生物化学酶竞争性抑制辅酶维生素ppt课件

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1、Enzyme第第 三三 章章 酶酶 生物催化剂生物催化剂蛋白质：催化体内蛋白质：催化体内99%以以上的反响上的反响 核酸：核酸：ribozyme，小于，小于1%酶学历史酶学历史 1833年：麦芽抽提液 Payen 和 Persoz 用酒精沉淀 物质对热不稳定 淀粉 单糖淀粉糖化酶淀粉糖化酶183537年：Berzelius提出：催化作用 catalysis 催化剂 酶 Sumner 获诺贝尔奖 1926年 提纯脲酶 酶的提纯性质 酶的功能构造 运用、工具酶 分子酶学酶的概念酶的概念w目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类w酶酶 、核酶脱氧核酶核酶脱氧核酶n酶是一类由活细胞产生的，对其

2、特异底物酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。具有高效催化作用的蛋白质。w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。w一百余年前，一百余年前，Pasteur以为发酵是酵母细胞生命活动的以为发酵是酵母细胞生命活动的结果。结果。w1877年，年，Kuhne初次提出初次提出Enzyme一词。一词。w1897年，年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。现了发酵。w1926年，年，Sumner初次从刀豆中提纯出脲酶结晶。初次从刀豆中提纯出脲酶结晶。w1982年，年，Cech初次发现初次发现RNA也具有酶的催

3、化活性，提也具有酶的催化活性，提出核酶出核酶(ribozyme)的概念。的概念。w2019年，年，Jack W.Szostak研讨室首先报道了具有研讨室首先报道了具有DNA衔 接 酶 活 性衔 接 酶 活 性 D N A 片 段，称 为 脱 氧 核 酶片 段，称 为 脱 氧 核 酶(deoxyribozyme)。酶的不同方式酶的不同方式w单体酶单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级：仅具有三级构造的酶。构造的酶。w寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个一样：由多个一样或不同亚基以非共价键衔接组成的酶。或不同亚基以非共价键衔接组成的酶。w多酶体系多酶体系(mu

4、ltienzyme system)：由几种：由几种不同功能的酶彼此聚合构成的多酶复合物。不同功能的酶彼此聚合构成的多酶复合物。w多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串联或串联酶酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化：一些多酶体系在进化过程中由于基因的交融，多种不同催化功能过程中由于基因的交融，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。w绝大多数酶是蛋白质，酶有特殊的催化绝大多数酶是蛋白质，酶有特殊的催化作用。作用。w酶是催化剂，与普通化学催化剂有一样酶是催化剂，与普通化学催化剂有一样之处，又有独特

5、的催化特点：之处，又有独特的催化特点：w高效率高效率 高专注性高专注性 高度不稳定性高度不稳定性 活力可调理活力可调理三高一调三高一调一构造组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶一构造组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶有些酶其分子构造仅由氨基酸组成，没有辅有些酶其分子构造仅由氨基酸组成，没有辅助因子。这类酶称为单纯酶助因子。这类酶称为单纯酶simple enzymesimple enzyme。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。核酸酶等。一、一、酶的分子组成酶的分子组成二构造组成中既含氨基酸组分又含非氨二构造组成中既含氨基酸组分又含非氨基酸组分的酶称为

6、结合酶基酸组分的酶称为结合酶 结合酶结合酶conjugated enzymeconjugated enzyme是除了在其组成是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分蛋白质部分 蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)(apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)(holoenzyme)决议反响的特异性及其催化机制决议反响的特异性及其催化机制 决议反响的性决议反响的性质和反响类型质和反响类型 辅助因

7、子分类辅助因子分类按其与酶蛋白结合的严密程度按其与酶蛋白结合的严密程度 辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。法除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合严密，不能用透析或超滤的与酶蛋白结合严密，不能用透析或超滤的方法除去。方法除去。*各部分在催化反响中的作用各部分在催化反响中的作用q酶蛋白决议反响的特异性酶蛋白决议反响的特异性q辅助因子决议反响的种类与性质辅助因子决议反响的种类与性质 金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合严密，提取过程中不易丧失。金属离子与酶结合严密，提取过程中

8、不易丧失。金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚严密。甚严密。金属酶金属酶金属离子金属离子 金属激活酶金属激活酶金属离子金属离子过氧化氢酶过氧化氢酶Fe2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶K+，Mg2+过氧化物酶过氧化物酶Fe2+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶Mn2+，Zn2+谷胱苷肽过氧化物酶谷胱苷肽过氧化物酶 Se蛋白激酶蛋白激酶Mg2+,Mn2+己糖激酶己糖激酶Mg2+精氨酸酶精氨酸酶Mn2+固氮酶固氮酶Mo2+磷脂酶磷脂酶C CCa2+核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶Mn2+细胞色素氧化酶细胞

