酶學(xué)理論基礎(chǔ)

酶學(xué)理論基礎(chǔ)第1頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二章酶學(xué)理論基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)：了解酶的分類、組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)理解酶催化作用的機(jī)制掌握酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和影響因素以及酶活力測(cè)定方法教學(xué)重點(diǎn)：酶的分類、組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、催化機(jī)制、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、酶活力及其測(cè)定教學(xué)難點(diǎn)：

酶催化作用的機(jī)制及特點(diǎn)、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及影響因素第2頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二章酶學(xué)理論基礎(chǔ)1、酶的分類、組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、酶的催化作用3、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4、酶活力及其測(cè)定作業(yè)第3頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、酶的分類、組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1、酶的分類與命名

酶的種類很多，有人估計(jì)每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞中包含的蛋白質(zhì)約有3000種，高等真核生物每個(gè)細(xì)胞中約5000種，其中主要是是酶蛋白。而迄今為止已經(jīng)確認(rèn)的酶很少，只有4000多種。隨著生物化學(xué)、分子生物學(xué)等生命科學(xué)的發(fā)展，還會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的新酶。第4頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★已知酶歷年增長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)圖第5頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.1.1、酶的分類命名原則

按照分子中起催化作用的主要組分不同，酶可以分為蛋白類酶（proteozyme，P酶）和核酸類酶（ribozyme，R酶，核酶）兩大類。因而采取分類命名：對(duì)于蛋白類酶現(xiàn)在普遍接受的是國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)1961年制定的酶分類與命名法。對(duì)于核酸類酶由于其研究歷史不長(zhǎng)，對(duì)于分類和命名還沒(méi)有統(tǒng)一的原則和規(guī)定。★酶學(xué)委員會(huì)建議，在發(fā)表論文時(shí)，與論題有關(guān)的主要酶在第一次提到時(shí)應(yīng)寫(xiě)出它的編號(hào)、系統(tǒng)命名、習(xí)慣命名和來(lái)源，然后再用系統(tǒng)命名或習(xí)慣命名敘述。第6頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、蛋白類酶的系統(tǒng)名、慣用名系統(tǒng)名：包括所有底物的名稱和反應(yīng)類型。乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶慣用名：只取一個(gè)較重要的底物名稱和反應(yīng)類型。乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶注：對(duì)于催化水解反應(yīng)的酶一般在名稱上省去反應(yīng)類型！第7頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1961年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommittee，EC）根據(jù)酶所催化反應(yīng)類型和機(jī)理分為6類：第8頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四EC.X.X.X.X

Eachenzymeisnowclassifiedandnamedaccordingtothetypeofchemicalreactionitcatalyzes.Soanenzymeisassignedafour-numberclassificationandatwo-partname.InadditionrecommendednameissuggestedbyIUBforeverydayuse.★Systematicname乳酸脫氫酶

EC1.1.1.27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團(tuán)CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號(hào)第9頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）氧化還原酶類作用：催化氧化-還原反應(yīng)通式：種類：脫氫酶(dehydrogenase)和氧化還原酶(Oxidase)例如乳酸脫氫酶（EC1.1.1.27）反應(yīng)式：第10頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）轉(zhuǎn)移酶類作用：催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)通式：種類：酮醛基轉(zhuǎn)移酶、?；D(zhuǎn)移酶、糖苷基轉(zhuǎn)移酶、含氮基轉(zhuǎn)移酶等；例如谷丙轉(zhuǎn)氨酶（EC2.6.1.2）反應(yīng)式：第11頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）水解酶類作用：催化底物的加水分解反應(yīng)通式：種類：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如磷酸二酯酶（EC3.1.4.1）催化脂的水解反應(yīng)：第12頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）裂合酶類作用：催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)通式：種類：醛縮酶、水化酶、脫氨酶等例如醛縮酶（EC4.1.2.7）催化反應(yīng)：第13頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（5）異構(gòu)酶類作用：催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)變通式：種類：異構(gòu)酶例如葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶（EC5.3.1.9）催化反應(yīng)：第14頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（6）連接酶類作用：催化C-C、C-O、C-N以及C-S

