生物化学第1篇-第03章-生物大分子的结构与功能--酶学习资料

1、生物化学第1篇-第03章-生物大分子的结构与功能-酶酶的化学本质酶的化学本质大多数酶是蛋白质大多数酶是蛋白质1926年年James.B.Sumner首次从刀豆制备出首次从刀豆制备出脲酶结晶脲酶结晶，证明，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。酶是蛋白质的证据酶是蛋白质的证据1982年年Thomas.Cech发现了第发现了第1个有催化活性的天然个有催化活性的天然RNAribozyme（核酶），以后（核酶），以后Altman和和Pace等又陆等又陆续发现了真正的续发现了真正的RNA催化剂。催化剂。核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有

2、核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。酶酶生物生物 催化剂催化剂具有催化剂的具有催化剂的共性共性 催化热力学上允许的反应催化热力学上允许的反应 只能加速反应只能加速反应,不能改变反不能改变反应的平衡点应的平衡点 催化可逆反应的正、反反应催化可逆反应的正、反反应 催化的机制是降低活化能催化的机制是降低活化能具有区别于催化剂的具有区别于催化剂的特性特性 酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率 酶促反应具有极高的特异性酶促反应具有极高的特异性 酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性 酶的蛋白特性酶的蛋白特性

3、比非催化反应高比非催化反应高1081020倍倍比一般比一般催化剂高催化剂高1071013倍倍由其催化机制决定由其催化机制决定PGPSGS能阈能阈Eact活性分子活性分子G0反应进程反应进程加速反应有两个办法加速反应有两个办法: 提高提高GS. 如如:加热、光加热、光照、搅拌等照、搅拌等1. 降低降低Eact 。催化剂即。催化剂即为此为此,而而酶能使酶能使Eact 降降的更低的更低,故催化效率更故催化效率更高。高。能阈能阈:活性分子的最低能含量活性分子的最低能含量GS下边举例说明下边举例说明2 H2O22 H20 + O2G0反应进程反应进程EactEactEact 无催化剂时无催化剂时:Eac

4、t = 18000卡卡/mol 胶态靶胶态靶催化催化:Eact = 11700卡卡/molH2O2催化催化:Eact = 2000卡卡/mol 从从1800卡卡/mol 2000卡卡/mol 反应反应v10 10 17 17 倍倍举例举例SP活性分子活性分子由其催化机制决定由其催化机制决定一种酶仅作用于一种或一类化合物一种酶仅作用于一种或一类化合物, 或一定的化学键或一定的化学键,催化催化一定的化学反应并产生一定的产物一定的化学反应并产生一定的产物, 酶的这种特性称为酶酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。的特异性或专一性。分类分类绝对专一性绝对专一性相对专一性相对专一性立体异构专一性立体异构专

5、一性只能作用于某一底物只能作用于某一底物可作用于一类化合物或一种化学键可作用于一类化合物或一种化学键只作用于立体异构体中的一种只作用于立体异构体中的一种RCOO- +R OH + H+酯酶酯酶：RCOR + H2OOOCH2OHOHOHOH15-葡萄糖葡萄糖苷酶苷酶O R+H2OOCH2OHOHOHOHOH15+ ROH绝对专一性绝对专一性:脲酶脲酶：H2NCNH2 + H2OO2NH3 + CO2举例举例相对专一性相对专一性: (脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等)立体异构专一性立体异构专一性 H-C-COOH HOOC-C-H COOHCHOHCH2COOH

