醫(yī)學生物化學--02課件

1、醫(yī)學生物化學-02第二章第二章 酶酶 第一節(jié)第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)與功能酶的分子結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)第二節(jié) 酶促反應的特點和機制酶促反應的特點和機制第三節(jié)第三節(jié) 酶促反應動力學酶促反應動力學第四節(jié)第四節(jié) 酶的調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)第五節(jié)第五節(jié) 多酶體系多酶體系第六節(jié)第六節(jié) 酶的分類與命名酶的分類與命名第七節(jié)第七節(jié) 酶與醫(yī)學的關系酶與醫(yī)學的關系醫(yī)學生物化學-02酶的研究歷史酶的研究歷史 1878年，年，Kuhne提出提出Enzyme. 1897年，德國科學家年，德國科學家Hans Buchner和和Eduard Buchner 成功地用不含細胞的酵成功地用不含細胞的酵母提取液實現(xiàn)了發(fā)酵母提取液實現(xiàn)了發(fā)酵. 19

2、26年，美國生化學家年，美國生化學家Sumner第一次從第一次從刀豆分離到脲酶結(jié)晶，提出酶是蛋白質(zhì)刀豆分離到脲酶結(jié)晶，提出酶是蛋白質(zhì). 1978年，年，Altman提出提出RNA有催化功能有催化功能. 1982年，年，Cech證實證實RNA有催化功能有催化功能.醫(yī)學生物化學-02酶（酶（enzyme）是由活細胞合成的，對其特是由活細胞合成的，對其特異底物（異底物（substrate）起高效催化作用的）起高效催化作用的蛋白質(zhì)，是機體內(nèi)催化各種代謝反應最蛋白質(zhì)，是機體內(nèi)催化各種代謝反應最主要的催化劑。主要的催化劑。核酶（核酶（ribozyme）是具有高效、特異催化是具有高效、特異催化作用的核酸，主

3、要作用參與作用的核酸，主要作用參與RNA的剪接。的剪接。醫(yī)學生物化學-02催化反應的原理催化反應的原理 一個化學反應體系中的各個分子所含的能量高一個化學反應體系中的各個分子所含的能量高低不同，只有那些具有較高能量、處于活化態(tài)的活低不同，只有那些具有較高能量、處于活化態(tài)的活化分子才能在分子碰撞中發(fā)生化學反應。反應物中化分子才能在分子碰撞中發(fā)生化學反應。反應物中活化分子越多，反應速度越快。活化分子越多，反應速度越快。 活化分子比一般分子高出一定的能量稱為活化活化分子比一般分子高出一定的能量稱為活化能：在一定溫度下能：在一定溫度下1摩爾底物全部進入活化態(tài)所需摩爾底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能（要的

4、自由能（kJ/mol）。）。 催化劑能瞬時地與反應物結(jié)合成過渡態(tài)，因而催化劑能瞬時地與反應物結(jié)合成過渡態(tài)，因而降低了反應所需的活化能。降低了反應所需的活化能。 第一節(jié)第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)與功能酶的分子結(jié)構(gòu)與功能醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02化學反應速率依賴三個因素：碰撞頻率、能量因素、概率因素化學反應速率依賴三個因素：碰撞頻率、能量因素、概率因素R1CHNH2CO NH CHCOOHR2+H2OR1CH COOHNH2R2CH COOHNH2+A+BABC+D初態(tài)過渡態(tài)終態(tài) 從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為活化能活化能（Energy of activati

5、on，EACT），形成過渡態(tài)所需的活化能越大，中間產(chǎn)），形成過渡態(tài)所需的活化能越大，中間產(chǎn)物越難形成，反應越難進行。物越難形成，反應越難進行。醫(yī)學生物化學-02一、一、 酶的分子組成酶的分子組成 酶的化學本質(zhì)就是蛋白質(zhì)。酶的化學本質(zhì)就是蛋白質(zhì)。v 單純酶單純酶（simple enzyme）：僅由氨基酸殘基構(gòu)成的酶）：僅由氨基酸殘基構(gòu)成的酶 ，如脲酶，淀粉酶，脂酶。如脲酶，淀粉酶，脂酶。v 結(jié)合酶結(jié)合酶（conjugated enzyme）：）： 酶蛋白（酶蛋白（apoenzyme）+輔助因子（輔助因子（cofactor）。輔助因）。輔助因子是金屬離子或小分子有機化合物。子是金屬離子或小分子有機

6、化合物。 v 輔酶輔酶（coenzyme）非共價鍵與酶蛋白疏松結(jié)合非共價鍵與酶蛋白疏松結(jié)合,可用透析、可用透析、超濾分離超濾分離v 輔基（輔基（prosthetic group）：）：共價鍵與酶蛋白牢固結(jié)合，共價鍵與酶蛋白牢固結(jié)合，不易分離。不易分離。p 金屬離子多為酶的輔基，小分子有機化合物有的屬輔酶，金屬離子多為酶的輔基，小分子有機化合物有的屬輔酶，有的屬輔基。有的屬輔基。p 酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復合物稱為酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復合物稱為全酶全酶，只有全，只有全酶有催化作用。酶有催化作用。醫(yī)學生物化學-021 1、金屬離子的作用、金屬離子的作用: :v金屬酶（金屬酶（metall

7、oenzyme）：金屬離子與酶蛋：金屬離子與酶蛋白結(jié)合緊密，成為酶結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成成白結(jié)合緊密，成為酶結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成成分。如碳酸酐酶含分。如碳酸酐酶含Zn；谷胱甘肽過氧化物酶含谷胱甘肽過氧化物酶含硒；堿性磷酸酶含硒；堿性磷酸酶含Zn，羧肽酶，羧肽酶A含含Zn。v金屬激活酶（金屬激活酶（metal activated enzyme）：金屬：金屬離子與酶結(jié)合疏松，但需金屬離子活化，故金離子與酶結(jié)合疏松，但需金屬離子活化，故金屬實際上是酶的激活劑。如激酶需屬實際上是酶的激活劑。如激酶需Mg和和Mn。v有的酶類兼含有機輔基和金屬。如琥珀酸脫氫有的酶類兼含有機輔基和金屬。如琥珀酸脫氫酶含黃素腺

8、嘌呤二核苷酸酶含黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和和Fe。醫(yī)學生物化學-02v金屬離子能與酶、底物形成各種形式的三元絡金屬離子能與酶、底物形成各種形式的三元絡合物，保證了酶與底物的正確定向結(jié)合，而且合物，保證了酶與底物的正確定向結(jié)合，而且還可作為催化基團。還可作為催化基團。vFe、Cu及及Mo等金屬離子可以通過氧化還原而等金屬離子可以通過氧化還原而傳遞電子完成多種物質(zhì)的氧化還原傳遞電子完成多種物質(zhì)的氧化還原。如鐵卟。如鐵卟啉是很多血紅素蛋白的輔基。啉是很多血紅素蛋白的輔基。Fe3+Fe2+Cu+Cu2+醫(yī)學生物化學-022、小分子有機化合物：、小分子有機化合物：v小分子有機化合物小分子有機化合物主

