生物化学酶的化学

生物化学酶的化学第1页，课件共161页，创作于2023年2月

Page2酶--生物催化剂每一种生物过程所必须生命现象是催化剂催化的多步反应

--营养分子的分解

--化学能的贮存和转换

--从小分子前体合成生物大分子细胞为什么需要酶？

--在生理条件下无催化剂许多反应进行的太慢

--在细胞环境中没有催化剂时许多反应不能进行第2页，课件共161页，创作于2023年2月

Page3第一部分酶通论一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及其组成三、酶的命名和分类四、酶的专一性五、酶的动力测定和分离纯化六、核酶七、抗体酶八、酶工程简介第3页，课件共161页，创作于2023年2月

Page4酶和一般催化剂的比较酶和其他催化剂一样，都能显著地改变化学反应速率，使之加快达到平衡，但不能改变反应的平衡常数。酶本身在反应前后不发生变化。这意味着一个酶对正、逆反应按同一倍数加速。活化能(activationenergy)：在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能(freeenergy)。第4页，课件共161页，创作于2023年2月

Page5酶能显著的降低化学反应的活化能2H2O2=2H2O+O2↑过氧化氢的分解无催化剂时活化能为75.5kJ/mol

液态钯催化时活化能为48.9kJ/mol过氧化氢酶催化时活化能为8.4kJ/mol蔗糖→果糖+葡萄糖无催化剂时活化能为1339.8kJ/mol

酸催化时活化能为104.7kJ/mol

蔗糖酶催化时为39.4kJ/mol第5页，课件共161页，创作于2023年2月

Page6酶作为生物催化剂的特点1.酶具有极高的催化效率，因为酶能大幅度地降低化学反应的活化能。酶促反应速率是非催化反应的108~1020倍，是非酶催化剂的107~1013倍。

2.酶具有高度的专一性（特异性）：指酶在催化生化反应时对底物的选择性。包括：绝对专一性，相对专一性，立体异构专一性。

3.酶具有高度的不稳定性，离开常温、常压、中性pH后很容易失活。

4.酶的活性受到调节和控制：调节酶浓度通过激素调节酶活性反馈抑制调节酶活性抑制剂和激活剂对酶活性的调节其他调节方式第6页，课件共161页，创作于2023年2月

Page7一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及其组成三、酶的命名和分类四、酶的专一性五、酶的动力测定和分离纯化六、核酶七、抗体酶八、酶工程简介第7页，课件共161页，创作于2023年2月

Page8酶的化学本质酶，是有催化能力的蛋白质，不包括核酶（有催化能力的RNA分子）。酶与其他蛋白一样,由氨基酸构成，具有一、二、三、四级结构。酶也会受到某些物理、化学因素作用而发生变性，失去活力。酶分子量很大，具有胶体性质，不能透析。酶也能被蛋白酶水解。因为：酶经酸水解的产物是Aa凡是能使蛋白质变性的因素也能使酶变性酶存在两性解离和等电点性质和蛋白质一样不能透过半透膜和蛋白质具有相同的颜色反应

第8页，课件共161页，创作于2023年2月

Page9酶的化学组成有催化能力的蛋白质（核酶除外）。单纯酶：完全由蛋白质组成的酶,没有辅助因子。E.g.各种水解酶：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。结合酶=酶蛋白（脱辅酶）+辅助因子（辅因子）=全酶辅助因子：金属离子或有机小分子辅酶:和酶蛋白结合疏松,能用透析或超滤法除去辅基:和酶蛋白结合紧密,不能用透析或超滤法除去第9页，课件共161页，创作于2023年2月

Page10一些金属离子作为酶的辅助因子第10页，课件共161页，创作于2023年2月

Page11转移电子、原子或化学基团的辅酶或辅基(有机分子)第11页，课件共161页，创作于2023年2月

Page12根据酶蛋白分子的特点：单体酶(monomericenzyme)：一般是由一条肽链组成。寡聚酶(oligomericenzyme)：由两个或两个以上亚基组成的酶，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的，亚基之间靠次级键结合，彼此容易分开。多酶复合体(multienzymecomplex)：由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。第12页，课件共161页，创作于2023年2月

Page13多酶复合体及其进化第13页，课件共161页，创作于2023年2月

Page14一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及其组成三、酶的命名和分类四、酶的专一性五、酶的动力测定和分离纯化六、核酶七、抗体酶八、酶工程简介第14页，课件共161页，创作于2023年2月

Page15习惯命名法:1、根据其催化底物来命名；2、根据所催化反应的性质来命名；3、结合上述两个原则来命名;4、有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。第15页，课件共161页，创作于2023年2月

Page16国际系统命名法系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。E.g.