6、H-C-COOH H-C-COOH 长期生物进化导致长期生物进化导致:酶的区域化分布酶的区域化分布多酶体系多酶体系多功能酶多功能酶酶原形式的存在酶原形式的存在调节调节的的可行性可行性基因分化导致基因分化导致:同工酶同工酶的出现及其在的出现及其在组织中的不均匀分布组织中的不均匀分布代谢物对酶的代谢物对酶的:变构调节变构调节化学修饰调节化学修饰调节酶合成的诱导与阻遏酶合成的诱导与阻遏所有使蛋白变性的因素都会影响酶的活性。所有使蛋白变性的因素都会影响酶的活性。故故: 酶促反应必须在温和的条件下进行。酶促反应必须在温和的条件下进行。比如比如:常温、常压、缓冲溶液等条件下进行。常温、常压、缓冲溶液等条件

7、下进行。一、一、 酶的分子组成酶的分子组成酶酶单纯酶单纯酶结合酶结合酶 酶蛋白酶蛋白 辅因子辅因子决定酶的特异性决定酶的特异性功能各异功能各异与酶蛋白结合得比较与酶蛋白结合得比较松松,透透析可除去析可除去,.两种形式的互变两种形式的互变常与不同常与不同Pro结合而完成。结合而完成。与膜蛋白结合与膜蛋白结合紧密紧密,透析除透析除不去不去,.两种形式的互变与同两种形式的互变与同一一Pro结合而完成结合而完成。辅酶辅酶辅基辅基辅因子辅因子耐热的小分子耐热的小分子有机化合物有机化合物金属离子金属离子金属酶金属酶金属离子激活酶金属离子激活酶1.单体酶（单体酶（monomeric enzyme)：仅有一条

8、具有活性部位的多肽仅有一条具有活性部位的多肽链，水解酶多为此。链，水解酶多为此。2.寡聚酶寡聚酶 (oligomeric enzyme)：由几个或多个亚基以非共价由几个或多个亚基以非共价键结合而成，亚基聚合在一起发挥作用，单个亚基没有催化活性。键结合而成，亚基聚合在一起发挥作用，单个亚基没有催化活性。3.多酶体系多酶体系 (multienzyme system)：几个酶镶嵌而成的复合几个酶镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。4.多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme): 有些多酶体系在进化有些多酶

9、体系在进化过程中由于基因融合过程中由于基因融合,形成由形成由一条多肽链具有多种不同催化功能一条多肽链具有多种不同催化功能的酶的酶.也称串联酶也称串联酶.水溶性水溶性脂溶性脂溶性: B族族V: B1、B2、B6、B12、PP、泛、泛 酸、叶酸、生物素酸、叶酸、生物素VCA、D、E、K辅酶成分辅酶成分 维生素是维持生物正常生命过程所必需的一类小分子维生素是维持生物正常生命过程所必需的一类小分子有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要, 且大多数且大多数体内不能合成或合成量很少体内不能合成或合成量很少,必须靠食物供给。必须靠食物供给。维生素不维生素不能供给机体

10、热能，也不能作为构成机体组织的物质，其主能供给机体热能，也不能作为构成机体组织的物质，其主要功能是通过作为辅酶的成分调节机体代谢。缺乏任何一要功能是通过作为辅酶的成分调节机体代谢。缺乏任何一种维生素都会导致相应的疾病（维生素缺乏症）。种维生素都会导致相应的疾病（维生素缺乏症）。小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素B12生物素生物素吡哆醛（

11、维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）叶酸叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II）FMN （黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含

12、的维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素B12生物素生物素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）叶酸叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II）FMN （黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸

13、）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含的维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团(一一) 维生素维生素B1NCCH3HCCCH2CH2OHSCl维生素维生素B1由一含由一含S的噻唑环和一含的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组

14、成，又的嘧啶环组成，又称硫胺（素）（称硫胺（素）（Thiamine）。）。1245NH2HCl3HCCH2124PP焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TTP）硫胺素 + ATP Mg2+硫胺素激酶TPP + AMP水溶性水溶性维生素维生素(二二) 维生素维生素B2和黄素辅酶和黄素辅酶维生素维生素B2又称核黄素（又称核黄素（riboflavin），是一种核醇与），是一种核醇与6，7二甲二甲基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白。基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白。H2CCCCCHOHOH OH OHHHHH12345NNNCCONHOCH3CH31234578910核醇基核

