酶的分类与命名【精品-ppt】

1、第三章第三章 酶酶第三章 酶n 第一节 酶的分类与命名n 第二节 酶催化作用的特性n 第三节 酶催化作用的机制n 第四节 酶结构与功能的关系n 第五节 酶促反应动力学n 第六节 酶活力及其测定n 第七节 酶工程酶是生物催化剂酶是生物催化剂n 酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂分子，所以又称为生物催化剂(b(biocatalysts） n 绝大多数的酶都是蛋白质。绝大多数的酶都是蛋白质。n 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应（酶催化的生物化学反应，称为酶促反应（Enzymatic reaction）。）。n 在酶的催化下发生化学

2、变化的物质，称为底物在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物（substrate）。）。n 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立酶是蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。n 核酶的发现：n 19811982年，Thomas R.Cech实验发现有催化活性的天然RNARibozyme。n L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个最著名的例子。n n 抗体酶（abzyme）：n 1986年，Richard Lerrur和Peter Schaltz运用单克隆抗体技术制备了具有酶活性的抗体（catalytic antibody）。第一节 酶的分类与命名n一 酶的分

3、类n （一）根据酶的化学组成可将酶分为：n 1 单纯蛋白酶类：只含有蛋白质成分n 2 结合蛋白酶类（全酶）：含有蛋白成分（酶蛋白） 和非蛋白成分（辅助因子）n 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子辅助因子辅助因子与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。金属离子作为辅助因子。金属离子金属离子辅酶辅酶辅基辅基酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有催化活性。酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体决定反应的性质。n 某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅

4、酶并协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶（或辅基）。（或辅基）。n 辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参与的酶促反应主要为氧化物。参与的酶促反应主要为氧化- -还原反应或还原反应或基团转移反应。基团转移反应。n 大多数辅酶的前体主要是水溶性大多数辅酶的前体主要是水溶性 B B 族维生族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。相关。辅酶在酶促反应中的作用特点辅酶在酶促反应中的作用特点n 辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。n 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定

5、地每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地 催某一类型的反应。催某一类型的反应。n 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。不同的全酶。n 一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。底物类型（底物专一性）。 酶分子中的金属离子酶分子中的金属离子n 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶。类：金属酶和金属激酶。n 在金属酶中在金属酶中, ,酶蛋白

6、与金属离子结合紧密。酶蛋白与金属离子结合紧密。如如 FeFe2+2+/ Fe/ Fe3+ 3+ 、CuCu+ +/Cu/Cu3 3 、ZnZn2+ 2+ 、MnMn2+2+、CoCo2 2 等。等。n 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应中传递电子，原子或功能团酶促反应中传递电子，原子或功能团。金属酶中的金属离子与配体金属酶中的金属离子与配体n金属离子金属离子 配体配体 酶或蛋白酶或蛋白n Mn Mn2 2 咪唑咪唑 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶nFeFe2+2+/Fe/Fe3+3+ 卟啉环，咪唑，卟啉环，咪唑， 血红素，血红素，n 含硫配体含硫配体

7、 氧化氧化- -还原酶，还原酶，n 过氧化氢酶过氧化氢酶nCuCu+ +/Cu/Cu2+2+ 咪唑，酰胺咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶nCoCo2+2+ 卟啉环卟啉环 变位酶变位酶nZnZn2+2+ -NH -NH3 3，咪唑，（，咪唑，（-RS-RS）2 2 碳酸酐酶，醇脱氢酶碳酸酐酶，醇脱氢酶nPbPb2 2 -SH d- -SH d-氨基氨基- g- g-酮戊二酸脱水酶酮戊二酸脱水酶nNiNi2 2 -SH -SH 尿酶尿酶金属激酶中的金属离子金属激酶中的金属离子n 激酶是一种磷酸化酶类，在激酶是一种磷酸化酶类，在ATPATP存在下催化葡萄存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。糖，甘

8、油等磷酸化。n 其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。中，酶与这类离子结合而被激活。n 如如NaNa+ + 、K K+ +、 MgMg2+2+、 CaCa2+2+ 等。金属离子对酶有一等。金属离子对酶有一定的选择性定的选择性, ,某种金属只对某一种或几种酶有激活某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。作用。（二）根据酶蛋白结构特点可将酶（二）根据酶蛋白结构特点可将酶分为分为单体酶：单体酶：以一个独立的三级结构为完整生物以一个独立的三级结构为完整生物 功能分子的最高结构形式的酶。功能分子的最高结构形式的酶。寡聚酶寡聚酶：以

