生物化學第1篇-第03章-生物大分子的結構與功能--酶

1、生物生物催化劑催化劑酶酶(enzyme)核酶核酶(ribozyme)蛋白質蛋白質酶酶活細胞生成的、對其特異底物起高效活細胞生成的、對其特異底物起高效催化作用的蛋白質催化作用的蛋白質.生物催化劑、調節(jié)劑生物催化劑、調節(jié)劑(化學反應、代謝化學反應、代謝途徑、生物功能途徑、生物功能)、治療治療劑劑(疾病疾病)功能異常即患病功能異常即患病酶的化學本質酶的化學本質大多數酶是蛋白質大多數酶是蛋白質1926年年James.B.Sumner首次從刀豆制備出首次從刀豆制備出脲酶結晶脲酶結晶，證明，證明其為蛋白質，并提出酶的本質就是蛋白質的觀點。其為蛋白質，并提出酶的本質就是蛋白質的觀點。酶是蛋白質的證據酶是蛋白

2、質的證據1982年年Thomas.Cech發(fā)現(xiàn)了第發(fā)現(xiàn)了第1個有催化活性的天然個有催化活性的天然RNAribozyme（核酶），以后（核酶），以后Altman和和Pace等又陸等又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了真正的續(xù)發(fā)現(xiàn)了真正的RNA催化劑。催化劑。核酶的發(fā)現(xiàn)不僅表明酶不一定都是蛋白質，還促進了有核酶的發(fā)現(xiàn)不僅表明酶不一定都是蛋白質，還促進了有關生命起源、生物進化等問題的進一步探討。關生命起源、生物進化等問題的進一步探討。酶酶生物生物 催化劑催化劑具有催化劑的具有催化劑的共性共性 催化熱力學上允許的反應催化熱力學上允許的反應 只能加速反應只能加速反應,不能改變反不能改變反應的平衡點應的平衡點 催化可逆反應的正、

3、反反應催化可逆反應的正、反反應 催化的機制是降低活化能催化的機制是降低活化能具有區(qū)別于催化劑的具有區(qū)別于催化劑的特性特性 酶促反應具有極高的效率酶促反應具有極高的效率 酶促反應具有極高的特異性酶促反應具有極高的特異性 酶促反應的可調節(jié)性酶促反應的可調節(jié)性 酶的蛋白特性酶的蛋白特性比非催化反應高比非催化反應高1081020倍倍比一般比一般催化劑高催化劑高1071013倍倍由其催化機制決定由其催化機制決定PGPSGS能閾能閾Eact活性分子活性分子G0反應進程反應進程加速反應有兩個辦法加速反應有兩個辦法:1. 提高提高GS. 如如:加熱、光加熱、光照、攪拌等照、攪拌等2. 降低降低Eact 。催化

4、劑即。催化劑即為此為此,而而酶能使酶能使Eact 降降的更低的更低,故催化效率更故催化效率更高。高。能閾能閾:活性分子的最低能含量活性分子的最低能含量GS下邊舉例說明下邊舉例說明2 H2O22 H20 + O2G0反應進程反應進程EactEactEact 無催化劑時無催化劑時:Eact = 18000卡卡/mol 膠態(tài)靶膠態(tài)靶催化催化:Eact = 11700卡卡/molH2O2催化催化:Eact = 2000卡卡/mol 從從1800卡卡/mol 2000卡卡/mol 反應反應v10 10 17 17 倍倍舉例舉例SP活性分子活性分子由其催化機制決定由其催化機制決定一種酶僅作用于一種或一類化

5、合物一種酶僅作用于一種或一類化合物, 或一定的化學鍵或一定的化學鍵,催化催化一定的化學反應并產生一定的產物一定的化學反應并產生一定的產物, 酶的這種特性稱為酶酶的這種特性稱為酶的特異性或專一性。的特異性或專一性。分類分類絕對專一性絕對專一性相對專一性相對專一性立體異構專一性立體異構專一性只能作用于某一底物只能作用于某一底物可作用于一類化合物或一種化學鍵可作用于一類化合物或一種化學鍵只作用于立體異構體中的一種只作用于立體異構體中的一種RCOO- +R OH + H+酯酶酯酶：RCOR + H2OOOCH2OHOHOHOH15-葡萄糖葡萄糖苷酶苷酶O R+H2OOCH2OHOHOHOHOH15+

6、ROH絕對專一性絕對專一性:脲酶脲酶：H2NCNH2 + H2OO2NH3 + CO2舉例舉例相對專一性相對專一性: (脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等)立體異構專一性立體異構專一性 H-C-COOH HOOC-C-H COOHCHOHCH2COOH H-C-COOH H-C-COOH 長期生物進化導致長期生物進化導致:酶的區(qū)域化分布酶的區(qū)域化分布多酶體系多酶體系多功能酶多功能酶酶原形式的存在酶原形式的存在調節(jié)調節(jié)的的可行性可行性基因分化導致基因分化導致:同工酶同工酶的出現(xiàn)及其在的出現(xiàn)及其在組織中的不均勻分布組織中的不均勻分布代謝物對酶的代謝物對酶的:變構調節(jié)變

