生物化學(xué)酶第一節(jié)的概念

1、第二章 酶第一節(jié) 酶的概念一、酶是生物催化劑（一）酶的定義 酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的蛋白質(zhì)（核酸），亦稱生物催化劑。（二）酶的化學(xué)本質(zhì)蛋白質(zhì)（核酸） 酶的化學(xué)本質(zhì)除有催化活性的RNA之外幾乎都是蛋白質(zhì)。 絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)。 1983年發(fā)現(xiàn)某些RNA分子具有催化活性，對有催化 活性的RNA稱為核酶酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物二、酶的作用特點(diǎn)（一）與一般催化劑的相同點(diǎn) 1.反應(yīng)前后質(zhì)與量不變，且用量少。 2.縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，不改變平衡點(diǎn)。 3.只能催化本來進(jìn)行的反應(yīng)。 4.降低反應(yīng)所需活化能?；罨埽涸谝欢囟认?mol底物全部進(jìn)入活化

2、態(tài)所需要的自由能，單位為kJ/mol.（二）與一般催化劑的不同點(diǎn)1.高效 比一般催化劑高1061013倍 1mol/L過氧化氫酶1秒鐘可分解105mol/L底物 1mol/L鐵離子1秒鐘可分解10-5 mol/L底物(75.448.98.4kJ/mol)2.高度專一 酶對催化的反應(yīng)和反應(yīng)物有嚴(yán)格的選擇性3.條件溫和（酶易失活） 引起蛋白質(zhì)變性的因素都能使酶失活4.活性能調(diào)節(jié)、控制5.常需要輔助因子三、酶的分布 酶分布在所有的細(xì)胞和組織中，相對隔離，各自發(fā)揮作用。四、酶的專一性 酶對底物和催化的反應(yīng)有嚴(yán)格的選擇性。 一種酶僅能作用于一種底物或結(jié)構(gòu)上相似的一類物質(zhì)，促進(jìn)發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。專一性結(jié)

3、構(gòu)專一立體（異構(gòu)）專一絕對專一相對專一鍵專一基團(tuán)專一旋光異構(gòu)順反異構(gòu)1.絕對專一 一種酶只作用于一種底物。2.相對專一 一種酶能夠作用于結(jié)構(gòu)上類似的一系列化合物。3.立體異構(gòu)專一性第二節(jié) 酶的命名與分類一、酶的分類二、酶的命名第三節(jié) 酶的組成與結(jié)構(gòu)一、酶的組成 二、幾個(gè)重要的輔助因子（一）輔酶、輔基（二）金屬離子三、酶的結(jié)構(gòu)（一）酶蛋白與蛋白質(zhì)相同，都有一定的空間結(jié)構(gòu)（二）根據(jù)酶蛋白結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，酶分為：（三）酶的活性中心（一）含義（二）形成（三）酶原（1）鍵專一：只要求合適的化學(xué)鍵，對鍵兩端的基團(tuán)并無嚴(yán)格要求。（2）基團(tuán)專一：不但要求一定的化學(xué)鍵，還要求鍵一端的基團(tuán)是一定的。a-葡萄糖苷酶

4、a-是糖苷鍵 糖苷鍵的一端是葡萄糖底物：蔗糖、麥芽糖（1）旋光異構(gòu)專一性：（2）順反異構(gòu)專一性： 根據(jù)國際生化協(xié)會酶命名委員會的規(guī)定，每一個(gè)酶都用四個(gè)打點(diǎn)隔開的數(shù)字編號，編號前冠以EC（酶學(xué)委員會縮寫），四個(gè)數(shù)字依次表示該酶應(yīng)屬的大類、亞類、亞亞類及酶的順序號，這種編碼一種酶的四個(gè)數(shù)字即是酶的標(biāo)碼。（一）習(xí)慣命名根據(jù) 作用底物（S）：淀粉酶 蛋白酶 反應(yīng)性質(zhì) ：脫氫酶 轉(zhuǎn)氨酶 兩者結(jié)合 ：乳酸脫氫酶 谷丙轉(zhuǎn)氨酶 來源 ：胃蛋白酶 木瓜蛋白酶（二）系統(tǒng)命名 命名原則 底物1：底物2 反應(yīng)性質(zhì) 酶 “L-乳酸：NAD+氧化還原酶”乳酸脫氫酶 國際酶學(xué)委員會建議雙命名法 系統(tǒng)名 習(xí)慣名1.單純蛋白酶

5、類： 只是由氨基酸組成，此外不含其他成分，其活性僅僅決定于它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。2.結(jié)合蛋白酶類：另一些酶如轉(zhuǎn)氨酶、碳酸酐酶、脫氫酶等均屬于結(jié)合蛋白質(zhì)。這些酶其蛋白質(zhì)部分稱之為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分稱為輔因子（或輔助因子）。酶蛋白與輔因子單獨(dú)存在時(shí)，均無催化活力，或活性很弱，結(jié)合在一起組成全酶后，才表現(xiàn)有明顯的催化作用。 全酶 = 酶蛋白 + 輔因子（金屬離子、輔酶、輔基）（有活性）（無活性）（無活性）輔酶、輔基往往是由維生素參與形成的小分子有機(jī)物據(jù)化學(xué)組成：維生素： 維生素是維持機(jī)體生命活動不可缺少的一類小分子化合物，它既不是生物體構(gòu)成成分，也不是能量物質(zhì)，之所以對生命活動如此重要，是因?yàn)榫S生素是輔

