《酶化学新》ppt课件

1、第 六 章酶 化 学本章内容本章内容 一、酶的概述 二、酶的构造与功能的关系 三、酶的作用机制 四、酶促反响动力学 五、酶的运用及开展一一 酶的概念酶的概念二二 酶的化学本质酶的化学本质三三 酶的命名酶的命名四四 酶的分类酶的分类五五 酶的特性酶的特性一、酶的概述一酶一酶(Enzyme)(Enzyme)的概念的概念: : 酶是活细胞产生的，具有催化生物反响功能的蛋白质大分子及核酸。 一、酶的概述一、酶的概述几个有关名词几个有关名词 底物底物(substrate, S)(substrate, S)：酶作用的物质。：酶作用的物质。 产物产物(product, P)(product, P)：反响生成

2、的物质。：反响生成的物质。 酶促反响：酶催化的反响。酶促反响：酶催化的反响。 酶活性：酶催化化学反响的才干。酶活性：酶催化化学反响的才干。 -酮戊二酸转氨酶丙酮酸Ala + Glu二酶的化学本质二酶的化学本质1 1、大多数酶是蛋白质：、大多数酶是蛋白质：元素组成与分子量元素组成与分子量 化学构造与空间构造；化学构造与空间构造；理化性质理化性质: :两性性质；胶体性质；两性性质；胶体性质；变性失活；可被蛋白酶分解；结晶；测序。变性失活；可被蛋白酶分解；结晶；测序。2 2、某些、某些RNARNA具有催化活性具有催化活性, ,将本质为将本质为RNA RNA 的酶称核酶的酶称核酶ribozymes)r

3、ibozymes)。三三 酶的命名酶的命名习惯命名法习惯命名法1. 1.习惯命名法的原那么：习惯命名法的原那么：1 1根据其底物命名，如淀粉酶、蛋根据其底物命名，如淀粉酶、蛋白酶白酶2 2根据其催化的反响性质命名：如根据其催化的反响性质命名：如水解酶、转氨酶水解酶、转氨酶3 3根据底物及反响性质命名：如乳根据底物及反响性质命名：如乳酸脱氢酶酸脱氢酶4 4在在1 12 23 3根底上有时根底上有时加上酶的来源或其他特点，如胃蛋加上酶的来源或其他特点，如胃蛋白酶、碱性磷酸酶。白酶、碱性磷酸酶。2.2.习惯命名的优缺陷：优点是简单，缺陷是缺乏一习惯命名的优缺陷：优点是简单，缺陷是缺乏一致性致性 国际

4、系统命名法国际系统命名法系统称号系统称号(systematic name)(systematic name)该当标明酶的底物和反响的性质该当标明酶的底物和反响的性质当底物多于两个时应同时列出当底物多于两个时应同时列出, ,并用并用“: :隔开。例：隔开。例： 根据酶催化反响的类型分为六大类：根据酶催化反响的类型分为六大类： 1. 1.氧化复原酶类氧化复原酶类 2. 2.转移酶类转移酶类 3. 3.水解酶类水解酶类 4. 4.裂分酶类裂分酶类 5. 5.异构酶类异构酶类 6. 6.合成酶类合成酶类 根据底物的性质和反响键的性质，每一类又可分根据底物的性质和反响键的性质，每一类又可分为假设干亚类及

5、次亚类。依然用为假设干亚类及次亚类。依然用1 1，2 2，3 3，编号。编号。 在次亚类中编号。在次亚类中编号。系统称号：系统称号：系统名系统名乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27EC(Enzyme Commision)第第1 1大类，氧化复原酶大类，氧化复原酶第第1 1亚类，氧化基团亚类，氧化基团CHOHCHOH第第1 1亚亚类，亚亚类，H H受体为受体为NAD+NAD+该酶在亚亚类中的流水该酶在亚亚类中的流水编号编号I 系统名：包括一切底物的称号和反响类型。系统名：包括一切底物的称号和反响类型。乳酸乳酸 + NAD+ + NAD+丙酮酸丙酮酸 + NADH + H+ + NA

6、DH + H+乳酸：乳酸：NAD+NAD+氧化复原氧化复原酶酶I 惯用名：只取较重要的底物称号和反响类型。惯用名：只取较重要的底物称号和反响类型。乳酸：乳酸：NAD+NAD+氧化复原酶氧化复原酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶1. 1.氧化复原酶类：主要是催化氢的转移或电子传送或加氧化复原酶类：主要是催化氢的转移或电子传送或加氧的氧化复原反响。氧的氧化复原反响。AH2 + BO2供氢体供氢体 受氢体受氢体A + BH2H2O2，H2O根据受氢体的性质，氧化复原酶类可分为：根据受氢体的性质，氧化复原酶类可分为：1 1脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反响。脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反响。AH2 +BA

7、+BH2需辅酶或辅酶2 2氧化酶类氧化酶类催化底物脱氢，氧化生成催化底物脱氢，氧化生成H2O2H2O2：AH2 + O2A + H2O2催化底物脱氢，氧化生成催化底物脱氢，氧化生成H2OH2O：2AH2 + O22A + 2H2O3 3过氧化物酶过氧化物酶ROO + H2O2RO + H2O + O2其它其它4 4加氧酶双加氧酶和单加氧酶加氧酶双加氧酶和单加氧酶O2 +OHOHC=OC=OOHOH顺，顺-已二烯二酸2. 2. 转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。AX + BA +BX根据根据X X分成分成8 8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰个亚类：转移

