酶与维生素主题医学知识培训ppt课件

酶与维生素主题医学知识酶与维生素主题医学知识17/4/2024每一种生物生命过程必须。生命现象是多步反应；生理条件下无催化剂许多反应进行的太慢或不能进行。细胞需要生物催化剂（Biocatalysts）2酶与维生素主题医学知识8/12/2023每一种生物生命过程必须。生命现象是多步反应27/4/2024一一.酶的概念酶的概念二二.酶的发展简史酶的发展简史三三.酶的分类酶的分类四四.酶的酶的命名命名第一节 酶的概述(P70)3酶与维生素主题医学知识8/12/2023一.酶的概念第一节 酶的概述(P70)337/4/2024 一一.酶的概念：酶的概念：生物活细胞产生的、具有催化能力的以蛋白质为主要成分的生物催化剂（Biocatalysts）。二二.酶的研究简史酶的研究简史酶的发现与提出酶的发现与提出18781878年年 巴斯德巴斯德 发酵是酵母细胞生命活动的结果发酵是酵母细胞生命活动的结果,出现酶的名称出现酶的名称18971897年，年，BuchnerBuchner兄弟兄弟 不含细胞的酵母汁成功实现了发酵。提出不含细胞的酵母汁成功实现了发酵。提出了发酵与活细胞无关，而与细胞液中的酶有关。了发酵与活细胞无关，而与细胞液中的酶有关。1913年,Michaelis和Menten提出了酶促动力学基本原理米氏学说。1926年，Sumner 刀豆种子脲酶结晶，首次证明酶是具有催化活性的蛋白质。1982年，Cech对四膜虫的研究中发现RNA具有催化作用ribozyme（核酶）。4酶与维生素主题医学知识8/12/2023 一.酶的概念：4酶与维生素主题医学知识47/4/2024三三.酶的分类酶的分类国际系统分类法1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee,EC）根据酶催化的反应类型和机理，分成六大类：“1”.氧化-还原酶类（Oxido-reductases）主要是氢的转移或电子传递的反应。A A A AH2+B B B BA A+B BH2（O2）（H2O2，H2O）脱氢酶类(dehydrogenase)氧化酶类(Oxidase)5酶与维生素主题医学知识8/12/2023三.酶的分类国际系统分类法1961年国际57/4/2024AX X+B A+BX X一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。“2”.转移(移换)酶类（Transferases）催化化合物中某些基团的转移。根据X X分成8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。6酶与维生素主题医学知识8/12/2023AX+B A+BX一个底物分67/4/2024“3 ”水解酶类（hydrolases）催化底物的加水分解反应。ABAB+H H2O OA AOHOH+B BH H“4”裂合（裂解）酶类（Lyase）催化底物分子中非水解性移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。7酶与维生素主题医学知识8/12/2023“3 ”水解酶类（hydrolases77/4/2024C CC C键CH3C C=OC COOHCH3C C=OH+C CO2C CO O键C CH H2COOHH HO OC CHCOOHHC CCOOHHOOCC CH+H H2 2O OC CN N键COOHC CHN NH H2 2C CH H2COOHCOOHC CHHC CCOOH+N NH H3 3主要包括：醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨酶等。8酶与维生素主题医学知识8/12/2023CC键CH3C=OCOOHCH3C=OH87/4/2024 催化各种同分异构体的相互转化。“5”.异构酶类（Isomerases）常见：消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。A AB BO OOHOHOHOHOHOHOHOHCH2OHCH2OHO OOHOHOHOHHOHOCH2OHCH2OHCH2OHCH2OH 6-磷酸葡萄糖异构酶即底物分子内基团或原子的重排过程。9酶与维生素主题医学知识8/12/2023 催化各种同分异构体的相互转化。“597/4/2024A+B+ATP+H-O-HA B+ADP+Pi “6”合成酶类 Ligases or Synthetases连接酶，与ATP分解反应相互偶联，催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。丙酮酸 +CO2 草酰乙酸丙酮酸羧化酶10酶与维生素主题医学知识8/12/2023A+B+ATP+H-O-HA107/4/2024乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27第第1 1大类，氧化还原酶大类，氧化还原酶第第1 1亚类，氧化基团亚类，氧化基团CHOHCHOH第第1 1亚亚类，亚亚类，H H受体为受体为NADNAD+该酶在亚亚类中的流水编号该酶在亚亚类中的流水编号酶学委员会缩写酶学委员会缩写酶的身份证号码编号EC 酶大类号酶大类号.亚类号（底物）亚类号（底物）.亚亚类号亚亚类号.序号序号11酶与维生素主题医学知识8/12/2023乳酸脱氢酶 EC 1.1.117/4/2024按酶化学组成分类简单蛋白酶和结合蛋白酶按酶结构特点分类单体酶，寡聚酶，多酶体系和多功能酶12酶与维生素主题医学知识8/12/2023按酶化学组成分类12酶与维生素主题医学知127/4/20241.习惯命名法1）根据催化底物命名（蛋白酶；淀粉酶）2）根据催化反应的性质命名（水解酶；转氨酶；裂解酶等）3）结合上述两个原则命名（琥珀酸脱氢酶）4）在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点（胃蛋白酶、胰蛋白酶、碱性磷酸脂酶和酸性磷酸脂酶）。四四.酶的命名酶的命名缺点：一酶多名，一名多酶，写出反应难。13酶与维生素主题医学知识8/12/20231.