動物生化酶的學(xué)習(xí)材料

動物生化酶的學(xué)習(xí)材料第1頁/共120頁教學(xué)目標(biāo)掌握一些概念：活性中心、比活性、Km、酶原、別構(gòu)酶、同功酶、競爭性抑制，非競爭性抑制、最適pH等了解米式方程的推導(dǎo)過程影響酶促反應(yīng)的各種因素了解和掌握一些主要的水溶性維生素的名稱、生理作用和它們的輔酶形式。第2頁/共120頁第一節(jié)酶的一般概念第3頁/共120頁概述：酶的研究歷史酶的發(fā)現(xiàn)和提出：1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母汁成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。提出了發(fā)酵與活細(xì)胞無關(guān)，而與細(xì)胞液中的酶有關(guān)。1913年，Michaelis和Menten提出了酶促動力學(xué)原理—米氏學(xué)說。1926年，Sumner從刀豆種子中分離、純化得到了脲酶結(jié)晶，首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)。1982年，Cech對四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)RNA具有催化作用。第4頁/共120頁一、酶是生物催化劑酶(Enzyme和Ribozyme)：是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的生物催化劑(biocatalyst)。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)Enzymaticreaction在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物substrate第5頁/共120頁二、酶的作用特點(diǎn)酶和一般催化劑的共性它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡。酶本身在反應(yīng)前后也不發(fā)生變化，用量少而催化效率高。酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行。第6頁/共120頁酶作為生物催化劑的特性1．專一性Specificity酶的專一性

又稱為特異性，是指酶在催化生化反應(yīng)時對底物的選擇性。蛋白酶催化蛋白質(zhì)的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。分類絕對專一性只能催化一種底物發(fā)生一定類型反應(yīng)脲酶、麥芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡索酸水化酶相對專一性鍵專一性只對底物分子中某種化學(xué)鍵有選擇性的催化作用基團(tuán)專一性對鍵和鍵一端的基團(tuán)有嚴(yán)格的要求立體化學(xué)專一性對立體異構(gòu)體具有高度專一性第7頁/共120頁2.高效性（酶具有極高的催化效率）酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高10７-101３倍。過氧化氫分解

2H2O2

2H2O+O2用Fe3+

催化，效率為6×10-4

mol/mol.S，而用過氧化氫酶催化，效率為6×106

mol/mol.S。-淀粉酶催化淀粉水解，1克結(jié)晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。第8頁/共120頁3．反應(yīng)條件溫和酶促反應(yīng)一般在pH5-8水溶液中進(jìn)行，反應(yīng)溫度范圍為20-40C。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。第9頁/共120頁４．酶易失活凡能使蛋白質(zhì)變性的因素如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿高溫等條件都能使酶破壞而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比較溫和的條件如常溫、常壓和接近中性的酸鹼度。第10頁/共120頁５.體內(nèi)酶活性是受調(diào)控的如抑制劑調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。第11頁/共120頁

三、酶的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識過程自從1926年Summer首次證明脲酶具有蛋白質(zhì)性質(zhì)以來，人們一直認(rèn)為，所有的酶都是蛋白質(zhì)。

1986年抗體酶研制成功，是20世紀(jì)80年代酶學(xué)領(lǐng)域具有突破性意義的工作。80年代，塞克(T．Cech)和阿爾特曼(S．Altman)發(fā)現(xiàn)L19RNA具有多種酶的催化功能（核酶ribozyme）。1995年，Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子亦具有催化活性。

第12頁/共120頁核酶(ribozyme)1981年T.Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA前體能通過自我剪接(self-splicing)切除內(nèi)含子,表明RNA也具有催化功能,稱之為核酶(ribozyme)。抗體酶(abzyme)是具有某種酶活性的抗體，它通過制備抗體的方法制備。它是專一于抗原分子的、有催化活性的一類具有特殊生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)，由抗原分子促進(jìn)而大量產(chǎn)生，并與抗原分子之間有結(jié)合專一性?？贵w酶是具有催化作用的抗體。它亦是球蛋白。酶的定義：

酶是生物體內(nèi)一類具有催化活性和特殊空間構(gòu)象的生物大分子物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)和核酸等。第13頁/共120頁四、單體酶、寡聚酶和多酶復(fù)合體單體酶只有一條多肽鏈，分子量在13000—35000之間，如：胰蛋白酶、溶菌酶和胃蛋白酶等。

寡聚酶

由幾個甚至幾十個亞基組成，分子量在35000—幾百萬，例如：乳酸脫氫酶由4個亞基組成。多酶復(fù)合體又稱多酶體系，是由幾種酶彼此嵌合而形成的復(fù)合體，分子量很大，一般在幾百萬，丙酮酸脫氫酶復(fù)合體是由丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰基酶與二氫硫辛酸脫氫酶彼此嵌合而成的。它有利于一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。第14頁/共120頁第二節(jié)