8、碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基激酶和含基、糖基、烃基、含氮基、含磷基激酶和含硫基的酶。硫基的酶。 水解酶类：催化加水分解作用。水解酶类：催化加水分解作用。 AB + H2O AOH + BH AB + H2O AOH + BH4. 4. 裂解酶类：催化非水解性地除去基团而构成裂解酶类：催化非水解性地除去基团而构成双键的反响或逆反响。双键的反响或逆反响。CH3C=OCOOHCC键键CH3C=OH+ CO2 脱羧酶、醛缩酶CO键键CH2COOHHOCHCOOHHCCOOHHOOCCH+ H2O脱水酶CN键键COOHCHNH2CH2COOHCOOHCHHCCOOH+ NH3脱氨酶

9、5.5.异构酶类：催化各种异构体之间的互变。异构酶类：催化各种异构体之间的互变。AB常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。位酶类。6.6.合成酶类合成酶类: :催化一切必需与催化一切必需与ATPATP分解相偶联、并由两分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反响。种物质合成一种物质的反响。 A + B + ATP C + ADP A + B + ATP C + ADP或或AMPAMP+ Pi(+ Pi(或或PPi)PPi) 四酶的分类四酶的分类1 1、根据酶的组成分类：、根据酶的组成分类：1 1单纯酶简单蛋白质：单纯酶简单蛋白质： 其活性仅取

10、决于其蛋白质构造。其活性仅取决于其蛋白质构造。 如：蛋白酶、淀粉酶等。如：蛋白酶、淀粉酶等。2 2结合酶：酶蛋白结合酶：酶蛋白+ +辅因子辅因子=全酶全酶 辅因子(cofacter)：热稳定的非蛋白小分子。l按分子组成：按分子组成：l 金属离子：金属离子：Mg2+Mg2+、Mn2+Mn2+l 小分子有机物：维生素小分子有机物：维生素l 全全 酶酶酶蛋白酶蛋白辅助因子辅助因子金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物决议反响的特异性决议反响的特异性决议反响的种类与性质决议反响的种类与性质 同一辅因子可与多种不同酶蛋白结合，显示不同催化活性同一辅因子可与多种不同酶蛋白结合，显示不同催化活性辅

11、助因子按其与酶蛋白结合的严密程度分为：辅助因子按其与酶蛋白结合的严密程度分为： 辅酶辅酶 (coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。法除去。 辅基辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合严密，不能用透析或超滤的与酶蛋白结合严密，不能用透析或超滤的方法除去。方法除去。3 3多酶体系及其分类多酶体系及其分类多酶体系多酶体系(multienzyme system)(multienzyme system)：细胞内存在着：细胞内存在着许多由几种不同功能的酶彼此聚合构成的多酶复许多由几种不同功能的酶彼此聚合构成的多酶复合物。主要指

12、构造化的多酶复合体如丙酮酸脱氢合物。主要指构造化的多酶复合体如丙酮酸脱氢酶系、脂肪酸合成酶复合体等。酶系、脂肪酸合成酶复合体等。多酶体系的分类：多酶体系的分类： 可溶性的多酶体系可溶性的多酶体系 如催化糖的有氧氧化的多酶体系中的各个酶，在如催化糖的有氧氧化的多酶体系中的各个酶，在细胞质中以可溶性方式作为独立的单体存在，彼细胞质中以可溶性方式作为独立的单体存在，彼此之间没有构造上的关系。此之间没有构造上的关系。 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体pyruvic acid dehydrogenase complex)pyruvic acid dehydrogenase complex)由三个酶组

13、成：由三个酶组成：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶、二氢硫辛酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶、二氢硫辛酸脱氢酶 脂肪酸合成酶复合体：脂肪酸合成酶复合体：7 7种不同的酶围绕着酰基载体蛋白种不同的酶围绕着酰基载体蛋白ACPACP陈列成陈列成严密的复合体严密的复合体 构造化的多酶体系构造化的多酶体系 五酶的特性五酶的特性 酶的生物学意义酶的生物学意义: :酶能在机体非酶能在机体非常温暖的条件下高效率地起催化常温暖的条件下高效率地起催化作用作用, ,使生物体内的各种物质处于使生物体内的各种物质处于不断的新陈代谢之中不断的新陈代谢之中, ,因此酶在生因此酶在生物体的生命活动中占有极其重要物

14、体的生命活动中占有极其重要的位置。的位置。 u酶与普通催化剂的共同点酶与普通催化剂的共同点u在反响前后没有质和量的变化；在反响前后没有质和量的变化；u只能催化热力学允许的化学反响；只能催化热力学允许的化学反响；u只能加速可逆反响的进程，而不改动只能加速可逆反响的进程，而不改动反响的平衡点。反响的平衡点。1 1酶促反响具有极高的效率酶促反响具有极高的效率 1. 1.酶催化作用特点：酶催化作用特点：酶的催化效率通常比非催化反响高酶的催化效率通常比非催化反响高10810810201020倍，比普通催化剂高倍，比普通催化剂高10710710131013倍。倍。酶 加 速 反 响 的 机 理 是 降 低