15、醇基异咯嗪基异咯嗪基维生素维生素B2为橘黄色的为橘黄色的针状晶体，味苦，微针状晶体，味苦，微溶于水，极易溶于碱溶于水，极易溶于碱性溶液，对光和碱不性溶液，对光和碱不稳定稳定+2HH2-维生素维生素B2的生理功能是的生理功能是以以FMN、FAD的形式作的形式作为黄素酶的辅基，参与为黄素酶的辅基，参与递氢作用。递氢作用。维生素维生素B2每人每天需每人每天需要量：儿童要量：儿童0.6mg，成，成人人1.6mg。动物体内不。动物体内不能合成维生素能合成维生素B2。过。过量则排出。量则排出。膳食中长期缺乏维生素膳食中长期缺乏维生素B2，眼角膜和口角血管，眼角膜和口角血管增生，引起白内障、眼增生，引起白内

16、障、眼角膜炎、舌炎和阴囊炎角膜炎、舌炎和阴囊炎等。等。NNNCCONHOCH3CH3R101FMN FADNNNCCONHOCH3CH3HHRFMNH2 FADH2二者互变完成递氢二者互变完成递氢 (三三) 泛酸（维生素泛酸（维生素B3）和辅酶）和辅酶ACH2-CCC-N-CH2-CH2-COOHH3CH3COHHOHOH,-二羟二羟-,-二甲基丁酸二甲基丁酸-丙氨酸丙氨酸NH-CH2-CH2-SH巯基乙胺巯基乙胺 辅酶辅酶A（CoASH）O=P-OHOH4磷酸泛酰巯基已胺磷酸泛酰巯基已胺-O-P-OCH2ONNNNNH2OHOHO-P-OHO3,5-二二磷酸腺苷磷酸腺苷 泛酸为淡黄色粘性油状

17、物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿泛酸为淡黄色粘性油状物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿和苯，在中性溶液中对湿热、氧化和还原都稳定。和苯，在中性溶液中对湿热、氧化和还原都稳定。 泛酸的生物功能是以泛酸的生物功能是以4-磷酸泛酰氨基已硫醇磷酸泛酰氨基已硫醇的形的形式参与式参与CoA、ACP 的组成，二者都是酰基的载体，是的组成，二者都是酰基的载体，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的酰基转移起着重要作用。酰基转移起着重要作用。 成人每天需要量为成人每天需要量为510mg，一般膳食的泛酸含量丰富。，一般膳食的泛酸含量丰富。大白鼠缺乏泛酸，毛发边灰白，并

18、自行脱落，毛与皮的色大白鼠缺乏泛酸，毛发边灰白，并自行脱落，毛与皮的色素形成可能与泛酸有关。素形成可能与泛酸有关。(四四) 维生素维生素PP和辅酶和辅酶、辅酶、辅酶 维生素维生素PP过去称过去称抗赖皮病维生素抗赖皮病维生素或维生素或维生素B5，包括，包括尼尼克酸（烟酸）和尼克酰胺克酸（烟酸）和尼克酰胺。尼克酰胺的副作用较小（如引。尼克酰胺的副作用较小（如引起面部、颈部发赤发痒和烧灼感），医疗及营养上多用尼起面部、颈部发赤发痒和烧灼感），医疗及营养上多用尼克酰胺。尼克酰胺为维生素克酰胺。尼克酰胺为维生素B5的化学名。的化学名。NCOOH 尼克酸（nicotinic acid）NCONH2 尼克酰

19、胺（nicotinamide）NCONH2 O H2COHOHOP = O-OO +PO OH2COHOHNNH9NNHNH2-OO尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）P尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）Nicotinic acid + PRPP + ATPNAD+NAD+ + ATP NADP+ +PPi功能：功能：.以以NAD+或或NADP+形式作为脱氢酶的辅酶而起到递氢体的作用。形式作为脱氢酶的辅酶而起到递氢体的作用。NCONH2