9、一个独立的四级结构为完整生物以一个独立的四级结构为完整生物 功能分子的最高结构形式的酶。功能分子的最高结构形式的酶。 多酶复合体：多酶复合体：由多种酶彼此镶嵌成一个功能由多种酶彼此镶嵌成一个功能 完整的具有特定结构的复合体完整的具有特定结构的复合体, 它们相互配合它们相互配合依次进行依次进行，催化，催化连续的连续的 一系列一系列相关相关反应。反应。n （三）、酶的分类（三）、酶的分类n 根据酶所催化的反应类型，按照国际系统根据酶所催化的反应类型，按照国际系统 分类方法，将酶分为六大类：分类方法，将酶分为六大类：n氧化氧化- -还原酶催化氧化还原酶催化氧化- -还原反应。还原反应。n主要包括脱氢

10、酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。n如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH1 氧化氧化-还原酶还原酶 OxidoreductaseAH2 + B（O2）+ BH2（H2O2，H2O）An转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转

11、移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO2 转移酶转移酶 TransferasevAX + BA +BXn水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。n主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。n例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：3 3 水解酶水解酶 hydrolasehydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHAOH + BHAB + H2On

12、裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。子形成双键的反应及其逆反应。n主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。n例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH4 裂合酶裂合酶 LyaseABA+Bn异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。OCH2OHOH

13、OHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH5 异构酶异构酶 IsomeraseAB常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。n合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-C-N N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。nA + B + ATP + H-O-H =A A + B + ATP + H-O-H =A B + ADP +Pi B + ADP +Pi n例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙

14、酮酸羧化酶催化的反应。n 丙酮酸丙酮酸 + CO+ CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸6 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase n核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNARNA，能，能够催化够催化RNARNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。33333333335555555555BBBBBPPP+POHPPBBBBPPPPPBP 7核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸） ribozyme n（一）习惯命名方法（一）习惯命名方法 n （1）根据作用底物来命名，如淀粉酶、蛋白酶）根据作用底物来命名，如淀粉酶、蛋

15、白酶等。等。n（2）根据所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、）根据所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、转移酶等。转移酶等。n（3）两个原则结合起来命名，如丙酮酸脱羧酶等。）两个原则结合起来命名，如丙酮酸脱羧酶等。n（4）根据酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白）根据酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。酶、胰蛋白酶等。二 酶的命名酶的命名（二）国际系统命名法（二）国际系统命名法n系统名称包括底物名称、构型、反应性质，系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字最后加一个酶字。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

16、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 + + 丙丙氨酸氨酸酶的编码乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27第1大类，氧化还原酶第1亚类，氧化基团CHOH第1亚亚类，H受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号每个酶都有一个有四个数字组成的编码第二节 酶催化作用的特性n 酶是生物催化剂，与无机催化剂相比，二者n 有共性；但酶的化学本质是蛋白质，又在生物体内作用，因此酶的作用又有特性。n 一一 酶和一般催化剂的共性酶和一般催化剂的共性n1.1.用量少而催化效率高；用量少而催化效率高；n2.2.它能够改变化学

17、反应的速度，但是不能它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。改变化学反应平衡。n3.3.只能催化热力学允许的反应，在反映前只能催化热力学允许的反应，在反映前后不发生改变。后不发生改变。二二 酶催化作用特性酶催化作用特性n1 1高效性高效性n2 2专一性专一性n3 3反应条件温和反应条件温和n4. 4. 酶的催化活性可调节控制酶的催化活性可调节控制二二 酶催化作用特性酶催化作用特性n酶的催化作用可使反应速度提高酶的催化作用可使反应速度提高10106 -6 -10101212倍。倍。n例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解n 2H2H2 2O O2 2 2H 2H2 2O + OO +

18、O2 2n用用Fe+ Fe+ 催化，效率为催化，效率为6 6* *1010-4-4 mol/mol.S mol/mol.S，而用过氧，而用过氧化氢酶催化，效率为化氢酶催化，效率为6 6* *10106 6 mol/mol.Smol/mol.S。n用用 - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克结晶酶在克结晶酶在6565 C C条件条件下可催化下可催化2 2吨淀粉水解。吨淀粉水解。1 1高效性高效性n 酶的专一性酶的专一性 Specificity又称为特异性，又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性。是指酶在催化生化反应时对底物的选择性。根据专一性的不同又可分为：根据专一性