15、 反 响 的 活 化 能酶 加 速 反 响 的 机 理 是 降 低 反 响 的 活 化 能(activation energy)(activation energy)。反响总能量改动反响总能量改动 非催化反响活化能非催化反响活化能 酶促反响酶促反响 活化能活化能 普通催化剂催普通催化剂催化反响的活化能化反响的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反响活化能的改动酶促反响活化能的改动 活化能：活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。底物分子从初态转变到活化态所需的能量。过氧化氢分解反响所需活化能过氧化氢分解反响所需活化能催化剂催化剂每摩尔需活化能每摩尔需活化能无

16、无18 000cal18 000cal胶态钯胶态钯11 700cal11 700cal过氧化氢酶过氧化氢酶2 000cal2 000cal一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反响并生成一定的产的化学键，催化一定的化学反响并生成一定的产物。酶的这种选择性称为酶的特异性或专注性。物。酶的这种选择性称为酶的特异性或专注性。* 酶的特异性酶的特异性(specificity)2 2酶促反响具有高度的特异性酶促反响具有高度的特异性 绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)(absolute specificity) 相

17、对特异性相对特异性(relative specificity)(relative specificity) 立体构造特异性立体构造特异性(stereo specificity)(stereo specificity)绝对特异性绝对特异性酶只作用于特定构造的底物，进展一种专注酶只作用于特定构造的底物，进展一种专注的反响，生成一种特定构造的产物的反响，生成一种特定构造的产物 。如：如： OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2尿素脲酶OCNHNH2+ H2O甲基尿素CH3脲酶相对特异性相对特异性酶作用于一类化合物或一种化学键。酶作用于一类化合物或一种化学键。如：如：OHOHHHOHHOHCH

18、2OHHCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OHOHHHOHHOHCH2HCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OOOHHHHOHHOHCH2OHH1蔗糖棉子糖蔗糖酶立体构造特异性立体构造特异性酶仅作用于立体异构体中的一种。酶仅作用于立体异构体中的一种。HCH3CCOOHOHHCH3COHCOOHABCABC(1)(1)延胡索酸水化酶，只能催化反延胡索酸水化酶，只能催化反- -丁烯二酸，而不能催丁烯二酸，而不能催化顺化顺- -丁烯二酸丁烯二酸反反- -丁烯二酸丁烯二酸顺顺- -丁烯二酸丁烯二酸(2)L-AA(2)L-AA氧化酶只催化氧化酶只催化L-AAL-AA的氧化。的氧化。3 3高

19、敏感性：即酶易失活，酶作用需求比较温暖高敏感性：即酶易失活，酶作用需求比较温暖的条件，如常温、常压和接近中性的酸碱度等。的条件，如常温、常压和接近中性的酸碱度等。这是由于酶的化学本质为蛋白质，凡使蛋白量变这是由于酶的化学本质为蛋白质，凡使蛋白量变性的要素都能使蛋白质失活性的要素都能使蛋白质失活4 4可调理性：包括抑制剂调理、共价修饰调理、可调理性：包括抑制剂调理、共价修饰调理、反响调理、酶原激活和激素控制等反响调理、酶原激活和激素控制等5 5与辅酶、辅基和金属离子的相关性：结合酶的与辅酶、辅基和金属离子的相关性：结合酶的催化活性与辅酶、辅基和金属离子的作用是相关催化活性与辅酶、辅基和金属离子的

20、作用是相关的：的： 二、酶的构造与功能的关系二、酶的构造与功能的关系 1.酶的活性中心酶的活性中心 2.酶原与酶原的激活酶原与酶原的激活 3.同工酶同工酶 4.抗体酶抗体酶 5.核酶核酶二、酶的构造与功能的关系二、酶的构造与功能的关系1. 1.酶的活性中心酶的活性中心活性中心：酶分子中能同底物结合并起催化作用的活性中心：酶分子中能同底物结合并起催化作用的空间部位。空间部位。羧肽酶的活性中心羧肽酶的活性中心 实验：酶蛋白经实验：酶蛋白经水解切去部分肽水解切去部分肽链后，残留部分链后，残留部分仍有活性。仍有活性。 阐明：参与催化阐明：参与催化反响的只是其中反响的只是其中一小部分，即活一小部分，即活

21、性中心。性中心。活性中心的本质活性中心的本质 活性中心即酶分活性中心即酶分子中在三维构造子中在三维构造上相互接近的几上相互接近的几个个aa残基或其上残基或其上的某些基团。的某些基团。 活性中心以外的活性中心以外的部分对酶催化次部分对酶催化次要但对活性中心要但对活性中心构成提供构造根构成提供构造根底。底。胰凝乳蛋白酶的活性中心胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心的功能部位：活性中心的功能部位： 结合部位：酶分子上与底物结合的部位。结合部位：酶分子上与底物结合的部位。 催化部位：底物在此发生一定的化学变化。催化部位：底物在此发生一定的化学变化。活性中心活性中心结合部位结合部位决议酶的专注性决议酶的专注性

22、催化部位催化部位决议酶所催化反响的性质决议酶所催化反响的性质构成酶活性中心的常见基团：构成酶活性中心的常见基团：HisHis的咪唑基、的咪唑基、SerSer的的OHOH、CysCys的的SHSH、GluGlu的的-COOH-COOH。活性中心的特点：活性中心的特点：1 1仅为酶体积的很小部分；仅为酶体积的很小部分；2 2具有一定的空间构象；具有一定的空间构象；3 3S S与与E E靠次级键结合；靠次级键结合；4 4是由特定空间构象维持的是由特定空间构象维持的一个裂隙。一个裂隙。溶菌酶活性中心底底 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

