酶與催化反應(yīng)課件

1、酶與催化反應(yīng)1 第七章第七章 酶與催化反應(yīng)酶與催化反應(yīng) ENZYMES AND CATALYTIC REACTIONS 酶與催化反應(yīng)2 酶與催化反應(yīng)3 Enzymes and Enzymatic Reactions 酶與催化反應(yīng)4 一、化學(xué)反應(yīng)具有熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性一、化學(xué)反應(yīng)具有熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性 （一）熱力學(xué)性質(zhì)涉及反應(yīng)平衡和能量平衡（一）熱力學(xué)性質(zhì)涉及反應(yīng)平衡和能量平衡 1 1反應(yīng)平衡可用平衡常數(shù)來(lái)描述反應(yīng)平衡可用平衡常數(shù)來(lái)描述 反應(yīng)平衡（反應(yīng)平衡（reaction equilibrium） 任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在正向反應(yīng)與逆向反應(yīng)任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在正向反應(yīng)與逆向反應(yīng) 速率相等時(shí)，反應(yīng)便不再

2、有新的產(chǎn)物生成速率相等時(shí)，反應(yīng)便不再有新的產(chǎn)物生成, ,這這 時(shí)的化學(xué)反應(yīng)稱為反應(yīng)平衡。時(shí)的化學(xué)反應(yīng)稱為反應(yīng)平衡。 平衡常數(shù)（平衡常數(shù)（equilibrium constant, Keq） 平衡常數(shù)是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反平衡常數(shù)是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反 應(yīng)產(chǎn)物濃度成積與剩余底物濃度成積之比。應(yīng)產(chǎn)物濃度成積與剩余底物濃度成積之比。 酶與催化反應(yīng)5 一定的溫度下，一定的溫度下，Keq與反應(yīng)的初始濃度無(wú)關(guān)，與反應(yīng)的初始濃度無(wú)關(guān)， 它反映化學(xué)反應(yīng)的本性。它反映化學(xué)反應(yīng)的本性。 Keq越大則反應(yīng)越傾向于產(chǎn)物的生成；越大則反應(yīng)越傾向于產(chǎn)物的生成； Keq越小則逆反應(yīng)的程度越大。越小則逆反應(yīng)的程度越大

3、。 Keq是化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的最大限度的是化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的最大限度的 量度量度。 酶與催化反應(yīng)6 2 2自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力 自由能（自由能（free energy） 自由能是能夠用于做功的能量。自由能是能夠用于做功的能量。 在生物系統(tǒng)中，生物分子在等溫、等壓條在生物系統(tǒng)中，生物分子在等溫、等壓條 件下，在化學(xué)反應(yīng)中能量的變化可以用自由能件下，在化學(xué)反應(yīng)中能量的變化可以用自由能 變（變（ G G）來(lái)量度。）來(lái)量度。 酶與催化反應(yīng)7 自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力，影響化學(xué)反自由能的變化是化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力，影響化學(xué)反 應(yīng)的方向。應(yīng)的方向。 G 0 反應(yīng)為吸能反應(yīng)

4、（反應(yīng)為吸能反應(yīng)（endergonic reaction）不能自發(fā)進(jìn)行）不能自發(fā)進(jìn)行 G = 0 反應(yīng)正逆向速率相等，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)反應(yīng)正逆向速率相等，反應(yīng)處于平衡狀態(tài) 酶與催化反應(yīng)8 （二）動(dòng)力學(xué)性質(zhì)是對(duì)反應(yīng)速率的描述（二）動(dòng)力學(xué)性質(zhì)是對(duì)反應(yīng)速率的描述 動(dòng)力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)速率及其影動(dòng)力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)速率及其影 響因素的科學(xué)。響因素的科學(xué)。 反應(yīng)速率是單位體積內(nèi)反應(yīng)進(jìn)度隨時(shí)反應(yīng)速率是單位體積內(nèi)反應(yīng)進(jìn)度隨時(shí) 間的變化率間的變化率, ,任何反應(yīng)速率均由底物濃度和任何反應(yīng)速率均由底物濃度和 速率常數(shù)（速率常數(shù)（rate constant, k）所決定。）所決定。 酶與催化反應(yīng)9 一級(jí)反應(yīng)（一級(jí)

5、反應(yīng)（first-order reaction）:單底物反應(yīng)單底物反應(yīng) 二級(jí)反應(yīng)（二級(jí)反應(yīng)（second-order reaction） ：雙底：雙底 物反應(yīng)物反應(yīng) V僅依賴于一個(gè)底物濃度僅依賴于一個(gè)底物濃度S； V = k S V依賴于兩個(gè)底物濃度依賴于兩個(gè)底物濃度 V = k S1S2 酶與催化反應(yīng)10 二、酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)二、酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) （一）單純酶僅含有氨基酸組分（一）單純酶僅含有氨基酸組分 有些酶其分子結(jié)構(gòu)僅由氨基酸殘基組成，有些酶其分子結(jié)構(gòu)僅由氨基酸殘基組成， 沒有輔助因子。這類酶稱為沒有輔助因子。這類酶稱為單純酶（單純酶（simple enzyme）。）。 如脲酶、

6、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和 核糖核酸酶等。核糖核酸酶等。 酶與催化反應(yīng)11 （二）結(jié)合酶既含有氨基酸組分又含有非氨（二）結(jié)合酶既含有氨基酸組分又含有非氨 基酸組分基酸組分 結(jié)合酶（結(jié)合酶（conjugated enzyme）是除了在其組是除了在其組 成中含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，還含有成中含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，還含有 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分 蛋白質(zhì)部分：酶蛋白蛋白質(zhì)部分：酶蛋白 ( (apoenzyme) 輔助因子輔助因子 (cofactor) 金屬離子金屬離子 小分子有機(jī)化合物小分子有機(jī)化合物 全酶全酶 (holoenzyme) 決定反應(yīng)的

7、特異性（底物）及其催化機(jī)制決定反應(yīng)的特異性（底物）及其催化機(jī)制 決定反應(yīng)的性決定反應(yīng)的性 質(zhì)和反應(yīng)類型質(zhì)和反應(yīng)類型 酶與催化反應(yīng)12 輔助因子分類輔助因子分類 （按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度） 輔酶輔酶 (coenzyme): 與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的 方法除去。方法除去。 輔基輔基 (prosthetic group): 與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超 濾的方法除去濾的方法除去。 酶與催化反應(yīng)13 一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子有機(jī)化合物是重一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子有機(jī)化合物是重 要的輔酶或輔基。要的

