酶及輔酶的教案

酶及輔酶的教案第1頁/共148頁第1節(jié)酶——生物催化劑一、酶的概念酶是生物體活細胞產(chǎn)生的具有催化活性的生物大分子，又稱為生物催化劑。酶的化學本質(zhì)：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)是核酸RNA，后者稱為核酶。酶促反應：由酶催化所進行的反應。在酶催化下，發(fā)生化學變化的物質(zhì)稱為底物，反應后生成的物質(zhì)稱為產(chǎn)物。反應物第2頁/共148頁二、酶催化作用的特點

（一）酶與普通催化劑的共性：酶也是通過降低化學反應的活化能來加快反應速度；只能催化熱力學上允許進行的反應，對于可逆反應，酶只能縮短反應達到平衡的時間，但不改變平衡常數(shù)；酶在反應中用量很少，反應前后數(shù)量、性質(zhì)不變。第3頁/共148頁酶依靠降低活化能加速化學反應過渡態(tài)：指在反應物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物過程中存在的不穩(wěn)定的化學結(jié)構(gòu)，過渡態(tài)具有較高的能量。活化能：從初態(tài)轉(zhuǎn)化成過渡態(tài)所需的能量。非催化反應和酶催化反應活化能的比較

Ea，活化能；ΔG，自由能變化第4頁/共148頁（二）酶催化作用的特性：

指酶不同于一般的催化劑的性質(zhì)。1.反應條件溫和：酶所催化的反應通常都在常溫、常壓、中性酸堿度等較溫和的條件下進行。2.高效性：酶比一般的普通催化劑效率高106-1013倍。3.高度專一性：酶的專一性：也稱為酶的特異性(specificity)，它是指酶對所作用底物(substrate)的選擇性。

第5頁/共148頁1)結(jié)構(gòu)專一性

概念：酶對所催化的分子（底物）化學結(jié)構(gòu)的特殊要求和選擇。

類別：絕對專一性和相對專一性2)立體異構(gòu)專一性概念：酶除了對底物分子的化學結(jié)構(gòu)有要求外，對其立體異構(gòu)也有一定的要求。

類別：旋光異構(gòu)專一性和幾何異構(gòu)專一性根據(jù)酶對底物的選擇方式不同，酶的專一性分為：第6頁/共148頁結(jié)構(gòu)專一性

絕對專一性

:有的酶對底物的化學結(jié)構(gòu)要求非常嚴格，只作用于一種底物，不作用于其它任何物質(zhì)。如脲酶、淀粉酶、麥芽糖酶等。相對專一性有的酶對底物的化學結(jié)構(gòu)要求比上述絕對專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種化學鍵。第7頁/共148頁1）

鍵專一性：

有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵兩端的基團并無嚴格要求。如酯酶。2）基團專一性：另一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對鍵兩端的基團還有一定要求，往往是對其中一個基團要求嚴格，對另一個基團則要求不嚴格。如胰蛋白酶（Lys或Arg的羧基形成的肽鍵）相對專一性:第8頁/共148頁1.旋光異構(gòu)專一性（光學專一性）

(opticalspecificity)：指酶對所作用底物光學異構(gòu)的選擇性，如：L-氨基酸氧化酶。2.幾何異構(gòu)專一性(geometricalspecificity)：指酶對所作用底物順反異構(gòu)的選擇，如：延胡索酸酶立體異構(gòu)專一性酶作用的專一性是酶與一般催化劑最主要的區(qū)別。第9頁/共148頁4.酶活性的可調(diào)控性酶是生物體的組成成份，和體內(nèi)其他物質(zhì)一樣，不斷在體內(nèi)新陳代謝，酶的催化活性也受多方面的調(diào)控。例如:酶的生物合成的誘導和阻遏、酶的共價修飾、抑制劑的調(diào)節(jié)作用、代謝物對酶的反饋調(diào)節(jié)、酶原激活、酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)以及神經(jīng)體液因素的調(diào)節(jié)等.

這些調(diào)控保證酶在體內(nèi)新陳代謝中發(fā)揮其恰如其分的催化作用，使生命活動中的種種化學反應都能夠有條不紊、協(xié)調(diào)一致地進行。第10頁/共148頁三、酶的分類1.單純蛋白質(zhì)酶類（simpleenzyme）又稱簡單酶類，分子中僅含有蛋白質(zhì)，其水解產(chǎn)物只有氨基酸。主要是水解酶，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。1．單純蛋白酶（simpleenzyme）2．結(jié)合蛋白酶（conjugatedenzyme）1.根據(jù)化學組成分類第11頁/共148頁2.結(jié)合酶類（conjugatedenzyme）也稱復合酶類，在酶的結(jié)構(gòu)中，除含有蛋白質(zhì)（酶蛋白）外，還含有非蛋白質(zhì)組分（酶的輔因子），兩者結(jié)合成的復合物稱作全酶(holoenzyme)，即：全酶

