生物化学生素与酶

1、一、酶的概念一、酶的概念 酶酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用是一类由活性细胞产生的具有催化作用 和高度专一性的特殊和高度专一性的特殊蛋白质蛋白质。广义的说，酶是。广义的说，酶是 一类由活性细胞产生的一类由活性细胞产生的生物催化剂生物催化剂。 酶促反应：酶促反应：酶催化的化学反应。酶催化的化学反应。 底物：底物：酶促反应中被酶催化的物质。酶促反应中被酶催化的物质。 产物：产物：经酶催化所产生的物质。经酶催化所产生的物质。 酶活力：酶活力：酶所具有的催化能力。酶所具有的催化能力。 二、二、 酶的作用特点酶的作用特点 1.1.酶和一般催化剂的酶和一般催化剂的共性共性： 加快反应速度（加快反应速度

2、（形成复合物降低活化能形成复合物降低活化能）；）； 不改变平衡常数；不改变平衡常数； 自身不参与反应。自身不参与反应。 反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催 化反应的活化能化反应的活化能 能能 量量 反反 应应 过过 程程 底物底物S 产物产物P 2. 2. 酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性： （1）极高的催化效率：）极高的催化效率：酶降低活化能的程度比一般催化剂强酶降低活化能的程度比一般催化剂强 烈得多，烈得多，反应速度与加普通催化剂相比可提高反应速度与加普通催化剂相比可提高1071013。 （

3、2）高度的专一性：）高度的专一性：即酶只能对特定的一种或一类底物起作即酶只能对特定的一种或一类底物起作 用，这种专一性是由酶蛋白的立体结构与辅酶所决定的。用，这种专一性是由酶蛋白的立体结构与辅酶所决定的。 （3）精密的调控性：）精密的调控性：酶的催化活性酶的催化活性在活细胞内受到诸多因素在活细胞内受到诸多因素 精密严格的调节控制。精密严格的调节控制。 （4）温和的作用条件：）温和的作用条件：酶酶促反应促反应在温和的条件下即可进行，在温和的条件下即可进行， 酶本身也易受各种因素的影响而失去活性。酶本身也易受各种因素的影响而失去活性。 （5）某些酶的催化活性与辅酶，辅基和金属离子有关。）某些酶的催

4、化活性与辅酶，辅基和金属离子有关。 酶 的 命 名 及 分 类 第 二 节 一、酶的命名：习惯命名；系统命名一、酶的命名：习惯命名；系统命名 p. 79-80 二、二、酶的分类酶的分类 例如：例如： 习惯名称习惯名称: :谷丙转氨酶谷丙转氨酶 系统名称系统名称: :丙氨酸：丙氨酸： - -酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应酶催化的反应: : 谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 + + 丙氨酸丙氨酸 1. 国际系统分类法及编号国际系统分类法及编号 国际生物化学会酶学委员会（国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion） 将酶分成六大类：将酶分成

5、六大类：1. 氧还原酶类氧还原酶类，2. 转移酶类转移酶类，3. 水水 解酶类解酶类，4. 裂合酶类裂合酶类，5. 异构酶类异构酶类，6. 连接酶类连接酶类 每一种酶有一个编号，如醇脱氢酶每一种酶有一个编号，如醇脱氢酶 EC 1. 1. 1. 1 大类大类 亚类亚类 亚亚类亚亚类 序号序号 氧化还原氧化还原 酶类酶类 作用于作用于 CHOH基基 团团 以以NAD+或或 NADP+为为 受体受体 单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类 结合蛋白质酶类结合蛋白质酶类 酶蛋白质酶蛋白质 辅助因子辅助因子 金属离子金属离子 金属有机物金属有机物 小分子有机物小分子有机物 单体酶；单体酶； 寡聚酶；寡聚酶； 多酶

6、复合体多酶复合体 q 酶蛋白酶蛋白决定底物的类型决定底物的类型 q 辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质 3. 根据根据酶的分子特点分类酶的分子特点分类 2. 根据根据酶的组成分类酶的组成分类 维 生 素 与 辅 因 子 第 三 节 一、维生素和辅酶的概念一、维生素和辅酶的概念 l 维生素（维生素（vitaminvitamin）维持机体正常生命活动不可缺维持机体正常生命活动不可缺 少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们， 必须从食物中摄取。维生素可分为必须从食物中摄取。维生素可分为脂溶性（脂溶性（A A，D D，K K

