生物化學(xué)：第三章 酶

1、12第三章第三章 酶酶EnzymeEnzyme（E E）EEEE3蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（E E）核酸類（核酶、脫氧核酶）核酸類（核酶、脫氧核酶）l生物催化劑生物催化劑是活細胞合成的一類蛋白質(zhì)是活細胞合成的一類蛋白質(zhì)具有高度特異性和高度催化具有高度特異性和高度催化效率的生物催化劑。效率的生物催化劑。l何謂酶？何謂酶？45lE E的不同形式的不同形式單體酶單體酶(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶體系多酶體系(multienzyme system)多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)/串聯(lián)酶串聯(lián)酶(tandem enzym

2、e)6一、一、 E E的分子組成常含有輔助因子的分子組成常含有輔助因子單純單純E (simple enzyme)E (simple enzyme)結(jié)合結(jié)合E (conjugated enzyme)E (conjugated enzyme)結(jié)合結(jié)合E E 蛋白部分：蛋白部分：輔助因子輔助因子E E蛋白蛋白 ( (apoenzymeapoenzyme) )小分子有機化合物小分子有機化合物金屬離子金屬離子全全E E( (holoenzymeholoenzyme) )決定反應(yīng)的決定反應(yīng)的特異性特異性7二、二、E E的活性中心是酶分子中執(zhí)行其催的活性中心是酶分子中執(zhí)行其催化功能的部位化功能的部位l必需基

3、團必需基團(essential group)lE的活性中心的活性中心(active center)/活性部位活性部位(active site）l活性中心內(nèi)的必需基團活性中心內(nèi)的必需基團l活性中心外的必需基團活性中心外的必需基團 結(jié)合基團結(jié)合基團催化基團催化基團幾個名詞：幾個名詞：8三、同工酶是催化相同化學(xué)反應(yīng)三、同工酶是催化相同化學(xué)反應(yīng) 但一級結(jié)構(gòu)不同的一組酶但一級結(jié)構(gòu)不同的一組酶l舉例：舉例：l什么是？什么是？l人人LDH同工酶譜：同工酶譜：l意義：意義：（一同三不同）（一同三不同）指催化指催化相同的相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免

4、疫學(xué)性質(zhì)學(xué)性質(zhì)不同不同的一組酶。的一組酶。9第第 二二 節(jié)節(jié)酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action10（一）（一）極高的催化效率極高的催化效率（二）高度的特異性（二）高度的特異性（三）（三）可調(diào)節(jié)性可調(diào)節(jié)性一、一、 酶反應(yīng)的特點酶反應(yīng)的特點11二、酶通過促進底物形成過渡態(tài)二、酶通過促進底物形成過渡態(tài) 而提高反應(yīng)速率而提高反應(yīng)速率（一）酶（一）酶- -底物復(fù)合物的形成與誘導(dǎo)契合假說底物復(fù)合物的形成與誘導(dǎo)契合假說 （二）酶促反應(yīng)的機制（二）酶促反應(yīng)的機制12第第 三三 節(jié)節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)Kinetics of Enzyme-Catalyz

5、ed ReactionKinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction13l研究某一因素的影響時，其余各因素均恒定。研究某一因素的影響時，其余各因素均恒定。l何謂酶促反應(yīng)動力學(xué)何謂酶促反應(yīng)動力學(xué)? ?研究各種因素對研究各種因素對酶促反應(yīng)速度酶促反應(yīng)速度V的影響，的影響，并加以定量的闡述。并加以定量的闡述。l影響因素有影響因素有: :酶濃度酶濃度EE、底物濃度、底物濃度SS、pHpH、溫度、溫度T T、抑制劑抑制劑I I及激活劑等。及激活劑等。l采用反應(yīng)的采用反應(yīng)的初速度初速度（initial velocityinitial velocity）14一、一、S對對V的影響

6、的作圖呈矩形雙曲線的影響的作圖呈矩形雙曲線lS對對V的影響呈矩形雙曲線關(guān)系的影響呈矩形雙曲線關(guān)系:l研究條件研究條件: :l此矩形雙曲線可用米此矩形雙曲線可用米- -曼氏方程表示曼氏方程表示15bcal矩形雙曲線和米矩形雙曲線和米- -氏方程的對應(yīng)關(guān)系氏方程的對應(yīng)關(guān)系VmaxS Km + S V與與S成正比為一級反應(yīng)成正比為一級反應(yīng)Vmax KmS V不成正比例加速不成正比例加速, ,介于介于a a、c c之間之間, , 為混合級反應(yīng)。為混合級反應(yīng)。達達Vmax,V不再增加為零級反應(yīng)不再增加為零級反應(yīng)Vmaxa、b、c、S Km時時,S Km時，時，初初速速度度VV Vmaxmax底物濃度底物

