酶和催化反应培训课件

生物催化剂：酶（Enzyme），核酶（Ribozyme）。

酶:由活细胞合成的、对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。7/27/20231酶和催化反应酶学简史1860，Pasteur，发酵不能离开活细胞（活力论）。1897，Buchner兄弟，发酵可以在细胞外进行。意义：推翻活力论，打开生物化学的大门。1903，Harden与Young，发现zymase与cozymase。1926，Sumner，从刀豆中提纯出脲酶结晶。1930，Haldane，《酶》，酶促反应依赖于酶与底物之间的非共价键相互作用（假说）。7/27/20232酶和催化反应PeterB.Moore1940－1981，Cech，I型内含子是自我剪接的。RNA也可以是高效的生物催化剂（核酶）。1994，Joyce，人工合成的单链DNA具有催化活性（脱氧核酶）。2000，Moore，核糖体是核酶。蛋白质合成的最关键步骤（肽键形成）是由

RNA催化的。7/27/20233酶和催化反应第一节

酶和酶促反应

EnzymesandEnzymaticReactions7/27/20234酶和催化反应一、酶促化学反应具有热力学和动力学特性

S

PEE：酶EnzymeS：底物Substrate

P：产物

Product酶促反应：酶催化的化学反应热力学特征：热力学允许的化学反应；动力学特性：加速可逆反应的进程，不改变反应平衡点。7/27/20235酶和催化反应（一）动力学性质是对反应速率的描述

动力学是研究化学反应速率及其影响因素的科学。

任何反应速率均由底物浓度和速率常数（rateconstant,k）所决定。kS→Pv

=k[S]

反应速率：底物或产物浓度随时间进程的变化率。v=-[S]/dt=[P]/dt单位时间底物或产物的变化量。7/27/20236酶和催化反应一级反应（first-orderreaction）:单底物反应:

v仅依赖于一个底物浓度[S]，v=k[S]二级反应（second-orderreaction)：双底物反应：

v依赖于两个底物浓度和反应速率常数

v=k[S1][S2],0级反应：

v不依赖于底物浓度，只与反应速率常数有关

v

=k，[S]极大时，v不受[S]影响。7/27/20237酶和催化反应二、酶的化学本质是蛋白质蛋白质部分：酶蛋白

辅助因子(cofactor)

金属离子小分子有机化合物全酶

结合酶(conjugatedenzyme)

单纯酶

(simpleenzyme)决定反应的特异性及其催化机制

决定反应的性质和反应类型

7/27/20238酶和催化反应1905，Harden与Young，“酒化酶”（zymase）与“辅酒化酶”（cozymase）假说。酵母汁失活的酵母汁失活的酵母汁透析加热（含“酒化酶”）（含“辅酒化酶”）恢复活性的酵母汁混合7/27/20239酶和催化反应（一）酶蛋白单体酶

(monomericenzyme)：一条多肽链组成的酶。寡聚酶

(oligomericenzyme)：多个相同或不同亚基组成的酶。多酶体系

multienzymesystem)：由几种不同功能的酶聚合形成的多酶复合物。多功能酶

(multifunctionalenzyme)或串联酶：酶蛋白含有多种不同催化功能的结构域，这类酶称为多功能酶。7/27/202310酶和催化反应单体酶

牛胰核糖核酸酶(单链)；胰凝乳蛋白酶(三链)。寡聚酶

甘油醛-3-磷酸脱氢酶(a4)；

多酶体系丙酮酸脱氢酶复合体(12E1＋60E2＋6E3)

。多功能酶或串联酶酿酒酵母脂肪酸合成酶(a6b6)。7/27/202311酶和催化反应

（二）辅助因子（按其与酶蛋白结合的紧密程度）

辅酶(coenzyme)：非共价结合与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。

辅基(prostheticgroup)：共价结合与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。7/27/202312酶和催化反应金属酶(metalloenzyme)1、金属离子作为辅助因子金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。金属激活酶(metal-activatedenzyme)7/27/202313酶和催化反应金属酶金属离子金属激活酶金属离子过氧化氢酶Fe2+丙酮酸激酶K+，Mg2+过氧化物酶Fe2+丙酮酸羧化酶Mn2+，Zn2+谷胱苷肽过氧化物酶Se蛋白激酶Mg2+,Mn2+己糖激酶Mg2+精氨酸酶Mn2+固氮酶Mo2+磷脂酶CCa2+核糖核苷酸还原酶Mn2+细胞色素氧化酶Cu2+羧基肽酶Zn2+脲酶Ni2+碳酸酐酶Zn2+柠檬酸合酶K+金属酶和金属激活酶

