生物化学ppt-第三章酶.ppt

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1、第 四 章 酶Enzyme第一节第一节 酶的概念及作用特点酶的概念及作用特点第二节第二节 酶的命名和分类酶的命名和分类第三节第三节 酶的作用机理酶的作用机理第四节第四节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素第五节第五节 酶的活性调节酶的活性调节第六节第六节 酶的活力测定及分离提纯酶的活力测定及分离提纯第七节第七节 酶工程简介酶工程简介第八节第八节 维生素和辅酶维生素和辅酶第一节 酶的概念及作用特点一、酶的概念 酶酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用和是一类由活性细胞产生的具有催化作用和高度专一性的特殊高度专一性的特殊蛋白质蛋白质。简单说，酶是一类由。简单说，酶是一类由活性细胞产生的活性

2、细胞产生的生物催化剂生物催化剂。酶学研究简史n n公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。n n一百余年前，一百余年前，一百余年前，一百余年前，PasteurPasteurPasteurPasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。n n1877187718771877年，年，年，年，KuhneKuhneKuhneKuhne首次提出首次提出首次提出首次提出EnzymeEnzymeEnzymeEnz

3、yme一词。一词。一词。一词。n n1897189718971897年，年，年，年，BuchnerBuchnerBuchnerBuchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。n n1926192619261926年年年年，SumnerSumnerSumnerSumner首首首首次次次次从从从从刀刀刀刀豆豆豆豆中中中中提提提提纯纯纯纯出出出出脲脲脲脲酶酶酶酶结结结结晶晶晶晶。证证证证实实实实酶酶酶酶的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质本质质本质质本质质本质，获，获，获，获19461

4、94619461946年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。n n1982198219821982年年年年，CechCechCechCech首首首首次次次次发发发发现现现现RNARNARNARNA也也也也具具具具有有有有酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性，提提提提出出出出核核核核酶酶酶酶(ribozyme)(ribozyme)(ribozyme)(ribozyme)的概念。的概念。的概念。的概念。CechCechCechCech等获得等获得等获得等获得1989198919891989年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。n n199519951

5、9951995年年年年，Jack Jack Jack Jack W.SzostakW.SzostakW.SzostakW.Szostak研研研研究究究究室室室室首首首首先先先先报报报报道道道道了了了了具具具具有有有有DNADNADNADNA连连连连接接接接酶酶酶酶活活活活性性性性DNADNADNADNA片段，称为片段，称为片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。一、酶的催化特点一、酶的催化特点(一一一一)酶与一般催化剂的共性酶与一般催化剂的共性酶与一般催化剂的共

6、性酶与一般催化剂的共性 1 1 1 1本身反应前后无变化本身反应前后无变化本身反应前后无变化本身反应前后无变化 酶与一般催化剂一样，在化学反应前后都没有酶与一般催化剂一样，在化学反应前后都没有酶与一般催化剂一样，在化学反应前后都没有酶与一般催化剂一样，在化学反应前后都没有质和量的改变。质和量的改变。质和量的改变。质和量的改变。2 2 2 2不改变化学反应平衡常数不改变化学反应平衡常数不改变化学反应平衡常数不改变化学反应平衡常数 酶只催化热力学允许的化学反应，只能加速可酶只催化热力学允许的化学反应，只能加速可酶只催化热力学允许的化学反应，只能加速可酶只催化热力学允许的化学反应，只能加速可逆反应的

7、进程，而不改变反应的平衡点，作用是缩逆反应的进程，而不改变反应的平衡点，作用是缩逆反应的进程，而不改变反应的平衡点，作用是缩逆反应的进程，而不改变反应的平衡点，作用是缩短反应达到平衡所需的时间。短反应达到平衡所需的时间。短反应达到平衡所需的时间。短反应达到平衡所需的时间。3 3 3 3降低反应的活化能降低反应的活化能降低反应的活化能降低反应的活化能 活化能指的是在一定条件下，能使活化能指的是在一定条件下，能使活化能指的是在一定条件下，能使活化能指的是在一定条件下，能使l l l l摩尔底物摩尔底物摩尔底物摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能全部进入活化态所需要的自由能全部进入活化态所需要的自由