7、構調節(jié)化學修飾調節(jié)化學修飾調節(jié)酶合成的誘導與阻遏酶合成的誘導與阻遏所有使蛋白變性的因素都會影響酶的活性。所有使蛋白變性的因素都會影響酶的活性。故故: 酶促反應必須在溫和的條件下進行。酶促反應必須在溫和的條件下進行。比如比如:常溫、常壓、緩沖溶液等條件下進行。常溫、常壓、緩沖溶液等條件下進行。一、一、 酶的分子組成酶的分子組成酶酶單純酶單純酶結合酶結合酶 酶蛋白酶蛋白 輔因子輔因子決定酶的特異性決定酶的特異性功能各異功能各異與酶蛋白結合得比較與酶蛋白結合得比較松松,透透析可除去析可除去,.兩種形式的互變兩種形式的互變常與不同常與不同Pro結合而完成。結合而完成。與膜蛋白結合與膜蛋白結合緊密緊密,

8、透析除透析除不去不去,.兩種形式的互變與同兩種形式的互變與同一一Pro結合而完成結合而完成。輔酶輔酶輔基輔基輔因子輔因子耐熱的小分子耐熱的小分子有機化合物有機化合物金屬離子金屬離子金屬酶金屬酶金屬離子激活酶金屬離子激活酶1.單體酶（單體酶（monomeric enzyme)：僅有一條具有活性部位的多肽僅有一條具有活性部位的多肽鏈，水解酶多為此。鏈，水解酶多為此。2.寡聚酶寡聚酶 (oligomeric enzyme)：由幾個或多個亞基以非共價由幾個或多個亞基以非共價鍵結合而成，亞基聚合在一起發(fā)揮作用，單個亞基沒有催化活性。鍵結合而成，亞基聚合在一起發(fā)揮作用，單個亞基沒有催化活性。3.多酶體系多

9、酶體系 (multienzyme system)：幾個酶鑲嵌而成的復合幾個酶鑲嵌而成的復合物。這些酶催化將底物轉化為產物的一系列順序反應。物。這些酶催化將底物轉化為產物的一系列順序反應。4.多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme): 有些多酶體系在進化有些多酶體系在進化過程中由于基因融合過程中由于基因融合,形成由形成由一條多肽鏈具有多種不同催化功能一條多肽鏈具有多種不同催化功能的酶的酶.也稱串聯(lián)酶也稱串聯(lián)酶.水溶性水溶性脂溶性脂溶性: B族族V: B1、B2、B6、B12、PP、泛、泛 酸、葉酸、生物素酸、葉酸、生物素VCA、D、E、K輔酶成分輔酶成分 維生素是維持生物

10、正常生命過程所必需的一類小分子維生素是維持生物正常生命過程所必需的一類小分子有機物，需要量很少，但對維持健康十分重要有機物，需要量很少，但對維持健康十分重要, 且大多數且大多數體內不能合成或合成量很少體內不能合成或合成量很少,必須靠食物供給。必須靠食物供給。維生素不維生素不能供給機體熱能，也不能作為構成機體組織的物質，其主能供給機體熱能，也不能作為構成機體組織的物質，其主要功能是通過作為輔酶的成分調節(jié)機體代謝。缺乏任何一要功能是通過作為輔酶的成分調節(jié)機體代謝。缺乏任何一種維生素都會導致相應的疾病（維生素缺乏癥）。種維生素都會導致相應的疾?。ňS生素缺乏癥）。小分子有機化合物在催化中的作用小分子有

11、機化合物在催化中的作用尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素）維生素維生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸維生素維生素B12生物素生物素吡哆醛（維生素吡哆醛（維生素B6之一）之一）葉酸葉酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，輔酶苷酸，輔酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，輔酶苷酸磷酸，輔酶II）FMN （黃素單核苷酸）（黃素單核苷酸）FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）（黃素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦

12、磷酸硫胺素）輔酶輔酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸鈷胺素輔酶類鈷胺素輔酶類生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氫葉酸四氫葉酸氫原子（質子）氫原子（質子）醛基醛基?；；榛榛趸级趸及被被谆?、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲?；兹不?、甲酰基等一碳單位等一碳單位所含的維生素所含的維生素名名稱稱小分子有機化合物小分子有機化合物(輔輔 酶酶 或或 輔輔 基基)轉移的基團轉移的基團尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素）維生素維生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛

13、酸硫辛酸維生素維生素B12生物素生物素吡哆醛（維生素吡哆醛（維生素B6之一）之一）葉酸葉酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，輔酶苷酸，輔酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，輔酶苷酸磷酸，輔酶II）FMN （黃素單核苷酸）（黃素單核苷酸）FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）（黃素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）輔酶輔酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸鈷胺素輔酶類鈷胺素輔酶類生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氫葉酸四氫葉酸氫原子（質子）氫原子（質子）醛基醛基?；；榛榛趸级趸及被被谆?、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲?；兹?/p>

14、基、甲?；纫惶紗挝坏纫惶紗挝凰木S生素所含的維生素名名稱稱小分子有機化合物小分子有機化合物(輔輔 酶酶 或或 輔輔 基基)轉移的基團轉移的基團(一一) 維生素維生素B1NCCH3HCCCH2CH2OHSCl維生素維生素B1由一含由一含S的噻唑環(huán)和一含的噻唑環(huán)和一含NH2的嘧啶環(huán)組成，又的嘧啶環(huán)組成，又稱硫胺（素）（稱硫胺（素）（Thiamine）。）。1245NH2HCl3HCCH2124PP焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TTP）硫胺素 + ATP Mg2+硫胺素激酶TPP + AMP水溶性水溶性維生素維生素(二二) 維生素維生素B2和黃素輔酶和黃素輔酶維生素維生素B2又稱核黃素（又稱核黃素

15、（riboflavin），是一種核醇與），是一種核醇與6，7二甲二甲基異咯嗪的縮合物，在自然界多與蛋白質結合成黃素蛋白?；惪┼旱目s合物，在自然界多與蛋白質結合成黃素蛋白。H2CCCCCHOHOH OH OHHHHH12345NNNCCONHOCH3CH31234578910核醇基核醇基異咯嗪基異咯嗪基維生素維生素B2為橘黃色的為橘黃色的針狀晶體，味苦，微針狀晶體，味苦，微溶于水，極易溶于堿溶于水，極易溶于堿性溶液，對光和堿不性溶液，對光和堿不穩(wěn)定穩(wěn)定+2HH2-維生素維生素B2的生理功能是的生理功能是以以FMN、FAD的形式作的形式作為黃素酶的輔基，參與為黃素酶的輔基，參與遞氫作用。遞氫作用

16、。維生素維生素B2每人每天需每人每天需要量：兒童要量：兒童0.6mg，成，成人人1.6mg。動物體內不。動物體內不能合成維生素能合成維生素B2。過。過量則排出。量則排出。膳食中長期缺乏維生素膳食中長期缺乏維生素B2，眼角膜和口角血管，眼角膜和口角血管增生，引起白內障、眼增生，引起白內障、眼角膜炎、舌炎和陰囊炎角膜炎、舌炎和陰囊炎等。等。NNNCCONHOCH3CH3R101FMN FADNNNCCONHOCH3CH3HHRFMNH2 FADH2二者互變完成遞氫二者互變完成遞氫 (三三) 泛酸（維生素泛酸（維生素B3）和輔酶）和輔酶ACH2-CCC-N-CH2-CH2-COOHH3CH3COHH

17、OHOH,-二羥二羥-,-二甲基丁酸二甲基丁酸-丙氨酸丙氨酸NH-CH2-CH2-SH巰基乙胺巰基乙胺 輔酶輔酶A（CoASH）O=P-OHOH4磷酸泛酰巰基已胺磷酸泛酰巰基已胺-O-P-OCH2ONNNNNH2OHOHO-P-OHO3,5-二二磷酸腺苷磷酸腺苷 泛酸為淡黃色粘性油狀物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿泛酸為淡黃色粘性油狀物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿和苯，在中性溶液中對濕熱、氧化和還原都穩(wěn)定。和苯，在中性溶液中對濕熱、氧化和還原都穩(wěn)定。 泛酸的生物功能是以泛酸的生物功能是以4-磷酸泛酰氨基已硫醇磷酸泛酰氨基已硫醇的形的形式參與式參與CoA、ACP 的組成，二者都是酰基的載體，是的組成，

18、二者都是?；妮d體，是體內?；傅妮o酶，對糖、脂、蛋白質代謝過程中的體內?；傅妮o酶，對糖、脂、蛋白質代謝過程中的?；D移起著重要作用。酰基轉移起著重要作用。 成人每天需要量為成人每天需要量為510mg，一般膳食的泛酸含量豐富。，一般膳食的泛酸含量豐富。大白鼠缺乏泛酸，毛發(fā)邊灰白，并自行脫落，毛與皮的色大白鼠缺乏泛酸，毛發(fā)邊灰白，并自行脫落，毛與皮的色素形成可能與泛酸有關。素形成可能與泛酸有關。(四四) 維生素維生素PP和輔酶和輔酶、輔酶、輔酶 維生素維生素PP過去稱過去稱抗賴皮病維生素抗賴皮病維生素或維生素或維生素B5，包括，包括尼尼克酸（煙酸）和尼克酰胺克酸（煙酸）和尼克酰胺。尼克酰胺的副