20、R+2HNCONH2RHH14-2HNAD(P)+ +2H-2HNAD(P)H + H+(五五) 维生素维生素B6和磷酸吡哆醛和磷酸吡哆醛维生素维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。NCH2OHCH2OHHOH3C 吡哆醇(pyridoxol)NCH2OHCHOHOH3C 吡哆醛(pyridoxal)NCH2OHCH2NH2HOH3C 吡哆胺(pyridoxamine)NCH2OCHOHOH3CP（磷酸吡哆醛， PLP）吡哆醇吡哆醇氧化酶吡哆醛吡哆胺吡哆胺转氨酶ATPADP磷酸吡哆醇磷酸吡哆醇 氧化酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺转氨酶磷酸吡

21、哆胺磷酸吡哆胺ATPADP激酶ATPADP功能：功能： 作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢（包括代谢（包括Trp nicotinamide）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。基酸的代谢和氨基酸的脱水等。缺乏症：缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。(六六) 生物素生物素生物素（维生素生物素（维生素B7）为含硫维生素，其结构可视为由尿素）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个与硫戊烷环结合而

22、成，并有一个C5酸支链。酸支链。HNNHCO尿素部分HCCHH2CCHS硫戊烷环部分(CH2)4COOHC5酸根部分生物素（生物素（bioton）尿素环上的尿素环上的一个一个N可与可与CO2结合结合通过酰胺键结合通过酰胺键结合到羧化酶赖氨酸到羧化酶赖氨酸-氨基上氨基上, ,作为作为辅基参与辅基参与CO2CO2的活的活化和转运化和转运生物素是多种生物素是多种羧化酶的辅酶在羧化酶的辅酶在CO2CO2固定反应中固定反应中起重要作用。起重要作用。(七七) 叶酸和叶酸辅酶叶酸和叶酸辅酶叶酸（folic acid）即维生素B11，由蝶呤啶、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成。叶酸的叶酸的5、6、7、8位置，

23、在位置，在NADPH2存在下，可被还原成存在下，可被还原成四氢叶酸（四氢叶酸（FH4或或THFA）。四氢叶酸的。四氢叶酸的N5 和和N10位可与多位可与多种一碳单位结合作为它们的载体。种一碳单位结合作为它们的载体。功能功能 THFA是是一碳一碳单位单位的载体、的载体、一碳单位代谢一碳单位代谢酶酶的辅酶的辅酶。缺乏症：缺乏症：叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造成巨红叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造成巨红细胞性贫血症。细胞性贫血症。(八八) 维生素维生素B12和和B12辅酶辅酶维生素维生素B12是含钴的化合物，又称是含钴的化合物，又称钴胺素钴胺素(cyanocobalamine)。维生素维生

24、素B12的发现是多年研究恶性贫血症（即巨初红细胞症）的发现是多年研究恶性贫血症（即巨初红细胞症）的结果。最初发现服用全肝可控制恶性贫血症状，在的结果。最初发现服用全肝可控制恶性贫血症状，在1948年从肝脏中分离出一种具有控制恶性贫血效果的年从肝脏中分离出一种具有控制恶性贫血效果的红色晶体红色晶体物质，定名为维生素物质，定名为维生素B12。在自然界中只有微生物能合成维生素在自然界中只有微生物能合成维生素B12。功能功能： 以甲钴胺素、以甲钴胺素、5-脱氧腺苷脱氧腺苷钴胺素的形式做辅酶参与各钴胺素的形式做辅酶参与各种反应种反应. 维生素维生素C维生素维生素C能防治坏血病，又称能防治坏血病，又称抗坏