7、，E E） 和和水溶性水溶性两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代 谢受阻，出现维生素缺乏症。谢受阻，出现维生素缺乏症。 大多数辅酶的大多数辅酶的前体前体主要是主要是水溶性水溶性 B B 族维生素族维生素。 许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。 辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子 部分。其主要作用是作为电子、基团的载体参与部分。其主要作用是作为电子、基团的载体参与氧化氧化 还原反应或基团转移反应还原反应或基团转移反应。 二、重要的脂溶性维生素二、重要的

8、脂溶性维生素 n 维生素维生素A A、D D、E E、K K均溶于脂类溶剂，不溶于水，均溶于脂类溶剂，不溶于水， 在食物中通常与脂肪一起存在，吸收它们，需要脂肪在食物中通常与脂肪一起存在，吸收它们，需要脂肪 和胆汁酸。和胆汁酸。 1. 维生素维生素A n 维生素维生素A分分A1、 A2两种，是不饱和一元醇类。维生两种，是不饱和一元醇类。维生 素素A1又称为视黄醇，又称为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇。称为脱氢视黄醇。 n主要功能：维持上皮组织健康及正常视觉，促进年主要功能：维持上皮组织健康及正常视觉，促进年 幼动物的正常生长。幼动物的正常生长。 n作为硫酸化酶的辅酶参与某些生物合成。作为硫酸化酶的

9、辅酶参与某些生物合成。 CH3CH3 CH3 CH2OH CH3CH3 CH3CH3 CH3 CH2OH CH3CH3 维生素维生素A(A1) 维生素维生素A2 CH3 CH3 CH3 CH3CH3 CH3CH3 CH3H3C H3C -胡萝卜素胡萝卜素 o维生素维生素D是固醇类化合物，主要有是固醇类化合物，主要有D2（麦角钙化（麦角钙化 醇）、醇）、D3（胆钙化醇）、（胆钙化醇）、D4、D5。其中。其中D2，D3活活 性最高。性最高。 2. 维生素维生素D 维生素维生素D D的通式：的通式： C HO CH3 R H2 麦角固醇 7-脱氢胆固醇 22-双氢麦角固醇 7-脱氢谷固醇 维生素D2

10、 维生素D3 维生素D4 维生素D5 p 在生物体内，在生物体内，D D2 2和和D D3 3本身不具有生物活性。它们本身不具有生物活性。它们 在肝脏和肾脏中进行羟化后，形成在肝脏和肾脏中进行羟化后，形成1,25-1,25-二羟基维二羟基维 生素生素D D。其中。其中1,25-1,25-二羟基维生素二羟基维生素D D3 3是生物活性最是生物活性最 强的。强的。 o 主要功能：调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷主要功能：调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷 浓度正常，促使骨骼正常发育。浓度正常，促使骨骼正常发育。 3. 维生素维生素E o维生素维生素E又叫做生育酚，目前发现的有又叫做生育酚，目前发现的

11、有8种，其中种，其中 ， ， ， 四种有生理活性。四种有生理活性。 O HO R2 R1 R3 o主要功能：具有抗氧化剂的功能，可作为食品添主要功能：具有抗氧化剂的功能，可作为食品添 加剂使用；还可保护细胞的完整和功能，有一定加剂使用；还可保护细胞的完整和功能，有一定 的抗衰老作用。的抗衰老作用。 4. 维生素维生素K n 维生素维生素K有有3种：种：K1、K2、K3。其中。其中K3是人工合成是人工合成 的。维生素的。维生素K是是2-甲基萘醌的衍生物。甲基萘醌的衍生物。 O O CH3 K1 O O CH3 CH2CHC CH3 CH2 6 H K2 o主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液

12、的主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液的 凝固；氧化磷酸化过程中传递电子。凝固；氧化磷酸化过程中传递电子。 重要的水溶性维生素及相应辅酶重要的水溶性维生素及相应辅酶 维生素维生素 辅酶辅酶 功能功能 1. B1(硫胺素硫胺素) TPP -酮酸氧化脱羧酮酸氧化脱羧 2. B2(核黄素核黄素 ) FMN、FAD 氢载体氢载体 3. PP 尼克酸（酰胺）尼克酸（酰胺） NAD+、NADP+ 氢载体氢载体 4. 泛酸泛酸 CoASH 酰基载体酰基载体 5. B6 吡哆醇（醛、酸）吡哆醇（醛、酸） 磷酸吡哆醇（醛）磷酸吡哆醇（醛） 转氨、脱羧、消旋转氨、脱羧、消旋 6. 叶酸叶酸 FH4(THFA)