6、酶或輔基的組成成分，參與體內(nèi)代謝過程。維生素脂溶性維生素水溶性維生素維生素的特點(diǎn): 1、種類多 2、需要量少 3、常常需要從食物中獲得 4、大部分充當(dāng)輔酶 脂溶性維生素： A D E K 維生素 硫辛酸（氧化型） 水溶性維生素： Vc VB: B1 B2 B3（泛酸） B5(PP) B12（氰鈷胺素） B6 （吡哆醇/醛/胺） B7 (生物素 ） B11（葉酸） 硫辛酸（還原型）一、維生素B1 硫胺（素）（抗神經(jīng)炎V、抗腳氣病V）缺乏癥：1. 腳氣病 2. 中樞神經(jīng)和腸胃患糖代謝失常NH2H3CCH2NCCH3HCCCH2CH2OHSClPP硫胺素（B1）功能： 以輔酶方式參加糖的分解代謝。T

7、PP是脫羧酶、脫氫酶的輔酶。分布：在米糠、麥麩、黃豆、酵母、瘦肉等食物中含量最豐富。焦磷酸硫胺素（TTP）二 維生素B2（又稱核黃素）1、維生素B2的生理功能： 是作為遞氫輔酶，參與生物氧化作用。2、維生素B2每人每天需要量： 兒童0.6mg，成人1.6mg。動物體內(nèi)不能合成維生素B2。過量則排出。3、膳食中長期缺乏： 口角炎、舌炎、唇炎、眼瞼炎，角膜血管增生等癥狀。4、分布： 廣泛存在于動、植物中。在酵母、肝腎、蛋黃、奶及大豆中含量豐富。三 泛酸（VB3）（遍多酸）1、結(jié)構(gòu)： 是-丙氨酸與,-二羥-，-二甲基丁酸結(jié)合而成的化合物。2、泛酸的生物功能： 是以CoA形式參加代謝，是?；妮d體，是

8、體內(nèi)?；傅妮o酶，對糖、脂、蛋白質(zhì)代謝過程中的乙酰基轉(zhuǎn)移有重要作用。3、成人每天需要量為510mg，一般膳食的泛酸含量豐富。 未發(fā)現(xiàn)典型的缺乏癥。四 維生素PP（VB5）（抗癩皮病V） 包括尼克酸（煙酸）和尼克酰胺。尼克酰胺為維生素B5的化學(xué)名NCOOHNCONH2 尼克酸 尼克酰胺分布：廣泛存在于自然界，以酵母、花生、谷類、豆類、肉類和動物肝中含量豐富。功能：以NAD+或NADP+形式作為脫氫酶的輔酶而起到遞氫體的作用。NCONH2RNCONH2RHH+2H-2HNAD(P)+ +2H-2HNAD(P)H + H+缺乏癥：膳食中長期缺乏維生素PP所引起的疾病為對稱性皮炎，又叫賴皮病。在狗生黑

9、舌病。 Trp可轉(zhuǎn)變?yōu)槟峥缩０?，以玉米為主食易患缺乏癥。五 維生素B6維生素B6又稱吡哆素 包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。NCH2OHCH2OHHOH3CNCH2OHCHOHOH3CNCH2OHCH2NH2HOH3C 吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺NCH2OCHOHOH3CP（磷酸吡哆醛，PLP）功能：作為輔酶參加多種代謝反應(yīng)，包括脫羧、轉(zhuǎn)氨、氨基酸內(nèi)消旋、Trp代謝、含硫氨基酸的脫硫、羥基氨基酸的代謝和氨基酸的脫水等。缺乏癥：導(dǎo)致皮膚、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和造血機(jī)構(gòu)的損害，可以引發(fā)皮炎。分布：動植物中分布很廣，谷類外皮含量尤為豐富。同時(shí)腸道細(xì)菌也能合成供人體需要六 生物素（VB7）（為含硫維生素）功能：生物素

10、是多種羧化酶的輔酶，在CO2固定反應(yīng)中起重要作用。缺乏癥：人體一般不會發(fā)生生物素缺乏。人類缺少生物素可能導(dǎo)致皮炎、肌肉疼痛、感覺過敏、怠倦、厭食、輕度貧血等。分布：肝、腎、蛋黃、酵母、蔬菜和谷類中都含有。同時(shí)腸道細(xì)菌也能合成供人體需要七 葉酸（VB11）由蝶呤啶、對氨基苯甲酸與L-谷氨酸連接而成 葉酸的5、6、7、8位置，在NADPH2存在下，可被還原成四氫葉酸（FH4或THFA）。四氫葉酸的N5 和N10位可與多種一碳單位結(jié)合作為它們的載體。功能：THFA是轉(zhuǎn)一碳基團(tuán)酶系的輔酶。缺乏癥：葉酸缺乏時(shí)，紅細(xì)胞的發(fā)育受到影響，造成巨紅細(xì)胞性貧血癥。分布：肝、酵母、蔬菜中都含有。同時(shí)人腸道細(xì)菌也能合