7/27/202314酶和催化反应辅助因子的作用金属离子稳定酶的构象（少见）参与催化反应，传递电子（超酸催化剂）在酶与底物间起桥梁作用（配位键）中和阴离子，降低反应中的静电斥力小分子有机化合物在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。辅助因子决定反应的种类与性质7/27/202315酶和催化反应尼克酰胺（维生素PP之一）尼克酰胺（维生素PP之一）维生素B2（核黄素）维生素B2（核黄素）维生素B1（硫胺素）泛酸硫辛酸维生素B12生物素吡哆醛（维生素B6之一）叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II）FMN（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）辅酶A（CoA）硫辛酸钴胺素辅酶类生物素磷酸吡哆醛四氢叶酸氢原子（质子）醛基酰基烷基二氧化碳氨基甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位所含的维生素名称小分子有机化合物(辅酶或辅基)转移的基团尼克酰胺（维生素PP之一）尼克酰胺（维生素PP之一）维生素B2（核黄素）维生素B2（核黄素）维生素B1（硫胺素）泛酸硫辛酸维生素B12生物素吡哆醛（维生素B6之一）叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II）FMN

（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）辅酶A（CoA）硫辛酸钴胺素辅酶类生物素磷酸吡哆醛四氢叶酸氢原子（质子）醛基酰基烷基二氧化碳氨基甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位所含的维生素名称小分子有机化合物(辅酶或辅基)转移的基团小分子有机化合物作为辅助因子7/27/202316酶和催化反应三、酶的分类7/27/202317酶和催化反应（一）氧化还原酶类：催化传递电子、氢和需氧反应的酶。例如：脱氢酶类、加氧酶类、过氧化物酶和过氧化氢酶等。

7/27/202318酶和催化反应（二）转移酶类：催化分子间基团转移的酶糖基转移酶；氨基转移酶；磷酸转移酶：激酶

将磷酸基从ATP转到另外底物的酶。7/27/202319酶和催化反应（三）水解酶类：催化加水分解化学键

水解酶类

按其所水解的底物不同

根据它们的作用部位

蛋白酶、酯酶、磷酸酶、糖苷酶、核酸酶

外切酶、内切酶

7/27/202320酶和催化反应（四）裂合酶：催化从底物移去一个基团并形成双键或逆反应的酶。

裂解酶类:

非水解地催化一分子分裂成两个分子并留有双键的酶。

如：脱水酶、脱羧酶、醛缩酶

合酶（synthases）

催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与另一底物结合形成一个分子的酶。7/27/202321酶和催化反应（五）异构酶类：催化分子异构体互变的酶催化分子内部基团的位置互变、几何或光学异构体互变、醛酮互变的酶类。

如：变位酶、表构酶、异构酶。7/27/202322酶和催化反应（六）连接酶或合成酶类：

催化两分子结合成一分子并偶联有高能键的水解供能的酶类需ATP参与反应，由ATP提供高能键，水解供能。DNA连接酶、氨基酰-tRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶。7/27/202323酶和催化反应四、酶的命名

