第5章酶与维生素EnzymeandVitamins22课件

第5章酶与维生素EnzymeandVitamins主讲人：张海涛酶酶的分子组成及分类酶的命名及分类酶的活性中心酶的催化特性酶的催化机理酶促反应的机理酶促反应动力学一、酶的分子组成及分类结合酶

(conjugatedenzyme)单纯酶

(simpleenzyme)基本组成仅为氨基酸的一类酶。

由蛋白质和非蛋白质两部分组成。(一)根据酶的组成成分蛋白质部分：酶蛋白辅助因子金属离子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)辅助因子分类：金属酶约2/3的酶催化活性需要金属离子。与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。如Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+过渡金属离子。金属激活酶为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。如Na+、K+、Mg2+、Ca2+碱和碱土金属离子。辅酶

(coenzyme):辅基(prostheticgroup):按其与酶蛋白结合的紧密程度分为与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。与酶蛋白共价结合，不能用透析或超滤的方法除去。金属离子：金属离子的作用酶与底物间起桥梁作用；参与催化反应，传递电子；稳定酶的构象；

电荷屏蔽作用，降低反应中的静电斥力等。金属离子的电荷屏蔽作用激酶的底物Mg2+--ATP，Mg2+屏蔽磷酸基的负电荷，减少具有阴离子性质的电子对攻击亲核体。传递电子、质子或其它基团的运载体的作用。大多数水溶性维生素作为辅酶或辅基。小分子有机化合物的作用特点酶的种类繁多，辅酶(辅基)数目有限。酶蛋白决定反应的特异性，辅酶(辅基)决定反应的种类和性质。小分子有机化合物在催化中的作用转移基团辅酶或辅基所含维生素氢原子NAD+(辅酶Ⅰ)尼克酰胺(vitpp)NADP+(辅酶Ⅱ)尼克酰胺(vitpp)FMN核黄素(vitB2)FAD核黄素(vitB2)醛基TPP硫胺素(vitB1)酰基辅酶A泛酸烷基钴胺素vit(B12)CO2生物素生物素氨基磷酸吡哆醛吡哆醛(vitB6)一碳单位四氢叶酸叶酸(二)根据酶的结构特点及分子组成形式

多功能酶(串联酶)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中。单体酶：单一肽链仅具有三级结构的酶。寡聚酶：多个相同或不同亚基组成的酶。多酶体系：几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。以一定次序结合，形成催化作用的“流水线”。(三)根据酶的存在状态

在合成后分泌到细胞外发生作用的酶胞内酶：在合成分泌后定位于细胞内发生作用的酶大多数的酶属于此类。胞外酶：主要为水解酶。1、国际系统命名法系统名称=[底物名称＋酶作用基团]＋催化反应类型＋酶习惯名称=[底物名称＋酶]＋催化反应类型*底物按（供体：受体）形式写，水为底物可以不写谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸系统名称:丙氨酸:

-酮戊二酸氨基转移酶习惯名称:谷丙转氨酶系统编号Ex:EC1.1.1.1二、酶的命名及分类

国际系统分类法及编号（EC编号）国际酶学委员会对每个酶做了统一编号，一个酶只有一个编号，因此不会混淆。

酶的系统编号由“EC”加四个阿拉伯数字组成，每个数字之间以“·”隔开

，EC表示酶学委员会缩写。

酶的编号：EC+酶大类号·亚类号底物·亚亚类号·序号乳酸脱氢酶

EC1.1.1.27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按反应类型分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个亚类每个亚类又可分为若干个亚一亚类

国际系统分类法及编号（EC编号）2酶的分类

（按催化反应类型）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：合成酶类酶的活性中心三、酶的活性中心需基必团酶分子中，与酶活性密切相关的化学基团。在反应过程中酶与底物接触结合时，只限于酶分子的少数基团或较小的部位。酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生反应的部位，称为酶的活性中心。三、酶的活性中心结合基团与底物相结合催化基团活性中心外的必需基团催化底物转变成产物位于活性中心以外，维持酶活性中心空间构象所必需。酶分子中必需基团在一级结构上可能相距甚远，甚至位于不同的肽链上，通过肽链的盘绕、折叠而在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。——酶的活性部位结合酶：辅酶或辅基往往是活性中心的组成成分。三、酶的活性中心四、酶的催化特性什么是酶？

酶是生物催化剂：酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物催化剂。

生物催化剂：蛋白类酶(enzyme)，P酶

核酸类酶(ribozyme)，R酶生物体内一切生化反应都需要酶的催化才能进行！能显著改变化学反应速度；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；只加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。酶与一般催化剂的共同点1、酶促反应具有极高的效率（一）酶反应的特点催化效率比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。不需要较高的反应温度。加速反应的机理都是降低反应的活化能。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。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。酶的特异性(specificity)2、酶促反应具有高度的特异性酶对所作用底物的选择性。酶的专一性

根据酶对其底物结构选择的严格程度作用立体异构体中的一种(光学、几何异构体)

