生物化学生素与酶课件

酶 的 概 述第 一 节一、酶的概念一、酶的概念 酶酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用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和高度专一性的特殊蛋白质蛋白质。广义的说，酶是。广义的说，酶是一类由活性细胞产生的一类由活性细胞产生的生物催化剂生物催化剂。酶促反应：酶促反应：酶催化的化学反应。酶催化的化学反应。底物：底物：酶促反应中被酶催化的物质。酶促反应中被酶催化的物质。产物：产物：经酶催化所产生的物质。经酶催化所产生的物质。酶活力：酶活力：酶所具有的催化能力。酶所具有的催化能力。二、二、酶的作用特点酶的作用特点1.1.酶和一般催化剂的酶和一般催化剂的共性共性：加快反应速度（加快反应速度（形成复合物降低活化能形成复合物降低活化能）；）；不改变平衡常数；不改变平衡常数；自身不参与反应。自身不参与反应。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S 产物产物P 2.2.酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性：（1）极高的催化效率：）极高的催化效率：酶降低活化能的程度比一般催化剂强烈酶降低活化能的程度比一般催化剂强烈得多，得多，反应速度与加普通催化剂相比可提高反应速度与加普通催化剂相比可提高1071013。（2）高度的专一性：）高度的专一性：即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，这种专一性是由酶蛋白的立体结构与辅酶所决定的。这种专一性是由酶蛋白的立体结构与辅酶所决定的。（3）精密的调控性：）精密的调控性：酶的催化活性酶的催化活性在活细胞内受到诸多因素精在活细胞内受到诸多因素精密严格的调节控制。密严格的调节控制。（4）温和的作用条件：）温和的作用条件：酶酶促反应促反应在温和的条件下即可进行，酶在温和的条件下即可进行，酶本身也易受各种因素的影响而失去活性。本身也易受各种因素的影响而失去活性。（5）某些酶的催化活性与辅酶，辅基和金属离子有关。）某些酶的催化活性与辅酶，辅基和金属离子有关。酶 的 命 名 及 分 类第 二 节一、酶的命名：习惯命名；系统命名一、酶的命名：习惯命名；系统命名 p.79-80二、二、酶的分类酶的分类 例如：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 +丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸1.国际系统分类法及编号国际系统分类法及编号 国际生物化学会酶学委员会（国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion）将酶分成六大类：）将酶分成六大类：1.氧还原酶类氧还原酶类，2.转移转移酶类酶类，3.水解酶类水解酶类，4.裂合酶类裂合酶类，5.异构酶类异构酶类，6.连连接酶类接酶类 每一种每一种酶酶有一个有一个编号，如醇脱号，如醇脱氢酶酶 EC 1.1.1.1 大大类 亚类 亚亚类 序号序号氧化还原氧化还原酶类酶类作用于作用于CHOH基基团以以NAD+或或NADP+为受体受体单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质酶蛋白质辅助因子辅助因子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 单体酶；单体酶；寡聚酶；寡聚酶；多酶复合体多酶复合体q酶蛋白酶蛋白决定底物的类型决定底物的类型q辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质3.根据根据酶的分子特点分类酶的分子特点分类2.根据根据酶的组成分类酶的组成分类维 生 素 与 辅 因 子第 三 节一、维生素和辅酶的概念一、维生素和辅酶的概念l 维生素（维生素（vitaminvitamin）维持机体正常生命活动不可缺维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从食物中摄取。维生素可分为必须从食物中摄取。维生素可分为脂溶性（脂溶性（A A，D D，K K，E E）和和水溶性水溶性两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代谢受阻，出现维生素缺乏症。代谢受阻，出现维生素缺乏症。大多数辅酶的大多数辅酶的前体前体主要是主要是水溶性水溶性 B B 族维生族维生素素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。相关。辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子部分。其主要作用是作为电子、基团的载体参与部分。其主要作用是作为电子、基团的载体参与氧化氧化还原反应或基团转移反应还原反应或基团转移反应。二、重要的脂溶性维生素二、重要的脂溶性维生素n 维生素维生素A A、D D、E E、K K均溶于脂类溶剂，不溶于水，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。和胆汁酸。1.维生素维生素An 维生素维生素A分分A1、A2两种，是不饱和一元醇类。维生两种，是不饱和一元醇类。维生素素A1又称为视黄醇，又称为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇。称为脱氢视黄醇。n主要功能：维持上皮组织健康及正常视觉，促进年主要功能：维持上皮组织健康及正常视觉，促进年幼动物的正常生长。幼动物的正常生长。n作为硫酸化酶的辅酶参与某些生物合成。作为硫酸化酶的辅酶参与某些生物合成。维生素维生素A(A1)维生素维生素A2-胡萝卜素胡萝卜素o维生素维生素D是固醇类化合物，主要有是固醇类化合物，主要有D2（麦角钙化醇）（麦角钙化醇）、D3（胆钙化醇）、（胆钙化醇）、D4、D5。