11、成，故一般不發(fā)生缺乏癥。八 維生素B12（氰鈷胺素）維生素B12是含鈷的化合物，又稱鈷胺素。在自然界中只有微生物能合成維生素B12。功能：1.促進(jìn)甲基轉(zhuǎn)移作用; 2.維持-SH的還原型狀態(tài)缺乏癥：1. 兒童及幼齡動物發(fā)育不良2. 消化道上皮組織細(xì)胞失常3. 造血器官功能失常，不能正常產(chǎn)生血紅細(xì)胞，導(dǎo)致惡性貧血。分布：動物性食品，特別是肉類和肝中含量豐富，人和動物的腸道細(xì)菌都能合成，一般不會缺少。九 維生素C維生素C能防治壞血病，又稱抗壞血酸.功能： 促進(jìn)各種支持組織及細(xì)胞間粘合物的形成。是脯氨酸羥化酶的輔酶。2. 對生物氧化有重要作用。缺乏癥： 壞血病，毛細(xì)血管易出血和齒、骨發(fā)育不全或退化水溶

12、性維生素十 維生素A維生素A只存在于動物性食物中，包括A1 和 A2兩種。A1即視黃醇，主要存在于咸水魚的肝臟；A2即3-脫氫視黃醇，主要存在于淡水魚肝臟。在高等植物和動物中普遍存在的-胡蘿卜素可轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A。功能: 1、維生素A促進(jìn)年幼動物生長，有助于動物生殖和泌乳。 2、維持上皮組織的健康及正常視覺， 缺乏癥： 1、產(chǎn)生干眼?。ㄑ劢Y(jié)膜炎） 2、發(fā)生夜盲癥脂溶性V十一 維生素D維生素D具有抗佝僂病作用，又稱抗佝僂病維生素。已確知有4種，即維生素D2、D3、D4、D5，均為類固醇衍生物，其中D2和D3較為重要。功能：調(diào)節(jié)鈣、磷代謝，維持血液正常的鈣、磷濃度，從而促進(jìn)鈣化，使牙齒、骨骼發(fā)育正常

13、。缺乏癥：維生素D攝食不足，不能維持鈣的平衡，兒童骨骼發(fā)育不良，產(chǎn)生佝僂病。孕婦和授乳婦人的脫鈣作用嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥，患者骨骼易折，牙齒易脫落。 機(jī)體只能從膽汁排出過多的維生素D，維生素D如攝食過量則會中毒。早期癥狀為：乏力、疲倦、惡心、頭痛、腹瀉等。較嚴(yán)重時(shí)：引起軟組織（包括血管、心肌、肺、腎、皮膚等）的鈣化，導(dǎo)致重大病患。十二 維生素E維生素E又稱生育酚或抗不育維生素，已知有8種，其中4種（、-生育酚）較為重要，-生育酚的效價(jià)最高。動物組織的維生素E都是從食物中取得的。缺乏癥：1. 生殖系統(tǒng)的上皮細(xì)胞毀壞，雄性睪丸退化，不產(chǎn)生精子，雌性流產(chǎn)或胎兒被溶化吸收。肌肉（包括心肌）萎縮，形態(tài)改

14、變，代謝反常。3. 血膽固醇水平增高，紅細(xì)胞破壞，發(fā)生貧血。 維生素E攝食過量無毒性。十三 維生素K 維生素K是一類能促進(jìn)血液凝固的萘醌衍生物。1929年發(fā)現(xiàn)。有K1、K2、K3三種，K1、K2為天然產(chǎn)物，K3為人工合成品。功能：是促進(jìn)血液凝固，因維生素K是促進(jìn)肝臟合成凝血酶原的重要因素。缺乏癥：動物缺乏維生素K，血凝時(shí)間延長。成人一般不易缺乏維生素K。 種類 化學(xué)本質(zhì) 功能 VA 不飽和一元醇 缺乏得干眼病、夜盲癥 VD 類固醇衍生物 與Ca、P代謝有關(guān)，佝僂病 VE 生育酚 與生育有關(guān)，抗氧化 VK 奈醌衍生物 促進(jìn)血液凝固（一）輔酶、輔基根據(jù)它們與蛋白質(zhì)結(jié)合的松緊程度不同分：1.輔酶：指

15、與酶蛋白結(jié)合比較松弛的小分子有機(jī)物質(zhì)，通過透析方法可以除去。如：輔酶 和輔酶 等。2.輔基：是以共價(jià)鍵和酶蛋白結(jié)合，結(jié)合的較緊密，不能通過透析法除去，需要經(jīng)過一定的化學(xué)處理才能與酶蛋白分開。如：細(xì)胞色素氧化酶中的鐵卟啉等1.TPP：焦磷酸硫胺素（前體：硫胺素，含B1)羧化酶的輔酶 與a-酮酸氧化脫羧有關(guān)2.FMN FAD（核黃素的衍生物，含B2）氧化還原酶的輔基（傳遞電子和質(zhì)子） FMN FMNH2 FAD FADH23.NAD NADP（煙酰胺和煙酸衍生物，含B5)脫氫酶的輔酶（傳遞電子和質(zhì)子） 亦稱：輔酶 和輔酶 NAD+(NADP+) NADH(NADPH)+H+見圖見圖見圖4.CoAS

16、H(泛酸，含B3)酰基轉(zhuǎn)移酶的輔酶（?；d體）5.磷酸吡哆醛（胺）（含B6)轉(zhuǎn)氨和脫羧過程中的輔酶轉(zhuǎn)氨：通過醛、胺轉(zhuǎn)化6.氰鈷胺素（B12） 亦稱輔酶B12變位酶的輔酶，也參與甲基及其它一碳單位的轉(zhuǎn)移反應(yīng)見圖見圖見圖7.硫辛酸 丙酮酸和-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體的輔酶，在氧化脫羧過程中起著傳遞氫和?；淖饔?.GSH 遞氫 2GSH GSSG9.生物素（含B7) 許多羧化酶的輔酶，與專一性的酶蛋白結(jié)合而參與羧化反應(yīng)10.四氫葉酸（FH4) 轉(zhuǎn)一碳單位的輔酶（甲基、亞甲基、次甲基、甲?；?1.鐵卟啉（血紅素） 遞電子 Fe3+ Fe2+ 見圖見圖見圖維生素及輔酶類型（二）金屬離子分類： （據(jù)結(jié)合程