习惯名称:谷丙转氨酶系统名称:丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酶催化的反应:

谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸

第16页，课件共161页，创作于2023年2月

Page17酶的编号第17页，课件共161页，创作于2023年2月

Page18酶的分类1氧化还原酶类

2转移酶类

3水解酶类

4裂合酶类

5异构酶类

6连接酶类第18页，课件共161页，创作于2023年2月

Page19六大类酶的特征氧化-还原酶催化氧化-还原反应。主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1氧化-还原酶OxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH+第19页，课件共161页，创作于2023年2月

Page20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。

例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。2转移酶TransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO第20页，课件共161页，创作于2023年2月

Page21水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：3水解酶hydrolase第21页，课件共161页，创作于2023年2月

Page22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。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。4裂合酶Lyase第22页，课件共161页，创作于2023年2月

Page23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。

例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。5异构酶Isomerase第23页，课件共161页，创作于2023年2月

Page24合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸+CO2

草酰乙酸6合成酶LigaseorSynthetase第24页，课件共161页，创作于2023年2月

Page25一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及其组成三、酶的命名和分类四、酶的专一性五、酶的动力测定和分离纯化六、核酶七、抗体酶八、酶工程简介第25页，课件共161页，创作于2023年2月

Page26酶的专一性1.结构专一性

绝对专一性(absolutespecifity)：有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一种底物,而不作用于任何其他物质。相对专一性：有些酶对底物的要求绝对专一性要低一些，可作用一类结构相近的底物。第26页，课件共161页，创作于2023年2月

Page272.立体异构专一性(stereospecificity)

立体异构专一性：当底物具有立体异体时，酶只能作用其中的一种。旋光异构专一性几何异构专一性第27页，课件共161页，创作于2023年2月

Page28关于酶作用专一性的假说

1894年Fisher提出“锁与钥匙”学说：即酶与底物为锁与钥匙的关系,以此说明酶与底物结构上的互补性。局限性:不能解释酶的逆反应。第28页，课件共161页，创作于2023年2月

Page291958年Koshland提出“诱导契合”假说，酶与底物作用的专一性是由于酶与分子的结构互补，诱导契合，通过分子的相互识别而产生的。第29页，课件共161页，创作于2023年2月

Page30一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及其组成三、酶的命名和分类四、酶的专一性五、酶的动力测定和分离纯化六、核酶七、抗体酶八、酶工程简介第30页，课件共161页，创作于2023年2月

Page31酶活力的测定1.酶活力(enzymeactivity)：指酶催化一定化学反应的能力,酶活力的大小可以用一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示，两者呈线性关系。2.酶的活力单位（U，activityunit）酶活力的大小即酶含量的多少，用酶活力单位表示，即酶单位（U）。酶单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。第31页，课件共161页，创作于2023年2月

Page32单位⑴在最适条件下，1分钟内转化1微摩尔底物所需的酶量为一个活力单位(IU)。温度规定为25度，其他条件取反应的最适条件。即

1IU=1μmol/min

⑵在最适条件下，每秒钟能催化1摩尔底物转化成产物所需的酶量，定为1Kat单位。

1Kat=60*106IU1IU=1/60μKat=16.7nKat第32页，课件共161页，创作于2023年2月

Page333.酶的比活力

比活力(specificactivity)：代表酶的纯度，规定每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数表示。单位是u/mg。比活力越高则酶越纯。4.酶活力的测定方法分光光度法(spectrophotometry)

荧光法(fluorometry)

同位素测定方法电化学方法(electrochemicalmethod)第33页，课件共161页，创作于2023年2月

Page34酶的分离和纯化已知绝大多数酶是蛋白质，因此酶的分离提纯方法，也就是常用来分离提纯蛋白质的方法。酶的提纯常包括两方面的工作：一是把酶制剂从很大体积浓缩到比较小的体积；二是把酶制剂中大量的杂质蛋白和其他大分子物质分离出去。注意：选材；破碎；抽提；分离及纯化；结晶；保存。第34页，课件共161页，创作于2023年2月

Page35一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及其组成三、酶的命名和分类四、酶的专一性五、酶的动力测定和分离纯化六、核酶七、抗体酶八、酶工程简介第35页，课件共161页，创作于2023年2月

