第12章 生物代謝與調(diào)節(jié)物質(zhì)

第十二章生物代謝與調(diào)節(jié)物質(zhì)酶的概述第一節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)第二節(jié)酶的催化特性第三節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)酶的催化機(jī)制第五節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第六節(jié)1.掌握酶的概念、作用特點(diǎn)及影響酶促反應(yīng)速度的各種因素；2.熟悉酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)，維生素與輔酶的關(guān)系、酶結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系；3.了解酶的命名、分類(lèi)原則及應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)（一)、發(fā)展史19C中葉Pasteur葡萄糖→酒精1878Kuhne酶—提出概念1926Sumner脲酶—提出酶是蛋白質(zhì)1982Thomas

核酶—打破酶是蛋白質(zhì)觀念一、酶的概述第一節(jié)酶的概述酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化功能的生物催化劑。生物催化劑酶：一般指化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)核酶：催化活性的RNA脫氧核酶：催化活性的DNA

（二）、酶的概念系統(tǒng)名：包括所有底物的名稱(chēng)和反應(yīng)類(lèi)型，水可省略。系統(tǒng)名乳酸：NAD+氧化還原酶習(xí)慣名：只取一個(gè)較重要的底物名稱(chēng)和反應(yīng)類(lèi)型。習(xí)慣名乳酸脫氫酶（1961）酶學(xué)委員會(huì)乳酸丙酮酸（三）、酶的分類(lèi)和命名簡(jiǎn)單、常用、不準(zhǔn)確，一酶數(shù)名或一名數(shù)酶。嚴(yán)格，一個(gè)酶只有一個(gè)名稱(chēng)一個(gè)編號(hào)。1.命名酶的編號(hào)乳酸脫氫酶的編號(hào)是

EC1.1.1.27表示第一大類(lèi)既：氧化還原酶表示第一亞類(lèi)被氧化的基團(tuán)為CHOH表示第一亞亞類(lèi)氫受體為NAD+

表示該酶在此亞亞類(lèi)中的順序號(hào)每一個(gè)酶的編號(hào)由4個(gè)數(shù)字組成，中間以“·”隔開(kāi)。2.分類(lèi)六大類(lèi)

.氧化還原酶類(lèi)：主要是催化氫的轉(zhuǎn)移或電子傳遞的氧化還原反應(yīng)。包括脫氫酶和氧化酶。AH2+B（O2）A+BH2（H2O2，H2O）如：乳酸脫氫酶(2).轉(zhuǎn)移酶：轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)。A·X+BA+B·X如：谷丙轉(zhuǎn)氨酶CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO(3).水解酶：水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。AB+H2OAOH+BH如：脂肪酶(4).裂解酶：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)。如：延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOHH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH(5).異構(gòu)酶：酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化AB如：6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化(6).合成酶：又稱(chēng)為連接酶，使兩個(gè)底物結(jié)合的酶類(lèi)，有ATP參與。A+B+ATPA·B+ADP+Pi如：丙酮酸羧化酶丙酮酸+CO2

草酰乙酸（四）、據(jù)酶蛋白結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)1.單體酶只有一條多肽鏈的酶2.寡聚酶由幾個(gè)或多個(gè)亞基組成的酶3.多酶復(fù)合體系由幾個(gè)酶彼此嵌合形成的復(fù)合體