13、 一碳基团载体一碳基团载体 7. 生物素生物素 羧化辅酶羧化辅酶 8. C（抗坏血酸）（抗坏血酸） 氧化还原作用氧化还原作用 9.硫辛酸硫辛酸 酰基载体、氢载体酰基载体、氢载体 10. B12（氰钴氨素）（氰钴氨素） 变位酶辅酶变位酶辅酶 一碳基团载体一碳基团载体 1. 1. 维生素维生素B B1 1和和羧化辅酶羧化辅酶( TPP )( TPP ) o维生素维生素B1又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素 (TPP)形式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮形式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮 肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。（脚肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水

14、肿。（脚 气病）气病） N N NH2 H3C CH2N S CH3 CH2CH2OH + 三、水溶性维生素及其辅酶三、水溶性维生素及其辅酶 o焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)是是脱羧酶脱羧酶的辅酶和的辅酶和转羟乙醛酶转羟乙醛酶 的辅酶，催化丙酮酸或的辅酶，催化丙酮酸或酮戊二酸的氧化脱羧反酮戊二酸的氧化脱羧反 应，在转羟乙醛酶反应中，则是将羟乙醛单位转应，在转羟乙醛酶反应中，则是将羟乙醛单位转 移给醛糖。移给醛糖。 N N NH2 H3C CH2N S CH3 CH2CH2OPOPO- O-O- OO + 活性部位活性部位 + N S CH3 R2 R1H+ + N S CH3 R

15、2 R1 CH3CCOOH O + N S CH3 R2 R1 COH COOH CH3 丙酮酸脱羧酶 TPP, CO2 CH3CH O 醇脱氢酶 NAD+ NADH+H+ CH3CH2OH 丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇：乙醇： 2. 2. 维生素维生素B B2 2和黄素单核苷酸（和黄素单核苷酸（FMNFMN）黄素腺嘌呤二核）黄素腺嘌呤二核 苷（苷（FADFAD） o维生素维生素B B2 2又称核黄素，由核糖醇和又称核黄素，由核糖醇和6 6，7-7-二甲基异二甲基异 咯嗪两部分组成。咯嗪两部分组成。 o缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状 为口腔发炎

16、，舌炎、角膜炎、皮炎等。为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。 核黄素（维生素核黄素（维生素B B2 2） N N NH NCH3 CH3 CH2CHCHCHCH2OH OHOHOH O O FMN AMP FAD oFAD(FAD(黄素黄素- -腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸) )和和FMN(FMN(黄素单核苷黄素单核苷 酸酸) )是核黄素是核黄素( (维生素维生素B B2 2) )的衍生物。它们在脱氢酶的衍生物。它们在脱氢酶 催化的氧化催化的氧化- -还原反应中，起着电子和质子的传递还原反应中，起着电子和质子的传递 体作用。体作用。 N N NH N O O R 1 5 10 +2H -2H N

17、 N NH N O O R 1 5 10 H H 3. 3. 泛酸和泛酸和辅酶辅酶A A（CoACoA） o维生素维生素B3又称泛酸，是由又称泛酸，是由 , -二羟基二羟基- , -二甲基二甲基 丁酸和一分子丁酸和一分子 -丙氨酸缩合而成丙氨酸缩合而成。 CH2 OH C CH3 CH3 CH OH C NH CH2CH2C COOH OO , -二羟基二羟基- , -二甲二甲 基丁酸基丁酸 -氨基丙酸氨基丙酸 o辅酶辅酶A A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它 是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递

18、酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。 CH2C CH3 CH3 CH OH C O NHCH2CH2CNHCH2CH2SH O O OOHP O OH HO N N NH2 N N O P O OOH POO OH CH2 连接酰基的位置连接酰基的位置泛酰基泛酰基 腺苷二磷酸腺苷二磷酸 4. 4. 维生素维生素PP(BPP(B5 5) )与与NAD+、NADP+ N COOH N CONH2 烟酸烟酸烟酰胺烟酰胺 维生素维生素PPPP包括尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又包括尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又 称烟酰胺）两种物质。在体内主要以尼克酰胺形式存称烟酰

