生物化学-5-酶的化学课件

生物化学生物化学-5-5-酶的化学酶的化学 王强酶酶酶酶-生物催化剂生物催化剂生物催化剂生物催化剂l每一种生物过程所必须l生命现象是催化剂催化的多步反应 -营养分子的分解 -化学能的贮存和转换 -从小分子前体合成生物大分子l细胞为什么需要酶？-在生理条件下无催化剂许多反应进行的太慢 -在细胞环境中没有催化剂时许多反应不能进行Here comes your footer Page 2第一部分第一部分第一部分第一部分 酶通论酶通论酶通论酶通论l一、酶催化作用的特点l二、酶的化学本质及其组成l三、酶的命名和分类l四、酶的专一性l五、酶的动力测定和分离纯化l六、核酶l七、抗体酶l八、酶工程简介Here comes your footer Page 3l酶和一般催化剂的比较 酶和其他催化剂一样，都能显著地改变化学反应速率，使之加快达到平衡，但不能改变反应的平衡常数。酶本身在反应前后不发生变化。这意味着一个酶对正、逆反应按同一倍数加速。活化能(activation energy)：在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能(free energy)。Here comes your footer Page 4酶能显著的降低化学反应的活化能酶能显著的降低化学反应的活化能酶能显著的降低化学反应的活化能酶能显著的降低化学反应的活化能l2H2O2=2H2O+O2过氧化氢的分解 无催化剂时活化能为75.5kJ/mol 液态钯催化时活化能为48.9kJ/mol 过氧化氢酶催化时活化能为8.4kJ/moll蔗糖果糖+葡萄糖 无催化剂时活化能为1339.8kJ/mol 酸催化时活化能为104.7kJ/mol 蔗糖酶催化时为39.4kJ/molHere comes your footer Page 5酶作为生物催化剂的特点酶作为生物催化剂的特点酶作为生物催化剂的特点酶作为生物催化剂的特点 1.酶具有极高的催化效率，因为酶能大幅度地降低化学反应的活化能。酶促反应速率是非催化反应的1081020倍，是非酶催化剂的1071013倍。2.酶具有高度的专一性（特异性）：指酶在催化生化反应时对底物的选择性。包括：绝对专一性，相对专一性，立体异构专一性。3.酶具有高度的不稳定性，离开常温、常压、中性pH后很容易失活。4.酶的活性受到调节和控制：调节酶浓度 通过激素调节酶活性 反馈抑制调节酶活性 抑制剂和激活剂对酶活性的调节 其他调节方式Here comes your footer Page 6l一、酶催化作用的特点l二、酶的化学本质及其组成l三、酶的命名和分类l四、酶的专一性l五、酶的动力测定和分离纯化l六、核酶l七、抗体酶l八、酶工程简介Here comes your footer Page 7酶的化学本质酶的化学本质酶的化学本质酶的化学本质 酶，是有催化能力的蛋白质，不包括核酶（有催化能力的RNA分子）。酶与其他蛋白一样,由氨基酸构成，具有一、二、三、四级结构。酶也会受到某些物理、化学因素作用而发生变性，失去活力。酶分子量很大，具有胶体性质，不能透析。酶也能被蛋白酶水解。因为：a)酶经酸水解的产物是Aab)凡是能使蛋白质变性的因素也能使酶变性c)酶存在两性解离和等电点性质d)和蛋白质一样不能透过半透膜e)和蛋白质具有相同的颜色反应 Here comes your footer Page 8酶的化学组成酶的化学组成酶的化学组成酶的化学组成a)有催化能力的蛋白质（核酶除外）。b)单纯酶：完全由蛋白质组成的酶,没有辅助因子。E.g.各种水解酶：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。c)结合酶=酶蛋白（脱辅酶）+辅助因子（辅因子）=全酶d)辅助因子：金属离子或有机小分子 辅酶:和酶蛋白结合疏松,能用透析或超滤法除去 辅基:和酶蛋白结合紧密,不能用透析或超滤法除去Here comes your footer Page 9一些金属离子作为酶的辅助因子一些金属离子作为酶的辅助因子一些金属离子作为酶的辅助因子一些金属离子作为酶的辅助因子Here comes your footer Page 10转移电子、原子或化学基团的辅酶或辅基转移电子、原子或化学基团的辅酶或辅基转移电子、原子或化学基团的辅酶或辅基转移电子、原子或化学基团的辅酶或辅基(有机分子有机分子有机分子有机分子)Here comes your footer Page 11根据酶蛋白分子的特点：根据酶蛋白分子的特点：根据酶蛋白分子的特点：根据酶蛋白分子的特点：l单体酶(monomeric enzyme)：一般是由一条肽链组成。l寡聚酶(oligomeric enzyme)：由两个或两个以上亚基组成的酶，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的，亚基之间靠次级键结合，彼此容易分开。l多酶复合体(multienzyme complex)：由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。Here comes your footer Page 12多酶复合体及其进化多酶复合体及其进化多酶复合体及其进化多酶复合体及其进化Here comes your footer Page 13l一、酶催化作用的特点l二、酶的化学本质及其组成l三、酶的命名和分类l四、酶的专一性l五、酶的动力测定和分离纯化l六、核酶l七、抗体酶l八、酶工程简介Here comes your footer Page 14习惯命名法习惯命名法习惯命名法习惯命名法:l1、根据其催化底物来命名；l2、根据所催化反应的性质来命名；l3、结合上述两个原则来命名;l4、有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。Here comes your footer Page 15国际系统命名法国际系统命名法国际系统命名法国际系统命名法l系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。lE.g.