8、能全部进入活化态所需要的自由能(卡摩尔卡摩尔卡摩尔卡摩尔)。反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。（二）酶的催化特性（二）酶的催化特性 1.1.1.1.高度的催化效率高度的催化效率高度的催化效率高度的催化效率 酶催化效率比非催化反应高酶催化效率比非催化反应高酶催化效率比非催化反应高酶催化效率比非催化反应高

9、101010108 8 8 8 10 10 10 1020202020倍；比一倍；比一倍；比一倍；比一般催化剂高般催化剂高般催化剂高般催化剂高101010107 7 7 7 10 10 10 1013131313倍。倍。倍。倍。如：碳酸酐酶，每摩尔每分钟能转化如：碳酸酐酶，每摩尔每分钟能转化如：碳酸酐酶，每摩尔每分钟能转化如：碳酸酐酶，每摩尔每分钟能转化3 3 3 35105105105107 7 7 7摩尔底摩尔底摩尔底摩尔底物或每秒钟物或每秒钟物或每秒钟物或每秒钟6106106106105 5 5 5摩尔底物。摩尔底物。摩尔底物。摩尔底物。2.2.2.2.高度专一性高度专一性高度专一性高度

10、专一性 作为一种生物催化剂，酶对其作用的底物有一定的作为一种生物催化剂，酶对其作用的底物有一定的作为一种生物催化剂，酶对其作用的底物有一定的作为一种生物催化剂，酶对其作用的底物有一定的要求，即一种酶只作用于一种或一类特定的底物。酶要求，即一种酶只作用于一种或一类特定的底物。酶要求，即一种酶只作用于一种或一类特定的底物。酶要求，即一种酶只作用于一种或一类特定的底物。酶的专一性分为两大类：的专一性分为两大类：的专一性分为两大类：的专一性分为两大类：绝对特异性绝对特异性绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)(absolute specificity)(absolute sp

11、ecificity)(absolute specificity)：只能作用于只能作用于只能作用于只能作用于 特定结构的底物，进行一种专一的反应，生特定结构的底物，进行一种专一的反应，生特定结构的底物，进行一种专一的反应，生特定结构的底物，进行一种专一的反应，生 成一种特定结构的产物。成一种特定结构的产物。成一种特定结构的产物。成一种特定结构的产物。相对特异性相对特异性相对特异性相对特异性(relative specificity)(relative specificity)(relative specificity)(relative specificity)：作用于一类作用于一类作用于一类作

12、用于一类 化合物或一种化学键。化合物或一种化学键。化合物或一种化学键。化合物或一种化学键。立体结构特异性立体结构特异性立体结构特异性立体结构特异性(stereostereostereostereo specificityspecificityspecificityspecificity)：作用于立作用于立作用于立作用于立 体异构体中的一种。体异构体中的一种。体异构体中的一种。体异构体中的一种。乳酸脱氢酶的乳酸脱氢酶的乳酸脱氢酶的乳酸脱氢酶的底物和酶的三点附着底物和酶的三点附着底物和酶的三点附着底物和酶的三点附着（tree-point attachmenttree-point attachmen

13、ttree-point attachmenttree-point attachment）理论。理论。理论。理论。D(-)D(-)D(-)D(-)乳酸由于乳酸由于乳酸由于乳酸由于-OH-OH-OH-OH、-COOH-COOH-COOH-COOH的的的的 位置正好相反，因此造成与酶的三个基团不能完成结合，故位置正好相反，因此造成与酶的三个基团不能完成结合，故位置正好相反，因此造成与酶的三个基团不能完成结合，故位置正好相反，因此造成与酶的三个基团不能完成结合，故而不能受酶的催化。而不能受酶的催化。而不能受酶的催化。而不能受酶的催化。3 3高度的不稳定性，酶易失活高度的不稳定性，酶易失活 多数酶是蛋白

