生物化學(xué)：第三章 酶化學(xué)

緒論第一章蛋白質(zhì)化學(xué)第二章核酸化學(xué)第三章酶化學(xué)第四章生物氧化第五章糖代謝第六章脂類代謝第七章蛋白質(zhì)的酶促降解及氨基酸代謝第八章核酸的酶促降解及氨基酸代謝第九章核酸的生物合成第十章蛋白質(zhì)的合成第十一章物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)生物化學(xué)第三章酶（enzyme）第一節(jié)導(dǎo)論第二節(jié)

酶催化機(jī)理第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第四節(jié)

酶活性調(diào)節(jié)第五節(jié)

酶活力測(cè)定1、酶的概念及催化作用特點(diǎn)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

3、維生素與輔酶第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)4、酶的命名與分類只能進(jìn)行熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)；反應(yīng)前后，質(zhì)與量不變，用量少；可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，而不影響反應(yīng)的平衡常數(shù)；酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的，以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑，部分核酸也具有酶的活性。第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)酶具有一般催化劑的特征（相同點(diǎn)）1.1、酶的概念第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)1.2、酶催化作用特點(diǎn)比一般催化劑高108-1020倍

(1)高效性：具有極高的催化效率又稱特異性，是指酶對(duì)底物和催化的反應(yīng)的選擇性，一種酶只能作用于某一種或某一類的化合物，促其發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。

例如：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。(2)專一性（Specificity）第三章酶化學(xué)第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)1.2、酶催化作用特點(diǎn)酶的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堿度。凡能使蛋白質(zhì)變性的因素都能使酶破壞而失去活性。(3)酶易失活(inactivity)第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)1.2、酶催化作用特點(diǎn)(４)酶的活性可受到調(diào)節(jié)、控制第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)多種機(jī)制和形式：如:抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原激活等。1.2、酶催化作用特點(diǎn)(５)酶催化常需輔助因子（cofactor)某些酶催化活力與非蛋白小分子物質(zhì)有關(guān)。例如：金屬離子、輔酶、輔基等。第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)1.2

、酶催化作用特點(diǎn)1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)

概念：酶對(duì)所催化的分子(底物，substrate)

化學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊要求和選擇。

類別：相對(duì)專一性和絕對(duì)專一性。1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)結(jié)構(gòu)專一性

1、相對(duì)專一性酶對(duì)底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求比較低，它們能作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。

①

鍵專一性

有的酶作用于一定的化學(xué)鍵，而對(duì)鍵兩端的基團(tuán)無嚴(yán)格的要求。

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)結(jié)構(gòu)專一性酯酶催化酯鍵的水解。

②

基團(tuán)專一性

除要求作用于一定的鍵以外，對(duì)鍵兩端的基團(tuán)還有一定的要求。第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)結(jié)構(gòu)專一性

2、絕對(duì)專一性

有的酶對(duì)底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格，只作用于一種底物，不作用于其它任何物質(zhì)，如脲酶,麥芽糖酶等。1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)結(jié)構(gòu)專一性

概念：酶除了對(duì)底物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有要求外，對(duì)其立體異構(gòu)也有高度專一性。

類別：旋光異構(gòu)專一性（L、D型）如L-氨基酸氧化酶；

幾何異構(gòu)專一性（順、反結(jié)構(gòu)）如延胡索酸水化酶只催化延胡索酸（反-丁烯二酸），而不催化順-丁烯二酸。1.3、酶的專一性

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)立體異構(gòu)專一性除了有催化活性的RNA之外幾乎都是蛋白質(zhì)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)酶主要是蛋白質(zhì)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)核酶（催化核酸）ribozyme核酶的功能很多,有的能夠切割RNA,有的能夠切割DNA,有些還具有RNA連接酶、磷酸酶等活性。與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效率較低，是一種較為原始的催化酶。

2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)核酶（催化核酸）ribozyme核酶隨著生物學(xué)的發(fā)展，不僅僅只是包括RNA，如今人們還人工合成了一些DNA也具有催化活性。所以現(xiàn)在的核酶應(yīng)該包括催化性DNA和催化性RNA兩大類。