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 酶催化的反应:谷氨酸+丙酮酸 -酮戊二酸+丙氨酸 Here comes your footer Page 16酶的编号酶的编号酶的编号酶的编号Here comes your footer Page 17酶的分类酶的分类酶的分类酶的分类 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 连接酶类Here comes your footer Page 18六大类酶的特征六大类酶的特征六大类酶的特征六大类酶的特征l氧化-还原酶催化氧化-还原反应。l主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。l如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1 1 氧化氧化-还原酶还原酶 OxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH+Here comes your footer Page 19l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。l例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。2 2 转移酶转移酶 TransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHOHere comes your footer Page 20l水解酶催化底物的加水分解反应。l主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。l例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：3 3 水解酶水解酶 hydrolaseHere comes your footer Page 21l裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。l主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。l例如，延胡索酸水合酶催化的反应。4 4 裂合酶裂合酶 LyaseHere comes your footer Page 22l异构酶催化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。l例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。5 5 异构酶异构酶 IsomeraseHere comes your footer Page 23l合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。lA+B+ATP+H-O-H=A B+ADP+Pi l例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸 +CO2 草酰乙酸6 6 合成酶合成酶 Ligase or SynthetaseHere comes your footer Page 24l一、酶催化作用的特点l二、酶的化学本质及其组成l三、酶的命名和分类l四、酶的专一性l五、酶的动力测定和分离纯化l六、核酶l七、抗体酶l八、酶工程简介Here comes your footer Page 25酶的专一性酶的专一性酶的专一性酶的专一性1.结构专一性 绝对专一性(absolute specifity)：有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一种底物,而不作用于任何其他物质。相对专一性：有些酶对底物的要求绝对专一性要低一些，可作用一类结构相近的底物。Here comes your footer Page 262.立体异构专一性(stereospecificity)立体异构专一性：当底物具有立体异体时，酶只能作用其中的一种。旋光异构专一性 几何异构专一性Here comes your footer Page 27关于酶作用专一性的假说关于酶作用专一性的假说关于酶作用专一性的假说关于酶作用专一性的假说 1894年Fisher提出“锁与钥匙”学说：即酶与底物为锁与钥匙的关系,以此说明酶与底物结构上的互补性。局限性:不能解释酶的逆反应。Here comes your footer Page 28 1958年Koshland提出“诱导契合”假说，酶与底物作用的专一性是由于酶与分子的结构互补，诱导契合，通过分子的相互识别而产生的。Here comes your footer Page 29l一、酶催化作用的特点l二、酶的化学本质及其组成l三、酶的命名和分类l四、酶的专一性l五、酶的动力测定和分离纯化l六、核酶l七、抗体酶l八、酶工程简介Here comes your footer Page 30酶活力的测定酶活力的测定酶活力的测定酶活力的测定1.酶活力(enzyme activity)：指酶催化一定化学反应的能力,酶活力的大小可以用一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示，两者呈线性关系。2.酶的活力单位（U，activity unit）酶活力的大小即酶含量的多少，用酶活力单位表示，即酶单位（U）。酶单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。Here comes your footer Page 31单位 l 在最适条件下，1分钟内转化1微摩尔底物所需的酶量为一个活力单位(IU)。温度规定为25度，其他条件取反应的最适条件。即 1 IU=1mol/min l 在最适条件下，每秒钟能催化1摩尔底物转化成产物所需的酶量，定为1Kat单位。1 Kat=60*106 IU 1 IU=1/60Kat=16.7nKatHere comes your footer Page 323.酶的比活力 比活力(specific activity)：代表酶的纯度，规定每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数表示。单位是u/mg。比活力越高则酶越纯。4.酶活力的测定方法 分光光度法(spectrophotometry)荧光法(fluorometry)同位素测定方法 电化学方法(electrochemical method)Here comes your footer Page 33酶的分离和纯化酶的分离和纯化酶的分离和纯化酶的分离和纯化 已知绝大多数酶是蛋白质，因此酶的分离提纯方法，也就是常用来分离提纯蛋白质的方法。