14、质。决定酶的作用条件一般应多数酶是蛋白质。决定酶的作用条件一般应多数酶是蛋白质。决定酶的作用条件一般应多数酶是蛋白质。决定酶的作用条件一般应在在在在温和温和温和温和的条件下，如中性的条件下，如中性的条件下，如中性的条件下，如中性pHpHpHpH、常温和常压下进行。、常温和常压下进行。、常温和常压下进行。、常温和常压下进行。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。4 4酶的催化活性的可调节性酶的催化活性的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不酶促反应受多种因素的调控，以适应

15、机体对不酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。方面的调节。方面的调节。方面的调节。n n 对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节n n 酶催化效力的调节酶催化效力的调节酶催化效力的调节酶催化效力的调节n n 通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进

16、行调节等 5.5.有的酶需辅助因子有的酶需辅助因子有的酶需辅助因子有的酶需辅助因子 有些酶是复合蛋白质，由酶蛋白和非蛋白有些酶是复合蛋白质，由酶蛋白和非蛋白有些酶是复合蛋白质，由酶蛋白和非蛋白有些酶是复合蛋白质，由酶蛋白和非蛋白小分子物质组成，后者称为辅因子，若将它们小分子物质组成，后者称为辅因子，若将它们小分子物质组成，后者称为辅因子，若将它们小分子物质组成，后者称为辅因子，若将它们除去，酶就失去活性。除去，酶就失去活性。除去，酶就失去活性。除去，酶就失去活性。酶在生活细胞中产生，大部分酶在细胞内起催化作用，酶在生活细胞中产生，大部分酶在细胞内起催化作用，称为称为胞内酶胞内酶。如：线粒体如：

17、线粒体-呼吸酶系呼吸酶系 叶绿体叶绿体-光合系统的酶系光合系统的酶系 细胞核细胞核-核酸合成的酶系核酸合成的酶系 内质网的核糖体上和胞质溶胶中内质网的核糖体上和胞质溶胶中-蛋白质生物合成蛋白质生物合成的酶系的酶系 有些酶被分泌到细胞外发挥作用，如人和动物消化道有些酶被分泌到细胞外发挥作用，如人和动物消化道以及某些细菌所分泌的水解淀粉、脂肪和蛋白质的酶，这以及某些细菌所分泌的水解淀粉、脂肪和蛋白质的酶，这类酶称类酶称胞外酶胞外酶。二、酶专一性：决定于酶的决定于酶的活性中心的构象活性中心的构象和和性质性质。1 结构专一性结构专一性概概念念：酶酶对对所所催催化化的的分分子子（底底物物，Substra

18、te）化化学结构的特殊要求和选择学结构的特殊要求和选择 类别类别：绝对专一性绝对专一性和和相对专一性相对专一性绝对专一性绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。用于一种底物，不作用于其它任何物质。尿素相对专一性相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。键。1）键专一性键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求。两端的

19、基团并无严格要求。2）基团专一性基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键以外，另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格要求严格，对另一个基团则要求不严格。消化道内几种蛋白酶的专一性消化道蛋白酶作用的专一性2 立体异构专一性概念概念概念概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求其立体异构也有一定的要求其立体异构也有一定的要求其

20、立体异构也有一定的要求类别类别类别类别：旋光异构专一性旋光异构专一性旋光异构专一性旋光异构专一性和和和和几何异构专一性几何异构专一性几何异构专一性几何异构专一性旋光异构专一性：旋光异构专一性：旋光异构专一性：旋光异构专一性：几何异构专一性：几何异构专一性：几何异构专一性：几何异构专一性：如：延胡索酸水化酶，只能催化延胡索酸即反如：延胡索酸水化酶，只能催化延胡索酸即反如：延胡索酸水化酶，只能催化延胡索酸即反如：延胡索酸水化酶，只能催化延胡索酸即反丁烯二酸水合生成苹果酸及其逆反应，对顺丁烯二酸水合生成苹果酸及其逆反应，对顺丁烯二酸水合生成苹果酸及其逆反应，对顺丁烯二酸水合生成苹果酸及其逆反应，对顺