=酶蛋白（蛋白質(zhì)部分）

+輔因子（非蛋白質(zhì)部分，輔酶或輔基）對于結(jié)合酶而言，只有全酶才具有催化活性。第12頁/共148頁

酶的輔因子可以是金屬離子（如K+、Na+、Mg2+、Cu2+或Cu+、Zn2+、Fe2+或Fe3+等），也可以是對熱穩(wěn)定的小分子有機化合物（如維生素、鐵卟啉等）。第13頁/共148頁

輔酶和輔基的差別僅僅是它們與酶蛋白結(jié)合的牢固程度不同，而無嚴格的界限。有時也把輔酶和輔基統(tǒng)稱為輔酶。?？砂雌渑c酶蛋白結(jié)合的牢固程度不同分為兩大類：

輔酶（coenzyme）與酶蛋白結(jié)合較松，可以用透析或超濾方法除去；

輔基（prostheticgroup）與酶蛋白以共價鍵相結(jié)合，不易用透析或超濾方法除去。第14頁/共148頁

體內(nèi)酶的種類很多，而輔酶（基）的種類卻較少，通常一種酶蛋白只能與一種輔酶（基）結(jié)合，成為一種特異的酶；但一種輔酶（基）往往能與不同的酶蛋白結(jié)合，構(gòu)成多種特異性強的全酶。如：3-磷酸甘油醛脫氫酶、乳酸脫氫酶等脫氫酶的輔酶均為NAD+或NADP，但各自催化不同的底物脫氫；轉(zhuǎn)氨酶類的輔酶都是磷酸吡哆醛。第15頁/共148頁可見：

酶蛋白決定著酶催化的專一性，即決定反應底物的種類。而輔酶或輔基在酶促反應中則決定底物的反應類型，在催化中起轉(zhuǎn)移電子、原子和功能基團的作用。第16頁/共148頁2.根據(jù)酶蛋白分子的結(jié)構(gòu)特點將酶分成3類單體酶寡聚酶多酶復合體第17頁/共148頁單體酶（monomericenzyme）：指僅有一個活性中心的酶。一般是由一條肽鏈組成，如牛胰核糖核酸酶、溶菌酶、羧肽酶A等；但有的單體酶是由多條肽鏈組成的，如胰凝乳蛋白酶是由3條肽鏈組成，肽鏈間二硫鍵相連構(gòu)成一個共價整體。種類少，一般多是催化水解反應的酶，分子質(zhì)量在13～35kD。第18頁/共148頁寡聚酶（oligomericenzyme）：由兩個或兩個以上亞基組成的酶，亞基可以相同，也可以不同。亞基之間靠次級鍵結(jié)合，彼此容易分開。聚合形式是活性型，解聚形式是失活型。相當數(shù)量的寡聚酶是調(diào)節(jié)酶，在代謝調(diào)控中起重要作用。分子質(zhì)量一般大于35kD。第19頁/共148頁多酶復合體（multienzymecomplex）：是由多個功能上相關(guān)的酶彼此嵌合而形成的復合體。所有反應依次連接，有利于一系列反應的連續(xù)進行。這種多酶復合體分子質(zhì)量很高，例如脂肪酸合成中的脂肪酸合成酶復合體，是由7種酶和一個?；d體蛋白構(gòu)成，分子質(zhì)量為2.2MD；

E.coli丙酮酸脫氫酶復合體由60個亞基3種酶組成，分子質(zhì)量約4.6MD。第20頁/共148頁3.根據(jù)酶所催化的反應類型，將酶分為6類

“酶的國際系統(tǒng)分類法”由

1961年國際酶學委員會（EnzymeCommission，EC）提出:（氧轉(zhuǎn)水裂異合）

1.氧化還原酶（oxidoreductase）

2.轉(zhuǎn)移酶（transferase）

3.水解酶（hydrolase）

4.裂合酶（lyase）

5.異構(gòu)酶（isomerase）

6.合成酶（synthetase）第21頁/共148頁第22頁/共148頁催化氧化還原反應，可分為脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(oxidase)兩類。反應為：如，乳酸脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。1.氧化還原酶（oxidoreductase）第23頁/共148頁催化基團轉(zhuǎn)移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。如轉(zhuǎn)甲基酶、轉(zhuǎn)氨酶。反應為：

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應。2.轉(zhuǎn)移酶（transferase）第24頁/共148頁催化底物的加水分解或其逆反應。如淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。反應為：例如，脂肪酶（Lipase）催化酯的水解反應：3.水解酶（hydrolase）第25頁/共148頁催化底物的裂解或其逆反應，如醛縮酶、水化酶、脫羧酶及脫氨酶等。反應為：例如，延胡索酸水合酶催化的反應。4.裂合酶（lyase）第26頁/共148頁催化同分異構(gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團或原子的重排過程。反應為：