其中。其中D2，D3活性最活性最高。高。2.维生素维生素D维生素维生素D D的通式：的通式：p在生物体内，在生物体内，D D2 2和和D D3 3本身不具有生物活性。它们本身不具有生物活性。它们在肝脏和肾脏中进行羟化后，形成在肝脏和肾脏中进行羟化后，形成1,25-1,25-二羟基二羟基维生素维生素D D。其中。其中1,25-1,25-二羟基维生素二羟基维生素D D3 3是生物活性是生物活性最强的。最强的。o主要功能：调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷主要功能：调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷浓度正常，促使骨骼正常发育。浓度正常，促使骨骼正常发育。3.维生素维生素Eo维生素维生素E又叫做生育酚，目前发现的有又叫做生育酚，目前发现的有8种，其中种，其中，四种有生理活性。四种有生理活性。o主要功能：具有抗氧化剂的功能，可作为食品添主要功能：具有抗氧化剂的功能，可作为食品添加剂使用；还可保护细胞的完整和功能，有一定加剂使用；还可保护细胞的完整和功能，有一定的抗衰老作用。的抗衰老作用。4.维生素维生素Kn 维生素维生素K有有3种：种：K1、K2、K3。其中。其中K3是人工合成是人工合成的。维生素的。维生素K是是2-甲基萘醌的衍生物。甲基萘醌的衍生物。K1K2o主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液的主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液的凝固；氧化磷酸化过程中传递电子。凝固；氧化磷酸化过程中传递电子。重要的水溶性维生素及相应辅酶重要的水溶性维生素及相应辅酶 维生素维生素 辅酶辅酶 功能功能1.B1(硫胺素硫胺素)TPP -酮酸氧化脱羧酮酸氧化脱羧2.B2(核黄素核黄素)FMN、FAD 氢载体氢载体3.PP 尼克酸（酰胺）尼克酸（酰胺）NAD+、NADP+氢载体氢载体4.泛酸泛酸 CoASH 酰基载体酰基载体5.B6 吡哆醇（醛、酸）吡哆醇（醛、酸）磷酸吡哆醇（醛）磷酸吡哆醇（醛）转氨、脱羧、消旋转氨、脱羧、消旋6.叶酸叶酸 FH4(THFA)一碳基团载体一碳基团载体7.生物素生物素 羧化辅酶羧化辅酶8.C（抗坏血酸）（抗坏血酸）氧化还原作用氧化还原作用硫辛酸硫辛酸 酰基载体、氢载体酰基载体、氢载体B12（氰钴氨素）（氰钴氨素）变位酶辅酶变位酶辅酶 一碳基团载体一碳基团载体1.1.维生素维生素B B1 1和和羧化辅酶羧化辅酶(TPP)(TPP)o维生素维生素B1又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素又称硫胺素，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。（脚肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。（脚气病）气病）+三、水溶性维生素及其辅酶三、水溶性维生素及其辅酶o焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)是是脱羧酶脱羧酶的辅酶和的辅酶和转羟乙醛酶转羟乙醛酶的辅酶，催化丙酮酸或的辅酶，催化丙酮酸或酮戊二酸的氧化脱羧酮戊二酸的氧化脱羧反应，在转羟乙醛酶反应中，则是将羟乙醛单位反应，在转羟乙醛酶反应中，则是将羟乙醛单位转移给醛糖。转移给醛糖。活性部位活性部位丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇：乙醇：2.2.维生素维生素B B2 2和黄素单核苷酸（和黄素单核苷酸（FMNFMN）黄素腺嘌呤二核）黄素腺嘌呤二核苷（苷（FADFAD）o维维生生素素B B2 2又又称称核核黄黄素素，由由核核糖糖醇醇和和6 6，7-7-二二甲甲基基异异咯嗪两部分组成。咯嗪两部分组成。o缺缺乏乏时时组组织织呼呼吸吸减减弱弱，代代谢谢强强度度降降低低。主主要要症症状状为为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。核黄素（维生素核黄素（维生素B B2 2）FMNAMPFADoFAD(FAD(黄黄素素-腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸)和和FMN(FMN(黄黄素素单单核核苷苷酸酸)是是核核黄黄素素(维维生生素素B B2 2)的的衍衍生生物物。它它们们在在脱脱氢氢酶酶催催化化的的氧氧化化-还还原原反反应应中中，起起着着电电子子和和质质子子的的传传递递体作用。体作用。3.3.泛酸和泛酸和辅酶辅酶A A（CoACoA）o维生素维生素B3又称泛酸，是由又称泛酸，是由,-二羟基二羟基-,-二甲基二甲基丁酸和一分子丁酸和一分子-丙氨酸缩合而成丙氨酸缩合而成。,-二羟基二羟基-,-二甲二甲基丁酸基丁酸 -氨基丙酸氨基丙酸o辅酶辅酶A A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。连接酰基的位置连接酰基的位置泛酰基泛酰基腺苷二磷酸腺苷二磷酸4.4.维生素维生素PP(BPP(B5 5)与与NAD+、NADP+烟酸烟酸烟酰胺烟酰胺 维生素维生素PPPP包括尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又包括尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又称烟酰胺）两种物质。在体内主要以尼克酰胺形式存称烟酰胺）两种物质。在体内主要以尼克酰胺形式存在，尼克酸是尼克酰胺的前体。在，尼克酸是尼克酰胺的前体。o维维生生素素PP能能维维持持神神经经组组织织的的健健康康。缺缺乏乏时时表表现现出出神神经营养障碍，出现皮炎。经营养障碍，出现皮炎。