厦门大学生命科学院生物化学课堂课件第七章酶

第七章酶一、酶通论

1.概述theearly1800sBiologicalcatalysiswasfirstrecognizedanddescribed

1850s

LouisPasteurconcludedthatfermentationofsugarintoalcoholbyyeastiscatalyzedby"ferments."

1897EduardBuchnerdiscoveredthatyeastextractscanfermentsugartoalcohol

1926JamesSumnerisolatedandcrystallizedtheurease

1930sJohnNorthropcrystallizedpepsinandtrypsinandfoundthemalsotobeproteins

1980sCechandAltmanfoundribozyme1.1酶的催化特点

⑴催化效率高；⑵酶的作用具有高度的专一性；⑶酶的作用条件温和，易失活；⑷酶的活力是受到调控的；⑸酶的催化活力与辅酶、辅基及辅助因子有关。

1.2酶的本质及组成

WiththeexceptionofasmallgroupofcatalyticRNAmolecules,allenzymesareproteins.全酶(holoenzyme)=脱辅酶(apoenzyme)+辅因子(cofactor)名称组成分子量举例单体酶一条多肽链13KD-35KD溶菌酶、胰蛋白酶寡聚酶几个至几十个亚基35KD-几百万道尔顿3-磷酸甘油醛脱氢酶、磷酸化酶A多酶体系几种酶彼此嵌合几百万道尔顿以上脂肪酸合成酶体系辅助因子辅酶

辅基1.3酶的命名⑴习惯命名法⑵国际系统命名法：明确地标明了酶的底物(底物之间用“：”隔开)和催化反应的性质，且每一种酶都有唯一确定的一个编号。如：

习惯名称系统命名编号谷丙转氨酶丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶EC2.6.1.2（1）氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶。

氧化酶类：有O2参与脱氢反应；脱氢酶类：没有O2参与脱氢反应；（2）转移酶类：催化一种分子上的基团转移到另一个分子上。（3）水解酶类：催化H2O参与下的分解反应或其逆反应。

（4）裂合酶类：催化一个分子裂分为两个分子的反应或其逆反应。（5）异构酶类：催化同分异构体之间互变反应的酶。（6）连接酶类：催化ATP参与下，两个物质合成一个新物质的反应。1.3酶的专一性绝对专一性结构专一性基团专一性相对专一性键专一性旋光异构专一性立体异构专一性几何异构专一性二、酶促反应动力学ΔG'°中间络合物学说一级反应混和级反应零级反应底物浓度对酶反应速度的影响2.1酶促反应的动力学方程式：米氏方程

米氏方程的推导：设Km＝(k2+k-1)/k1

又有[ES]=Vo/K2从米氏公式可以看出：⑴当酶浓度确定时，Vmax和Km是常数，所以V是[S]的一元函数；⑵当[S]﹥﹥Km时，Vo=Vmax;⑶当[S]﹤﹤Km时，Vo=Vmax/Km·[S]，反应速度和底物浓度的关系近似于直线函数关系。(4)当[S]=Km时，Vo=1/2VmaxKm的意义：⒈由于Km＝(k2+k-1)/k1，说明Km是反应速度常数的函数，而反应速度常数是由酶的反应性质和酶反应的条件决定的，所以对一个特定的反应来说，Km是一个特征常数，大小与酶浓度无关，而与具体的底物有关；

⒉从Km值可以判断酶的专一性和天然底物；1/Km可以近似表示酶对底物的亲和力的大小，1/Km越大，酶和底物的亲和力越大；⒊在Km＝(k2+k-1)/k1

中，当k2<<k-1，Km=k-1/k1，这时Km可以可看作ES的解离常数Ks，所以Km越大，即解离常数越大，表示E和S结合弱，ES不稳定。⒋从Km值的大小可以知道正确测定酶活力时所需要的底物浓度。⒌从Km值还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢路线。同一个底物往往可以被几种酶作用，发生不同的反应，其中Km值小的酶反应占优势。乳酸脱氫酶1.7×10-5丙酮酸脱氢酶1.3×10-3丙酮酸脱羧酶1×10-3Vmax=K2[Et]=Kcat[E]Kcat：催化常数，又称为酶的转换数，表示酶被底物饱和的时候，每秒种每个酶分子转换底物的分子数（单位是S-1）。Kcat越大，表示酶的催化效率越高。在生理条件下，大多数酶并不被底物饱和，所以这时的Kcat不能真实反映酶的催化效率。在生理条件下，当[S]〈〈[Et]时，