17、度不同）1.金屬酶：酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。主要是一些過渡金屬離子。2.金屬激酶：金屬離子與酶的結(jié)合一般較松散。在溶液中，酶與這類離子結(jié)合而被激活。主要是一些堿金屬離子或堿土金屬離子作用：1.活性中心的組成成分 如：多酚氧化酶中的酮2.在E與S之間起作用 如：羧肽酶中的鋅3.穩(wěn)定結(jié)構(gòu)1.單體酶： 一條多肽鏈組成的酶，種類較少，多是催化水解反應(yīng)的酶。分子量 1.3萬3.5萬。2.寡聚酶： 由兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基組成的酶，分子量3.5萬幾百萬。相當(dāng)數(shù)量的寡聚酶是調(diào)節(jié)酶。3.多酶復(fù)合物： 功能相關(guān)的幾個(gè)酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合而成的聚合體，所有反應(yīng)依次連接，有利于一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。分子量幾百萬以上

18、。四、酶的結(jié)構(gòu)組成一、酶的結(jié)構(gòu) 結(jié)合部位 活性中心 必需基團(tuán) 催化部位 酶的結(jié)構(gòu) 活性中心以外的必需基團(tuán) 其它部分 二.酶的活性基團(tuán)及活性中心（一）概念：酶的活性中心是指結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，通常是相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基形成的三維實(shí)體。 活性中心結(jié)合部位催化部位調(diào)控基團(tuán)中心外必需基團(tuán)中心內(nèi)必需基團(tuán)1、結(jié)合部位 酶分子中與底物結(jié)合，使底物與酶的一定構(gòu)象形成復(fù)合物的基團(tuán)。 酶的結(jié)合基團(tuán)決定酶反應(yīng)的專一性。2、催化部位 酶分子中催化底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的基團(tuán)。 催化基團(tuán)決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)，同時(shí)也是決定反應(yīng)的高效性。3、調(diào)控基團(tuán) 酶分子中一些可與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合并引

19、起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用的基團(tuán)。一些酶活性中心的基團(tuán)酶的活性中心示意圖第四節(jié)、酶的催化作用機(jī)理一. 酶作用專一性機(jī)理 1.鎖鑰學(xué)說 2.誘導(dǎo)契合學(xué)說酶受底物誘導(dǎo)而變形二. 酶作用高效性機(jī)理 中間產(chǎn)物學(xué)說三.影響酶高效性的因素 1.鄰近定向效應(yīng) 2.底物的形變和誘導(dǎo)契合 3.親核催化/親電催化（共價(jià)催化） 4.酸堿催化 5.微環(huán)境的影響1、鎖鑰學(xué)說（1890）： 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)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣。 此學(xué)說可以較好的解釋酶的立體異構(gòu)專一性；但不能解釋：酶的多底物現(xiàn)象、酶對正反方向的催化等。鎖鑰學(xué)說2、誘導(dǎo)契合

20、學(xué)說（1964年 ） 該學(xué)說認(rèn)為酶的活性部位并不是和底物的形狀正好互補(bǔ)的，而是在酶和底物結(jié)合的過程中，底物分子或酶分子，有時(shí)是兩者的構(gòu)象同時(shí)發(fā)生了一定的變化后才互補(bǔ)的，這時(shí)催化基團(tuán)的位置也正好在所催化底物鍵的斷裂和即將生成鍵的適當(dāng)位置。這個(gè)動態(tài)的辨認(rèn)過程稱為誘導(dǎo)契合。 誘導(dǎo)契合學(xué)說 酶與底物靠近 定向 酶與底物相互誘導(dǎo)變形 契合形成中間產(chǎn)物 產(chǎn)物脫離A.靠近定向靠近電性吸引疏水作用定向酶底物 誘導(dǎo)契合機(jī)制B.誘導(dǎo)契合活性中心催化基團(tuán)進(jìn)行催化誘導(dǎo)互補(bǔ)性結(jié)構(gòu)變化能否契合專一性的由來契合C.產(chǎn)物脫離酶復(fù)原催化劑中間產(chǎn)物學(xué)說（過渡態(tài)學(xué)說） 非酶促反應(yīng) S P 酶促反應(yīng) S+E ES P+E 反應(yīng)分兩步

21、走，活化能大大降低，因此反應(yīng)容易進(jìn)行。S+E ES ES EP P+E底物酶中間物過渡態(tài)產(chǎn)物酶中間物酶作用的實(shí)質(zhì)在于降低反應(yīng)活化能1、 鄰近效應(yīng)、 定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)：在酶促反應(yīng)中，由于酶和底物分子之間的親和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趨勢，最終結(jié)合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加的效應(yīng)。定向效應(yīng)：當(dāng)專一性底物向酶活性中心靠近時(shí)，會誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象發(fā)生改變，使酶活性中心的相關(guān)基團(tuán)和底物的反應(yīng)基團(tuán)正確定向排列，同時(shí)使反應(yīng)基團(tuán)之間的分子軌道以正確方向嚴(yán)格定位，使酶促反應(yīng)易于進(jìn)行。以上兩種效應(yīng)使酶具有高效率和專一性特點(diǎn)。鄰近定向效應(yīng)普通化學(xué)反應(yīng)隨機(jī)碰撞（受濃度、碰撞角度影響）相