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應。5.異構(gòu)酶（isomerase）第27頁/共148頁醛縮酶異構(gòu)酶第28頁/共148頁催化由兩種或兩種以上的物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。反應為：例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。丙酮酸+CO2+ATP草酰乙酸+ADP+H3PO46.合成酶（synthetase）第29頁/共148頁1.胞內(nèi)酶：在細胞內(nèi)合成并在細胞內(nèi)起作用的酶，大多數(shù)的酶屬于此類。2.胞外酶：在細胞內(nèi)合成后分泌到細胞外起作用的酶，主要為水解酶。4.根據(jù)酶的存在狀態(tài)，將酶分為2類第30頁/共148頁國際系統(tǒng)分類法及標碼國際生物化學會酶學委員會（

EC）在每一大類酶中，根據(jù)底物分子中被作用的基團或鍵的性質(zhì)分為若干亞類，每一亞類再分為若干亞亞類。然后再把屬于這一亞亞類的酶按序號排好。這樣就把所有的酶分門別類地排成一個表，稱為酶表。每個酶在表中的位置可用一個統(tǒng)一的編號表示。第31頁/共148頁如：乳酸脫氫酶第32頁/共148頁1.習慣命名法（recommendedname）根據(jù)其催化底物來命名，底物+酶：如淀粉酶、脂肪酶；根據(jù)所催化反應的性質(zhì)來命名，反應性質(zhì)+酶：如水解酶、轉(zhuǎn)移酶、氧化酶；結(jié)合上述兩個原則來命名，底物+反應性質(zhì)+酶：如琥珀酸脫氫酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶；有時在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來源或其他特點，來源+底物+酶：如胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰脂肪酶。四、酶的命名第33頁/共148頁2.國際系統(tǒng)命名法（systematicname）底物+反應性質(zhì)+酶如果底物不止一個，應全部列出，用冒號分隔；如其中一個底物為水時，水可略去。例1：丙氨酸+-酮戊二酸谷氨酸+丙酮酸丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶例2：脂肪+H2O脂肪酸+甘油脂肪水解酶第34頁/共148頁第2節(jié)酶的作用機理一、酶的活性中心1.酶活性中心的概念

酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的區(qū)域叫酶的活性中心（activecenter）或活性部位（activesite）。

與酶的催化活性直接相關(guān)的并非酶的整個分子，而往往只是酶分子中的一小部分結(jié)構(gòu)。第35頁/共148頁AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基團:His57,Asp102,Ser195第36頁/共148頁為Tyr248為Arg145為Glu270為底物ZnZn羧肽酶活性中心示意圖第37頁/共148頁酶的活力中心通常包括兩部分：結(jié)合部位:與底物結(jié)合的部位，它決定酶的專一性；催化部位:促進底物發(fā)生化學變化的部位，它決定酶所催化反應的性質(zhì)以及催化的效率。有些酶的結(jié)合中心與催化中心是同一部分。第38頁/共148頁

參與構(gòu)成酶的活性中心和維持酶的特定構(gòu)象所必需的基團稱為酶分子的必需基團。第39頁/共148頁第40頁/共148頁注意：雖然酶的催化作用取決于構(gòu)成活性中心的幾個氨基酸，但并不意味著酶分子中的其他部分就不重要了。因為酶活性中心的形成首先依賴于整個酶分子的結(jié)構(gòu)。如木瓜蛋白酶，失去N端的20個氨基酸后雖然仍有活性，但此時酶分子并不穩(wěn)定，很容易喪失活性。因此，沒有酶蛋白結(jié)構(gòu)的完整性，酶蛋白分子的穩(wěn)定性就隨之降低，活性中心也就不存在了。第41頁/共148頁2.酶活性中心的特點通常只占酶的一小部分，1%-2%。是一種三維結(jié)構(gòu)。構(gòu)成酶活性中心的幾個氨基酸殘基可能在一級結(jié)構(gòu)上相距很遠，甚至在不同肽鏈上,但由于肽鏈的折疊與盤繞使它們在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域。第42頁/共148頁第43頁/共148頁是位于酶分子表面的、呈裂縫狀的小區(qū)域。具有柔性。當它與底物結(jié)合時就可發(fā)生變化,變得與底物形狀互補。酶與其專一性底物的結(jié)合一般通過離子鍵、氫鍵等非共價鍵。第44頁/共148頁第45頁/共148頁第46頁/共148頁

酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。二、酶與底物分子的結(jié)合1.中間絡合物學說第47頁/共148頁

兩步反應所需活化能總和比一般催化劑存在時發(fā)生的一步反應所需的活化能要低得多。第48頁/共148頁

酶作用專一性機理認為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。將酶的活性中心比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心。專一性應包含結(jié)合專一性和催化專一性。有的鑰匙能插入鎖孔中，但不一定能把鎖打開。2.鎖鑰學說第49頁/共148頁酶專一性的“鎖鑰學說”第50頁/共148頁

酶的活性中心在結(jié)構(gòu)上具柔性，底物接近活性中心時，可誘導酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，這樣就使與酶活性中心有關(guān)基團正確排列和定向，使之與底物成互補形狀有機地結(jié)合而催化反應進行。3.誘導契合學說第51頁/共148頁酶專一性的“誘導契合學說”第52頁/共148頁己糖激酶構(gòu)象的改變第53頁/共148頁三、影響酶催化效率的因素