酶的命名和分類第15頁/共120頁一、酶的命名根據(jù)國際酶學(xué)委員會的建議，對每一種酶，不僅要有一個編號，而且還要有兩個名稱，其中一個是系統(tǒng)名稱；另一個是慣用名稱(通俗名稱)。習(xí)慣命名法通常以酶催化的底物加反應(yīng)的類型，最后標(biāo)以酶字即成如乳酸脫氫酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶等。但是水解酶類一般僅用底物名稱即可，如蛋白酶為催化蛋白水解的酶。為區(qū)別酶的來源，有時尚需加上器官和體液名，如胃蛋白酶、唾液淀粉酶等。系統(tǒng)名稱包括兩部分底物名稱和反應(yīng)類型。若酶反應(yīng)中有兩種底物起反應(yīng)，這兩種底物均需表明，當(dāng)中用“：”分開。例如：催化乳酸脫氫反應(yīng)的酶，它的系統(tǒng)名稱應(yīng)該是：乳酸：NAD+脫氫酶。第16頁/共120頁二、酶的分類國際酶學(xué)委員會根據(jù)酶催化的反應(yīng)類型，將酶分成六大類：

１.氧化還原酶類(oxidoreductases)２.轉(zhuǎn)移酶類(Transferases)３.水解酶類(Hydrolases)４.裂合酶(Lyases，裂解酶)類５.異構(gòu)酶類(Isomenses)６.合成酶(Ligases，連接酶)類第17頁/共120頁氧化還原酶：催化氧化－還原反應(yīng)第18頁/共120頁轉(zhuǎn)移酶：催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)。

第19頁/共120頁水解酶：催化水解反應(yīng)。這是特殊的一類轉(zhuǎn)移酶，水作為轉(zhuǎn)移的基團(tuán)的受體。第20頁/共120頁裂解酶：催化非水解和非氧化的底物的消除反應(yīng)，或裂解，生成一個雙鍵。第21頁/共120頁異構(gòu)酶：催化異構(gòu)化反應(yīng)。第22頁/共120頁連接酶：催化兩個底物的連接反應(yīng)或稱之交聯(lián)反應(yīng)。第23頁/共120頁酶的表示舉例在每一大類酶中又可根據(jù)不同的原則，分為幾個亞類。每一個亞類再分為幾個亞亞類。最后，再把屬于每一個亞亞類的各種酶按照順序排好，分別給每一種酶一個編號。例如：乳酸脫氫酶(EC1．1．1．27)。第24頁/共120頁第三節(jié)酶的組成與輔酶第25頁/共120頁一、酶的組成單純酶有些酶，如脲酶、胃蛋白酶、脂肪酶等。其活性僅僅決定于它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。這類酶屬于單純酶(簡單蛋白質(zhì))結(jié)合酶乳酶脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶等，除了需要蛋白質(zhì)而外，還需要非蛋白質(zhì)的小分子物質(zhì)，才有催化活性。這類酶屬于結(jié)合酶(結(jié)合蛋白質(zhì))結(jié)合酶中的蛋白質(zhì)稱為酶蛋白(apoenzyme)；非蛋白質(zhì)的小分子物質(zhì)稱為輔助因子(Cofactor)。酶蛋白與輔助因子結(jié)合之后所形成的復(fù)合物，稱為“全酶”(ho1oenzyme)。

全酶＝酶蛋白十輔助因子只有全酶才有催化活性。將酶蛋白和輔因子分開后均無催化作用第26頁/共120頁二、酶的輔助因子金屬離子如Zn2+、Mn2+、Mg2+、鐵離子、銅離子等。作用：作為酶活性部位的組成成分，參加催化底物反應(yīng)；對酶活性所必需的分子構(gòu)象起穩(wěn)定作用；在酶與底物分子之間起橋梁作用。在酶催化底物反應(yīng)過程中，輔酶或輔基作為電子、氫原子、或者某些功能基團(tuán)(如：氨基、酰基等)的載體，參與反應(yīng)。小分子化合物如鐵卟啉、NAD+、FAD+、FMN等。把那些與酶蛋白結(jié)合比較牢固的，用透析法不易除去的小分子有機(jī)化名物，稱為輔基(prostheticgroup)；把那些與酶蛋白結(jié)合比較松弛，用透析法可以除去的小分子有機(jī)化合物，稱為輔酶。在酶促反應(yīng)中，酶蛋白決定底物的專一性，輔酶決定底物反應(yīng)的類型，與酶反應(yīng)專一性有關(guān)。金屬離子+小分子化合物第27頁/共120頁一些兼含有有機(jī)輔酶和金屬的酶類