21、丁烯二酸没有催化活性。丁烯二酸没有催化活性。丁烯二酸没有催化活性。丁烯二酸没有催化活性。据酶分子据酶分子组成分类组成分类单纯蛋白质酶类：单纯蛋白质酶类：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖 核酸酶等结合结合蛋白质酶类蛋白质酶类酶蛋白质酶蛋白质辅助因子辅助因子（辅酶或辅基）（辅酶或辅基）金属离子金属离子金属有机物金属有机物小分子有机物小分子有机物三、酶的化学本质及类别全酶(holoenzyme）=酶蛋白+辅因子辅酶辅酶：与酶蛋白结合比较松弛，用透析法可以除去的小分子有机物。辅基辅基：与酶蛋白结合比较紧密，用透析法不易除去的小分子物质。往 往以共价键和酶蛋白结合，如细胞色素氧化酶中的铁卟啉、黄 素蛋白中的F

22、AD等。单体酶单体酶：只有一条多肽链，属于这一类的酶很少，只有一条多肽链，属于这一类的酶很少，一般是催化水解反应的酶，相对分子质量为一般是催化水解反应的酶，相对分子质量为1300013000一一3500035000。寡聚酶寡聚酶：由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的。亚基之间以非可以是相同的，也可以是不同的。亚基之间以非共价键结合。相对分子质量从共价键结合。相对分子质量从3500035000到几百万。到几百万。多酶复合体多酶复合体：是由几个酶聚合是由几个酶聚合(嵌合嵌合)而成的复合而成的复合体。相对分子质量一般都在几百万以上。体。相对

23、分子质量一般都在几百万以上。据酶蛋白据酶蛋白特征分类特征分类核酶核酶：具有催化活性的RNA分子。第二节、酶的分类及命名1.1.酶的分类酶的分类*每一种酶有一个编号每一种酶有一个编号每一种酶有一个编号每一种酶有一个编号,如乳酸脱氢酶（如乳酸脱氢酶（如乳酸脱氢酶（如乳酸脱氢酶（EC1.1.1.27EC1.1.1.27）EC EC 1.1.1.27 1.1.1.27 大类大类大类大类 亚类亚类亚类亚类 亚亚类亚亚类亚亚类亚亚类 序号序号序号序号（1 1）氧化氧化氧化氧化-还原酶还原酶还原酶还原酶 OxidoreductaseOxidoreductase 氧化氧化氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化

24、还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。还原反应。还原反应。主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(Dehydrogenase)(Dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。如，乳酸如，乳酸如，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。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。(2)(2)(2)(2)转移酶转移酶转移酶转移酶 TransferaseTransferaseTransferaseTransferasen n转移酶催化基团转移反应，即将

25、一个底物分子的基团或原转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原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。子转移到另一个底物的分子上。子转移到另一个底物的分子上。子转移到另一个底物的分子上。例如，例如，例如，例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。（3 3）水解酶水解酶 HydrolaseHydrolasen n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。水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的

26、加水分解反应。n n主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、蔗糖酶及脂肪酶等。n n例如，脂肪酶例如，脂肪酶例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)(Lipase)(Lipase)催化脂的水解反应催化脂的水解反应催化脂的水解反应催化脂的水解反应(4)(4)裂解酶裂解酶 LyaseLyasen n 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或 原子原子原子原子形成双键的反应

27、及其逆反应。形成双键的反应及其逆反应。形成双键的反应及其逆反应。形成双键的反应及其逆反应。n n 主要包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶及脱氨酶等。n n 例如，例如，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。延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。(5)(5)异构酶异构酶 IsomeraseIsomerase异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物异构酶催化

28、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。分子内基团或原子的重排过程。分子内基团或原子的重排过程。分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，例如，例如，6-6-6-6-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。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。(6)(6)(6)(6)合成酶合成酶 Ligase or SynthetaseLigase or Synthetasen 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-CC-CC-C、C-OC-OC-OC-O、C-N

29、C-N C-N C-N 以及以及以及以及C-S C-S 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ATPATPATPATP分解分解分解分解反应相互偶联。反应相互偶联。反应相互偶联。反应相互偶联。A+B+ATP=AB+ADP+Pi A+B+ATP=AB+ADP+Pi A+B+ATP=AB+ADP+Pi A+B+ATP=AB+ADP+Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应例如，丙酮酸羧化酶催化的反应例如，丙酮酸羧化酶催化的反应例如，丙酮酸羧化酶催化的反应丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 +COCOCOCO2 2 2 2 草酰