9、要參與酶的催化過程，在主要參與酶的催化過程，在反應中傳遞電子、質(zhì)子或一些基團，多為維生素。反應中傳遞電子、質(zhì)子或一些基團，多為維生素。v維生素維生素：維持細胞正常功能所必需，但需要量：維持細胞正常功能所必需，但需要量很少，動物體內(nèi)不能合成，必須由食物供給的一很少，動物體內(nèi)不能合成，必須由食物供給的一類有機化合物。類有機化合物。水溶性維生素：水溶性維生素：VB1、VB2、Vpp、VB6、VC、VB12、泛酸、葉酸、肌醇、泛酸、葉酸、肌醇脂溶性維生素：脂溶性維生素：VA、VD、VE、VK醫(yī)學生物化學-02維生素學名輔酶形式 作 用VB1硫胺素TPP-酮酸脫氫酶的輔酶VB2核黃素FMN、FAD脫氫酶

10、的輔酶,傳遞氫原子.Vpp尼克酸NAD+、NADP+不需氧脫氫酶的輔酶VB6吡哆醛磷酸吡哆醛轉(zhuǎn)氨酶的輔酶泛酸遍多酸COA?；d體葉酸四氫葉酸一碳單位的載體生物素羧化酶的輔酶硫辛酸傳遞氫VB12鈷胺素甲基鈷胺素轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶醫(yī)學生物化學-02酶的種類：酶的種類：v單體酶單體酶（monomeric enzyme）：只有一條多）：只有一條多肽鏈構(gòu)成的酶。肽鏈構(gòu)成的酶。v寡聚酶寡聚酶（oligomeric enzyme）：由多個相同）：由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接的酶?；虿煌瑏喕苑枪矁r鍵連接的酶。v多酶體系多酶體系（multienzyme system）：細胞內(nèi)存）：細胞內(nèi)存在著許多由幾種不同

11、功能的酶彼此聚合形成的在著許多由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復合物。多酶復合物。v多功能酶（多功能酶（multifunctional enzyme）：一些）：一些多酶體系在進化過程中由于基因的融合，形成多酶體系在進化過程中由于基因的融合，形成由一條多肽鏈組成卻具有多種不同催化功能的由一條多肽鏈組成卻具有多種不同催化功能的酶。酶。醫(yī)學生物化學-02第二節(jié)第二節(jié) 酶促反應的特點和機制酶促反應的特點和機制一、酶促反應的特點一、酶促反應的特點1、酶促反應具有極高的催化效率、酶促反應具有極高的催化效率 酶促反應速度比非催化反應高酶促反應速度比非催化反應高1081020倍，比一般催倍，比一般催 化反

12、應高化反應高1071013。A+BABC+D初態(tài)過渡態(tài)終態(tài)從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為活化能活化能（Energy of activation，EACT），活化能越大，中），活化能越大，中間產(chǎn)物越難形成，反應越難進行。間產(chǎn)物越難形成，反應越難進行。n降低活化能、升高溫度可以加速化學反應。降低活化能、升高溫度可以加速化學反應。酶的催酶的催化作用有賴于降低反應的活化能?；饔糜匈囉诮档头磻幕罨堋；罨苌杂薪档?，活化能稍有降低，速度會顯著增大。速度會顯著增大。醫(yī)學生物化學-02初態(tài)終態(tài)自由能活化過程催化反應活化能活化能閾非催化反應活化能自由能變化分子數(shù)分子的動能

13、0Eact-2Eact-1活化能與有效碰撞有效碰撞百分數(shù)=e-Eact/RT活化能醫(yī)學生物化學-022 2、酶促反應有高度的特異性或?qū)Ｒ恍?、酶促反應有高度的特異性或?qū)Ｒ恍裕╯pecificityspecificity）一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。v底物專一性底物專一性1、結(jié)構(gòu)專一性：、結(jié)構(gòu)專一性： （1）絕對專一性：只作用于一個底物。與底物結(jié)構(gòu)類似）絕對專一性：只作用于一個底物。與底物結(jié)構(gòu)類似 的化合物只能成為競爭性抑制劑或無影響。的化合物只能成為競爭性抑制劑或無影響。 （2）相對專一性：作用對象不只一種底物，要求略低一）相對專一性：作用

14、對象不只一種底物，要求略低一 些?？煞郑盒??？煞郑?（1）基團專一性：對鍵兩端的基團要求程度不同，）基團專一性：對鍵兩端的基團要求程度不同， 一個要求嚴，另一個不嚴；一個要求嚴，另一個不嚴； （2）鍵專一性：只作用于鍵，對鍵兩端的基團無嚴）鍵專一性：只作用于鍵，對鍵兩端的基團無嚴 格要求。格要求。醫(yī)學生物化學-022、立體異構(gòu)專一性：、立體異構(gòu)專一性： 底物的立體構(gòu)型影響酶和底物的結(jié)合與催化。底物的立體構(gòu)型影響酶和底物的結(jié)合與催化。（1）旋光異構(gòu)專一性：當?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時，酶只）旋光異構(gòu)專一性：當?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時，酶只作用于其中的一種。如精氨酸酶只能催化作用于其中的一種。如精氨酸酶只能

15、催化L-精氨酸水解精氨酸水解,對對D-精氨酸則無作用精氨酸則無作用,這種立體異構(gòu)專一性是由于酶活性這種立體異構(gòu)專一性是由于酶活性中心與相應底物的結(jié)合必須是二者在構(gòu)型或構(gòu)象上彼此中心與相應底物的結(jié)合必須是二者在構(gòu)型或構(gòu)象上彼此匹配才能建立。匹配才能建立。（2）幾何異構(gòu)專一性：當?shù)孜锞哂许樂磶缀萎悩?gòu)體時，）幾何異構(gòu)專一性：當?shù)孜锞哂许樂磶缀萎悩?gòu)體時，酶只作用于其中的一種。酶只作用于其中的一種。HOOCCHCCOOHCH2HOOCCHCOOHHO延胡索酸酶延胡索酸(反丁烯二酸)L(+)蘋果酸醫(yī)學生物化學-02v 酶作用專一性的假說酶作用專一性的假說 1、鎖與鑰匙學說：、鎖與鑰匙學說：Emil Fis