鍵的形成通式：

A+B+ATP===AB+ADP+PiA+B+ATP===AB+AMP+Pi種類：羧化酶例如丙酮酸羧化酶(EC6.4.1.1)催化反應(yīng)：第15頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、核酸類酶核酸酶是唯一的非蛋白酶，是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應(yīng)和一些其它反應(yīng)。第16頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★核酸類酶的分類分子內(nèi)催化分子間催化R酶自我剪切酶自我剪接酶RNA剪切酶DNA剪切酶多肽剪切酶多糖剪接酶多功能R酶第17頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.2、酶的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)酶單純酶（單體酶）結(jié)合酶（全酶）輔因子輔酶

：與酶蛋白結(jié)合得比較松的小分子有機(jī)物輔基

：與膜蛋白結(jié)合得緊密的小分子有機(jī)物金屬激活劑

：金屬離子作為輔助因子注：酶的催化專一性主要決定于酶蛋白部分；輔因子通常作為電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的載體。1.2.1、酶的組成第18頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★輔助因子無(wú)機(jī)輔助因子：

Mg2+、Zn2+、Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+、Ni2+有機(jī)輔助因子：

NAD、FAD、CoQ、CoA、硫辛酸、TPP、生物素、鐵卟啉、磷酸吡哆醛、四氫葉酸

第19頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★其它重要概念寡聚酶(oligomericenzyme)：由幾個(gè)或多個(gè)亞基組成，亞基之間以非共價(jià)鍵結(jié)合牢固地聯(lián)在一起，單個(gè)亞基沒(méi)有催化活性，所有的亞基都有四級(jí)結(jié)構(gòu)。多酶復(fù)合物(multienzymesystem)：幾個(gè)酶鑲嵌而成的復(fù)合物，這些酶催化將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的一系列順序反應(yīng)。第20頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.2.2、酶的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)功能決定于其結(jié)構(gòu)，不僅與其氨基酸組成（一級(jí)結(jié)構(gòu)）有關(guān)，而且還與其空間結(jié)構(gòu)有關(guān)（二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)）。酶蛋白空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位：

螺旋結(jié)構(gòu)、折疊結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)、卷曲結(jié)構(gòu)第21頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第22頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、維持酶蛋白分子構(gòu)象作用力①鹽鍵②氫鍵③疏水作用④范德華力⑤二硫鍵第23頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、具有酶活性的蛋白質(zhì)都是球蛋白，

結(jié)構(gòu)特征如下：(1)肽鏈往往是通過(guò)一部分α-螺旋、一部分β-折疊、一部分β-轉(zhuǎn)角和一部分無(wú)規(guī)卷曲形成緊密的球狀構(gòu)象；(2)大多數(shù)非極性側(cè)鏈總是埋藏在分子內(nèi)部形成疏水內(nèi)核，而大多數(shù)極性側(cè)鏈總是暴露在小分子的表面上，形成一些親水區(qū)；(3)分子表面往往有一個(gè)內(nèi)陷的空穴，往往是疏水區(qū)，對(duì)酶分子而言，此空穴正好容納一個(gè)或兩個(gè)小分子底物或大分子底物的一部分，即酶活性部位；注：有些球蛋白具有四級(jí)結(jié)構(gòu)，這類球蛋白的分子中含兩條或多條多肽鏈，這些多肽鏈彼此以非共價(jià)鍵相連，每一條肽鏈都有自己的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)。第24頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、酶的活性中心

在酶分子中，顯示酶的催化活性的特殊部位稱為酶的活性部位，亦稱為酶的活性中心。酶的活性中心一旦被破壞，酶將失去其催化活性。在酶蛋白分子的眾多氨基酸殘基中，構(gòu)成酶的活性中心的只有少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基，這些氨基酸殘基在肽鏈中處于不同位置，甚至處在不同的肽鏈中，通過(guò)肽鏈的盤(pán)繞、折疊形成酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)后，這些氨基酸殘基集中在一起而形成酶的活性中心。第25頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四S-S活性中心外必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心必需基團(tuán)底物肽鏈活性中心★酶活性中心示意圖第26頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★氨基酸殘基的分類接觸殘基輔助殘基結(jié)構(gòu)殘基非貢獻(xiàn)殘基

1960年，柯施蘭德（Koshland）將酶分子中的氨基酸殘基分為以下四類：第27頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)接觸殘基