oNAD+(烟烟酰酰胺胺-腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸，又又称称为为辅辅酶酶I)和和NADP+(烟烟酰酰胺胺-腺腺嘌嘌呤呤磷磷酸酸二二核核苷苷酸酸,又又称称为为辅辅酶酶II)是是维维生生素素烟烟酰酰胺胺的的衍衍生生物物，它它们们是是多多种种重重要要脱脱氢氢酶酶的辅酶。的辅酶。NAD+:R=HNADP+:R=PO3H25.5.维生素维生素B B6 6和磷酸吡哆醛和磷酸吡哆醛o维生素维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。o维生素维生素B B6 6在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸酯，参加代谢的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆酯，参加代谢的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和胺。磷酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和消旋作用的辅酶。消旋作用的辅酶。6.6.生物素和生物素和羧化辅酶羧化辅酶o生物素是生物素是B族维生素族维生素B7，它是多种羧化酶的辅酶。，它是多种羧化酶的辅酶。o生物素的功能是作为生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起的递体，在生物合成中起传递和固定传递和固定CO2的作用。的作用。生物素生物素生物素生物素-BCCP复合物复合物赖氨酸赖氨酸-氨基氨基活性部位活性部位7.7.叶酸叶酸和和叶酸辅酶叶酸辅酶o维维生生素素B11又又称称叶叶酸酸，作作为为辅辅酶酶的的是是叶叶酸酸加加氢氢的的还还原产物四氢叶酸。原产物四氢叶酸。o四四氢氢叶叶酸酸的的主主要要作作用用是是作作为为一一碳碳基基团团，如如-CH-CH3 3,-CH-CH2 2-,-CHO,-CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。等的载体，参与多种生物合成过程。8.8.维生素维生素B B1212和和B B1212辅酶辅酶o维生素维生素B12又称为钴胺素。维生素又称为钴胺素。维生素B12分子中与分子中与Co+相连的相连的CN基基 被被5-脱氧腺苷所取代，即辅酶脱氧腺苷所取代，即辅酶B12；被甲基取代，即甲钴胺素。被甲基取代，即甲钴胺素。o维生素维生素B B1212辅酶的主要功能是：辅酶的主要功能是：作为变位酶的辅作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团酶，催化底物分子内基团(主要为甲基主要为甲基)的变位反应的变位反应；促进甲基的转移作用；促进甲基的转移作用；维持维持-SH-SH的还原状态；的还原状态；某些氨基酸的生物合成；某些氨基酸的生物合成；维持造血机构的正常维持造血机构的正常运转。运转。9.9.硫辛酸硫辛酸o硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-6,8-二硫辛酸，有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二二硫辛酸，有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）。氢硫辛酸（还原型）。氧化型氧化型还原型还原型o硫辛酸在丙酮酸代谢的多酶系中参与脂酰基的产生硫辛酸在丙酮酸代谢的多酶系中参与脂酰基的产生和转移作用。和转移作用。10.10.维生素维生素C Co维生素维生素C能防治坏血病，故又称抗坏血酸。在体内能防治坏血病，故又称抗坏血酸。在体内参与氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成。参与氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成。p.261-262L-抗坏血酸抗坏血酸脱氢抗坏血酸脱氢抗坏血酸11.11.辅酶辅酶Q Q（CoQCoQ）o辅酶辅酶Q又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒体中。体中。o辅酶辅酶Q Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与底物分子还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。之间传递电子。类异戊间二烯类异戊间二烯酶酶 的的 作作 用用 机机 制制第第 四四 节节一、酶作用机制概述一、酶作用机制概述1.1.酶催化作用的酶催化作用的本质本质：降低反应活化能：降低反应活化能2.2.酶催化作用的酶催化作用的中间产（络合）物学说中间产（络合）物学说 酶（酶（E）与底物（）与底物（S）结合生成不稳）结合生成不稳定的中间物（定的中间物（ES），再分解成产物），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。所以能加快反应速度。E+SP+EES能能量量水水平平反应过程反应过程 G E1 E2二、酶的活性中心二、酶的活性中心1.活性中心：活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空间部位。由结合部位和催化部位组成。应的空间部位。由结合部位和催化部位组成。结合部位结合部位(Binding(Binding site)site)：酶分子中与底：酶分子中与底物结合的部位或区域一物结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(Catalytic site):(Catalytic site):酶分子中促使酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。底物发生化学变化的部位称为催化部位。