8、輔酶或輔基。 輔酶在反應(yīng)過程中可與多種酶蛋白結(jié)合，輔酶在反應(yīng)過程中可與多種酶蛋白結(jié)合， 作為底物在不同的酶之間傳遞電子、質(zhì)子或化作為底物在不同的酶之間傳遞電子、質(zhì)子或化 學(xué)基團(tuán)。學(xué)基團(tuán)。 輔基在反應(yīng)中不能離開與其結(jié)合的酶蛋白。輔基在反應(yīng)中不能離開與其結(jié)合的酶蛋白。 酶與催化反應(yīng)14 金屬離子是常見的輔助因子金屬離子是常見的輔助因子,大概大概2/3的的 酶含金屬離子。酶含金屬離子。 金屬酶金屬酶(metalloenzyme)：兩者結(jié)合：兩者結(jié)合 緊密緊密,提取過程中不易丟失的叫金屬酶。提取過程中不易丟失的叫金屬酶。 金屬激活酶金屬激活酶(metal-activated enzyme)：兩者結(jié)合不

9、緊密的叫金屬激：兩者結(jié)合不緊密的叫金屬激 活酶，金屬離子為酶的活性所必需，卻活酶，金屬離子為酶的活性所必需，卻 不與酶直接結(jié)合，而是通過底物相連接不與酶直接結(jié)合，而是通過底物相連接 酶與催化反應(yīng)15 金屬離子的作用金屬離子的作用 1. 1. 穩(wěn)定構(gòu)象穩(wěn)定構(gòu)象：穩(wěn)定酶蛋白催化活性所必需：穩(wěn)定酶蛋白催化活性所必需 的分子構(gòu)象；的分子構(gòu)象； 2. 2. 構(gòu)成酶的活性中心構(gòu)成酶的活性中心：作為酶的活性中心：作為酶的活性中心 的組成成分，參與構(gòu)成酶的活性中心；的組成成分，參與構(gòu)成酶的活性中心； 3. 3. 連接作用連接作用：作為橋梁，將底物分子與酶：作為橋梁，將底物分子與酶 蛋白螯合起來(lái)。蛋白螯合起來(lái)。

10、 4.4.中和陰離子中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力。，降低反應(yīng)中的靜電斥力。 酶與催化反應(yīng)16 （三）單體酶和寡聚酶（三）單體酶和寡聚酶 單體酶（單體酶（monomeric enzyme） 由一條多肽鏈組成，只具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的酶。由一條多肽鏈組成，只具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的酶。 如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。 寡聚酶（寡聚酶（oligomeric enzyme） 由多個(gè)相同或不同的亞基組成的酶。由多個(gè)相同或不同的亞基組成的酶。 酶與催化反應(yīng)17 多酶復(fù)合物（多酶復(fù)合物（multienzyme complex），）， 或稱多酶體系（或稱多酶體系（mul

11、tienzyme system） 由催化不同化學(xué)反應(yīng)的多種酶聚合組成由催化不同化學(xué)反應(yīng)的多種酶聚合組成 如：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物如：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物 多功能酶（多功能酶（multifunctional enzyme） 或稱串聯(lián)酶（或稱串聯(lián)酶（tandem enzyme） 多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶 如：哺乳動(dòng)物脂肪酸如：哺乳動(dòng)物脂肪酸 酶與催化反應(yīng)18 三、按酶所催化反應(yīng)的類型將酶分為六大類三、按酶所催化反應(yīng)的類型將酶分為六大類 氧化還原酶類氧化還原酶類：催化氧化還原反應(yīng)的酶催化氧化還原反應(yīng)的酶 轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶類：催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移或交換的酶：催化分子間基

12、團(tuán)轉(zhuǎn)移或交換的酶 水解酶類水解酶類：催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶：催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶 裂合酶類裂合酶類：催化從底物移去一個(gè)基團(tuán)并形成雙：催化從底物移去一個(gè)基團(tuán)并形成雙 鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)的酶鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)的酶 異構(gòu)酶類異構(gòu)酶類：催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶類：催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶類 合成酶類合成酶類：催化兩種底物形成一種產(chǎn)物同時(shí)偶：催化兩種底物形成一種產(chǎn)物同時(shí)偶 聯(lián)有高能鍵的水解釋能的酶聯(lián)有高能鍵的水解釋能的酶 酶與催化反應(yīng)19 四、酶可按其所催化的反應(yīng)類型予以命名四、酶可按其所催化的反應(yīng)類型予以命名 （一）酶的系統(tǒng)命名（一）酶的系統(tǒng)命名 習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法，一般是按酶所催化的底物

13、，一般是按酶所催化的底物、生成產(chǎn)、生成產(chǎn) 物的名稱及反應(yīng)方式來(lái)物的名稱及反應(yīng)方式來(lái)命名，在其底物英文名詞上加命名，在其底物英文名詞上加 后綴后綴“ase” 作為酶的名稱往往是水解酶。作為酶的名稱往往是水解酶。 如：蛋白酶（如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatase） 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)，按酶的分根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)，按酶的分 類對(duì)酶命名類對(duì)酶命名每個(gè)酶都有一個(gè)名稱和一個(gè)編號(hào)每個(gè)酶都有一個(gè)名稱和一個(gè)編號(hào) 酶與催化反應(yīng)20 酶的分類與命名舉例酶的分類與命名舉例 酶與催化反應(yīng)21 （二）推薦名稱簡(jiǎn)便而常用（二）推薦名稱簡(jiǎn)便而常用 由于系統(tǒng)名稱

14、較煩瑣，國(guó)際酶學(xué)委員由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國(guó)際酶學(xué)委員 會(huì)還同時(shí)為每一個(gè)酶從常用的習(xí)慣名稱中會(huì)還同時(shí)為每一個(gè)酶從常用的習(xí)慣名稱中 挑選出一個(gè)推薦名稱（挑選出一個(gè)推薦名稱（recommended name）推薦名稱是從每種酶的數(shù)個(gè)習(xí)慣推薦名稱是從每種酶的數(shù)個(gè)習(xí)慣 名稱中以簡(jiǎn)便實(shí)用為原則而選定的。也叫名稱中以簡(jiǎn)便實(shí)用為原則而選定的。也叫 慣用名慣用名 系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱 L-乳酸：乳酸：NAD+氧化還原酶氧化還原酶 推薦名稱推薦名稱 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 酶與催化反應(yīng)22 五、同工酶五、同工酶 （一）同工酶是催化相同化學(xué)反應(yīng)而結(jié)構(gòu)不（一）同工酶是催化相同化學(xué)反應(yīng)而結(jié)構(gòu)不 同的一組酶同的一組酶 定義定義

15、: :同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的是指催化相同的 化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化 性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。 酶與催化反應(yīng)23 基因性同工酶基因性同工酶 由不同基因編碼的多肽鏈由不同基因編碼的多肽鏈 ）多基因位點(diǎn)同工酶）多基因位點(diǎn)同工酶 ： 肽鏈由不同染色體或同一染色體上不同位肽鏈由不同染色體或同一染色體上不同位 點(diǎn)的基因所編碼，彼此獨(dú)立，受不同因素點(diǎn)的基因所編碼，彼此獨(dú)立，受不同因素 調(diào)控，可以不同時(shí)表達(dá)。調(diào)控，可以不同時(shí)表達(dá)。 ）等位基因酶（和復(fù)等位基因酶）等位基因酶（和復(fù)等位基因酶 ）：）：