19、作用較?。ㄈ缫Ｄ峥缩０返母弊饔幂^?。ㄈ缫鹈娌?、頸部發(fā)赤發(fā)癢和燒灼感），醫(yī)療及營養(yǎng)上多用尼起面部、頸部發(fā)赤發(fā)癢和燒灼感），醫(yī)療及營養(yǎng)上多用尼克酰胺。尼克酰胺為維生素克酰胺。尼克酰胺為維生素B5的化學名。的化學名。NCOOH 尼克酸（nicotinic acid）NCONH2 尼克酰胺（nicotinamide）NCONH2 O H2COHOHOP = O-OO +PO OH2COHOHNNH9NNHNH2-OO尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）P尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinuc

20、leotide phosphate，NADP+）Nicotinic acid + PRPP + ATPNAD+NAD+ + ATP NADP+ +PPi功能：功能：.以以NAD+或或NADP+形式作為脫氫酶的輔酶而起到遞氫體的作用。形式作為脫氫酶的輔酶而起到遞氫體的作用。NCONH2R+2HNCONH2RHH14-2HNAD(P)+ +2H-2HNAD(P)H + H+(五五) 維生素維生素B6和磷酸吡哆醛和磷酸吡哆醛維生素維生素B6又稱吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。又稱吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。NCH2OHCH2OHHOH3C 吡哆醇(pyridoxol)NCH2OHCHOH

21、OH3C 吡哆醛(pyridoxal)NCH2OHCH2NH2HOH3C 吡哆胺(pyridoxamine)NCH2OCHOHOH3CP（磷酸吡哆醛， PLP）吡哆醇吡哆醇氧化酶吡哆醛吡哆胺吡哆胺轉氨酶ATPADP磷酸吡哆醇磷酸吡哆醇 氧化酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺轉氨酶磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺ATPADP激酶ATPADP功能：功能： 作為輔酶參加多種代謝反應，包括脫羧、作為輔酶參加多種代謝反應，包括脫羧、轉氨、氨基酸內消旋、轉氨、氨基酸內消旋、Trp代謝（包括代謝（包括Trp nicotinamide）、含硫氨基酸的脫硫、羥基氨）、含硫氨基酸的脫硫、羥基氨基酸的代謝和氨基酸的脫水等。基酸的

22、代謝和氨基酸的脫水等。缺乏癥：缺乏癥：導致皮膚、中樞神經系統(tǒng)和造血機構的損害。導致皮膚、中樞神經系統(tǒng)和造血機構的損害。(六六) 生物素生物素生物素（維生素生物素（維生素B7）為含硫維生素，其結構可視為由尿素）為含硫維生素，其結構可視為由尿素與硫戊烷環(huán)結合而成，并有一個與硫戊烷環(huán)結合而成，并有一個C5酸支鏈。酸支鏈。HNNHCO尿素部分HCCHH2CCHS硫戊烷環(huán)部分(CH2)4COOHC5酸根部分生物素（生物素（bioton）尿素環(huán)上的尿素環(huán)上的一個一個N可與可與CO2結合結合通過酰胺鍵結合通過酰胺鍵結合到羧化酶賴氨酸到羧化酶賴氨酸- -氨基上氨基上, ,作為作為輔基參與輔基參與CO2CO2的

23、活的活化和轉運化和轉運生物素是多種生物素是多種羧化酶的輔酶在羧化酶的輔酶在CO2CO2固定反應中固定反應中起重要作用。起重要作用。(七七) 葉酸和葉酸輔酶葉酸和葉酸輔酶葉酸（folic acid）即維生素B11，由蝶呤啶、對氨基苯甲酸與L-谷氨酸連接而成。葉酸的葉酸的5、6、7、8位置，在位置，在NADPH2存在下，可被還原成存在下，可被還原成四氫葉酸（四氫葉酸（FH4或或THFA）。四氫葉酸的。四氫葉酸的N5 和和N10位可與多位可與多種一碳單位結合作為它們的載體。種一碳單位結合作為它們的載體。功能功能 THFA是是一碳一碳單位單位的載體、的載體、一碳單位代謝一碳單位代謝酶酶的輔酶的輔酶。缺

24、乏癥：缺乏癥：葉酸缺乏時，紅細胞的發(fā)育受到影響，造成巨紅葉酸缺乏時，紅細胞的發(fā)育受到影響，造成巨紅細胞性貧血癥。細胞性貧血癥。(八八) 維生素維生素B12和和B12輔酶輔酶維生素維生素B12是含鈷的化合物，又稱是含鈷的化合物，又稱鈷胺素鈷胺素(cyanocobalamine)。維生素維生素B12的發(fā)現(xiàn)是多年研究惡性貧血癥（即巨初紅細胞癥）的發(fā)現(xiàn)是多年研究惡性貧血癥（即巨初紅細胞癥）的結果。最初發(fā)現(xiàn)服用全肝可控制惡性貧血癥狀，在的結果。最初發(fā)現(xiàn)服用全肝可控制惡性貧血癥狀，在1948年從肝臟中分離出一種具有控制惡性貧血效果的年從肝臟中分離出一種具有控制惡性貧血效果的紅色晶體紅色晶體物質，定名為維生