1.习惯命名法：器官+底物+反应+酶:乳酸脱氢酶;胃蛋白酶水解酶:水解省略;蛋白酶;脂肪酶;核酸酶2.系统命名法:根据酶分类命名每个酶有一个名称和一个分类编号。3.推荐名称7/27/202324酶和催化反应酶的分类系统名称编号催化的反应推荐名称1.氧化还原酶类(S)-乳酸：NAD+-氧化还原酶EC1.1.1.27(S)-乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+L-乳酸脱氢酶2.转移酶类L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶EC2.6.1.2L-丙氨酸+-酮戊二酸丙酮酸+L-谷氨酸丙氨酸转氨酶3.水解酶类1,4--D-葡聚糖-聚糖水解酶EC3.2.1.1水解有3个以上1,4--D-葡萄糖基的多糖中1,4--D-葡糖苷键-淀粉酶4.裂合酶类D-果糖-1,6-二磷酸D-甘油醛-3-磷酸裂合酶EC4.1.2.13D-果糖-1,6-二磷酸磷酸二羟丙酮+D-甘油醛-3-磷酸果糖二磷酸醛缩酶5.异构酶类D-甘油醛-3-磷酸醛-酮-异构酶EC5.3.1.1D-甘油醛-3-磷酸磷酸二羟丙酮丙糖磷酸异构酶6.连接酶类L-谷氨酸：氨连接酶（生成ADP）EC6.3.1.2ATP+L-谷氨酸+NH3ADP+Pi+L-谷氨酰胺谷氨酸-氨连接酶

酶的分类与命名举例

7/27/202325酶和催化反应HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脱氢酶的同工酶例：乳酸脱氢酶(LDH1～

LDH5)五、同工酶同工酶(isoenzyme)指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。1.定义:7/27/202326酶和催化反应2.作用特点:①催化同一种化学反应:②分子组成结构不同:多聚体同工酶是由不同基因或等位基因编码的多聚蛋白组成。不同组织细胞基因表达存在差异,组成不同的同工酶。③理化性质不同：④分布不同：⑤功能不同：例：乳酸脱氢酶（LDH）：乳酸与丙酮酸互变。7/27/202327酶和催化反应HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)

3.举例：乳酸脱氢酶

组成：2种亚基：HM5种同工酶（LDH1～LDH5）乳酸脱氢酶（LDH）同工酶电泳：正极负极分布：心脏肝脏和骨骼肌功能：乳酸→丙酮酸丙酮酸→乳酸7/27/202328酶和催化反应4.同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异性

同工酶存在于同一种属的不同个体，同一个体的不同组织细胞、同一细胞的不同亚细胞结构，同一组织、细胞的不同发育阶段。

7/27/202329酶和催化反应LDH同工酶红细胞白细胞血清骨骼肌心肌肺肾肝脾LDH1（H4）431227.10731443210LDH2（H3M）444934.70243444425LDH3（H2M2）123320.95335121110LDH4（HM3）1611.7160512720LDH5（M4）005.7790120565人体各组织器官LDH同工酶谱（活性%）7/27/202330酶和催化反应5.检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义

*

代谢调节；发育阶段特有的代谢特征；同工酶谱改变有助于对疾病的诊断；作为遗传标志，用于遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化1酶活性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱23457/27/202331酶和催化反应第二节酶的工作原理MechanismofEnzymaticReactions

7/27/202332酶和催化反应酶与一般催化剂的相同点：在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；加速可逆反应的进程，不改变反应的平衡点。7/27/202333酶和催化反应、酶与一般催化剂相似的工作原理（一）降低反应的活化能1．活化能

有效碰撞活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。2.加速反应的机理：降低反应的活化能。酶比一般催化剂更有效降低反应的活化能。7/27/202334酶和催化反应反应总能量改变

非催化反应活化能

酶促反应活化能

一般催化剂催化反应的活化能

能量

反应过程

底物产物

酶促反应活化能的改变

7/27/202335酶和催化反应二、酶促反应的特点酶催化作用的特点：酶促反应具有极高的效率；酶促反应具有高度的特异性（Specificity）；

酶促反应的可调节性；酶活性的不稳定性。7/27/202336酶和催化反应酶具有极高的催化效率7/27/202337酶和催化反应酶的特异性

(specificity)：一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶是高度专一的绝对特异性(absolutespecificity)：

相对特异性(relativespecificity)：立体结构特异性(stereo

specificity)：作用于一类化合物或一种化学键(胰蛋白酶)。只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物(脲酶)。作用于立体异构体中的一种(L-精氨酸酶、延胡索酸酶)。7/27/202338酶和催化反应各种蛋白酶对肽键的专一性