19、胺）两种物质。在体内主要以尼克酰胺形式存 在，尼克酸是尼克酰胺的前体。在，尼克酸是尼克酰胺的前体。 o维生素维生素PP能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神 经营养障碍，出现皮炎。经营养障碍，出现皮炎。 o NAD+ (烟酰胺烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I) 和和 NADP+(烟酰胺烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶又称为辅酶II ) 是维生素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要脱氢酶是维生素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要脱氢酶 的辅酶。的辅酶。 O CH2OPOPOCH2 OHOH O O O-O- N+ CO

20、NH2 O OHOH(OPO3H2) N N NH2 N N NAD+: R=H NADP+: R=PO3H2 N CONH2 R + N CONH2 R HH . +H+ +2e- -H+ -2e- 5. 5. 维生素维生素B B6 6和磷酸吡哆醛和磷酸吡哆醛 o维生素维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。 N H3C HO CH2NH2 CH2OH N H3C HO CHO CH2OH o维生素维生素B B6 6在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸 酯，参加代谢的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆酯，参加代谢的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡

21、哆 胺。磷酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和胺。磷酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和 消旋作用的辅酶。消旋作用的辅酶。 6. 6. 生物素和生物素和羧化辅酶羧化辅酶 o生物素是生物素是B族维生素族维生素B7，它是多种羧化酶的辅酶。，它是多种羧化酶的辅酶。 o生物素的功能是作为生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中的递体，在生物合成中 起传递和固定起传递和固定CO2的作用。的作用。 NHHN S O (CH2)4C O NH(CH2)4C NH O 生物素生物素生物素生物素-BCCP复合物复合物 赖氨酸赖氨酸- -氨基氨基 活性部位活性部位 7. 7. 叶酸叶酸和和叶酸辅酶叶酸辅酶 o

22、维生素维生素B11又称叶酸，作为辅酶的是叶酸加氢的又称叶酸，作为辅酶的是叶酸加氢的 还原产物四氢叶酸。还原产物四氢叶酸。 N N H2N OH N N H H CH2 H H H NHC O NHCHCOOH CH2 CH2 COOH o四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH-CH3 3, -CH, -CH2 2- - , -CHO , -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。等的载体，参与多种生物合成过程。 8. 8. 维生素维生素B B12 12和 和B B12 12辅酶 辅酶 o维生素维生素B12又称为钴胺素。维生素又称为钴胺素。维生素B12分子

23、中与分子中与Co+ 相连的相连的CN基基 被被5-脱氧腺苷所取代，即辅酶脱氧腺苷所取代，即辅酶 B12； 被甲基取代，即甲钴胺素。被甲基取代，即甲钴胺素。 o维生素维生素B B12 12辅酶的主要功能是： 辅酶的主要功能是：作为变位酶的辅作为变位酶的辅 酶，催化底物分子内基团酶，催化底物分子内基团( (主要为甲基主要为甲基) )的变位反应的变位反应 ；促进甲基的转移作用；促进甲基的转移作用； 维持维持 -SH -SH的还原状态的还原状态 ；某些氨基酸的生物合成；某些氨基酸的生物合成；维持造血机构的正维持造血机构的正 常运转。常运转。 9. 9. 硫辛酸硫辛酸 o硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。

24、硫辛酸是硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-6,8- 二硫辛酸，有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二二硫辛酸，有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二 氢硫辛酸（还原型）。氢硫辛酸（还原型）。 S S (CH2)4COOH FADH2 FAD HS HS (CH2)4COOH 氧化型氧化型 还原型还原型 o硫辛酸在丙酮酸代谢的多酶系中参与脂酰基的产生硫辛酸在丙酮酸代谢的多酶系中参与脂酰基的产生 和转移作用。和转移作用。 10. 10. 维生素维生素C C o维生素维生素C能防治坏血病，故又称抗坏血酸。在体内能防治坏血病，故又称抗坏血酸。在体内 参与氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成。参与

25、氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成。 p. 261-262 C C C CH OH OH O O CH2OH HOH GSSG 2GSH HOH C C C CH O O CH2OH O O L-抗坏血酸抗坏血酸脱氢抗坏血酸脱氢抗坏血酸 11. 11. 辅酶辅酶Q Q（CoQCoQ） o辅酶辅酶Q又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒 体中。体中。 o辅酶辅酶QQ的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作 为线粒体呼吸链氧化为线粒体呼吸链氧化- -还原酶的辅酶，在酶与底物分还原酶的辅酶，在酶与底物分 子之间传递电子。子之