25、血酸抗坏血酸(ascorbic acid)。O=CCOHCOHHCHOCH CH2OHOO=CC=OC=OHCHOCH CH2OHO-2H+2H还原型还原型氧化型氧化型功能：功能：1. 促进各种支持组织及细胞间粘合物的形成。是羟化酶的辅促进各种支持组织及细胞间粘合物的形成。是羟化酶的辅酶。酶。(如如: 胶原蛋白、胆汁酸、类固醇激素、儿茶酚胺等的合胶原蛋白、胆汁酸、类固醇激素、儿茶酚胺等的合成都需要成都需要羟化羟化)2. 对生物氧化有重要作用。具强还原性对生物氧化有重要作用。具强还原性,参与参与GSH、MHb的的还原还原; 能保护能保护VA、VE、VB免遭氧化免遭氧化; 促叶酸转化成促叶酸转化成

26、FH4。缺乏症：缺乏症：坏血病坏血病 毛细血管易出血和齿、骨发育不全或退化。毛细血管易出血和齿、骨发育不全或退化。活性中心活性中心(active center)定义定义:在一级结构上相距较远的一些在一级结构上相距较远的一些必需基团必需基团在空间结构上在空间结构上互相靠近互相靠近, 形成一个特定的形成一个特定的空间区域空间区域, 能与底物结合并能与底物结合并直接参与了将底物转化为产物的过程。直接参与了将底物转化为产物的过程。必需基团必需基团(essential group):酶分子中与酶的活性密切相关的基团。酶分子中与酶的活性密切相关的基团。如如: His-咪唑基、咪唑基、Ser-OH、Cys-

27、SH、Glu-COOH、LysNH2、Arg胍基胍基.必需基团必需基团活性中心内的活性中心内的活性中心外的活性中心外的结合基团结合基团催化基团催化基团将底物转化为将底物转化为产物产物常见常见-S-S-维持活性中心构象维持活性中心构象必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团。的化学基团。目目 录录底底 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 目目 录录溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心* 谷氨酸谷氨酸35和

28、天和天冬氨酸冬氨酸52是催化是催化基团；基团；* 色氨酸色氨酸62和和63、天冬氨酸天冬氨酸101和和色氨酸色氨酸108是结是结合基团；合基团；* AF为底物多为底物多糖链的糖基，位糖链的糖基，位于酶的活性中心于酶的活性中心形成的裂隙中。形成的裂隙中。S + EESK1K2E + PK3酶促反应中酶促反应中先生成先生成ES导致导致酶促反应酶促反应具有具有高的催化效率高的催化效率强的特异性强的特异性ES存在的存在的证据证据:1.同位素同位素32P标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）2.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）。

29、“锁钥学说锁钥学说”（Fischer，1890）：酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。诱导嵌合学说诱导嵌合学说（Koshland，1958）：酶活性中心的结构）：酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合

30、成中间产物。中间产物。酶与底物的过渡态互补，亲合力最强，释放出结合酶与底物的过渡态互补，亲合力最强，释放出结合能使能使ES的过渡态能级降低，有利于底物分子跨越能的过渡态能级降低，有利于底物分子跨越能垒，加速酶促反应速度。垒，加速酶促反应速度。羧肽酶的诱导契合模式羧肽酶的诱导契合模式 底物底物目目 录录目目 录录邻近效应与定向效应：邻近效应与定向效应：酶与底物结合成中间产物过程中，底物酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中分子从稀溶液中密集到活性中心区密集到活性中心区，并使活性中心的催化基团，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间与底物的反应基团之间正确定向排列正确定向排列。结果。

31、结果将分子间反应变成将分子间反应变成类似于分子内的反应类似于分子内的反应,从而大大提高反应速率。从而大大提高反应速率。多元催化或称酸碱催化：多元催化或称酸碱催化：酶蛋白是两性电解质酶蛋白是两性电解质。反应中反应中, 酶活酶活性中心的必需基团及其辅酶性中心的必需基团及其辅酶(基基)有的有的作为酸向反应物提供质子作为酸向反应物提供质子, 而有的而有的作为碱从反应物夺取质子作为碱从反应物夺取质子,这种这种Bronsted的酸碱在反应的酸碱在反应中协同作用来达到加速反应。特别是中协同作用来达到加速反应。特别是 His的咪唑基咪唑基,常在同一分常在同一分子的不同微环境就发生不同的解离子的不同微环境就发生