Vo=（Kcat/Km）[Et][S]所以，这时用Kcat/Km来作为酶的催化效率更恰当。Lineweaver-Burk双倒数作图法求Km、Vmax

2.2多底物的酶促反应动力学

A+B=P+Q(1)序列反应（2）随机反应（3）乒乓反应三、酶的抑制作用1.抑制与失活的区别2.抑制程度的表示方法相对活力分数抑制分数

3.抑制作用的类型不可逆抑制剂可逆抑制剂可逆抑制与不可逆抑制作用的鉴别V[E]123[E]V[I][I]（一）可逆抑制作用动力学

1.竞争性抑制作用：抑制剂和底物竞争酶的结合部位。2.非竞争性抑制作用：底物和抑制剂可以同时和酶结合，没有竞争现象，但结合了抑制剂后不能再分解为产物。3.反竞争性抑制：酶只有与底物结合后才能与抑制剂结合，但结合抑制剂后不能转化为产物。（二）重要的抑制剂1.不可逆抑制剂1.1非专一性不可逆抑制剂：有机磷化物、有机汞(砷)化物、重金属盐、烷化剂青霉素、氰化物1.2专一性的不可逆抑制剂(考过)

Ks型不可逆抑制剂：具有与酶的天然底物类似的结构。与酶结合后，利用所带的活性基团使酶的必需部位被共价修饰，抑制酶的活性。但所带的活泼基团也可以修饰酶的别的部位，所以该抑制剂的专一程度有限。又称为“亲和标记试剂”。Kcat型不可逆抑制剂：也具有与酶的天然底物类似的结构，且本身能被酶作用，使潜伏的基团活化而作用于酶的必需基团，酶被不可逆失活。又称为“自杀性底物”。

2.可逆抑制剂

（1）抗代谢物：磺胺药、5－FU（5—氟尿嘧啶）等

（2）过渡态类似物：

化学结构类似于底物和酶结合的过渡形式的一类抑制剂。四、影响酶作用的因素1.温度对酶反应的影响2.pH对酶反应的影响3.激活剂对酶反应的影响六、酶的作用机制（一）酶的活性中心酶的活性中心是指酶分子中能同底物结合并起催化反应的空间部位，包括结合位点和催化位点。酶的活性中心形态及酶的性质取决于整个酶的结构，最终取决于组成酶的肽链的氨基酸序列。酶的活性中心的特点：（1）活性中心只占整个酶体积的很小的一部分；（2）活性中心是一个具有三维空间构型的实体；（3）底物和酶在活性中心的结合力属于弱相互作用；（4）活性中心通常是一个裂缝，适合于底物的进入。（5）活性中心的结构具有柔性，是可变的。（二）研究酶活性部位的方法1.侧链基团的化学修饰法a非特异性的共价修饰法b特异性的共价修饰法c亲和标记法：与底物结构相似的共价修饰剂如TPCK、TLCK、TLME等。

2.X-射线晶体衍射法3.定点诱变法定点突变的方法改变编码蛋白质的DNA的顺序，通过判断突变前后酶活性的变化来研究酶的活性中心。生化反应得以进行需要克服的能垒包括：⑷酶分子上催化功能基团的正确定位；酶和底物的相互作用，可以克服以上的能垒：⑴通过底物在酶分子表面的定位，可以大大提高底物的局部浓度；⑵酶-底物的相互作用可以置换绝大多数的底物-水之间的氢键；⑶酶-底物相互作用时释放的Bindingenergy可以补偿底物分子形变所需的热能；⑷酶-底物的相互作用使酶发生诱导契合，这种形变又加强了酶-底物的相互作用；⑴反应物的无规则运动；⑵生物分子表面通过氢键形成的水化膜；⑶底物分子电荷和结构的重新排布；

（三）影响酶催化效率的因素

1.酶和底物的邻近和定向效应邻近效应是指通过底物在酶分子表面的定位从而大大提高底物的局部浓度，使反应速度加快的效应。定向效应是指底物在酶的作用下，采取有利于反应进行的取向。2.酶和底物的诱导契合底物在酶的作用下，某些基团的电子云密度发生改变，产生电子张力，底物分子形变，导致反应易于进行的效应。3.酸碱催化效应

酶通过向底物分子提供瞬时的质子或接受瞬时的质子而稳定酶-底物复合物，加快反应进行的效应。4.共价催化效应酶和底物生成不稳定的共价中间物，该中间物容易转变成过渡态，从而大大降低反应活化能。共价催化的一般形式是酶的亲核基团对底物中亲电的碳原子