习惯命名法四.酶的命名缺点：一酶多名，137/4/20242.国际系统命名法（国际酶学委员会1961年提出）酶催化的反应:丙氨酸+-酮戊二酸 谷氨酸+丙酮酸 系统名称：底物名称（构型）+反应性质+酶。底物不止一个，全部列出，用冒号（:）分隔。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 Thoms E.Barm编催化水解反应的酶：一般可省去底物水，省去反应类型。14酶与维生素主题医学知识8/12/20232.国际系统命名法（国际酶学委员会1961147/4/2024 第二节第二节 酶催化酶催化作用的特性作用的特性新陈代谢不可缺少，受多种因素调节控制。一.与一般催化剂的共性1.用量少而催化效率高；2.稳定底物形成过渡态，降低反应的活化能，加速反应；3.改变化学反应的速度，不改变化学反应平衡。4.反应前后酶本身不变化。酶促反应（Enzymatic reaction）：酶催化的生物化学反应。底物（substrate）：由酶催化，发生化学变化的物质。15酶与维生素主题医学知识8/12/2023 第二节 酶催化作用的特性新陈代谢不可157/4/20241.高效性2.专一性3.反应条件温和4.酶易失活5.酶活力可调节控制6.某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。7.酶促反应无副反应二.生物催化剂的特性16酶与维生素主题医学知识8/12/20231.高效性二.生物催化剂的特性16酶与维167/4/20241）高效性酶显著降低反应活化能17酶与维生素主题医学知识8/12/20231）高效性酶显著降低反应活化能17酶与维177/4/2024H2O2 H2O+O2活化能：无催化剂（75.5KJ/mol)液态钯（48.9KJ/mol)过氧化氢酶（8.4KJ/mol)蔗糖 果糖+葡萄糖活化能：无催化剂（1339.8KJ/mol)H+（酸）（104.7KJ/mol)蔗糖酶（39.4KJ/mol)18酶与维生素主题医学知识8/12/202318酶与维生素主题医学知识187/4/2024提高反应速度10 101倍（非酶催化剂）或108 1020倍（非催化反应）。例如：65C条件下，1克结晶-淀粉酶可催化2吨淀粉水解。一餐饭在37 C下的消化：无催化剂需50年；消化酶消化3-4小时。19酶与维生素主题医学知识8/12/2023提高反应速度10 101倍（非酶催197/4/2024概念：2）专一性（Specificity)例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；核酸酶催化核酸的水解。又称特异性，是指酶在催化生化反应时对底物严格的选择性。即酶只能催化某一种或某一类化学反应。指一种酶只能作用于某一种或某一类（结构性质相似）特定底物。20酶与维生素主题医学知识8/12/2023概念：2）专一性（Specificity207/4/2024酶的专一性类型：酶的专一性结构专一性立体异构专一性相对专一性绝对专一性21酶与维生素主题医学知识8/12/2023酶的专一性类型：酶的专一性结构专一217/4/2024.结构专一性A.绝对专一性（Absolute specificity)对底物要求非常严格，只作用于一个特定的底物。H2NC CNH2+H2OO2NH2NH3 3+CO+CO2 2脲酶脲酶22酶与维生素主题医学知识8/12/2023.结构专一性A.绝对专一性（Abso227/4/2024B.相对专一性(Relative Specificity)酶的作用对象是一类化合物或一类化学键。O H-Lys(Arg)-C-N-C-CO-H R族(group)专一性：对键两端的基团要求的程度不同，只对其中一个基团要求严格。胰蛋白酶23酶与维生素主题医学知识8/12/2023B.相对专一性(Relative Spe237/4/2024R RO-葡萄葡萄糖苷酶糖苷酶OCH2OHOHOHOH15+H2OOCH2OHOHOHOHOH15+R ROH-葡萄糖苷酶：催化由-葡萄糖所构成的糖苷水解，对糖苷另一端没有严格要求。R RCORR+H2OOR RCOO-+R R OH+H+酯酶酯酶键(Bond)专一性：对于键两端的基团没有严格的要求。酯酶24酶与维生素主题医学知识8/12/2023RO-葡萄糖苷酶OCH2OHOHOHOH247/4/2024底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中一种。A A.旋光异构专一性.立体化学（异构）专一性Stereochemical Specificity，stereospecificityB.几何异构专一性淀粉酶只能选择性水解D葡萄糖形成的1，4糖苷键；L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化；乳酸脱氢酶只对L-乳酸专一。酶只能选择性催化几何异构体的一种构型。L-乳酸丙酮酸苹果酸反丁烯二酸延胡索酸水合酶25酶与维生素主题医学知识8/12/2023底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中一种257/4/2024 一般在常温、常压和接近中性的酸碱度（pH 5-8）水溶液中进行，反应温度范围为20-40C。3）反应条件温和4）酶易失活 酶高度不稳定，凡能使蛋白质变性的因素（如强酸、强碱高温等）都能使酶破坏而完全失去活性。26酶与维生素主题医学知识8/12/2023 一般在常温、常压和接近中性的酸碱度267/4/2024）酶活力可调节控制酶和代谢物的区域化分布酶活性的调节：6）某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。7）酶促反应无副反应酶原激活、共价修饰、变构调节和酶含量的调节（合成的诱导、阻遏和降解）、代谢物对酶活性的抑制和激活、激素调节27酶与维生素主题医学知识8/12/2023）酶活力可调节控制酶和代谢物的区域化分277/4/2024一.酶的化学本质1.大多数酶是蛋白质1926年J.B.Sumner刀豆脲酶结晶证明其为蛋白质，提出酶的本质是蛋白质。