酶

有機(jī)輔基

金屬琥珀酸脫氫酶NADH-細(xì)胞色素C還原酶黃嘌呤氧化酶醛脫氫酶硝酸還原酶（細(xì)菌）丁酰CoA脫氫酶細(xì)胞色素氧化酶甲基丙二酰CoA異構(gòu)酶FADFADFADFADFMNFAD血紅素鈷氨素輔酶FeFeFe，MoFe，MoFe，MoMoCuCo

第28頁/共120頁三、維生素與輔酶維生素(Vitamin)是維持細(xì)胞正常代謝所必需，但需要量極少，人和動物體不能合成或者合成量太少，而必須由食物供給的一組小分子有機(jī)化合物。它們新陳代謝過程起著非常重要的調(diào)節(jié)作用。機(jī)體缺少某種維生素時，可以使新陳代謝過程發(fā)生紊亂，產(chǎn)生維生素缺乏病。缺少維生素B1時，人產(chǎn)生腳氣病，動物產(chǎn)生多發(fā)性神經(jīng)炎。根據(jù)溶解性質(zhì)的差異將其分為脂溶性維生素維生素A、維生素D、維生素E、維生素K等水溶性維生素維生素B1、維生索B2、維生素B6、維生素B12、維生素PP、維生素C、生物素、葉酸、泛酸等。第29頁/共120頁維生素B族，如維生素Bl(硫胺素)、維生素B2(核黃素)、維生素PP(煙酰胺)、維生素B6、葉酸、泛酸等，幾乎全部參與輔酶的組成。甚至于有些維生素，如硫辛酸(是類維生素的物質(zhì))、維生素C(抗壞血酸)等，本身就是輔酶。在酶促反應(yīng)過程中，輔酶作為載體，在供體與受體之間傳遞H原子或者某種功能團(tuán)(如：氨基、?；?、磷酸基、一碳基團(tuán)等)。第30頁/共120頁水溶性維生素及其輔酶的作用

維生素

學(xué)名

輔酶形式

酶促反應(yīng)中的主要作用B1

B2

PP

B6

泛酸

H葉酸B12

C硫胺素

核黃素

煙酰胺尼克酸

吡哆醛吡哆胺吡哆醇

生物素

鈷胺素

抗壞血酸硫辛酸硫胺素焦磷酸（TPP）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD+）黃素單核苷酸（FMN）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）

磷酸吡哆醛

輔酶A

與酶蛋白賴氨酸的ε-氨基共價結(jié)合四氫葉酸

甲基鈷胺素，脫氧腺苷鈷胺素丙酮酸脫氫酶等，轉(zhuǎn)移酰基作為多種氧化還原酶及遞氫體的酶輔基，參與遞氫作用。

作為多種氧化酶的輔酶，一些還原酶的輔酶，參與遞氫作用作為氨基酸脫羧酶、轉(zhuǎn)氨基酶等的輔酶，參與轉(zhuǎn)移氨基。

作為多種?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的輔酶

作為羧化酶的輔酶、脫羧基作為各種一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的活性載體。作為甲硫氨酸合成酶，甲基丙二酸變位酶的輔酶。

膠原中脯氨酰羥化酶輔酶，多巴胺、β羥化酶等作用時提供還原物硫辛酸活性二硫基，轉(zhuǎn)乙酰基第31頁/共120頁第四節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第32頁/共120頁一、酶活性部位定義酶分子中能直接與底物分子結(jié)合，并催化底物化學(xué)反應(yīng)的部位。稱為酶的活性部位(activesite)或活性中心(activecenter)。酶的活性中心包括兩個功能部位：結(jié)合部位（Bindingsite）酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。此部位決定酶的專一性。催化部位（catalyticsite）酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位。此部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。第33頁/共120頁第34頁/共120頁酶活性部位的主要特征是：

相對酶整個體積來說，活性部位占據(jù)的空間很小

活性部位是一個三維空間結(jié)構(gòu)

結(jié)合底物的特異性取決于活性部位中精確的原子排列

大多數(shù)底物都是通過相對弱的力與酶結(jié)合

酶活性部位含有結(jié)合底物部位和參與催化將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的氨基酸殘基