30、乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸（7 7）核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸）RibozymeRibozymen 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RNARNARNARNA，能够催化，能够催化，能够催化，能够催化RNARNARNARNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆分子中的磷酸酯键的水解及其逆分子中的磷酸酯键的水解及其逆分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。反应。反应。反应。2.酶的命名(1)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

31、名；4.有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。(2)国际系统命名法n n系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如：加一个酶字。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:谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸 +丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸一些酶的命名举例一些酶的命名举例 第三节 酶的作用机理一、一、酶的催化作用与分子活化能酶的催化作用与分子活化能二、二、酶催化的中间产物理论酶催化的

32、中间产物理论三、三、酶的活性中心和必需基团酶的活性中心和必需基团四、四、酶作用专一性机理酶作用专一性机理五、五、与酶的高效率有关的主要因素与酶的高效率有关的主要因素一、酶的催化作用与分子活化能一、酶的催化作用与分子活化能活化能活化能：分子由常态转变为活化态所需的能量。：分子由常态转变为活化态所需的能量。即：活化能指在一定温度下，即：活化能指在一定温度下，1mol1mol底物全底物全部进入活化态所需要的自由能，单位是部进入活化态所需要的自由能，单位是J Jmolmol。酶降低反应活化能的机理是通过改变反酶降低反应活化能的机理是通过改变反应途径，使反应沿一个低活化能的途径进行。应途径，使反应沿一个

33、低活化能的途径进行。酶的催化机理是降低活化能酶的催化机理是降低活化能二、酶催化的中间产物理论二、酶催化的中间产物理论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。底物分子结合在酶的底物结合中心底物分子结合在酶的底物结合中心 使底物靠拢使底物分子产生应力使底物分子电荷变化概念：酶的活性中心

34、是指酶分子结构中，能直接与概念：酶的活性中心是指酶分子结构中，能直接与概念：酶的活性中心是指酶分子结构中，能直接与概念：酶的活性中心是指酶分子结构中，能直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部，常为或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部，常为或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部，

35、常为或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部，常为氨基酸残基的疏水基团组成的。氨基酸残基的疏水基团组成的。氨基酸残基的疏水基团组成的。氨基酸残基的疏水基团组成的。三、酶的活性中心必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中的化学基团中，一些与酶活性密一些与酶活性密切相关的化学基团切相关的化学基团。这些必需基团在一级结构这些必需基团在一级结构这些必需基团在一级结构这些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上可能相距很远，但在空间结构上可能相距很远，但在空间结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，上彼此靠近，上彼此靠近，上彼此靠

36、近，组成具有特定空间组成具有特定空间组成具有特定空间组成具有特定空间结构的区域结构的区域结构的区域结构的区域，能与底物特异地结，能与底物特异地结，能与底物特异地结，能与底物特异地结合并将底物转化为产物。合并将底物转化为产物。合并将底物转化为产物。合并将底物转化为产物。对于结对于结对于结对于结合酶来说，辅酶或辅基参与酶活合酶来说，辅酶或辅基参与酶活合酶来说，辅酶或辅基参与酶活合酶来说，辅酶或辅基参与酶活性中心的组成。性中心的组成。性中心的组成。性中心的组成。活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与

37、底物相结合与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团常见：常见：His His 咪唑基；咪唑基；Ser Ser 羟基；羟基；CysCys 巯基；巯基；GluGlu 羧基羧基n n与催化作用相关的结构特点(1)(1)活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空间局限（部位）。应的空间局限（部位）。结合部位结合部位(Binding sit

38、e)(Binding site)：酶分子中与底物结酶分子中与底物结合的部位或区域一合的部位或区域一般称为结合部位。般称为结合部位。催化部位催化部位(CatalyticsiteCatalyticsite):):酶分子中促使底物发生化学酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为变化的部位称为催化部位催化部位。通常将酶的结合部位和通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的催化部位总称为酶的活性部活性部位或活性中心。位或活性中心。结合部位结合部位决定酶的专一决定酶的专一性，性，催化部位催化部位决定酶所催化决定酶所催化反应的性质。反应的性质。调控部位调控部位(Regulatory site):(Regulato