l通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的通常将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。活性部位或活性中心。l结合部位决定酶的专一性，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催化部位决定酶所催化反应的性质。2.酶活性中心特点酶活性中心特点活性中心只占酶分子总体积很小一部分；活性中心只占酶分子总体积很小一部分；活性中心与酶的特定空间构象密切相关；活性中心与酶的特定空间构象密切相关；酶活性中心与底物的结合是动态的、相互适应的；酶活性中心与底物的结合是动态的、相互适应的；活性中心与底物通过次级键结合；活性中心与底物通过次级键结合；酶的活性中心具有柔性或可运动性。酶的活性中心具有柔性或可运动性。3.必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。与酶活性密切相关的化学基团。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与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团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的空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。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 三、酶和底物作用的专一性三、酶和底物作用的专一性1.酶的专一性酶的专一性（1 1）结构专一性）结构专一性绝对专一性：绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，而而不作用于任何其它物质。不作用于任何其它物质。相对专一性：相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键键专一性专一性和和族（基团）专一性族（基团）专一性。（2 2）立体异构专一性：）立体异构专一性：这类酶能辨别底物不同的立体异构这类酶能辨别底物不同的立体异构体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包括旋光异构专一性和几何异构专一性。括旋光异构专一性和几何异构专一性。2.酶作用专一性机理酶作用专一性机理（1）锁锁钥钥学学说说：将将酶酶的的活活性性中中心心比比喻喻作作锁锁孔孔，底底物物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。（2）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，使使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。四、酶作用的高效性机制四、酶作用的高效性机制1.临近定向效应：临近定向效应：l在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；于提高反应速度；l另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的另一方面，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率和专一性特点。反应基团定向程度对反应速率的影响反应基团定向程度对反应速率的影响相对相对 1.0 1103 2.2105 5107速率速率2.“张力张力”和和“形变形变”：l底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生使底物分子的敏感键产生“张力张力”甚至甚至“形变形变”，从，从而促使酶底物中间产物进入过渡态。而促使酶底物中间产物进入过渡态。3.共价催化：共价催化：l催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。价催化。l酶中参与共价催化的基团酶中参与共价催化的基团主要包括主要包括 His His的咪唑基，的咪唑基，CysCys的巯基，的巯基，AspAsp的羧基，的羧基，SerSer的羟基，的羟基，LysLys的氨基等。的氨基等。l某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。共价催化作用。4.酸碱催化：酸碱催化：l酸酸-碱催化可分为狭义的酸碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸碱催化和广义的酸-碱碱催化。酶参与的酸催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。碱催化方式。l广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。活化能的过程。l酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。或受体对底物进行酸碱催化。pHis His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。一个催化功能团。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咪唑基作为广义酸催化酯水解机制：咪唑基作为广义酸催化酯水解机制：四面体中间物四面体中间物His的咪唑基的咪唑基广义酸广义酸广义碱广义碱酶酶 促促 反反 应应 动动 力力 学学第第 五五 节节一、酶活力与酶促反应速度一、酶活力与酶促反应速度 1.酶活力酶活力 酶酶催催化化一一定定化化学学反反应的的能能力力称称酶酶活活力力，酶酶活活力力通通常常以以最最适适条条件件下下酶酶所所催催化化的的化化学学反反应的的速速度度（通通常常是是初速度）来确定。初速度）来确定。2.