單個(gè)亞基沒(méi)有催化活性。

有利于細(xì)胞中一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)一、酶的化學(xué)本質(zhì)1.大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)證據(jù)：（1）酶的結(jié)晶經(jīng)分析都是蛋白質(zhì)。（2）酶是兩性電解質(zhì)。（3）酶蛋白具有一級(jí)結(jié)構(gòu)。（4）具有膠體的性質(zhì)。（5）酶受蛋白水解酶作用喪失活性。（6）引起蛋白變性的因素，也能使酶失活。2.核酶和脫氧核酶二、酶的組成酶單純酶結(jié)合酶蛋白部分+非蛋白部分。如氧化還原酶輔因子輔酶與酶蛋白結(jié)合疏松的小分子有機(jī)物。輔基與酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機(jī)物。金屬離子酶的催化專(zhuān)一性主要決定于酶蛋白部分，輔因子通常是作為電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的載體。只由氨基酸組成。如水解酶全酶=酶蛋白+輔因子第三節(jié)酶的催化特性一、酶和一般催化劑的共性1.用量少而催化效率高；2.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。3.只能催化熱力學(xué)允許的反應(yīng)，在反映前后不發(fā)生改變。二、酶催化特性4.活性可調(diào)節(jié)控制：1．高效性2．專(zhuān)一性3．反應(yīng)條件溫和：常溫、常壓、中性酸堿度等

5.穩(wěn)定性差

酶濃度、酶活性、激素

用

-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。6*106

mol/mol.S。2H2O22H2O+O2酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高106-1012倍。例如：過(guò)氧化氫分解Fe+：6*10-4

mol/mol.S過(guò)氧化氫酶：專(zhuān)一性絕對(duì)專(zhuān)一性相對(duì)專(zhuān)一性只能對(duì)一種立體異構(gòu)體起催化作用?；鶊F(tuán)專(zhuān)一性：除了要求A和B之間的鍵合適外，還對(duì)其所作用鍵兩端的基團(tuán)具有不同的專(zhuān)一性。

鍵專(zhuān)一性：只要求底物分子上有適合的化學(xué)鍵就可以起催化作用。除一種底物以外，其它任何物質(zhì)它都不起催化作用。立體專(zhuān)一性專(zhuān)一性：酶只催化某一類(lèi)底物發(fā)生特定的反應(yīng)，產(chǎn)生一定的產(chǎn)物。第四節(jié)酶的結(jié)構(gòu)和功能一、酶的活性中心必需基團(tuán)：

與酶活性相關(guān)的基團(tuán)。如，Ser:OH,His:咪唑基,Cys:SH,Glu,Asp:COOH.

酶的活性中心：

酶分子中與底物結(jié)合并起催化反應(yīng)的場(chǎng)所，由少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的。AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)：活性中心外的必需基團(tuán)：非必需基團(tuán)

決定酶的專(zhuān)一性

酶的活性中心催化基團(tuán)：催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物決定酶的催化效率與底物相結(jié)合的基團(tuán)維持酶的空間構(gòu)象二、酶的別構(gòu)中心概念有些酶分子除具有與底物結(jié)合的活性中心外，還具有與非底物的化合物結(jié)合的部位，這個(gè)部位叫做酶的別構(gòu)中心。

與別構(gòu)中心結(jié)合的物質(zhì)稱(chēng)為調(diào)節(jié)劑或別構(gòu)劑

激活劑：使酶反應(yīng)速度增高的。抑制劑：使酶反應(yīng)速度降低的。具有別構(gòu)部位的酶稱(chēng)為別構(gòu)酶（變構(gòu)酶）

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(duì)底物的結(jié)合和催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)速度及代謝過(guò)程，此效應(yīng)稱(chēng)為酶的“別構(gòu)效應(yīng)”。別構(gòu)激活（正協(xié)同效應(yīng)）和別構(gòu)抑制（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）

酶原：沒(méi)有活性的酶的前體。三、酶原和酶原的激活酶原的激活：酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用可轉(zhuǎn)變成有活性的酶。酶原轉(zhuǎn)變成酶的過(guò)程稱(chēng)為酶原的激活。本質(zhì)：酶原的激活實(shí)質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過(guò)程。分子結(jié)構(gòu)不同：理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)不同。四、同功酶能催化同一化學(xué)反應(yīng)的一類(lèi)酶?；钚灾行南嗨苹蛳嗤捍呋换瘜W(xué)反應(yīng)。乳酸脫氫酶（LDH）MHM4M3HM2H2MH3H4MMMMMMMHMMHHMHHHHHHH五、共價(jià)修飾酶六、誘導(dǎo)酶七、核糖酶八、酶與抗體——抗體酶最常見(jiàn)的共價(jià)修飾形式是磷酸化與脫磷酸化。第五節(jié)酶的催化機(jī)制一、酶促反應(yīng)使反應(yīng)的活化能降低E+SP+EES能量水平反應(yīng)過(guò)程