19、的不同又可分为：n （1) 1) 绝对专一性绝对专一性n （2 2）相对专一性）相对专一性n （3 3）立体异构专一性）立体异构专一性 n 2 2专一性专一性（1 1） 绝对专一性绝对专一性n有些酶对底物的要求非常严格，只作用于有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性（一性（Absolute specificity)。n有些酶的作用对象不是一种底物，而是一有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对专一性相对专一性(Relative Specificity

20、)。n包括族包括族(group)专一性。如专一性。如 -葡萄糖苷酶，葡萄糖苷酶，催化由催化由 -葡萄糖所构成的糖苷水解，但对葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于糖苷的另一端没有严格要求。于糖苷的另一端没有严格要求。n和键和键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水解，专一性。如酯酶催化酯的水解，对于酯两端的基团没有严格的要求。对于酯两端的基团没有严格的要求。（2）相对专一性）相对专一性（3 3）立体化学专一性）立体化学专一性n酶的一个重要特性是能专一性地与手性底酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。物结合并催化这类底物发生反应。n例如，淀粉酶只能选择性地水解例如，淀粉酶只能选

21、择性地水解D D葡萄葡萄糖形成的糖形成的1 1，4 4糖苷键糖苷键I, I, 光学专一性光学专一性 Optical SpecificityOptical SpecificityStereochemical SpecificityStereochemical Specificity几何专一性几何专一性n有些酶只能选择性催化某种几何异构体底有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种构型则无催化作用。物的反应，而对另一种构型则无催化作用。n如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成苹果酸，对马来酸则不起作用。生成苹果酸，对马来酸则不起作用。geomet

22、rical specificitygeometrical specificityn酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中进行，反水溶液中进行，反应温度范围为应温度范围为20-4020-40 C C。n高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。起酶的失活。3 3反应条件温和反应条件温和4.4.酶的催化活性可调节控制酶的催化活性可调节控制n如抑制剂调节、共价修饰调节、反如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。馈调节、酶原激活及激素控制等。某些酶催化活力与辅酶、辅基及某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。金属

23、离子有关。第三节酶结构与功能的关系第三节酶结构与功能的关系 酶的化学本质是蛋白质，同样具有一、二、三级结构，有些酶还具有四级结构。作为生物催化剂，酶的结构又有一些特点。第三节第三节 酶结构与功能的关系酶结构与功能的关系一一 活性部位活性部位：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发 生 反应的部位。酶活性中心包括两个部位。酶活性中心酶活性中心 结合结合中心中心：酶与底物结合的部位，酶与底物结合的部位， 决定酶的专一性决定酶的专一性催化催化中心中心：催化底物发生反应的部位，催化底物发生反应的部位， 决定酶的催化效率决定酶的催化效率、反映性质。、反映性质。n主要包括：主要包括：n亲核性基团：丝氨酸的亲

24、核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。和组氨酸的咪唑基。H2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH必需基团：必需基团：在酶分子中和酶的催化在酶分子中和酶的催化活性直接有活性直接有关的基团，活性中心内外都有。关的基团，活性中心内外都有。n酸碱性基团：门酸碱性基团：门冬氨酸和谷氨酸冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。胱氨酸的巯基等。H2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCOH

25、OCOOHH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2NH2H2NCHCCH2OHOOHOH必需基团：必需基团：二二 变构酶变构酶亦称别构酶，由两个以上亚基组成，除了亦称别构酶，由两个以上亚基组成，除了具有与底物结合的活性中心外，还具有与调具有与底物结合的活性中心外，还具有与调节剂结合的节剂结合的调节中心调节中心。当酶与调节剂结合后，。当酶与调节剂结合后，酶蛋白的构象发生变化，从而引起酶活性的酶蛋白的构象发生变化，从而引起酶活性的变化。变化。 酶的别构（变构）效应示意图酶的别构（变构）效应示意图效应剂效应剂别别构构中中心心活性活性中心中心n一般是寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别

26、构）部位；n具有别构效应。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。v 动力学特点：不符合米曼方程双曲线。别构酶的特点别构酶的特点p别构酶与非调节酶动力学曲线的比较p别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase三三 酶原及酶原的激活酶原及酶原的激活 1 酶原酶原：酶无活性的前体。：酶无活性的前体。 2 酶原的激活酶原的激活 ：从无活性的酶原转变为有活性：从无活性的酶原转变为有活性的酶的过程。的酶的过程。4酶原激活的酶原激活的本质本质：酶原的激活实质上是酶：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。活性部位形成或暴露的过程。3 激活激活剂剂 ：能使无活