23、心 63研讨酶活性中心的方法：研讨酶活性中心的方法：1 1、经过研讨专注性底物判别确定、经过研讨专注性底物判别确定E E活性中心的构造；活性中心的构造；2 2、用化学修饰法共价修饰、用化学修饰法共价修饰E E分子的一些功能基团，以查分子的一些功能基团，以查出哪些基团是活性必需的；出哪些基团是活性必需的；3 3、X-X-衍射直接探明活性中心。衍射直接探明活性中心。2. 2. 酶原与酶原的激活酶原与酶原的激活 酶原酶原 (zymogen) (zymogen) 有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。活性前体，此前体物质称为酶原。 酶

24、原的激活酶原的激活 在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改动分子构象发生改动构成或暴显露酶的活性中心构成或暴显露酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义防止细胞产生的酶对细胞进展本身消化，防止细胞产生的酶对细胞进展本身消化，并使酶在特定的部位和环境中发扬作用，保证并使酶在特定的部位和环境中发扬作用，保证体内代谢正常进展。体内代谢正常进展。有的酶原可以视为酶的储存方式。在需求

25、有的酶原可以视为酶的储存方式。在需求时，酶原适时地转变成有活性的酶，发扬其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发扬其催化作用。化作用。3. 3. 同工酶同工酶* 定义定义同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化一样的化学反是指催化一样的化学反响，而酶蛋白的分子构造、理化性质乃响，而酶蛋白的分子构造、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。至免疫学性质不同的一组酶。 同工酶是寡聚酶。同工酶是寡聚酶。 存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一组存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞内。织、同一细胞内。 目前发现约目前发现约500500种。种。* 举例：乳酸脱氢酶举例：乳酸脱氢酶(LDH

26、1 LDH5)临床意义临床意义心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5同工酶的性质同工酶的性质 由于同工酶一级构造的不同，因此分子量、由于同工酶一级构造的不同，因此分子量、pIpI、KmKm、物理化学性质、免疫性质、电泳行为等、物理化学性质、免疫性质、电泳行为等方面都表现出差别。方面都表现出差别。 可以用电泳的方法对它们进展分别。可以用电泳的方法对它们进展分别。思索：为什么同工酶能催化一样的化学反响？思索：为什么同工酶能催化一样的化学反响？4.4.抗体酶

27、抗体酶既是抗体又具有催化功能的蛋白质既是抗体又具有催化功能的蛋白质. . 本质是免疫球蛋白本质是免疫球蛋白(immunologlobulins)(immunologlobulins)人工的方法使其获得了酶的属性，所以又称为催人工的方法使其获得了酶的属性，所以又称为催化性抗体化性抗体(catalytic antibody)(catalytic antibody)。抗体蛋白的特性抗体蛋白的特性 酶与抗体这两种蛋白质之间虽然功能不同，但酶与抗体这两种蛋白质之间虽然功能不同，但它们与各自的配基它们与各自的配基( (酶酶- -底物、抗体底物、抗体- -抗原抗原) )的结合的结合特性，如结合方式、动力学过

28、程等都非常类似。特性，如结合方式、动力学过程等都非常类似。 从从2020世纪世纪6060年代起，有人开场了对抗体进展修年代起，有人开场了对抗体进展修饰，并使其获得酶的属性的研讨。饰，并使其获得酶的属性的研讨。 核酶核酶Ribozyme) :Ribozyme) :具催化活性的具催化活性的RNARNA。 核酶的发现核酶的发现: : 1982 1982年年CechCech等发现四膜虫等发现四膜虫26S 26S rRNArRNA前体具有自我剪接前体具有自我剪接(self-splicing)(self-splicing)功能，功能，并于并于19861986年证明其内含子年证明其内含子L-19 RNAL-

29、19 RNA具有多种具有多种催化功能。以后陆续发现多种具有催化功能催化功能。以后陆续发现多种具有催化功能的的RNARNA，底物也扩展到，底物也扩展到DNADNA、糖类、氨基酸酯。、糖类、氨基酸酯。 5. 5. 核酶核酶 AltmanAltman发现发现RNase-PRNase-P的蛋白部分不具催的蛋白部分不具催化功能，而化功能，而RNARNA部分在有足够浓度部分在有足够浓度Mg2+Mg2+存在下，能起核酸水解酶的作用。存在下，能起核酸水解酶的作用。 证明了核酸既是信息分子，又是功能分证明了核酸既是信息分子，又是功能分子。子。核酶的催化性质核酶的催化性质 RNARNA作用于作用于RNARNA；

30、核酸酶催化的反响主要包括核酸酶催化的反响主要包括: :水解反响水解反响(RNA(RNA限制性内切酶活性限制性内切酶活性) )，衔接反响，衔接反响( (聚聚合酶活性合酶活性) )和转核苷酰反响等；和转核苷酰反响等； 最近核酸酶的其他作用底物也已被发现，最近核酸酶的其他作用底物也已被发现，如多糖、如多糖、DNADNA以及氨基酸酯等。以及氨基酸酯等。核酶研讨中的两个问题核酶研讨中的两个问题 核酶催化效率太低。核酶催化效率太低。 由于核酶本身是由于核酶本身是RNARNA，很容易被核酸水，很容易被核酸水解酶解酶(RNase)(RNase)所破坏。所破坏。 因此，要将核酶运用于体内阻断基因表达或作为抗病毒