m水解的产物是氨基酸使蛋白质变性的因素也能使酶变性酶具有两性解离和等电点性质不能透过半透膜和蛋白质具有相同的颜色反应第三节酶的组成酶是蛋白质的证据：2.ribozyme（核酶）1982年T.Cech第1个有催化活性的天然RNA，以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。28酶与维生素主题医学知识8/12/2023一.酶的化学本质1926年J.B.Sum287/4/2024单纯酶（simple enzyme)：氨基酸。蛋白质结构决定活性。二.酶的化学组成各种水解酶：蛋白酶，脂肪酶，淀粉酶等。全酶（holoenzyme）酶蛋白-apoenzyme（脱辅酶-apoprotein）结合酶(conjugated enzyme)氨基酸，主要决定酶催化专一性辅因子-cofacor金属离子或有机小分子化合物常作为电子原子或某些化学基团的栽体只有结合了辅助因子后，才表现出酶的活性。决定酶催化的催化性。29酶与维生素主题医学知识8/12/2023单纯酶（simple enzyme)：氨297/4/2024金属离子为辅助因子金属酶：金属离子为酶的一部分辅基。金属激活剂。金属离子的作用：酶反应中的催化作用、参与三元络合物（E-M-S）的形成、稳定酶蛋白构象 氧化还原作用金属激活酶：羧肽酶（Zn+2）和黄嘌呤氧化酶（Mo+6）各种激酶和核酸酶（Mg2+）小分子有机化合物为辅助因子辅基或辅酶的作用：传递电子、氢或基团辅基(prosthetic group):与酶蛋白共价紧密结合。不容易被透析或超滤法除去，如黄素和生物素等辅基辅酶(coenzyme):与酶蛋白非共价键疏松结合。容易被透析或超滤法除去，如TPP、NAD等30酶与维生素主题医学知识8/12/2023金属离子为辅助因子金属酶：金属离子为酶的307/4/202431酶与维生素主题医学知识8/12/202331酶与维生素主题医学知识317/4/20241.单体酶：最高结构为三级结构。2.寡聚酶：最高结构为四级结构。3.多酶复合物（multienzyme system）：功能相关，不同种类的酶非共价彼此聚合形成的复合物。多酶体系。第五节酶的结构及其催化作用机制一.酶的结构一般球状蛋白，具有一、二、三、四级结构。一个连续反应链的一系列顺序反应中,催化某一底物经过一系列化学变化转变成最终产物。4.4.多功能酶（multifunctional enzyme）或串联酶（tandem enzyme）32酶与维生素主题医学知识8/12/20231.单体酶：最高结构为三级结构。第五节酶的327/4/2024 代谢反应（链式）E EA AB B E EB BC C E EC CD D E ED DE E E EE EF F E EF FG G E EG GH H E EH HP PA B C D E F G H P多酶复合物：E EAB+AB+E EBC+BC+E ECD+CD+E EDEDE+E+EEFEF+E+EFG+FG+E EGH+GH+E EHPHP游离可溶型可溶型多酶复合体膜结合多酶复合体多酶复合物的进化：33酶与维生素主题医学知识8/12/2023 代谢反应（链式）多酶复合物：EAB+E337/4/2024主要结构化的多酶复合体EEE碱性碱性EEE+EE+脲脲丙酮酸脱氢酶系、脂肪酸合成酶复合体等。丙酮酸脱氢酶系（E.coli）：包括丙酮酸脱氢酶（E）、硫辛酰转乙酰酶（E）二氢硫辛酰脱氢酶（E）。34酶与维生素主题医学知识8/12/2023主要结构化的多酶复合体EEE碱性E347/4/2024活性中心S-SCOOHCOOHNH2NH2底物 肽链二.酶的活性中心（active center）35酶与维生素主题医学知识8/12/2023活性中心S-SCOOHNH2底物 肽链二357/4/20242.主要特征(1)相对酶整个体积，活性部位占据空间很小；(2)位于酶分子特定空间结构区域 分子表面的一部分区域（常位于酶蛋白两个结构域或亚基之间裂隙，或蛋白质分子表面凹槽）；1.概念：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。36酶与维生素主题医学知识8/12/20232.主要特征1.概念：酶分子中直接与底物结367/4/2024(3)组成：一条或几条多肽链上空间位置比较靠近的氨基酸残基或其基团。(4)二个功能部位：结合部位：结合底物多通过相对弱的力；结合特异性取决于活性部位精确原子排列。催化部位：催化底物转化为产物包括:COOH、NH2、OH、SH和咪唑基等，辅助因子参与酶活性中心。37酶与维生素主题医学知识8/12/2023(3)组成：一条或几条多肽链上空间位置比较377/4/2024一些酶活性中心的氨基酸残基 酶 残基总数 活性中心残基牛胰核糖核酸酶 124 His12,His119,Lys41溶菌酶 129 Asp52,Glu35牛胰凝乳蛋白酶 245 His57,Asp102,Ser195牛胰蛋白酶 238 His46,Asp90,Ser183木瓜蛋白酶 212 Cys25,His159 弹性蛋白酶 240 His45,Asp93,Ser188枯草杆菌蛋白酶 275 His46,Ser221碳酸酐酶 258 His93-Zn-His95,His11738酶与维生素主题医学知识8/12/2023一些酶活性中心的氨基酸残基 酶387/4/2024His57Asp102Ser195Cleft for binding extended substrates催化三联体胰凝乳蛋白酶39酶与维生素主题医学知识8/12/2023His57Asp102Ser195Clef397/4/2024催化三联体40酶与维生素主题医学知识8/12/2023催化三联体40酶与维生素主题医学知识407/4/2024 serine protease胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶胰凝乳蛋白酶：245；His57,Asp102,Ser195胰蛋白酶：238；His46,Asp90,Ser183弹性蛋白酶：240；His45,Asp93,Ser188Val Val41酶与维生素主题医学知识8/12/2023 serine protease胰蛋白酶胰417/4/2024S-S活性中心COOHCOOHNH2NH2结合部位催化部位42酶与维生素主题医学知识8/12/2023S-S活性中心COOHNH2结合部位催化部427/4/20243.