25、素物質，定名為維生素B12。在自然界中只有微生物能合成維生素在自然界中只有微生物能合成維生素B12。功能功能： 以甲鈷胺素、以甲鈷胺素、5-脫氧腺苷脫氧腺苷鈷胺素的形式做輔酶參與各鈷胺素的形式做輔酶參與各種反應種反應. 維生素維生素C維生素維生素C能防治壞血病，又稱能防治壞血病，又稱抗壞血酸抗壞血酸(ascorbic acid)。O=CCOHCOHHCHOCH CH2OHOO=CC=OC=OHCHOCH CH2OHO-2H+2H還原型還原型氧化型氧化型功能：功能：1. 促進各種支持組織及細胞間粘合物的形成。是羥化酶的輔促進各種支持組織及細胞間粘合物的形成。是羥化酶的輔酶。酶。(如如: 膠原蛋白

26、、膽汁酸、類固醇激素、兒茶酚胺等的合膠原蛋白、膽汁酸、類固醇激素、兒茶酚胺等的合成都需要成都需要羥化羥化)2. 對生物氧化有重要作用。具強還原性對生物氧化有重要作用。具強還原性,參與參與GSH、MHb的的還原還原; 能保護能保護VA、VE、VB免遭氧化免遭氧化; 促葉酸轉化成促葉酸轉化成FH4。缺乏癥：缺乏癥：壞血病壞血病 毛細血管易出血和齒、骨發(fā)育不全或退化。毛細血管易出血和齒、骨發(fā)育不全或退化?；钚灾行幕钚灾行?active center)定義定義:在一級結構上相距較遠的一些在一級結構上相距較遠的一些必需基團必需基團在空間結構上在空間結構上互相靠近互相靠近, 形成一個特定的形成一個特定的空

27、間區(qū)域空間區(qū)域, 能與底物結合并能與底物結合并直接參與了將底物轉化為產物的過程。直接參與了將底物轉化為產物的過程。必需基團必需基團(essential group):酶分子中與酶的活性密切相關的基團。酶分子中與酶的活性密切相關的基團。如如: His-咪唑基、咪唑基、Ser-OH、Cys-SH、Glu-COOH、LysNH2、Arg胍基胍基.必需基團必需基團活性中心內的活性中心內的活性中心外的活性中心外的結合基團結合基團催化基團催化基團將底物轉化為將底物轉化為產物產物常見常見-S-S-維持活性中心構象維持活性中心構象必需基團必需基團(essential group)酶分子中氨基酸殘酶分子中氨基酸

28、殘基側鏈的化學基團中，基側鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關一些與酶活性密切相關的化學基團的化學基團。目目 錄錄底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基團的必需基團結合基團結合基團催化基團催化基團 活性中心活性中心 目目 錄錄溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心* 谷氨酸谷氨酸35和天和天冬氨酸冬氨酸52是催化是催化基團；基團；* 色氨酸色氨酸62和和63、天冬氨酸天冬氨酸101和和色氨酸色氨酸108是結是結合基團；合基團；* AF為底物多為底物多糖鏈的糖基，位糖鏈的糖基，位于酶的活性中心于酶的活性中心形成的裂隙中。形成的裂隙中。S + EESK1K2E + PK3酶促反應中酶促反應中先生成

29、先生成ES導致導致酶促反應酶促反應具有具有高的催化效率高的催化效率強的特異性強的特異性ES存在的存在的證據證據:1.同位素同位素32P標記底物法（磷酸化酶與葡萄糖結合）標記底物法（磷酸化酶與葡萄糖結合）2.吸收光譜法（過氧化物酶與過氧化氫結合）。吸收光譜法（過氧化物酶與過氧化氫結合）?！版i鑰學說鎖鑰學說”（Fischer，1890）：酶的活性中心結構與底物的結構互相吻合，緊密結合成中間絡合物。誘導嵌合學說誘導嵌合學說（Koshland，1958）：酶活性中心的結構）：酶活性中心的結構有一定的靈活性，當底物（激活劑或抑制劑）與酶分子結有一定的靈活性，當底物（激活劑或抑制劑）與酶分子結合時，酶蛋白