目前，催化性DNA只是人工合成的，并沒有發(fā)現(xiàn)有天然存在的。

單體酶(monomericenzyme)寡聚酶(oligomericenzyme)多酶體系(multienzymesystem)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第三章酶化學(xué)酶的蛋白質(zhì)組成形式：第一節(jié)導(dǎo)論單體酶-monomericenzyme：一般由一條肽鏈組成，如溶菌酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。胰凝乳蛋白酶由3條肽鏈（各肽鏈間有共價(jià)鍵連接），仍為單體酶。寡聚酶-oligomericenzyme：由幾個(gè)或幾十個(gè)亞基組成，亞基可以相同也可不同。如3-磷酸甘油醛脫氫酶、乳酸脫氫酶、丙酮酸激酶等。2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第三章酶化學(xué)第一節(jié)導(dǎo)論酶的蛋白質(zhì)組成形式：

多酶體系-multienzymesystem由幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合而成。主要指結(jié)構(gòu)化的多酶復(fù)合體。如丙酮酸脫氫酶系、脂肪酸合成酶復(fù)合體等。這種結(jié)構(gòu)既能提高反應(yīng)途徑的效率，又能增強(qiáng)調(diào)控的準(zhǔn)確性。多酶復(fù)合體示意圖酶1酶2酶3酶7酶4酶6酶5多酶復(fù)合體示意圖2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)酶分子組成單純酶（僅蛋白質(zhì)）結(jié)合酶(全酶，蛋白質(zhì)及非蛋白質(zhì)小分子)如：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。如：轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶、氧化還原酶等。酶蛋白決定反應(yīng)的專一性和高效性；輔因子作為電子或者基團(tuán)的載體，參與并促進(jìn)整個(gè)催化過程。2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)酶蛋白(apoenzyme)

：多肽輔因子

(cofactor)

金屬離子小分子有機(jī)化合物全酶(holoenzyme)2、酶的化學(xué)本質(zhì)

第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)結(jié)合酶和酶的輔因子輔助因子按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度輔酶/輔基大多數(shù)是由維生素參與形成的小分子化合物

輔酶

(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，用透析法可除去。

輔基

(prostheticgroup):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析法除去。金屬離子維生素是機(jī)體（動(dòng)物、植物和微生物）維持正常生命活動(dòng)所必不可少的一類小分子有機(jī)化合物。分類：維生素一般習(xí)慣分為脂溶性和水溶性兩大類。其中脂溶性維生素在體內(nèi)可直接參與代謝的調(diào)節(jié)作用，而水溶性維生素是通過轉(zhuǎn)變成輔酶對(duì)代謝起調(diào)節(jié)作用。3維生素與輔酶第三章酶化學(xué)第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)①

硫胺素(維生素B1)在體內(nèi)以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。TPP是催化丙酮酸或α–酮戊二酸脫羧酶的輔酶，所以又稱為脫羧輔酶。TPP缺乏時(shí)表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎，導(dǎo)致皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、下肢水腫等。嘧啶環(huán)噻唑環(huán)FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)氧化還原酶的輔基。被還原后形成FADH2與FMNH2。②核黃素(維生素B2)缺乏時(shí)組織呼吸減弱，代謝強(qiáng)度降低。主要癥狀為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。它們?cè)诿摎涿复呋难趸?還原反應(yīng)中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。尼克酸（煙酸）尼克酰胺（煙酰胺）③

維生素pp（VB3）NAD+

(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶I)和NADP+(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,又稱為輔酶II)是維生素?zé)燉０返难苌?。它們是多種重要脫氫酶的輔酶，在代謝中傳遞氫。能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時(shí)表現(xiàn)出神經(jīng)營養(yǎng)障礙，出現(xiàn)糙皮病。④