16、her提出，認為底物分子或其中提出，認為底物分子或其中的部分專一地楔入到酶的活性中心部位，即底物分子的的部分專一地楔入到酶的活性中心部位，即底物分子的化學部位與酶分子催化基團間有緊密互補的關系?；瘜W部位與酶分子催化基團間有緊密互補的關系。醫(yī)學生物化學-022、三點附著學說：認為立體對映的一對底物雖然基團相同，、三點附著學說：認為立體對映的一對底物雖然基團相同，但空間排列不同，這樣就存在這些基團與酶分子活性中心的但空間排列不同，這樣就存在這些基團與酶分子活性中心的結(jié)合基團是否匹配的問題，只有三點都互補匹配時，酶才作結(jié)合基團是否匹配的問題，只有三點都互補匹配時，酶才作用于這個底物。用于這個底物。醫(yī)

17、學生物化學-023、誘導楔合學說：、誘導楔合學說： Koshland提出，認為當酶分子與底提出，認為當酶分子與底物分子接近時，酶蛋白受底物分子的誘導，其構(gòu)象發(fā)生物分子接近時，酶蛋白受底物分子的誘導，其構(gòu)象發(fā)生有利于底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎上互補楔合，有利于底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎上互補楔合，進行反應。進行反應。醫(yī)學生物化學-023、酶易失活、酶易失活凡易使蛋白質(zhì)變性的因素都能使酶失去催化活性。凡易使蛋白質(zhì)變性的因素都能使酶失去催化活性。4、酶的活性調(diào)控、酶的活性調(diào)控 有抑制調(diào)控、共價修飾調(diào)控、反饋調(diào)控、酶原有抑制調(diào)控、共價修飾調(diào)控、反饋調(diào)控、酶原調(diào)控、激素調(diào)控等。調(diào)控、激素調(diào)控

18、等。5、 催化活力與輔酶、輔基、及金屬離子有關。催化活力與輔酶、輔基、及金屬離子有關。醫(yī)學生物化學-02二、酶的活性中心二、酶的活性中心（active center） （一）概念：（一）概念：1、對于不需要輔酶的酶來說，活性中心就是酶分、對于不需要輔酶的酶來說，活性中心就是酶分子在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的少數(shù)幾個氨基酸殘子在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的少數(shù)幾個氨基酸殘基或是這些殘基上的某些基團，它們在一級結(jié)基或是這些殘基上的某些基團，它們在一級結(jié)構(gòu)上可能相距甚遠，甚至位于不同的肽鏈上，構(gòu)上可能相距甚遠，甚至位于不同的肽鏈上，通過肽鏈的盤繞，折疊而在空間構(gòu)象上相互靠通過肽鏈的盤繞，折疊而在空間構(gòu)象上相互靠近

19、；近；2、對于需要輔酶的酶來說，輔酶分子或其某一部、對于需要輔酶的酶來說，輔酶分子或其某一部分往往就是活性中心的組成部分。分往往就是活性中心的組成部分。醫(yī)學生物化學-02（二）功能部位：（二）功能部位： 活性中心有兩個功活性中心有兩個功能部位：能部位：1、結(jié)合部位：一定的、結(jié)合部位：一定的底物靠此部位結(jié)合底物靠此部位結(jié)合到酶分子上；到酶分子上；2、催化部位：底物的、催化部位：底物的鍵在此部位被打斷鍵在此部位被打斷或形成新的鍵，或形成新的鍵， 從從而發(fā)生一定的化學而發(fā)生一定的化學變化。變化。 醫(yī)學生物化學-02（三）酶活性中心的特點：（三）酶活性中心的特點：1、活性部位在酶分子的總體中只占相當小

20、的部分：往、活性部位在酶分子的總體中只占相當小的部分：往往只由幾個氨基酸殘基組成（往只由幾個氨基酸殘基組成（p.384，表，表10-1）；）；2、酶的活性部位是一個三維、酶的活性部位是一個三維實體實體：活性部位的三維結(jié)：活性部位的三維結(jié)構(gòu)是由酶的一級結(jié)構(gòu)所決定的?；钚圆课坏陌被針?gòu)是由酶的一級結(jié)構(gòu)所決定的。活性部位的氨基酸殘基在一級結(jié)構(gòu)上可能相距甚遠，但在肽鏈的盤繞殘基在一級結(jié)構(gòu)上可能相距甚遠，但在肽鏈的盤繞、折疊而在空間結(jié)構(gòu)上相互靠近；、折疊而在空間結(jié)構(gòu)上相互靠近；3、酶活性部位的誘導契合：酶的活性部位并不是和底、酶活性部位的誘導契合：酶的活性部位并不是和底物的形狀正好互補的，而是在酶和底物

21、結(jié)合過程中物的形狀正好互補的，而是在酶和底物結(jié)合過程中，底物分子或，底物分子或/和酶分子構(gòu)象發(fā)生一定變化后才互和酶分子構(gòu)象發(fā)生一定變化后才互補的，即補的，即“誘導契合誘導契合”；醫(yī)學生物化學-024、酶活性部位是一個疏水區(qū)域：酶的活性部位是、酶活性部位是一個疏水區(qū)域：酶的活性部位是位于酶分子表面的一個裂縫內(nèi)，這是相當疏水位于酶分子表面的一個裂縫內(nèi)，這是相當疏水區(qū)域，非極性基團較多，產(chǎn)生一個微環(huán)境，提區(qū)域，非極性基團較多，產(chǎn)生一個微環(huán)境，提高與底物的結(jié)合能力；而其內(nèi)少量的極性氨基高與底物的結(jié)合能力；而其內(nèi)少量的極性氨基酸殘基可與底物結(jié)合而發(fā)生催化作用；酸殘基可與底物結(jié)合而發(fā)生催化作用；5、底物通

22、過次級鍵較弱的力結(jié)合到酶上：酶與底、底物通過次級鍵較弱的力結(jié)合到酶上：酶與底物結(jié)合成物結(jié)合成ES復合物主要靠次級鍵：氫鍵、鹽復合物主要靠次級鍵：氫鍵、鹽鍵、范德華力和疏水相互作用；鍵、范德華力和疏水相互作用；6、酶活性部位具有柔性或可運動性。、酶活性部位具有柔性或可運動性。醫(yī)學生物化學-02三、酶促反應機制三、酶促反應機制1、趨近效應和定向效應、趨近效應和定向效應趨近效應：指兩個反應的分子，它們反應的基團需趨近效應：指兩個反應的分子，它們反應的基團需 要互相靠近，才能反應。要互相靠近，才能反應。 酶促反應速度與底物濃度成正比。在反應系統(tǒng)酶促反應速度與底物濃度成正比。在反應系統(tǒng)的關鍵區(qū)域底物濃度