1、鄰近與定向效應

2、誘導契合與底物變形

3、共價催化

4、酸堿催化

5、微環(huán)境影響第54頁/共148頁

由于化學反應速率與反應物濃度成正比，若在反應體系的某一局部區(qū)域，反應物濃度增高，反應速率也隨之增高。1.鄰近與定向效應

在生理條件下，底物濃度一般約為0.001M，而酶活性中心的底物濃度達100M，因此在活性中心區(qū)域反應速度必然大為提高。第55頁/共148頁鄰近效應（Approximationeffect）：是指酶由于具有與底物較高的親和力，從而使游離的底物集中于酶分子表面的活性中心區(qū)域，使活性中心的底物有效濃度得以極大的提高，并同時使反應基團之間互相靠近，增加攻擊的機會，從而使自由碰撞機率增加，提高了反應速度。定向效應：指酶的催化基團與底物的反應基團之間和反應物的反應基團之間的正確取位產(chǎn)生的效應。第56頁/共148頁

酶的鄰近效應與定向效應示意圖

第57頁/共148頁A.酶的催化基團和底物的反應基團既不靠近，也不定向。B.兩個基團靠近，但不定向，不利于反應進行。C.兩個基團既靠近，又定向，有利于反應進行。第58頁/共148頁2.底物的形變與誘導契合

當酶分子與底物分子接近時，由于酶的活性中心關(guān)鍵性電荷基團可使底物分子電子云密度改變，產(chǎn)生張力作用使底物扭曲，削弱有關(guān)的化學鍵，從而使底物從基態(tài)轉(zhuǎn)變成過渡態(tài)，有利于反應進行。第59頁/共148頁

在酶反應中主要是廣義的酸堿催化，是指質(zhì)子供體和質(zhì)子受體的催化。很多酶活性中心存在酸性或堿性氨基酸殘基，例如羧基、氨基、胍基、巰基、酚羥基和咪唑基等，它們在近中性pH范圍內(nèi)，可作為催化性質(zhì)的質(zhì)子受體或質(zhì)子供體，有效地進行酸堿催化。3.酸堿催化第60頁/共148頁酶分子中可作為廣義酸堿催化的功能基團第61頁/共148頁

組氨酸的咪唑基是酶催化反應中的最有效、最活潑的催化功能基團。咪唑基的pK=6.0，在生理pH條件下，有一半以酸性形式存在，另一半以堿性形式存在，因此既可以作質(zhì)子的供體又可以作質(zhì)子的受體，在酶促反應中發(fā)揮作用。第62頁/共148頁

指酶在催化時作為親核催化劑或親電子催化劑分別放出電子或汲取電子并作用于底物的缺電子中心或負電中心，迅速形成不穩(wěn)定的反應活性很高的共價絡合物，降低反應活化自由能。4.共價催化:可分為親核催化和親電催化。第63頁/共148頁

通常酶分子活性中心內(nèi)都含有3種親核基團，即：Ser的羥基、Cys的巰基、His的咪唑基。這些基團都有剩余的電子對，可以對底物缺電子基團發(fā)動親核攻擊。

常見的親電基團有NH+、Mg2+、Mn2+、Fe2+以及蛋白質(zhì)中的Tyr羥基。第64頁/共148頁第65頁/共148頁

酶的活性中心周圍的環(huán)境是一個非極性環(huán)境，即低介電環(huán)境，在低的介電環(huán)境中排斥水分子，酶的催化基團和底物分子的敏感鍵之間有很大的反應力，有助于加速酶促反應。

如果酶的活性中心周圍是一個高介電環(huán)境中，活性中心就會有水分子存在，水分子對帶電離子有屏蔽作用，削弱帶電離子之間的靜電作用，不利于酶促反應的進行。5.活性中心低介電微環(huán)境的影響第66頁/共148頁例如：酶活性中心的羧基與水形成氫鍵，導致酶活性中心羧基表面有一層水化層，水分子的屏蔽作用，大大削弱了酶分子與底物離子間的靜電相互引力，不利于酶促反應。第67頁/共148頁第3節(jié)酶促反應動力學一、酶促反應速度的測定

酶促反應動力學是研究酶促反應速度及其影響因素的科學。

測定反應速度時一般采用產(chǎn)物增加法,因為測定時底物量足夠大,其減少量很少，測定不準確，而產(chǎn)物從無到有,變化較明顯，測定起來較靈敏。第68頁/共148頁