Page36核酶：具有催化功能的RNA分子。核酶的种类：分子间催化核酶催化分子内反应核酶核酶发现的意义：生命起源研究第36页，课件共161页，创作于2023年2月

Page37一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及其组成三、酶的命名和分类四、酶的专一性五、酶的动力测定和分离纯化六、核酶七、抗体酶八、酶工程简介第37页，课件共161页，创作于2023年2月

Page38抗体酶：本质是免疫球蛋白，但是在易变区被赋予了酶的属性，即具有酶活性的抗体。意义：设计水解特定肽键的抗体酶，以对Aa序列进行研究；利用抗体酶专一破坏病原体或血凝块；立体专一性抗体酶，在制药中消除对映体。第38页，课件共161页，创作于2023年2月

Page39化学酶工程天然酶化学修饰酶固定化酶人工模拟酶生物酶工程克隆酶（基因工程）突变酶（人工基因修饰）新酶的人工设计第39页，课件共161页，创作于2023年2月

Page40

第二部分酶促反应动力学(kineticsofenzyme-catalyzedreactions)一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度与酶促反应五、pH与酶促反应六、激活剂与酶活性第40页，课件共161页，创作于2023年2月

Page41化学反应有两个方面的基本问题：

1反应进行的方向、可能性和限度，属于化学热力学的研究范围。

2反应进行的速率和反应机制，属于化学动力学研究范围。(用来解决：同是热力学可能的反应，为什么有些反应速率快，有些反应速率慢？)意义：

通过化学动力学的研究，在理论上能够阐明化学反应的机制，使我们了解反应的具体过程和途径。在实际应用上，可以根据反应速率来估计反应进行到某种程度所需的时间；也可以根据影响反应速率的因素进一步对反应进行控制。第41页，课件共161页，创作于2023年2月

Page42（一）反应速率及其测定反应速率是以单位时间内反应物或生成物浓度的改变来表示。

APvo=-D[A]orD[P] Dt Dt第42页，课件共161页，创作于2023年2月

Page43（二）反应分子数和反应级数

在研究化学反应速率和反应物浓度的关系时，有两种分类方法:反应分子数、反应级数。反应分子数1单分子反应：

-仅有1种反应分子参加的反应-AP，如同分异构-V=K*C–V反应速度，K反应速率常数，C反应物浓度2双分子反应

-有2种反应分子参加的反应-A+BP+Q-V=K*C1*C2反应级数1一级反应（单分子反应）

-符合V=K*C的反应

-蔗糖+水葡萄糖+果糖

-V=K*C蔗糖*C水（由于水》蔗糖，因此水的影响忽略）

-则V=K*C蔗糖2二级反应（双分子反应）

-符合V=K*C1*C2的反应3零级反应

-反应速率与反应物无关的反应第43页，课件共161页，创作于2023年2月

Page44（三）各级反应的特征1一级反应凡是反应速率只与反应物的浓度的一次方成正比的。V=KC速率常数与半衰期成反比，半衰期与反应物的初浓度无关。2二级反应凡是反应速率与反应物质浓度二次方（或两种物质浓度的乘积）成正比的。V=KC1C2K的单位是mol-1.L.S-1,这是二级反应的特征，也是求K和决定是不是二级反应的一个方法。3零级反应凡是反应速率与反应物浓度无关而受它种因素影响而改变的反应。V=KK的单位是mol.L-1.s-1。第44页，课件共161页，创作于2023年2月

Page45一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度与酶促反应五、pH与酶促反应六、激活剂与酶活性第45页，课件共161页，创作于2023年2月

Page46（一）中间络合物学说E+SE-SE+Pk1k2k3可以用来解释：FirstorderZeroorderConc.At½maxvelocity第46页，课件共161页，创作于2023年2月

Page47第47页，课件共161页，创作于2023年2月

Page48（二）、酶促反应的动力学方程式1米氏方程(Michaelis-meten方程)V：初速度Vmax:最大速度[S]：底物浓度Km：米氏常数v=

Vmax[S][S]+Km第48页，课件共161页，创作于2023年2月

Page49第49页，课件共161页，创作于2023年2月

Page502米氏常数的意义Km是酶的一个特征常数：Km只与酶的性质有关，与酶浓度无关；Km值只是在固定的底物，一定的的温度和PH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同的条件下具有不同的Km值。Km可近似地表示酶与底物的亲和力