16、基因位點(diǎn)發(fā)生遺傳變異，酶蛋白上氨基酸基因位點(diǎn)發(fā)生遺傳變異，酶蛋白上氨基酸 置換或缺失，酶仍能催化相同反應(yīng)。置換或缺失，酶仍能催化相同反應(yīng)。 酶與催化反應(yīng)24 同一基因不同同一基因不同mRNA的同工酶的同工酶 同一基因生成不同同一基因生成不同mRNAmRNA： 由不同起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄；由不同起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄； 原始原始RNARNA經(jīng)不同剪接加工而生成不同經(jīng)不同剪接加工而生成不同mRNAmRNA。 不同不同mRNAmRNA翻譯成不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。翻譯成不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。 酶與催化反應(yīng)25 乳酸脫氫酶同工酶乳酸脫氫酶同工酶 乳酸脫氫酶同工酶（乳酸脫氫酶同工酶（LDHLDH），），基因性的基因性的多基

17、多基 因位點(diǎn)同工酶。為四聚體，由因位點(diǎn)同工酶。為四聚體，由M M、H H兩種亞兩種亞 基組成。在體內(nèi)共有五種分子形式，五種基組成。在體內(nèi)共有五種分子形式，五種 同工酶在組織中分布和含量具有特征。同工酶在組織中分布和含量具有特征。 LDHLDH1 1（H H4 4） LDHLDH2 2（H H3 3M M） LDHLDH3 3（H H2 2M M2 2） LDHLDH4 4（HMHM3 3） LDHLDH5 5（M M4 4） 酶與催化反應(yīng)26 酶與催化反應(yīng)27 心肌中以心肌中以LDH1含量最多，含量最多，LDH1對(duì)乳對(duì)乳 酸的親和力較高，因此它的主要作用酸的親和力較高，因此它的主要作用 是催化

18、乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵩龠M(jìn)一步氧是催化乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵩龠M(jìn)一步氧 化分解，以供應(yīng)心肌的能量?；纸猓怨?yīng)心肌的能量。 在骨骼肌中含量最多的是在骨骼肌中含量最多的是LDH 5 ， LDH5對(duì)丙酮酸的親和力較高，因此對(duì)丙酮酸的親和力較高，因此 它的主要作用是催化丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗闹饕饔檬谴呋徂D(zhuǎn)變?yōu)槿?酸，酸，以促進(jìn)糖酵解的進(jìn)行。以促進(jìn)糖酵解的進(jìn)行。 酶與催化反應(yīng)28 己糖激酶己糖激酶 ：作用于多種己糖：作用于多種己糖 同工酶同工酶 ，型型 肝外組織肝外組織 肝臟肝臟 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 強(qiáng)親和力強(qiáng)親和力 強(qiáng)專一性強(qiáng)專一性 催化同一反應(yīng)，表現(xiàn)不同的催化特點(diǎn)催化同一反應(yīng)，表現(xiàn)不同的催化特點(diǎn) 己糖己糖 磷

19、酸己糖磷酸己糖 ATPATP ADPADP 酶與催化反應(yīng)29 （二）同工酶在生物體中的表達(dá)分布具有時(shí)（二）同工酶在生物體中的表達(dá)分布具有時(shí) 空特異性空特異性 同工酶存在于同一種屬的不同個(gè)體，同一個(gè)體同工酶存在于同一種屬的不同個(gè)體，同一個(gè)體 的不同組織、同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以及同的不同組織、同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以及同 一組織、細(xì)胞的不同發(fā)育階段。一組織、細(xì)胞的不同發(fā)育階段。 LDHLDH同工酶同工酶紅細(xì)胞紅細(xì)胞白細(xì)胞白細(xì)胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺腎腎肝肝脾脾 LDHLDH1 1 （H H4 4）4343121227.127.10 07373141443432 21010 LD

20、HLDH2 2 （H H3 3MM）4444494934.734.70 02424343444444 42525 LDHLDH3 3（H H2 2MM2 2）1212333320.920.95 53 33535121211111010 LDHLDH4 4 （HMHM3 3）1 16 611.711.716160 05 51 127272020 LDHLDH5 5 （MM4 4）0 00 05.75.779790 012120 056565 5 人體各組織器官人體各組織器官LDHLDH同工酶譜（活性同工酶譜（活性%） 酶與催化反應(yīng)30 （三）檢測(cè)組織器官同工酶譜的變化有重要（三）檢測(cè)組織器官同工

21、酶譜的變化有重要 的臨床意義的臨床意義 在代謝調(diào)節(jié)上起著在代謝調(diào)節(jié)上起著 重要的作用；重要的作用； 用于解釋發(fā)育過程用于解釋發(fā)育過程 中階段特有的代謝特征；中階段特有的代謝特征； 同工酶譜的改變有同工酶譜的改變有 助于對(duì)疾病的診斷；助于對(duì)疾病的診斷； 同工酶可以作為遺同工酶可以作為遺 傳標(biāo)志，用于遺傳分析傳標(biāo)志，用于遺傳分析 研究。研究。 心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶譜的變化同工酶譜的變化 1 1 酶酶 活活 性性 心肌梗死酶譜心肌梗死酶譜 正常酶譜正常酶譜 肝病酶譜肝病酶譜 2 23 34 45 5 酶與催化反應(yīng)31 第二節(jié)第二節(jié) 酶的工作原理酶的工作原理

22、Mechanism of Enzymatic Reactions 酶與催化反應(yīng)32 一、酶具有與一般催化劑相似的工作原理、酶具有與一般催化劑相似的工作原理 （一）酶與一般催化劑一樣能降低反應(yīng)的活化能（一）酶與一般催化劑一樣能降低反應(yīng)的活化能 活化能活化能：指在一定溫度下一摩爾底物（指在一定溫度下一摩爾底物（substrate） 從低自由能的初始態(tài)轉(zhuǎn)變成能量較高的過渡態(tài)從低自由能的初始態(tài)轉(zhuǎn)變成能量較高的過渡態(tài) 所需要的自由能，即過渡態(tài)中間產(chǎn)物比基態(tài)底所需要的自由能，即過渡態(tài)中間產(chǎn)物比基態(tài)底 物高出的那部分能量。物高出的那部分能量。 酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)制都是降低反酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)