胰蛋白酶：碱性氨基酸

糜蛋白酶：芳香族氨基酸

弹性蛋白酶：脂肪族氨基酸7/27/202339酶和催化反应乳酸脱氢酶的立体异构作用催化L-乳酸脱氢生成丙酮酸，对D-乳酸无作用。7/27/202340酶和催化反应酶促反应是可调节的对酶生成与降解量的调节酶生物合成的诱导和阻遏；酶降解速度的调节酶催化效力的调节酶原激活（消化酶类）；酶的变构调节；共价修饰；产物的反馈抑制7/27/202341酶和催化反应酶的不稳定酶是蛋白质，凡是能使蛋白质变性的因素（高温、强酸、强碱、重金属）都能使酶失去催化活性。酶催化反应一般在常温、常压、中性pH。工业合成氨：500℃

，300大气压；生物固氮：中性pH，27℃。7/27/202342酶和催化反应三、酶的活性中心必需基团(essentialgroup)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。酶的活性中心(activecenter)或称活性部位:指酶分子表面能与底物特异结合并将底物转化为产物的具有特定空间结构的局部区域。（一）酶活性中心的必需基团7/27/202343酶和催化反应活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物

活性中心外的必需基团位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。7/27/202344酶和催化反应酶活性中心具有特定的三维空间结构:一级结构相距很远的必需基团，形成三级结构时相互接近。

活性中心外的必需基团:

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的基团。7/27/202345酶和催化反应底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团

活性中心

7/27/202346酶和催化反应酶活性中心具有三维结构，在酶分子中形成裂隙或凹陷的疏水口袋。

（二）酶活性中心的构象

有利于酶与底物结合及催化反应胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心“口袋”

7/27/202347酶和催化反应溶菌酶的活性中心催化基团；谷氨酸35天冬氨酸52结合基团:色氨酸62、63、108天冬氨酸101底物：多糖链的糖基A~F

位于酶的活性中心形成的裂隙中。637/27/202348酶和催化反应7/27/202349酶和催化反应（一）酶与底物相互作用

酶结合基团的作用

过渡态复合物E+S

E+P

ES

过渡态理论：(中间产物学说)1．酶与底物结合时相互诱导发生构象改变

酶-底物复合物四、酶对底物具有多元催化作用7/27/202350酶和催化反应酶与底物的结合是诱导契合而非锁钥模型诱导契合假说(induced-fithypothesis)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。7/27/202351酶和催化反应7/27/202352酶和催化反应羧肽酶的诱导契合模式底物7/27/202353酶和催化反应同所有的化学催化剂一样，酶通过降低反应的活

化能（DG‡）来加速反应。酶与底物非共价结合，释放出结合能（DGB），

酶利用此结合能降低酶促反应的活化能。2．形成酶-底物过渡态复合物过程中释放结合能7/27/202354酶和催化反应3、邻近效应与定向排列

邻近指底物汇聚于酶的活性中心，使酶活性中心的底物浓度高于其它处

定向则指底物的敏感化学键与酶的催化基团正好对准，使反应加速进行。7/27/202355酶和催化反应底物结合在酶活性中心,使底物相互接近、正确定向,成分子内反应，增加有效碰撞,提高反应速率。

底物B底物A酶酶-底物复合物7/27/202356酶和催化反应4.表面效应(surfaceeffect)：酶表面活性中心的疏水基团形成疏水性“口袋”，防止水化膜的干扰，有利酶与底物的密切接触。━━━━━━━━━━━━━━━7/27/202357酶和催化反应（二）酶对底物的多元催化作用

酸-碱催化：酶活性中心必需基团的质子供体（酸），质子接受体（碱），起质子转移作用，使反应速率提高102105倍。

1．质子转移反应都包含一般酶-碱催化反应

酶催化基团的作用7/27/202358酶和催化反应氨基酸残基酸（质子供体）碱（质子接受体）Glu、AspRCOOHRCOOLys、ArgCysRSHRSHisSerROHROTyrRNHHH+RNH2..CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶分子中具有酸-碱催化作用的基团