活性部位通常位于酶蛋白的兩個結(jié)構(gòu)域或亞基之間的裂隙（clefts或crevices），或位于蛋白質(zhì)表面的凹槽。

第35頁/共120頁胰凝乳蛋白酶分子的催化部位，包括His57、Asp102和Serl95，它們分布在該酶的兩條肽鏈上，但其空間位置彼此相鄰。酶的必需基團(tuán)直接參與對底物分子結(jié)合和催化的基團(tuán)以及參與維持酶分子構(gòu)象的基團(tuán)第36頁/共120頁第37頁/共120頁二、酶原激活定義使無活性的酶原轉(zhuǎn)變成活性酶的過程，稱為酶原激活。這個過程實(shí)質(zhì)上是酶活性部位組建、完善或者暴露的過程。第38頁/共120頁酶原激活的生理意義舉例由胰腺分泌的幾種蛋白酶原，必須在腸道內(nèi)經(jīng)過激活之后才能水解蛋白質(zhì)，這樣，就保護(hù)了胰腺細(xì)胞不受蛋白酶的破壞，否則，將產(chǎn)生劇痛而又危及生命的急性胰腺炎。血液中雖有凝血酶原，卻不會在血管中引起大量凝血，妨礙血液循環(huán)。這是因?yàn)槟冈瓫]有激活成凝血酶之故。當(dāng)創(chuàng)傷出血時，大量凝血酶原被激活成凝血酶，從而促進(jìn)了血液凝固。堵塞傷口，防止大量流血。第39頁/共120頁

第五節(jié)酶催化機(jī)理第40頁/共120頁一、過渡態(tài)和活化能過渡態(tài)任何化學(xué)反應(yīng)的全過程一般都包含一個或多個過渡態(tài)（中間產(chǎn)物）要達(dá)到過渡態(tài)，需反應(yīng)分子具有一定的能量和正確的攻擊方向活化能從反應(yīng)物（初態(tài)）轉(zhuǎn)化為成中間產(chǎn)物（過渡態(tài)）所需要的能量第41頁/共120頁二、酶作用高效性的機(jī)制降低了反應(yīng)的活化能酶如何能降低反應(yīng)所必需的活化能？中間產(chǎn)物學(xué)說酶與底物首先結(jié)合成一個中間產(chǎn)物，然后中間產(chǎn)物分解成為產(chǎn)物和游離的酶

第42頁/共120頁非酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)自由能能反應(yīng)進(jìn)程底物產(chǎn)物ESES*EPH2O2的分解無催化劑時活化能為75.24KJ/mol;鉑為催化劑時48.9;H2O2酶為催化劑8.36鉑催化第43頁/共120頁反應(yīng)過程中能的變化第44頁/共120頁三、酶作用專一性的機(jī)制鎖與鑰學(xué)說

EmilFischer提出鎖與鑰學(xué)說。他認(rèn)為底物結(jié)構(gòu)必須與酶活性部位的結(jié)構(gòu)非?；パa(bǔ)，就像鎖與鑰匙一樣，這樣，才能緊密結(jié)合，形成酶—底物復(fù)合物。這個學(xué)說可以解釋酶的絕對專一性，但是不能解釋酶的相對專一性。誘導(dǎo)契合學(xué)說

Koshland提出了誘導(dǎo)契合學(xué)說。他認(rèn)為酶分子的活性部位結(jié)構(gòu)原來并不與底物分子的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)。但活性部位有一定的柔性，當(dāng)?shù)孜锓肿优c酶分子相遇時可以誘導(dǎo)酶蛋白的構(gòu)象發(fā)生相應(yīng)的變化，使活性部位上各個結(jié)合基團(tuán)與催化基團(tuán)達(dá)到對底物結(jié)構(gòu)正確的空間排布與定向從而使酶與底物互補(bǔ)結(jié)合，產(chǎn)生酶—底物復(fù)合物，并使底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第45頁/共120頁誘導(dǎo)契合理論示意圖鎖與鑰匙學(xué)說示意圖第46頁/共120頁四、酶催化高效率的幾種機(jī)制(一)

鄰近和定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)A、B雙底物分子反應(yīng)基團(tuán)互相靠近底物的反應(yīng)基團(tuán)與活性部位的催化基團(tuán)互相靠近大大增加了活性部位內(nèi)底物的有效濃度，從而使底物反應(yīng)速度大大地提高定向效應(yīng)在酶活性部位中，催化基團(tuán)與底物分子反應(yīng)基團(tuán)之間，形成了正確的定向排列，使分子間的反應(yīng)按正確的方向相互作用形成中間產(chǎn)物降低了底物分子的活化能。增加了底物反應(yīng)速度第47頁/共120頁(二)

底物形變當(dāng)酶遇到它的專一性底物時不僅酶構(gòu)象受底物作用而變化，底物分子常常也受酶作用而變化。，稱為應(yīng)變或形變效應(yīng)(straineffect)。使底物分子中內(nèi)敏感鍵中的敏感鍵的一端更加敏感，更易于發(fā)生反應(yīng)。(三)