23、制都是降低反 應(yīng)的活化能應(yīng)的活化能( (activation energy) )。酶比一般催化劑。酶比一般催化劑 更有效地降低反應(yīng)的活化能。更有效地降低反應(yīng)的活化能。 酶與催化反應(yīng)33 反應(yīng)總能量改變反應(yīng)總能量改變 非催化反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能 酶促反應(yīng)酶促反應(yīng) 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催 化反應(yīng)的活化能化反應(yīng)的活化能 能能 量量 反反 應(yīng)應(yīng) 過過 程程 底物底物 產(chǎn)物產(chǎn)物 酶促反應(yīng)活化能的改變酶促反應(yīng)活化能的改變 酶與催化反應(yīng)34 （二）酶與一般催化劑一樣能加速化學(xué)（二）酶與一般催化劑一樣能加速化學(xué) 反應(yīng)而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)反應(yīng)而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn) 酶與一般催化劑一樣，只能加

24、快反應(yīng)速率，酶與一般催化劑一樣，只能加快反應(yīng)速率， 使其縮短到達(dá)反應(yīng)平衡的時(shí)間，而不能改變反使其縮短到達(dá)反應(yīng)平衡的時(shí)間，而不能改變反 應(yīng)的平衡點(diǎn)。應(yīng)的平衡點(diǎn)。 反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)自由能的變化僅取決于底反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)自由能的變化僅取決于底 物與產(chǎn)物的自由能之差。物與產(chǎn)物的自由能之差。 任何催化劑都不能改變底物和產(chǎn)物自身的任何催化劑都不能改變底物和產(chǎn)物自身的 自由能。自由能。 酶與催化反應(yīng)35 二、酶具有不同于一般催化劑的顯著特點(diǎn)二、酶具有不同于一般催化劑的顯著特點(diǎn) 酶的催化效率通常比無(wú)催化劑時(shí)的自發(fā)反應(yīng)高酶的催化效率通常比無(wú)催化劑時(shí)的自發(fā)反應(yīng)高 1081020倍，比一般無(wú)機(jī)催化劑高倍，比一般無(wú)機(jī)催化

25、劑高1071013倍。倍。 （一）酶對(duì)底物具有極高的催化效率（一）酶對(duì)底物具有極高的催化效率 酶與催化反應(yīng)36 酶的特異性或?qū)Ｒ恍悦傅奶禺愋曰驅(qū)Ｒ恍裕╯pecificity） 酶對(duì)其所催化的底物和反應(yīng)類型具有嚴(yán)格的酶對(duì)其所催化的底物和反應(yīng)類型具有嚴(yán)格的 選擇性，一種酶只作用于一種化合物，或一類化選擇性，一種酶只作用于一種化合物，或一類化 學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn) 物的現(xiàn)象。物的現(xiàn)象。 （二）酶對(duì)底物具有高度的特異性或?qū)Ｒ恍裕ǘ┟笇?duì)底物具有高度的特異性或?qū)Ｒ恍?酶與催化反應(yīng)37 1. 1.有的酶對(duì)其底物具有極其嚴(yán)格的有的酶對(duì)其底物具有

26、極其嚴(yán)格的絕對(duì)專一性絕對(duì)專一性 有的酶僅對(duì)一種特定結(jié)構(gòu)的底物起催化作有的酶僅對(duì)一種特定結(jié)構(gòu)的底物起催化作 用，產(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。酶對(duì)底物的這用，產(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。酶對(duì)底物的這 種極其嚴(yán)格的選擇性稱為種極其嚴(yán)格的選擇性稱為絕對(duì)特異性（絕對(duì)特異性（absolute specificity）。）。 脲酶僅水解尿素，對(duì)甲基尿素則無(wú)反應(yīng)。脲酶僅水解尿素，對(duì)甲基尿素則無(wú)反應(yīng)。 酶與催化反應(yīng)38 2. 2.多數(shù)酶對(duì)其底物具有多數(shù)酶對(duì)其底物具有相對(duì)特異性相對(duì)特異性 多數(shù)酶可對(duì)一類化合物或一種化學(xué)鍵起催多數(shù)酶可對(duì)一類化合物或一種化學(xué)鍵起催 化作用，這種對(duì)底物分子不太嚴(yán)格的選擇性稱化作用，這種對(duì)底物分

27、子不太嚴(yán)格的選擇性稱 為為相對(duì)特異性（相對(duì)特異性（relative specificity）。）。 脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡(jiǎn)單的酯。脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡(jiǎn)單的酯。 胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴 氨酸）的羧基所形成的肽鍵。氨酸）的羧基所形成的肽鍵。 酶與催化反應(yīng)39 各種蛋白酶對(duì)肽鍵的專一性各種蛋白酶對(duì)肽鍵的專一性 酶與催化反應(yīng)40 人體內(nèi)有多種人體內(nèi)有多種蛋白激酶蛋白激酶，它們均，它們均催化底物蛋白質(zhì)催化底物蛋白質(zhì) 絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化的磷酸化 酶與催化反應(yīng)41 3 3立體異構(gòu)特異性立體異構(gòu)特

28、異性： 一種酶只能作用于一種立體異構(gòu)體，或只能生成一一種酶只能作用于一種立體異構(gòu)體，或只能生成一 種立體異構(gòu)體，稱為立體異構(gòu)特異性。種立體異構(gòu)體，稱為立體異構(gòu)特異性。 （1) 1)光學(xué)專一性光學(xué)專一性：光學(xué)異構(gòu)體的識(shí)別。：光學(xué)異構(gòu)體的識(shí)別。 例例 L-gluL-glu脫氨酶：識(shí)別脫氨酶：識(shí)別L-gluL-glu，不識(shí)別，不識(shí)別 D-glu D-glu 酶與催化反應(yīng)42 延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 蘋果酸蘋果酸 H2O （2)順反專一性順反專一性 (幾何）幾何） 酶與催化反應(yīng)43 （三）（三） 酶的催化活性是可以調(diào)節(jié)的：酶的催化活性是可以調(diào)節(jié)的： 酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)酶

29、促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī) 體不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需體不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需 要。要。 許多因素可以影響或調(diào)節(jié)酶的催化活性，許多因素可以影響或調(diào)節(jié)酶的催化活性， 如代謝物對(duì)酶分子的變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價(jià)修如代謝物對(duì)酶分子的變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價(jià)修 飾，酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏等。飾，酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏等。 酶與催化反應(yīng)44 三、酶活性中心是酶與底物結(jié)合并將底物三、酶活性中心是酶與底物結(jié)合并將底物 轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的特定部位轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的特定部位 或稱活性部位或稱活性部位(active site)，指必需基團(tuán)指必需基團(tuán) 在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定