酶的提纯常包括两方面的工作：一是把酶制剂从很大体积浓缩到比较小的体积；二是把酶制剂中大量的杂质蛋白和其他大分子物质分离出去。注意：选材；破碎；抽提；分离及纯化；结晶；保存。Here comes your footer Page 34l一、酶催化作用的特点l二、酶的化学本质及其组成l三、酶的命名和分类l四、酶的专一性l五、酶的动力测定和分离纯化l六、核酶l七、抗体酶l八、酶工程简介Here comes your footer Page 35l核酶：具有催化功能的RNA分子。l核酶的种类：分子间催化核酶 催化分子内反应核酶 l核酶发现的意义：生命起源研究Here comes your footer Page 36l一、酶催化作用的特点l二、酶的化学本质及其组成l三、酶的命名和分类l四、酶的专一性l五、酶的动力测定和分离纯化l六、核酶l七、抗体酶l八、酶工程简介Here comes your footer Page 37l抗体酶：本质是免疫球蛋白，但是在易变区被赋予了酶的属性，即具有酶活性的抗体。l意义：设计水解特定肽键的抗体酶，以对Aa序列进行研究；利用抗体酶专一破坏病原体或血凝块；立体专一性抗体酶，在制药中消除对映体。Here comes your footer Page 38l化学酶工程天然酶化学修饰酶固定化酶人工模拟酶l生物酶工程克隆酶（基因工程）突变酶（人工基因修饰）新酶的人工设计Here comes your footer Page 39 第二部分第二部分第二部分第二部分 酶促反应动力学酶促反应动力学酶促反应动力学酶促反应动力学(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)l一、化学动力学基础l二、底物浓度对酶反应速率的影响l三、酶的抑制作用l四、温度与酶促反应l五、pH与酶促反应l六、激活剂与酶活性Here comes your footer Page 40l化学反应有两个方面的基本问题：1 反应进行的方向、可能性和限度，属于化学热力学的研究范围。2 反应进行的速率和反应机制，属于化学动力学研究范围。(用来解决：同是热力学可能的反应，为什么有些反应速率快，有些反应速率慢？)l意义：通过化学动力学的研究，在理论上能够阐明化学反应的机制，使我们了解反应的具体过程和途径。在实际应用上，可以根据反应速率来估计反应进行到某种程度所需的时间；也可以根据影响反应速率的因素进一步对反应进行控制。Here comes your footer Page 41（一）反应速率及其测定（一）反应速率及其测定（一）反应速率及其测定（一）反应速率及其测定l反应速率是以单位时间内反应物或生成物浓度的改变来表示。A P vo=-DA or DP Dt DtHere comes your footer Page 42（二）反应分子数和反应级数（二）反应分子数和反应级数（二）反应分子数和反应级数（二）反应分子数和反应级数l 在研究化学反应速率和反应物浓度的关系时，有两种分类方法:反应分子数、反应级数。反应分子数反应分子数1 单分子反应：-仅有1种反应分子参加的反应 -A P，如同分异构 -V=K*C V反应速度，K反应速率常数，C反应物浓度2 双分子反应 -有2种反应分子参加的反应 -A+B P+Q -V=K*C1*C2反应级数反应级数1 一级反应 （单分子反应）-符合V=K*C的反应 -蔗糖+水 葡萄糖+果糖 -V=K*C蔗糖*C水（由于水蔗糖，因此水的影响忽略）-则V=K*C蔗糖2 二级反应 （双分子反应）-符合V=K*C1*C2的反应3 零级反应 -反应速率与反应物无关的反应Here comes your footer Page 43（三）各级反应的特征（三）各级反应的特征（三）各级反应的特征（三）各级反应的特征1 一级反应凡是反应速率只与反应物的浓度的一次方成正比的。V=KC速率常数与半衰期成反比，半衰期与反应物的初浓度无关。2 二级反应凡是反应速率与反应物质浓度二次方（或两种物质浓度的乘积）成正比的。V=KC1C2K的单位是mol-1.L.S-1,这是二级反应的特征，也是求K和决定是不是二级反应的一个方法。3 零级反应凡是反应速率与反应物浓度无关而受它种因素影响而改变的反应。V=KK的单位是mol.L-1.s-1。Here comes your footer Page 44l一、化学动力学基础l二、底物浓度对酶反应速率的影响l三、酶的抑制作用l四、温度与酶促反应l五、pH与酶促反应l六、激活剂与酶活性Here comes your footer Page 45（一）中间络合物学说（一）中间络合物学说（一）中间络合物学说（一）中间络合物学说E+SE-SE+Pk1k2k3可以用来解释：First orderZero orderConc.At max velocityHere comes your footer Page 46Here comes your footer Page 47（二）、酶促反应的动力学方程式（二）、酶促反应的动力学方程式（二）、酶促反应的动力学方程式（二）、酶促反应的动力学方程式1 米氏方程(Michaelis-meten方程)V：初速度 Vmax:最大速度S：底物浓度 Km：米氏常数v=VmaxSS+KmHere comes your footer Page 48Here comes your footer Page 492 2 2 2 米氏常数的意义米氏常数的意义米氏常数的意义米氏常数的意义Km是酶的一个特征常数：Km只与酶的性质有关，与酶浓度无关；Km值只是在固定的底物，一定的的温度和PH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同的条件下具有不同的Km值。Km可近似地表示酶与底物的亲和力 Km越小，表示酶与底物的亲和力越大 Km越大，表示酶与底物的亲和力越小如果一个酶有多个底物，则Km最小的底物是该酶的最适底物。若已知Km，就可计算出在某一底物浓度时，V0相当于Vmax的百分率，如S=3Km，则V=0.75Vmax在可逆反应中，Km值中最小的反应方向是该酶促反应的主要方向。如果代谢途径各酶的Km值已知，Km值最大的酶是限速酶。