23、增高，反應速度也增加。因此，的關鍵區(qū)域底物濃度增高，反應速度也增加。因此，底物與酶活性中心的靠近，提高活性中心的底物有底物與酶活性中心的靠近，提高活性中心的底物有效濃度能大大提高酶促反應速度。效濃度能大大提高酶促反應速度。醫(yī)學生物化學-02定向效應定向效應: 指酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確定指酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確定 向。向。 除了除了“靠近靠近”效率外，當?shù)孜锱c活性中心結(jié)合時，酶蛋效率外，當?shù)孜锱c活性中心結(jié)合時，酶蛋白經(jīng)誘導而發(fā)生構(gòu)象變化，底物反應部位（基團或鍵）與酶白經(jīng)誘導而發(fā)生構(gòu)象變化，底物反應部位（基團或鍵）與酶的催化部位發(fā)生楔合，即的催化部位發(fā)生楔合，即“定

24、向定向”作用，從而造成活性中心作用，從而造成活性中心局部的底物濃度大大提高。局部的底物濃度大大提高。醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-022、酶使底物分子的敏感鍵發(fā)生、酶使底物分子的敏感鍵發(fā)生“變形變形”（張力），使其易斷裂張力），使其易斷裂 底物分子受酶的作用也發(fā)生構(gòu)象變化，使其敏感鍵中底物分子受酶的作用也發(fā)生構(gòu)象變化，使其敏感鍵中的某些基團的電子云密度發(fā)生變化，產(chǎn)生的某些基團的電子云密度發(fā)生變化，產(chǎn)生“電子張力電子張力”而而引起敏感鍵的一端更加敏感，發(fā)生反應（引起敏感鍵的一端更加敏感，發(fā)生反應（p.390，圖，圖10-3）。醫(yī)學生物化學-023、共價催化作用、共價催化作用 底物與酶形成一個反

25、應活性很高的共價中間物，反應活底物與酶形成一個反應活性很高的共價中間物，反應活化能由此大大降低?；苡纱舜蟠蠼档?。 酶的親核基團（如羥基、巰基和咪唑基）對底物的親電酶的親核基團（如羥基、巰基和咪唑基）對底物的親電子中心進行攻擊。親核基團含有可提供電子的原子，向底物子中心進行攻擊。親核基團含有可提供電子的原子，向底物親電子的原子提供電子，由此形成不穩(wěn)定的共價中間物。但親電子的原子提供電子，由此形成不穩(wěn)定的共價中間物。但酶的親核基團易變，所形成的共價中間物不穩(wěn)定，在隨后步酶的親核基團易變，所形成的共價中間物不穩(wěn)定，在隨后步驟中會被水分子或第二種底物攻擊而給出所需的產(chǎn)物，由此驟中會被水分子或第二種底

26、物攻擊而給出所需的產(chǎn)物，由此可加快中間物的分解而釋放出產(chǎn)物（可加快中間物的分解而釋放出產(chǎn)物（p.392，圖，圖10-7）。）。酶蛋白分子上的主要親核基團：絲氨酸的羥基、半胱氨酸的酶蛋白分子上的主要親核基團：絲氨酸的羥基、半胱氨酸的巰基、組氨酸的咪唑基。巰基、組氨酸的咪唑基。 R C ON H R R C OE+H2N R R C O O H+E H醫(yī)學生物化學-024 4、酸堿催化作用、酸堿催化作用 酶活性中心上有的基團是質(zhì)子供體，有的為質(zhì)子酶活性中心上有的基團是質(zhì)子供體，有的為質(zhì)子受體，均可進行催化作用。受體，均可進行催化作用。質(zhì)子供體質(zhì)子受體pKa-COOHCOO-3.96(Asp)4.3

27、2(Glu)-N+H3-NH210.8-SH-S-8.3312.486.00NHCN+H2NH2N HCN HN H2N+HNHHNN醫(yī)學生物化學-02（1）狹義酸堿催化劑：通過水分子的）狹義酸堿催化劑：通過水分子的H+與與OH-離離子進行的催化。由于酶反應的最適子進行的催化。由于酶反應的最適pH接近中接近中性，故作用不大；性，故作用不大；（2）廣義酸堿催化劑：即質(zhì)子供體和質(zhì)子受體。）廣義酸堿催化劑：即質(zhì)子供體和質(zhì)子受體。在酶反應中有重要作用。在酶反應中有重要作用。v酶蛋白中起廣義酸堿催化作用的功能基：氨基酶蛋白中起廣義酸堿催化作用的功能基：氨基、羰基、羧基、硫氫基、酚羥基和咪唑基。、羰基、羧

28、基、硫氫基、酚羥基和咪唑基。醫(yī)學生物化學-02v組氨酸的咪唑基：既是很強的親核基團，又是有組氨酸的咪唑基：既是很強的親核基團，又是有效的廣義酸堿功能基。效的廣義酸堿功能基。1）其解離常數(shù)約）其解離常數(shù)約6.0，即其解離下來的質(zhì)子濃度與，即其解離下來的質(zhì)子濃度與水中的水中的H+相近，所以在中性條件下，有一半以酸相近，所以在中性條件下，有一半以酸形式存在，另一半以堿形式存在，即可作為質(zhì)子供形式存在，另一半以堿形式存在，即可作為質(zhì)子供體，又可作質(zhì)子受體而在酶反應中起催化作用；體，又可作質(zhì)子受體而在酶反應中起催化作用；2）其供出和接受質(zhì)子的速度十分迅速，且供出和）其供出和接受質(zhì)子的速度十分迅速，且供出

29、和接受的速度相等。接受的速度相等。 醫(yī)學生物化學-02五、酶活性中心是低介電區(qū)域五、酶活性中心是低介電區(qū)域 某些酶的活性中心穴內(nèi)相對是非極性的，催某些酶的活性中心穴內(nèi)相對是非極性的，催化基團被低介電環(huán)境包圍，并排除高極性的水分化基團被低介電環(huán)境包圍，并排除高極性的水分子。這樣，底物分子的敏感鍵和酶的催化基團之子。這樣，底物分子的敏感鍵和酶的催化基團之間就會有很大的反應力。間就會有很大的反應力。 水會減弱極性基團間的相互作用。水的極性水會減弱極性基團間的相互作用。水的極性和形成氫鍵的能力很大，水的介電常數(shù)極高。這和形成氫鍵的能力很大，水的介電常數(shù)極高。這種高極性使它在離子外形成定向的溶劑層，產(chǎn)生

30、種高極性使它在離子外形成定向的溶劑層，產(chǎn)生自身的電場，從而大大減少了它所所包圍的離子自身的電場，從而大大減少了它所所包圍的離子間的靜電作用或氫鍵作用。間的靜電作用或氫鍵作用。醫(yī)學生物化學-02六、金屬離子催化六、金屬離子催化（1）通過結(jié)合底物為反應定向；）通過結(jié)合底物為反應定向；（2）通過可逆地改變金屬離子的氧化態(tài)調(diào)節(jié)）通過可逆地改變金屬離子的氧化態(tài)調(diào)節(jié) 氧化還原反應；氧化還原反應；（3）通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負電荷。）通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負電荷。醫(yī)學生物化學-02四、酶催化反應機制的實例四、酶催化反應機制的實例一、溶菌酶一、溶菌酶 溶菌酶的生物學功能是催化細菌細胞壁多糖的水解。溶菌酶的生物學功能是