30、空間 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn) 物的區(qū)域。物的區(qū)域。 酶的活性中心酶的活性中心( (active center) ) （一）酶分子上的必需基團(tuán)與酶的活性密切相關(guān)（一）酶分子上的必需基團(tuán)與酶的活性密切相關(guān) 酶與催化反應(yīng)45 酶的活性中心由許多必需基團(tuán)組成酶的活性中心由許多必需基團(tuán)組成 必需基團(tuán)必需基團(tuán)(essential group) 酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中，酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中， 與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)。與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)。 常見的必需基團(tuán)常見的必需基團(tuán) 絲氨酸殘基的絲氨酸殘基的羥基羥基 組氨酸殘基的組氨酸

31、殘基的咪唑基咪唑基 半胱氨酸殘基的半胱氨酸殘基的巰基巰基 酸性氨基酸殘基的酸性氨基酸殘基的羧基羧基 酶與催化反應(yīng)46 結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán) binding group 催化基團(tuán)催化基團(tuán) (catalytic group) 催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有 的空間構(gòu)象所必需。的空間構(gòu)象所必需。 酶與催化反應(yīng)47 底底 物物 活性中心以外活性中心以外 的必需基團(tuán)的必需基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán) 催化基團(tuán)催化基團(tuán) 活性中心活性中心 目目 錄錄 酶與催化反應(yīng)48 組成酶活性中組成酶活性中 心的必需基團(tuán)在一心的必需基團(tuán)在一 級(jí)結(jié)構(gòu)上可

32、能相距級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距 很遠(yuǎn)，但在形成三很遠(yuǎn)，但在形成三 級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)相互接近，級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)相互接近， 形成具有三維結(jié)構(gòu)形成具有三維結(jié)構(gòu) 的區(qū)域，且多是酶的區(qū)域，且多是酶 分子中的裂隙或凹分子中的裂隙或凹 陷所形成的疏水口陷所形成的疏水口 袋。袋。 （二）酶的活性中心的構(gòu)象有利于酶與底物結(jié)（二）酶的活性中心的構(gòu)象有利于酶與底物結(jié) 合及催化反應(yīng)合及催化反應(yīng) 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈 性蛋白酶活性中心性蛋白酶活性中心“口袋口袋” 酶與催化反應(yīng)49 酶的活性中心對(duì)底物具有高度的特異性酶的活性中心對(duì)底物具有高度的特異性 酶活性中心與底物結(jié)合時(shí)，發(fā)生構(gòu)象改變，相互酶活性中心與底物結(jié)合

33、時(shí)，發(fā)生構(gòu)象改變，相互 誘導(dǎo)契合，增加與底物的互補(bǔ)性誘導(dǎo)契合，增加與底物的互補(bǔ)性 大多數(shù)情況下底物與大多數(shù)情況下底物與酶活性中心最初的結(jié)合是非酶活性中心最初的結(jié)合是非 共價(jià)性的共價(jià)性的 氫鍵氫鍵 離子鍵離子鍵 疏水鍵疏水鍵 van der Waals力力 酶與催化反應(yīng)50 （一）酶與底物之間的相互作用表現(xiàn)有多種效應(yīng)（一）酶與底物之間的相互作用表現(xiàn)有多種效應(yīng) 1 1酶與底物結(jié)合時(shí)相互誘導(dǎo)發(fā)生構(gòu)象改變酶與底物結(jié)合時(shí)相互誘導(dǎo)發(fā)生構(gòu)象改變 誘導(dǎo)契合假說（誘導(dǎo)契合假說（induced-fit hypothesis） 酶酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物 E + S E + P ES 酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互

34、誘導(dǎo)、酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、 相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過 程稱為酶程稱為酶- -底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說 四、酶對(duì)底物具有多種催化機(jī)制四、酶對(duì)底物具有多種催化機(jī)制 酶與催化反應(yīng)51 酶與催化反應(yīng)52 羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式 底物底物 酶與催化反應(yīng)53 2 2形成酶形成酶- -底物過渡態(tài)復(fù)合物過程中釋放結(jié)合能底物過渡態(tài)復(fù)合物過程中釋放結(jié)合能 底物與酶的活性中心相互誘導(dǎo)契合形成過渡態(tài)底物與酶的活性中心相互誘導(dǎo)契合形成過渡態(tài) 化合物，過渡態(tài)與酶的活性中心以次級(jí)鍵化合物，過渡態(tài)與酶的活性中心以次級(jí)

35、鍵( (氫鍵、離氫鍵、離 子鍵、疏水鍵子鍵、疏水鍵) )相結(jié)合，這一過程是釋能反應(yīng)，所釋相結(jié)合，這一過程是釋能反應(yīng)，所釋 放的能量稱為結(jié)合能放的能量稱為結(jié)合能( (binding energy) )。 結(jié)合能可以抵消一部分活化能，是酶反應(yīng)降低結(jié)合能可以抵消一部分活化能，是酶反應(yīng)降低 活化能的主要能量來(lái)源?；罨艿闹饕芰縼?lái)源。 酶不能使底物形成過渡態(tài)，則沒有結(jié)合能的釋酶不能使底物形成過渡態(tài)，則沒有結(jié)合能的釋 放，也就不能催化反應(yīng)的進(jìn)行。放，也就不能催化反應(yīng)的進(jìn)行。 酶與催化反應(yīng)54 3 3鄰近效應(yīng)和定向排列有利于底物形成過渡態(tài)鄰近效應(yīng)和定向排列有利于底物形成過渡態(tài) 鄰近效應(yīng)（鄰近效應(yīng)（prox

36、imity effect）和定向排列）和定向排列 （orientation arrange）將分子間的反應(yīng)變成類）將分子間的反應(yīng)變成類 似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率顯著提高。似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率顯著提高。 底物底物B B 底物底物A A 酶酶酶酶- -底物復(fù)合物底物復(fù)合物 酶與催化反應(yīng)55 在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)有很大的優(yōu)越性，此在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)有很大的優(yōu)越性，此 現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)（表面效應(yīng)（surface effect）。）。 酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋口袋” 中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進(jìn)行。疏水中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部

37、的疏水環(huán)境中進(jìn)行。疏水 環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（desolvation），排除），排除 周圍大量水分子對(duì)酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾周圍大量水分子對(duì)酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾 性吸引或排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底性吸引或排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底 物和酶分子之間的直接密切接觸和相互結(jié)合。物和酶分子之間的直接密切接觸和相互結(jié)合。 4. 4. 表面效應(yīng)有利于底物和酶的接觸與結(jié)合表面效應(yīng)有利于底物和酶的接觸與結(jié)合 酶與催化反應(yīng)56 （二）酶對(duì)底物呈現(xiàn)多元催化（二）酶對(duì)底物呈現(xiàn)多元催化 酸酸-堿催化堿催化 酶是兩性解離的蛋白質(zhì)，酶活性中心上酶是兩性解離的