27、性的酶原激活的物质。：能使无活性的酶原激活的物质。胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活示意图胰蛋白酶原的激活示意图胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶 四四 同工酶同工酶(isoenzyme) 能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。乳酸脱氢酶（LDH)MMM MMM4HMMMM3H

28、MMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4HLDH5LDH4LDH3LDH2LDH1骨肌型心肌型乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因a b乳酸脱氢酶同乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4点样线点样线不同组织中不同组织中LDH同工酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原点原点同工酶在各学科中的应用同工酶在各学科中的应用 (1) 遗传学和分类学遗传学和分类学：提供了一种精良的判

29、别遗传标志的工具。：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。(2) 发育学发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。况，以及个体发育和系统发育的关系。(3) 生物化学和生理学生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。解释它们代谢功能的差别。（4）医学和临床诊断医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损：体内同工酶的变化，可

30、看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。第四节第四节 酶的催化作用机理酶的催化作用机理n 酶促反应：酶促反应：E + S = ES = ESE + S = ES = ES* * n EP EP E + P E + Pn 反应方向反应方向, , 主要取决于反应自由能变化主要取决于反应自由能变化 H H 。n 而反应速度快慢而反应速度快慢, ,则主要取决于反应的活化能则主要取决于反应的活化能E Ea a。 n（一）活化能降低（一）活化能降低 催化剂的作用是降低反应活化能催化剂的作用是降低反应活化能E Ea,a,从而起到提高反应速度的作用从而起到

31、提高反应速度的作用一一 酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制 反应过程中能的变化反应过程中能的变化01234567891001234567Progress of reactionFree engergy一一 酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制 n（二）中间产物学说（二）中间产物学说n 在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。n E + S = E-S E + S = E-S P + E P +

32、Enn许多实验事实证明了许多实验事实证明了E ES S复合物的存在。复合物的存在。E ES S复复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。合物形成的速率与酶和底物的性质有关。1kSE 1kES 2kEP E+SP+ EES能能量量水水平平反应过程反应过程 G E1 E2 酶（酶（E）与底物（）与底物（S）结合生成不稳定的中间结合生成不稳定的中间物（物（ES），再分解成产），再分解成产物（物（P）并释放出酶，使）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快反应速度。反应速度。n 酶催化作用的本质是酶的活性中心与

33、底酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力物分子通过短程非共价力( (如氢键如氢键, ,离子键离子键和疏水键等和疏水键等) )的作用，形成的作用，形成E-SE-S反应中间物，反应中间物，n 其结果使底物的价键状态发生形变或极其结果使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。能作用。 n 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活在酶促反应中，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，有利于提高反应速度；浓度大大增加，有利于提高反应速度；n 另一方面，由于活性中

34、心的立体结构和另一方面，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互接近，并被严格定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率和专一性向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。特点。1 1 邻基效应和定向效应邻基效应和定向效应( (三三) ) 与酶作用高效性有关的因素与酶作用高效性有关的因素 邻邻 近近 定定 向向 效效 应应2 2 与反应过渡状态结合作用与反应过渡状态结合作用 n按按 S SN N2 2 历程进行的反应，反应速度与形历程进行的反应，反应速度与形成的过渡状态稳定性密切相关。成的过渡状态

35、稳定性密切相关。n在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物的实际上是底物形成的过渡状态，复合物的实际上是底物形成的过渡状态，n所以，酶与过渡状态的亲和力要大于酶与所以，酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力。底物或产物的亲和力。3 3 张力学张力学说说n这是一个形成内酯的反应。当这是一个形成内酯的反应。当 R RCHCH3 3时，其反应速度时，其反应速度比比 R RH H的情况快的情况快315315倍。倍。n由于由于-CH-CH3 3体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排斥张力，从而使反应基团之间更容易形