酶促反应速度酶促反应速度 酶酶促促反反应应速速度度一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示。2.2.底物浓度底物浓度对酶促反应速度影响对酶促反应速度影响（1 1）在酶浓度，）在酶浓度，pHpH，温度等条件不，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如右图所示：速度的关系。如右图所示：o在低底物浓度时在低底物浓度时,反应速度与底反应速度与底物浓度成正比，表现为物浓度成正比，表现为一级反应一级反应特征特征。o当底物浓度达到一定值，几乎所当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（度达到最大值（V Vmaxmax），此时再），此时再增加底物浓度，反应速度不再增增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为加，表现为零级反应零级反应。1.1.酶浓度酶浓度的影响的影响当底物浓度足够时，酶促反应速度当底物浓度足够时，酶促反应速度与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。二、影响酶促反应速度的因素二、影响酶促反应速度的因素（2）米氏方程米氏方程19131913年，德国化学家年，德国化学家MichaelisMichaelis和和MentenMenten根据根据中间产中间产物学说物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为称为米氏方程米氏方程。Km 米氏常数米氏常数Vmax 最大反应速度最大反应速度米氏常数米氏常数K Km m的意义的意义:由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时，由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时，即即V=1/2 Vmax，Km=S 上式表示，米氏常数是上式表示，米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底反应速度为最大值的一半时的底物浓度。物浓度。因此，米氏常数的单位为因此，米氏常数的单位为mol/L，或，或mmol/L。不同的酶具有不同不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物理值，它是酶的一个重要的特征物理常数。常数。Km值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。值。Km值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的亲和程度亲和程度：Km值大表示亲和值大表示亲和程度小，酶的催化活性低；程度小，酶的催化活性低；Km值小表示亲和程度大，值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。酶的催化活性高。米氏常数的测定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当当于于y=ax+b的的直直线线方方程程，再用作图法求出再用作图法求出Km。例：例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法）米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式：1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax 1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km3.pH3.pH的影响的影响不同的酶有不同的最适不同的酶有不同的最适pHpH值。值。4.4.温度的影响温度的影响 在一定温度范围内（在一定温度范围内（050），酶的活力随温度升），酶的活力随温度升高而增加，超过一定温度界限，活力就下降。最高活力高而增加，超过一定温度界限，活力就下降。最高活力时的温度即为酶的最适温度。时的温度即为酶的最适温度。5.5.激活剂的影响激活剂的影响6.6.抑制剂的影响抑制剂的影响抑制作用：抑制作用：由于酶的必需基团或活性部位的性质与结由于酶的必需基团或活性部位的性质与结构的改变，从而影响酶与底物分子的结合能力或减小构的改变，从而影响酶与底物分子的结合能力或减小酶的再生速率，使酶的活性降低或丧失的现象。酶的再生速率，使酶的活性降低或丧失的现象。引起引起抑制作用的物质称为抑制剂。抑制作用的物质称为抑制剂。(1)抑制作用的类型抑制作用的类型 不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团之间发生共不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团之间发生共价键结合，形成不可逆的酶价键结合，形成不可逆的酶-抑制剂化合物而使酶抑制剂化合物而使酶活性丧失。活性丧失。酶的抑制剂一般具备两个方面的酶的抑制剂一般具备两个方面的特点特点：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。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。较稳定的复合体或结合物。有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸路易氏气路易氏气巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸a.a.有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶b.b.