绝对特异性(absolutespecificity)只能作用于一种特定结构的底物。

相对特异性(relativespecificity)：作用于一类底物(一类化合物或一种化学键)

立体结构特异性(stereospecificity)：3、酶促反应的可调节性酶促反应受多种因素的调控：4、酶易失活使蛋白质变性的因素都可引起酶失活。对酶生成（诱导与阻遏）与降解量的调节酶催化效力的调节（别构调节和共价修饰）酶原激活不同组织、亚细胞同工酶五、酶促反应的机理（一）降低反应的活化能酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。提高反应速度的途径增加反应体系活化分子数注入能量降低化学反应的活化能

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

一定温度下，1mol底物分子从初态转变到活化态所需要的自由能。活化能：E+SE+PES

酶底物复合物（二）酶-底物复合物有利于底物转变成过渡态1.诱导契合理论酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化；底物在酶的诱导下也发生变形，处于不稳定的过渡态，底物过渡态与酶的活性中心互补。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。2.酶促反应的高效性（1）邻近效应与定向效应酶和底物复合物形成既是专一性的识别过程，也是使底物分子间反应变为分子内反应的过程。在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶的活性中心的有效浓度大大增加的效应，被称作酶的邻近效应。邻近效应：定向效应是指在酶的活性部位中，催化基团与底物与底物分子反应基团之间，形成了正确的定向排列，使分子间按正确的方向相互作用形成中间产物，从而降低了底物分子的活化能，增加了底物反应速度。（2）底物变形（distortion）

酶活性中心存在着广义的酸碱基团，能在近中性的pH范围内，作为催化性的质子供体或受体。

酶诱导底物分子内敏感键中某些基团的电子云密度发生变化，产生电子张力。底物更接近过渡态，降低反应活化能。（3）酸碱催化（acid-basecatalysis）活性中心疏水环境中，较低的介电常数易于底物分子与催化基团的相互作用。活性中心中的微环境影响催化基团的解离。（4）共价催化（covalentcatalysis）

酶活性中心亲核基团或亲电子基团，作用于底物的缺电子中心或负电中心，形成不稳定的共价中间复合物，降低反应活化能。（5）金属离子催化（6）活性中心微环境的影响酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。研究一种因素影响时，其余各因素均恒定。六、酶促反应动力学

研究酶促反应速度以及影响酶促反应速度各种因素的学科。影响因素包括有酶促反应速度单位时间内底物减少量或产物生成量来表示，通常测定单位时间内产物的生成量。[P]t酶促反应时间进程曲线反应速度初速度，取底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）的反应速度。-d[S]dtV==dtd[P][S]较低时，反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。Vmax（一）底物浓度对反应速度的影响[S]增高，反应速度不再成正比例加速；为混合级反应。[S]达一定程度，反应速度不再增加，达最大速度；为零级反应。底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线[S]V米氏方程式(Michaelisequation)ＶVmax[S]Km+[S]＝[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximumvelocity)Km：米氏常数(Michaelisconstant)——反应速度与底物浓度关系的数学方程式当反应速度为最大反应速度一半时：Km=[S]2=Km

+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax1/2底物的浓度2、Km与Vmax的意义Km值Km是酶的特性常数之一；当K2>>K3时，Km=K2/K1=Ks(ES解离常数)

1/Km可近似表示酶对底物的亲和力；同一酶对于不同底物有不同的Km值。Km意义：Vm：酶完全被底物饱和时的反应速度K3：酶的转换数(turnovernumber)，催化常数kcatVmax意义：Vmax=K3[E]K3=Vm[E]

当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。

——与酶浓度成正比。——用来比较每单位酶的催化能力。（二）酶浓度对反应速度的影响酶被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。V=K3[E]0v[E]酶浓度对反应速度的影响当[S]>>[E]温度升高，酶促反应速度升高；温度升高，可引起酶的变性，反应速度降低。（三）温度对反应速度的影响最适温度：酶促反应速度最快时的反应体系温度。不是酶的特征常数双重影响酶活性0.51.02.01.50102030405060温度

ºC温度对淀粉酶活性的影响

（四）pH对反应速度的影响酶催化活性最大时的反应体系pH。0酶活性pH

pH对某些酶活性的影响

胃蛋白酶

淀粉酶

胆碱酯酶246810※酶的最适pH不是酶的特征常数影响活性中心必须基团酶分子构象辅助因子底物最适pH

（五）抑制剂对反应速度的影响凡能使酶的催化活性下降，而不引起酶蛋白变性的物质。凡能使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用称为失活作用。

抑制剂对酶有一定选择性；引起变性的因素对酶没有选择性。酶的抑制剂(inhibitor)酶的变性（inactivation）区别抑制作用的类型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)竞争性抑制

(competitiveinhibition)非竞争性抑制

(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制

(uncompetitiveinhibition)专一性不可逆抑制非专一性不可逆抑制1、不可逆性抑制作用不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂使酶复活。

1.1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。1.2特点（二）可逆性抑制作用

抑制剂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；

竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制2.3