31、催化細菌細胞壁多糖的水解。 這種細胞壁多糖是這種細胞壁多糖是N-乙酰氨基葡萄糖（乙酰氨基葡萄糖（NAG）-N-乙酰氨基乙酰氨基葡萄糖乳酸（葡萄糖乳酸（NAM）的共聚物，）的共聚物，NAG與與NAM以以-1,4糖苷鍵交糖苷鍵交替排列：替排列： 溶菌酶的最適小分子底物為溶菌酶的最適小分子底物為NAG-NAM交替的六糖，以交替的六糖，以A，B，C，D，E，F(xiàn)表示，其中表示，其中D是是NAM。醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02 溶菌酶溶菌酶分子中有一個狹長的凹穴，正適合于小分子底分子中有一個狹長的凹穴，正適合于小分子底物的嵌合。凹穴中的物的嵌合。凹穴中的Glu35和和Asp52是活性中心的氨基酸殘是

32、活性中心的氨基酸殘基（見下圖）?；ㄒ娤聢D）。醫(yī)學生物化學-02作用原理：作用原理：v當酶與細胞壁接觸時，與六個暴露在外的氨基糖殘當酶與細胞壁接觸時，與六個暴露在外的氨基糖殘基結(jié)合。此時酶的構(gòu)象發(fā)生變化，基結(jié)合。此時酶的構(gòu)象發(fā)生變化，Glu35和和Asp52相相互靠近，并與底物的互靠近，并與底物的D糖起糖起“靠近靠近”和和“定向定向”效效應：應：Asp52羧基上的一個氧原子距離羧基上的一個氧原子距離D環(huán)上的環(huán)上的C1及及D環(huán)上的氧原子只有環(huán)上的氧原子只有0.3nm，Glu35羧基上的一個氧原羧基上的一個氧原子距離子距離D糖的糖苷鍵上的氧原子也只有糖的糖苷鍵上的氧原子也只有0.3nm；同時；同時

33、，在酶的作用下，在酶的作用下，D糖構(gòu)象也發(fā)生變形，由正常的糖構(gòu)象也發(fā)生變形，由正常的椅式變成能量較高的半椅式或船式構(gòu)象。椅式變成能量較高的半椅式或船式構(gòu)象。醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02v結(jié)合后，結(jié)合后，Glu35由于處于非極性區(qū)，呈不解離狀態(tài)由于處于非極性區(qū)，呈不解離狀態(tài)-COOH，這樣它可以起著廣義酸堿催化作用，提供，這樣它可以起著廣義酸堿催化作用，提供一個質(zhì)子給糖苷鍵的氧原子，使得氧原子與一個質(zhì)子給糖苷鍵的氧原子，使得氧原子與D環(huán)環(huán)C1間的糖苷鍵斷開，而間的糖苷鍵斷開，而C1帶上正電荷，成為正碳原子帶上正電荷，成為正碳原子C1+。 v處于極性區(qū)的處于極性區(qū)的Asp52在通常情況下呈

34、離子化狀態(tài)在通常情況下呈離子化狀態(tài)-COO-，這樣它就起著穩(wěn)定，這樣它就起著穩(wěn)定C1+的作用，協(xié)調(diào)的作用，協(xié)調(diào)C1-O間間糖苷鍵的斷裂，直到環(huán)境中水分子的糖苷鍵的斷裂，直到環(huán)境中水分子的OH-與與C1+結(jié)合結(jié)合，H+與與Glu35結(jié)合，使兩者恢復非離子化形式。由結(jié)合，使兩者恢復非離子化形式。由此完成一次水解反應此完成一次水解反應 。醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02二、胰凝乳蛋白酶二、胰凝乳蛋白酶 該酶的活性中心由該酶的活性中心由Ser195，His57和和Asp102組成，其中組成，其中Ser195是酶活性中心的底物結(jié)合部位，是酶活性中

35、心的底物結(jié)合部位，His57是活性中心內(nèi)的是活性中心內(nèi)的催化部位。在三維結(jié)構(gòu)中這三個氨基酸殘基是十分靠近的。催化部位。在三維結(jié)構(gòu)中這三個氨基酸殘基是十分靠近的。 作用原理：作用原理： 活性中心的活性中心的Ser195、His57及及Asp102構(gòu)成一個氫鍵體系，使構(gòu)成一個氫鍵體系，使His57的咪唑基成為的咪唑基成為Asp102羧基及羧基及Ser195羥基間的橋梁：羥基間的橋梁： Ser195由于由于His57及及Asp102的影響而成為很強的親核基團的影響而成為很強的親核基團，易于提供電子。這個氫鍵體系稱為，易于提供電子。這個氫鍵體系稱為“電荷中繼網(wǎng)電荷中繼網(wǎng)”。 醫(yī)學生物化學-02 在大部

36、分情況下，網(wǎng)中在大部分情況下，網(wǎng)中Asp102以離子化形式以離子化形式-COO-，Ser195以非離子化形式以非離子化形式-CH2OH存在。但也有另一種情存在。但也有另一種情況，即由于況，即由于Asp102從從Ser195吸引一個質(zhì)子所造成，想接吸引一個質(zhì)子所造成，想接力賽跑那樣，質(zhì)子先從力賽跑那樣，質(zhì)子先從Ser195傳遞到傳遞到His57上，再由上，再由His57傳遞到傳遞到Asp102上。上。醫(yī)學生物化學-02 在此酶促反應中，在此酶促反應中，His57咪唑基起著廣義酸堿催咪唑基起著廣義酸堿催化作用：先促進化作用：先促進Ser195的羥基親核地附著到底物敏感的羥基親核地附著到底物敏感肽鍵

37、的羰基碳原子上，形成共價的?；虚g物，再促肽鍵的羰基碳原子上，形成共價的酰化中間物，再促進?；倪M?；腅S中間物上的?；D(zhuǎn)移到水或其他的?；虚g物上的酰基轉(zhuǎn)移到水或其他的?；荏w（如醇，氨基酸等）上。其對多肽底物水解可分受體（如醇，氨基酸等）上。其對多肽底物水解可分兩個階段：兩個階段：醫(yī)學生物化學-02 1、水解反應的?；A段：、水解反應的酰化階段： Ser195羥基的氧原子對底物敏感鍵的羰基碳原羥基的氧原子對底物敏感鍵的羰基碳原子進行親核攻擊，形成了一個為時暫短的四聯(lián)體子進行親核攻擊，形成了一個為時暫短的四聯(lián)體過渡態(tài)。在這過渡態(tài)中，底物的?；糠峙c過渡態(tài)。在這過渡態(tài)中，底物的酰基部分與Se