泛酸（VB5）輔酶A是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙酰化酶的輔酶，它是含泛酸的復(fù)合核苷酸。它的重要生理功能是傳遞?；切纬纱x中間產(chǎn)物的重要輔酶。巰基乙胺泛酸⑤

維生素B6-抗皮炎維生素包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。維生素B6在體內(nèi)經(jīng)磷酸化作用轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的磷酸脂，參加代謝的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶和消旋酶的輔酶。⑥

維生素B11又稱葉酸，作為輔酶的是葉酸加氫的還原產(chǎn)物四氫葉酸(FH4或THFA)

。四氫葉酸的主要作用是作為一碳基團(tuán)，如-CH3,-CH2-,-CHO

等的載體，參與多種生物合成過程。四氫葉酸第三章酶化學(xué)脂溶性維生素第三章酶化學(xué)1961年國際酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission,EC）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型和機(jī)理，把酶分成6大類：4、酶的命名和分類第一節(jié)導(dǎo)論氧化-還原酶催化氧化-還原反應(yīng)，催化氫的轉(zhuǎn)移或電子傳遞。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。AH2+BA+BH2第一節(jié)導(dǎo)論第三章酶化學(xué)4、酶的命名和分類①氧化-還原酶Oxidoreductase如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。A·X+BA+B·X第三章酶化學(xué)②轉(zhuǎn)移酶Transferase4、酶的命名和分類水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：AB+H2OAOH+BH第三章酶化學(xué)③水解酶hydrolase4、酶的命名和分類裂合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)。主要包括醛縮酶、水合酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。第三章酶化學(xué)④裂合酶Lyase4、酶的命名和分類異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程。AB第三章酶化學(xué)⑤

異構(gòu)酶Isomerase例如6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸4、酶的命名和分類又稱為連接酶，能夠催化兩種物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相偶聯(lián)。A+B+ATPA·B+ADP+Pi第三章酶化學(xué)

⑥合成酶SynthetaseorLigaseCH3C

=

O+CO2COOHCOOHCOOHCH2C=

O丙酮酸羧化酶丙酮酸草酰乙酸+ATP+H2O+ADP+Pi4、酶的命名和分類每一個(gè)大類，又可根據(jù)底物中被作用的集團(tuán)或鍵的特點(diǎn)分為若干亞類，每個(gè)亞類又可分為幾個(gè)亞亞類。在酶表中，每一種酶有一個(gè)分類編號(hào)：EC+四個(gè)數(shù)字,如乳酸脫氫酶(EC1.1.1.27)

EC1.1.1.27

大類亞類亞亞類序號(hào)氧化還原酶類被氧化基團(tuán)為CHOH受體為

NAD＋在此亞亞類中的順序號(hào)第三章酶化學(xué)4、酶的命名和分類乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶，草酰乙酸脫羧酶第三章酶化學(xué)系統(tǒng)命名（1961年國際酶學(xué)委員會(huì)確定）包括所有底物的名稱和反應(yīng)類型，最后加一個(gè)酶字。習(xí)慣命名：常以底物名、反應(yīng)性質(zhì)以及酶的來源命名，只取較重要的底物名稱和反應(yīng)類型。第二節(jié)酶催化機(jī)理第三章酶化學(xué)一、酶的催化作用與分子活化能

二、中間產(chǎn)物學(xué)說(酶降低活化能的機(jī)理）

三、酶的活性中心和必需基團(tuán)

四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）

五、使酶具有高催化效率的因素

六、胰凝乳蛋白酶的催化機(jī)理

七、酶原的激活（activationofzymogen）一、酶的催化作用與分子活化能能閾:反應(yīng)物分子發(fā)生化學(xué)變化所需的最低能量?；罨肿?含有高于反應(yīng)能閾的能量而能起反應(yīng)的分子?；罨?在一定溫度下，1mol底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的能量，J/mol。