32、不同的解离,有的作酸有的作有的作酸有的作碱。碱。表面效应表面效应: 活性中心是酶分子表面的疏水性活性中心是酶分子表面的疏水性口袋口袋, ,此此疏水疏水环环境排除了境排除了水对反应的干扰。水对反应的干扰。“张力张力”与与“形变形变”：酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。5. 共价催化共价催化：底物分子的一部分与酶分子上的活性基团间通过共底物分子的一部分与酶分子上的活性基团间通

33、过共价结合而形成的中间物，快速完成反应。如价结合而形成的中间物，快速完成反应。如: 脂酶脂酶,酰基转移酶酰基转移酶蛋白酶等。蛋白酶等。 邻近效应邻近效应(proximity effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange ) 2. 多元催化多元催化(multielement catalysis) 3. 表面效应表面效应(surface effect)酶原酶原-无活性酶的前体无活性酶的前体. . 如如: :胰腺分泌的各种胰腺分泌的各种蛋白酶原、凝蛋白酶原、凝血酶原、纤维蛋白溶解酶原血酶原、纤维蛋白溶解酶原. .如:胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶肠激酶.Ca+六肽

34、自身激活自身激活胰凝乳胰蛋白酶原胰凝乳胰蛋白酶原弹性胰蛋白酶原弹性胰蛋白酶原羧基肽酶原羧基肽酶原胰凝乳胰蛋白酶胰凝乳胰蛋白酶弹性胰蛋白酶弹性胰蛋白酶羧基肽酶羧基肽酶酶原激活的酶原激活的生理意义生理意义酶原是酶的储存形式酶原是酶的储存形式, ,以保证酶在特定的以保证酶在特定的部位与环境能及时发挥其催化作用部位与环境能及时发挥其催化作用. .酶原形式的存在是对机体的保护作用酶原形式的存在是对机体的保护作用. .SVmax?：S，S时，时，?为一级反应。为一级反应。?随的而，为混合级反应。随的而，为混合级反应。S时，时，?达达Vmax，零级。，零级。此矩型双曲线证明了中间产物学说的正确。此矩型双曲线

35、证明了中间产物学说的正确。快速可逆快速可逆慢反应慢反应故：故：?正比于正比于推导基于如下观点推导基于如下观点:1. 中间产物学说中间产物学说: E + SESE + PK1K2K3K1、K2 催化的是催化的是快速平衡快速平衡反应反应 , K3催化的是催化的是慢慢反应反应.?指的是指的是初速初速 , P量很少量很少, 逆反应不必考虑逆反应不必考虑 .2. E 很低很低 , S 远大于远大于 E , 故故: 测测初速初速时不必考虑时不必考虑S 的变化的变化.而而E的变化须计算的变化须计算 . 即即: E = ET ES3. 反应处于稳态反应处于稳态 . 即即: ES 的的生成速度生成速度等于等于分

36、解速度分解速度.故故: ? = K3 ESKm 与与 Vmax 的意义的意义 Km ? = Vmax Vmax 时的时的 S. S. 在在1010-6 -6 10 10-2 -2 mol/Lmol/L Km Km 近似表示近似表示 E E 与与 S S 亲和力的大小亲和力的大小. . (K(K2 2 K K3 3 K Km m K KS S) ) Km Km 值愈大值愈大, ,亲和力愈小亲和力愈小. . K Km m值是酶的值是酶的特征性常数特征性常数, ,只与酶的结构、底物、反应条件只与酶的结构、底物、反应条件(T(T、PHPH、离子强度、离子强度) )有关有关. .与与 E E 无关无关.