特點(diǎn)：直接與底物接觸，參與底物的化學(xué)轉(zhuǎn)變；如圖中的R1、R2、R6、R8、R9、R163、R164、R165；這類殘基的側(cè)鏈中與底物結(jié)合的基團(tuán)稱為結(jié)合基團(tuán)，起催化作用的基團(tuán)稱為催化基團(tuán)。注：有時(shí)結(jié)合基團(tuán)也起催化作用很難絕對(duì)區(qū)分。有時(shí)一些接觸基團(tuán)也可能起著下述輔助殘基的作用。第28頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)輔助殘基

特點(diǎn)：不與底物直接接觸，但在酶與底物結(jié)合以及協(xié)助接觸基團(tuán)發(fā)揮一定的作用；如圖中的R4殘基；接觸殘基和輔助殘基組成酶的活性中心。第29頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)結(jié)構(gòu)殘基

特點(diǎn)：不在酶活性中心范圍內(nèi)，但在維持酶分子特定的空間構(gòu)象方面起重要作用；如圖中R10、R162、R169；它們與酶的催化活性顯示有關(guān)，又稱為貢獻(xiàn)殘基。結(jié)構(gòu)殘基的側(cè)鏈屬于活性中心以外的必需基團(tuán)。第30頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)非貢獻(xiàn)殘基

特點(diǎn)：對(duì)酶活性的顯示無(wú)明顯作用，可以由其他氨基酸殘基替代；如圖中的R3、R5、R7等，在酶分子中占很大比例；它們可能在酶的活性調(diào)節(jié)、酶的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移、防止酶的降解、免疫作用或種系發(fā)育等其他方面起重要作用。第31頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★各種氨基酸殘基的作用酶分子催化活性顯示作用

其它方面作用（活性調(diào)節(jié)、防止降解、運(yùn)輸轉(zhuǎn)移）活性中心活性中心外（維持空間構(gòu)象）與底物結(jié)合、催化作用協(xié)助催化作用接觸殘疾輔助殘基結(jié)構(gòu)殘基非貢獻(xiàn)殘基第32頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、酶的催化作用2.1、酶催化作用特點(diǎn)2.2、酶催化作用機(jī)制第33頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.1、酶催化作用特點(diǎn)

酶具有一般催化劑的特征：1.只能進(jìn)行熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)；2.可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)；3.通過(guò)降低活化能加快化學(xué)反應(yīng)速度。第34頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.1.1、高效性

催化效率比無(wú)催化劑時(shí)要高出108~1020，比一般的非生物催化劑高106~1013倍。例如：

1mol鐵離子催化：6×10-4mol；

1mol過(guò)氧化氫酶催化：5×106mol。刀豆脲酶催化尿素水解比非催反應(yīng)速率大1014倍。第35頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.1.2、專一性①絕對(duì)專一性：只能催化一種底物的反應(yīng)，對(duì)作用物某一化學(xué)鍵和化學(xué)鍵兩端所連接的基團(tuán)有選擇作用；②相對(duì)專一性：對(duì)作用物某一化學(xué)鍵有要求，而化學(xué)鍵兩端所連接的基團(tuán)沒(méi)有選擇作用；③立體異構(gòu)專一性：只對(duì)某種構(gòu)型的化合物有作用，而對(duì)其對(duì)映體無(wú)作用.脲酶酯酶、а-D-葡萄糖苷酶

L-氨基酸氧化酶、D-乳酸脫氫酶第36頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.1.3、可調(diào)控性（1）酶量調(diào)節(jié)

※誘導(dǎo)或抑制酶的合成

※調(diào)節(jié)酶的降解（2）酶活性調(diào)節(jié)

※共價(jià)調(diào)節(jié)

※別構(gòu)調(diào)節(jié)（3）同工酶調(diào)節(jié)第37頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.2、酶催化作用機(jī)制2.2.1、酶的作用在于降低反應(yīng)活化能第38頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.2.2、中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)1902年，亨利(Henri)根據(jù)蔗糖酶催化蔗糖水解的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)。他認(rèn)為在底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物之前，必須首先與酶形成中間復(fù)合物，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，并重新釋放出游離的酶，即：過(guò)渡態(tài)中間產(chǎn)物的形成使反應(yīng)的活化能大幅降低。E+Sk1k2k3ESE+P第39頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.2.3、酶的作用專一性機(jī)制

