第四章 酶生物膜的結(jié)構(gòu)與功能

第四章酶第一節(jié)酶的性質(zhì)一、酶是生物催化劑安塞姆.佩恩（法國(guó)，1833）麥芽水提物淀粉可溶性糖水解

乙醇沉淀對(duì)熱不穩(wěn)定催化劑？1878

庫(kù)恩（德國(guó)）Enzyme酶-“在酵母中”一、酶是生物催化劑刀豆脲酶結(jié)晶第一個(gè)酶結(jié)晶，證明酶是蛋白質(zhì)1946年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?wù)材匪?薩姆納（美國(guó)，1926）一、酶是生物催化劑發(fā)現(xiàn)具有催化活性的RNA1989諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)奧特曼切赫

（美國(guó)，1982）一、酶是生物催化劑

酶：由活細(xì)胞產(chǎn)生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質(zhì)，核酸，蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物一、酶是生物催化劑氧化還原、水解、裂合、異構(gòu)、連接等催化劑的發(fā)現(xiàn)瓊斯.貝采里烏斯（瑞典，1779-1848）

有機(jī)化學(xué)之父“神杯”的故事乙醇+氧氣鉑

醋酸

催化劑不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)催化劑的特征反應(yīng)前后催化劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)沒(méi)有改變縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間二、酶催化的特性1.高效催化劑催化速率Fe：6x10-4

mol/（mol.s）過(guò)氧化氫酶：6x106

mol/（mol.s）鑰匙–鎖2.專一二、酶催化的特性蛋白酶蛋白質(zhì)脂肪3.不穩(wěn)定性蛋白質(zhì)變性強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，高溫，重金屬，紫外線二、酶催化的特性4.可調(diào)節(jié)二、酶催化的特性反饋調(diào)節(jié)，抑制劑調(diào)節(jié)，激素調(diào)節(jié)5.完整性二、酶催化的特性輔基、輔酶不可或缺三、酶的化學(xué)本質(zhì)蛋白質(zhì)1.水解產(chǎn)生氨基酸2.蛋白質(zhì)變性因素→酶變性失活3.兩性解離4.不能透過(guò)半透膜

核酸，核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合物：第二節(jié)酶的組成和結(jié)構(gòu)一、酶的組成酶單純酶：僅含蛋白質(zhì)輔因子+酶蛋白=結(jié)合酶/復(fù)合酶/全酶輔因子輔酶：與酶蛋白結(jié)合松散，透析可去除輔基：共價(jià)鍵結(jié)合，透析不可去除輔因子：結(jié)合酶中除了蛋白質(zhì)之外，對(duì)熱穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)小分子或金屬離子二、單體酶、寡聚酶和多酶復(fù)合體

單體酶：一條肽鏈，三級(jí)結(jié)構(gòu)，相對(duì)分子質(zhì)量<35000寡聚酶：2個(gè)或多個(gè)亞基，結(jié)合后才有活性，相對(duì)分子質(zhì)量>35000

多酶復(fù)合體：多種酶以非共價(jià)鍵相互嵌合，形成催化連續(xù)反應(yīng)的體系，脂肪酸合成酶復(fù)合體相對(duì)分子質(zhì)量>2200000課外小知識(shí)酵素=酶？產(chǎn)生了哪些酶？自身缺乏哪些酶？酶的本質(zhì)？脂肪酶促進(jìn)脂肪分解，加速脂肪吸收奧利司他：脂肪酶抑制劑，減肥藥潤(rùn)腸通便低聚糖，有機(jī)酸，膳食纖維抗癌？促生殖？抗炎？臺(tái)灣養(yǎng)生教父---林光常欺詐罪判刑兩年衛(wèi)生？安全？課外小知識(shí)酵素=酶？第三節(jié)酶的活性中心與催化專一性復(fù)習(xí)回顧

酶：由活細(xì)胞產(chǎn)生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質(zhì)，核酸，蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、專一、不穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)、完整性一、酶的活性中心酶的活性中心