38、蛋白質(zhì)，酶活性中心上 有些基團(tuán)是質(zhì)子供體（酸），有些是質(zhì)子接有些基團(tuán)是質(zhì)子供體（酸），有些是質(zhì)子接 受體（堿）。受體（堿）。 這些基團(tuán)在酶活性中心的準(zhǔn)確定位有利這些基團(tuán)在酶活性中心的準(zhǔn)確定位有利 于質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，這種酸于質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，這種酸-堿催化可以使反應(yīng)速堿催化可以使反應(yīng)速 率提高率提高102 105倍。倍。 一般催化劑只有一種解離狀態(tài)，僅表現(xiàn)一般催化劑只有一種解離狀態(tài)，僅表現(xiàn)酸催酸催 化或堿催化化或堿催化 酶與催化反應(yīng)57 R N H H H + R NH 2 . CH NH HN CCHR + CH N： HN CCHR OHRO-R 酶分子中具有酸酶分子中具有酸- -堿催化作用的基團(tuán)堿催

39、化作用的基團(tuán) 酶與催化反應(yīng)58 共價(jià)催化（共價(jià)催化（covalent catalysis）。）。 很多酶在催化過程中，與底物形成瞬時(shí)很多酶在催化過程中，與底物形成瞬時(shí) 共價(jià)鍵，底物與酶形成共價(jià)鍵后被激活，共價(jià)鍵，底物與酶形成共價(jià)鍵后被激活， 并很容易進(jìn)一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶。并很容易進(jìn)一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶。 這種催化機(jī)制稱為共價(jià)催化（這種催化機(jī)制稱為共價(jià)催化（covalent catalysis）。）。 AB + E： AE + B H2O AE A + E：+ B 酶與催化反應(yīng)59 酶的親核基團(tuán)與底物共價(jià)結(jié)合酶的親核基團(tuán)與底物共價(jià)結(jié)合 酶與催化反應(yīng)60 親核催化或親電子催化親核催化

40、或親電子催化 酶活性中心有的催化基團(tuán)屬于親核基團(tuán)，酶活性中心有的催化基團(tuán)屬于親核基團(tuán)， 可以提供電子給帶有部分正電荷的過渡態(tài)底可以提供電子給帶有部分正電荷的過渡態(tài)底 物，形成瞬間共價(jià)鍵。這種催化作用稱為親物，形成瞬間共價(jià)鍵。這種催化作用稱為親 核催化（核催化（nucleophilic catalysis）。）。 親電子催化（親電子催化（electrophilic catalysis）可）可 使酶活性中心的陽(yáng)離子親電子基團(tuán)與富含電使酶活性中心的陽(yáng)離子親電子基團(tuán)與富含電 子的底物形成共價(jià)鍵。子的底物形成共價(jià)鍵。 酶與催化反應(yīng)61 胰凝乳蛋白酶的親核催化、共價(jià)催化和酸胰凝乳蛋白酶的親核催化、共價(jià)催化

41、和酸- -堿催化機(jī)制堿催化機(jī)制 酶與催化反應(yīng)62 第三節(jié)第三節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) The Kinetics of Enzymatic Reactions 酶與催化反應(yīng)63 酶與催化反應(yīng)64 單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)； 酶促反應(yīng)速率酶促反應(yīng)速率（velocity，V）一般在一般在 規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底 物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來(lái)表示；物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來(lái)表示； 反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗 量很?。ㄒ话阍诹亢苄。ㄒ话阍?以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速 率；率； 底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度

42、。底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。 研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素 均恒定均恒定 酶與催化反應(yīng)65 一、采用酶促反應(yīng)初速率來(lái)研究酶促反一、采用酶促反應(yīng)初速率來(lái)研究酶促反 應(yīng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)動(dòng)力學(xué) （一）酶活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力（一）酶活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力 衡量酶活性的尺度是酶促反應(yīng)速率的大衡量酶活性的尺度是酶促反應(yīng)速率的大 小。小。 酶促反應(yīng)速率可用單位時(shí)間內(nèi)底物的減酶促反應(yīng)速率可用單位時(shí)間內(nèi)底物的減 少量或產(chǎn)物的生成量來(lái)表示。少量或產(chǎn)物的生成量來(lái)表示。 由于底物的消耗量不易測(cè)定，所以實(shí)際由于底物的消耗量不易測(cè)定，所以實(shí)際 工作中經(jīng)常是測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量

43、。工作中經(jīng)常是測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量。 酶與催化反應(yīng)66 酶的活性酶的活性: 以以 在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下（如溫度、在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下（如溫度、pH的限的限 定和足夠的底物濃度等），定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化每分鐘催化 1 mol底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為1個(gè)國(guó)個(gè)國(guó) 際單位（際單位（IU）。）。 酶與催化反應(yīng)67 催量（催量（Katal） 1IU16.6710 9 Kat 1 1 催量是指在特定條件下，每秒鐘將催量是指在特定條件下，每秒鐘將 1mol1mol底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需的酶量底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需的酶量 比活性（比活性（specific activity

44、）：）：表示酶的純度表示酶的純度 比活性單位是每比活性單位是每mg蛋白質(zhì)所含酶的國(guó)際單位數(shù)，蛋白質(zhì)所含酶的國(guó)際單位數(shù)， 其單位是其單位是IU mg 蛋白蛋白 1 酶與催化反應(yīng)68 （二）酶促反應(yīng)初速率是反應(yīng)剛剛開始時(shí)測(cè)得（二）酶促反應(yīng)初速率是反應(yīng)剛剛開始時(shí)測(cè)得 的反應(yīng)速率的反應(yīng)速率 酶促反應(yīng)初速率是指反應(yīng)剛剛開始，各種影響酶促反應(yīng)初速率是指反應(yīng)剛剛開始，各種影響 因素尚未發(fā)揮作用時(shí)的酶促反應(yīng)速率，即反應(yīng)時(shí)間因素尚未發(fā)揮作用時(shí)的酶促反應(yīng)速率，即反應(yīng)時(shí)間 進(jìn)程曲線為直線部分時(shí)的反應(yīng)速率。進(jìn)程曲線為直線部分時(shí)的反應(yīng)速率。 酶與催化反應(yīng)69 二、二、底物濃度對(duì)底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響酶促反應(yīng)速率的

45、影響 （一）酶促反應(yīng)速率對(duì)底物濃度作圖呈矩形雙曲線一）酶促反應(yīng)速率對(duì)底物濃度作圖呈矩形雙曲線 在酶濃度和在酶濃度和 其他反應(yīng)條件不其他反應(yīng)條件不 變的情況下，反變的情況下，反 應(yīng)速率應(yīng)速率V對(duì)底物對(duì)底物 濃度濃度S作圖作圖呈矩呈矩 形雙曲線。形雙曲線。 酶與催化反應(yīng)70 當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí) 反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反 應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。 目目 錄錄 酶與催化反應(yīng)71 隨著底物濃度的增高隨著底物濃度的增高 反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng) 為混合級(jí)反應(yīng)。為混合級(jí)反應(yīng)。 酶與催化反應(yīng)72 當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度當(dāng)?shù)孜?/p>