37、 . V Vmax max 是酶完全被底物饱和时的反应速度是酶完全被底物饱和时的反应速度, ,与与EE呈正比呈正比. . Vmax = Vmax = K K3 3 E . E . K K3 3 是酶的转换数是酶的转换数. .既既: : 当酶完全被底物饱和时当酶完全被底物饱和时, ,单位时间内单位时间内每个酶分子催化底物转化成产物的分子数每个酶分子催化底物转化成产物的分子数. . K K3 = 3 = V Vmax / Emax / E EE?低低EE下下, ,即即:ES:ES时时, ,?正比于正比于EE三三. 温度对酶作用的影响温度对酶作用的影响两种不同影响：1.温度升高，反应速度温度升高，反

38、应速度加快加快；2.温度升高，酶蛋白变温度升高，酶蛋白变性速度加快性速度加快。TvT T最适最适指反应速度最大时的温度指反应速度最大时的温度. .偏离偏离T T最适最适, , ?都会降低都会降低, ,偏离越远偏离越远, ,?越小越小. .但本质不同但本质不同. .T T TT T最适最适, ,因素因素2 2占主导占主导, ,酶变性而失活酶变性而失活. .T T最适最适四四 pH对酶作用的影响对酶作用的影响最适最适pH（optimum pH）表现出酶最大活力的pH值pH对酶作用的影响机制：对酶作用的影响机制：1. 环境过酸、过碱使酶变性失活环境过酸、过碱使酶变性失活；2. 影响酶活性基团影响酶活

39、性基团(必需基团必需基团.辅辅基或辅酶基或辅酶)的解离；的解离；3. 影响底物的解离。影响底物的解离。因此因此,只有在特定的只有在特定的PH条件下条件下,E与与S才能结合才能结合,反应反应.pH?pHpH最适不同酶具有不同的不同酶具有不同的最适最适pHpH pHpH?胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶胆碱酯酶胆碱酯酶木瓜胃蛋白酶木瓜胃蛋白酶对酶作用的影响对酶作用的影响激活剂或激动剂激活剂或激动剂: : 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增使酶由无活性变为有活性或使酶活性增 加的物质加的物质激活剂激活剂大多为金属离子大多为金属离子, ,少数为阴离子少数为阴离子, ,也有些有机化合物也有些有机化合物. .

40、激活剂分两类激活剂分两类: :必需激活剂必需激活剂: :酶活性不可缺酶活性不可缺. .如如: :激酶中的激酶中的MgMg+. .非必需激活剂非必需激活剂: :有它酶活性可增加有它酶活性可增加. .如如:Cl:Cl- -对于唾液淀粉酶对于唾液淀粉酶. . 六六 抑制剂对酶作用的影响抑制剂对酶作用的影响使酶的必需基团或活性部位中的基团的化学性质改变使酶的必需基团或活性部位中的基团的化学性质改变而而降低酶活力甚至使酶失活的物质，称为抑制剂（降低酶活力甚至使酶失活的物质，称为抑制剂（I）。）。-蛋白变性剂不属于蛋白变性剂不属于抑制剂抑制剂. .1. 不可逆抑制作用不可逆抑制作用：抑制剂与酶的结合（共价

41、键）是不可逆的。抑制剂与酶的结合（共价键）是不可逆的。除去抑制剂必须通过除去抑制剂必须通过化学方法化学方法. .抑制作用的强弱决定于抑制作用的强弱决定于II和和 I I 与与 E E 亲和力的大小亲和力的大小. .抑制剂抑制剂专一性专一性I: I: I I 特意地结合特意地结合E E 的活性中心的必需基团的活性中心的必需基团. . 如如: :有机磷有机磷-O-(Ser-O-(Ser) )胆碱脂酶胆碱脂酶. . 除去靠除去靠解磷定解磷定. .非专一性非专一性I: I: I I 结合的基团不一定是活性中心的结合的基团不一定是活性中心的. .如如: :重金属离子重金属离子( (神经毒气神经毒气) )