Km越小，表示酶与底物的亲和力越大

Km越大，表示酶与底物的亲和力越小如果一个酶有多个底物，则Km最小的底物是该酶的最适底物。若已知Km，就可计算出在某一底物浓度时，V0相当于Vmax的百分率，如[S]=3Km，则V=0.75Vmax在可逆反应中，Km值中最小的反应方向是该酶促反应的主要方向。如果代谢途径各酶的Km值已知，Km值最大的酶是限速酶。第50页，课件共161页，创作于2023年2月

Page513利用作图法测定Km和Vmax值理论上，只要连续测定出对应底物的化学反应速度，并增加底物的浓度使反应到过最大速度，通过作图就可以测定出Km。但事实上要得到Vmax，需要很大的底物浓度，即使将底物浓度增加到很大，也只能趋近于Vmax，而导致Km不精确，那怎么办吗？变换米氏方程！

如一次方程式

y=Kx+b两侧取倒数v=

Vmax[S][S]+Km=KmVmax1Vmax+

1[S]1V第51页，课件共161页，创作于2023年2月

Page52双倒数作图法-1/Km1/Vmax斜率=Km/Vmax第52页，课件共161页，创作于2023年2月

Page53（三）、多底物的酶促反应动力学许多酶催化的反应比较复杂，包含一种以上底物，它们的反应按分子数分为几类，单分子称为uni，双分子称为bi，三分子为ter，四分子为quad。较为常见的是双底物双产物反应，称为bi－bi反应：A+B→P+Q目前认为大部分双底物反应可能有三种反应机理：第53页，课件共161页，创作于2023年2月

Page541.依次反应机理需要NAD+或NADP+的脱氢酶的反应就属于这种类型。辅酶作为底物A先与酶生成EA，再与底物B生成三元复合物EAB，脱氢后生成产物P，最后放出还原型辅酶NADH或NADPH。2.随机机理底物的加入和产物的放出都是随机的，无固定顺序。如糖原磷酸化的反应。3.乒乓机制转氨酶是典型的乒乓机制，酶首先与底物A（氨基酸）作用，产生中间产物EA，底物中的氨基转移到辅酶，使辅酶中的磷酸吡哆醛变成磷酸吡哆胺，即EA转变为FP，然后放出产物P（α－酮酸），得到酶F，再与底物B（另一个酮酸）作用，放出产物Q（相应的氨基酸）和酶E。由乙酰辅酶A、ATP和HCO3-三个底物生成丙酰辅酶A的反应也属于乒乓机制。

第54页，课件共161页，创作于2023年2月

Page55序列反应与乒乓反应的区别第55页，课件共161页，创作于2023年2月

Page56一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度与酶促反应五、pH与酶促反应六、激活剂与酶活性第56页，课件共161页，创作于2023年2月

Page57使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用（inhibition）。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂(inhibitor)。

酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：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较稳定的复合体或结合物。第57页，课件共161页，创作于2023年2月

Page58A.不可逆抑制(irreversibleinhibition)

-抑制剂与酶以共价键结合

-不能用透析、超滤方法除去抑制剂

-酶的修饰抑制B.可逆抑制(reversibleinhibition)

-抑制剂与酶以非共价键结合

-能用透析、超滤方法除去抑制剂，而使酶的活性恢复

竞争性抑制(competitiveinhibition)

-抑制剂与底物相似，可以竞争性地与酶的活性中心结合

-增加底物的浓度可以解除抑制

非竞争性抑制(noncompetitiveinhibition)

–抑制剂与底物不相似,抑制剂是与活性中心外结合位点结合

–可形成酶-抑制剂-底物三元复合物

反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)

-酶与底物先结合，然后再与抑制剂结合第58页，课件共161页，创作于2023年2月

Page59可逆抑制与不可逆抑制的区别第59页，课件共161页，创作于2023年2月

Page60竞争性抑制E+SE-SE+P+EI+SINRK1K2K3K12K111抑制剂(I)与底物(S)非常相似2I与S竞争酶的活性中心3增加S的浓度可解除抑制,因此不影响Vmax,但酶的亲和力减小(Km增大)第60页，课件共161页，创作于2023年2月

Page61竞争性抑制第61页，课件共161页，创作于2023年2月

Page62竞争性抑制第62页，课件共161页，创作于2023年2月

Page63反竞争性抑制E+SE-SE+P+EISIK1K2K3K12K111抑制剂先与底物结合,然后再与抑制剂结合2由于ESI不能解离产生P和E,因此Km减小,Vmax也减小第63页，课件共161页，创作于2023年2月