38、r195的羥基、氨基部分與的羥基、氨基部分與His57的咪唑基相連接。在此的咪唑基相連接。在此過程中，通過電荷中繼網(wǎng)（絲氨酸向組氨酸提供過程中，通過電荷中繼網(wǎng)（絲氨酸向組氨酸提供質(zhì)子）發(fā)生反應，敏感肽鍵斷裂，底物中的胺成質(zhì)子）發(fā)生反應，敏感肽鍵斷裂，底物中的胺成分通過氫鍵與分通過氫鍵與His57咪唑基相連，底物的羧基部分咪唑基相連，底物的羧基部分通過酯鍵與通過酯鍵與Ser195的羥基相連。的羥基相連。 醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-022、水解反應的脫酰階段：、水解反應的脫酰階段： 首先胺從酶上釋放出來，這樣底物的羧基部首先胺從酶上釋放出來，這樣底物的羧基部分與酶就成了?；?，這是中間復合物

39、。接著水分與酶就成了?；?，這是中間復合物。接著水分子進入活性中心，電荷中繼網(wǎng)從水中吸收一個分子進入活性中心，電荷中繼網(wǎng)從水中吸收一個質(zhì)子，結(jié)果質(zhì)子，結(jié)果OH-立即攻擊已連在立即攻擊已連在Ser195上的底物上的底物羧基碳原子，也形成一個短暫的四聯(lián)體過渡態(tài)。羧基碳原子，也形成一個短暫的四聯(lián)體過渡態(tài)。然后然后His57供出一個質(zhì)子到供出一個質(zhì)子到Ser195的氧原子上，結(jié)的氧原子上，結(jié)果底物中的酸成分從果底物中的酸成分從Ser195上釋放出來，酶又恢上釋放出來，酶又恢復自由狀態(tài)。復自由狀態(tài)。醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-0

40、2醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02三、羧肽酶三、羧肽酶 此酶是單鏈蛋白質(zhì)，其中緊密地結(jié)合著一個此酶是單鏈蛋白質(zhì)，其中緊密地結(jié)合著一個Zn2+離子。這個離子對酶的活性很重要。該酶是離子。這個離子對酶的活性很重要。該酶是一個外肽酶，催化肽鏈一個外肽酶，催化肽鏈C-末端的肽鍵水解。末端的肽鍵水解。醫(yī)學生物化學-02 在酶的三維結(jié)構(gòu)中，在酶的三維結(jié)構(gòu)中，Zn2+離子處于接近酶表離子處于接近酶表面的溝槽中，它與兩個組氨酸（面的溝槽中，它與兩個組氨酸（His196, 69）側(cè)鏈和）側(cè)鏈和一個谷氨酸（一個谷氨酸（Glu72）及一個水分子形成一個四面）及一個水分子形成一個四面體，體，Zn2+離子在此四面體

41、中與這三個氨基酸以配離子在此四面體中與這三個氨基酸以配價鍵相連。價鍵相連。醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02 離離Zn2+離子不遠有一個離子不遠有一個“裂縫裂縫”（見下圖），（見下圖），允許底物允許底物C-末端伸入。裂縫頂部還有一個口袋，可末端伸入。裂縫頂部還有一個口袋，可以接受以接受C-末端的末端的R基團，酶的基團，酶的Tyr248（黃）、（黃）、Arg145（藍）、（藍）、Glu270 （綠）及（綠）及Zn2+將底物分子適當?shù)囟ㄎ粚⒌孜锓肿舆m當?shù)囟ㄎ挥诨钚灾行闹?。于活性中心中。醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02作用原理：作用原理： 1、在底物誘導下，酶活性中心的結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大改、在底物誘

42、導下，酶活性中心的結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大改變，底物的變，底物的“靠近靠近”和和“定向定向”效應十分顯著；效應十分顯著；2、酶的、酶的Glu270使底物的敏感肽鍵發(fā)生電子張力，使使底物的敏感肽鍵發(fā)生電子張力，使敏感肽鍵變得極易斷裂。敏感肽鍵變得極易斷裂。 底物結(jié)合的過程分五步：底物結(jié)合的過程分五步：1、酶側(cè)鏈中、酶側(cè)鏈中Arg145上的正電荷與底物上的正電荷與底物C-末端氨基酸末端氨基酸殘基上羧基的負電荷發(fā)生靜電吸引作用；殘基上羧基的負電荷發(fā)生靜電吸引作用；2、該氨基酸殘基進入酶的非極性口袋中；、該氨基酸殘基進入酶的非極性口袋中；3、底物敏感鍵上羰基中的氧與、底物敏感鍵上羰基中的氧與Zn2+離子相接近；離

43、子相接近；4、底物的末端氨基通過一個插入的水分子與酶中、底物的末端氨基通過一個插入的水分子與酶中Glu270的側(cè)鏈建立氫鍵。的側(cè)鏈建立氫鍵。 醫(yī)學生物化學-02構(gòu)象變化結(jié)果：構(gòu)象變化結(jié)果：1、Arg145的胍基和的胍基和Glu270的羧基相向移動了的羧基相向移動了0.2nm；2、Arg145的結(jié)合，使底物末端從口袋中推走了的結(jié)合，使底物末端從口袋中推走了4個個水分子，并將結(jié)合在水分子，并將結(jié)合在Zn2+離子上的水分子推開離子上的水分子推開（但留在附近）（但留在附近） ，底物自身結(jié)合到，底物自身結(jié)合到Zn2+離子上；離子上；3、由于、由于Arg145的移動帶動了的移動帶動了Tyr248的羥基移動

44、的羥基移動1.2nm，從酶表面移到底物肽鍵附近，由此關，從酶表面移到底物肽鍵附近，由此關閉了活性中心的凹道，活性中心從充滿水的狀閉了活性中心的凹道，活性中心從充滿水的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷畢^(qū)。態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷畢^(qū)。 醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02酶與底物結(jié)合后，酶與底物結(jié)合后，Zn2+離子、離子、Glu270和和Tyr248的作用：的作用：（1）Zn2+離子：使敏感肽鍵產(chǎn)生電子張力。酶與底物靠近時離子：使敏感肽鍵產(chǎn)生電子張力。酶與底物靠近時，敏感肽鍵指向，敏感肽鍵指向Zn2+離子，在該離子作用下，底物羰基碳原離子，在該離子作用下，底物羰基碳原子的電子云密度降低，呈正電性，這樣羰基碳原子在親核攻子的電子