Here comes your footer Page 503 3 3 3 利用作图法测定利用作图法测定利用作图法测定利用作图法测定KmKm和和和和 VmaxVmax值值值值l理论上，只要连续测定出对应底物的化学反应速度，并增加底物的浓度使反应到过最大速度，通过作图就可以测定出Km。l但事实上要得到Vmax，需要很大的底物浓度，即使将底物浓度增加到很大，也只能趋近于Vmax，而导致Km不精确，那怎么办吗？变换米氏方程！如一次方程式 y=Kx+b两侧取倒数v=VmaxSS+Km=KmVmax1Vmax+1S1VHere comes your footer Page 51l双倒数作图法-1/Km1/Vmax斜率=Km/VmaxHere comes your footer Page 52（三）、多底物的酶促反应动力学（三）、多底物的酶促反应动力学（三）、多底物的酶促反应动力学（三）、多底物的酶促反应动力学l许多酶催化的反应比较复杂，包含一种以上底物，它们的反应按分子数分为几类，单分子称为uni，双分子称为bi，三分子为ter，四分子为quad。l较为常见的是双底物双产物反应，称为bibi反应：A+BP+Ql目前认为大部分双底物反应可能有三种反应机理：Here comes your footer Page 531.依次反应机理需要NAD+或NADP+的脱氢酶的反应就属于这种类型。辅酶作为底物A先与酶生成EA，再与底物B生成三元复合物EAB，脱氢后生成产物P，最后放出还原型辅酶NADH或NADPH。2.随机机理底物的加入和产物的放出都是随机的，无固定顺序。如糖原磷酸化的反应。3.乒乓机制 转氨酶是典型的乒乓机制，酶首先与底物A（氨基酸）作用，产生中间产物EA，底物中的氨基转移到辅酶，使辅酶中的磷酸吡哆醛变成磷酸吡哆胺，即EA转变为FP，然后放出产物P（酮酸），得到酶F，再与底物B（另一个酮酸）作用，放出产物Q（相应的氨基酸）和酶E。由乙酰辅酶A、ATP和HCO3-三个底物生成丙酰辅酶A的反应也属于乒乓机制。Here comes your footer Page 54l序列反应与乒乓反应的区别Here comes your footer Page 55l一、化学动力学基础l二、底物浓度对酶反应速率的影响l三、酶的抑制作用l四、温度与酶促反应l五、pH与酶促反应l六、激活剂与酶活性Here comes your footer Page 56l使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用（inhibition）。l能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂(inhibitor)。l酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。Here comes your footer Page 57A.A.不可逆抑制不可逆抑制(irreversible inhibition)-抑制剂与酶以共价键结合 -不能用透析、超滤方法除去抑制剂 -酶的修饰抑制B.B.可逆抑制可逆抑制(reversible inhibition)-抑制剂与酶以非共价键结合 -能用透析、超滤方法除去抑制剂，而使酶的活性恢复 竞争性抑制(competitive inhibition)-抑制剂与底物相似，可以竞争性地与酶的活性中心结合 -增加底物的浓度可以解除抑制 非竞争性抑制(noncompetitive inhibition)抑制剂与底物不相似,抑制剂是与活性中心外结合位点结合 可形成酶-抑制剂-底物三元复合物 反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)-酶与底物先结合，然后再与抑制剂结合Here comes your footer Page 58可逆抑制与不可逆抑制的区别可逆抑制与不可逆抑制的区别可逆抑制与不可逆抑制的区别可逆抑制与不可逆抑制的区别Here comes your footer Page 59竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制E+SE-SE+P+EI+SINRK1K2K3K12K111 抑制剂(I)与底物(S)非常相似2 I与S竞争酶的活性中心3 增加S的浓度可解除抑制,因此不影响Vmax,但酶的亲和力减小(Km增大)Here comes your footer Page 60竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制Here comes your footer Page 61竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制Here comes your footer Page 62反竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制E+SE-SE+P+EISIK1K2K3K12K111 抑制剂先与底物结合,然后再与抑制剂结合2 由于ESI不能解离产生P和E,因此Km减小,Vmax也减小Here comes your footer Page 63反竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制Here comes your footer Page 64非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制E+SE-SE+P+ESIK1K2K3I+EI+SNR1 因为I不影响E与S的结合,因此Km不变2 ESI不能解离产生P和E,因此Vmax减小Here comes your footer Page 65非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制Here comes your footer Page 66l总结:三种可逆抑制的区别(一)Here comes your footer Page 67l总结:三种可逆抑制的区别(二)No inhibitorCompetitive:Vmax sameKM changesNoncompetitive:Vmax changesKM same1V1/S0Here comes your footer Page 68 重要的 