22、當(dāng)于社會上的自由戀愛酶的活性中心相當(dāng)于“婚姻介紹所”鄰近作用提高了酶活性（“婚介”）中心的底物濃度（非婚男女集中）定向作用縮短了底物與催化基團(tuán)間（“男女”）的距離提高反應(yīng)速度（成功率）108倍2.底物的形變和誘導(dǎo)契合 當(dāng)酶與底物靠近時(shí)，不僅酶構(gòu)象受底物作用而變化，底物分子也常常受酶作用而變化，也就是酶使底物分子中的敏感鍵發(fā)生“變形”，從而促使底物中的敏感鍵更易于破裂。因而更容易形成一個(gè)互相契合的酶底的復(fù)合物而提高催化效率。底物分子發(fā)生形變酶底物同時(shí)形變產(chǎn)物3、酸堿催化酸堿催化是通過瞬時(shí)的向反應(yīng)物提供質(zhì)子或從反應(yīng)物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，加速反應(yīng)的一類催化機(jī)制。 酶分子中可以作為廣義酸、堿的基團(tuán)廣

23、義酸基團(tuán) （質(zhì)子供體） 廣義堿基團(tuán)（質(zhì)子受體） 4、共價(jià)催化 催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共價(jià)催化。它包括兩種類型：親核催化和親電催化親核基團(tuán)： His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基，Ser 的羥基等；親電子基團(tuán)：H+ 、Mg2+、 Mn2+ 、Fe3+某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價(jià)催化作用。 5、活性部位微環(huán)境的影響（酶活性中心是低介電區(qū)域） 酶活性中心處于一個(gè)非極性環(huán)境中，其介電常數(shù)較在水介質(zhì)（極性介質(zhì)）中的介電常數(shù)低，在非極性環(huán)境中兩個(gè)帶電基團(tuán)之間的靜電作用比在極性環(huán)境中顯著增高。從而有利

24、于同底物的結(jié)合。酶催化作用機(jī)理：綜上所述： 酶與底物結(jié)合時(shí)，由于酶的變形（誘導(dǎo)契合）或底物變形使二者相互適合，并依靠離子鍵、氫鍵、范德華力的作用和水的影響，結(jié)合成中間產(chǎn)物，在酶分子的非極性區(qū)域內(nèi)，由于酶與底物的鄰近、定向，使二者可以通過親核親電催化、一般酸堿催化或金屬離子催化方式進(jìn)行多元催化，從而大大降低反應(yīng)所需的活化能，使酶促反應(yīng)迅速進(jìn)行。四、酶原與酶原的激活（一）概念：酶原酶在生物體內(nèi)首先合成出來的無活性前體。 酶原的激活酶原必須在一定的條件下去掉一個(gè)或幾個(gè)特殊的肽鍵，從而使酶的構(gòu)象發(fā)生一定的變化，才有活性，這一過程稱為酶原激活。（二）激活的本質(zhì)或?qū)嵸|(zhì)酶的活性中心形成或暴露的過程意義：避免

25、自身受損傷纈天天天天賴異纈甘組SS絲SS纈纈胰蛋白酶原腸激酶（激活作用）纈天天天天賴異甘組SS絲纈SS纈纈活性中心胰蛋白酶為什么不直接以酶形式存在呢？保護(hù)正常組織不受傷害胰蛋白酶的激活1.底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響第四節(jié)、影響酶促反應(yīng)速度的因素 在低底物濃度時(shí)： 反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng)特征。隨著底物濃度的增高 反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)。 當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值 反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。酶與底物的中間絡(luò)合物學(xué)說米氏方程米氏常數(shù)S+E ES P+E底物濃度與酶反應(yīng)速度關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式： S與E形成中間

26、產(chǎn)物，且整個(gè)反應(yīng)速度取決于 ES P+E 產(chǎn)物濃度接近為0（初速度） SE 反應(yīng)達(dá)到平衡 前 提V= VmaxSKm + S米氏常數(shù) ：當(dāng)v=1/2 Vmax 時(shí)的底物濃度 Km=SKm值：是當(dāng)酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，它的單位是mol/L,與底物濃度的單位一樣。米氏常數(shù)Km關(guān)于米氏常數(shù)Km的幾點(diǎn)說明：a.不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個(gè)重要的特征物理常數(shù),只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與其濃度無關(guān)。b.Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。C.一般情況下，1/Km可以近似地表示酶對底物的親和力大小， 1/Km愈大，表

27、明親和力愈大。 （同一種酶有幾種底物就有幾個(gè)Km值，其中Km值最小的底物一般稱為該酶的最適底物或天然底物）雙倒數(shù)作圖法-1/Km1/Vmax斜率=Km/Vmax 1 Km 1 1 = + V Vmax S Vmax米氏常數(shù)的求法2. pH對酶促反應(yīng)速度的影響pH值影響酶活力的原因有以下幾點(diǎn)影響酶分子構(gòu)象的穩(wěn)定性。影響酶分子（包括輔因子）極性基團(tuán)的解離狀態(tài)，使其荷電性發(fā)生變化c. 影響底物分子的解離狀態(tài)酶反應(yīng)速度最大時(shí)的溶液pH，稱為酶的最適pH3. 溫度的影響溫度對酶促反應(yīng)速度的影響：a.一方面是溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快(溫度系數(shù)Q10：反應(yīng)溫度提高10 C，其反應(yīng)速度與原來的反應(yīng)速度之比。