酶活性的必需基团（essential group）概念：间接或直接与酶催化活性相关的多肽链上某些氨基酸残基的功能基团。这些基团若经化学修饰改变，则酶活性丧失。必需基团活性中心维持酶的空间结构结合基团结合基团催化基团催化基团专一性催化性质活性中心活性中心外外类型：43酶与维生素主题医学知识8/12/20233.酶活性的必需基团（essential 437/4/2024多肽链底物分子 酶活性中心催化基团结合基团活性中心必需基团 活性中心以外必需基团 44酶与维生素主题医学知识8/12/2023多肽链底物分子 酶活性中心催化基团结合基团447/4/2024 酶降低化学反应所需的活化能，使活化分子数增多，加快反应速度。酶促反应的能力学基础三.酶的催化作用机制(1)化学反应速率的依赖因素：分子间碰撞频率 有效碰撞分子的百分数(2)促使化学反应进行的途径加热或光照，为反应体系提供能量。使用催化剂降低反应活化能。(3)酶的催化作用与分子活化能45酶与维生素主题医学知识8/12/2023 酶降低化学反应所需的活化能，使活化457/4/2024E ES SP PS SE E中间产物学说中间产物学说酶的催化作用机制机制(1)中间产物学说中间产物学说46酶与维生素主题医学知识8/12/2023ESPSE中间产物学说酶的催化作用机制(467/4/2024酶与底物结合特点：1）底物只与酶的活性中心结合；2）可逆、非共价的结合；3）酶与底物通过一种模式模式进行结合。k k3 3 k k1 1 k k2 2E+S ES E+P中间产物存在的证据：同位素32P标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。47酶与维生素主题医学知识8/12/2023酶与底物结合特点：k3 k1 k2477/4/20241890，Fischer，酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。E EabcP PS SE EabcS SE Ebca锁钥(2)直接契合（direct fit）模式：1890年,Emil Fischer“锁钥学说”酶和底物是锁与钥匙似的刚性关系。48酶与维生素主题医学知识8/12/20231890，Fischer，酶的活性中心结487/4/2024S SE EE-SE-S复合物复合物abcabc(3)诱导契合诱导契合（induced fit）模式模式：1958,Koshland 诱导契合学说E ES S活性部位构象变化以适应底物的结合。49酶与维生素主题医学知识8/12/2023SEE-S复合物abcabc(3)诱导契合497/4/2024酶活性中心结构是柔性的，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，底物分子诱导酶蛋白构象发生有利于与底物结合的变化，使反应所需催化基团和结合基团正确排列和定向，转入有效的作用位置，使酶与底物完全吻合，契合形成中间产物酶底物复合物。诱导契合假说（induced-fit hypothesis）50酶与维生素主题医学知识8/12/2023酶活性中心结构是柔性的，当底物（激活剂或抑507/4/2024A AB B1)趋近定向效应酶将2个底物拉近，以准确的方向碰撞。实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应(4)使酶具有高催化效率的因素酶酶分子形成活性中心，与底物结合：提供各种功能基团；使分子间催化反应转变为分子内催化反应。酶与底物结合过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心，并使其催化基团与底物反应基团之间正确定向排列。51酶与维生素主题医学知识8/12/2023AB1)趋近定向效应酶将2个底物拉近，以准517/4/2024+-+-稳定底物电荷等相互作用，底物张力变形激活形成过渡态2)“张力”与“形变”效应-+-+酶与底物结合，酶分子使底物分子某些键键能减弱，键扭曲，底物分子变形，降低反应活化能。52酶与维生素主题医学知识8/12/2023+-+-稳定底物电荷等相互作用，底物张527/4/20243)酸-碱催化广义酸碱催化，Bronsted的酸碱定义。通过暂时提供（或接受）一个质子，稳定过渡态，加速反应。反应物提供质子（作为碱）或从反应物夺取质子（作为酸）。蛋白质中酸或碱性基团：氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基等。影响酸碱催化反应速度因素：酸或碱强度（pK）；质子传递速度。His的咪唑基咪唑基最活跃。53酶与维生素主题医学知识8/12/20233)酸-碱催化广义酸碱催化，Bronste537/4/2024 广义酸基团 广义碱基团 pKa（质子供体）（质子受体）酶活性中心广义酸碱基团54酶与维生素主题医学知识8/12/2023 广义酸基团 547/4/2024溶菌酶酸、碱催化反应示意图55酶与维生素主题医学知识8/12/2023溶菌酶酸、碱催化反应示意图55酶与维生素主557/4/2024广义酸催化广义酸催化广义酸催化广义酸催化广义碱催化广义碱催化广义碱催化广义碱催化结合基团结合基团结合基团结合基团56酶与维生素主题医学知识8/12/2023广义酸催化广义碱催化结合基团56酶与维生素567/4/20244)共价催化共价催化酶分子活性基团与底物以共价键结合，形成过渡态来加速反应。l亲核催化：带有多电子的原子如O、S和N，可提供电子去攻击底物上相对带正电子的原子（如羰基碳），亲核攻击。l亲电催化：是由亲电试剂(具有接受电子对的原子)引起的催化反应,是亲核催化的反过程。Lewis的酸碱电子理论：酸：可接受电子对物质，亲电物质。碱：可提供电子对物质，亲核物质。共价催化又称亲核或亲电子催化。实际上也是酸碱催化。