30、的構象發(fā)生了有利于與底物結合的變化，使合時，酶蛋白的構象發(fā)生了有利于與底物結合的變化，使反應所需的催化基團和結合基團正確地排列和定向，轉入反應所需的催化基團和結合基團正確地排列和定向，轉入有效的作用位置，這樣才能使酶與底物完全吻合，結合成有效的作用位置，這樣才能使酶與底物完全吻合，結合成中間產物。中間產物。酶與底物的過渡態(tài)互補，親合力最強，釋放出結合酶與底物的過渡態(tài)互補，親合力最強，釋放出結合能使能使ES的過渡態(tài)能級降低，有利于底物分子跨越能的過渡態(tài)能級降低，有利于底物分子跨越能壘，加速酶促反應速度。壘，加速酶促反應速度。羧肽酶的誘導契合模式羧肽酶的誘導契合模式 底物底物目目 錄錄目目 錄錄1

31、.鄰近效應與定向效應：鄰近效應與定向效應：酶與底物結合成中間產物過程中，底物酶與底物結合成中間產物過程中，底物分子從稀溶液中分子從稀溶液中密集到活性中心區(qū)密集到活性中心區(qū)，并使活性中心的催化基團，并使活性中心的催化基團與底物的反應基團之間與底物的反應基團之間正確定向排列正確定向排列。結果。結果將分子間反應變成將分子間反應變成類似于分子內的反應類似于分子內的反應,從而大大提高反應速率。從而大大提高反應速率。2.多元催化或稱酸堿催化：多元催化或稱酸堿催化：酶蛋白是兩性電解質酶蛋白是兩性電解質。反應中反應中, 酶活酶活性中心的必需基團及其輔酶性中心的必需基團及其輔酶(基基)有的有的作為酸向反應物提供

32、質子作為酸向反應物提供質子, 而有的而有的作為堿從反應物奪取質子作為堿從反應物奪取質子,這種這種Bronsted的酸堿在反應的酸堿在反應中協(xié)同作用來達到加速反應。特別是中協(xié)同作用來達到加速反應。特別是 His的咪唑基咪唑基,常在同一分常在同一分子的不同微環(huán)境就發(fā)生不同的解離子的不同微環(huán)境就發(fā)生不同的解離,有的作酸有的作有的作酸有的作堿。堿。3.表面效應表面效應: 活性中心是酶分子表面的疏水性活性中心是酶分子表面的疏水性口袋口袋, ,此此疏水疏水環(huán)環(huán)境排除了境排除了水對反應的干擾。水對反應的干擾。4.“張力張力”與與“形變形變”：酶與底物的結合，不僅酶分子發(fā)生構象酶與底物的結合，不僅酶分子發(fā)生構

33、象變化，同樣底物分子也會發(fā)生扭曲變形，使底物分子的某些鍵變化，同樣底物分子也會發(fā)生扭曲變形，使底物分子的某些鍵的鍵能減弱，產生鍵扭曲，降低了反應活化能。的鍵能減弱，產生鍵扭曲，降低了反應活化能。5. 共價催化共價催化：底物分子的一部分與酶分子上的活性基團間通過共底物分子的一部分與酶分子上的活性基團間通過共價結合而形成的中間物，快速完成反應。如價結合而形成的中間物，快速完成反應。如: 脂酶脂酶,酰基轉移酶?；D移酶蛋白酶等。蛋白酶等。 鄰近效應鄰近效應(proximity effect)與定向排列與定向排列(orientation arrange ) 2. 多元催化多元催化(multieleme

34、nt catalysis) 3. 表面效應表面效應(surface effect)酶原酶原-無活性酶的前體無活性酶的前體. . 如如: :胰腺分泌的各種胰腺分泌的各種蛋白酶原、凝蛋白酶原、凝血酶原、纖維蛋白溶解酶原血酶原、纖維蛋白溶解酶原. .如:胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶腸激酶.Ca+六肽自身激活自身激活胰凝乳胰蛋白酶原胰凝乳胰蛋白酶原彈性胰蛋白酶原彈性胰蛋白酶原羧基肽酶原羧基肽酶原胰凝乳胰蛋白酶胰凝乳胰蛋白酶彈性胰蛋白酶彈性胰蛋白酶羧基肽酶羧基肽酶酶原激活的酶原激活的生理意義生理意義酶原是酶的儲存形式酶原是酶的儲存形式, ,以保證酶在特定的以保證酶在特定的部位與環(huán)境能及時發(fā)揮其催

35、化作用部位與環(huán)境能及時發(fā)揮其催化作用. .酶原形式的存在是對機體的保護作用酶原形式的存在是對機體的保護作用. .SVmax?：S，S時，時，?為一級反應。為一級反應。?隨的而，為混合級反應。隨的而，為混合級反應。S時，時，?達達Vmax，零級。，零級。此矩型雙曲線證明了中間產物學說的正確。此矩型雙曲線證明了中間產物學說的正確?？焖倏赡婵焖倏赡媛磻磻剩汗剩?正比于正比于推導基于如下觀點推導基于如下觀點:1. 中間產物學說中間產物學說: E + SESE + PK1K2K3K1、K2 催化的是催化的是快速平衡快速平衡反應反應 , K3催化的是催化的是慢慢反應反應.?指的是指的是初速初速 ,