關(guān)于酶的作用專一性機(jī)制有多種學(xué)說(shuō)。這些學(xué)說(shuō)有一些共同的特點(diǎn)：1.酶的活性中心是酶表現(xiàn)專一性的基礎(chǔ)，不僅要求結(jié)合基團(tuán)與催化基團(tuán)的存在，而且要求他們有特定的構(gòu)象分布；2.酶要表現(xiàn)作用必須通過(guò)它和底物結(jié)合。第40頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★“瑣和鑰匙”學(xué)說(shuō)第41頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★“誘導(dǎo)契合”學(xué)說(shuō)第42頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.2.4、酶高效催化的機(jī)制

（1）趨近與定向效應(yīng)（2）構(gòu)象變化效應(yīng)（3）酸堿催化機(jī)制（4）共價(jià)催化機(jī)制（5）微環(huán)境效應(yīng)第43頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)

趨近與定向效應(yīng)溶菌酶、羧肽酶

第44頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)構(gòu)象變化效應(yīng)

當(dāng)酶分子與底物分子互相接近時(shí)，由于兩者的相互作用，酶分子和底物都會(huì)發(fā)生構(gòu)象變化，從而有利于酶與底物的結(jié)合，這種作用稱為構(gòu)象變化效應(yīng)。1.底物誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象的改變2.酶分子誘導(dǎo)底物構(gòu)象的改變

第45頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第46頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)酸堿催化機(jī)制

酶的催化作用是酶和底物分子之間通過(guò)質(zhì)子（H+）傳遞作用，即酸和堿的相互轉(zhuǎn)變，而降低反應(yīng)所需的活化能，使反應(yīng)加速進(jìn)行，這種催化理論稱為酸堿催化機(jī)制。酶蛋白中的酸堿催化基團(tuán)是由氨基酸殘基上的側(cè)鏈提供的，酸堿催化基團(tuán)中，以咪唑基最為常見(jiàn)。第47頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第48頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四胰乳蛋白酶催化機(jī)制胰乳蛋白酶的三維結(jié)構(gòu)圖活性部位中的催化三聯(lián)體第49頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)共價(jià)催化機(jī)制

在酶催化過(guò)程中，首先酶與底物形成一種中間復(fù)合物。這種中間復(fù)合物是由于酶的某些基團(tuán)攻擊底物的某些特定基團(tuán)而形成的共價(jià)中間產(chǎn)物，這種催化理論稱為共價(jià)催化機(jī)制。共價(jià)催化可分為親核催化和親電催化兩類。

第50頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.親核催化

酶分子的富電子基團(tuán)（親核基團(tuán)）攻擊底物的缺電子基團(tuán)（親電基團(tuán)）而形成共價(jià)中間產(chǎn)物的過(guò)程，稱為親核催化。在酶蛋白的氨基酸殘基側(cè)鏈中親核基團(tuán)有：羧基（—COO-）、氨基（—N:H2）、咪唑基（咪唑—N:）、羥基（—O:H）、巰基（—S:H）第51頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）親核取代反應(yīng)

親核取代反應(yīng)是酶分子的親核基團(tuán)對(duì)底物分子中的飽和碳原子進(jìn)行親核攻擊，取代碳原子上的某個(gè)基團(tuán)而形成共價(jià)中間產(chǎn)物。其通式為：

第52頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★反應(yīng)1：

酶分子的親核基團(tuán)對(duì)底物羰基（>C=O）上的碳原子進(jìn)行親核攻擊，取代其中某一基團(tuán)而生成?；腹矁r(jià)中間產(chǎn)物。其通式為：

OO第53頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★反應(yīng)2：酶分子的親核基團(tuán)對(duì)磷?；M(jìn)行攻擊，取代其中一個(gè)基團(tuán)，形成酶-磷酰共價(jià)中間產(chǎn)物。其通式為：

第54頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）親核加成反應(yīng)

a.

碳酸酐酶的親核加成反應(yīng)

CO2+H2O===HCO3-+H+b.