57酶与维生素主题医学知识8/12/20234)共价催化酶分子活性基团与底物以共价键结577/4/2024Ser-OHCH2S：HCH2O：HCys-SHCH2C=CHHNNCH：His-咪唑基亲核物质亲电物质58酶与维生素主题医学知识8/12/2023Ser-OHCH2S：HCH2587/4/20245)表面效应 或 疏水性“口袋”效应疏水口袋肽链底物59酶与维生素主题医学知识8/12/20235)表面效应 或 疏水性“口袋”效应疏水597/4/2024酶与底物过渡态互补酶与底物过渡态互补，亲合力最强，释放出结合能使ES过渡态能级降低，有利于底物分子跨越能垒，加速酶促反应速度。酶的多元催化作用：多个基元催化形式的协同作用。60酶与维生素主题医学知识8/12/2023酶与底物过渡态互补酶与底物过渡态互补，亲合607/4/2024His57Asp102Ser195Cleft for binding extended substrates245；His57,Asp102,Ser195胰凝乳蛋白酶61酶与维生素主题医学知识8/12/2023His57Asp102Ser195Clef617/4/2024胰凝乳蛋白酶62酶与维生素主题医学知识8/12/2023胰凝乳蛋白酶62酶与维生素主题医学知识627/4/2024敏感键羰基C定向接近Ser195羟基O63酶与维生素主题医学知识8/12/2023敏感键羰基C定向接近Ser195羟基O6637/4/2024 His57夺走Ser195羟基H，Ser195羟基O亲核攻击敏感键羰基C形成带氧阴离子的四面体中间物（转换态）。氧阴离子洞，氧阴离子与Ser195，Gly193酰胺H形成氢键使转换态稳定。64酶与维生素主题医学知识8/12/2023 His57夺走Ser195羟基H，Se647/4/2024His57作为酸催化剂为敏感键提供质子，肽键断裂，胺释放，生成酰基酶中间物。65酶与维生素主题医学知识8/12/2023His57作为酸催化剂为敏感键提供质子657/4/2024Water Water，the second substratethe second substratethen enters the active then enters the active site.site.水为His57提供质子，羟基亲核攻击羰基形成带氧阴离子的四面体中间物。氧阴离子洞，氧阴离子与Ser195，Gly193酰胺H形成氢键使之稳定。66酶与维生素主题医学知识8/12/2023Water，the second sub667/4/202467酶与维生素主题医学知识8/12/202367酶与维生素主题医学知识677/4/2024His57作为酸催化剂为Ser195羟基O提供质子，四面体中间物键断裂，生成羧酸化合物。68酶与维生素主题医学知识8/12/2023His57作为酸催化剂为Ser195羟基687/4/2024游离酶重新形成69酶与维生素主题医学知识8/12/2023游离酶重新形成69酶与维生素主题医学知识697/4/2024四.双底物反应ABPQ2个底物2个产物称“BiBi”反应。二种类型：序列反应：有序；随机乒乓反应70酶与维生素主题医学知识8/12/2023四.双底物反应ABPQ2个底物2个产物707/4/2024序列反应71酶与维生素主题医学知识8/12/2023序列反应71酶与维生素主题医学知识717/4/2024乒乓反应72酶与维生素主题医学知识8/12/2023乒乓反应72酶与维生素主题医学知识727/4/2024乒乓反应73酶与维生素主题医学知识8/12/2023乒乓反应73酶与维生素主题医学知识737/4/202474酶与维生素主题医学知识8/12/202374酶与维生素主题医学知识747/4/2024 酶促反应动力学：研究酶促反应速度及其影响因素。第六节 酶促反应动力学75酶与维生素主题医学知识8/12/2023 酶促反应动力学：第六节 757/4/2024产产物物0 0 0 0 时时时时 间间间间酶促反应速度逐渐降低 酶促反应的时间进展曲线反应速度：单位时间内底物减少或产物增加的速度，常用初速度来衡量。初速度76酶与维生素主题医学知识8/12/2023产0 时 间酶767/4/2024影响酶促反应速度的因素：底物浓度S酶浓度E反应温度pH 值 激活剂抑制剂77酶与维生素主题医学知识8/12/2023影响酶促反应速度的因素：底物浓度S77777/4/2024一.底物浓度对酶促反应速度的影响当S很低时，S与v成比例-一级反应当S较高时，S与v不成比例-混合级反应当S很高时，S，v不变-零级反应Vmv0.30 1 2 3 4 5 6 7 80.10.2S 1.矩形双曲线78酶与维生素主题医学知识8/12/2023一.底物浓度对酶促反应速度的影响当S很787/4/2024底物饱和现象：底物浓度较高时，反应速度不再随底物浓度增加而增加，达到最大反应速度。中间产物学说解释：在酶浓度和其它条件不变情况下：增加底物浓度可增加反应速度；当底物浓度较高时出现底物饱和现象。底物浓度很低时，中间产物浓度不断增高。底物浓度较高时，不会生成更多中间产物。有多余酶与底物结合，随底物浓度增加，中间产物浓度不断增高。溶液中所有酶的活性中心被底物占据，酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会生成更多中间产物。79酶与维生素主题医学知识8/12/2023底物饱和现象：底物浓度较高时，反应速度不再797/4/2024SSSSv vKmKmKmKmv=v=（Vm/KmVm/Km）S Sv=Vm=Kv=Vm=K2 2EE2Vm2.