通常測定其初始速度（反應初速度）來代表酶促反應速度。原因:1.底物濃度下降，產(chǎn)物濃度上升而加速逆反應。2.部分酶在pH及溫度變化下變性失活。3.產(chǎn)物對酶的反饋抑制。第69頁/共148頁斜率=[P]/

t=V（初速度）[P]t第70頁/共148頁二、底物濃度對酶促反應速率的影響1.底物濃度與酶促反應速率的關(guān)系在酶濃度、pH、溫度等條件不變的情況下,研究底物濃度和反應速度的關(guān)系。如右圖所示：底物濃度對反應速度的影響呈現(xiàn)矩形雙曲線。第71頁/共148頁1.在底物濃度很低時，反應速度隨底物濃度的增加而急驟加快，兩者呈正比關(guān)系，表現(xiàn)為一級反應。2.隨著底物濃度的升高，反應速度不再呈正比例加快，反應速度增加的幅度不斷下降，表現(xiàn)為混合級反應。3.如果繼續(xù)加大底物濃度，反應速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。此時，無論底物濃度增加多大，反應速度也不再增加，說明酶已被底物所飽和。所有的酶都有飽和現(xiàn)象，只是達到飽和時所需底物濃度各不相同而已。第72頁/共148頁2.米氏方程米氏方程:1913年，德國化學家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學說對酶促反應的動力學進行研究，推導出了表示整個反應中底物濃度和反應速度關(guān)系的著名公式，稱為米氏方程，式中Km稱為米氏常數(shù)。第73頁/共148頁米氏方程特點：當[S]低時，Km>>[S]，[S]可忽略不計。則：v與[S]成正比關(guān)系，符合一級反應。

當[S]高時，Km<<[S]，Km可忽略不計。則：v與[S]無關(guān)，符合零級反應。第74頁/共148頁3.米氏常數(shù)的意義物理意義：Km值等于酶促反應速度為最大速度一半時的底物濃度。Km值愈大，酶與底物的親和力愈??；Km值愈小，酶與底物親和力愈大。酶與底物親和力大，表示不需要很高的底物濃度，便可容易地達到最大反應速度。第75頁/共148頁Km值是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和酶促反應條件(如溫度、pH、有無抑制劑等)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。酶的種類不同，Km值不同;同一種酶與不同底物作用時，Km值也不同。各種酶的Km值范圍很廣，大致在10-1～10-6M之間。第76頁/共148頁Km在實際中的應用：1.鑒定酶：通過測定Km可以鑒別不同來源或相同來源但在不同發(fā)育階段、不同生理狀態(tài)下催化相同反應的酶是否屬于同一種酶。2.判斷酶的最適底物：如果一種酶可作用于多個底物，就有幾個Km值，其中Km最小時對應的底物稱為酶的天然底物（最適底物）。

如蔗糖酶既可催化蔗糖水解（Km=28mol/L），也可催化棉子糖水解（Km=350mol/L）,兩者相比，蔗糖為該酶的天然底物。第77頁/共148頁3.計算在一定底物濃度下，其反應速度相當于最大反應速度的百分數(shù)。4.判斷反應方向或趨勢：催化正逆反應的酶，其正逆兩向的反應的Km不同；生物體內(nèi)的反應，同一種底物往往可以被幾種酶作用，催化不同的反應，通常反應趨向于Km小對應的反應方向。第78頁/共148頁已知某米氏酶的Km＝0.05mol／L，在下列哪個底物濃度下反應速度可達到最大反應速度的90％？（）

A．0.05mol／LB．0.45mol／LC．0.9mol／LD．4.5mol／L

米氏動力學的酶促反應中，當?shù)孜餄舛龋╗S]）等于3倍Km時，反應速度等于最大反應速度的百分數(shù)（%）為：（）

A.25％B.50％C.75％D.100％第79頁/共148頁

米氏常數(shù)的測定基本原則：

將米氏方程變化成相當于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出Km。例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第80頁/共148頁酶動力學的雙倒數(shù)圖線第81頁/共148頁三、酶濃度對酶促反應速率的影響

因為酶催化反應時，首先要與底物形成所謂中間物，即酶底物復合物[ES]。酶在最適反應條件下，如果[S]>>[E]，酶促反應的速度和酶濃度成正比：V=k[E]。第82頁/共148頁四、溫度對酶促反應速率的影響溫度對唾液淀粉酶活性的影響溫度相對活性溫度對酶促反應速度的影響機理：1.溫度影響反應體系中的活化分子數(shù)：溫度增加，活化分子數(shù)增加，反應速度增加。2.溫度影響酶的活性：過高的溫度使酶變性失活，反應速度下降。第83頁/共148頁

酶促反應與其它化學反應一樣，隨溫度的增加，反應速度加快。化學反應中溫度每增加10℃反應速度增加的倍數(shù)稱為溫度系數(shù)Q10。一般的化學反應的Q10為2-3，而酶促反應的Q10為1-2。

第84頁/共148頁

最適溫度不是酶的特征常數(shù)，因為一種酶的最適溫度不是一成不變的，它要受到酶的純度、底物、激活劑、抑制劑、酶反應時間等因素的影響。因此，酶的最適溫度與其它反應條件有關(guān)。

在一定范圍內(nèi)，反應速度達到最大時對應的溫度稱為該酶促反應的最適溫度（optimumtemperatureTm）.