抑制剂有机磷化合物；有机汞、有机砷化合物；重金属盐；氰化物、硫化物和CO；青霉素；烷化试剂；Ks型不可逆抑制剂Kcat型不可逆抑制剂不可逆抑制剂可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂抗代谢物或代谢类似物Here comes your footer Page 69l一、化学动力学基础l二、底物浓度对酶反应速率的影响l三、酶的抑制作用l四、温度与酶促反应l五、pH与酶促反应l六、激活剂与酶活性Here comes your footer Page 70Here comes your footer Page 71l一、化学动力学基础l二、底物浓度对酶反应速率的影响l三、酶的抑制作用l四、温度与酶促反应l五、pH与酶促反应l六、激活剂与酶活性Here comes your footer Page 72l在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适 pH（optimum pH）。Here comes your footer Page 73l一、化学动力学基础l二、底物浓度对酶反应速率的影响l三、酶的抑制作用l四、温度与酶促反应l五、pH与酶促反应l六、激活剂与酶活性Here comes your footer Page 74l激活剂(activator):凡能增强酶活性的物质，其中大部分是无机离子或简单的有机化合物。必须激活剂：激活剂与酶结合后酶才有活性 非必须激活剂:激活剂与酶的结合使酶活性由弱变强l金属离子 -Mg2+、K+、Mn2+等l阴离子 -Cl-等l有机小分子 -胆汁酸盐 等Here comes your footer Page 75第三部分第三部分第三部分第三部分 酶的作用机制和酶的调节酶的作用机制和酶的调节酶的作用机制和酶的调节酶的作用机制和酶的调节l一、酶的活性部位l二、酶催化反应的独特性质l三、影响酶催化效率的有关因素l四、酶催化反应机制的实例l五、酶活性的调节控制l六、同工酶（isoenzyme）Here comes your footer Page 76(一一一一)酶活性部位的特点酶活性部位的特点酶活性部位的特点酶活性部位的特点l酶的活性中心(active center):存在于酶分子表面的,具有结合和催化底物的，形成产物的空间区域.活性中心=结合基团+催化基团 必须基团=结合基团+催化基团+活性中心 外必须基团（维持活性中心存在的基团）l酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。l通常把酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。l结合部位决定酶的专一性l催化部位决定酶所催化反应的性质Here comes your footer Page 77活性中心由少量残基构成的，并且在一级结构上可能相距较远Here comes your footer Page 78l酶与底物的诱导契合Here comes your footer Page 79l底物与酶的结合基团是通过次级键结合的 -氢键、盐键、疏水作用、范德华力l活性中心构象比其他部分更容易发生变化，这与酶-底物的诱导契合相一致l酶的活性取决于活性中心的构象l酶的活性外部分对于酶的活性并不一定是必须的l但那些用于维持活性中心构象的活性中心外部分是必须的，这些基团被称为活性中心外必须基团l在大多数情况下酶分子要比底物分子大Here comes your footer Page 80（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法l1 定点诱变法l对于Aa或基因序列已知的酶，用改变Aa残基的方法确定活性部位l如果被代换的Aa不影响酶的活性，则该位置的Aa残基不是必须基团l如果被代换的Aa便酶活性丧失或降低，则该位置的原有Aa残基是必须基团 -Vmax不变，Km值升高，该位置Aa为结合基团 -Vmax降低，Km值不变，该位置Aa为催化基团 -酶活性完全丧失，该位置Aa为必须基团Here comes your footer Page 81l2 化学修饰法l用某些化学试剂与酶分子侧链基团以共价键结合，观察酶的活性改变，以确定活性中心的Aa残基l如果共价修饰后酶活性不受影响，则修饰的Aa残基不是活性中心内的；如果酶活性丧失或降低，则修饰的Aa残基可能位于活性中心内 -修饰剂浓度与酶失活或降低的程度是否成正比 如果成正比，则修饰位于活性中心内 -底物或可逆抑制剂与酶结合后能否再被修饰剂共价修饰 如果能被修饰，则修饰部位不在活性中心l须用Aa测序进行鉴定3动力学参数测定法4X射线晶体结构分析法Here comes your footer Page 82l一、酶的活性部位l二、酶催化反应的独特性质l三、影响酶催化效率的有关因素l四、酶催化反应机制的实例l五、酶活性的调节控制l六、同工酶（isoenzyme）Here comes your footer Page 831 酶反应可分成两类：一类反应仅仅涉及到电子的转移，这类反应的速率或转换数在108/s数量级；另一类反应涉及到电子和质子两者或者其他基团的转移，它们的速率在103/s数量级2 酶的催化作用是由Aa侧链上的功能基团和辅酶为媒介的3 酶催化反应的最适pH范围通常是狭小的4 与底物相比较，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些5 酶具有四个有利条件：A在活性部位存在1个以上的催化基团，所以能进行协同催化 B存在有结合部位，因此底物分子可以以反应中固有的方位结合在活性部位附近 C在包含有2个或2个以上底物分子参加反应的情况中，存在着1个以上的底物分子结合的部位 D有时，底物以某种方式被结合到酶分子上，使底物分子中的键产手张力，从而有利于过渡态复合物的形成Here comes your footer Page 84l一、酶的活性部位l二、酶催化反应的独特性质l三、影响酶催化效率的有关因素l四、酶催化反应机制的实例l五、酶活性的调节控制l六、同工酶（isoenzyme）Here comes your footer Page 85l1 邻近效应 邻近效应(approximation,proximity):指酶与底物结合形成中间复合物以后，使底物和底物之间，酶的催化基团与底物之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大的升高，从而使反应速率大大增加的一种效应。