米曼氏方程（Michaelis-Menten equation）V=V=V=V=Vmax SVmax SVmax SVmax SKm+SKm+SKm+SKm+S E+S ES E+S ES E+S ES E+S ES E+PE+PE+PE+PK K K K1 1 1 1K K K K2 2 2 2K K K K1 1 1 180酶与维生素主题医学知识8/12/2023SvKmv=（Vm/Km）Sv807/4/2024(1)米-曼氏方程解释：当当当当SSSSKmKmKmKm时，时，时，时，v=(Vmax/Km)S,v=(Vmax/Km)S,v=(Vmax/Km)S,v=(Vmax/Km)S,即即即即v v v v 正比于正比于正比于正比于SSSS当当当当SSSSKmKmKmKm时，时，时，时，v v v v Vmax,Vmax,Vmax,Vmax,即即即即SSSS 而而而而v v v v不变不变不变不变(2)米-曼氏方程成立条件：初速度为标准 单底物 稳态（steady state）V=V=V=V=Vmax SVmax SVmax SVmax SKm+SKm+SKm+SKm+S81酶与维生素主题医学知识8/12/2023(1)米-曼氏方程解释：(2)米-曼氏方程817/4/2024 游离酶浓度=EES ES生成速度=k1（EES）S ES分解速度=k2ES+k3ES 当稳态时：ES生成速度=ES分解速度 k1（EES）S=k2ES+k3ES E+S ES E+PE+S ES E+PE+S ES E+PE+S ES E+PK K K K1 1 1 1K K K K3 3 3 3K K K K2 2 2 2(3)推导方程：82酶与维生素主题医学知识8/12/2023 游离酶浓度=EES 827/4/2024=KmKmv v =k k k k3 3 3 3ESESESESKm+Km+Km+Km+SSSSVmax SVmax SVmax SVmax SKm+SKm+SKm+SKm+S=因因v=kv=k3 3ESES，当所有，当所有E E被被S S饱和时，即达到最饱和时，即达到最大速度，此时大速度，此时ES=EES=E，Vmax=Vmax=k k3 3 E E 代入上式：代入上式：ESESKm+SKm+SES=ES=（EEESES）SSESESk k1 1K K2 2+k+k3 383酶与维生素主题医学知识8/12/2023=Kmv=k3ESKm+837/4/2024(1)Km的意义1)Km值等于最大反应速度一半时的底物浓度2)Km值是酶的特征性常数之一,Km值范围在10-6 10-2 mol/L 3)k2k3时Km可用来表示酶对底物的亲和力大小，Km与酶对底物亲和力大小成反比 3.Km的意义84酶与维生素主题医学知识8/12/2023(1)Km的意义 3.Km的意义84847/4/2024当反应速度达到最大反应速度的90%，则90%V=100%VS/(km+S)v v=Vmax Skm +S即 S=9km在进行酶活力测定时，通常用4 4k km m的底物浓度即可。4)从km的大小，推测正确测定酶活力时所需的底物浓度85酶与维生素主题医学知识8/12/2023当反应速度达到最大反应速度的90%，则90857/4/2024 5)km推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。丙酮酸乳酸乙酰CoA乙醛乳酸脱氢酶（1.710-5）丙酮酸脱氢酶（1.310-3）丙酮酸脱羧酶（1.010-3）当丙酮酸浓度较低时，代谢走哪条途径决定于km最小的酶。86酶与维生素主题医学知识8/12/2023 5)km推断某一代谢物在体内可能的代谢867/4/2024 根据实验数据作图直接求得：先测定不同底物浓度的反应初速度（v），从v与S的关系曲线求得Vm，然后再从1/2Vm求得相应的S即为km（近似值）。4.Km值与 Vmax值测定 v0 1 2 3 4 5 6 7 8 10-6KmKm值值2VmVm0.10.20.3S87酶与维生素主题医学知识8/12/2023 根据实验数据作图直接求得：先测定不877/4/2024 双倒数作图法：林双倒数作图法：林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)(Lineweaver-Burk)作图法作图法（19341934）1/V1/V1/V1/V -1/Km1/Km1/Km1/Km斜率斜率斜率斜率=Km/Vmax=Km/Vmax=Km/Vmax=Km/Vmax1/Vmax1/Vmax1/Vmax1/Vmax1 1 =KmKmKmKm 1 1 1 1 +1 1 1 1 V Vmax S V Vmax S V Vmax S V Vmax S VmaxVmaxVmaxVmax1/S1/S1/S1/S0 0 0 088酶与维生素主题医学知识8/12/2023 双倒数作图法：林-贝氏(Linewe887/4/2024二.酶浓度对反应速度的影响当SE,式中Km可以忽略不计。v=v=v=v=k k k k2 2 2 2ESESESESKm+Km+Km+Km+SSSS=k k k k2 2 2 2EEEE 在有足够底物和其他条件不变的情况下：v=k Ev=k E 反应速度与酶浓度成正比v v v vEEEEo o89酶与维生素主题医学知识8/12/2023二.酶浓度对反应速度的影响当SE897/4/2024三.温度对酶促反应速度的影响温度对唾液淀粉酶活性的影响0 10 20 30 40 50 60 2.01.51.00.5产物麦芽糖的毫克数酶的最适温度:酶活性最高时的温度,也即酶的催化效率最高,酶促反应速度最大时的温度。植物：4050动物：3540嗜热细菌：TaqDNA聚合酶70，93不失活用于PCR。两种影响：1.最适温度前，温度升高，活化分子数增多，反应速度加快；2.最适温度后，温度升高，热变性速度加快。最适温度90酶与维生素主题医学知识8/12/2023三.温度对酶促反应速度的影响温度对唾液淀粉907/4/2024四.pH对酶促反应速度的影响 pHpH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响A:胃蛋白酶;B:葡萄糖-6-磷酸酶2 8 10 pH2 8 10 pH酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性A A A AB B B BpHpHv v最适最适pHpH（optimum optimum pHpH）1.最适pH：表现出酶最大活性的pH值。2.偏离最适pH，酶活性降低，过酸、过碱酶变性失活。3.pH稳定性在一定的pH范围内酶是稳定的。91酶与维生素主题医学知识8/12/2023四.pH对酶促反应速度的影响 917/4/2024pH对酶作用的影响机制：1.影响酶活性基团的解离；影响底物的解离；2.