36、 P量很少量很少, 逆反應不必考慮逆反應不必考慮 .2. E 很低很低 , S 遠大于遠大于 E , 故故: 測測初速初速時不必考慮時不必考慮S 的變化的變化.而而E的變化須計算的變化須計算 . 即即: E = ET ES3. 反應處于穩(wěn)態(tài)反應處于穩(wěn)態(tài) . 即即: ES 的的生成速度生成速度等于等于分解速度分解速度.故故: ? = K3 ESKm 與與 Vmax 的意義的意義1. Km ? = Vmax Vmax 時的時的 S. S. 在在1010-6 -6 10 10-2 -2 mol/Lmol/L2.2. Km Km 近似表示近似表示 E E 與與 S S 親和力的大小親和力的大小. .

37、(K(K2 2 K K3 3 K Km m K KS S) ) Km Km 值愈大值愈大, ,親和力愈小親和力愈小. .3.3. K Km m值是酶的值是酶的特征性常數特征性常數, ,只與酶的結構、底物、反應條件只與酶的結構、底物、反應條件(T(T、PHPH、離子強度、離子強度) )有關有關. .與與 E E 無關無關. .4.4. V Vmaxmax 是酶完全被底物飽和時的反應速度是酶完全被底物飽和時的反應速度, ,與與EE呈正比呈正比. . VmaxVmax = = K K3 3 E . E .5.5. K K3 3 是酶的轉換數是酶的轉換數. .既既: : 當酶完全被底物飽和時當酶完全被

38、底物飽和時, ,單位時間內單位時間內每個酶分子催化底物轉化成產物的分子數每個酶分子催化底物轉化成產物的分子數. . K K3 = 3 = V Vmaxmax / E / E EE?低低EE下下, ,即即:ES:ES時時, ,?正比于正比于EE三三. 溫度對酶作用的影響溫度對酶作用的影響兩種不同影響：1.溫度升高，反應速度溫度升高，反應速度加快加快；2.溫度升高，酶蛋白變溫度升高，酶蛋白變性速度加快性速度加快。TvT T最適最適指反應速度最大時的溫度指反應速度最大時的溫度. .偏離偏離T T最適最適, , ?都會降低都會降低, ,偏離越遠偏離越遠, ,?越小越小. .但本質不同但本質不同. .T

39、 T TT T最適最適, ,因素因素2 2占主導占主導, ,酶變性而失活酶變性而失活. .T T最適最適四四 pH對酶作用的影響對酶作用的影響最適最適pH（optimum pH）表現(xiàn)出酶最大活力的pH值pH對酶作用的影響機制：對酶作用的影響機制：1. 環(huán)境過酸、過堿使酶變性失活環(huán)境過酸、過堿使酶變性失活；2. 影響酶活性基團影響酶活性基團(必需基團必需基團.輔輔基或輔酶基或輔酶)的解離；的解離；3. 影響底物的解離。影響底物的解離。因此因此,只有在特定的只有在特定的PH條件下條件下,E與與S才能結合才能結合,反應反應.pH?pHpH最適不同酶具有不同的不同酶具有不同的最適最適pHpH pHpH

40、?胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶膽堿酯酶膽堿酯酶木瓜胃蛋白酶木瓜胃蛋白酶對酶作用的影響對酶作用的影響激活劑或激動劑激活劑或激動劑: : 使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽鍪姑赣蔁o活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽?加的物質加的物質激活劑激活劑大多為金屬離子大多為金屬離子, ,少數為陰離子少數為陰離子, ,也有些有機化合物也有些有機化合物. .激活劑分兩類激活劑分兩類: :必需激活劑必需激活劑: :酶活性不可缺酶活性不可缺. .如如: :激酶中的激酶中的MgMg+. .非必需激活劑非必需激活劑: :有它酶活性可增加有它酶活性可增加. .如如:Cl:Cl- -對于唾液淀粉酶對于唾液淀粉酶. . 六六 抑制劑

41、對酶作用的影響抑制劑對酶作用的影響使酶的必需基團或活性部位中的基團的化學性質改變使酶的必需基團或活性部位中的基團的化學性質改變而而降低酶活力甚至使酶失活的物質，稱為抑制劑（降低酶活力甚至使酶失活的物質，稱為抑制劑（I）。）。-蛋白變性劑不屬于蛋白變性劑不屬于抑制劑抑制劑. .1. 不可逆抑制作用不可逆抑制作用：抑制劑與酶的結合（共價鍵）是不可逆的。抑制劑與酶的結合（共價鍵）是不可逆的。除去抑制劑必須通過除去抑制劑必須通過化學方法化學方法. .抑制作用的強弱決定于抑制作用的強弱決定于II和和 I I 與與 E E 親和力的大小親和力的大小. .抑制劑抑制劑專一性專一性I: I: I I 特意地結