形成西佛堿中間產(chǎn)物的親核加成反應(yīng)許多酶可以與底物進(jìn)行親核加成反應(yīng),含氨基化合物中的氨基和羰基化合物中的羰基之間的縮合作用，形成不穩(wěn)定的亞胺衍生物西佛（Schiff）堿共價(jià)中間產(chǎn)物。第55頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.親電催化酶分子的缺電子基團(tuán)（親電基團(tuán)）攻擊底物的富電子基團(tuán)（親核基團(tuán)）而形成共價(jià)中間產(chǎn)物的過(guò)程，稱為親電催化。第56頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(5)微環(huán)境效應(yīng)

微環(huán)境是指酶的活性中心上的催化基團(tuán)所處的一種特殊的疏水反應(yīng)環(huán)境。由于酶分子活性中心的催化基團(tuán)處于特殊的疏水反應(yīng)環(huán)境影響與底物的結(jié)合，并影響催化基團(tuán)的解離，使反應(yīng)加速進(jìn)行，這種作用稱為微環(huán)境效應(yīng)。通過(guò)X射線衍射研究，發(fā)現(xiàn)許多酶分子的活性中心往往有一個(gè)與水溶液有顯著不同的環(huán)境。胰凝乳蛋白酶和溶菌酶就是很好的例子。例如，疊氮鹽與對(duì)硝基氟苯的反應(yīng)在二甲基亞砜中進(jìn)行時(shí)的速度比在水中進(jìn)行時(shí)快12000倍。第57頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)概念

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究酶促反應(yīng)速率以及影響酶促反應(yīng)速度的各種因素，并加以定量的闡述的一門(mén)科學(xué)。酶促反應(yīng)速率:

影響因素：底物濃度、酶濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等?！芯恳环N因素的影響時(shí)，假設(shè)其余各因素均恒定。μ=dPdtdSdt=-第58頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1

底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)酶促反應(yīng)速度一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量來(lái)表示。反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量很?。ㄒ话阍?﹪以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度。底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。研究前提第59頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第60頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，反應(yīng)速度與底物濃度成正比，反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax第61頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

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(jí)反應(yīng)。[S]VVmax第62頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度，反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度，反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)，說(shuō)明酶已經(jīng)被底物所飽和。[S]VVmax第63頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.米氏方程1913年，米徹利斯(Michaelis)和曼吞（Menton)在前人研究的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出著名的米氏方程：

v——反應(yīng)速度

S——底物濃度

vm——最大反應(yīng)速度

Km——米氏常數(shù)，為酶催化反應(yīng)速度等于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。第64頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四推導(dǎo)過(guò)程E+Sk1k2k3ESE+P基本假設(shè)：1）E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于慢反應(yīng),

即V＝k3[ES]；2）S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即[S]＝[St]；3）ES的生成速度與分解速度相等，即[ES]恒定。

k1([Et]－[ES])[S]＝k2[ES]+k3[ES]第65頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四k1([Et]－[ES])[S]＝k2[ES]+k3[ES]k2+k3＝Km

（米氏常數(shù)）k1令：則(1)變?yōu)?([Et]－[ES])[S]＝Km[ES](1)＝([Et]－[ES])[S]k2+k3[ES]k1整理得：推導(dǎo)過(guò)程第66頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★當(dāng)?shù)孜餄舛群芨撸瑢⒚傅幕钚灾行娜匡柡蜁r(shí)，即[Et]＝[ES]，反應(yīng)達(dá)最大速度Vmax＝K3[ES]＝K3[Et](4)[ES]＝───[Et][S]Km+[S](2)整理得:將(4)代入(3)得米氏方程式：Vmax[S]Km+[S]V＝────將(3)代入(1)得k3[Et][S]Km+[S](3)

V＝────第67頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí),★分析與討論：1）Km值Km＝[S]∴Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2第68頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）Km與Vmax的意義①Km是酶的特征性常數(shù)之一，其大小只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的種類無(wú)關(guān)；Km值作為常數(shù)只對(duì)一定的底物、pH、溫度和離子強(qiáng)度等條件而改變，因此對(duì)某一酶促反應(yīng)而言，在一定條件下都有特定的Km值，可以鑒別酶；②1/Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力大小，1/Km愈大，表明親和力越大；③Km值可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向與途徑：第69頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四思考題1）酶1、2、3分別催化A→→B→→C→→D三步反應(yīng)，相對(duì)應(yīng)底物A、B、C的Km值分別為10-2、10-3、10-4mol/L，而細(xì)胞內(nèi)A、B、C的濃度均接近10-4mol/L，可以推知限速反應(yīng)是哪一步？