重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶 可逆抑制：抑制剂与酶分子通过可逆抑制：抑制剂与酶分子通过非共价作用非共价作用形成可形成可逆的酶逆的酶-抑制剂复合物。抑制剂复合物。抑制剂可用透析、超滤等方法抑制剂可用透析、超滤等方法除去。除去。可逆抑制又可分为：可逆抑制又可分为：竞争性抑制竞争性抑制、非竞争性抑制非竞争性抑制和和反竞争性抑制。反竞争性抑制。a.a.竞争性抑制作用竞争性抑制作用定定义义：抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从从而而阻阻碍碍酶酶-底底物物复复合合物物的的形形成成，使使酶酶的的活活性性降降低低。这这种种抑抑制制作作用用称称为为竞竞争争性抑制作用。性抑制作用。反应模式：反应模式：l竞争性抑制作用的速度方程：竞争性抑制作用的速度方程：*特点特点b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和和力力及及底底物物浓度；浓度；a)I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶酶的的活活性性中中心；心；c)动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V 1/S -(1/Km)-(1/Km)*举例举例 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二酸丙二酸 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸b.b.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用定定义义：酶酶可可同同时时与与底底物物及及抑抑制制剂剂结结合合，引引起起酶酶分分子子构构象象变变化化，并并导导至至酶酶活活性性下下降降。由由于于这这类类物物质质并并不不是是与与底底物物竞竞争争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。*反应模式反应模式E+SE+SESESE+PE+P+IE EI I+S +S E EI IS S +I Il如某些金属离子（如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及）以及EDTA等，等，通常能与酶分子的调控部位中的通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。的空间构象，引起非竞争性抑制。l非竞争性抑制作用的速度方程：非竞争性抑制作用的速度方程：有非竞争性抑制剂存在时，有非竞争性抑制剂存在时，VmaxVmax值减小值减小(1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，且倍，且VmaxVmax值随值随II的增高而降低；的增高而降低；KmKm值不变。值不变。双倒数方程：双倒数方程：抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km不不变。变。c.c.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用*反应模式反应模式E+SE+SE+P E+P ESES+I IESESI I酶酶只只有有在在与与底底物物结结合合后后，才才能能与与抑抑制制剂剂结结合合，引引起起酶酶活性下降。活性下降。l反竞争性抑制作用的速度方程：反竞争性抑制作用的速度方程：*特点：特点：a)a)抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物物复复合物结合；合物结合；b)b)抑抑制制程程度度取取决决与与抑抑制制剂剂的的浓浓度度及及底底物的浓度；物的浓度；c)动动力力学学特特点点：Vmax降降 低低，表观表观Km降低。降低。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 调调 节节 酶酶 和和 同同 工工 酶酶第第 六六 节节一、调节酶一、调节酶调节酶是指对代谢调节有特殊作用的酶类。包调节酶是指对代谢调节有特殊作用的酶类。包括别构酶和共价调节酶两类。括别构酶和共价调节酶两类。1.1.别构酶别构酶 (allosteric enzyme)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变变酶酶的的催催化化活性，此种调节方式称别构调节。活性，此种调节方式称别构调节。别构酶别构酶(Allosteric enzyme)(Allosteric enzyme)的的特点特点：一般是一般是寡聚酶寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位；（别构）部位；具有具有别构效应别构效应。指酶和一个配体（底物，调节物）结。指酶和一个配体（底物，调节物）结合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。相同（均为底物）：同促效应（相同（均为底物）：同促效应（homotropic effecthomotropic effect）不同（效应调节物）：异促效应（不同（效应调节物）：异促效应（heterotropic effectheterotropic effect）根据配体结合根据配体结合后对后继配后对后继配体的影响体的影响根据配体性质根据配体性质正协同效应（正协同效应（positive cooperative effectpositive cooperative effect）负协同效应（负协同效应（negative cooperative effectnegative cooperative effect）动力学特点动力学特点：不符合米曼方程双曲线。：不符合米曼方程双曲线。p别构酶与非调节酶动力学曲线的比较别构酶与非调节酶动力学曲线的比较p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日