28、 Q10多為1-2 ) 。b.另一方面,溫度升高,酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失，反應(yīng)速度很快下降。 使酶促反應(yīng)速度達(dá)最大時(shí)的溫度稱為酶的最適溫度。4.酶濃度對酶反應(yīng)速度的影響 在一定條件下酶促反應(yīng)的速度與酶的濃度成正比。 當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度時(shí)，反應(yīng)達(dá)到最大速度。如果此時(shí)增加酶的濃度可增加反應(yīng)速度，酶促反應(yīng)的速度與酶的濃度成正比關(guān)系。5.激活劑對酶反應(yīng)速度的影響 凡能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑 （1）無機(jī)離子：金屬離子(K+ Na+ Mg2+ Zn2+ Fe2+ Ca2+)、陰離子(Cl- Br-)、氫離子（2）簡單有機(jī)分子：某些還原劑、乙二胺四乙酸（EDTA）

29、 (3)具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子物質(zhì) 主要是激活酶原 無活性的酶原 有活性的酶激活作用 （1）抑制作用與抑制劑 （2）抑制作用的類型 （3）可逆抑制作用的動力學(xué)特征 （4）一些重要的抑制劑6. 抑制劑對酶反應(yīng)速度的影響 （1）抑制作用與抑制劑 凡使酶的活性降低或喪失，但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用。主要是由于酶的必需基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變而引起的。 （抑制作用不同于失活作用） 能夠引起抑制作用的化合物則稱為抑制劑。 （抑制劑不同于變性劑） (2) 抑制作用的類型a. 不可逆抑制作用 b. 可逆抑制作用 競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制專一性不可逆抑制作用非專一性不可逆抑制作用不可逆抑制作用

30、（修飾抑制） 定義：抑制劑與酶的活性中心的功能基團(tuán)共價(jià)結(jié)合而抑制酶的活性,不能用透析或超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活性。專一性不可逆抑制作用：這類抑制劑只作用于與酶活性部位有關(guān)的氨基酸殘基或一類酶。非專一性不可逆抑制作用：這類抑制劑作用于酶分子上一類或幾類不同的基團(tuán)或作用于幾類不同的酶。 如：酰化劑酸酐和磺酰氯等可使酶蛋白的-OH、SH、NH2等發(fā)生?；姑甘Щ?。b. 可逆抑制作用 抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過透析等物理方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。 根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類b1 竟?fàn)幮砸种芺2 非竟?fàn)幮砸种芺3 反競爭

31、性抑制b1竟?fàn)幮砸种?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)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。 竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。S例：丙二酸和戊二酸對琥珀酸脫氫酶結(jié)合但不能催化脫氫競爭性可逆抑制圖示Ib2 非竟?fàn)幮砸种?酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，即底物和抑制劑沒有競爭作用。酶與抑制劑結(jié)合后，還可與底物結(jié)合；酶與底物結(jié)合后，也可再結(jié)合抑制劑，但是三元的中間產(chǎn)物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，所以酶活性降低。 非競爭性抑制劑與酶活性中心以外的基團(tuán)結(jié)合。這類抑制作用不會因提高底物濃度而減弱非競爭性可逆抑制

32、圖示非競爭b3 反競爭性抑制 酶只有與底物結(jié)合后才與抑制劑結(jié)合，形成的三元中間產(chǎn)物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，所以酶活性降低。這類抑制作用最不重要。 反競爭性抑制作用常見于多底物反應(yīng)中，而在單底物反應(yīng)中比較少見。（3）可逆抑制作用的動力學(xué) a. 競爭性抑制1/Vmax競爭性抑制劑無抑制劑1/s1/v斜率=Km/Vmax 加入競爭性抑制劑后，Km 變大，酶促最大反應(yīng)速度Vmax不變。b.非競爭性抑制非競爭性抑制劑無抑制劑-1/km1/v1/Vmax 加入非競爭性抑制劑后，Km 不變，而Vmax減小。1/sC.反競爭性抑制 加入反競爭性抑制劑，使Km和Vmax均減小反競爭性抑制劑I增加1/S1/-1/k

33、m(1+I/ki)-1/km1/Vmax無抑制劑可逆抑制的動力學(xué)比較抑制類型 Vmax Km無抑制劑 Vmax Km競爭性抑制 不變 變大非競爭性抑制 變小 不變 反競爭性抑制 變小 變小 （4）一些重要的抑制劑 a.不可逆抑制劑 1.有機(jī)磷化合物與酶活性直接有關(guān)的絲氨酸上的-OH牢固地結(jié)合，從而抑制某些蛋白酶或酯酶。（敵百蟲、敵敵畏、農(nóng)藥1605等） 2.有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物與酶蛋白上的-SH作用，從而抑制含-SH酶的活性。 （對氯汞苯甲酸）3.氰化物、硫化物和CO這類物質(zhì)能與酶中的金屬離子形成較為穩(wěn)定的絡(luò)合物，使酶的活性受到抑制。4.重金屬Ag、Cu、Hg等鹽能使大多數(shù)酶失活，加入EDTA