Page64反竞争性抑制第64页，课件共161页，创作于2023年2月

Page65非竞争性抑制E+SE-SE+P+ESIK1K2K3I+EI+SNR1因为I不影响E与S的结合,因此Km不变2ESI不能解离产生P和E,因此Vmax减小第65页，课件共161页，创作于2023年2月

Page66非竞争性抑制第66页，课件共161页，创作于2023年2月

Page67总结:三种可逆抑制的区别(一)第67页，课件共161页，创作于2023年2月

Page68总结:三种可逆抑制的区别(二)NoinhibitorCompetitive:VmaxsameKMchangesNoncompetitive:VmaxchangesKMsame1V1/[S]0第68页，课件共161页，创作于2023年2月

Page69重要的抑制剂有机磷化合物；有机汞、有机砷化合物；重金属盐；氰化物、硫化物和CO；青霉素；烷化试剂；Ks型不可逆抑制剂Kcat型不可逆抑制剂不可逆抑制剂可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂抗代谢物或代谢类似物第69页，课件共161页，创作于2023年2月

Page70一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度与酶促反应五、pH与酶促反应六、激活剂与酶活性第70页，课件共161页，创作于2023年2月

Page71第71页，课件共161页，创作于2023年2月

Page72一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度与酶促反应五、pH与酶促反应六、激活剂与酶活性第72页，课件共161页，创作于2023年2月

Page73在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH（optimumpH）。第73页，课件共161页，创作于2023年2月

Page74一、化学动力学基础二、底物浓度对酶反应速率的影响三、酶的抑制作用四、温度与酶促反应五、pH与酶促反应六、激活剂与酶活性第74页，课件共161页，创作于2023年2月

Page75激活剂(activator):凡能增强酶活性的物质，其中大部分是无机离子或简单的有机化合物。必须激活剂：激活剂与酶结合后酶才有活性非必须激活剂:激活剂与酶的结合使酶活性由弱变强金属离子

-Mg2+、K+、Mn2+

等阴离子

-Cl-等有机小分子

-胆汁酸盐等第75页，课件共161页，创作于2023年2月

Page76第三部分酶的作用机制和酶的调节一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制六、同工酶（isoenzyme）第76页，课件共161页，创作于2023年2月

Page77(一)酶活性部位的特点酶的活性中心(activecenter):存在于酶分子表面的,具有结合和催化底物的，形成产物的空间区域.活性中心=结合基团+催化基团必须基团=结合基团+催化基团+活性中心外必须基团（维持活性中心存在的基团）酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。通常把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。结合部位决定酶的专一性催化部位决定酶所催化反应的性质第77页，课件共161页，创作于2023年2月

Page78活性中心由少量残基构成的，并且在一级结构上可能相距较远第78页，课件共161页，创作于2023年2月

Page79酶与底物的诱导契合第79页，课件共161页，创作于2023年2月

Page80底物与酶的结合基团是通过次级键结合的--氢键、盐键、疏水作用、范德华力活性中心构象比其他部分更容易发生变化，这与酶--底物的诱导契合相一致酶的活性取决于活性中心的构象酶的活性外部分对于酶的活性并不一定是必须的但那些用于维持活性中心构象的活性中心外部分是必须的，这些基团被称为活性中心外必须基团在大多数情况下酶分子要比底物分子大第80页，课件共161页，创作于2023年2月

Page81（二）研究酶活性部位的方法1定点诱变法对于Aa或基因序列已知的酶，用改变Aa残基的方法确定活性部位如果被代换的Aa不影响酶的活性，则该位置的Aa残基不是必须基团如果被代换的Aa便酶活性丧失或降低，则该位置的原有Aa残基是必须基团-Vmax不变，Km值升高，该位置Aa为结合基团-Vmax降低，Km值不变，该位置Aa为催化基团-酶活性完全丧失，该位置Aa为必须基团第81页，课件共161页，创作于2023年2月

Page822化学修饰法用某些化学试剂与酶分子侧链基团以共价键结合，观察酶的活性改变，以确定活性中心的Aa残基如果共价修饰后酶活性不受影响，则修饰的Aa残基不是活性中心内的；如果酶活性丧失或降低，则修饰的Aa残基可能位于活性中心内--修饰剂浓度与酶失活或降低的程度是否成正比如果成正比，则修饰位于活性中心内--底物或可逆抑制剂与酶结合后能否再被修饰剂共价修饰如果能被修饰，则修饰部位不在活性中心须用Aa测序进行鉴定动力学参数测定法X射线晶体结构分析法第82页，课件共161页，创作于2023年2月