31、的临床药物，还要做大量的研讨任务。三、酶的作用机制三、酶的作用机制 降低化学反响所需的活化能降低化学反响所需的活化能1 1中间产物学说：中间产物学说： 学说以为：当酶催化一化学反响时，首学说以为：当酶催化一化学反响时，首先先 E E和和 S S结合构成中间产物结合构成中间产物 ES ES，然后它，然后它再分解成产物再分解成产物P P并释放酶并释放酶E E。ESE + SE + P k1k2k3 中间产物学说中间产物学说1 1中间产物比底物需较少的活化能就可分解成产物中间产物比底物需较少的活化能就可分解成产物并放出酶。并放出酶。2 2ES ES 决议酶促反响速度。决议酶促反响速度。3 3中间产物

32、构成的实验根据：中间产物构成的实验根据：同位素同位素32P32P标志底物法磷酸化酶与葡萄糖结合标志底物法磷酸化酶与葡萄糖结合吸收光谱法过氧化物酶与过氧化氢结合吸收光谱法过氧化物酶与过氧化氢结合2 2决议酶作用专注性的机制决议酶作用专注性的机制 锁钥学说：锁钥学说： 1894 1894年年E.Fischer E.Fischer 提出：提出：S S分子或其分子或其一部分像钥匙一一部分像钥匙一样楔入样楔入E E活性中心活性中心部位。部位。 此学说强调此学说强调E E与与S S构构造相互吻合造相互吻合( (刚性刚性模板模板) )。物理吸附物理吸附诱导契合学说诱导契合学说19581958年年Koshla

33、nd Koshland 提出：提出：当当E E与与S S接近时，接近时，E E蛋白受蛋白受S S分子的诱分子的诱导，其构象发生有导，其构象发生有利于利于S S结合的变化，结合的变化，E E与与S S在此根底上互在此根底上互补契合、进展反响。补契合、进展反响。诱导契合假说诱导契合假说3 3使酶具高催化效率的要素：使酶具高催化效率的要素：酶与底物的酶与底物的“临近及临近及“定向效应定向效应临近临近(proximity)(proximity)：在酶促反响中，底物分子：在酶促反响中，底物分子酶酶的活性中心的活性中心酶活性中心的有效浓度大大添加酶活性中心的有效浓度大大添加 提高反响速度。提高反响速度。定

34、向定向(orientation):(orientation):底物分子中参与反响的基团与底物分子中参与反响的基团与酶活性中心的相关基团相互接近，并正确定向酶活性中心的相关基团相互接近，并正确定向高效率和专注性特点。高效率和专注性特点。分子间反响变为分子内反响。分子间反响变为分子内反响。2 2“张力和张力和“形变形变 X X衍射证明：衍射证明：E E使使S S分子中分子中敏感键中某些基团的电敏感键中某些基团的电子密度变化，产生电子子密度变化，产生电子张力，使其发生变形，张力，使其发生变形，更易于断裂。更易于断裂。A A：S S变形变形B B：S S和和E E都变形都变形3 3酸碱催化酸碱催化指指

35、E分子上某分子上某些基团作为质些基团作为质子供体和质子子供体和质子受体对受体对S进展进展广义的酸广义的酸碱催化。碱催化。广义酸碱催化是指经过质子酸提供部分质子广义酸碱催化是指经过质子酸提供部分质子, ,或是或是经过质子碱接受部分质子的作用，到达降低反响活化经过质子碱接受部分质子的作用，到达降低反响活化能的过程。能的过程。4 4共价催化共价催化 E分子中的亲核基团提供电子，对S中亲电子的碳原子进展攻击，生成ES使反响活化能降低，S可越过较低的能垒而构成产物。使酶具高催化效率的要素：使酶具高催化效率的要素：酶与底物的酶与底物的“临近及临近及“定向效应定向效应 2 2“张力和张力和“形变形变 3 3

36、酸碱催化酸碱催化 4 4共价催化共价催化q酶促反响动力学酶促反响动力学q研讨各种要素对酶促反响速度的影响。研讨各种要素对酶促反响速度的影响。q影响要素包括有影响要素包括有q底物浓度、酶浓度、温度、底物浓度、酶浓度、温度、 pH pH、q抑制剂、激活剂。抑制剂、激活剂。四、酶促反响动力学四、酶促反响动力学 单底物、单产物反响。单底物、单产物反响。 酶促反响速度用单位时间内底物的耗酶促反响速度用单位时间内底物的耗费量和产物的生成量来表示。费量和产物的生成量来表示。1. 1. 底物浓度对反响速度的影响底物浓度对反响速度的影响矩形双曲线矩形双曲线1913年年Michaelis和和Menten提出反提出

37、反响速度与底物浓度响速度与底物浓度关系的数学方程式，关系的数学方程式，即米曼氏方程式，即米曼氏方程式，简 称 米 氏 方 程 式简 称 米 氏 方 程 式( M i c h a e l i s equation)。VmaxS Km + S 1米氏方程的推导米氏方程的推导根据中间产物学说：根据中间产物学说： 式中式中K1,K2,K3K1,K2,K3分别为各反响常数，可知：分别为各反响常数，可知： ES ES构成速度构成速度= K1 ES= K1 ES ES ES分解速度分解速度=(K2 + K3 )ES=(K2 + K3 )ES当反响达恒稳态时当反响达恒稳态时, ,二速度相等二速度相等, ,即即