42、合特意地結合E E 的活性中心的必需基團的活性中心的必需基團. . 如如: :有機磷有機磷-O-(Ser-O-(Ser) )膽堿脂酶膽堿脂酶. . 除去靠除去靠解磷定解磷定. .非專一性非專一性I: I: I I 結合的基團不一定是活性中心的結合的基團不一定是活性中心的. .如如: :重金屬離子重金屬離子( (神經毒氣神經毒氣) )-S-E,-S-E,它不論它不論-SH -SH 在在E E 的何處的何處. .除去靠除去靠二巰基丙醇二巰基丙醇2. 2. 可逆抑制作用可逆抑制作用：抑制劑與酶的結合抑制劑與酶的結合( (非非共價鍵共價鍵) )是可逆的是可逆的。抑制程度是由抑制程度是由酶與抑制劑之間的

43、親和力大小酶與抑制劑之間的親和力大小、抑制劑的濃抑制劑的濃度度以及以及底物的濃度底物的濃度決定。決定?？赡嬉种瓶赡嬉种凭範幮砸种凭範幮砸种品蔷範幮砸种品蔷範幮砸种品淳範幮砸种品淳範幮砸种聘偁幮砸种谱饔酶偁幮砸种谱饔茫阂种苿┖偷孜铮阂种苿┖偷孜锔偁幐偁幣c酶結合。與酶結合。特點特點：1）競爭性抑制劑的結構與底物結構十分相似。競爭性抑制劑的結構與底物結構十分相似。抑制劑和抑制劑和底物競爭酶的結合部位底物競爭酶的結合部位(活性中心活性中心)S + EESE + P + IEIv = VSkm(1+I /ki)+Ski = EI/EISvV/2km2）抑制程度取決于）抑制程度取決于I 和和S 的濃度的濃

44、度以及以及二者與酶二者與酶親和力大小。親和力大小。km無 I有 I所以所以, ,當當S S 時反應向箭頭方向時反應向箭頭方向進行進行. .當當S S 時反應時反應?可達可達V Vmaxmax. .故故: : V Vmaxmax不變不變, ,但表觀但表觀K Km mVmax* * 舉例舉例 丙二酸丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸 磺胺類藥物的抑菌機制磺胺類藥物的抑菌機制與與對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸競爭競爭二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成酶二

45、氫蝶呤啶二氫蝶呤啶 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氫葉酸二氫葉酸合成酶合成酶二氫葉酸二氫葉酸COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 類類 藥藥 物物 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用：抑制劑必須在酶與底物結合后：抑制劑必須在酶與底物結合后才能進一步形成才能進一步形成ESI復合物。復合物。S + EESE + P + IESIE+Pv = V1 + Iki Skm1+ Iki+ SSvkmkm當當S S 時時,ES ,ES ,抑制作用抑制作用故稱故稱反競爭性抑制反競爭性抑制作用作用. .VmaxVmax ,K ,Km m* * 特點：特點：a) a) 抑制劑只與酶底物復合物

46、結合；抑制劑只與酶底物復合物結合；b)b) 抑制程度取決于抑制程度取決于抑制劑的濃度抑制劑的濃度及底物的濃度；及底物的濃度；c) 動力學特點：動力學特點：Vmax降低，表觀降低，表觀Km降低。降低。 非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用：底物和抑制劑與酶的不同部位結底物和抑制劑與酶的不同部位結合，但形成的合，但形成的EIS不能進一步轉變?yōu)楫a物。不能進一步轉變?yōu)楫a物。S + EESE + P + IEI + IEIS+SE+PSv無 IV/2km有 I()K Ki iK Ki i Vmax非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用：底物和抑制劑與酶的不同底物和抑制劑與酶的不同部位結合，但形成的部位結合，但形成

47、的EIS不能進一步轉變?yōu)楫a物。不能進一步轉變?yōu)楫a物。* * 特點特點a) a) 抑制劑與酶活性抑制劑與酶活性中心外的必需基中心外的必需基團結合，底物與團結合，底物與抑制劑之間無競抑制劑之間無競爭關系；爭關系；b)b) 抑制程度取決于抑制程度取決于抑制劑的濃度；抑制劑的濃度；c) 動力學特點：動力學特點：Vmax降低，表降低，表觀觀Km不變。不變。 抑制劑抑制劑 1 / V 1/S 無抑制劑無抑制劑 SvVmax(Km)V/2()無 I有 IVmax一、一、 酶的變（別）構效應酶的變（別）構效應有些酶具有類似血紅蛋白那樣的別構效應，稱為有些酶具有類似血紅蛋白那樣的別構效應，稱為(變變)別構酶別構酶。別構酶別構酶催化催化中心中心別構別構中心中心可在同一亞基可在同一亞基, ,