供給能量，如加熱、光照等；

加入催化劑，降低活化能。常態(tài)分子變?yōu)榛罨瘧B(tài)分子的途徑：第三章酶化學(xué)幾個(gè)概念：第二節(jié)酶催化機(jī)理一般催化劑反應(yīng)活化能反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能初態(tài)終態(tài)能量改變活化過程酶促反應(yīng)的本質(zhì)是降低反應(yīng)物分子的活化能。活化態(tài)二、中間產(chǎn)物學(xué)說(酶降低活化能的機(jī)理）第三章酶化學(xué)在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成不穩(wěn)定的酶(Enzyme)－底物(Substrate)中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，分解成產(chǎn)物(Product)和酶。

+P+ESSEE第二節(jié)酶催化機(jī)理二、中間產(chǎn)物學(xué)說(酶降低活化能的機(jī)理）第三章酶化學(xué)許多實(shí)驗(yàn)間接地證明了ES復(fù)合物的存在，如過氧化物酶反應(yīng)過程中的光譜變化：

645、583、548、498nm561、530.5nm第二節(jié)酶催化機(jī)理三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理親核性基團(tuán)：

Ser的羥基

Cys的巰基

His的咪唑基。常見酶活性中心的基團(tuán)三、酶的活性中心和必須基團(tuán)第三章酶化學(xué)活性中心第二節(jié)酶催化機(jī)理酸堿性基團(tuán)：

Asp和Glu的羧基，Lys的氨基，

Trp的酚羥基等。三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第三章酶化學(xué)活性中心常見酶活性中心的基團(tuán)第二節(jié)酶催化機(jī)理某些酶活性部位的AA殘基

酶AA殘基數(shù)活性部位的AA殘基核糖核酸酶124His12,His119,Lys41溶菌酶129Asp52,Glu35胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102,Ser195胃蛋白酶348Asp32,Asp215木瓜蛋白酶212Cys25,His159羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+三、酶的活性中心和必須基團(tuán)第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基團(tuán):His57,Asp102,Ser195三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第三章酶化學(xué)1.結(jié)合部位bindingsite酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域。決定酶的專一性。

第二節(jié)酶催化機(jī)理酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位，決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。

一、酶的活性中心和必需基團(tuán)第三章酶化學(xué)

2．催化部位catalyticsite第二節(jié)酶催化機(jī)理酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對(duì)酶起激活或抑制作用。三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第三章酶化學(xué)

3．調(diào)控部位Regulatorysite第二節(jié)酶催化機(jī)理

酶表現(xiàn)活性不可缺少的基團(tuán)活性中心：結(jié)合、催化。調(diào)節(jié)部位維持三維空間結(jié)構(gòu)的必需基團(tuán)三、酶的活性中心和必需基團(tuán)第三章酶化學(xué)

4．必需基團(tuán)常用化學(xué)修飾的方法來研究酶的活性中心基團(tuán)。第二節(jié)酶催化機(jī)理1890，EmilFischer“鎖鑰學(xué)說”很好地解釋了酶的立體異構(gòu)專一性。四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理1958年D.E.Koshland，誘導(dǎo)契合學(xué)說已被X-ray結(jié)果證實(shí)。

四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理A.酶活性中心的結(jié)構(gòu)并非和底物互相吻合；B.底物能誘導(dǎo)酶蛋白的活性中心形狀發(fā)生變化；C.當(dāng)酶的活性中心形狀發(fā)生變化后，就使得其中的各個(gè)基團(tuán)形成正確的排列和定向；酶與底物契合而結(jié)合，形成中間產(chǎn)物ES，引起底物發(fā)生反應(yīng)；D.反應(yīng)結(jié)束，產(chǎn)物從酶上脫落，酶活性中心構(gòu)象恢復(fù)。誘導(dǎo)契合學(xué)說的要點(diǎn):四、誘導(dǎo)契合學(xué)說(酶高度專一性的機(jī)理）第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理

1、鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)

2、“張力”和“變形”

3、酸堿催化

4、共價(jià)催化

5、微環(huán)境影響五酶具有高催化效率的因素:第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)

鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

鄰近效應(yīng):底物與酶活性部位的鄰近，也包括酶活性部

位上兩底物分子之間的鄰近。鄰近效應(yīng)使酶活性中心的底物濃度升高，提高反應(yīng)速度。底物在溶液中的濃度為0.001mol/L，在酶活性中心的濃度達(dá)到100mol/L，提高了10萬倍。第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)

鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

定向效應(yīng):相互靠近的底物分子之間及底物與酶活性部位

的基團(tuán)之間還要有嚴(yán)格的定向（正確的立體化

學(xué)排列）。定向效應(yīng)為反應(yīng)底物分子軌道交叉提供了有力條件，反應(yīng)活化能降低，從而大大增加了形成ES復(fù)合體的幾率，提高催化效率。

第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)1鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)2張力和變形

ES復(fù)合體形成時(shí)，酶分子構(gòu)象發(fā)生變化，底物分子也常常受到酶的作用而發(fā)生變化，甚至使底物分子發(fā)生扭曲變形，從而使底物分子某些鍵的鍵能減弱，產(chǎn)生鍵扭曲（形成“張力”），有助于中間產(chǎn)物形成，從而降低了反應(yīng)的活化能。第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)是指通過向反應(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)，從而加快反應(yīng)速度的過程。

酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對(duì)底物進(jìn)行酸堿催化。3

酸堿催化第二節(jié)酶催化機(jī)理酶活性中心廣義酸堿基團(tuán)咪唑基是酶的酸堿催化作用中最有效、最活潑的一個(gè)催化功能基團(tuán)。

廣義酸基團(tuán)

廣義堿基團(tuán)

pKa

（質(zhì)子供體）

（質(zhì)子受體）五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)4共價(jià)催化

（covalentcatalysis）酶通過與底物形成反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定的共價(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。最一般形式是酶的親核基團(tuán)對(duì)底物的親電子的碳原子攻擊，又稱親核催化。第二節(jié)酶催化機(jī)理酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán):

親核基團(tuán)：His的咪唑基，Cys

的巰基，Asp的羧基，Ser的羥基等；

親電子基團(tuán)：H+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Zn+、Fe3+等。

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。五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)4共價(jià)催化（covalentcatalysis）第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)5

微環(huán)境的影響酶活性中心是低介電區(qū)域。酶的活性中心相對(duì)而言是非極性的，也就是說酶的催化基團(tuán)被低介電環(huán)境所包圍，在某些情況下，還可能排除高極性的水分子，有助于加速反應(yīng)進(jìn)行。水的介電常數(shù)非常高（達(dá)80），它的高極性使它在離子外形成定向的溶劑層，產(chǎn)生自身的電場(chǎng)，結(jié)果就大大減弱了它所包圍的離子間的靜電相互作用或氫鍵作用。第二節(jié)酶催化機(jī)理五使酶具有高催化效率的因素第三章酶化學(xué)以上與酶高效催化有關(guān)的諸因素并非同時(shí)在一個(gè)酶上起作用，對(duì)具體的一種酶而言，各種因素的貢獻(xiàn)大小也不盡相同。酶催化過程根本機(jī)制：降低了反應(yīng)活化能，增加了活化分子數(shù)，因而加快了反應(yīng)速度。第二節(jié)酶催化機(jī)理六胰凝乳蛋白酶(chymotripsin)的催化機(jī)理第三章酶化學(xué)（EC3.4.21.1）胰凝乳蛋白酶主要作用于由芳香族氨基酸的羧基形成的肽鍵。第二節(jié)酶催化機(jī)理胰凝乳蛋白酶活性中心Asp102-His57-Ser195Ser189Gly226Gly216結(jié)合部位電荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)催化過程——第一階段：酰化階段催化過程－－第二階段：脫酰階段不具備活性的酶的前體稱為酶原。酶原在一定條件下，一個(gè)或幾個(gè)肽鍵斷裂，構(gòu)象發(fā)生一定的變化形成具有活性的三維結(jié)構(gòu)的過程稱酶原激活。酶原激活實(shí)際上是酶的活性部位形成和暴露的過程。