一般動物組織中的酶其最適溫度為35-40℃，植物與微生物中的酶其最適溫度為30-60℃，少數(shù)酶可達60℃以上，如細菌淀粉水解酶的最適溫度90℃以上。第85頁/共148頁五、pH對酶促反應速率的影響pH最適pHv第86頁/共148頁pH對酶促反應速度的影響機理：1.pH影響酶和底物的解離:酶的活性基團的解離受pH影響，底物有的也能解離，其解離狀態(tài)也受pH的影響。在某一反應pH下，二者的解離狀態(tài)最有利于它們的結(jié)合，酶促反應表現(xiàn)出最大活力，此pH稱為酶的最適pH；2.pH影響酶分子的構(gòu)象：過高或過低pH都會影響酶分子活性中心的構(gòu)象或引起酶的變性失活。第87頁/共148頁酶最適pH酶最適pH酶最適pH胃蛋白酶1.8過氧化氫酶7.6延胡索酸酶7.8胰蛋白酶7.7精氨酸酶9.8核糖核酸酶7.8

動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH值接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH約1.8，肝精氨酸酶最適pH約為9.8

。

最適pH不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度、緩沖液的種類和濃度以及酶的純度等因素的影響。

第88頁/共148頁六、激活劑對酶促反應速率的影響凡是能提高酶活性的物質(zhì)，稱為酶的激活劑（activator）其中大部分是無機離子或簡單的有機化合物。按分子大小可分為3類：1.無機離子金屬陽離子：

K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+

、Co2+、Fe2+，如Mg2+是多種激酶和合成酶的激活劑。

陰離子：

Cl-、Br-，如：動物唾液中的α-淀粉酶則受Cl-的激活。第89頁/共148頁

激活劑對酶的作用有一定的選擇性，一種酶的激活劑對另一種酶來說可能是抑制劑，如Mg2+對脫羧酶有激活作用，而對肌球蛋白腺三磷酸酶卻有抑制作用。有時離子之間有拮抗現(xiàn)象，如Na+抑制K+激活的酶。激活劑對于同一種酶，可因濃度不同而起不同的作用，當激活劑的濃度超過一定的范圍時，它就成為抑制劑。注意:第90頁/共148頁2.中等大小的有機分子

某些還原劑，如：抗壞血酸、半胱氨酸、還原型谷胱甘肽、巰基乙醇等能激活某些酶，使含巰基酶中被氧化的二硫鍵還原成巰基，從而提高酶活性；金屬螯合劑，EDTA（乙二胺四乙酸）是金屬鰲合劑，能除去酶中重金屬雜質(zhì)，從而解除重金屬離子對酶的抑制作用。第91頁/共148頁3.具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子專指對某些無活性的酶原起作用的酶,通常是一些專一性的蛋白水解酶。酶原（zymogen）：不具催化活性的酶的前體稱為酶原。酶原的激活：使無活性的酶原轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程。

第92頁/共148頁

胰臟合成的是沒有活性的胰蛋白酶原，分泌到小腸后，經(jīng)小腸內(nèi)的腸激酶（或胰蛋白酶）活化，轉(zhuǎn)化成有活性的胰蛋白酶。胰蛋白酶原的激活：第93頁/共148頁胰蛋白酶原的激活過程甘異賴纈天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS活性中心腸激酶/胰蛋白酶第94頁/共148頁酶原激活的機制為：酶原分子一級結(jié)構(gòu)的改變導致了酶原分子空間結(jié)構(gòu)的改變，使催化活性中心得以形成，故使其從無活性的酶原形式轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?。酶原激活的生理意義在于：保護自身組織細胞不被酶水解消化。

第95頁/共148頁只能使酶的催化活性降低或喪失，而不引起酶變性的作用稱為抑制作用（inhibition）。能對酶產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)稱為酶的抑制劑（inhibitor）。機理：抑制劑使酶的必需基因或酶的活性部位中的基團的化學性質(zhì)發(fā)生了改變。七、抑制劑對酶促反應速率的影響第96頁/共148頁抑制劑與變性劑：抑制劑對酶有一定選擇性，一種抑制劑只能引起某一種酶或某一類酶的活性降低或喪失；變性劑對酶的作用沒有選擇性。第97頁/共148頁1.抑制作用的類型不可逆抑制（irreversibleinhibition）可逆抑制（reversibleinhibition）

競爭性抑制（competitiveinhibition)

非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)