Page83一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制六、同工酶（isoenzyme）第83页，课件共161页，创作于2023年2月

Page841酶反应可分成两类：一类反应仅仅涉及到电子的转移，这类反应的速率或转换数在108/s数量级；另一类反应涉及到电子和质子两者或者其他基团的转移，它们的速率在103/s数量级2酶的催化作用是由Aa侧链上的功能基团和辅酶为媒介的3酶催化反应的最适pH范围通常是狭小的4与底物相比较，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些5酶具有四个有利条件：A在活性部位存在1个以上的催化基团，所以能进行协同催化B存在有结合部位，因此底物分子可以以反应中固有的方位结合在活性部位附近C在包含有2个或2个以上底物分子参加反应的情况中，存在着1个以上的底物分子结合的部位D有时，底物以某种方式被结合到酶分子上，使底物分子中的键产手张力，从而有利于过渡态复合物的形成第84页，课件共161页，创作于2023年2月

Page85一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制六、同工酶（isoenzyme）第85页，课件共161页，创作于2023年2月

Page861邻近效应邻近效应(approximation,proximity):指酶与底物结合形成中间复合物以后，使底物和底物之间，酶的催化基团与底物之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大的升高，从而使反应速率大大增加的一种效应。第86页，课件共161页，创作于2023年2月

Page872定向效应定向效应(orientation):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。定向效应包括--反应物的反应基团之间（双底物反应基团邻近）--酶的催化基团和底物反应基团之间活性中心内定向使反应变成分子内反应第87页，课件共161页，创作于2023年2月

Page883底物的形变(distortion)和诱导契合(inducedfit)酶在发挥作用之前，必须与底物密切结合酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合酶的构象改变有利于与底物结合；底物在酶的诱导下发生形变，处于不稳定状态（过渡态），易受催化基团的攻击过渡态的底物与酶的活性中心结构最相吻合第88页，课件共161页，创作于2023年2月

Page894酸碱催化(acid-basecatalysis)专一酸碱催化

--在水溶液中通过高反应的H+和OH-进行的酸碱催化，即强酸强碱的催化

--细胞一般处于中性pH条件下，H+和OH-浓度很低，因此细胞环境中通常不是专一的酸碱催化广义酸碱催化

--由广泛的质子供体（酸）和质子受体（碱）参与的酸碱催化

--生理条件下不是强酸强碱而是近于中性的环境，因此高反应性的H+和OH-环境不存在

--因此广义酸碱催化指的是细胞内的弱酸弱碱参与的接受H+和提供H+的催化第89页，课件共161页，创作于2023年2月

Page90活性中心常见Aa残基的酸碱基团第90页，课件共161页，创作于2023年2月

Page91胰凝乳蛋白酶通过酸碱催化使肽键断裂第91页，课件共161页，创作于2023年2月

Page925共价催化(covalentcatalysis)

共价催化以称亲核催化或亲电子催化：在催化时，亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或汲取电子并作用于底物的缺电子中心或负电子中心，迅速形成不稳定的共价中间复合物，降低反应活化能，使反应加速。第92页，课件共161页，创作于2023年2月

Page936金属离子催化提高水的亲核性能：金属离子可以和水分子的OH-结合，使水显示出更大的亲核催化性能电荷屏蔽作用是酶是金属离子的一个重要功能许多氧化-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能金属离子通过3种主要途径参加催化过程：--通过结合底物为反应定向--通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应--通过静电稳定或屏蔽负电荷第93页，课件共161页，创作于2023年2月

Page947多元催化和协同效应

在酶催化反应中，常常是几个基元催化反应配合在一起共同起作用。8活性部位微环境的影响

在酶分子的表面有一个裂缝，而活性部位就位于疏水环境的裂缝中。第94页，课件共161页，创作于2023年2月

Page95一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制六、同工酶（isoenzyme）第95页，课件共161页，创作于2023年2月

Page96（一）溶菌酶(lysozyme)溶菌酶的作用是水解多聚糖链细菌细胞壁上的多聚糖被溶菌酶特异的水解从而破坏细菌细胞壁溶菌酶广泛存在于微生物及动物组织及分泌液中鸡蛋清中的溶菌酶由129个Aa残基构成，含4个二硫键，分子量14600第96页，课件共161页，创作于2023年2月