共價催化某些酶分子的催化基團(tuán)可以通過共價鍵與底物分子結(jié)合形成不穩(wěn)定的共價中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物極易變成過渡態(tài)，因而大大降低了活化能，使反應(yīng)速度大為提高這種催化稱為共價催化共價催化分為親核催化和親電子催化。酶中參與共價催化的基團(tuán)主要包括以下親核基團(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催化作用。第48頁/共120頁第49頁/共120頁(四)

酸堿催化酸催化在酶活性中心上，有些催化基團(tuán)是質(zhì)子供體(酸催化基團(tuán))，可以向底物分子提供質(zhì)子，稱為酸催化(acidcatalysis)；堿催化有些催化基團(tuán)是質(zhì)子受體(堿催化基團(tuán))，可以從底物分子上接受質(zhì)子，稱為堿催化。當(dāng)酸催化基團(tuán)和堿催化基團(tuán)共同發(fā)揮催化作用時，可以大大提高底物反應(yīng)速度。在pH接近中性的生物體中，His咪唑基，一半以酸的形式存在，另一半以堿的形式存在，既可以作為質(zhì)子供體，又可以作為質(zhì)子受體，而且，反應(yīng)速度很快。因此，His咪唑基成為許多酶的酸堿催化基團(tuán)。第50頁/共120頁酶活性中心上的催化基團(tuán)

第51頁/共120頁(五)活性部位疏水空穴的影響已知某些化學(xué)反應(yīng)，在非極性(低介電常數(shù))的介質(zhì)中，其反應(yīng)速度比在極性(高介電常數(shù))介質(zhì)中的反應(yīng)速度快得多。酶分子的活性中心是位于非極性的空穴中的。因此，可以推測，非極性的空穴有利于提高酶促底物反應(yīng)速度。第52頁/共120頁第五節(jié)酶活力測定第53頁/共120頁一、酶活力測定酶活力（enzymeactivity）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)速度來表示酶反應(yīng)速度（reactionrate）用單位時間內(nèi)、單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。單位：濃度/單位時間第54頁/共120頁產(chǎn)物濃度酶反應(yīng)速度曲線時間斜率=濃度/時間=引起酶反應(yīng)速度降低的原因：底物濃度的降低；酶的部分失活；產(chǎn)物對酶的抑制；產(chǎn)物增加引起的逆反應(yīng)速度的增加等研究酶反應(yīng)速度以酶促反應(yīng)的初速度（initialspeed）為準(zhǔn)。第55頁/共120頁酶活力測定方法分光光度法（spectrophotometry）多利用產(chǎn)物在紫外或可見光部分的光吸收性質(zhì)，選擇適當(dāng)波長，測定反應(yīng)過程的進(jìn)行情況。簡便、節(jié)約時間和樣品，可以檢測nmol/L水平的變化。熒光法(fluorometry)主要利用底物或產(chǎn)物的熒光性質(zhì)。靈敏度高，但易受到干擾。同位素測定法同位素標(biāo)記底物，反應(yīng)后經(jīng)分離，檢測產(chǎn)物的脈沖數(shù)，即可換算成酶的活力單位。靈敏度最高。電化學(xué)方法：pH計、氧電極法第56頁/共120頁二、酶的活力單位酶的活力單位1961年，提出用“國際單位”（IU）表示酶活力，1個酶活力單位，是指在特定條件下，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pH）

1IU=mol/min1972年，提出新的酶活力國際單位最適條件下，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=60X106IU習(xí)慣用法：每小時催化1克底物所需的酶量。第57頁/共120頁三、酶的比活力定義每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，用U/mg蛋白、IU/mg蛋白、Kat/mg蛋白表示實(shí)質(zhì)表示單位蛋白質(zhì)的催化能力酶制劑的酶含量及純度常用比活力的大小表示酶分離提純過程中，每一關(guān)鍵步驟都需測定酶的總活力和比活力，以監(jiān)視酶的去向第58頁/共120頁第六節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)第59頁/共120頁化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)第60頁/共120頁一、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響在低底物濃度時,反應(yīng)速度與底物濃度成正比當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加1903年，Henri用蔗糖酶水解蔗糖的實(shí)驗(yàn)第61頁/共120頁第62頁/共120頁第63頁/共120頁1.米氏方程的推導(dǎo)1913年前后，Michaelis和Menten假定S+E≒ES快速建立平衡底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度

ES分解產(chǎn)物的逆反應(yīng)忽略不計推導(dǎo)出米氏方程方程：第64頁/共120頁

在Michaelis和Menten的酶促反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)上，1925年，Briggs和Haldane提出酶反應(yīng)分兩步進(jìn)行，即“穩(wěn)態(tài)平衡”理論：第一步：第二步：