38、: : K1 E S =(K2 + K3 ) ES K1 E S =(K2 + K3 ) ESS + E ES E + PK1K2K3整理并令：由于E 与ES之和为总的酶浓度Et ,即: Et= E + ES E = Et-ES将代入 :ESK1= = E S (K2 + K3 )KmES=(Et-ES) SKm整理得:酶促反响速度由ES决议,而= K3 ES ES=将代入整理得:ES=EtSKm+SK3=EtSKm+SK3此时到达最大反响速度Vmax: Vmax= K3 Et 将代入,得米氏方程:当S 升高,一切E为S所饱和时,即: Et =ESVmaxS Km + S 当当v=Vmax/2

39、时时KmS 1 1KmKm值等于酶促反响速度为最大反响速度值等于酶促反响速度为最大反响速度一半时的底物浓度，单位是一半时的底物浓度，单位是mol/Lmol/L。2Km + S Vmax VmaxS2 2KmKm与与VmaxVmax的意义的意义 2Km是酶的特征性物理常数。是酶的特征性物理常数。 只与只与E性质有关，与性质有关，与E无关；无关； 3 3同一同一E E有几个有几个S S就有几个就有几个Km Km ， Km Km最小的为最适最小的为最适S S或天然或天然S S。5 5 Vmax Vmax定义：定义：VmVm是酶完全被底物饱和时的反响速度，与是酶完全被底物饱和时的反响速度，与酶浓度成正

40、比。酶浓度成正比。意义：意义：Vmax=K3 EVmax=K3 E假设酶的总浓度知，可从假设酶的总浓度知，可从VmaxVmax计算酶的转换计算酶的转换数数(turnover number)(turnover number)，即动力学常数，即动力学常数K3K3。定义定义 当酶被底物充分饱和时，单位时间内当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。子数。意义意义 可用来比较每单位酶的催化才干。可用来比较每单位酶的催化才干。 酶的转换数酶的转换数3 3mm值与值与maxmax值的测定值的测定双倒数作图法双倒数作图法(double recipr

41、ocal plot)(double reciprocal plot)，又称，又称为为 林林- -贝氏贝氏(Lineweaver- Burk)(Lineweaver- Burk)作图法作图法林贝氏方程林贝氏方程 Vmaxv1=Km.1S +Vmax1双倒数作图法双倒数作图法 Hanes Hanes作图法作图法斜率斜率= 1/Vm-Km-Km 在林在林- -贝方程的根底上，两贝方程的根底上，两边同乘边同乘SSS/ V =Km/ Vmax + S/Vmax Eadie-Hofstee Eadie-Hofstee作图法作图法VV/s在林在林- -贝方程的根底上，贝方程的根底上，两边同乘两边同乘V .V

42、maxV .Vmax2. 酶浓度对反响速度的影响酶浓度对反响速度的影响当当SSEE，反响速度与酶浓反响速度与酶浓度成正比。度成正比。0 V E 关系式为：关系式为：V = K3 EV = K3 Eq双重影响双重影响3.3.温度对反响速度的影响温度对反响速度的影响q最适温度最适温度 (optimum (optimum temperature)temperature)：q酶促反响速度最快时酶促反响速度最快时的环境温度。的环境温度。酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度影响酶促反响的机理：温度影响酶促反响的机理：温度对反响速度的影响温度对反响速

43、度的影响1 1低于最适温度：反低于最适温度：反响速度随温度上升而加响速度随温度上升而加快；快；2 2高于最适温度：高于最适温度：E E蛋蛋白随温度上升而变性失白随温度上升而变性失活。活。酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 例例1. 1.蔬菜干制蔬菜干制 ( (霸王花、黄花菜霸王花、黄花菜) ) 酶促褐变条件：酚酶、酚类底物、酶促褐变条件：酚酶、酚类底物、O2O2例例2.2.加工豆奶加工豆奶 豆腥味产生条件：脂氧化酶、油脂、豆腥味产生条件：脂氧化酶、油脂、O2O2例例3.3.茶叶茶叶 绿茶：鲜叶绿茶：鲜叶 杀青杀青 揉捻揉捻 枯燥枯燥红茶：鲜

44、叶红茶：鲜叶 萎雕萎雕 揉捻揉捻 发酵发酵 枯枯燥燥4.pH4.pH对酶作用的影响对酶作用的影响最适最适 pH pH：酶具有最大的催化活性时的环境：酶具有最大的催化活性时的环境pHpH值值pHpH酶的活性酶的活性胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶胆碱酯酶胆碱酯酶0 02 24 46 68 81010 酶的最适酶的最适pHpH不是酶的特征性常数：因底物、不是酶的特征性常数：因底物、缓冲液的不同而不同。缓冲液的不同而不同。 不同酶的最适不同酶的最适pHpH各不一样，普通在各不一样，普通在pH5-8pH5-8之间。之间。pHpH影响的机理：影响的机理：1 1pHpH影响影响E E活性中心及附近有关基团的解