Page97第97页，课件共161页，创作于2023年2月

Page98第98页，课件共161页，创作于2023年2月

Page99（二）胰核糖核酸酶A(pancreaticribonucleaseA,RNaseA)第99页，课件共161页，创作于2023年2月

Page100第100页，课件共161页，创作于2023年2月

Page101第101页，课件共161页，创作于2023年2月

Page102（三）羧肽酶A(carboxypeptidaseA)羧肽酶：从蛋白质肽链羧基端水解蛋白质的酶，即肽链C端外切酶氨肽酶：从N端水解肽链的酶称氨肽酶羧肽酶是含307个Aa残基的单链蛋白质它的前体是由3个亚基聚合成羧肽酶原羧肽酶原经胰蛋白酶激活为羧肽酶羧肽酶的最适底物是C端为芳香族残基的大侧链Aa羧肽酶活性中心有一个Zn2+第102页，课件共161页，创作于2023年2月

Page103第103页，课件共161页，创作于2023年2月

Page104（四）丝氨酸蛋白酶(serineproteases)胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草菌蛋白酶、纤溶酶、组织纤溶酶原激活剂（TPA），都存在丝氨酸残基的催化基团，故名丝氨酸蛋白酶族。Ser是Ser、His、Asp（催化三联体）中的一个Aa残基。丝氨酸蛋白酶族的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶具有明显的同源性，其余蛋白酶无同源性，但存在催化三联体。酶学研究显示，三种消化酶的催化三联体一级结构上的源位置总是His-57,Asp-102,Ser-195。动力学研究提示它们具有相同的催化机理。第104页，课件共161页，创作于2023年2月

Page105第105页，课件共161页，创作于2023年2月

Page106第106页，课件共161页，创作于2023年2月

Page107

丝氨酸蛋白酶通过共价催化和广义酸碱催化的混合方式进行第107页，课件共161页，创作于2023年2月

Page108第108页，课件共161页，创作于2023年2月

Page109第109页，课件共161页，创作于2023年2月

Page110第110页，课件共161页，创作于2023年2月

Page111（五）天冬氨酸蛋白酶(asparticproteases)胃蛋白酶、凝乳酶、组织蛋白酶D、肾素、HIV-1蛋白酶，都在活性中心存在2个Asp残基（催化二联体），故名天冬氨酸蛋白酶系。两个Asp在一起通过广义酸碱进行催化。HIV-I蛋白酶是同型二聚体。第111页，课件共161页，创作于2023年2月

Page112第112页，课件共161页，创作于2023年2月

Page113一个Asp之-COOH具有低的解离值，因此可向反应提供质子（酸）另一个Asp之-COOH具有高的解离值，因此可以接受底物的质子（碱）因此Asp蛋白酶是通过广义酸与广义碱对底物进行催化的第113页，课件共161页，创作于2023年2月

Page114第114页，课件共161页，创作于2023年2月

Page115第115页，课件共161页，创作于2023年2月

Page116一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制六、同工酶（isoenzyme）第116页，课件共161页，创作于2023年2月

Page117（一）别构调控（allostericregulation）某些酶分子在活性中心外存在另一配体的结合部位（别构部位）别构部位与配体的结合使酶活性中心构象轻微变化而影响酶的功能能与别构部位结合的配体称别构效应剂，具有别效应的酶称别构酶别构效应有：别构激活（正协同效应），别构抑制（负协同效应）两种代谢底物经常是别构酶的别构激活剂，代谢产物往往是别构抑制剂别构酶通常是寡聚酶第117页，课件共161页，创作于2023年2月

Page118第118页，课件共161页，创作于2023年2月

Page119E.g异亮氨酸的合成第119页，课件共161页，创作于2023年2月

Page120第120页，课件共161页，创作于2023年2月

Page121别构酶动力学不符合Michaelis-Menten方程第121页，课件共161页，创作于2023年2月

Page122（二）酶原的激活（allostericregulation）酶原(zymogen)：某些活性酶的无活性前体蛋白（如果不是酶，则称某蛋白原）酶原激活：无活性的酶原形成活性酶的过程酶原激活的实质：活性中心的形成或暴露过程酶原激活的常见形式：切下一段多余的肽链第122页，课件共161页，创作于2023年2月