反競爭性抑制（uncompetitiveinhibition）第98頁/共148頁

抑制劑與酶反應中心的活性基團以共價鍵的形式結(jié)合，不能用物理方法（透析、超濾、凝膠過濾等）除去抑制劑而使酶恢復活性，這種抑制作用稱為不可逆抑制。1）不可逆抑制（irreversibleinhibition）重要的不可逆抑制劑有以下幾種：有機汞、有機砷化合物，如：對氯汞苯甲酸（PCMB）,能與酶分子的巰基進行不可逆結(jié)合。烷化劑、?；瘎鹤饔糜趲€基等富含電子的基團，如碘乙酸、碘乙酰胺、DNFB等。第99頁/共148頁有機磷化合物：二異丙基氟磷酸（DIFP）、有機磷農(nóng)藥。有機磷殺蟲劑能專一作用于胰凝乳蛋白酶或膽堿酯酶活性中心的絲氨酸羥基，使其磷?；?。

-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX有機磷殺蟲劑第100頁/共148頁細胞呼吸抑制劑：氰化物、CO等，能與鐵卟啉中的Fe2+結(jié)合，使酶失去活性。青霉素：能與糖肽轉(zhuǎn)肽酶活性部位的絲氨酸殘基上的羥基結(jié)合，使酶失活。該酶在細菌細胞壁合成中起重要作用。第101頁/共148頁2）可逆抑制（reversibleinhibition）

抑制劑與酶蛋白以非共價鍵的方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析、過濾等物理方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。第102頁/共148頁①竟爭性抑制（competitiveinhibition）

某些抑制劑的化學結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結(jié)合。當抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應中心之外，其結(jié)果是酶促反應被抑制了。第103頁/共148頁第104頁/共148頁

+IEIESP+EE+S競爭性抑制作用竟爭性抑制通常可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第105頁/共148頁第106頁/共148頁競爭性抑制曲線

vmax不變，Km

增大。第107頁/共148頁競爭性抑制作用特點

1.抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似，競爭酶的活性中心。

2.抑制程度取決于抑制劑的濃度和與酶的親和力,又取決于底物的濃度和與酶的親和力，即[I]/[S]。

3.動力學特點是Km增大，vmax不變。

第108頁/共148頁

競爭性抑制劑在臨床治療方面十分重要。不少有療效的藥物實際上就是酶的競爭性抑制劑。

磺胺類藥物：基本結(jié)構(gòu)是對氨基苯磺胺衍生物，可與對氨基苯甲酸競爭與二氫葉酸合成酶結(jié)合，影響二氫葉酸的合成，最后抑制細菌的生長繁殖，從而達到治病的效果。磺胺類藥物有抑制細菌生長繁殖的作用，而不傷害人和畜。第109頁/共148頁第110頁/共148頁②非競爭性抑制（noncompetitiveinhibition）底物和抑制劑與酶的結(jié)合沒有競爭性，抑制劑和底物可同時結(jié)合到同一酶的不同部位，抑制劑既可以與游離酶結(jié)合，也可以與ES復合物結(jié)合，但ESI三元復合物不能分解形成產(chǎn)物。第111頁/共148頁非競爭性抑制作用

+IEI+SESIESP+EE+S+I實例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）第112頁/共148頁非竟爭性抑制不可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第113頁/共148頁非競爭性抑制曲線

Km不變；vmax隨[I]增加減小第114頁/共148頁⑴非競爭性抑制劑的化學結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；⑵底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相結(jié)合；⑶抑制劑對酶與底物的結(jié)合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響；⑷動力學參數(shù)：Km值不變，vmax值降低。

非競爭性抑制的特點第115頁/共148頁

當反應體系中存在抑制劑時，不僅不排斥E和S的結(jié)合，反而增加二者的親和力；這與競爭性抑制那個作用恰巧相反，故稱為反競爭性抑制。

抑制劑不能與游離酶結(jié)合，但可與ES復合物結(jié)合并阻止產(chǎn)物生成。

③反競爭性抑制（uncompetitiveinhibition）第116頁/共148頁第117頁/共148頁反競爭性抑制作用ESIESP+EE+S+I第118頁/共148頁反競爭性抑制曲線

vmax、Km

隨[I]增加而減小第119頁/共148頁⑴反競爭性抑制劑的化學結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似；⑵抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結(jié)合；⑶必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加；⑷動力學參數(shù)：Km減小，vmax降低。反競爭性抑制的特點第120頁/共148頁