39、ry site):酶分子中存在着一酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。抑制作用。底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基团活性中心重要基团:His57,Asp102,Ser195为为Tyr 248为为Arg 145为为Glu 270为底物为底物ZnZn羧肽酶活性中心示意图四、酶作用专一性机理 锁锁钥钥学学说说：将将酶酶

40、的的活活性性中中心心比比喻喻作作锁锁孔孔，底底物物分分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。诱诱导导契契合合学学说说：酶酶的的活活性性中中心心在在结结构构上上具具柔柔性性，底底物物接接近近活活性性中中心心时时，可可诱诱导导酶酶蛋蛋白白构构象象发发生生变变化化，这这样样就就使使酶酶活活性性中中心心有有关关基基团团正正确确排排列列和和定定向向，使使之之与与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。酶专一性的“锁钥学说”酶专一性的“诱导契合学说”五、与酶的高效率有关的主要因素 1、邻近与定向效应邻近与定向效应 2

41、、诱导契合与底物扭曲变形诱导契合与底物扭曲变形3 3、酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团、酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团胰凝乳蛋白酶分子胰凝乳蛋白酶分子中催化三联体构象中催化三联体构象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的电荷中继网酶分子中的电荷中继网B.加上底物后，从加上底物后，从Ser转移一个质子给转移一个质子给His，带正电荷的咪唑基通过带负电荷的带正电荷的咪唑基通过带负电荷的Asp静电静电相互作用被稳定相互作用被稳定Ser195102AspHis57底物底物六、胰凝乳蛋白酶的催化机理六、胰

42、凝乳蛋白酶反应的详细机制（1）结合底物结合底物His57 质子供体质子供体形成共价形成共价ES复合物复合物C-N键断裂键断裂底物底物胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（2）酰基产物释放酰基产物释放四面体中间物四面体中间物的瓦解的瓦解水亲核攻击水亲核攻击羧基产物释放羧基产物释放胰蛋白酶、弹性蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的比较胰蛋白酶、弹性蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的比较相同点：相同点：1 1、一级结构相似，、一级结构相似，40%40%同，特别是活性部位中同，特别是活性部位中195195位位SerSer周围的氨基酸顺序，都是周围的氨基酸顺序，都是Gly-Asp-Ser-Gly-ProGly-Asp-Ser-Gly-Pr

43、o2 2、X X射线分析揭示出的三个酶的活性中心构象十分射线分析揭示出的三个酶的活性中心构象十分相似。相似。3 3、三个酶中都存在、三个酶中都存在Asp102-His57-Ser195Asp102-His57-Ser195的催化三联的催化三联体组合结构，因而具有相同的催化机制。体组合结构，因而具有相同的催化机制。4 4、三个酶合成后分泌出来均为无活性前体形式，经、三个酶合成后分泌出来均为无活性前体形式，经单一肽键断裂而被激活。单一肽键断裂而被激活。不同点：底物专一性完全不同。专一性的差异与活性不同点：底物专一性完全不同。专一性的差异与活性中心底物结合部位的氨基酸序列特性有关。中心底物结合部位的

44、氨基酸序列特性有关。胰凝乳蛋白酶为一个较宽大的、疏水的胰凝乳蛋白酶为一个较宽大的、疏水的“口袋口袋”，主，主要由非极性氨基酸组成，要由非极性氨基酸组成，“口袋口袋”上部为两个上部为两个GlyGly，利于芳香族氨基酸进入；利于芳香族氨基酸进入；胰蛋白酶的胰蛋白酶的“口袋口袋”上部的构象与胰凝乳蛋白酶相似，上部的构象与胰凝乳蛋白酶相似，但但“口袋口袋”底部的残基底部的残基Asp189Asp189，有利于带正电的碱，有利于带正电的碱性氨基酸结合；性氨基酸结合；弹性蛋白酶弹性蛋白酶“口袋口袋”上部为上部为Val126Val126和和Thr226Thr226，口袋较小，口袋较小，可防止大侧链的氨基酸进入