七酶原的激活（activationofzymogen）第三章酶化學(xué)第二節(jié)酶催化機(jī)理

π-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶酶原

胰蛋白酶

π-胰凝乳蛋白酶

胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶原激活胰凝乳蛋白酶原激活三條肽鏈折疊形成成熟的chymotrypsin。酶以酶原形式存在具有重要的生物學(xué)意義：保護(hù)分泌酶原的組織不被水解破壞；有機(jī)體調(diào)控酶活性的一種形式。酶原激活進(jìn)一步說明了酶的功能是以酶的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。酶促反應(yīng)速度的測(cè)量酶濃度對(duì)速度的影響底物濃度的影響pH對(duì)酶作用的影響溫度對(duì)酶作用的影響激活劑對(duì)酶作用的影響抑制劑對(duì)酶作用的影響第三章酶化學(xué)第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一、酶促反應(yīng)速度的測(cè)量

用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物增加量來表示。單位：濃度/單位時(shí)間。酶促反應(yīng)的初速度（initialspeed）引起酶促反應(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(duì)酶的抑制；逆反應(yīng)速度的增加等。第三章酶化學(xué)斜率＝[P]/t=V[P][t][t]V第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)二、酶濃度對(duì)酶作用的影響V[E]Vmax=K[E]第三章酶化學(xué)第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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三、底物濃度的影響和米氏方程第三章酶化學(xué)第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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三、底物濃度的影響和米氏方程第三章酶化學(xué)第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)當(dāng)?shù)孜餄舛雀叩揭欢ǔ潭群?，反?yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax三、底物濃度的影響和米氏方程第三章酶化學(xué)第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)三、底物濃度的影響和米氏方程第三章酶化學(xué)1913年，Michaelis和Menten在前人工作的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出下列方程：+P+ESSEE第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第三章酶化學(xué)1925年，Brigg與Haldane提出了“穩(wěn)態(tài)假說”。理論首先假設(shè)：測(cè)定的速度為反應(yīng)的初速度，即[S]消耗小于5%時(shí)的速度，故[P]的生成量極少，由P+E重新生成ES的可能性不予考慮；[S]的濃度>>[E]，因此，ES的形成不會(huì)明顯地降低[S]；在測(cè)定初速度的過程中，[ES]在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)保持恒定，及ES生成的速度和ES消失的速度相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即“穩(wěn)態(tài)”。K-1K2第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏方程的推導(dǎo)平衡時(shí)：k1([Et]-[ES])[S]k-1[ES]+k2[ES]第三章酶化學(xué)K-1K2[Et]-[ES][S][ES]k-1+k2

k1=KmKm[ES]=[Et][S]-[ES][S]Km[ES]+[ES][S]=[Et][S][ES]整理得:k-1+k2[Et][S]-[ES][S]k1[ES]==Km+[S][Et][S]=第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏方程的推導(dǎo)K-1K2[Et]-[ES][S][ES]酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，V=k2[ES]Km+[S][Et][S]=VK2[ES]=VK2V=K2Km+[S][Et][S][ES]=Km+[S][Et][S]當(dāng)所有的酶都以ES的形式存在時(shí)，[ES]=[Et]，酶促反應(yīng)速度最大Vmax，Vmax=k2[Et]。V=K2Km+[S][Et][S]Km+[S]V=VmaxKm+[S][S]Km+[S]米氏方程Km稱為米氏常數(shù)。VmaxVS當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，Km>>[S]V=Vmax[S]Km當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，Km<<[S]V=Vmax[S][S]=Vmaxk-1+k2

k1=Km當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時(shí),

即V=1/2Vmax,Km=[S]米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。三、底物濃度的影響和米氏方程第三章酶化學(xué)=VmaxKm+[S][S]Vmax2Km=[S]第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏常數(shù)Km的意義物理意義：Km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；重要特征物理常數(shù)，與酶濃度無關(guān)。不同的酶具有不同Km值，Km=10-6--10-1mol/L；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值近似等于[ES]的解離常數(shù)，可表示酶與底物之間的親和力：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;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。k-1+k2

k1=Km

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax1.雙倒數(shù)作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Km和Vmax的測(cè)定y=kx+bXY1/Vmax-1/Km利用雙倒數(shù)作圖法計(jì)算Km與Vmax