36、成稳定的五元环斥张力，从而使反应基团之间更容易形成稳定的五元环过渡状态。过渡状态。 RCRCH2OHOOHH2ORROOHHSreric strain4 4 酸碱催化酸碱催化n酸酸- -碱催化可分为狭义的酸碱催化可分为狭义的酸- -碱催化和广义碱催化和广义的酸的酸- -碱催化。酶参与的酸碱催化。酶参与的酸- -碱催化反应一碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。般都是广义的酸碱催化方式。n广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子质子, ,或是通过质子碱接受部分质子的作用，或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达到降低反应活化能的过程。n广义酸基

37、团广义酸基团 广义碱基团广义碱基团（质子供体）（质子供体） （质子受体）（质子受体） -COOH, -NH3, -SH,+OHNHNH+-COO , -NH2, -S , -.-O-NHN:酶分子中可以作为广义酸、碱的基团酶分子中可以作为广义酸、碱的基团His His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。催化功能团。5. 5. 共价催化共价催化 n催化剂通过与底物形成反应活性很高的共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，称为共价催化高反应速度的过程，称为共价催化。n酶

38、中参与共价催化的基团主要包括酶中参与共价催化的基团主要包括 His His 的咪唑基，的咪唑基，Cys Cys 的硫基，的硫基，Asp Asp 的羧基，的羧基，Ser Ser 的羟基等。的羟基等。n某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛某些辅酶，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。等也可以参与共价催化作用。 6 6 金属离子催化作用金属离子催化作用 n金属离子可以和水分子的金属离子可以和水分子的OH-OH-结合，使水结合，使水显示出更大的亲核催化性能。显示出更大的亲核催化性能。 提高水的亲核性能提高水的亲核性能 电荷屏蔽作用电荷屏蔽作用n电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。

39、电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。 n多种激酶多种激酶( (如磷酸转移酶如磷酸转移酶) )的底物是的底物是Mg2+Mg2+ATPATP复合物。复合物。 AHHOHHOHHO-OPOPOPOCH2OOOOOOMg2+ 电子传递中间体电子传递中间体 n许多氧化许多氧化- -还原酶中都含有铜或铁离子，还原酶中都含有铜或铁离子，它们作为酶的辅助因子起着传递电子的功它们作为酶的辅助因子起着传递电子的功能。能。 Ser105OHHis224HNNAsp187OOAsp187OOHHis224NNHThr40NHHOROOROSer105RCOOR-ROHROOSer105NuHSer105OH+R

40、NuO二二 酶作用专一性的机制酶作用专一性的机制 n 酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。n酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。n(a)“(a)“三点结合三点结合”的催化理论。认为酶与底物的结合处的催化理论。认为酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。

41、只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。锁锁 钥钥 学学 说说锁钥学说：锁钥学说：n认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样的结合如同一把钥匙对一把锁一样 诱导契合学说诱导契合学说诱导契合学说n该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状形状. .第五节第五节 酶促反应动力学酶促反应动力学n 定义：定义：

42、n 酶促反应动力学是研究酶促反应速度以及酶促反应动力学是研究酶促反应速度以及各种条件下对酶反应速度的影响。各种条件下对酶反应速度的影响。n n 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，为一级反应。物浓度成正比，为一级反应。n 底物浓度增大与速度的增加不成底物浓度增大与速度的增加不成正比正比, ,为混合级反应为混合级反应. .n 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，反应速度有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（达到最大值（V Vmaxmax），此时再增加），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表底物浓度，反应速度不

43、再增加，表现为零级反应。现为零级反应。一一 底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响02468101214161820020406080100C oncentration of S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)( (一一)V-S)V-S曲线曲线u1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说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式，称为米氏方程。V=Vmax SKm + SK Km m 米氏常数米氏常数V Vmax max 最大反应速度最大反应速度（二）米氏方程米氏方程

44、的推导：n米氏方程米氏方程V=Vmax SKm + SnK Km m 即为米氏常数，即为米氏常数，nV Vmaxmax为最大反应速为最大反应速度度n当反应速度等于最大速度当反应速度等于最大速度一半时一半时, ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax, max, K Km = S m = S n上式表示上式表示, ,米氏常数是反米氏常数是反应速度为最大值的一半时的应速度为最大值的一半时的底物浓度。底物浓度。n因此因此, ,米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。（三）米氏常数的意义及测定（三）米氏常数的意义及测定米氏常数米氏常数KmKm的意义的意义n不同的酶具有不同不同的