45、，而只是允许小的丙氨可防止大侧链的氨基酸进入，而只是允许小的丙氨酸进入。酸进入。七、溶菌酶的作用机制七、溶菌酶的作用机制 溶菌酶催化作用中既有活性中心基团的酸碱催化，也有底物敏感键的扭曲变形和微环境影响。八、酶原和酶原的激活：l l酶原：没有活性的酶的前体。l l酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作用可转变成有活性的酶。酶原转变成酶的过程称为酶原的激活。l l本质：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或形成或暴露出酶的活性中心暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的一个或几个特定的肽键断裂肽键断裂，水解，水解

46、掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶 胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程 在组织细胞中，某些酶以酶原形式存在，具有重要的生物学意义：一则可保护分泌酶原的组织不被水解破坏；二则酶原激活是有机体调控酶活的一种形式。酶原激活进一步说明了酶的功能是以酶的结构为基础的。第四节 影响酶促反应速度的因

47、素 （酶促反应动力学）一一、酶促反应速度的测定酶促反应速度的测定 测定单位时间内测定单位时间内底物的消耗底物的消耗量量或或产物的成量产物的成量。二、二、影响酶反应速度的因素影响酶反应速度的因素斜率斜率=P/t=V（初速度初速度）Pt当当S足够过量，其它条件固定且无不利因素时，足够过量，其它条件固定且无不利因素时，v=kE二、影响对酶反应速度的因素2、底物浓度底物浓度3、pH （最适最适 pH的概念）的概念）4、温度温度 （最适温度的概念）（最适温度的概念）5、激活剂激活剂6、抑制剂抑制剂1、酶浓度、酶浓度2、底物浓度对酶反应速度的影响1）、）、酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度

48、的关系曲线 （MichaelisMenten曲线）曲线）2）、）、米氏方程的提出及推导米氏方程的提出及推导3）、）、米氏常数的意义米氏常数的意义4）、）、米氏常数的测定米氏常数的测定1）酶反应速度与底物浓度的关系曲线2）单分子酶促反应的米氏方程及Km推导推导原则原则：从测定反应的初速度、酶被底物饱和的现象从测定反应的初速度、酶被底物饱和的现象出发，按照出发，按照“稳态平稳态平 衡衡”假说的设想进行推导。假说的设想进行推导。米氏方程米氏方程:米氏常数米氏常数:米氏方程的推导令令：将将（4）代入代入（3），则，则：ES生成速度生成速度：，ES分解速度分解速度：即即：则则：(1)经整理得经整理得：由

49、于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即决定，即，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得：(3)当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：当当Et=ES时时，(4)所以所以3）米氏常数的意义当当v=Vmax/2时，时，Km=S（Km的单位为浓度单位的单位为浓度单位:mol/Lmol/L）米氏常数是米氏常数是米氏常数是米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度反应速度为最大值的一半时的底物浓度反应速度为最大值的一半时的底物浓度反应速度为最大值的一半时的底物浓度。*是是酶酶在在一一定定条条件件下下的的特特征征物物理理常常数数，通通过过测测定定Km的的数数值值，可可鉴鉴别别酶。酶。*

50、当当k-1 k2 可可近近似似表表示示酶酶和和底底物物亲亲合合力力，Km愈愈小小，E对对S的的亲亲合合力力愈大，愈大，Km愈大，愈大，E对对S的亲合力愈小的亲合力愈小。*在在已已知知Km的的情情况况下下，应应用用米米氏氏方方程程可可计计算算任任意意s时时的的v，或或任任何何v下的下的s。（。（用用Km的倍数表示）的倍数表示）练练习习题题：已已知知某某酶酶的的Km值值为为0.05mol.L-1，要要使使此此酶酶所所催催化化的的反反应速度达到最大反应速度的应速度达到最大反应速度的80时底物的浓度应为多少？时底物的浓度应为多少？4）米氏常数的测定基本原则基本原则：将将米米氏氏方方程程变变化化成成相相