Here comes your footer Page 86l2 定向效应l定向效应(orientation):由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。l定向效应包括 -反应物的反应基团之间（双底物反应基团邻近）-酶的催化基团和底物反应基团之间l活性中心内定向使反应变成分子内反应Here comes your footer Page 87l3 底物的形变(distortion)和诱导契合(induced fit)l酶在发挥作用之前，必须与底物密切结合l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l酶的构象改变有利于与底物结合；底物在酶的诱导下发生形变，处于不稳定状态（过渡态），易受催化基团的攻击l过渡态的底物与酶的活性中心结构最相吻合Here comes your footer Page 88l4 酸碱催化(acid-base catalysis)专一酸碱催化 -在水溶液中通过高反应的H+和OH-进行的酸碱催化，即强酸强碱的催化 -细胞一般处于中性pH条件下，H+和OH-浓度很低，因此细胞环境中通常不是专一的酸碱催化广义酸碱催化 -由广泛的质子供体（酸）和质子受体（碱）参与的酸碱催化 -生理条件下不是强酸强碱而是近于中性的环境，因此高反应性的H+和OH-环境不存在 -因此广义酸碱催化指的是细胞内的弱酸弱碱参与的接受H+和提供H+的催化Here comes your footer Page 89l活性中心常见Aa残基的酸碱基团Here comes your footer Page 90l胰凝乳蛋白酶通过酸碱催化使肽键断裂Here comes your footer Page 91l5 共价催化(covalent catalysis)共价催化以称亲核催化或亲电子催化：在催化时，亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或汲取电子并作用于底物的缺电子中心或负电子中心，迅速形成不稳定的共价中间复合物，降低反应活化能，使反应加速。Here comes your footer Page 92l6 金属离子催化l提高水的亲核性能：金属离子可以和水分子的OH-结合，使水显示出更大的亲核催化性能l电荷屏蔽作用是酶是金属离子的一个重要功能l许多氧化-还原酶中都含有铜或铁离子，它们作为酶的辅助因子起着传递电子的功能l金属离子通过3种主要途径参加催化过程：-通过结合底物为反应定向 -通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应 -通过静电稳定或屏蔽负电荷Here comes your footer Page 93l7 多元催化和协同效应 在酶催化反应中，常常是几个基元催化反应配合在一起共同起作用。l8 活性部位微环境的影响 在酶分子的表面有一个裂缝，而活性部位就位于疏水环境的裂缝中。Here comes your footer Page 94l一、酶的活性部位l二、酶催化反应的独特性质l三、影响酶催化效率的有关因素l四、酶催化反应机制的实例l五、酶活性的调节控制l六、同工酶（isoenzyme）Here comes your footer Page 95（一）溶菌酶（一）溶菌酶（一）溶菌酶（一）溶菌酶(lysozyme)(lysozyme)l溶菌酶的作用是水解多聚糖链l细菌细胞壁上的多聚糖被溶菌酶特异的水解从而破坏细菌细胞壁l溶菌酶广泛存在于微生物及动物组织及分泌液中l鸡蛋清中的溶菌酶由129个Aa残基构成，含4个二硫键，分子量14600Here comes your footer Page 96Here comes your footer Page 97Here comes your footer Page 98（二）胰核糖核酸酶（二）胰核糖核酸酶（二）胰核糖核酸酶（二）胰核糖核酸酶 A(pancreatic ribonuclease A,RNase A(pancreatic ribonuclease A,RNase A)A)Here comes your footer Page 99Here comes your footer Page 100Here comes your footer Page 101（三）羧肽酶（三）羧肽酶（三）羧肽酶（三）羧肽酶 A(carboxypeptidase A)A(carboxypeptidase A)l羧肽酶：从蛋白质肽链羧基端水解蛋白质的酶，即肽链C端外切酶l氨肽酶：从N端水解肽链的酶称氨肽酶羧肽酶是含307个Aa残基的单链蛋白质l它的前体是由3个亚基聚合成羧肽酶原l羧肽酶原经胰蛋白酶激活为羧肽酶l羧肽酶的最适底物是C端为芳香族残基的大侧链Aal羧肽酶活性中心有一个Zn2+Here comes your footer Page 102Here comes your footer Page 103（四）丝氨酸蛋白酶（四）丝氨酸蛋白酶（四）丝氨酸蛋白酶（四）丝氨酸蛋白酶 (serine proteases)(serine proteases)l胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草菌蛋白酶、纤溶酶、组织纤溶酶原激活剂（TPA），都存在丝氨酸残基的催化基团，故名丝氨酸蛋白酶族。lSer是Ser、His、Asp（催化三联体）中的一个Aa残基。l丝氨酸蛋白酶族的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶具有明显的同源性，其余蛋白酶无同源性，但存在催化三联体。l酶学研究显示，三种消化酶的催化三联体一级结构上的源位置总是His-57,Asp-102,Ser-195。l动力学研究提示它们具有相同的催化机理。Here comes your footer Page 104Here comes your footer Page 105Here comes your footer Page 106 丝氨酸蛋白酶通过共价催化和广义酸碱催化的混合方式进行Here comes your footer Page 107Here comes your footer Page 108Here comes your footer Page 109Here comes your footer Page 110（五）天冬氨酸蛋白酶（五）天冬氨酸蛋白酶（五）天冬氨酸蛋白酶（五）天冬氨酸蛋白酶 (aspartic proteases)(aspartic proteases)l胃蛋白酶、凝乳酶、组织蛋白酶D、肾素、HIV-1蛋白酶，都在活性中心存在2个Asp残基（催化二联体），故名天冬氨酸蛋白酶系。