42、-S-E,-S-E,它不论它不论-SH -SH 在在E E 的何处的何处. .除去靠除去靠二巯基丙醇二巯基丙醇2. 2. 可逆抑制作用可逆抑制作用：抑制剂与酶的结合抑制剂与酶的结合( (非非共价键共价键) )是可逆的是可逆的。抑制程度是由抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制剂的浓抑制剂的浓度度以及以及底物的浓度底物的浓度决定。决定。可逆抑制可逆抑制竟争性抑制竟争性抑制非竟争性抑制非竟争性抑制反竟争性抑制反竟争性抑制竞争性抑制作用竞争性抑制作用：抑制剂和底物：抑制剂和底物竞争竞争与酶结合。与酶结合。特点特点：1）竞争性抑制剂的结构与底物结构十分相似。竞争性抑制剂

43、的结构与底物结构十分相似。抑制剂和抑制剂和底物竞争酶的结合部位底物竞争酶的结合部位(活性中心活性中心)S + EESE + P + IEIv = VSkm(1+I /ki)+Ski = EI/EISvV/2km2）抑制程度取决于）抑制程度取决于I 和和S 的浓度的浓度以及以及二者与酶二者与酶亲和力大小。亲和力大小。km无 I有 I所以所以, ,当当S S 时反应向箭头方向时反应向箭头方向进行进行. .当当S S 时反应时反应?可达可达V Vmaxmax. .故故: : V Vmaxmax不变不变, ,但表观但表观K Km mVmax* * 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

44、竞争琥珀酸脱氢酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸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 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COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用：抑制剂必须在酶与底物结合后：抑制剂必须在酶与底物结合后才能进一步形成才能进一步形成ESI复合物。复合物。S + EESE + P

45、 + IESIE+Pv = V1 + Iki Skm1+ Iki+ SSvkmkm当当S S 时时,ES ,ES ,抑制作用抑制作用故称故称反竞争性抑制反竞争性抑制作用作用. .Vmax ,KVmax ,Km m* * 特点：特点：抑制剂只与酶底物复合物结合；抑制剂只与酶底物复合物结合；抑制程度取决于抑制程度取决于抑制剂的浓度抑制剂的浓度及底物的浓度；及底物的浓度；动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表观降低，表观Km降低。降低。 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用：底物和抑制剂与酶的不同部位结底物和抑制剂与酶的不同部位结合，但形成的合，但形成的EIS不能进一步转变为产物。不能进一步转变为产物

46、。S + EESE + P + IEI + IEIS+SE+PSv无 IV/2km有 I()K Ki iK KiiVmax非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用：底物和抑制剂与酶的不同底物和抑制剂与酶的不同部位结合，但形成的部位结合，但形成的EIS不能进一步转变为产物。不能进一步转变为产物。* * 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，底物与团结合，底物与抑制剂之间无竞抑制剂之间无竞争关系；争关系；抑制程度取决于抑制程度取决于抑制剂的浓度；抑制剂的浓度；动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表降低，表观观Km不变。不变。 抑制剂抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂无抑制剂 SvVmax(Km)V/2()无 I有 IVmax一、一、 酶的变（别）构效应酶的变（别）构效应有些酶具有类似血红蛋白那样的别构效应，称为有些酶具有类似血红蛋白那样的别构效应，称为(变变)别构酶别构酶。别构酶别构酶催化催化中心中心别构别构中心中心可在同一亚基可在同一亚基, ,也可不在同一亚基也可不在同一亚基-结合结合S,S,将将S S转化为转化为P P-结合别构剂结合别构剂( (效应剂效应剂) ) 如如:ATP:ATP、AMPAMP、S S