A→→B2）丙酮酸在體內(nèi)至少可以被乳酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶、丙酮酸脫羧酶等3種酶催化分別形成乳酸、乙酰輔酶A和乙醛，它們的Km值分別為1.7×10-5、1.3×10-3、1.0×10-3mol/L，可以推知在丙酮酸濃度較低時(shí)容易走哪條途徑？

乳酸脫氫酶催化丙酮酸形成乳酸?第70頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3）Ｋm值與Ｖmax值的測(cè)定1）雙倒數(shù)作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=（林－貝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]兩邊同取倒數(shù)第71頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四酶動(dòng)力學(xué)的雙倒數(shù)圖線第72頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）Eadie—Hofstee作圖法[S][S]/V-KmKm/Vm在林－貝氏方程基礎(chǔ)上，兩邊同乘[S][S]/V=Km/Vmax+[S]/Vmax第73頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Eadie-HofsteeplotHanesplot第74頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2酶濃度的影響

在底物濃度足夠高的條件下，酶催化反應(yīng)速度與酶濃度成正比，如右圖所示。它們之間的關(guān)系可以用下列數(shù)學(xué)式表示：v＝k[E]酶濃度與反應(yīng)速度的關(guān)系

第75頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3

溫度的影響

溫度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系

★在有效溫度范圍內(nèi)，酶才能夠進(jìn)行催化反應(yīng)；★在最適溫度條件下，酶的催化反應(yīng)速度達(dá)到最大?！镆话銣囟让可?0℃，化學(xué)反應(yīng)速度增加1～2倍。第76頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）酶催化反應(yīng)速度在最適溫度達(dá)到最大，超過(guò)最適溫度，反應(yīng)速度逐步降低，一般酶在60℃以上會(huì)變性失活；2）不同來(lái)源的酶，其最適溫度不同；3）添加酶作用底物或者某些穩(wěn)定劑，可以適當(dāng)提高酶的熱穩(wěn)定性?！飵c(diǎn)說(shuō)明：★α-淀粉酶-90℃★牛胰核糖核酸酶-100℃★一般植物來(lái)源的酶，最適溫度在40～50℃之間；★動(dòng)物來(lái)源的酶最適溫度較低，在35～40℃，淡水魚(yú)的最適溫度在20～30℃;★微生物酶最適溫度差別較大，細(xì)菌高溫淀粉酶高達(dá)80～90℃。第77頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.4pH值的影響pH值與反應(yīng)速度的關(guān)系第78頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾點(diǎn)說(shuō)明：1）最適pH不是一個(gè)常數(shù)，只作為一種實(shí)驗(yàn)參數(shù)；2）每一種酶都有各自的有效pH值范圍和最適pH值。只有在有效pH值范圍內(nèi)，酶才能顯示其催化活性，在最適pH值條件下，酶催化反應(yīng)速度達(dá)到最大；3）pH值過(guò)高或過(guò)低，都可能引起酶的變性失活.★一般來(lái)說(shuō)大多數(shù)酶的最適pH在5～8之間，★植物和微生物的最適pH在6.5～8.0左右。第79頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4）pH對(duì)不同酶的活性影響不同，大多數(shù)酶在不同pH條件下測(cè)得的酶活力對(duì)pH的變化作圖可得到-鐘罩形的曲線.第80頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.5抑制劑的影響

抑制劑：

能夠使酶的催化活性降低或者喪失的物質(zhì)。注：大多數(shù)抑制劑是外源物質(zhì)，包括各種無(wú)機(jī)離子、小分子有機(jī)物和蛋白質(zhì)等；有些酶抑制劑是一類有重要應(yīng)用價(jià)值的藥物；有些抑制劑是細(xì)胞正常代謝的產(chǎn)物，可以作為某一種酶的抑制劑，在細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)中起作用.★Ag+、Hg2+、Pb2+等重金屬;★抗壞血酸(蔗糖酶);★胰蛋白酶抑制劑治療胰腺炎;★膽堿酯酶抑制劑治療血管疾病等★色氨酸抑制色氨酸合成途徑中催化第一步反應(yīng)的酶(鄰氨基苯甲酸合成酶)第81頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四抑制劑的分類不可逆抑制劑可逆性抑制劑非專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑

競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑

抑制劑Ks型Kcat型★共價(jià)鍵第82頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）非專一性不可逆抑制劑作用于酶分子中一類或幾類基團(tuán)。如果被作用的基團(tuán)屬于必需基團(tuán)，或者作用后引起酶分子活性中心結(jié)構(gòu)不可逆轉(zhuǎn)的改變，則導(dǎo)致酶的不可逆抑制。抑制劑主要有：汞、銀、鉛等重金屬離子，有機(jī)磷、有機(jī)砷、有機(jī)汞、氰化物、硫化氫化合物、酰基化試劑、烷基化試劑、巰基乙醇等。第83頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四有機(jī)磷農(nóng)藥能專一性地作用于膽堿酯酶活性中心的絲氨酸殘基，使其磷?；豢赡娴匾种颇憠A酯酶的活性。第84頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑是根據(jù)酶的底物結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制，專門(mén)設(shè)計(jì)的只對(duì)某一種酶起不可逆抑制作用的化合物，又稱為親和標(biāo)記試劑。專一性不可逆抑制又可以根據(jù)其作用機(jī)制不同分為結(jié)合型(Ks型)不可逆抑制和催化型(Kcat型)不可逆抑制兩種。第85頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A、結(jié)合型不可逆抑制劑(Ks型)只能專一地與某種酶結(jié)合而引起的不可逆抑制作用的化合物。這類試劑是根據(jù)底物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。具有與酶作用底物類似的結(jié)構(gòu)，可以與酶專一地結(jié)合，同時(shí)還具有一個(gè)可以與酶活性中心的某個(gè)必需基團(tuán)反應(yīng)而使酶失活的基團(tuán)。

胰蛋白酶要求底物有一個(gè)帶正電荷的側(cè)鏈基團(tuán)，如Lys、Arg殘基等；胰凝乳蛋白酶則要求一個(gè)芳香基團(tuán)的側(cè)鏈，如Try、Tyr、Phe殘基等；★如果以對(duì)甲苯磺酰-L-苯丙氨酰氯甲酮為親和標(biāo)記試劑★如果以對(duì)甲苯磺酰-L-賴氨酰氯甲酮為親和標(biāo)記試劑第86頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B、催化型不可逆抑制(Kcat型)能專一地與某種酶結(jié)合并發(fā)生催化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物中含有一個(gè)基團(tuán)可以與酶分子活性中心的基團(tuán)共價(jià)結(jié)合導(dǎo)致酶分子不可逆地喪失催化活性的化合物。Kcat型不可逆抑制劑是根據(jù)酶的催化機(jī)制而設(shè)計(jì)的。它與酶催化作用的底物一樣，可以與酶分子結(jié)合并被催化，同時(shí)還具有一個(gè)潛在的反應(yīng)基團(tuán)可以在酶的催化作用下活化，活化后的基團(tuán)可以對(duì)酶分子活性中心的基團(tuán)進(jìn)行共價(jià)結(jié)合修飾，而導(dǎo)致酶分子不可逆地喪失催化活性，故又稱為酶的自殺性底物。第87頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四對(duì)高血壓具有較好療效的藥物迫降靈是一種β-γ-丙炔基叔胺類衍生物，實(shí)質(zhì)上是線粒體單胺氧化酶的自殺性底物。由于線粒體單胺氧化酶是一種黃素酶類，以核黃素腺苷二核苷酸(FAD)為輔基。線粒體單胺氧化酶催化迫降靈進(jìn)行氧化反應(yīng)，其產(chǎn)物可以將FAD中的核黃素還原，并與酶活性中心的基團(tuán)發(fā)生共價(jià)結(jié)合作用，致使酶的活性受到不可逆的抑制作用。第88頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.