酶分子中能同底物結(jié)合并起催化反應(yīng)的空間部位三維結(jié)構(gòu)一、酶的活性中心酶活性中心的測(cè)定方法-切除法135Glu34Phe129卵清溶菌酶專一性酶切除1-34具有活性專一性酶切除35失去活性35-Glu是酶活性中心的組成部分一、酶的活性中心酶活性中心的測(cè)定方法-化學(xué)修飾法碘乙酸木瓜蛋白酶212氨基酸為半胱氨酸（Cys）半胱氨酸（Cys）一、酶的活性中心酶活性中心的測(cè)定方法-x射線衍射法酶-底物復(fù)合體只適用于結(jié)晶蛋白質(zhì)必需基團(tuán)-酶表現(xiàn)催化反應(yīng)所必需的部分思考：除了酶活性中心必需基團(tuán)，是否還有其他基團(tuán)是必須的？活性中心外的必需基團(tuán)——維持分子構(gòu)象一、酶的活性中心二、酶的催化專一性酶專一性—結(jié)構(gòu)專一性絕對(duì)專一性：只催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)鍵專一性：催化特定的化學(xué)鍵上的反應(yīng)基團(tuán)專一性：?jiǎn)蝹?cè)基團(tuán)+化學(xué)鍵脲酶酯酶堿性氨基酸氨基酸堿性氨基酸其他氨基酸+胰蛋白酶一、酶的催化專一性酶專一性—立體異構(gòu)專一性L-氨基酸D-氨基酸當(dāng)?shù)孜锞哂辛Ⅲw異構(gòu)體時(shí)，酶只作用于其中一種立體異構(gòu)體，稱為酶的立體結(jié)構(gòu)專一性L-氨基酸氧化酶OKNO酶催化專一性的假說(shuō)—鎖匙學(xué)說(shuō)埃米爾.費(fèi)希爾

1894德國(guó)3個(gè)功能基團(tuán)剛性一、酶的催化專一性一、酶的催化專一性酶催化專一性的假說(shuō)—誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（1958科什蘭）酶分子與底物接近時(shí)，酶蛋白受底物的誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生變化，變?yōu)榕c底物結(jié)構(gòu)相匹配的構(gòu)象，從而使得底物能夠順利與酶契合剛性柔性一、酶的催化專一性酶催化專一性的假說(shuō)—三點(diǎn)附著學(xué)說(shuō)Ogstetr提出，針對(duì)酶的立體異構(gòu)體專一性至少3個(gè)結(jié)合點(diǎn)，全部匹配，才能發(fā)生催化作用復(fù)習(xí)回顧

酶：由活細(xì)胞產(chǎn)生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質(zhì)，核酸，蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、專一、不穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)、完整性第四節(jié)酶的作用機(jī)理與催化高效性復(fù)習(xí)回顧

酶：由活細(xì)胞產(chǎn)生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質(zhì)，核酸，蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、專一、不穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)、完整性二、酶的催化高效性高效催化劑催化速率Fe：6x10-4

mol/（mol.s）過(guò)氧化氫酶：6x106

mol/（mol.s）二、酶的催化高效性反應(yīng)總能量改變非催化反應(yīng)活化能酶促反應(yīng)活化能

一般催化劑催化反應(yīng)的活化能能量反應(yīng)過(guò)程底物產(chǎn)物酶促反應(yīng)活化能的改變反應(yīng)總能量改變非催化反應(yīng)活化能活化能：分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)所需的能量活化條件：加熱光照，催化劑

中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：在酶促反應(yīng)中，酶（E）與底物（S）首先形成一個(gè)不穩(wěn)定的中間復(fù)合物（ES），然后再分解為產(chǎn)物（P），并釋放出酶。二、酶的催化高效性二、酶的催化高效性酶催化高效性的學(xué)說(shuō)—靠近效應(yīng)0.001mol/L

100mol/L10萬(wàn)倍！靠近底物濃度二、酶的催化高效性酶催化高效性的學(xué)說(shuō)—定向效應(yīng)酶的催化基團(tuán)酶的反應(yīng)基團(tuán)排列、定位二、酶的催化高效性酶催化高效性的學(xué)說(shuō)—底物形變底物分子的構(gòu)象發(fā)生變化，敏感鍵容易斷裂酶底物二、酶的催化高效性酶催化高效性的學(xué)說(shuō)—酸堿催化廣義的酸(質(zhì)子供體)和堿（質(zhì)子受體）谷氨酸、天冬氨酸半胱氨酸賴氨酸、精氨酸酪氨酸組氨酸二、酶的催化高效性酶催化高效性的學(xué)說(shuō)—共價(jià)催化絲氨酸半胱氨酸組氨酸親核基團(tuán)親電基團(tuán)共價(jià)中間產(chǎn)物二、酶的催化高效性酶催化高效性的學(xué)說(shuō)—微環(huán)境效應(yīng)酶活性中心：疏水口袋中間產(chǎn)物穩(wěn)定第五節(jié)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)什么是酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)？反應(yīng)速率酶濃度底物濃度pH溫度激活劑抑制劑酶的反應(yīng)速率蔗糖葡萄糖果糖+蔗糖轉(zhuǎn)化酶

Xg蔗糖在t時(shí)間內(nèi)被轉(zhuǎn)化為葡萄糖和果糖蔗糖轉(zhuǎn)化酶的反應(yīng)速率一、酶濃度的影響條件：1.pH、溫度最適2.底物濃度足夠大3.K為反應(yīng)速率常數(shù)V=k