45、酶具有不同K Km m值，它是酶的一个重值，它是酶的一个重要的特征物理常数。要的特征物理常数。nKmKm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pHpH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的条件下具有不同的KmKm值。值。nK Km m值表示酶与底物之间的亲和程度：值表示酶与底物之间的亲和程度：K Km m值值大表示亲和程度小，酶的催化活性低大表示亲和程度小，酶的催化活性低; ; K Km m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

46、 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，再用作图法求出的直线方程，再用作图法求出Km。 例：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 1 1 K Km 1 1m 1 1 = = + + V V V Vmax S max S V Vmaxmax-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km米氏

47、常数Km的测定：酶的酶的Km在实际应用中的意义在实际应用中的意义n 鉴定酶：通过测定鉴定酶：通过测定Km，可鉴别不同来源或相同来源，可鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶段，不同生理状态下催化相同反应的酶但在不同发育阶段，不同生理状态下催化相同反应的酶是否是属于同一种酶。是否是属于同一种酶。n判断酶的最适底物。（天然底物）判断酶的最适底物。（天然底物）n计算一定速度下底物浓度。计算一定速度下底物浓度。n了解酶的底物在体内具有的浓度水平。了解酶的底物在体内具有的浓度水平。n判断反应方向或趋势。判断反应方向或趋势。n判断抑制类型。判断抑制类型。从米氏方程中求得：从米氏方程中求得：当反应速度达到最大

48、反应速度的当反应速度达到最大反应速度的90%，则，则90%V =100%VS/(km +S)v = Vmax Skm + S即 S = 9km在进行酶活力测定时，通常用4km的底物浓度即可。计算一定速度下底物浓度计算一定速度下底物浓度二二 pH pH 的影响的影响n在一定的在一定的pH pH 下下, , 酶酶具有最大的催化活具有最大的催化活性性, ,通常称此通常称此pH pH 为为最适最适 pHpH。2345678910020406080100pHRelative Activity (%)pHv最适最适pH（optimum pH）pH稳定性：在一定pH范围内酶是稳定pH对酶作用的影响机制对酶作

49、用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.影响酶活性基团的解离；3.影响底物的解离。三三 温度的影响温度的影响一方面是温度升高一方面是温度升高, ,酶促酶促反应速度加快。反应速度加快。另一方面另一方面, ,温度升高温度升高, ,酶酶的高级结构将发生变化的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降或变性，导致酶活性降低甚至丧失。低甚至丧失。 因此大多数酶都有一个因此大多数酶都有一个最适温度。最适温度。 在最适温度在最适温度条件下条件下, ,反应速度最大。反应速度最大。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity (

50、%)高温两种不同影响：1.温度升高，反应速度温度升高，反应速度加快加快；2.温度升高，温度升高，酶热变性速度加快酶热变性速度加快。Tv最适温度低温影响：1.温度降低，酶活性温度降低，酶活性降低降低 2.温度过低,酶无活性但不变性四四 激活剂对酶作用的影响激活剂对酶作用的影响 凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。如凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。如Cl-是唾液淀粉酶的激活剂。是唾液淀粉酶的激活剂。金属离子：金属离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ Co2+、Fe2+ 阴离子：阴离子： Cl-、Br有机分子有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽还原剂：

51、抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂：金属螯合剂：EDTA - 这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合，可能是酶活性部位的组成部分，也可能作为辅酶或辅基的一个组成部分起作用一般情况下，一种激活剂对某种酶是激活剂，而对另一种酶则起抑制作用；对于同一种酶，不同激活剂浓度会产生不同的作用。应用激活剂时应注意应用激活剂时应注意五五 抑制剂对酶活性的影响抑制剂对酶活性的影响n使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。n能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。 n酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：酶的抑制剂

52、一般具备两个方面的特点：na.a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡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。状态相似。nb.b.能够与酶以非共价或共价的方式形成比较稳定的能够与酶以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。复合体或结合物。抑制剂类型和特点抑制剂类型和特点 竞争性抑制剂竞争性抑制剂可逆可逆抑制剂抑制剂 非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂 反竞争性抑制剂反竞争性抑制剂 非专一性不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂不可逆抑制剂不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂n抑制剂与酶的必需基团以共价键结合，引起酶抑制剂与酶的必需基团以共价键结合，引起酶活力丧失，不

53、能用透析、超滤等物理方法除去活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。抑制剂而使酶复活。 （一）不可逆抑制（一）不可逆抑制1、非专一性不可逆抑制剂、非专一性不可逆抑制剂 抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。类型类型：2、专一性不可逆抑制剂、专一性不可逆抑制剂 这类抑制剂选择性很强，它只能专一性这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与酶活性中心的某些基团不可逆结合，地与酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。引起酶的活性丧失。n（二）（二） 可逆抑制