7/27/202359酶和催化反应2．酶可与底物形成瞬时共价键

共价催化：催化过程中，酶与底物形成瞬时共价键，使酶被激活，使底物容易进一步水解形成产物和游离的酶，这种催化机制称之。AB+E：

AE+BH2OAE+BA+E：+B7/27/202360酶和催化反应3．酶可通过亲核催化或亲电子催化加速反应

亲核催化：酶活性中心催化基团的阴离子亲核基团，与带有正电荷的过渡态底物，形成瞬间共价键，这种催化作用称之。亲电子催化：酶活性中心催化基团的阳离子亲电子基团，与富含电子的过渡态底物，形成瞬间共价键，这种催化作用称之。

7/27/202361酶和催化反应酶举例亲核基团共价结合中间产物丝氨酸蛋白酶丝氨酸OH酰基酶巯基酶半胱氨酸SH酰基酶ATP酶天冬氨酸COO磷酰基酶含吡哆醛的酶赖氨酸NH2Schiff碱磷酸甘油酸变位酶组氨酸磷酰基酶谷氨酰胺合成酶酪氨酸OH腺嘌呤酶酶的亲核基团与底物共价结合

7/27/202362酶和催化反应胰凝乳蛋白酶的亲核、共价催化机制

Ser-OH含未配对电子，具亲核性，对肽键进行亲核进攻，与肽键的羧基形成共价酰基酶。7/27/202363酶和催化反应第三节酶促反应动力学TheKineticsofEnzymaticReactions

7/27/202364酶和催化反应酶动力学研究研究酶促反应速度及其影响因素，并加以定量的阐述。影响因素包括有底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂、抑制剂等。7/27/202365酶和催化反应“酶促反应速度”指反应的初速度酶促反应速度初速度（v0）：在反应刚开始的一段时间内的反应速度。7/27/202366酶和催化反应酶活性：酶在一定条件下催化化学反应的速度，反映酶催化化学反应的能力。酶的活性单位：在规定条件下，单位时间内生成一定量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。

7/27/202367酶和催化反应催量（Katal）

在特定条件下，每秒钟将1mol底物转化成产物所需的酶量。

1IU＝16.67×10－9

Kat

1kat=6.0×107IU国际单位（internationalunit,IU）。

在规定的实验条件下，每分钟催化1mol底物转变成产物所需要的酶量为1个国际单位（IU）比活性：每mg蛋白质所含酶的国际单位数IU/mg蛋白）.反映酶的纯度指标。7/27/202368酶和催化反应二、底物浓度对反应速度的影响单底物、单产物反应研究前提在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。中间产物E+Sk1k2k3ESE+P7/27/202369酶和催化反应反应速率V对底物浓度[S]作图呈矩形双曲线。

7/27/202370酶和催化反应当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。[S]VVmax7/27/202371酶和催化反应随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。[S]VVmax7/27/202372酶和催化反应当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应[S]VVmax7/27/202373酶和催化反应※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应初速度Vmax：最大反应速度(maximumvelocity)Ｋm：米氏常数(Michaelisconstant)ＶVmax[S]

Km+[S]

＝──7/27/202374酶和催化反应3)快速平衡学说：

ES可以快速地分解为E及S，ES转化为P的速率很慢，K2>K3反应速率取决于慢反应。即V＝k3[ES]2.米-曼氏方程式的推导：1)中间产物学说1913年Michaelis和Menten“快速平衡学说”2)初速度：E+S

k1k2k3ESE+P7/27/202375酶和催化反应2）初速度：[St]＞＞[ES]，[ES]可以忽略不计[St]=[S]+[ES]

[St]-[ES]

=[S][St]=[S]E+S

k1k2k3ESE+P1925,GeorgeE.Biggs,J.B.S.Haldane稳态学说1)中间产物学说[Et]=[E]+[ES][St]=[S]+[ES][Et]:总酶浓度；[St]:总底物浓度；[E]:游离酶浓度;[S]:游离底物浓度;[ES]：酶底物复合物浓度7/27/202376酶和催化反应3）稳态学说：

ES的生成速率等于ES的分解速率

V生成=V分解

V生成=k1[E][S]=k1([Et]-[ES])[S]V分解=k2[ES]+k3[ES]

k1([Et]－[ES])[S]＝k2[ES]+k3[ES]E+S

k1k2k3ESE+P7/27/202377酶和催化反应当反应速度为最大反应速度一半时

Km值的推导Km＝[S]∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/27/27/202378酶和催化反应