[E]反應(yīng)速率V與酶濃度[E]成正比0酶反應(yīng)速率酶濃度二、底物濃度的影響底物濃度反應(yīng)速率0蔗糖葡萄糖果糖+蔗糖酶條件：1.pH、溫度最適2.酶濃度不變3.底物濃度-反應(yīng)速率作圖二、底物濃度的影響底物濃度反應(yīng)速率0當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)：反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶二、底物濃度的影響底物濃度反應(yīng)速率0隨著底物濃度增高：反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶二、底物濃度的影響底物濃度反應(yīng)速率0EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度：反應(yīng)速率不再增加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)二、底物濃度的影響中間產(chǎn)物解釋酶促反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速率關(guān)系的最合理學(xué)說(shuō)是中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：

E+S

k1k2k3ESE+P1.底物濃度很?。好肝幢伙柡停磻?yīng)速率取決于底物濃度，且成正比關(guān)系2.底物濃度不大不?。夯旌霞?jí)反應(yīng)3.底物濃度很大：酶飽和，反應(yīng)速率取決于中間產(chǎn)物濃度米氏方程式(Michaelis-Mentonequation)：反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速率Vmax：最大反應(yīng)速率Ｋm：米氏常數(shù)ＶVmax[S]

Km+[S]＝──二、底物濃度的影響米凱利斯1913年德國(guó)aA+dD

→gG+hHKV=K·[A]a·[D]d

K（反應(yīng)速率常數(shù)）：一定條件下，反應(yīng)物濃度均為1mol/L時(shí)的反應(yīng)速率二、底物濃度的影響E+S

k1k2k3ESE+P二、底物濃度的影響k4測(cè)定的是酶促反應(yīng)的初速度，E和S會(huì)合后幾毫秒內(nèi)的速度，生成P很少E+S

k1k2k3ESE+P米氏方程推導(dǎo)

ES生成速率

=ES分解速率V1=V2+V3

米氏方程推導(dǎo)

[E]很難測(cè)得，故設(shè)總酶量為[Et]

Km(米氏常數(shù))米氏方程推導(dǎo)

當(dāng)反應(yīng)速率最大時(shí)，所有[Et]都以[ES]存在

米氏方程和v-[S]曲線關(guān)系

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──當(dāng)[Km]>>[S]時(shí)，[S]可忽略一級(jí)反應(yīng)，與低底物濃度靠近0坐標(biāo)曲線吻合二、底物濃度的影響ＶVmax

Km＝──[s]底物濃度反應(yīng)速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當(dāng)[Km]<<[S]時(shí)，[Km]可忽略零級(jí)反應(yīng)，與高底物濃度部分曲線吻合米氏方程和v-[S]曲線關(guān)系

二、底物濃度的影響底物濃度反應(yīng)速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當(dāng)[Km]=[S]時(shí)Km的含義：為反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度。底物濃度反應(yīng)速率0Vmax

米氏方程和v-[S]曲線關(guān)系

二、底物濃度的影響二、底物濃度的影響酶的Km的意義單位：mol/L常數(shù)，受環(huán)境影響Km越小，親和力越強(qiáng)。尋找最適底物Ｋm的測(cè)定方法-雙倒數(shù)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)-1/Km1/Vmax1/[S]1/V請(qǐng)推導(dǎo)米氏方程，并說(shuō)明米氏常數(shù)是什么，他有什么意義？作答正常使用主觀題需2.0以上版本雨課堂主觀題10分什么是酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)？反應(yīng)速率酶濃度底物濃度pH溫度激活劑抑制劑一、酶濃度的影響條件：1.pH、溫度最適2.底物濃度足夠大3.K為反應(yīng)速率常數(shù)V=k

[E]反應(yīng)速率V與酶濃度[E]成正比0酶反應(yīng)速率酶濃度米氏方程式(Michaelis-Mentonequation)：反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速率Vmax：最大反應(yīng)速率Ｋm：米氏常數(shù)ＶVmax[S]

Km+[S]＝──二、底物濃度的影響米凱利斯1913年德國(guó)米氏方程和v-[S]曲線關(guān)系

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──當(dāng)[Km]>>[S]時(shí)，[S]可忽略一級(jí)反應(yīng)，與低底物濃度靠近0坐標(biāo)曲線吻合二、底物濃度的影響ＶVmax

Km＝──[s]底物濃度反應(yīng)速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當(dāng)[Km]<<[S]時(shí)，[Km]可忽略零級(jí)反應(yīng)，與高底物濃度部分曲線吻合米氏方程和v-[S]曲線關(guān)系

二、底物濃度的影響底物濃度反應(yīng)速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當(dāng)[Km]=[S]時(shí)Km的含義：為反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度。底物濃度反應(yīng)速率0Vmax