34、可以除去。5.烷化劑這一類試劑中往往含一個(gè)活潑的鹵素原子，如碘乙酸、碘乙酰胺和2，4-二硝基氟苯等，使酶蛋白中的 SH、-NH2、-OH等發(fā)生烷基化， 失活。6.青霉素抗菌素類藥物，與糖肽轉(zhuǎn)肽酶活性部位Ser-OH共價(jià)結(jié)合，使酶失活。 “自殺性底物” b. 可逆抑制劑 在可逆抑制劑中最重要的是競爭性抑制劑。 如：磺胺藥、氨基葉酸等。用增加底物濃度的方法可以減弱抑制作用。 一、別構(gòu)酶（一）別構(gòu)酶的概念和特點(diǎn) 1.概念： 別構(gòu)酶也稱變構(gòu)酶，它是代謝過程中的關(guān)鍵酶。通過效應(yīng)物（調(diào)節(jié)物）和酶的別構(gòu)中心的結(jié)合來調(diào)節(jié)其活性，從而調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速度和代謝過程。第六節(jié)、別構(gòu)酶 同工酶 誘導(dǎo)酶 抗體酶 核酶2.別構(gòu)

35、酶的基本特點(diǎn)：（1）由多個(gè)亞基組成的寡聚酶（2）具有四級結(jié)構(gòu)（3）除了有可以結(jié)合底物的酶的活性中心外，還有可以結(jié)合調(diào)節(jié)物的別構(gòu)中心（有時(shí)也稱調(diào)節(jié)中心）。這兩個(gè)中心可能位于同一亞基上，也可能分別位于不同亞基上。（4）每個(gè)別構(gòu)酶分子可以有一個(gè)以上的活性部位和調(diào)節(jié)部位，因此可以結(jié)合 一個(gè)以上的底物分子和調(diào)節(jié)物分子。 別構(gòu)酶的活性中心負(fù)責(zé)酶對底物的結(jié)合與催化，別構(gòu)中心則負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速度。3.幾個(gè)相關(guān)概念別構(gòu)效應(yīng)：調(diào)節(jié)物（或效應(yīng)物）與酶分子上的別構(gòu)中心結(jié)合后，誘導(dǎo)出或穩(wěn)定住酶分子的某種構(gòu)象，使酶活性中心對底物的結(jié)合和催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速度及代謝過程，此效應(yīng)即為酶的別構(gòu)效應(yīng)同促效應(yīng)（同種協(xié)

36、同效應(yīng)）：它的調(diào)節(jié)物分子就是底物分子，這種酶分子上有兩個(gè)以上的底物結(jié)合中心，其調(diào)節(jié)作用取決于酶是有多少個(gè)底物結(jié)合中心被占據(jù)。異促效應(yīng)：這種別構(gòu)酶除了與底物分子作用外，還可與其他的調(diào)節(jié)物分子結(jié)合，它的調(diào)節(jié)物分子不是底物分子。多數(shù)別構(gòu)酶兼有同促效應(yīng)和異促效應(yīng)。（二）別構(gòu)酶的動力學(xué)及別構(gòu)酶對酶反應(yīng)速度的調(diào)節(jié)1.大多數(shù)別構(gòu)酶具有正協(xié)同效應(yīng) 正協(xié)同效應(yīng)：酶分子結(jié)合一分子底物或效應(yīng)物后，酶的構(gòu)象發(fā)生變化，這種新的構(gòu)象有利于后續(xù)分子與酶的結(jié)合，大大促進(jìn)后續(xù)分子與酶的親合性）其初速度與底物濃度的關(guān)系呈S形的v-S曲線。當(dāng)?shù)孜餄舛劝l(fā)生很小的變化時(shí)，別構(gòu)酶就極大地控制著反應(yīng)速度。在正協(xié)同效應(yīng)中使得酶反應(yīng)速度對底物

37、濃度的變化極為敏感。2.另一類別構(gòu)酶具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)，其動力學(xué)曲線在表現(xiàn)上與雙曲線相似，但意義不同 具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的酶在底物濃度較低的范圍內(nèi)酶活力上升快，但再繼續(xù)下去，底物濃度雖有較大的提高，但反應(yīng)速度升高卻較小。使得酶反應(yīng)速度對底物濃度的變化不敏感負(fù)正s（三）別構(gòu)酶調(diào)節(jié)酶活性的機(jī)理1.協(xié)同模型或?qū)ΨQ模型（MWC模型）（1965）1.別構(gòu)酶是由確定數(shù)目的亞基組成的寡聚酶，各亞基占有相等的地位，因此每個(gè)別構(gòu)酶都有一個(gè)對稱軸。2.每一個(gè)亞基對一種配體（或調(diào)節(jié)物）只有一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。3.每種亞基有兩種構(gòu)象狀態(tài)，一種為有利于結(jié)合底物或調(diào)節(jié)物的松弛型構(gòu)象（R型)另一種為不利于底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合的緊張型構(gòu)象（T

38、型） 各亞基在同一時(shí)間內(nèi)均處于相同的構(gòu)象狀態(tài)。2.序變模型（KNF模型）（1966）1.當(dāng)配體不存在時(shí)，別構(gòu)酶只有一種構(gòu)象狀態(tài)存在（T）而不是處于R T的平衡狀態(tài)，只有當(dāng)配體與之結(jié)合后才誘導(dǎo)T態(tài)向R態(tài)轉(zhuǎn)變2.構(gòu)象是以序變方式進(jìn)行的，而不是齊變。（有各種TR雜合型）3.亞基間的相互作用可能是正協(xié)同效應(yīng)，也可能是負(fù)協(xié)同效應(yīng)，前者導(dǎo)致下一亞基對配體有更大的親和力，后者則降低親和力。T態(tài)TR態(tài)R態(tài)二、同工酶1.概念 ：同工酶：是指能催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。一般為寡聚蛋白。2.同工酶舉例： 1959年，用電泳分離法發(fā)現(xiàn)動物的乳酸脫氫酶具有多