可逆性抑制可逆性抑制劑與酶的結(jié)合是可逆的，只要將抑制劑除去，酶活性即可恢復(fù)。根據(jù)可逆性抑制作用的機(jī)理不同，酶的可逆抑制作用可以分為競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制和反競(jìng)爭(zhēng)性抑制三種。第89頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑第90頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例如，丙二酸是琥珀酸的結(jié)構(gòu)類似物，它們可以競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶分子上的結(jié)合位點(diǎn)，而琥珀酸脫氫酶只能催化琥珀酸脫氫，所以丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。2第91頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四+IEIE+SE+PES競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑反應(yīng)模式+SE+EIESEI+EP第92頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)最大反應(yīng)速度vm不變，而米氏常數(shù)Km增大。第93頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與磺胺類藥物磺胺類藥物，如對(duì)氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物，可競(jìng)爭(zhēng)性抑制細(xì)菌的二氫葉酸合成酶活性，從而達(dá)到抑菌效果。第94頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四蝶呤對(duì)氨基苯甲酸Glu二氫葉酸合成酶二氫葉酸四氫葉酸嘌呤核苷酸二氫葉酸還原酶一碳單位磺胺類藥物磺胺類藥物的抗菌機(jī)理：TMP第95頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四E+SESE+P+

S－S+

S－S+ESIEIEESEP+IEI+SEIS+I（2）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑第96頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)最大反應(yīng)速度vm減小，米氏常數(shù)Km不變。第97頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四E+SE+PES+IESI++ESESESIEP（3）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑

第98頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)最大反應(yīng)速度vm和米氏常數(shù)Km同時(shí)減小.第99頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四討論：

添加底物濃度能否解除抑制作用？競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制第100頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.6激活劑的影響能夠增加酶的催化活性或使酶的催化活性顯示出來(lái)的物質(zhì)。在激活劑的作用下，酶的催化活性提高或者由無(wú)活性的酶原生成有催化活性的酶。常見(jiàn)的激活劑有Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Mn2+等金屬離子和Cl-等無(wú)機(jī)負(fù)離子?！镆叶匪囊宜?EDTA)是金屬離子的螯合劑，能解除重金屬離子對(duì)酶的抑制作用，也可視為酶的激活劑?！餅榱顺浞职l(fā)揮酶的催化功能，在酶的應(yīng)用過(guò)程中，

一般應(yīng)當(dāng)添加適宜的活化劑使酶得以活化。第101頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾點(diǎn)說(shuō)明：激活劑對(duì)酶的作用具有一定的選擇性，一種激活劑對(duì)某種酶可能具有激活作用，但對(duì)另一種酶具有抑制作用；離子之間有拮抗作用；有時(shí)金屬離子之間可相互替代；激活劑的濃度不同其作用也不一樣，有時(shí)對(duì)同一種酶是低濃度起激活作用，而高濃度則起抑制作用?！颪a+抑制K+激活的酶、Ca2+能抑制Mg2+激活的酶★Mg2+作為激酶的激活劑可被Mn2+代替★Mg2+是脫羧酶、烯醇化酶、DNA聚合酶等的激活劑，

但對(duì)肌球蛋白腺三磷酶的活性有抑制作用第102頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四有的酶也可以作為激活劑，通過(guò)激活劑的作用使酶分子的催化活性提高或者使酶的催化活性顯示出來(lái)★天冬氨酸酶在胰蛋白酶的催化作用下，從其羧基末端切除一個(gè)肽段，可以使天冬氨酸酶的催化活性提高4～5倍；

★胰蛋白酶原可在胰蛋白酶的作用下，除去一個(gè)六肽，從而顯示出胰蛋白酶的催化活性；

★RNA的線性間隔序列LIVS通過(guò)兩次環(huán)化，從其5’-末端

切除19個(gè)核苷酸殘基，形成多功能核酸類酶L-19IVS等?！锘魜y毒素能激活小腸粘膜細(xì)胞上的腺苷酸環(huán)化酶。第103頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4

酶活力的測(cè)定又稱酶活性，指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活力測(cè)定是在一定條件下測(cè)定酶所催化的反應(yīng)速度。在外界條件相同的情況下，反應(yīng)速度越大，意味著酶活力越高。酶活力的高低以酶活力的單