米氏方程和v-[S]曲線關(guān)系

二、底物濃度的影響二、底物濃度的影響酶的Km的意義單位：mol/L常數(shù)，受環(huán)境影響Km越小，親和力越強(qiáng)。尋找最適底物三、pH值的影響酶催化活性最高時(shí)反應(yīng)體系的pH稱為酶促反應(yīng)的最適pH(optimumpH)。鐘罩型曲線酶活性中心有關(guān)基團(tuán)的解離酶分子是否變性四、溫度的影響酶的最適溫度：酶在一定溫度下顯示出最大的酶活力，此時(shí)的溫度稱為酶的最適溫度。酶分子是否變性五、激活劑的影響酶原激活劑胃蛋白酶原蛋白酶胃蛋白酶酶的激活劑唾液淀粉酶縮醛酶Cl-Mn+六、抑制劑的影響凡能使酶的催化活性下降，而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。酶的抑制區(qū)別于酶的變性：

抑制劑對(duì)酶有一定選擇性引起變性的因素對(duì)酶沒(méi)有選擇性六.抑制劑的影響

有機(jī)磷化合物

羥基酶解毒------解磷定(PAM)概念舉例抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。此類抑制劑不能用透析、超濾等方法予以去除。

（一）不可逆抑制作用

有機(jī)磷化合物如：敵百蟲、敵敵畏、樂(lè)果和馬拉硫磷等有機(jī)磷化合物羥基酶失活的酶酸*羥基酶（乙酰膽堿酯酶，蛋白酶）*解毒劑：解磷定（乙酰膽堿酯酶再激活劑）

六.抑制劑的影響

（一）不可逆抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制

類型概念抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或消失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。六.抑制劑的影響

（二）可逆抑制作用

1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶與底物形成中間產(chǎn)物

，這種抑制作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用（competitiveinhibition）

（二）可逆抑制作用六.抑制劑的影響

反應(yīng)模式+IEIE+SE+PES+++ESIESEIPEE

1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制

（二）可逆抑制作用六.抑制劑的影響

六、抑制劑的影響磺胺類藥物的抑菌機(jī)制——與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成核酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制

鏈球菌克星——磺胺20世紀(jì)初格哈德.多馬克（德）1895-1964第一次世界大戰(zhàn)1914-1918血清療法貝林1854-1917白喉?xiàng)U菌最初的抗白喉?xiàng)U菌血清1925年海因里希.赫連拜耳藥物研發(fā)部負(fù)責(zé)人如意的薪水先進(jìn)的條件自由的氛圍加入拜耳20世紀(jì)20年代可怕的鏈球菌150萬(wàn)人/年血清療法無(wú)效從敗血癥病人身上分離建立動(dòng)物模型KI730對(duì)氨基苯磺酰胺KI730偶氮染料百浪多息（Prontosil）只在體內(nèi)有效1935年揭開神秘面紗歐內(nèi)斯特.富爾諾法國(guó)磺胺作用機(jī)制磺胺的抑菌機(jī)制——與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成核酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制磺胺熱富蘭克林.羅斯福美國(guó)總統(tǒng)1882-1945麥森吉爾公司：磺胺+二甘醇+調(diào)味劑→Elixir108例死亡，腎毒性非此Elixir1938年食品藥品法案1939年諾貝爾被要求拒絕多馬克磺胺發(fā)現(xiàn)后磺胺磺胺嘧啶磺胺甲噁唑磺胺吡啶溫斯頓.丘吉爾耐藥性六、抑制劑的影響磺胺類藥物的抑菌機(jī)制——與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成核酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制反應(yīng)模式+IEIE+SE+PES+++ESIESEIPEE

1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制

（二）可逆抑制作用六.抑制劑的影響

（二）可逆抑制作用

1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)抑制程度取決于抑制劑與酶的相對(duì)親和力及底物濃度；I與S結(jié)構(gòu)類似，競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀Km增大。抑制劑↑

無(wú)抑制劑1/V1/[S]反應(yīng)模式+S－S+S－S+ESIEIEESEPE+SESE+P+IEI+SEIS+I(二)可逆抑制作用2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀Km不變。抑制劑↑1/V1/[S]無(wú)抑制劑(二)可逆抑制作用2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制磺胺類藥物可以抑制二氫葉酸合成酶的活性，請(qǐng)問(wèn)是哪種抑制模式不可逆抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制ABC提交單選題1分請(qǐng)問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，Km和Vmax的值是如何變化的Km變大，Vmax不變Km變大，Vmax變小Km變小，Vmax不變Km變小，Vmax變小ABCD提交單選題1分請(qǐng)問(wèn)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，Km和Vmax的值是如何變化的Km變大，Vmax不變Km不變，Vmax變小Km變小，Vmax不變Km變小，Vmax變小ABCD提交單選題1分競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制結(jié)合部位酶活性中心酶活性中心以外基團(tuán)抑制程度取決于底物濃度，抑制劑與酶親