46、濃度高達(dá)一定程度 酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增 加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。 酶與催化反應(yīng)73 （二）反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系可用米（二）反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系可用米- -曼氏曼氏 方程式表示方程式表示 1 1米米- -曼氏方程定量地描述底物濃度與反應(yīng)速曼氏方程定量地描述底物濃度與反應(yīng)速 率的關(guān)系率的關(guān)系 酶促反應(yīng)模式酶促反應(yīng)模式中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物學(xué)說 E + S k1 k2 k3 ESE + P 酶與催化反應(yīng)74 1913年年Michaelis和和Menten提出反應(yīng)速率與提出反應(yīng)速率與 底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米底

47、物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米-曼氏方程曼氏方程 式，簡(jiǎn)稱米氏方程式式，簡(jiǎn)稱米氏方程式(Michaelis equation)。 S：底物濃度：底物濃度 V：不同：不同S時(shí)的反應(yīng)速率時(shí)的反應(yīng)速率 Vmax：最大反應(yīng)速率：最大反應(yīng)速率(maximum velocity) m：米氏常數(shù)：米氏常數(shù)(Michaelis constant) VmaxS Km + S 酶與催化反應(yīng)75 米米-曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)：曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)： 1 E與與S形成形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)， 而而ES分解為分解為E及及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速率取決的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速

48、率取決 于慢反應(yīng)于慢反應(yīng)。即即 Vk3ES (1) S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的總濃度，因此在反應(yīng) 的初始階段，的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即的濃度可認(rèn)為不變即SSt。 酶與催化反應(yīng)76 2 2米米- -曼氏方程的推導(dǎo)過程引入了穩(wěn)態(tài)概念曼氏方程的推導(dǎo)過程引入了穩(wěn)態(tài)概念 k2+k3 Km （米氏常數(shù)）（米氏常數(shù)） k1 令：令： 則則(2)(2)變?yōu)樽優(yōu)? : (EtES) S Km ES (2) (EtES)Sk2+k3 ES k1 整理得：整理得： 酶與催化反應(yīng)77 將將(3)(3)代入代入(1) (1) 得得 k3EtS Km + S (4) V 當(dāng)?shù)孜餄舛?/p>

49、很高，將酶的活性中心全部飽和時(shí)，當(dāng)?shù)孜餄舛群芨?，將酶的活性中心全部飽和時(shí)， 即即EtES，反應(yīng)達(dá)最大速率反應(yīng)達(dá)最大速率 Vmaxk3ESk3Et (5) ES EtS Km + S (3) 整理得整理得: : 將將(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式： VmaxS Km + S V 酶與催化反應(yīng)78 KmS Km值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半 時(shí)的底物濃度，單位與時(shí)的底物濃度，單位與底物濃度單位底物濃度單位相同。相同。 2 Km + S Vmax VmaxS （三）動(dòng)力學(xué)參數(shù)可用來(lái)比較酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)（三）動(dòng)力學(xué)參數(shù)可用來(lái)比較酶促

50、反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) 性質(zhì)性質(zhì) 1Km值等于即刻反應(yīng)速率達(dá)到值等于即刻反應(yīng)速率達(dá)到Vmax一半時(shí)的底物濃度一半時(shí)的底物濃度 酶與催化反應(yīng)79 2 2Km是酶的特征性常數(shù)是酶的特征性常數(shù) 在酶的結(jié)構(gòu)、溶液在酶的結(jié)構(gòu)、溶液pH、溫度等條件不變的情、溫度等條件不變的情 況下，酶促反應(yīng)底物的況下，酶促反應(yīng)底物的Km不因反應(yīng)中酶濃度的改不因反應(yīng)中酶濃度的改 變而不同。變而不同。 同一酶對(duì)其所催化的不同底物有不同的同一酶對(duì)其所催化的不同底物有不同的Km； 不同酶對(duì)同一底物也有其各自的不同酶對(duì)同一底物也有其各自的Km Km的范圍多在的范圍多在10-610-2mol/L之間。之間。 酶與催化反應(yīng)80 3 3Km在一定

51、條件下可表示酶對(duì)底物的親和力在一定條件下可表示酶對(duì)底物的親和力 k1 Km = k2 + k3 當(dāng)當(dāng)k3 k2時(shí)，時(shí)，Km k2/k1。即相當(dāng)于。即相當(dāng)于ES分解為分解為 E + S 的解離常數(shù)（的解離常數(shù)（dissociation constant, Ks）。此）。此 時(shí)，時(shí)，Km代表酶對(duì)底物的親和力。代表酶對(duì)底物的親和力。 Km越大，表示酶對(duì)底物的親和力越小；越大，表示酶對(duì)底物的親和力越小； Km越小，表示酶對(duì)底物的親和力越大。越小，表示酶對(duì)底物的親和力越大。 酶與催化反應(yīng)81 4Vmax是酶被底物完全飽和時(shí)的反應(yīng)速率是酶被底物完全飽和時(shí)的反應(yīng)速率 當(dāng)所有的酶均與底物形成當(dāng)所有的酶均與底物

52、形成ES時(shí)（即時(shí)（即ES = Et），反應(yīng)速率達(dá)到最大。），反應(yīng)速率達(dá)到最大。 即即Vmax = k3 Et。 酶與催化反應(yīng)82 5 5kcat代表酶的轉(zhuǎn)換數(shù)代表酶的轉(zhuǎn)換數(shù) kcat = Vmax /Et kcat表示酶被底物完全飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)表示酶被底物完全飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi) 每個(gè)酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物每個(gè)酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 的分子數(shù)。的分子數(shù)。 kcat也稱為也稱為酶的轉(zhuǎn)換數(shù)酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number)，單，單 位是位是s 1 多數(shù)酶的轉(zhuǎn)換數(shù)在多數(shù)酶的轉(zhuǎn)換數(shù)在1 104 s 1之間之間 酶與催化反應(yīng)83 酶酶底底 物物轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù) （

53、s 1） 過氧化氫酶過氧化氫酶H2O240 000 000 碳酸酐酶碳酸酐酶HCO3 400 000 乙酰膽堿酯酶乙酰膽堿酯酶乙酰膽堿乙酰膽堿14 000 -內(nèi)酰胺酶內(nèi)酰胺酶芐青霉素芐青霉素2 000 延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸延胡索酸800 Rec A蛋白蛋白ATP0.4 一些酶的轉(zhuǎn)換數(shù)一些酶的轉(zhuǎn)換數(shù) 酶與催化反應(yīng)84 6在低底物濃度時(shí)，在低底物濃度時(shí)，kcat/Km代表酶的催化效率代表酶的催化效率 Et S Km V = kcat 當(dāng)當(dāng)S E E2 2 E E3 3。從圖。從圖 中可知，中可知， EE的變化不影響酶促反應(yīng)的的變化不影響酶促反應(yīng)的K Km m。 B：反應(yīng)速率對(duì)酶濃度作圖，：