45、云密度降低，呈正電性，這樣羰基碳原子在親核攻擊下更加脆弱。同時，擊下更加脆弱。同時，Glu270負電荷靠近肽鍵加大了這種偶負電荷靠近肽鍵加大了這種偶極矩。因此極矩。因此Zn2+離子對底物造成的電子張力大大地促進了底離子對底物造成的電子張力大大地促進了底物的水解。物的水解。（2）Glu270和和Tyr248： 第一種說法：第一種說法：Glu270首先激活水分子，使其釋放出首先激活水分子，使其釋放出OH-，由由OH-直接攻擊底物敏感肽鍵的羰基碳原子，同時直接攻擊底物敏感肽鍵的羰基碳原子，同時Tyr248提供提供一個質(zhì)子，由此底物的肽鍵直接水解；一個質(zhì)子，由此底物的肽鍵直接水解； 第二種說法：第二種

46、說法：Glu270直接攻擊羰基碳原子，并且直接攻擊羰基碳原子，并且Tyr248向向該肽鍵的該肽鍵的-NH-提供一個質(zhì)子，肽鍵斷開，生成一個胺和一個提供一個質(zhì)子，肽鍵斷開，生成一個胺和一個Glu270與底物羰基相連的酸酐，最后水分子使酸酐水解，生與底物羰基相連的酸酐，最后水分子使酸酐水解，生成一個酸和復原的酶。成一個酸和復原的酶。醫(yī)學生物化學-02注意：注意：（1）Tyr248參與底物與酶的結(jié)合過程，而在催化參與底物與酶的結(jié)合過程，而在催化過程中僅僅是起提供質(zhì)子的作用，并不是催化所過程中僅僅是起提供質(zhì)子的作用，并不是催化所必需的；必需的；（2）在羧肽酶）在羧肽酶A中，底物有末端羧基，就能與中，底

47、物有末端羧基，就能與Arg145的正離子基團形成鹽鍵，觸發(fā)的正離子基團形成鹽鍵，觸發(fā)Tyr248移至移至酶活性中心。如果底物沒有末端羧基，就不發(fā)生酶活性中心。如果底物沒有末端羧基，就不發(fā)生這種結(jié)合和移動，酶則不表現(xiàn)活性。這種結(jié)合和移動，酶則不表現(xiàn)活性。 醫(yī)學生物化學-02第三節(jié)第三節(jié) 酶酶的活力的活力 酶的活力是指其在一定條件下催化某酶的活力是指其在一定條件下催化某一特定反應的能力。一特定反應的能力。一、酶活力與酶反應速度一、酶活力與酶反應速度 酶活力：一定條件下催化某一化學反酶活力：一定條件下催化某一化學反應的反應速度。應的反應速度。 反應速度（反應速度（v）的單位：濃度）的單位：濃度/單位

48、時單位時間，即單位時間內(nèi)單位體積中底物的減少間，即單位時間內(nèi)單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量。量或產(chǎn)物的增加量。 產(chǎn)物濃度對反應時間作圖，其曲線的產(chǎn)物濃度對反應時間作圖，其曲線的斜率就是反應速度。反應速度只在最初一斜率就是反應速度。反應速度只在最初一段時間內(nèi)保持恒定，隨反應時間延長，反段時間內(nèi)保持恒定，隨反應時間延長，反應速度逐漸下降。因此研究酶反應速度應應速度逐漸下降。因此研究酶反應速度應該以初速度為準（通常以底物的變化在起該以初速度為準（通常以底物的變化在起始濃度的始濃度的5%以內(nèi)的速度為初速率）。以內(nèi)的速度為初速率）。 醫(yī)學生物化學-02二、酶的活力單位二、酶的活力單位 1個酶活力單

49、位：指在特定條件（溫度個酶活力單位：指在特定條件（溫度25，pH和底物和底物濃度等均最適）下，在濃度等均最適）下，在1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1mol底物的酶量，或底物的酶量，或是轉(zhuǎn)化底物中是轉(zhuǎn)化底物中1mol的有關基團的酶量。的有關基團的酶量。 習慣用法：如淀粉酶，以每小時催化習慣用法：如淀粉酶，以每小時催化1g可溶性淀粉液化可溶性淀粉液化所需的酶量為所需的酶量為1個酶活力單位；也可以每小時催化個酶活力單位；也可以每小時催化1ml 2%可可溶性淀粉液化所需的酶量表示。溶性淀粉液化所需的酶量表示。三、酶的比活力三、酶的比活力 每每mg酶蛋白所具有的酶活力。酶蛋白所具有的酶活力。 單位：單位單位

50、：單位/毫克蛋白（毫克蛋白（U/mg蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)） 也可：單位也可：單位/克克 或或 單位單位/毫升毫升 比活力可用來比較每單位重量酶蛋白的催化活力。比活力可用來比較每單位重量酶蛋白的催化活力。四、酶的轉(zhuǎn)換數(shù)四、酶的轉(zhuǎn)換數(shù)kcat 為每秒鐘每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的微摩爾數(shù)（為每秒鐘每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的微摩爾數(shù)（mol）。相）。相當于一旦底物當于一旦底物-酶中間物酶中間物ES形成后，酶將底物轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物的形成后，酶將底物轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物的效率（相當于米氏方程中的效率（相當于米氏方程中的k3）。）。 醫(yī)學生物化學-02第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應動力學酶促反應動力學v研究酶催化反應過程與速率及各種影響酶催化研究酶

51、催化反應過程與速率及各種影響酶催化速率的因素的關系速率的因素的關系.v酶促反應速度：單位時間內(nèi)反應物的消耗或產(chǎn)酶促反應速度：單位時間內(nèi)反應物的消耗或產(chǎn)物的增加（取其初速度）。物的增加（取其初速度）。醫(yī)學生物化學-02一、底物濃度的影響一、底物濃度的影響1、“中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物”假說與米氏方程假說與米氏方程 在一定的酶濃度下將初速度（在一定的酶濃度下將初速度（v）對底物濃度）對底物濃度S作圖時：作圖時： 一級反應：當?shù)孜餄舛容^低時，反應速度與底物濃度呈正比一級反應：當?shù)孜餄舛容^低時，反應速度與底物濃度呈正比關系；關系；混合級反應：隨著底物濃度的增加，反應速度不再按正比升混合級反應：隨著底物濃度的增

52、加，反應速度不再按正比升高；高；零級反應：繼續(xù)增大底物濃度，反應速度遞增為零，這時反零級反應：繼續(xù)增大底物濃度，反應速度遞增為零，這時反應速度已趨向一個極限，說明酶已被底物飽和。應速度已趨向一個極限，說明酶已被底物飽和。 Vmax底物濃度初速度Km 底物濃度對反應速度的影響醫(yī)學生物化學-02 解釋這種現(xiàn)象的是解釋這種現(xiàn)象的是“中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物”假說：酶與底假說：酶與底物先絡合成一個絡合物，它是作為過渡態(tài)物質(zhì)，然物先絡合成一個絡合物，它是作為過渡態(tài)物質(zhì)，然后絡合物進一步分解，成為產(chǎn)物和游離態(tài)酶。后絡合物進一步分解，成為產(chǎn)物和游離態(tài)酶。 這個假說的前提是酶與底物反應的這個假說的前提是酶與底物反應的