Km值意义：a)

Km是酶的特征性常数之一；b)

Km可近似表示酶对底物的亲和力；c)

同一酶对于不同底物有不同的Km值。

Vmax定义：Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。7/27/202379酶和催化反应Km是酶的特征性常数

Km与酶性质和底物性质有关；与酶浓度无关。

同一酶对不同底物有不同的Km；不同酶对同一底物有不同的Km。Km的范围多在10-6～10-2mol/L之间。

K2+K3

Km的意义：Km=-----------

K17/27/202380酶和催化反应6.0103己-N-乙酰2葡萄糖胺溶菌酶2.5102H2O2过氧化氢酶4.0103D-乳糖-半乳糖苷酶2.5103N-苯甲酰酪氨酰胺1.08101甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶2.6102HCO3碳酸酐酶1.5103D-果糖5105D-葡萄糖4104ATP己糖激酶（脑）

Km（mol/L）底物酶

一些酶的底物的Km

7/27/202381酶和催化反应4．当[S]＞＞

Km时,

kcat代表酶的转换数kcat=K3=Vmax/[Et]=[P]/dt/[Et]

Kcat:酶饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变成产物的分子数。

多数酶的转换数在1104s1之间

当[S]＞＞

Km时:反应达最大速度，Vmax=K3[Et]7/27/202382酶和催化反应5．当[S]<<Km时，kcat/Km代表酶的催化效率

[Et][S]KmV

=kcat当[S]<<Km时，[S]忽略不计，已知：Vmax=kcat[Et]Vmax[S]

Km+[S]

V＝────

7/27/202383酶和催化反应1.双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法Vmax[S]Km+[S]V=（林－贝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]Ｋm值与Ｖmax值的测定7/27/202384酶和催化反应2.Hanes作图法[S][S]/V-KmKm/Vm在林－贝氏方程基础上，两边同乘[S][S]/V=Km/Vmax+[S]/Vmax7/27/202385酶和催化反应当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。关系式为：V=k3[E]0V[E]当[S]>>[E]时，Vmax=k3[E]

酶浓度对反应速度的影响

三、酶浓度对反应速度的影响7/27/202386酶和催化反应A：底物浓度曲线:[E]1>[E]2>[E]3

[E]的变化不影响酶促反应的Km。B：反应速率对酶浓度作图，V与[E]呈直线关系。

7/27/202387酶和催化反应在一定温度下，酶促反应速度达最大值，这个温度称为酶的最适温度。低温时，酶活性受到抑制（但未失活），温度回升，酶可恢复活性；高温＞60℃，酶开始变性，80℃变性不可逆，失去活性。四、温度的影响7/27/202388酶和催化反应7/27/202389酶和催化反应PH影响：E活性中心必需基团、S中基团的解离状态。在某一PH条件下，酶的催化能力最强，酶促反应速度达最大值，此时的PH称为酶的最适PH。五、PH的影响7/27/202390酶和催化反应7/27/202391酶和催化反应激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。

六、激活剂对反应速度的影响多数为无机离子：Na+、K+、Mg2+、Cl-等。

必需激活剂：Mg2+—多种激酶非必需激活剂：Cl-—唾液淀粉酶7/27/202392酶和催化反应七、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。区别于酶的变性抑制剂对酶有一定选择性抑制作用的类型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)7/27/202393酶和催化反应（一）可逆性抑制作用*概念抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制

*类型7/27/202394酶和催化反应抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低———竞争性抑制作用。

+IEIE+SE+PES反应模式竞争性抑制作用7/27/202395酶和催化反应

特点I与S结构类似，竞争酶的活性中心；b）酶可以结合底物或抑制剂，但不能同时结合两者。c）抑制程度取决于抑制剂与底物的相对浓度，增加底物浓度可减弱抑制作用。7/27/202396酶和催化反应竞争性抑制的速度方程7/27/202397酶和催化反应竞争性抑制的动力学参数变化

Km↑Vm不变举例：a、丙二酸为琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂；b、磺胺药为二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，（对氨基苯甲酸）；c、一些抗癌药是酶的竞争性抑制剂。7/27/202398酶和催化反应*反应模式+