26、间传递电子。 O O CH3O CH3O CH3 R + 2H+ + 2e- CH3O CH3O CH3 R OH OH 类异戊间二烯类异戊间二烯 酶酶 的的 作作 用用 机机 制制 第第 四四 节节 一、酶作用机制概述一、酶作用机制概述 1.1.酶催化作用的酶催化作用的本质本质：降低反应活化能：降低反应活化能 2.2.酶催化作用的酶催化作用的中间产（络合）物学说中间产（络合）物学说 1 k SE 1 k ES 2 k EP 酶（酶（E）与底物（）与底物（S）结合生成不稳）结合生成不稳 定的中间物（定的中间物（ES），再分解成产物（），再分解成产物（P ）并释放出酶，使反应沿一个低活化能）并释

27、放出酶，使反应沿一个低活化能 的途径进行，降低反应所需活化能，所的途径进行，降低反应所需活化能，所 以能加快反应速度。以能加快反应速度。 E+S P+ E ES 能能 量量 水水 平平 反应过程反应过程 G E1 E2 二、酶的活性中心二、酶的活性中心 1. 活性中心：活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反酶分子中直接和底物结合并起催化反 应的空间部位。由结合部位和催化部位组成。应的空间部位。由结合部位和催化部位组成。 结合部位结合部位(Binding (Binding site)site)：酶分子中与底：酶分子中与底 物结合的部位或区域一物结合的部位或区域一 般称为结合部位。般称为结合部

28、位。 催化部位催化部位(Catalytic site): (Catalytic site): 酶分子中促使底物酶分子中促使底物 发生化学变化的部位称为催化部位。发生化学变化的部位称为催化部位。 l通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的 活性部位或活性中心。活性部位或活性中心。 l结合部位决定酶的专一性，结合部位决定酶的专一性， l催化部位决定酶所催化反应的性质催化部位决定酶所催化反应的性质。 2. 酶活性中心特点酶活性中心特点 活性中心只占酶分子总体积很小一部分；活性中心只占酶分子总体积很小一部分； 活性中心与酶的特定空间构象密切相关；活性中心与酶的特定空

29、间构象密切相关； 酶活性中心与底物的结合是动态的、相互适应的；酶活性中心与底物的结合是动态的、相互适应的； 活性中心与底物通过次级键结合；活性中心与底物通过次级键结合； 酶的活性中心具有柔性或可运动性。酶的活性中心具有柔性或可运动性。 3. 必需基团必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些 与酶活性密切相关的化学基团。与酶活性密切相关的化学基团。 活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团 结合基团结合基团 与底物相结合与底物相结合 催化基团催化基团 催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶

30、活性中心应有的空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空 间构象所必需。间构象所必需。 活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团 底底 物物 活性中心以外活性中心以外 的必需基团的必需基团 结合基团结合基团 催化基团催化基团 活性中心活性中心 三、酶和底物作用的专一性三、酶和底物作用的专一性 1. 酶的专一性酶的专一性 （1 1）结构专一性）结构专一性 绝对专一性：绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，有些酶只作用于一种底物，催化一个反应， 而而 不作用于任何其它物质。不作用于任何其它物质。 相对专一性：相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括这类酶对结构相近的一类底物

31、都有作用。包括键键 专一性专一性和和族（基团）专一性族（基团）专一性。 （2 2）立体异构专一性：）立体异构专一性：这类酶能辨别底物不同的立体异构这类酶能辨别底物不同的立体异构 体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包 括旋光异构专一性和几何异构专一性。括旋光异构专一性和几何异构专一性。 2. 酶作用专一性机理酶作用专一性机理 （1）锁钥学说）锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物 分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。 （2）诱导契合学说

32、）诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性：酶的活性中心在结构上具柔性 ，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化 ，这样就使使酶活性中心有关基团正确排列和定向，这样就使使酶活性中心有关基团正确排列和定向， 使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。 四、酶作用的高效性机制四、酶作用的高效性机制 1. 临近定向效应：临近定向效应： l 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一 方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利方面底物在酶活性中心的有效浓

33、度大大增加，有利 于提高反应速度；于提高反应速度； l 另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的 诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相 互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效 率和专一性特点率和专一性特点。 反应基团定向程度对反应速率的影响反应基团定向程度对反应速率的影响 R1CO O Br + R 2 C O- O R1C O C O O R2 + -O Br CH3COOPhBr + CH3COO- COO- COOPhBr COO- COO