vmaxKm

競爭性抑制不變增加非競爭性抑制減小不變反競爭性抑制減小減小第121頁/共148頁八、酶的別構(gòu)調(diào)控調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）:是指對代謝途徑的反應速度起調(diào)節(jié)作用的酶,一般位于一個或多個代謝途徑內(nèi)的關(guān)鍵部位，它的活性可因調(diào)節(jié)劑結(jié)合而改變,一般可分為別構(gòu)酶和共價調(diào)節(jié)酶。某些酶在某種因素作用下發(fā)生構(gòu)象改變而使活性改變，這類酶稱為別構(gòu)酶或變構(gòu)酶。第122頁/共148頁調(diào)節(jié)物與酶分子中的別構(gòu)中心結(jié)合后，引起酶蛋白構(gòu)象的變化，使酶活性中心對底物的結(jié)合與催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶促反應速度及代謝過程，此效應稱為酶的別構(gòu)效應（allostericeffcet）。調(diào)節(jié)物又稱效應物、調(diào)節(jié)因子或別構(gòu)劑，一般是作用的底物、底物類似物或代謝的終產(chǎn)物。因別構(gòu)導致酶活力升高的物質(zhì)，稱為正效應物或別構(gòu)激活劑，反之為負效應物或別構(gòu)抑制劑。第123頁/共148頁1.別構(gòu)酶的特點：為寡聚酶，一般含有多個亞基。分子上除了有可以結(jié)合底物、催化底物反應的活性中心外，還有可以結(jié)合調(diào)節(jié)物、調(diào)節(jié)酶的反應速度的作用的別構(gòu)中心。兩個中心可能位于同一亞基上，也可能位于不同亞基上（存在別構(gòu)中心的亞基稱為調(diào)節(jié)亞基）。每個別構(gòu)酶分子上可以有一個以上的活性中心和調(diào)節(jié)中心，所以可以結(jié)合一個以上的底物分子和調(diào)節(jié)物分子。第124頁/共148頁

當別構(gòu)酶的一個亞基與其底物或效應物結(jié)合后，能夠通過改變相鄰亞基的構(gòu)象而使其對第二個底物或效應物分子的親和力發(fā)生改變，這種效應就稱為別構(gòu)酶的協(xié)同效應。如果構(gòu)象改變后有利于后續(xù)分子（底物或效應物）與酶的結(jié)合，則稱為正協(xié)同效應；反之，則稱為負協(xié)同效應。協(xié)同是指底物或效應物之間的關(guān)系。2.別構(gòu)酶的動力學第125頁/共148頁第126頁/共148頁

別構(gòu)酶的v與[S]的關(guān)系不服從米氏方程。正協(xié)同效應的別構(gòu)酶呈現(xiàn)特征性的S形動力學曲線，即：底物濃度較低時，酶活性的增加緩慢，底物濃度高到一定程度后，酶活性顯著加強，最終達到最大值Vmax。正協(xié)同效應使酶的反應速率對底物濃度的變化極為敏感，因此更具可調(diào)節(jié)性。負協(xié)同效應的別構(gòu)酶的動力學曲線為類似雙曲線（表觀雙曲線），即：底物濃度較低時，酶表現(xiàn)出較大活性，但底物濃度明顯增加時，其反應速度無明顯變化。負協(xié)同效應使酶的反應速率對底物濃度的變化不敏感。第127頁/共148頁三者區(qū)別用協(xié)同指數(shù)（CI）或飽和比值（Rs）判斷。協(xié)同指數(shù)：是指酶分子中的結(jié)合位點被底物飽和90%和10%時底物濃度的比值。

位點被90%飽和時的[S]Rs==81

位點被10%飽和時的[S]Rs=81為米氏類型Rs＜81為正協(xié)同類型Rs＞81為負協(xié)同類型第128頁/共148頁A--非調(diào)節(jié)酶

B--正協(xié)同別構(gòu)酶的S形曲線

別構(gòu)酶的動力學曲線第129頁/共148頁別構(gòu)調(diào)節(jié)的生理意義：1.在正協(xié)同效應的變構(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，因此可以通過細胞內(nèi)底物濃度的變化來靈敏地控制代謝速度。2.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入口，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。第130頁/共148頁例如:

葡萄糖的氧化分解可提供能量使AMP、ADP轉(zhuǎn)變成ATP，當ATP過多時，通過變構(gòu)抑制劑ATP抑制磷酸果糖激酶的活性，可限制葡萄糖的分解;

而ADP、AMP增多時，則可通過變構(gòu)激活劑AMP、ADP激活磷酸果糖激酶的活性促進糖的分解。隨時調(diào)節(jié)ATP/ADP的水平，可以維持細胞內(nèi)能量的正常供應。第131頁/共148頁第4節(jié)酶活力的測定酶活力酶活力（enzymeactivity）：指酶催化一定化學反應的能力，也稱為酶活性。

酶活力的大小可用在一定條件下，酶催化某一化學反應的速度來表示。測定酶活力實際就是測定酶促反應的速度。第132頁/共148頁測定酶活力時應注意幾點

（1）應測反應初速度（initialvelocityorinitialspeed）（2）酶的反應速度一般用單位時間內(nèi)產(chǎn)物的增加量來表示。（3）測酶活力時應使反應溫度、pH、離子強度和底物濃度等因素保持恒定。（4）測定酶反應速度時，應使[S]>>[E]。產(chǎn)物濃度[P](t)第133頁/共148頁

酶活力的表示方法

活力單位（activeunit）

量度酶催化能力大小量度酶純度比活力（specificactivity）第134頁/共148頁2.酶的活力單位（activeunit）U：表示酶活力的大小。（1）國際單位（IU）

InternationalUnit一個國際單位表示為在最適條件下（25℃，pHopt），每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，即1IU=1mol

/min。（2）卡特爾（Katal）縮寫為Kat，表示為在最適條件下（25℃，pHopt），每秒催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，