[ES]為中產(chǎn)物濃[S]為底物濃度ES的形成速度為：ES的分解速度：第65頁/共120頁當(dāng)整個反應(yīng)體系達(dá)到恒態(tài)時，二者速度相等令則整理得[E]和[ES]數(shù)值難測，用[Et]（酶總濃度）代替第66頁/共120頁

[Et]=[E]+[ES][Et]為酶的總濃度[Et]—[ES]為游離酶濃度

經(jīng)整理得因?yàn)槊阜磻?yīng)速度與[ES]成正比，所以即代入上式，整理后得當(dāng)?shù)孜餄舛葮O大時代入上式，得第67頁/共120頁當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時，

反應(yīng)速度與底物濃度成正比，符合一級方程當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時，

反應(yīng)速度與底物無關(guān)，符合零級反應(yīng)第68頁/共120頁2.米氏方程的意義、求法及應(yīng)用將米氏方程整理后，得當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]說明米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。第69頁/共120頁關(guān)于米氏常數(shù)Km的幾點(diǎn)說明不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個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)。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。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。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，表明親和力愈大。第70頁/共120頁米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法

(Lineweaver-Burk)第71頁/共120頁二、抑制劑對酶反應(yīng)速度的影響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（inhibition）。能夠引起抑制作用的化合物則稱為抑制劑(inhibitor)。（抑制劑不同于變性劑）抑制作用的類型

可逆抑制作用(reversibleinhibition)

不可逆抑制作用（irreversibleinhibition)第72頁/共120頁可逆性抑制定義抑制劑與酶以非共價鍵結(jié)合，在用透析等物理方法除去抑制劑后，酶的活性能恢復(fù)，即抑制劑與酶的結(jié)合是可逆的分類竟?fàn)幮砸种品锤偁幰种品蔷範(fàn)幮砸种频?3頁/共120頁競爭性抑制抑制劑化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。抑制酶促反應(yīng)加大底物濃度，可使抑制作用減弱。第74頁/共120頁第75頁/共120頁第76頁/共120頁第77頁/共120頁反竟?fàn)幮砸种品锤偁幮砸种苿┲慌cES結(jié)合，而不與游離酶結(jié)合,這種抑制作用稱為反競爭性抑制作用。在反競爭性抑制作用中，某些酶分子轉(zhuǎn)換為非活性形式ESI，Vmax減小了（1/Vmax增大）。反競爭性抑制作用也使Km減?。?/Km的絕對值增大），這是由于ES和ESI形成的平衡傾向于結(jié)合I的復(fù)合物的形成。

增加底物濃度并不能減少抑制劑對酶的抑制程度。

第78頁/共120頁第79頁/共120頁第80頁/共120頁非竟?fàn)幮砸种泼缚赏瑫r與底物及抑制劑結(jié)合，即底物和抑制劑沒有競爭作用。三元的中間產(chǎn)物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，所以酶活性降低增加底物濃度并不能減少抑制劑對酶的抑制程度。

第81頁/共120頁第82頁/共120頁第83頁/共120頁第84頁/共120頁不可逆抑制作用定義抑制劑與酶蛋白中的必需基團(tuán)以共價形式結(jié)合，引起酶的永久性失活,不能用透析或超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活性種類有機(jī)磷殺蟲劑、有機(jī)汞化合物、有機(jī)砷化合物、一氧化碳、氰化物等劇毒類物質(zhì)第85頁/共120頁三.激活劑對酶反應(yīng)速度的影響定義凡能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑（activator）種類無機(jī)離子：金屬離子(K+Na+Mg2+Zn2+Fe2+Ca2+)、陰離子(Cl-Br-)、氫離子中等大小的有機(jī)分子：某些還原劑、乙二胺四乙酸（EDTA）某些酶類：酶原激活過程中的酶類

