！ + (CH 3)3N + CH 2CH2O C O CH 3 (CH 3)3N + CH 2CH2OH + CH 3COOH H 2O 膽堿乙酰化酶膽堿乙?；?膽堿酯酶膽堿酯酶 膽堿膽堿 乙酰膽堿乙酰膽堿 有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑能抑制膽堿酯酶活

43、性，導(dǎo)致乙酰膽堿的有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑能抑制膽堿酯酶活性，導(dǎo)致乙酰膽堿的 堆積，造成神經(jīng)過(guò)度興奮直至抽搐而死。堆積，造成神經(jīng)過(guò)度興奮直至抽搐而死。 乙酰膽堿乙酰膽堿-傳遞神經(jīng)沖動(dòng)傳遞神經(jīng)沖動(dòng) 如何緊急救治呢？如何緊急救治呢？ 排毒排毒 喝雞蛋清、牛奶，洗胃喝雞蛋清、牛奶，洗胃 導(dǎo)泄、利尿?qū)埂⒗?血液灌流（血液灌流（“大換血大換血”） 血液透析（清除游離狀態(tài)毒物）血液透析（清除游離狀態(tài)毒物） 找特效藥找特效藥（解磷定）（解磷定） 2 2、可逆抑制作用、可逆抑制作用 定義：定義：抑制劑與酶的結(jié)合為一可逆反應(yīng)，可以用透抑制劑與酶的結(jié)合為一可逆反應(yīng)，可以用透 析等方法除去抑制劑而恢復(fù)酶的活力。析等方法除去

44、抑制劑而恢復(fù)酶的活力。 根據(jù)抑制劑與底物的關(guān)系，可逆抑制可分為根據(jù)抑制劑與底物的關(guān)系，可逆抑制可分為2 2種類型：種類型： 競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 （1 1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用：競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用： 定義：定義：某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與 底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié) 合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反 應(yīng)被抑制了。應(yīng)被抑制了。 消除抑制的方法：通過(guò)增大底物濃度，即提高底物的消除抑制的方法：通過(guò)增大底物濃度，即提高底物的 競(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)消除。競(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)消除。 琥珀酸脫氫酶催化的反應(yīng)琥