54、可逆抑制n抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析透析等方法等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类可以分为三类1 1 竟争性抑制竟争性抑制n某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制

55、了。中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。+IEIESP+ EE+S竞争性抑制作用竞争性抑制作用 实例：磺胺药物的药用机理实例：磺胺药物的药用机理H2N- -SO2NH2对氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺H2N- -COOH对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤叶酸叶酸竞争性抑制作用特点竞争性抑制作用特点：1）竞争性抑制剂的结构与底物结构十分相似，二者竞争酶的结合部位。4）Vmax不变，Km增大SvV/2km2）抑制程度取决于I和S的浓度以及与酶结合的亲和力大小。km无 I有 I3）可以通过增大底可以通过增大底物浓度，即提高底物浓度，即提高底物的竞争能力来消物的竞争能力来

56、消除。除。2 2 非竟争性抑制非竟争性抑制n酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构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。抑制剂与活性中象变化，并导至酶活性下降。抑制剂与活性中心以外的基团结合，不与底物竞争美的活性中心以外的基团结合，不与底物竞争美的活性中心，所以称为非竞争性抑制剂。心，所以称为非竞争性抑制剂。n如某些金属离子（如某些金属离子（CuCu2+2+、AgAg+ +、HgHg2+2+）以及）以及EDTAEDTA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部位中的-SH-SH基团作用，基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。改变酶的空间构象

57、，引起非竞争性抑制。非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用+IEI+SESIESP+ EE+S+I实例：重金属离子（实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金属络合剂（金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）u非竞争性抑制特点：l1）、抑制剂与底物结构不相似，抑制剂与酶活性中心以外的基团结合。l2）、Vm下降，Km不变l3）、非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法来消除。l非竞争性抑制可用下式表示：非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用：底物和抑制剂同时与酶结合，但形成的EIS不能进一步转变为产物。S + EESE + P + IEI + IEIS+SE+Pv = V1+I/ki S

58、km + SSv无 IV/2km有 I()3、反竞争性抑制作用、反竞争性抑制作用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。ESIESP+ EE+S+I反竞争性抑制特点：1）抑制剂与酶和底物的复合物结合。2）Km和Vm下降3）底物浓度增加，抑制作用加强。u反竞争性抑制：有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程 第六节、酶活力测定第六节、酶活力测定n 又称为酶活性，一般把酶催化一定化学反应的能力称又称为酶活性，一般把酶催化一定化学反应的能力称为酶活力。通常以在一定条件下酶所催化的化学反应为酶活力。通常以在一定条件下酶所催化的化学反应速度来表示速度来表示

59、。n 因此酶活力可用单位时间内单位体积中底物的减少因此酶活力可用单位时间内单位体积中底物的减少量或产物的增加量表示，单位为浓度量或产物的增加量表示，单位为浓度单位时间等。单位时间等。n 酶是蛋白质，种类多，结构复杂多样，一般对酶的测定，不是直接测定其酶蛋白的浓度，而是测定其催化化学反应的能力，这是基于在最优化条件下，当底物足够（过量），在酶促反应的初始阶段，酶促反应的速度（初速度）与酶的浓度成正比（即V=KE），故酶活力测定的是化学反应速度，一定条件下可代表酶活性分子浓度一、酶活力酶活力2.2.酶活力的测定酶活力的测定n(1)(1)测一定时间内产物生成量测一定时间内产物生成量n(2)(2)测定

60、完成一定量反应所需时间测定完成一定量反应所需时间测定时确定三种量：加入一定量的酶；一定时间间隔；物质的增减量。u测定酶活力常有以下几种方法：n在一个反应体系中，加入一定量的酶液，开始计时反应，经一定时间反应后，终止反应，测定在这一时间间隔内发生的化学反应量（终止时与起始时的浓度差），这时测得的是初速度。n在一定条件下，加入一定量底物（规定），再加入合适量的酶液，测定完成该反应（底物反应完）所需的时间，（非初速度，为一平均速度）。n动态连续测定法。在反应体系中，加入酶，用仪器连续监测整个酶促反应过程中底物的消耗或产物的生成。n快速反应追踪法。近年来，追踪极短时间（10-3s以下）内反应过程的方法