原理酶活性中心的必需基團(tuán)酶-底絡(luò)合物形成的橋梁作為某些酶的輔助因子保護(hù)-SH酶不被氧化第86頁/共120頁四.酶濃度對酶反應(yīng)速度的影響酶濃度對反應(yīng)速度的影響[E]第87頁/共120頁五.溫度對酶反應(yīng)速度的影響溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快溫度升高,導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度(optimumtemperature)條件下,反應(yīng)速度最大。酶對溫度的耐受力與其存在狀態(tài)有關(guān)。第88頁/共120頁六.pH對酶反應(yīng)速度的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,稱為最適pH(optimumpH)過酸或過堿影響酶蛋白的構(gòu)象，使酶變性失活影響酶分子中某些基團(tuán)的解離狀態(tài)（活性中心的基團(tuán)或維持構(gòu)象的一些基團(tuán)）影響底物分子的解離狀態(tài)應(yīng)用緩沖液體系維持最適pH第89頁/共120頁第七節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)第90頁/共120頁有機(jī)體都能夠調(diào)節(jié)酶的活性，以便能夠協(xié)調(diào)大量的代謝過程，適應(yīng)所處環(huán)境的變化、生長和發(fā)育。酶活性的調(diào)節(jié)有兩種方式：酶量的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)。酶量的調(diào)節(jié)取決于酶合成的速度和它降解的速度，直接涉及到該酶基因的表達(dá)和調(diào)控，在高等生物中，需要幾小時或幾天的時間，所以屬于一種長時調(diào)控機(jī)制，將在基因表達(dá)一章討論。本節(jié)重點(diǎn)討論酶活性的調(diào)節(jié)。酶活性調(diào)節(jié)主要介紹別構(gòu)效應(yīng)的調(diào)控、可逆共價修飾調(diào)控和酶原激活，這些調(diào)控迅速，可幾秒鐘或幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)，屬于短時調(diào)控機(jī)制。

第91頁/共120頁

ABCDPE1E2E3E4反饋抑制酶活性調(diào)節(jié)的必要性

在生物體內(nèi)，酶的活性必須要受調(diào)節(jié)，否則會引起代謝紊亂。第92頁/共120頁酶活性調(diào)節(jié)的類型酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)酶原激活酶的共價調(diào)節(jié)同工酶底物水平的調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)輔助因子的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶含量的調(diào)節(jié)酶的定位調(diào)節(jié)產(chǎn)物調(diào)節(jié)ABEX第93頁/共120頁一、變構(gòu)酶概念有些酶除了活性中心外，還有一個或幾個部位，當(dāng)特異性分子非共價結(jié)合到這些部位時，可改變酶的構(gòu)象，進(jìn)而改變酶的活性，酶的這種調(diào)節(jié)作用稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)，受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱變構(gòu)酶(allostericenzyme)，也稱為別構(gòu)酶，這些特異性分子稱為效應(yīng)物(effector)。變構(gòu)酶分子組成，一般是多亞基的，分子中凡與底物分子相結(jié)合的部位稱為催化部位(catalyticsite)，凡與效應(yīng)劑相結(jié)合的部位稱為調(diào)節(jié)部位(regulatorysite)，這二部位可以在不同的亞基上，或者位于同一亞基。第94頁/共120頁第95頁/共120頁第96頁/共120頁第97頁/共120頁變構(gòu)酶的類型異促變構(gòu)包含催化中心和調(diào)解中心同促變構(gòu)含有2個或2個以上的活性中心，不含專門的調(diào)節(jié)中心第98頁/共120頁變構(gòu)酶生理意義變構(gòu)酶動力學(xué)不符合米氏酶的動力學(xué)，反應(yīng)底物濃度曲線呈S形。在變構(gòu)酶的S形曲線中段，底物濃度稍有降低，酶的活性明顯下降，多酶體系催化的代謝通路可因此而被關(guān)閉；反之，底物濃度稍有升高，則酶活性迅速上升，代謝通路又被打開，因此可以快速調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)底物濃度和代謝速度。變構(gòu)抑制劑常是代謝通路的終產(chǎn)物，變構(gòu)酶常處于代謝通路的開端，通過反饋抑制，可以及早地調(diào)節(jié)整個代謝通路，減少不必要的底物消耗。AB第99頁/共120頁

S0S1SnE0E1En-1+-正作用：凡反應(yīng)物能使代謝過程速度加快者稱為正作用。負(fù)作用：凡反應(yīng)物能使代謝過程速度變慢者稱為負(fù)作用。第100頁/共120頁二、共價調(diào)節(jié)酶第101頁/共120頁第102頁/共120頁三、酶原激活第103頁/共120頁第104頁/共120頁第105頁/共120頁四、同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化的化學(xué)反應(yīng)相同，酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶這類酶存在于生物的同一種屬或同一個體的不同組織、甚至同一組織或細(xì)胞中乳酸脫氫酶(LDH)有五種同工酶，M、H亞基的氨基酸組成有差別，可用電泳分離。它們活性部位相同或極其相似。

第106頁/共120頁第八節(jié)酶工程概念從應(yīng)用目的出發(fā)，研究酶的產(chǎn)生、酶的制備與改造，酶反應(yīng)器，以及酶個方面應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)。分類化學(xué)酶工程生物酶工程第107頁/共120頁名詞術(shù)語酶（enzyme）:

生物催化劑，除少數(shù)RNA外幾乎都是蛋白質(zhì)。酶不改變反應(yīng)的平衡，只是通過降低活化能加快反應(yīng)的速度。酶活力單位（U，activeunit）：