环境过酸、过碱使酶变性失活。最适温度，最适pH不是酶的特征常数，会受到酶的浓度、底物以及缓冲液的种类等因素的影响。92酶与维生素主题医学知识8/12/2023pH对酶作用的影响机制：最适温度，最适pH927/4/2024五.激活剂对酶促反应速度的影响1、激活剂:凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。如：金属离子：Mg 2+、K+、Mn2+阴离子：Cl-有机物：胆汁酸盐2、分类：必需必需激活剂激活剂:使酶活性由无变有 例如:Mg 2+对己糖激酶非必需非必需激活剂激活剂:使酶活性显著增加例如:Cl-对淀粉酶93酶与维生素主题医学知识8/12/2023五.激活剂对酶促反应速度的影响1、激活剂:937/4/2024使酶必需基团或活性部位基团化学性质改变而降低酶活力甚至使酶失活。六.抑制剂对酶促反应速度的影响抑制作用:间接或直接地影响酶的活性中心,使酶活性降低或丧失。抑制剂（I I）：降低酶活性而不引起酶蛋白变性的物质。94酶与维生素主题医学知识8/12/2023使酶必需基团或活性部位基团化学性质改变六.947/4/2024+I IEIEIS S +E EESESE E+P PEv1 1 1 12 2 2 23 3反应体系中不加反应体系中不加I I不可逆抑制剂不可逆抑制剂不可逆抑制剂不可逆抑制剂可逆抑制剂95酶与维生素主题医学知识8/12/2023+S +EESE+PEv12957/4/2024不可逆抑制剂的作用EEEE v v v v I I I I 可逆抑制剂的作用EEEE v v v vI 抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制剂的浓度以及底物的浓度决定。96酶与维生素主题医学知识8/12/2023不可逆抑制剂的作用EvI 967/4/2024抑制剂与酶必需基团以牢固共价键结合，使酶丧失活性，不能用透析超滤等物理方法除去抑制剂使酶恢复活性。1.不可逆抑制（irreversible inhibition）抑制剂与酶的结合是不可逆的。Ev无无I I不可逆抑制剂不可逆抑制剂EEEE v v v v I I I I 97酶与维生素主题医学知识8/12/2023抑制剂与酶必需基团以牢固共价键结合，使酶丧977/4/2024例1：巯基酶的抑制 SH SH S SE +E +HgHg2+2+E E Hg Hg +2H+2H+SH SH S S SHSH Cl Cl S SE +As-CH=CHCl E As-CH=CHCl +2HE +As-CH=CHCl E As-CH=CHCl +2HClCl SHSH Cl Cl S S路易士气98酶与维生素主题医学知识8/12/2023例1：巯基酶的抑制 SH 987/4/2024 S S S SE Hg+E Hg+E Hg+E Hg+S S S SCOONaCOONaCOONaCOONaCHCHCHCHSHSHSHSHCHCHCHCHSHSHSHSHCOONaCOONaCOONaCOONa SHSHSHSHE +HgE +HgE +HgE +Hg SHSHSHSHCOONaCOONaCOONaCOONaCHCHCHCHS S S S CHCHCHCHS S S SCOONaCOONaCOONaCOONa二巯基丁二酸钠解毒方法：99酶与维生素主题医学知识8/12/2023 SCOONa SHCOONa997/4/2024有机磷化合物 羟基酶 磷酰化酶(失活)RO O RO ORO O RO ORO RO X X X X RO RO O O O OE E E E P +P +P +P +E E E EO O O OH H H H P +P +P +P +H H H HX X X X例2：羟基酶的抑制羟基酶:丝氨酸侧链羟基为必需基团。敌百虫、敌敌畏、对硫磷100酶与维生素主题医学知识8/12/2023有机磷化合物 羟基酶 磷酰化100酶与维生素主题医学知识培训ppt课件1017/4/20242.可逆抑制(reversible inhibition)抑制剂与酶以非共价键疏松结合引起酶活性的降低或丧失，能够通过透析、超滤等物理方法使酶恢复活性。抑制剂与酶的结合是可逆的。Ev无I可逆抑制剂EEEE v v v vI 102酶与维生素主题医学知识8/12/20232.可逆抑制(reversible inh1027/4/2024 琥珀酸脱氢酶+FAD +FADH+FAD +FADH+FAD +FADH+FAD +FADH2 2 2 2 COOHCOOHCOOHCOOH CH CH CH CH2 2 2 2 CH CH CH CH2 2 2 2 COOH COOH COOH COOH COOHCOOHCOOHCOOH CH CH CH CH CH CH CH CH COOH COOH COOH COOH琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸 COOHCOOHCOOHCOOH CHCHCHCH2 2 2 2 COOHCOOHCOOHCOOH丙二酸（）（1）竞争性抑制(competitive inhibition)103酶与维生素主题医学知识8/12/2023 琥珀酸脱氢酶 1037/4/2024S S S SS S S SE E E EI I I II I I IE E E EE E E E +P+P+P+PE E E EKiKiKiKi竞争性抑制作用过程竞争性抑制104酶与维生素主题医学知识8/12/2023SSEIIEE+PEKi竞争性抑制作用1047/4/2024无无无无 I I I I 有有有有 I I I I v v v vSSSS1）概念：竞争性抑制剂结构与底物结构相似，与底物竞争同一种酶的活性中心，从而影响E与S的结合。