G

E1

E2S[舉例]2H2O2→2H2O+O2無(wú)催化劑活化能為75348J/molPt48976J/mol過(guò)氧化氫酶8372J/mol說(shuō)明：酶的催化效率極高[酶為何能降低反應(yīng)的活化能?可用中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)來(lái)解釋。]二、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)EPESSEkk+??????+21???-1kEP1ES1S1ES+??+2P2+??E

：酶S：底物ES：中間產(chǎn)物P

：產(chǎn)物三、誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)酶活性中心在結(jié)構(gòu)上有一定柔性，當(dāng)?shù)孜铮せ顒┗蛞种苿┡c酶分子結(jié)合時(shí)，酶蛋白的構(gòu)象發(fā)生了有利于與底物結(jié)合的變化，使反應(yīng)所需的催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)正確地排列和定向，使酶與底物成互補(bǔ)形狀而結(jié)合成中間產(chǎn)物。誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)

四、

酶作用高效性的機(jī)理鄰近效應(yīng):酶與底物形成中間復(fù)合物后使底物之間、酶的催化基團(tuán)與底物之間相互靠近，提高了反應(yīng)基團(tuán)的有效濃度。

定向效應(yīng)：由于酶的構(gòu)象作用，底物的反應(yīng)基團(tuán)之間、酶與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間正確取向的效應(yīng)。

定義：酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究酶促反應(yīng)速度以及各種條件下對(duì)酶反應(yīng)速度的影響第六節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時(shí)，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比。

即ν=k[E]。

在低底物濃度時(shí),反應(yīng)速度與底物濃度成正比，為一級(jí)反應(yīng)。底物濃度增大與速度的增加不成正比,為混合級(jí)反應(yīng).

當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，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(jí)反應(yīng)。一底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響(一)V-S曲線(xiàn)1913年，德國(guó)化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)對(duì)酶促反映的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了表示整個(gè)反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的著名公式，稱(chēng)為米氏方程。Km—

米氏常數(shù)Vmax—

最大反應(yīng)速度（二）米氏方程米氏方程Km即為米氏常數(shù)，Vmax為最大反應(yīng)速度當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時(shí),即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時(shí)的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。（三）米氏常數(shù)的意義及測(cè)定米氏常數(shù)Km的意義不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個(gè)重要的特征物理常數(shù)。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(cè)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。

米氏常數(shù)的測(cè)定

基本原則：將米氏方程變化成相當(dāng)于y=ax+b的直線(xiàn)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

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數(shù)形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數(shù)Km的測(cè)定：酶的Km在實(shí)際應(yīng)用中的意義

鑒定酶：通過(guò)測(cè)定Km，可鑒別不同來(lái)源或相同來(lái)源但在不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同反應(yīng)的酶是否是屬于同一種酶。判斷酶的最適底物。（天然底物）計(jì)算一定速度下底物濃度。了解酶的底物在體內(nèi)具有的濃度水平。判斷反應(yīng)方向或趨勢(shì)。判斷抑制類(lèi)型。從米氏方程中求得：當(dāng)反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的90%，則90%V=100%V[S]/(km+[S])v=——————Vmax·[S]km+[S]即[S]=9km在進(jìn)行酶活力測(cè)定時(shí)，通常用4km的底物濃度即可。計(jì)算一定速度下底物濃度三pH的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱(chēng)此pH為最適pH。pHv最適pH（optimumpH）pH