酶活力的度量單位。1961年國際酶學(xué)會議規(guī)定：1個酶活力單位是指在特定條件（25℃，其它為最適條件）下，在1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物的酶量，或是轉(zhuǎn)化底物中1微摩爾的有關(guān)基團(tuán)的酶量。

第108頁/共120頁活化能（activationenergy）：

將一摩爾反應(yīng)底物中的所有分子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)所需要的能量。

活性部位（activesite）:

酶中含有底物結(jié)合部位和參與催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的氨基酸殘基的部分?；钚圆课煌ǔ６嘉挥诘鞍踪|(zhì)的結(jié)構(gòu)域或亞基之間的裂隙或是蛋白質(zhì)表面的凹陷部位，通常都是由在三維空間上靠得很近的一些氨基酸殘基組成的。

酸-堿催化（acid-basecatalysis）：質(zhì)子轉(zhuǎn)移加速反應(yīng)的催化作用。

第109頁/共120頁共價催化（covalentcatalysis）：

一個底物或底物的一部分與催化劑形成共價鍵，然后被轉(zhuǎn)移給第二個底物。許多酶催化的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)都是通過共價催化方式進(jìn)行的。

靠近效應(yīng)（proximityeffect）：

非酶促反應(yīng)或酶促反應(yīng)速率的增加是由于活性部位處反應(yīng)劑有效濃度增大（底物靠近活性部位）的結(jié)果，這將導(dǎo)致更頻繁地形成過渡態(tài)。

初速度(initialvelocity)：

酶促反應(yīng)最初階段底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速度，這一階段產(chǎn)物的濃度非常低，其逆反應(yīng)可以忽略不計。

米氏方程（Michaelis-Mentenequation）:

表示一個酶促反應(yīng)的起始速度（v）與底物濃度（[S]）關(guān)系的速度方程，v＝Vmax[S]/（Km+[S]）。

第110頁/共120頁米氏常數(shù)（Michaelisconstant,）（Km）：

對于一個給定反應(yīng)，導(dǎo)致酶促反應(yīng)速度的起始速度（v0）達(dá)到最大反應(yīng)速度（Vmax）一半時的底物濃度。

雙倒數(shù)作圖（double-reciprocalplot）:

也稱之Lineweaver-Burk作圖。一個酶促反應(yīng)速度的倒數(shù)（1/v）對底物濃度的倒數(shù)（1/[s]）的作圖。X和y軸上的截距分別代表米氏常數(shù)（Km）和最大反應(yīng)速度（Vmax）的倒數(shù)。

競爭性抑制作用（competitiveinhibition）：

通過增加底物濃度可以逆轉(zhuǎn)的一種酶抑制類型。一個競爭性抑制劑通常與正常的底物或配體競爭同一個蛋白質(zhì)的結(jié)合部位。這種抑制使得Km增大，而Vmax不變。

第111頁/共120頁非競爭性抑制作用（noncompetitiveinhibition）：

抑制劑不僅與游離酶結(jié)合，也可以與酶-底物復(fù)合物結(jié)合的一種酶促反應(yīng)抑制作用。這種抑制使得Vmax變小，但Km不變。

反競爭性抑制作用（uncompetitiveinhibition）：

抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，而不與游離酶結(jié)合的一種酶促反應(yīng)抑制作用。這種抑制作用使得Vmax，Km都變小，但Vmax/Km比值不變。

酶原（zymogen）：

通過有限蛋白水解能夠由無活性變成具有催化活性的酶前體。

第112頁/共120頁調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）：

位于一個或多個代謝途徑內(nèi)的一個關(guān)鍵部位的酶，它的活性根據(jù)代謝的需要被增加或降低。

別構(gòu)酶（allostericenzyme）：

一種其活性受到結(jié)合在活性部位以外部位的其它分子調(diào)節(jié)的酶。

別構(gòu)調(diào)節(jié)劑（allostericmodulator）:

結(jié)合在別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)部位調(diào)節(jié)該酶催化活性的生物分子，別構(gòu)調(diào)節(jié)劑可以是激活劑，也可以是抑制劑。

同功酶(isoenzyme或isozyme)：

催化同一化學(xué)反應(yīng)而化學(xué)組成不同的一組酶。它們彼此在氨基酸序列、底物的親和性等方面都存在著差異。

第113頁/共120頁小結(jié)酶是生物催化劑，酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性。除了某些RNA之外，絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應(yīng)類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測定是酶純化的監(jiān)測指標(biāo)，對同一種酶來說，比活越高，酶的純度越高。酶也和其它催化劑一樣，可以通過降低反應(yīng)的活化能來提高