7、濃度S1/2VmaxKm16（一）米曼氏方程式推導(dǎo)米曼氏方程式推導(dǎo)l米曼氏方程式推導(dǎo)的條件米曼氏方程式推導(dǎo)的條件：l推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程：（二）（二）Km與與Vmax的意義的意義（三）（三）m值與值與max值的測定值的測定17二、底物足夠時二、底物足夠時E對對V的影響呈直線關(guān)系的影響呈直線關(guān)系l當(dāng)當(dāng)SE，酶可被酶可被底物飽和的情況下，底物飽和的情況下，V與與E成正比。成正比。l關(guān)系式：關(guān)系式：V = K3 E0 V E 當(dāng)當(dāng)SE時，時，Vmax = k3 E E對對V的影響的影響 18三、三、T對對V的影響具有雙重性的影響具有雙重性四、四、pH通過改變酶和底物分子解離狀態(tài)影響通過改變酶和底物分子

8、解離狀態(tài)影響Vl最適溫度最適溫度 (optimum temperature)： 酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度l低溫的應(yīng)用低溫的應(yīng)用l最適最適pH (optimum pH) 酶催化活性最大時的環(huán)境酶催化活性最大時的環(huán)境pH。19l類型類型不可逆性抑制不可逆性抑制可逆性抑制可逆性抑制競爭性抑制競爭性抑制 (competitive inhibition)非競爭性抑制非競爭性抑制 (non-competitive inhibition)反競爭性抑制反競爭性抑制 (uncompetitive inhibition)五、抑制劑可逆地或不可逆地降低酶促反應(yīng)速率五、抑制劑可逆地或不

9、可逆地降低酶促反應(yīng)速率l酶的抑制劑酶的抑制劑( inhibitor/I ) 使酶的使酶的催化活性下降催化活性下降而而不引起酶蛋白變性不引起酶蛋白變性的物質(zhì)的物質(zhì)20( (一一) ) l什么是？什么是？ 抑制劑以抑制劑以共價鍵共價鍵與與酶活性中心酶活性中心的必需基團相的必需基團相結(jié)合，使酶失活；不能用物理方法去除抑制結(jié)合，使酶失活；不能用物理方法去除抑制劑。劑。l舉例：舉例：21l什么是？什么是？抑制劑通常以抑制劑通常以非共價鍵非共價鍵與酶或酶與酶或酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物可逆性可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑劑可用透析、超濾可用透析、超濾等方法除去。等方

10、法除去。221、競爭性抑制、競爭性抑制l什么是？什么是？l競爭性抑制競爭性抑制的具體情形：的具體情形：l舉例舉例: :I與與E的的S結(jié)構(gòu)相似共同競爭結(jié)構(gòu)相似共同競爭E的活性中心，的活性中心，防礙防礙E與與S的結(jié)合。的結(jié)合。232、非競爭性抑制、非競爭性抑制l什么是？什么是？l非競爭性抑制非競爭性抑制的具體情形：的具體情形： I與與E活性中心活性中心以外以外的必需基團結(jié)合，的必需基團結(jié)合，不防礙不防礙E與與S的結(jié)合，的結(jié)合， I與與S之間無競爭之間無競爭 。243、反競爭性抑制、反競爭性抑制l什么是？什么是？l反競爭性抑制反競爭性抑制的具體情形：的具體情形：I 只與只與ES結(jié)合結(jié)合成成EIS，使

11、，使ES的量減少，的量減少，影響產(chǎn)物的生成和影響產(chǎn)物的生成和E的釋放。的釋放。25與與I結(jié)合的成分結(jié)合的成分 E E、ES ES動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)表觀表觀Km Km 增大增大 不變不變 減小減小最大速度最大速度 Vmax 不變不變 林林-貝氏作圖貝氏作圖 斜率斜率 Km/Vmax 增大增大 增大增大 不變不變 縱軸截距縱軸截距 1/Vmax 不變不變 增大增大 增大增大 橫軸截距橫軸截距 -1/Km 增大增大 不變不變 減小減小作用特征作用特征 無無I 競競 非非 反反III26六、激活劑可加快酶促反應(yīng)速率六、激活劑可加快酶促反應(yīng)速率l激活劑激活劑(activator)(activator)

12、 使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)l分為分為 l激活劑大多數(shù)為金屬離子如激活劑大多數(shù)為金屬離子如MgMg2+2+、K K+ +、MnMn2+2+等，等， 少數(shù)陰離子也有激活作用。少數(shù)陰離子也有激活作用。必需激活劑必需激活劑 (essential activator)非必需激活劑非必需激活劑 (non-essential activator)l 一些金屬酶和金屬激活酶類：一些金屬酶和金屬激活酶類：27第第 四四 節(jié)節(jié) 酶酶 的的 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié)The Regulation of EnzymeThe Regulation of Enzyme28 關(guān)鍵

13、酶關(guān)鍵酶29代謝物與酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，代謝物與酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性。使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性。變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)效應(yīng)劑 (allosteric effector)l變構(gòu)酶的變構(gòu)酶的S S形曲線形曲線l幾個名詞：幾個名詞：一一 、調(diào)節(jié)酶實現(xiàn)對酶促反應(yīng)速率的快速調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)酶實現(xiàn)對酶促反應(yīng)速率的快速調(diào)節(jié)30（二）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)是通過某些化學(xué)基團（二）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)是通過某些化學(xué)基團 與酶的共價結(jié)合與分離實現(xiàn)的與酶的共價結(jié)合與分離實現(xiàn)的l舉例：舉例：l何謂共價修飾何謂共價修飾(covalent modification)？l共價修飾的類型：共價修飾的類型：l共價修飾的特點：共價修飾