45、活性中心及附近有关基团的解 离，使之易或不易与离，使之易或不易与S S 结合；结合；2 2pHpH影响影响S S的极性基团，从而影响这些基的极性基团，从而影响这些基 团与团与E E的结合；的结合；3 3过酸、过碱可使酶变性失活。过酸、过碱可使酶变性失活。5.5.激活剂对酶作用的影响激活剂对酶作用的影响概念：凡能提高酶活力的物质称激活剂。概念：凡能提高酶活力的物质称激活剂。 种类：种类：1 1无机离子的激活作用：无机离子的激活作用： 作为活性部位的组分；作为活性部位的组分； 作为辅助因子的组分；作为辅助因子的组分；如：如：Mg2+Mg2+、Ca2+Ca2+、Co2+Co2+、Mn2+Mn2+等。

46、等。2 2中等大小的有机分子：中等大小的有机分子： 包括复原剂使二硫键复原、包括复原剂使二硫键复原、 EDTA EDTA去除重金属杂质等。去除重金属杂质等。6.6.抑制剂对反响速度的影响抑制剂对反响速度的影响 酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。的物质统称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性区别于酶的变性抑制剂对酶有一定选择性，而变性的要抑制剂对酶有一定选择性，而变性的要素对酶没有选择性。素对酶没有选择性。 抑制造用的类型抑制造用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制 (ir

47、reversible inhibition) (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition) (reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition) (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition) (uncompetitive inhibiti

48、on)1 ) 1 ) 不可逆性抑制造用不可逆性抑制造用* 概念概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。以除去。 * 举例举例农药农药:有机磷农药、有机氯农药、有机汞农药有机磷农药、有机氯农药、有机汞农药2 2 可逆性抑制造用可逆性抑制造用* * 概念概念抑制剂以非共价键与酶或酶抑制剂以非共价键与酶或酶- -底物复合物可逆性底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。析、超滤等方法除去。竞争

49、性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 1 1竞争性抑制造用竞争性抑制造用定义定义抑制剂与底物的构造类似，能与底物竞抑制剂与底物的构造类似，能与底物竞争酶的活性中心，从而妨碍酶底物复合争酶的活性中心，从而妨碍酶底物复合物的构成，使酶的活性降低。物的构成，使酶的活性降低。竞争性抑制竞争性抑制 * * 特点特点抑制程度取决抑制程度取决于抑制剂与酶于抑制剂与酶的相对亲和力的相对亲和力及及S S；I I与与S S构造类似，构造类似，竞争酶的活性竞争酶的活性中心；中心；动力学特点：动力学特点：VmaxVmax不变，不变，表观表观KmKm。 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/v

50、 1/S VSmaxVIK(1) SmKiiKI111m(1)VVKSVmaxmax* * 举例举例 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制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CH2CCOOH琥珀酸COOHCH2COOH丙二酸COOHH2 磺胺药对细菌磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制合成酶的抑制Glu +H2NCOOH +二氢蝶呤FH2FH4H2NSO2NHR磺胺药氨甲蝶呤PABAFH2还原酶FH2合成酶2. 2. 非竞争性抑制非竞争性抑制抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。底物与抑制剂

51、之间无竞争关系。非竞争性抑制非竞争性抑制* 特点特点抑制剂与酶活性抑制剂与酶活性中心外的必需基中心外的必需基团结合；团结合；抑制程度取决于抑制程度取决于I I；动力学特点：动力学特点：VmaxVmax，表，表观观KmKm不变。不变。 抑制剂抑制剂 1/v 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI11I1m(1)(1)VVKSVKmaxmax2. 2. 反竞争性抑制反竞争性抑制抑制剂仅与酶和底物构成的中间产物结合，抑制剂仅与酶和底物构成的中间产物结合，使使ES的量下降。的量下降。反竞争性抑制反竞争性抑制* 特点特点抑制剂只与抑制剂只与ESES结合；结合；抑制程度取抑制程度取决 与 决 与 I I 及及

52、S S；动力学特点：动力学特点：VmaxVmax，表，表观观KmKm。 抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 各种可逆性抑制造用的比较各种可逆性抑制造用的比较 作用特征作用特征竞争性竞争性抑制抑制非竞争性非竞争性抑制抑制反竞争反竞争性抑制性抑制与与I I结合的组分结合的组分E EE E、ESESESES表观表观KmKm增大增大不变不变减小减小VmaxVmax不变不变降低降低降低降低7.别构酶1) 1)特点：特点： 亦称变构酶，是一类重要的调理酶。亦称变构酶，是一类重要的调理酶。 普通为寡聚酶两个以上亚基组成，普通为寡聚酶两个以上亚基组成，易发生构象改动。其上有二个重要部位：易发生构象

53、改动。其上有二个重要部位： 活性部位和别构部位活性部位和别构部位2)2)别构酶构造的部位别构酶构造的部位活性部位：活性部位： 担任担任E E对对S S的结合与催化；的结合与催化；别构部位：别构部位： 可结合调理物，担任调可结合调理物，担任调理酶反响速度理酶反响速度 。 这两部位可在不同这两部位可在不同亚基或同一亚基不同部亚基或同一亚基不同部位上。位上。3)3)别构效应：别构效应：概念：概念： 当当S S或或S S以外的物质与以外的物质与E E的相应部位非共价的相应部位非共价 结合后，经过结合后，经过E E分子构象的变化影响分子构象的变化影响E E催化催化 活性的效应。活性的效应。 4 4别构效