53、“快速平衡快速平衡”，即在反應的開始階段，兩者反應速度很快，迅，即在反應的開始階段，兩者反應速度很快，迅速建立平衡關系。速建立平衡關系。 按按“穩(wěn)態(tài)平衡穩(wěn)態(tài)平衡”假說，酶促反應分兩步進行：假說，酶促反應分兩步進行：第一步：酶（第一步：酶（E）與底物（）與底物（S）作用，形成酶）作用，形成酶-底物底物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物 E+SES 第二步：中間產(chǎn)物分解，形成產(chǎn)物（第二步：中間產(chǎn)物分解，形成產(chǎn)物（P），釋放出），釋放出游離酶游離酶(E)： ESP+E醫(yī)學生物化學-02E+SESE+P反應初期，V=K3ESK1K2K3穩(wěn)態(tài)：ES生成=ES分解K1ES=K2ES+K3ES ES(K2 K3)/K1+ E

54、S=ES=ES/KmE=ET-ESES=（ET-ES）S/KmES=ETS/（S+Km）V=K3ES=K3ETS/（S+Km） =VmaxS/（S+Km）醫(yī)學生物化學-021913年，年，Michaelis與與Menten：米孟式方程：米孟式方程 v=VmaxS/(S+Km)v=酶促反應的速度，酶促反應的速度，Vmax=在在E與與ES相等時的酶促反應達相等時的酶促反應達到的最大速度，到的最大速度，Km=(k2+k3)/k1醫(yī)學生物化學-02Km、Vmax意義意義（1）v=1/2Vmax時，時，Km=S。 Km不依賴于酶濃度，不依賴于酶濃度， Km就是酶促反應速度為最大速度一半時底物濃度。就是酶

55、促反應速度為最大速度一半時底物濃度。 Km的單位是的單位是mol/L.（2）Vmax=K3ET，Vmax與加入的酶量成正比。與加入的酶量成正比。（3） Km為酶的特征常數(shù)。每種酶都有其為酶的特征常數(shù)。每種酶都有其Km值，值， Km只只與酶的結(jié)構(gòu)和酶的底物有關，與酶的濃度無關與酶的結(jié)構(gòu)和酶的底物有關，與酶的濃度無關.（4） Km可表示酶與底物的親和力?？杀硎久概c底物的親和力。 Km越大，酶與底物越大，酶與底物的親和力越小的親和力越小。（5）一種酶催化幾種底物時有不同的）一種酶催化幾種底物時有不同的Km，其中，其中Km最小的最小的底物為該酶的天然底物或最適底物。多底物反應的酶底物為該酶的天然底物或

56、最適底物。多底物反應的酶對于不同的底物有不同的對于不同的底物有不同的Km。（6）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（K3）：當酶被底物充分飽和時，單位時）：當酶被底物充分飽和時，單位時間內(nèi)每個酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。間內(nèi)每個酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。K3=Vmax/E醫(yī)學生物化學-02Km及Vmax的測定法1、雙倒數(shù)作圖法1V=1Vmax+KmS1Vmax2、Hanes作圖法SVSVmaxKmVmax=+1/V1/Vmax-1/KmK=Km/Vmax1/S-KmSS/VKm/VmaxK=1/Vmax醫(yī)學生物化學-022、多種底物的反應、多種底物的反應 大多數(shù)酶反應包含一種以上的底物，至

57、少是雙底物反應：大多數(shù)酶反應包含一種以上的底物，至少是雙底物反應： A+BP+Q 雙底物反應的三種機理：雙底物反應的三種機理：1) 依次反應機理：依次反應機理： B P E+A EA EAB EPQ EQ E+Q 需要需要NAD+或或NADH+的脫氫酶的反應屬于這類型。的脫氫酶的反應屬于這類型。2) 隨機機理：隨機機理： E+AEA B Q EPE+P EABEPQ E+BEB A P EQE+Q3) 乒乓反應機理：乒乓反應機理： A P B Q E E 轉(zhuǎn)氨酶的反應屬于這類型。轉(zhuǎn)氨酶的反應屬于這類型。 醫(yī)學生物化學-02醫(yī)學生物化學-02二、酶濃度對反應速度的影響二、酶濃度對反應速度的影響在

58、酶促反應體系中，當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃在酶促反應體系中，當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度，使酶被底物飽和時，反應速度與酶的濃度變度，使酶被底物飽和時，反應速度與酶的濃度變化成正比關系。化成正比關系。V=K3E。VE醫(yī)學生物化學-02三、溫度對反應速度的影響三、溫度對反應速度的影響v 溫度較低時，反應速度隨溫度升高而加快，溫度超過一定數(shù)溫度較低時，反應速度隨溫度升高而加快，溫度超過一定數(shù)值后，酶受熱變性，反應速度反而減慢，形成倒值后，酶受熱變性，反應速度反而減慢，形成倒V型曲線，型曲線，在此曲線頂點所代表的溫度時反應速度最大，稱為最適溫度在此曲線頂點所代表的溫度時反應速度最大，稱為最適溫度（opti

59、mum temperature）。）。v 酶的最適溫度不是酶的特征常數(shù)，它與反應進行的時間有關。酶的最適溫度不是酶的特征常數(shù)，它與反應進行的時間有關。v 低溫一般不使酶破壞。溫度回升后，酶可以恢復活性。低溫低溫一般不使酶破壞。溫度回升后，酶可以恢復活性。低溫麻醉、低溫保存菌種、低溫保存酶制劑。麻醉、低溫保存菌種、低溫保存酶制劑。v 溫度系數(shù)：在達到最適溫度之前提高溫度，可增加反應速度溫度系數(shù)：在達到最適溫度之前提高溫度，可增加反應速度。反應溫度提高。反應溫度提高10，其反應速度與原來的反應速度之比稱，其反應速度與原來的反應速度之比稱為反應的溫度系數(shù)（為反應的溫度系數(shù)（Q10）。）。酶活性溫度醫(yī)

60、學生物化學-02v pH可影響酶分子尤其是活性中心上必需基團和催化基可影響酶分子尤其是活性中心上必需基團和催化基團的解離程度，也可影響底物和輔酶的解離程度，從團的解離程度，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)合。在特定而影響酶與底物的結(jié)合。在特定pH條件下，酶、底物條件下，酶、底物和輔酶的解離情況適宜于相互結(jié)合，使酶反應速度達和輔酶的解離情況適宜于相互結(jié)合，使酶反應速度達到最大值，這個到最大值，這個pH稱為最適稱為最適pH（optimum pH ）。）。v 動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH接近中性。接近中性。v 最適最適pH不是酶的特征常不是酶的特征常 數(shù)，它受底物濃