39、種分子形式。LDH5(M4)、 LDH4(M3H)、 LDH3(M2H2)、 LDH2(MH3)、 LDH1(H4)心肌型（H）和肌肉型（M）乳酸脫氫酶（LDH）同工酶的組成 心、肝病變時(shí)引起的血清LDH同工酶的變化規(guī)律： 心臟疾病 LDH2和LDH4上升，LDH3和LDH5下降。 急性肝炎 LDH5明顯上升，隨病情好轉(zhuǎn)而恢復(fù)正常。LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(H1M3)LDH5(M4)H亞基M亞基三、誘導(dǎo)酶根據(jù)酶的形成與代謝的關(guān)系，人們把酶相對地分為結(jié)構(gòu)酶和誘導(dǎo)酶 結(jié)構(gòu)酶是指細(xì)胞中天然存在的酶，其含量較為穩(wěn)定，受外界的影響小。誘導(dǎo)酶指細(xì)胞中加入特定誘導(dǎo)物后誘

40、導(dǎo)產(chǎn)生的酶，其含量在誘導(dǎo)物存在下顯著增高，這種誘導(dǎo)物往往是該酶底物的類似物或底物本身.四、抗體酶抗體酶指專一于抗原分子的， 具有催化活性的免疫球蛋白，即在其高可變區(qū)賦予了酶的屬性。是抗體的高度選擇性與酶的高效催化性相結(jié)合的產(chǎn)物。（五）核酶1.概念 核酶：具有催化活性的RNA.2.種類按作用底物分：（1）催化分子內(nèi)反應(yīng)（如自我剪接和自我剪切）的核酶。（2）催化分子間反應(yīng)（如原核生物RNaseP中的RNA）的核酶。（一）酶活力與酶反應(yīng)速度 1. 酶活力：也稱酶活性，指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。其大小可用在一定條件下，它所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示，兩者呈線性關(guān)系。所以測定酶的活力就是測定酶

41、的反應(yīng)速率。 2. 酶反應(yīng)速度：用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。單位：濃度/單位時(shí)間一、酶活力測定與酶活力單位第七節(jié)、酶活力測定與分離提純產(chǎn)物濃度酶反應(yīng)速度曲線時(shí)間引起酶反應(yīng)速度降低的主要原因： 1、底物濃度的降低；2、酶的部分失活； 3、產(chǎn)物對酶的抑制； 4、產(chǎn)物增加引起的逆反應(yīng)速度的增加可以用初速度來測定制劑中酶的含量。斜率=濃度/時(shí)間=3、酶的活力單位 (1).酶的活力單位： 1961年，提出用“國際單位”（IU）表示酶活力， 即：1個(gè)酶活力單位：是指在最適條件下，1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物的酶量，或轉(zhuǎn)化底物中1微摩爾有關(guān)基團(tuán)的酶量。(25C,最適底物濃度和最適

42、pH） 1IU=mol/min 1972年，提出新的酶活力國際單位：Kat單位：最適條件下，每秒鐘能催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，定為1Kat=1mol/s 所以：1Kat=60106 IU 習(xí)慣用法：每小時(shí)催化1克底物所需的酶量。 (2).酶的比活力： 代表酶的純度，比活力用每mg蛋白質(zhì)所含的酶活力單位數(shù)表示，對同一酶來說，比活力愈大，表示酶的純度愈高。用IU/mg蛋白、 Kat/mg蛋白表示。 比活力大小可用來比較每單位質(zhì)量蛋白質(zhì)的催化能力。 比活力=活力IU/mg蛋白=總活力IU/總蛋白mg（3）轉(zhuǎn)換數(shù) 每秒鐘每個(gè)酶分子能催化底物發(fā)生變化的微摩爾數(shù)，用kcat表示（ mol/S

43、）。（二）酶活力的測定方法1.分光光度法 利用底物和產(chǎn)物在紫外或可見光部分的光吸收的不同，選擇一適當(dāng)?shù)牟ㄩL，測定反應(yīng)過程中反應(yīng)進(jìn)行的情況。 優(yōu)點(diǎn)：簡便、節(jié)省時(shí)間和樣品，可檢測到nmol/L水平的變化。2.熒光法 主要是根據(jù)底物或產(chǎn)物的熒光性質(zhì)的差別來進(jìn)行測定。3.同位素測定方法 4.電化學(xué)方法 1、選材：目前常用微生物為材料制備各種酶制劑2、破碎細(xì)胞：超聲波、細(xì)菌磨、凍融等處碎壁制成組織勻漿。3、抽提：在低溫下，以水或低鹽緩沖液，從組織勻漿中抽提酶，得到酶的粗提液4、分離與提純：一般在0-5間進(jìn)行防止酶變性失活5、結(jié)晶：酶的結(jié)晶過程進(jìn)行得很慢，如果要得到好的晶體也許需要數(shù)天或數(shù)星期。6、保存：通常將純化后的酶溶液經(jīng)透析除鹽后冰凍干燥得到酶粉，低溫下可較長時(shí)期保存。二、酶分離提純的一般原則酶的保存：1.低溫（0