S－S+

S－S+ESIEIEESEPE+SESE+P+IEI+SEIS+I非竞争性抑制作用7/27/202399酶和催化反应*特点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；抑制程度取决于抑制剂的浓度，增加底物浓度不能减弱抑制作用。7/27/2023100酶和催化反应非竞争性抑制的速度方程7/27/2023101酶和催化反应非竞争性抑制动力学参数变化

Km不变，Vm↓举例哇巴因是细胞膜Na+—k+—ATP酶的非竞争性抑制剂。7/27/2023102酶和催化反应*反应模式E+SE+PES+IESI++ESESESIEP反竞争性抑制7/27/2023103酶和催化反应*特点抑制剂只与酶-底物复合物结合；抑制程度取决于抑制剂的浓度和底物的浓度。7/27/2023104酶和催化反应反竞争性抑制的速度方程7/27/2023105酶和催化反应动力学参数表观KmKm增大不变减小最大速度Vmax不变降低降低林-贝氏作图斜率Km/Vmax增大增大不变纵轴截距1/Vmax不变增大增大横轴截距-1/Km增大不变减小与I结合的组分EE、ESES作用特征无抑制剂竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制各种可逆性抑制作用的比较7/27/2023106酶和催化反应(二)不可逆性抑制作用*举例有机磷化合物羟基酶解毒------解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物巯基酶解毒------二巯基丙醇(BAL)

*概念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。

7/27/2023107酶和催化反应不可逆性抑制作用的抑制剂

基团特异性抑制剂底物类似物自杀性抑制剂

7/27/2023108酶和催化反应1．基团特异性抑制剂：

羟基酶：酶活性中心的催化基团是丝氨酸残基上的羟基(OH)。如：胆碱酯酶和丝氨酸蛋白酶

巯基酶：酶活性中心的催化基团是半胱氨酸残基上的巯基(SH)。

重金属离子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等)及As3+等可与巯基酶分子中的巯基结合，使酶失活。

7/27/2023109酶和催化反应路易士气巯基酶失活的酶酸失活的酶BAL巯基酶BAL与砷剂结合物7/27/2023110酶和催化反应2．底物类似物可共价地修饰酶的活性中心

底物类似物与底物的结构相似，可特异地与酶的活性中心共价结合，不可逆地抑制酶的活性。此类抑制剂可作为亲和标记物，用来定性酶活性中心的功能基团。

TPCK对胰凝乳蛋白酶活性中心组氨酸咪唑环的亲和标记

TPCK：甲苯磺酰基-L-苯丙氨酸氯甲基酮7/27/2023111酶和催化反应

酶的自杀作用：

抑制剂作为底物与酶活性中心结合，生成酶-底物复合物（非共价结合）；经酶催化生成中间产物，不游离出产物；转化为酶的不可逆抑制剂，与酶活性中心共价结合，抑制酶活性。

E+SESE·IE-I

3．自杀性抑制剂是经过修饰的酶的底物7/27/2023112酶和催化反应第四节酶活性的调节RegulationofEnzymeActivities

7/27/2023113酶和催化反应酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）

调节方式调节对象关键酶多酶体系、关键酶、限速酶

调节酶：能够随环境因素的变化，改变酶催化活性、或酶量，进而能影响和调整反应途径、反应速率的酶。

7/27/2023114酶和催化反应1963年，Monod等首次提出别构酶(allostericenzyme)的概念变构效应剂(allosteric

effector)变构激活剂变构抑制剂

变构酶

(allostericenzyme)一些代谢物与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性。变构调节(allostericregulation)底物、终产物、其他小分子代谢物7/27/2023115酶和催化反应变构酶结构特点（1）别构酶为寡聚酶，具有四级结构（2）有催化部位和调节部位，可位于不同亚基，也可在同一亚基的不同部位。

7/27/2023116酶和催化反应变构效应剂+酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化7/27/2023117酶和催化反应

动力学特点

别构酶的V——[S]曲线是S型，而一般酶是矩形双曲线。7/27/2023118酶和催化反应7/27/2023119酶和催化反应生理意义①

代谢终产物反馈抑制(feedbackinhibition)反应途径中的酶，使代谢物不致生成过多。乙酰CoA乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA长链脂酰CoA7/27/2023120酶和催化反应