34、PhBrCOOPhBr COO- 相对相对 1.0 1103 2.2105 5107 速率速率 2. “张力张力”和和“形变形变” ： l底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又 使底物分子的敏感键产生使底物分子的敏感键产生“张力张力”甚至甚至“形变形变” ” ，从，从 而促使酶底物中间产物进入过渡态。而促使酶底物中间产物进入过渡态。 3.共价催化：共价催化： l催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物， 使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共使反应活化能降低，从而提高反应速

35、度的过程，称为共 价催化。价催化。 l酶中参与共价催化的基团酶中参与共价催化的基团主要包括主要包括 His His的咪唑基，的咪唑基，CysCys的的 巯基，巯基，AspAsp的羧基，的羧基，SerSer的羟基，的羟基，LysLys的氨基等。的氨基等。 l某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与 共价催化作用。共价催化作用。 4. 酸碱催化：酸碱催化： l 酸酸- -碱催化可分为狭义的酸碱催化可分为狭义的酸- -碱催化和广义的酸碱催化和广义的酸- -碱催碱催 化。酶参与的酸化。酶参与的酸- -碱催化反应一般都是广义的酸碱催化反应一般都是广

36、义的酸 碱催化方式。碱催化方式。 l 广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子, ,或或 是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反 应活化能的过程。应活化能的过程。 l 酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供 体或受体对底物进行酸碱催化。体或受体对底物进行酸碱催化。 pHis His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼 的一个催化功能团。的一个催化功能团。 酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团酶分子中可作为亲核基团和酸碱催

37、化的功能基团 R C OR1 O: NNH H + 慢 快 R C OR1 O H + O H H . . NNH : 快 R C OR1 OH O H +H+N NH 快 +H+N NH R C O O H -O R1 H+NNH 快 R C O- O HOR1 + 咪唑基作为广义酸催化酯水解机制：咪唑基作为广义酸催化酯水解机制： 四面体中间物四面体中间物 His的咪唑基的咪唑基 广义酸广义酸 广义碱广义碱 R C OR1 O O H H . . 咪唑基作为广义碱催化酯水解机制：咪唑基作为广义碱催化酯水解机制： NNH : 慢 R C OR1 OH O-NNH H + 四面体中间物四面体中间

38、物 快 H+ R C O- O HOR1+ NNH : 酶酶 促促 反反 应应 动动 力力 学学 第第 五五 节节 一、酶活力与酶促反应速度一、酶活力与酶促反应速度 1. 酶活力酶活力 酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通 常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度（通常是常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度（通常是 初速度）来确定。初速度）来确定。 2. 酶促反应速度酶促反应速度 酶促反应速度一般在规定的反应条件下，酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单用单 位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示。 2

39、. 2. 底物浓度底物浓度对酶促反应速度影响对酶促反应速度影响 （1 1）在酶浓度，）在酶浓度，pHpH，温度等条件不，温度等条件不 变的情况下研究底物浓度和反应变的情况下研究底物浓度和反应 速度的关系。如右图所示：速度的关系。如右图所示： o在低底物浓度时在低底物浓度时, , 反应速度与底反应速度与底 物浓度成正比，表现为物浓度成正比，表现为一级反应一级反应 特征特征。 o当底物浓度达到一定值，几乎所当底物浓度达到一定值，几乎所 有的酶都与底物结合后，反应速有的酶都与底物结合后，反应速 度达到最大值（度达到最大值（V Vmax max），此时再 ），此时再 增加底物浓度，反应速度不再增增加底

40、物浓度，反应速度不再增 加，表现为加，表现为零级反应零级反应。 1. 1. 酶浓度酶浓度的影响的影响当底物浓度足够时，酶促反应速度与当底物浓度足够时，酶促反应速度与 酶浓度成正比。酶浓度成正比。 二、影响酶促反应速度的因素二、影响酶促反应速度的因素 （2）米氏方程米氏方程 19131913年，德国化学家年，德国化学家MichaelisMichaelis和和MentenMenten根据根据中间中间 产物学说产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了对酶促反映的动力学进行研究，推导出了 表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公 式，称为式，称为米氏

41、方程米氏方程。 V= Vmax S Km + S Km 米氏常数米氏常数 Vmax 最大反应速度最大反应速度 米氏常数米氏常数K Km m的意义的意义: : 由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时，由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时， 即即V = 1/2 Vmax， ，Km = S 上式表示，米氏常数是上式表示，米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底反应速度为最大值的一半时的底 物浓度。物浓度。 因此，米氏常数的单位为因此，米氏常数的单位为mol/L，或，或mmol/L。 不同的酶具有不同不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物值，它是酶的一个重要的特征物 理常