54、反應(yīng)速率對(duì)酶濃度作圖，V與與E呈直線關(guān)系。呈直線關(guān)系。 酶與催化反應(yīng)92 四、四、溫度對(duì)溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響酶促反應(yīng)速率的影響 酶與催化反應(yīng)93 一般來(lái)說，酶促反應(yīng)速度隨溫一般來(lái)說，酶促反應(yīng)速度隨溫 度的增高而加快。但當(dāng)溫度增加達(dá)到某一度的增高而加快。但當(dāng)溫度增加達(dá)到某一 點(diǎn)后，由于酶蛋白的熱變性作用，反應(yīng)速點(diǎn)后，由于酶蛋白的熱變性作用，反應(yīng)速 度迅速下降，直到完全失活。度迅速下降，直到完全失活。 酶促反應(yīng)速度隨溫度升高而達(dá)到一最大值酶促反應(yīng)速度隨溫度升高而達(dá)到一最大值 時(shí)的溫度就稱為酶的最適溫度。時(shí)的溫度就稱為酶的最適溫度。酶的最適酶的最適 溫度與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，因而它不是酶的特溫度與實(shí)驗(yàn)

55、條件有關(guān)，因而它不是酶的特 征性常數(shù)。征性常數(shù)。 酶與催化反應(yīng)94 哺乳動(dòng)物組織中酶的最適溫度多在哺乳動(dòng)物組織中酶的最適溫度多在35354040之間之間 TaqTaq DNA DNA聚合酶最適溫度為聚合酶最適溫度為7272 * * 低溫的應(yīng)用低溫的應(yīng)用 一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不 被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復(fù)被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復(fù) 低溫保存酶和菌種等生物制品低溫保存酶和菌種等生物制品 低溫麻醉低溫麻醉 酶與催化反應(yīng)95 五、五、 pH對(duì)對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響酶促反應(yīng)速率的影響 pHpH對(duì)幾種酶活性的影響對(duì)幾種酶活性的影響 酶與催化反

56、應(yīng)96 pHpH對(duì)酶活性的影響主要有下列幾個(gè)方面：對(duì)酶活性的影響主要有下列幾個(gè)方面： （1 1）極強(qiáng)的酸或堿可以使酶的空間結(jié)構(gòu)破壞，）極強(qiáng)的酸或堿可以使酶的空間結(jié)構(gòu)破壞， 引起酶變性；引起酶變性； （2 2）影響酶活性中心催化基團(tuán)的解離狀態(tài)，）影響酶活性中心催化基團(tuán)的解離狀態(tài)， 使底物不能分解成產(chǎn)物；使底物不能分解成產(chǎn)物； （3 3）影響酶活性中心結(jié)合基團(tuán)的解離狀態(tài)，）影響酶活性中心結(jié)合基團(tuán)的解離狀態(tài)， 使底物不能與它結(jié)合；使底物不能與它結(jié)合； （4 4）影響底物和輔酶功能基團(tuán)的解離狀態(tài)。）影響底物和輔酶功能基團(tuán)的解離狀態(tài)。 酶與催化反應(yīng)97 酶催化活性最高時(shí)溶液的酶催化活性最高時(shí)溶液的pHp

57、H值就稱為值就稱為 酶的最適酶的最適pHpH。 人體內(nèi)大多數(shù)酶的最適人體內(nèi)大多數(shù)酶的最適pHpH在在6.56.58.08.0 之間。之間。 酶的最適酶的最適pHpH不是酶的特征性常數(shù)。不是酶的特征性常數(shù)。 酶與催化反應(yīng)98 六、激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響六、激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 酶的激活劑酶的激活劑（activator） 使酶從無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)使酶從無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì) 必需激活劑必需激活劑（essential activator） 為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測(cè)不到酶的活性為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測(cè)不到酶的活性 MgMg2+ 2+為己糖激酶的必需激活

58、劑 為己糖激酶的必需激活劑 非必需激活劑非必需激活劑（non-essential activator） 可以提高酶的催化活性，但不是必需的可以提高酶的催化活性，但不是必需的 ClCl- -對(duì)唾液淀粉酶的激活作用對(duì)唾液淀粉酶的激活作用 酶與催化反應(yīng)99 在酶促反應(yīng)中，凡能與酶結(jié)合而使酶的催化在酶促反應(yīng)中，凡能與酶結(jié)合而使酶的催化 活性下降或消失，但又不引起酶變性的物質(zhì)稱為活性下降或消失，但又不引起酶變性的物質(zhì)稱為 酶的酶的抑制劑（抑制劑（inhibitor，I）。）。 七、抑制劑對(duì)酶活性抑制作用七、抑制劑對(duì)酶活性抑制作用 抑制劑可與酶活性中心內(nèi)或活性中心外的抑制劑可與酶活性中心內(nèi)或活性中心外的

59、必需基團(tuán)結(jié)合，從而抑制酶的活性。必需基團(tuán)結(jié)合，從而抑制酶的活性。 根據(jù)抑制劑與酶是否共價(jià)結(jié)合及抑制效果的根據(jù)抑制劑與酶是否共價(jià)結(jié)合及抑制效果的 不同，將抑制劑對(duì)酶的抑制作用分為不同，將抑制劑對(duì)酶的抑制作用分為可逆性抑制可逆性抑制 劑劑（reversible inhibitor）和不可性逆抑制劑和不可性逆抑制劑 （irreversible inhibitor）。）。 酶與催化反應(yīng)100 抑制劑與酶分子的必需基團(tuán)共價(jià)結(jié)合引起抑制劑與酶分子的必需基團(tuán)共價(jià)結(jié)合引起 酶活性的抑制，且不能采用透析等物理方酶活性的抑制，且不能采用透析等物理方 法使酶活性恢復(fù)的抑制作用就是不可逆抑法使酶活性恢復(fù)的抑制作用就是

60、不可逆抑 制作用。制作用。 （一）不可逆抑制作用（一）不可逆抑制作用 酶與催化反應(yīng)101 不可逆性抑制作用的抑制劑不可逆性抑制作用的抑制劑 基團(tuán)特異性抑制劑（基團(tuán)特異性抑制劑（group-specific inhibitor） 底物類似物（底物類似物（substrate analog） 自殺性抑制劑（自殺性抑制劑（suicide inhibitor） 酶與催化反應(yīng)102 1 1基團(tuán)特異性抑制劑與酶分子中特異的基團(tuán)基團(tuán)特異性抑制劑與酶分子中特異的基團(tuán) 共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合 一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上 的羥基，這些酶稱為羥基酶。的羥基，這些酶稱為羥基酶