②变构调节使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促进糖的储存7/27/2023121酶和催化反应③变构调节使不同的代谢途径相互协调。柠檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰辅酶A羧化酶促进脂酸的合成7/27/2023122酶和催化反应共价修饰

常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化－SH与－S－S互变概念在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一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————共价修饰。7/27/2023123酶和催化反应酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白7/27/2023124酶和催化反应共价修饰的特点：

1、多数的酶具有两种形式，即无活性（或低活性）和有活性（或高活性）两种，互变时正反两个反应都由不同的酶所催化，受激素等调节因素的影响。2、共价修饰反应常是级联反应，可将化学信号极大地放大。3、磷酸化修饰虽是以ATP供给磷酸基团，但其耗能远小于合成酶蛋白所消耗的ATP，是体内经济有效的快速调节方式。

7/27/2023125酶和催化反应7/27/2023126酶和催化反应酶原(zymogen)

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。

酶原的激活一定条件下，酶原受某种因素作用后，分子结构发生变化，暴露或形成活性中心，转变为有活性的酶。酶原与酶原的激活7/27/2023127酶和催化反应赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程7/27/2023128酶和催化反应激活机制：

酶原分子内肽键的一处或多处断裂，进而使分子构象发生一定程度的改变，从而形成或暴露酶的活性中心部位。

7/27/2023129酶和催化反应7/27/2023130酶和催化反应酶原激活的生理意义

保证酶在特定的部位和环境中发挥作用

(1)消化系统：以蛋血酶原形式分泌，避免细胞产生的蛋白酶对细胞自身消化。(2)凝血系统：血管内，凝血酶原没有凝血作用，保证了血流畅通。

可以视为酶的储存形式。7/27/2023131酶和催化反应第五节酶与医学

1．酶的先天性缺陷酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。

2．酶原异常激活和酶活性异常改变胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。

3．一些疾病可以引起酶合成的改变

严重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而影响血液凝固。

酶与疾病的发生7/27/2023132酶和催化反应体液中酶的活性可作为疾病的诊断指标

2.恶性肿瘤前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。

组织器官损伤急性肝炎时，血清中丙氨酸转氨酶活性升高。

3.有些酶的清除和排泄障碍

肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。

4.酶的诱导合成增多胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。

7/27/2023133酶和催化反应

血清酶对某些疾病的诊断具有更重要的价值血清酶酶水平的改变病毒性肝炎胆管阻塞肌营养不良急性心肌梗死急性胰腺炎肿瘤转移到其他肝骨胆碱酶酯

或

有机磷化合物中毒

丙氨酸转氨酶

或

或

天冬氨酸转氨酶

碱性磷酸酶

骨疾病，骨折酸性磷酸酶

或前列腺癌乳酸脱氢酶

或巨幼红细胞性贫血肌酸激酶

脂酶

小肠穿孔小肠穿孔淀粉酶

-谷氨酰转移酶

7/27/2023134酶和催化反应酶作为药物可用于疾病的治疗

1．助消化消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以纠正。

3．溶解血栓链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，用于治疗心、脑血管栓塞等。

胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等可加强伤口的净化、抗炎和防止浆膜粘连等。在某些外敷药中加入透明质酸酶可以增强药物的扩散作用。2.清洁伤口和抗炎7/27/2023135酶和催化反应药物抑制或激活酶的活性起治疗作用

抗抑郁药通过抑制单胺氧化酶而减少儿茶酚胺的灭活，治疗抑郁症。洛伐他汀竞争性抑制HMG-CoA还原酶的活性，抑制胆固醇的生物合成，降低血胆固醇。苯巴比妥可诱导肝细胞UDP-葡萄糖醛酸基转移酶的生物合成，减轻新生儿黄疸，防止出现胆红素脑病。7/27/2023136酶和催化反应7/27/2023137酶和催化反应尼克酰胺（维生素PP之一）尼克酰胺（维生素PP之一）维生素B2（核黄素）维生素B2（核黄素）维生素B1（硫胺素）泛酸硫辛酸维生素B12生物素吡哆醛（维生素B6之一）叶酸NAD+（尼克酰胺腺