l两个Asp在一起通过广义酸碱进行催化。lHIV-I蛋白酶是同型二聚体。Here comes your footer Page 111Here comes your footer Page 112l一个Asp之-COOH具有低的解离值，因此可向反应提供质子（酸）l另一个Asp之-COOH具有高的解离值，因此可以接受底物的质子（碱）l因此Asp蛋白酶是通过广义酸与广义碱对底物进行催化的Here comes your footer Page 113Here comes your footer Page 114Here comes your footer Page 115l一、酶的活性部位l二、酶催化反应的独特性质l三、影响酶催化效率的有关因素l四、酶催化反应机制的实例l五、酶活性的调节控制l六、同工酶（isoenzyme）Here comes your footer Page 116（一）别构调控（一）别构调控（一）别构调控（一）别构调控（allosteric regulationallosteric regulation）l某些酶分子在活性中心外存在另一配体的结合部位（别构部位）l别构部位与配体的结合使酶活性中心构象轻微变化而影响酶的功能l能与别构部位结合的配体称别构效应剂，具有别效应的酶称别构酶l别构效应有：别构激活（正协同效应），别构抑制（负协同效应）两种l代谢底物经常是别构酶的别构激活剂，代谢产物往往是别构抑制剂l别构酶通常是寡聚酶Here comes your footer Page 117Here comes your footer Page 118E.g 异亮氨酸的合成Here comes your footer Page 119Here comes your footer Page 120l别构酶动力学不符合Michaelis-Menten方程Here comes your footer Page 121（二）酶原的激活（二）酶原的激活（二）酶原的激活（二）酶原的激活（allosteric regulationallosteric regulation）l酶原(zymogen)：某些活性酶的无活性前体蛋白（如果不是酶，则称某蛋白原）l酶原激活：无活性的酶原形成活性酶的过程l酶原激活的实质：活性中心的形成或暴露过程l酶原激活的常见形式：切下一段多余的肽链Here comes your footer Page 122Here comes your footer Page 123Here comes your footer Page 124l胰蛋白酶对胰分泌的各种蛋白酶原的激活作用Here comes your footer Page 125酶原酶原激活激活的的级联反应：级联反应：凝血机制凝血机制Here comes your footer Page 126（三）可逆的共价修饰（三）可逆的共价修饰（三）可逆的共价修饰（三）可逆的共价修饰(reversible covalent modification(reversible covalent modification）l酶蛋白肽链上的一些基团可与某些化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这种酶活性的调节方式称为共价修饰。能进行共价修饰的酶称为共价修饰酶。l特点：-在修饰过程中，酶的活性在无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种状态中改变 -共价修饰的互变是由不同的酶催化的 -属于酶活性的快速调节 -由激素信号启动的共价修饰会引起级联放大效应l常见的共价修饰形式 -磷酸化与脱磷酸化 -甲基化与脱甲基化 -腺苷化与脱腺苷化 -SH与-S-S-互变Here comes your footer Page 127Here comes your footer Page 128l一、酶的活性部位l二、酶催化反应的独特性质l三、影响酶催化效率的有关因素l四、酶催化反应机制的实例l五、酶活性的调节控制l六、同工酶（isoenzyme）Here comes your footer Page 129l同工酶：指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质等不同的一组酶。l同工酶都是寡聚酶。l同工酶存在于一种属或同一个体的不同的组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。l同工酶是长期进化的产物。l同工酶对进化、发育与细胞分化等的研究有重要意义。l同工酶可用于疾病的诊断。Here comes your footer Page 130l乳酸脱氢酶（LDH）乳酸脱氢酶是了解最清楚的同工酶 它催化乳酸脱氢生成丙酮酸 LDH为四聚体蛋白质，由两种亚基H和M组成 -LDH1 H4 -LDH2 H3M -LDH3 H2M2 -LDH4 HM3 -LDH5 M4 LDH存在组织特异性，因此可通过血清LDH浓 度的改变诊断疾病。Here comes your footer Page 131Here comes your footer Page 132第四部分第四部分第四部分第四部分 维生素与辅酶维生素与辅酶维生素与辅酶维生素与辅酶l一、维生素概论（vitamin）l二、脂溶性维生素l三、水溶性维生素l四、作为辅酶的金属离子Here comes your footer Page 133lVitamin，维他命，维生素，vit，v，维他l维生素是异养生物不能合成的一类有机小分子化合物，机体的需要量很小，必须从食物中进行补充。l维生素的功能通常是作为酶的辅助因子（辅酶与辅基）。因此，它对动物体正常生成与健康是必需的。Here comes your footer Page 134维生素分类及缺乏症维生素分类及缺乏症维生素分类及缺乏症维生素分类及缺乏症l维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。