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax1/Vmax-1/KmSlope=Km/Vmax在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH。一般：pH4－8；植物和微生物：pH5.5-6.5動(dòng)物：pH6.5－8.0四、pH對(duì)酶作用的影響第三章酶化學(xué)pHV最適pH胃蛋白酶胰凝乳蛋白酶第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)pH影響酶活性的原因：a.過酸或過堿影響酶蛋白的構(gòu)象，使酶變性失活；b.pH影響底物分子的解離狀態(tài)；c.pH也影響酶活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)；D.pH影響酶分子中與空間結(jié)構(gòu)相關(guān)基團(tuán)的解離，進(jìn)而影響酶的構(gòu)象與活性。酶的最適pH不是固定的常數(shù)，受酶的純度、底物的種類和濃度、緩沖液的種類和濃度等因素的影響。五、溫度對(duì)酶作用的影響第三章酶化學(xué)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；大多數(shù)酶Q10為2)。酶是蛋白質(zhì)，其變性速度隨溫度的上升而加快。V最適溫度酶的最適溫度不是一個(gè)固定不變的常數(shù)。第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)凡能提高酶活性的物質(zhì)都稱為激活劑（activator)。類別

無機(jī)離子①金屬離子：K+

、Mg2+

、Mn2+

、

Zn2+、

Fe2+

②陰離子：

Cl-、Br-

③氫離子

有機(jī)分子

①Vc、Cys、GSH（保護(hù)酶活性基團(tuán)中的巰基）

②

金屬螯合劑：EDTA（結(jié)合重金屬）。六、激活劑對(duì)酶作用的影響第三章酶化學(xué)第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1、不可逆抑制劑（irreversibleinhibitor)

I與酶的必須基團(tuán)以共價(jià)鍵結(jié)合，不能用透析等方法除去而使酶活性恢復(fù)。2、可逆抑制劑(reversibleinhibitor)

抑制劑能用透析等方法除去。由酶蛋白變性而引起酶活力喪失稱為酶的失活或鈍化。七、抑制劑對(duì)酶作用的影響第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第三章酶化學(xué)使酶活下降但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用。凡使酶活力降低甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)都稱為抑制劑(inhibitor)“I”。1、常見不可逆抑制劑二異丙基氟磷酸（DIPF）對(duì)胰凝乳蛋白酶或乙酰膽堿酯酶的抑制作用，如有機(jī)磷殺蟲劑（敵敵畏、敵百蟲等）。有機(jī)磷化合物碘乙酸、碘乙酰胺、重金屬鹽類等對(duì)巰基酶的不可逆抑制。氰化物：與金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。2、可逆的抑制作用（1）、競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合，使酶促反應(yīng)被抑制。EEE

對(duì)氨基苯甲酸

二氫蝶呤FH2FH4

谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶

磺胺藥

(-)

氨甲蝶呤(-)【實(shí)例】

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax1.雙倒數(shù)作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Km和Vmax的測(cè)定y=kx+bXY1/Vmax-1/Km競(jìng)爭(zhēng)性抑制的反應(yīng)模式和米氏方程Km增大Vmax不變競(jìng)爭(zhēng)性抑制通?？梢酝ㄟ^增大底物濃度來消除。VmaxVSKmKm’Vmax2

1Km’11

=

+

V

Vmax[S]Vmax競(jìng)爭(zhēng)性抑制的雙倒數(shù)作圖1/Vmax-1/Km-1/Km’（2）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制

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。實(shí)例：

金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-）反應(yīng)模式高濃度的底物不能逆轉(zhuǎn)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。EEEE(Km＋[S])(1+[I]/Ki)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的米氏方程VmaxVSKmVmaxi＋1[S]＋1[S]非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的雙倒數(shù)作圖1/Vmax-1/Km1/Vmax’Km不變Vmax減小酶只有與底物結(jié)合后才與抑制劑結(jié)合，從而導(dǎo)致酶活性下降。ESIESP+EE+S+I（3）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的米氏公式