Page123第123页，课件共161页，创作于2023年2月

Page124第124页，课件共161页，创作于2023年2月

Page125胰蛋白酶对胰分泌的各种蛋白酶原的激活作用第125页，课件共161页，创作于2023年2月

Page126酶原激活的级联反应：凝血机制第126页，课件共161页，创作于2023年2月

Page127（三）可逆的共价修饰(reversiblecovalentmodification）酶蛋白肽链上的一些基团可与某些化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这种酶活性的调节方式称为共价修饰。能进行共价修饰的酶称为共价修饰酶。特点：

--在修饰过程中，酶的活性在无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种状态中改变

--共价修饰的互变是由不同的酶催化的

--属于酶活性的快速调节

--由激素信号启动的共价修饰会引起级联放大效应常见的共价修饰形式

--磷酸化与脱磷酸化--甲基化与脱甲基化--腺苷化与脱腺苷化---SH与-S-S-互变第127页，课件共161页，创作于2023年2月

Page128第128页，课件共161页，创作于2023年2月

Page129一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制六、同工酶（isoenzyme）第129页，课件共161页，创作于2023年2月

Page130同工酶：指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质等不同的一组酶。同工酶都是寡聚酶。同工酶存在于一种属或同一个体的不同的组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。同工酶是长期进化的产物。同工酶对进化、发育与细胞分化等的研究有重要意义。同工酶可用于疾病的诊断。第130页，课件共161页，创作于2023年2月

Page131乳酸脱氢酶（LDH）乳酸脱氢酶是了解最清楚的同工酶它催化乳酸脱氢生成丙酮酸LDH为四聚体蛋白质，由两种亚基H和M组成--LDH1H4--LDH2H3M--LDH3H2M2--LDH4HM3--LDH5M4LDH存在组织特异性，因此可通过血清LDH浓度的改变诊断疾病。第131页，课件共161页，创作于2023年2月

Page132第132页，课件共161页，创作于2023年2月

Page133第四部分维生素与辅酶一、维生素概论（vitamin）二、脂溶性维生素三、水溶性维生素四、作为辅酶的金属离子第133页，课件共161页，创作于2023年2月

Page134Vitamin，维他命，维生素，vit，v，维他维生素是异养生物不能合成的一类有机小分子化合物，机体的需要量很小，必须从食物中进行补充。维生素的功能通常是作为酶的辅助因子（辅酶与辅基）。因此，它对动物体正常生成与健康是必需的。第134页，课件共161页，创作于2023年2月

Page135维生素分类及缺乏症维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。水溶性维生素脂溶性维生素第135页，课件共161页，创作于2023年2月

Page136一、维生素概论（vitamin）二、脂溶性维生素三、水溶性维生素四、作为辅酶的金属离子第136页，课件共161页，创作于2023年2月

Page137维生素A,D,E,K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，需要脂肪和胆汁酸。维生素A分A1,A2两种，是不饱和一元醇类。维生素A1又称为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇。第137页，课件共161页，创作于2023年2月

Page138维生素D是固醇类化合物，主要有D2,D3,D4,D5。其中D2,D3活性最高。在生物体内，D2和D3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1，25-二羟基维生素D。其中1，25-二羟基维生素D3是生物活性最强的。作用：调节钙磷代谢第138页，课件共161页，创作于2023年2月

Page139维生素E：又叫做生育酚，目前发现的有6种，其中，，，四种有生理活性。维生素E极易氧化，因此是细胞内的一种重要的抗氧化剂。维生素E由于能够清除自由基，所以具有抗衰老、抗癌作用。第139页，课件共161页，创作于2023年2月

Page140维生素K：也称抗凝血维生素，有3种，K1,K2,K3。其中K3是人工合成的。维生素K是2-甲基萘醌的衍生物。第140页，课件共161页，创作于2023年2月

Page141一、维生素概论（vitamin）二、脂溶性维生素三、水溶性维生素四、作为辅酶的金属离子第141页，课件共161页，创作于2023年2月

Page142

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，这类分子被称为辅酶（或辅基）。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-还原反应或基团转移反应。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底物类型（底物专一性）。大多数辅酶的前体主要是水溶性B族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。第142页，课件共161页，创作于2023年2月

Page143硫胺素(维生素B1)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、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。第143页，课件共161页，创作于2023年2月

Page144维生素B2与FMN、FAD(1)核黄素(维生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪两部分组成。缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。NCCNHNNOOCH2CHCHCHCH2OPOHOHOHOHOOHCH3CH3第144页，课件共161页，创作于2023年2月

Page145维生素B2与FMN、FAD(2)功能：在脱氢FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素酶催化的氧化单核苷酸)是核黄素(维生素B2)的衍生物-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。CH3CH3NCCNHNN