42、数。理常数。 Km值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一条件下，一 定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。值。 Km值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的亲和程度亲和程度：Km值大表示亲和值大表示亲和 程度小，酶的催化活性低；程度小，酶的催化活性低； Km值小表示亲和程度大，值小表示亲和程度大， 酶的催化活性高。酶的催化活性高。 米氏常数的测定米氏常数的测定 基本原则基本原则： 将米氏方程变化成相当于将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，的直线方程， 再用作图法求出再用作图法求出Km。 例：

43、例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法） 米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax -4-20246810 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/S(1/mmol.L -1) 1/v 1/Vmax 斜率斜率=Km/Vmax -1/Km 3. pH3. pH的影响的影响不同的酶有不同的最适不同的酶有不同的最适pHpH值。值。 4. 4. 温度的影响温度的影响 在一定温度范围内（在一定温度范围内（050），酶的活力随温度升），酶的活力随温度升 高而增加，超过一定温度界限，活力就下降。最高活力

44、高而增加，超过一定温度界限，活力就下降。最高活力 时的温度即为酶的最适温度。时的温度即为酶的最适温度。 5. 5. 激活剂的影响激活剂的影响 6. 6. 抑制剂的影响抑制剂的影响 抑制作用：抑制作用：由于酶的必需基团或活性部位的性质与结由于酶的必需基团或活性部位的性质与结 构的改变，从而影响酶与底物分子的结合能力或减小构的改变，从而影响酶与底物分子的结合能力或减小 酶的再生速率，使酶的活性降低或丧失的现象。酶的再生速率，使酶的活性降低或丧失的现象。引起引起 抑制作用的物质称为抑制剂。抑制作用的物质称为抑制剂。 (1) 抑制作用的类型抑制作用的类型 不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团之间发生共不可

45、逆抑制：抑制剂与酶的必需基团之间发生共 价键结合，形成不可逆的酶价键结合，形成不可逆的酶-抑制剂化合物而使酶抑制剂化合物而使酶 活性丧失。活性丧失。 酶的抑制剂一般具备两个方面的酶的抑制剂一般具备两个方面的特点特点： a. 在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状 态相似。态相似。 b. 能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比 较稳定的复合体或结合物。较稳定的复合体或结合物。 RO RO P O X +HOE RO RO P O OE + HX 有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶

46、 酸酸 Cl As Cl CHCHCl + E SH SH E S As S CHCHCl + 2HCl 路易氏气路易氏气巯基酶巯基酶 失活的酶失活的酶酸酸 a. a. 有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶 b. b. 重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶 可逆抑制：抑制剂与酶分子通过可逆抑制：抑制剂与酶分子通过非共价作用非共价作用形成可形成可 逆的酶逆的酶-抑制剂复合物。抑制剂复合物。抑制剂可用透析、超滤等方法抑制剂可用透析、超滤等方法 除去。除去。 可逆抑制又可分为：可逆抑制又可分为：竞争性抑制竞争性抑制、非竞争性抑制非竞争性抑制 和和反竞争性抑制。反竞争性抑制。 a.

47、 a. 竞争性抑制作用竞争性抑制作用 定义：定义：抑制剂与底物的抑制剂与底物的结构相似结构相似，能与底物竞，能与底物竞 争酶的活性中心，从而阻碍酶争酶的活性中心，从而阻碍酶- -底物复合物的形底物复合物的形 成，使酶的活性降低。成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争这种抑制作用称为竞争 性抑制作用。性抑制作用。 反应模式：反应模式： l竞争性抑制作用的速度方程：竞争性抑制作用的速度方程： * * 特点特点 b)b)抑制程度取决于抑制程度取决于 抑制剂与酶的相抑制剂与酶的相 对亲和力及底物对亲和力及底物 浓度；浓度； a)I与与S结构类似，结构类似， 竞争酶的活性中竞争酶的活性中 心；心； c

48、)动力学特点：动力学特点： Vmax不变，表不变，表 观观Km增大。增大。 i K I111 m (1) VVKSV maxmax 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V 1/S -(1/Km) -(1/K m) * * 举例举例 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶 琥珀酸琥珀酸 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 FADFADH2 延胡索酸延胡索酸 COOH CH2 CH2 COOH COOH CH2 COOH 琥珀酸琥珀酸丙二酸丙二酸 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制 与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲

49、酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸 二氢叶酸二氢叶酸 合成酶合成酶 二氢叶酸二氢叶酸 COOHH2N b. b. 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 定义：定义：酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变 化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争 与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。 * * 反应模式反应模式 I l如某些金属离子（如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及）以及EDTA等，等， 通常能与酶分子的调控部位中的通常能与酶分子的调控

50、部位中的-SH基团作用，改变酶基团作用，改变酶 的空间构象，引起非竞争性抑制。的空间构象，引起非竞争性抑制。 l非竞争性抑制作用的速度方程：非竞争性抑制作用的速度方程： 有非竞争性抑制剂存在时，有非竞争性抑制剂存在时，VmaxVmax值减小值减小 (1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，且倍，且VmaxVmax值随值随II的增高而降低；的增高而降低； KmKm值不变。值不变。 ii K I11I1 m (1)(1) VVKSVK maxmax 双倒数方程：双倒数方程： 抑制剂抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂无抑制剂 动力学特点：动力学特点：Vmax 降低，表观降低，表观K m 不变。不变。 c

51、. c. 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 * * 反应模式反应模式 酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶 活性下降。活性下降。 l反竞争性抑制作用的速度方程：反竞争性抑制作用的速度方程： * * 特点：特点： a) a)抑制剂只与抑制剂只与 酶底物复酶底物复 合物结合；合物结合； b)b)抑制程度取抑制程度取 决与抑制剂决与抑制剂 的浓度及底的浓度及底 物的浓度；物的浓度； c)动力学特点：动力学特点： V max降低， 降低， 表观表观Km降低。降低。 抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 调调 节节 酶酶 和和 同同 工工

52、 酶酶 第第 六六 节节 一、调节酶一、调节酶 调节酶是指对代谢调节有特殊作用的酶类。包调节酶是指对代谢调节有特殊作用的酶类。包 括别构酶和共价调节酶两类。括别构酶和共价调节酶两类。 1. 1. 别构酶别构酶 (allosteric enzyme) 一些代谢物可与某些酶分子一些代谢物可与某些酶分子活性中心外活性中心外的某部的某部 分可逆地结合，使分可逆地结合，使酶构象改变酶构象改变，从而改变酶的催化，从而改变酶的催化 活性，此种调节方式称别构调节。活性，此种调节方式称别构调节。 别构酶别构酶(Allosteric enzyme)(Allosteric enzyme)的的特点特点： 一般是一般是

53、寡聚酶寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节，由多亚基组成，包括催化部位和调节 （别构）部位；（别构）部位； 具有具有别构效应别构效应。指酶和一个配体（底物，调节物）结。指酶和一个配体（底物，调节物）结 合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。 相同（均为底物）：同促效应（相同（均为底物）：同促效应（homotropic effecthomotropic effect） 不同（效应调节物）：异促效应（不同（效应调节物）：异促效应（heterotropic effectheterotropic effect） 根据配体结合根据配体结合 后对后

54、继配后对后继配 体的影响体的影响 根据配体性质根据配体性质 正协同效应（正协同效应（positive cooperative effectpositive cooperative effect） 负协同效应（负协同效应（negative cooperative effectnegative cooperative effect） 动力学特点动力学特点：不符合米曼方程双曲线。：不符合米曼方程双曲线。 p 别构酶与非调节酶动力学曲线的比较别构酶与非调节酶动力学曲线的比较 2. 2. 共价调节酶共价调节酶 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一 些基团可

55、与某种化学基团发生可逆的共价结合，从些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从 而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。 常见类型：常见类型： 磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见） 乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化 SHSH与与S SS S互变互变 第第3章章 酶化学酶化学 一、维生素和辅酶的概念一、维生素和辅酶的概念 l 维生素（维生素（vitaminvitamin）维持机体正常生命活动不可缺维持机体正常生命活动不可缺 少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，少的一类

56、小分子有机化合物，人和动物不能合成它们， 必须从食物中摄取。维生素可分为必须从食物中摄取。维生素可分为脂溶性（脂溶性（A A，D D，K K，E E） 和和水溶性水溶性两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代 谢受阻，出现维生素缺乏症。谢受阻，出现维生素缺乏症。 大多数辅酶的大多数辅酶的前体前体主要是主要是水溶性水溶性 B B 族维生素族维生素。 许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。 辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子 部分。其主要作用是作为电子、基团的载体参与部分。其主要作用是作为电子、基团的载体参与氧化氧化 还原反应或基团转移反应还原反应或基团转移反应。 第第3章章 酶化学酶化学 麦角