54、应剂别构效应剂 别构激活剂：别构激活剂： 正协同，加快反响速度的，多为正协同，加快反响速度的，多为S S 。 如：如：ATPATP对对ATCase(ATCase(天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶) )。 别构抑制剂：别构抑制剂： 负协同，减慢反响速度，多为代谢终产物。负协同，减慢反响速度，多为代谢终产物。 如：如：CTPCTP对对ATCaseATCase。 ATCase ATCase：合成：合成CTPCTP的多酶体系中的第一个酶的多酶体系中的第一个酶 底物为天冬氨酸、氨甲酰磷酸底物为天冬氨酸、氨甲酰磷酸 负调理物为负调理物为CTPCTP； 正调理物为正调理物为ATPATPATCaseATC

55、ase：天冬氨酸转氨甲酰基酶：天冬氨酸转氨甲酰基酶 生物学意义：生物学意义：CTP：经过降低酶与底物的亲和力抑制：经过降低酶与底物的亲和力抑制 ATCase，保，保证了在嘧啶核苷酸充足时，不再进展一些不用要的证了在嘧啶核苷酸充足时，不再进展一些不用要的合成。合成。ATP：加强酶与底物的亲和力。作为信号表示有能：加强酶与底物的亲和力。作为信号表示有能量供应量供应DNA复制复制 别构酶通常为代谢途径第一个酶或分别构酶通常为代谢途径第一个酶或分支点上第一个酶。支点上第一个酶。5 5别构酶动力学曲线：别构酶动力学曲线：大多数别构酶不符合米氏方程。大多数别构酶不符合米氏方程。五、酶的运用与开展五、酶的运

56、用与开展1. 1. 分别纯化分别纯化2. 2. 酶活力的测定酶活力的测定3. 3. 酶的运用酶的运用1. 1. 酶的分别提纯酶的分别提纯分别提纯的目的分别提纯的目的1 1为了研讨酶的理化性质或鉴定酶；为了研讨酶的理化性质或鉴定酶；2 2作为生化试剂或药物。作为生化试剂或药物。2 2、胞内酶的分别提纯步骤胞外酶那么易于分别提、胞内酶的分别提纯步骤胞外酶那么易于分别提纯纯 选材选材破碎破碎抽提抽提分别纯化分别纯化保管保管1 1选材：含酶量高、易分别选材：含酶量高、易分别2 2破碎细胞：破碎细胞： 3 3 抽提：低温下，用水或低盐缓冲液将酶溶出，所得为抽提：低温下，用水或低盐缓冲液将酶溶出，所得为粗

57、提液，含较多杂质。粗提液，含较多杂质。4 4 分别及提纯：酶是蛋白质，故可用提纯蛋白质的方法：分别及提纯：酶是蛋白质，故可用提纯蛋白质的方法：盐析、等电点沉淀、有机溶剂、调理盐析、等电点沉淀、有机溶剂、调理pHpH等。等。 酶是生物活性物质，故应减少酶活性的损失，要酶是生物活性物质，故应减少酶活性的损失，要求操作条件温暖，普通在低温求操作条件温暖，普通在低温0 - 5 0 - 5 C C间进展，有时间进展，有时还需进一步提纯。还需进一步提纯。 保管：酶制品浓缩、结晶后保管：酶制品浓缩、结晶后-20-20C C保管。保管。常用方法有：常用方法有：1 1保管浓缩的酶液；保管浓缩的酶液；2 2冰冻枯

58、燥；冰冻枯燥；3 3浓缩液参与等体积甘油，在零下浓缩液参与等体积甘油，在零下20 20 C C长期保管。长期保管。 原那么：原那么： 在添加酶得率和纯度的同时，尽能够在添加酶得率和纯度的同时，尽能够防止高温、过酸、过碱、猛烈的震荡及其防止高温、过酸、过碱、猛烈的震荡及其它能够使酶丧失活力的一切操作过程。尽它能够使酶丧失活力的一切操作过程。尽最大能够保管酶的活力。最大能够保管酶的活力。2. 2. 酶活力的测定酶活力的测定1 1 酶活力酶活力enzyme activityenzyme activity：指酶催化一定化学反：指酶催化一定化学反响的才干。响的才干。 酶活力的大小可以用在一定条件下催化的

59、某一化酶活力的大小可以用在一定条件下催化的某一化学反响的反响速度来表示。学反响的反响速度来表示。2 2 酶反响速度：单位时间、单位体积内底物的减少酶反响速度：单位时间、单位体积内底物的减少量或产物的添加量，其单位为：浓度量或产物的添加量，其单位为：浓度/ /单位时间单位时间 酶活力的测定酶活力的测定 从右图可知反响从右图可知反响速度只在最初一段时速度只在最初一段时间内坚持恒定，随时间内坚持恒定，随时间增长，酶反响速度间增长，酶反响速度逐渐下降，故研讨酶逐渐下降，故研讨酶反响速度以酶促反响反响速度以酶促反响的初速度的初速度initial initial velocity velocity 或或i

60、nitial initial speedspeed为准。为准。 3 3表示方法：表示方法：1 1酶活力单位酶活力单位active unit, U, I.U active unit, U, I.U ： 特定条件下特定条件下25 25 ，在，在1 1分钟内能转化分钟内能转化1 1微摩微摩尔底物的酶量。尔底物的酶量。2 2酶的转换数酶的转换数katalkatal，katkat： 在最适条件下在最适条件下30 30 , ,每秒钟可使每秒钟可使1mol1mol底物转底物转化的酶量。化的酶量。 1 kat = 6 1 kat = 6107 I.U107 I.U3 3酶的比活力酶的比活力 指每指每mgmg酶