水溶性维生素脂溶性维生素Here comes your footer Page 135l一、维生素概论（vitamin）l二、脂溶性维生素l三、水溶性维生素l四、作为辅酶的金属离子Here comes your footer Page 136l维生素A,D,E,K均溶于脂类溶剂，不溶于水，在食物中通常与脂肪一起存在，吸收它们，需要脂肪和胆汁酸。l维生素A分A1,A2两种，是不饱和一元醇类。维生素A1又称为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇。Here comes your footer Page 137l维生素D是固醇类化合物，主要有D2,D3,D4,D5。其中D2,D3活性最高。l在生物体内，D2和D3本身不具有生物活性。它们在肝脏和肾脏中进行羟化后，形成1，25-二羟基维生素D。其中1，25-二羟基维生素D3是生物活性最强的。l作用：调节钙磷代谢Here comes your footer Page 138l维生素E：又叫做生育酚，目前发现的有6种，其中，四种有生理活性。维生素E极易氧化，因此是细胞内的一种重要的抗氧化剂。维生素E由于能够清除自由基，所以具有抗衰老、抗癌作用。Here comes your footer Page 139l维生素K：也称抗凝血维生素，有3种，K1,K2,K3。其中K3是人工合成的。维生素K是2-甲基萘醌的衍生物。Here comes your footer Page 140l一、维生素概论（vitamin）l二、脂溶性维生素l三、水溶性维生素l四、作为辅酶的金属离子Here comes your footer Page 141l 某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶（或辅基）。l辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。l一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。l大多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。Here comes your footer Page 142l硫胺素(维生素B1)在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。Here comes your footer Page 143l维生素B2与FMN、FAD(1)l核黄素(维生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪两部分组成。l缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。NCCNHNNOOCH2CHCHCHCH2OPOHOHOHOHOOHCH3CH3Here comes your footer Page 144l维生素B2与FMN、FAD(2)l功能：在脱氢 FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素 酶催化的氧化 单核苷酸)是核黄素(维生素B2)的衍生物-还原反应中，起着电子和质 子的传递体作 用。CH3CH3NCCNHNNOOCH2CHCHCHCH2OPOOHOHOHOOHOCH2OHOHNNNH2NNFMN FADHere comes your footer Page 145l维生素PP和NAD+和NADP+功能:是多种 重要脱氢酶的辅酶。l NAD+(烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I)和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶II)是维生素烟酰胺的衍生物。Here comes your footer Page 146l泛酸和辅酶A(CoA)l维生素(B3)-泛酸是由，-二羟基-二甲基丁酸和一分子-丙氨酸缩合而成。Here comes your footer Page 147l泛酸和辅酶A(CoA)功能：是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。l辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是维生素(B3)泛酸。Here comes your footer Page 148l维生素B6(吡多素，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。Here comes your footer Page 149l磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷磷酸酸吡吡多多素素是是转转氨氨酶酶的的辅辅酶酶，转转氨氨酶酶通通过过磷磷酸酸吡吡多多醛醛和和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。Here comes your footer Page 150l维生素B12又称为钴胺素。维生素B12分子中与Co+相连的CN基被5-脱氧腺苷所取代，形成维生素B12辅酶。l维生素B12辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应。Here comes your footer Page 151l生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种B族维生素B7。生物素的功能是作为生物素的功能是作为COCO2 2的递体，在生物合成中起传递和的递体，在生物合成中起传递和固定固定COCO2 2的作用。的作用。Here comes your footer Page 152l四氢叶酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸(又称为蝶酰谷氨酸，维生素B11)。四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3,-CH2-,-CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。Here comes your foo