Km＋[S](1+[I]/Ki)VmaxVSKm’VmaxiKm＋1[S]反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的雙倒數(shù)作圖＋1[S]Km減小Vmax減小1/Vmax-1/Km1/Vmax’-(1+)/Km[I]KI競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制無抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制結(jié)合部位活性中心活性中心以外活性中心以外增加底物濃度消除抑制不能消除抑制不能消除抑制Vmax不變降低降低Km增加不變降低可逆抑制的動(dòng)力學(xué)比較第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)第三章酶化學(xué)別構(gòu)酶同工酶一、別構(gòu)酶（allostericenzyme，變構(gòu)酶）酶分子通過活性中心以外的特異調(diào)節(jié)位點(diǎn)與小分子調(diào)節(jié)物（效應(yīng)物）結(jié)合后，酶分子的構(gòu)象改變，從而調(diào)節(jié)酶活性。

特點(diǎn)：變構(gòu)激活劑：底物變構(gòu)抑制劑:終產(chǎn)物1、已知的別構(gòu)酶均為寡聚酶:變構(gòu)部位；2、具有別構(gòu)效應(yīng)：底物或效應(yīng)物與酶結(jié)合后引起酶分子構(gòu)象改變從而影響酶的催化活性。第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)第三章酶化學(xué)V[S]變構(gòu)酶非變構(gòu)酶3、動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：不符合米氏方程，v-[S]曲線為S形一、別構(gòu)酶（allostericenzyme，變構(gòu)酶）第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)第三章酶化學(xué)一、別構(gòu)酶（allostericenzyme，變構(gòu)酶）4、常是系列反應(yīng)的第一個(gè)酶，或處于代謝途徑分支點(diǎn)上；5、一般分子量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有與一般酶不同的性質(zhì)，比如：0℃

以下不穩(wěn)定，而在室溫反而穩(wěn)定。第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)第三章酶化學(xué)實(shí)例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）ATCase氨甲酰磷酸天冬氨酸CTPUTPUMP氨甲酰天冬氨酸ATPATCaseATP（正效應(yīng)劑）CTP（負(fù)效應(yīng)劑）低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性構(gòu)象R(relax)-態(tài)RRRRRRRMW3100006個(gè)34000(C)6個(gè)17000(R)S、CTP和ATP均是ATCase的效應(yīng)物，通過別構(gòu)效應(yīng)影響酶的活性，從而有效調(diào)節(jié)體內(nèi)嘧啶核苷酸的生物合成。ATCase變構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征Vmax1/2Vmaxv[S]+CTP+ATP

4

3

12ATP使酶飽和同工酶催化相同的化學(xué)反應(yīng)是因?yàn)樗鼈兓钚圆课坏慕Y(jié)構(gòu)相同或者相似。同工酶：催化相同化學(xué)反應(yīng)但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)等方面存在明顯差異的一組酶。二、同工酶(isoenzyme)第四節(jié)酶活性調(diào)節(jié)第三章酶化學(xué)產(chǎn)生原因：①酶蛋白的編碼基因不同；②基因相同但產(chǎn)生的mRNA不同或者翻譯產(chǎn)物加工過程不同而產(chǎn)生的。實(shí)例：乳酸脫氫酶（LDH）COOHCCH3OH+NADH+COOHCCH3HHONAD++LDH+乳酸丙酮酸實(shí)例：乳酸脫氫酶（LDH）結(jié)構(gòu)基因多肽亞基mRNA四聚體abLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)H:心肌型M：肌肉型不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5心肌腎肝骨骼肌血清-+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LDH1和LDH2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。研究同工酶的意義：研究代謝調(diào)節(jié)、個(gè)體發(fā)育、細(xì)胞分化、分子遺傳等方面的有力工具；

研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的好材