2）竞争性抑制的底物浓度曲线 105酶与维生素主题医学知识8/12/2023无 IvS1）概念：竞争性抑制剂结构与1057/4/2024竞争性抑制的动力学方程:v=v=v=v=VmaxSVmaxSVmaxSVmaxSKm(Km(Km(Km(1+I/Ki1+I/Ki1+I/Ki1+I/Ki)+S)+S)+S)+S 1 1 1 1v v v v=Km Km Km Km VmaxVmaxVmaxVmax(1+1+1+1+)+IIIIKKKKi i i i1 1 1 1 SSSS 1 Vmax1 Vmax1 Vmax1 Vmax竞争性抑制的特征曲线：I I I I 正常正常正常正常1 1 1 1v v v v1 1 1 1 SSSS 1 Vmax1 Vmax1 Vmax1 VmaxI I I I KiKiKiKi-1-1-1-1Km(Km(Km(Km(1+1+1+1+)-1-1-1-1 KmKmKmKmk k k ki i i i=EI/EIEI/EIEI/EIEI/EI106酶与维生素主题医学知识8/12/2023竞争性抑制的动力学方程:v=VmaxS1067/4/2024竞争性抑制的特点：I与S分子结构相似；抑制剂和底物竞争酶的活性中心结合部位Vmax 不变，表观Km增大；抑制程度取决于I与E的亲和力，以及I和S的相对浓度比例。增加S浓度可以解除抑制.小结107酶与维生素主题医学知识8/12/2023竞争性抑制的特点：小结107酶与维生素主题1077/4/2024应用 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 二氢蝶呤二氢蝶呤二氢蝶呤二氢蝶呤 FH FH FH FH2 2 2 2 FHFHFHFH4 4 4 4 谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸 二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶 磺胺药(-)氨甲蝶呤(-)108酶与维生素主题医学知识8/12/2023应用 对氨基苯甲酸 二氢叶酸合成酶 1087/4/20241）概念 抑制剂与酶分子活性中心以外的其它部位结合而抑制酶活性，I和S与酶结合不存在竞争关系。S S S SE E E E +P P P PS S S SE E E EI IS S S SE E E EI II IS S S SE E E EKiKiKiKiKiKiKiKiE E E EI I（2）非竞争性抑制（non-competitive inhibition）非竞争性抑制作用过程：底物和抑制剂同时与酶结合，但形成的EIS不能进一步转变为产物。109酶与维生素主题医学知识8/12/20231）概念 抑制剂与酶分子活性中心以外的其1097/4/2024非竞争性抑制的动力学方程:1 1 1 1v v v vKm Km Km Km VmaxVmaxVmaxVmax(1+)(1+)(1+)(1+)+IIIIKKKKi i i i1 1 1 1 SSSS 1 Vmax1 Vmax1 Vmax1 Vmax（1+1+1+1+）IIIIKKKKi i i i=非竞争性抑制的特征曲线特征曲线正正正正常常常常 I I I I 1 1 1 1v v v v1 1 1 1 SSSS -1-1-1-1 KmKmKmKm1 1 1 1 VmaxVmaxVmaxVmax(1+(1+(1+(1+)IIIIKKKKi i i i2）非竞争性抑制的SS与v v的关系110酶与维生素主题医学知识8/12/2023非竞争性抑制的动力学方程:1vKm Vma1107/4/2024非竞争性抑制的特点：、I与S分子结构不同；、Vmax 减小，表观Km不变；、抑制程度取决于I大小。例：例：1、Ag 1+、Cu 2+、Hg 2+和 Pb 2+对酶的抑制2、质子化的叔胺（R3NH+）对乙酰酯酶的抑制小结111酶与维生素主题医学知识8/12/2023非竞争性抑制的特点：、I与S分子结构不同1117/4/20241）概念概念 抑制剂（I I）仅与酶底物中间复合物（ES）结合而抑制酶活性。E E +P+PS SKiKiKiKiE ES SE EE ES SI II I（3）反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）反竞争性抑制作用过程抑制剂必须在酶与底物结合后才能进一步形成ESI复合物。112酶与维生素主题医学知识8/12/20231）概念 抑制剂（I）仅与酶底物中间1127/4/2024反竞争性抑制的动力学方程:反竞争性抑制的特征曲线：v=v=v=v=VmaxSVmaxSVmaxSVmaxSKm+(Km+(Km+(Km+(1+I/Ki1+I/Ki1+I/Ki1+I/Ki)SSSS1 1 1 1v v v v=Km Km Km Km VmaxVmaxVmaxVmax(1+1+1+1+)IIIIKKKKi i i i1 1 1 1 SSSS 1 Vmax1 Vmax1 Vmax1 Vmax+I I I I 正常正常正常正常1 1 1 1v v v v1 1 1 1 SSSS 1 Vmax1 Vmax1 Vmax1 Vmax-1-1-1-1KmKmKmKmI I I I KiKiKiKi(1+1+1+1+)-1-1-1-1 KmKmKmKm1 1 1 1 VmaxVmaxVmaxVmax(1+1+1+1+)IIII KiKiKiKi2）反竞争性抑制的SS与v v的关系113酶与维生素主题医学知识8/12/2023反竞争性抑制的动力学方程:反竞争性抑制的特1137/4/2024、I与S分子结构不同,I只与ES结合、Vmax 和表观Km都减小；、抑制程度取决于I和ES二者的浓度。例：肼对芳香硫酸酯酶的抑制反竞争性抑制的特点：小结114酶与维生素主题医学知识8/12/2023、I与S分子结构不同,I只与ES结合例：1147/4/2024可逆抑制作用的动力学比较 作用特点 无抑制剂 竞争性抑竞争性抑制制 非竞争性抑非竞争性抑制制 反竞争性抑反竞争性抑制制与I结合组分动力学参数表观Km表观Vm双倒数作图斜率纵轴截距横轴截距KmVmKm/Vm1/Vm-1/Km EKm(1+I/Ki)Vm（不变）Km(1+I/Ki)/Vm 1/Vm（不变）1/Km(1+I/Ki)E、ESKm（不变）Vm/(1+I/Ki)Km(1+I/Ki)/Vm(1+I/Ki)/Vm-1/Km（不变）ESKm/(1+I/Ki)Vm/(1+I/Ki)Km/Vm（不变）(1+I/Ki)/Vm-(1+I/Ki)/Km 115酶与维生素主题医学知识8/12/2023