9、色素氧化酶 Cu2+羧基肽酶羧基肽酶Zn2+脲酶脲酶Ni2+碳酸酐酶碳酸酐酶Zn2+柠檬酸合酶柠檬酸合酶K+金属酶和金属激活酶金属酶和金属激活酶 金属离子的作用金属离子的作用 稳定酶的构象；稳定酶的构象；参与催化反响，传送电子；参与催化反响，传送电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反响中的静电斥力等。中和阴离子，降低反响中的静电斥力等。小分子有机化合物的作用小分子有机化合物的作用在反响中起运载体的作用，传送电子、质子或在反响中起运载体的作用，传送电子、质子或其它基团。其它基团。小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用 尼克酰胺（维生素尼克酰

10、胺（维生素PP之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素B12生物素生物素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）叶酸叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II）FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸钴

11、胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含的维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素B12生物素生物素吡哆醛（

12、维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）叶酸叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II）FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含的

13、维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团维生素与辅酶维生素与辅酶w过去的过去的50 50 年中曾经发现年中曾经发现1313种维生素是人种维生素是人类所必需的。类所必需的。w这些维生素是体内许多酶的辅酶成分。这些维生素是体内许多酶的辅酶成分。w因此维生素具有高效的营养。因此维生素具有高效的营养。w是维持正常细胞功能所必需的是维持正常细胞功能所必需的,许多动物许多动物不能合成不能合成,必需由食物供应。必需由食物供应。维生素与辅酶维生素与辅酶w维生素种类：维生素种类：w 脂溶性：脂溶性：A A、D D、E E、K K w 水溶性：水溶性：Vi

14、t CVit Cw Vit B Vit B 族族w 在体内大多数转化为辅酶在体内大多数转化为辅酶,有些直接参有些直接参与催化与催化w 都含有氮原子都含有氮原子 Vit B1(硫胺素硫胺素,thiamine)硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸,thiamine pyrophosphate,TPP,thiamine pyrophosphate,TPP作用作用:转酮基转酮基举例举例:-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶,丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶Vit B2 核黄素核黄素,riboflavinw黄素腺嘌呤二核苷酸，黄素腺嘌呤二核苷酸，flavin adenine dinucleotide，FAD：琥珀酸脱氢酶：琥珀酸

15、脱氢酶w黄素单核苷酸，黄素单核苷酸，flavin mononucleotide,FMN：NADH脱氢酶脱氢酶w作用：参与氧化复原反响，递氢作用：参与氧化复原反响，递氢 Vit PP烟酰胺，尼克酰胺烟酰胺，尼克酰胺w烟酰胺嘌呤二核苷酸烟酰胺嘌呤二核苷酸 ：苹果酸脱氢酶：苹果酸脱氢酶w烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸 ：苹果酸酶：苹果酸酶w作用：参与氧化复原反响，递氢、递电子作用：参与氧化复原反响，递氢、递电子维生素维生素 B6吡哆醛，吡哆胺吡哆醛，吡哆胺w辅酶方式：磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺辅酶方式：磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺w举例：一切的举例：一切的 转氨酶转氨酶w 氨基酸脱羧酶：氨基酸脱

16、羧酶：L-L-谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶w 丝氨酸羟甲基转移酶丝氨酸羟甲基转移酶w作用：转氨基作用、脱羧作用作用：转氨基作用、脱羧作用泛酸泛酸(pantothenic acid)w辅酶方式辅酶方式:w辅酶辅酶A HSCoAA HSCoA：脂酰辅酶：脂酰辅酶A A合成酶合成酶w作用作用:转酰基作用转酰基作用生物素生物素biotinw辅基方式辅基方式:w与酶蛋白赖氨酸残基侧链上的与酶蛋白赖氨酸残基侧链上的氨基共价氨基共价结合结合w举例举例:丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶w作用作用:羧基载体羧基载体叶酸叶酸(folic acid)w辅酶方式辅酶方式:四氢叶酸：四氢叶酸：tetrahydrofolic aci

17、d,tetrahydrofolic acid,FH4,THFAFH4,THFAw举例举例:TMP:TMP合成酶合成酶w作用作用:一碳单位载体一碳单位载体维生素维生素B12 钴胺钴胺素素,coholaminew辅酶方式辅酶方式:w甲基钴胺甲基钴胺素素w5 5-脱氧腺脱氧腺苷钴胺素苷钴胺素w作用作用:甲基甲基载体载体二、酶的活性中心二、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，一些与酶的化学基团中，一些与酶活性亲密相关的化学基团。活性亲密相关的化学基团。常见的必需基团常见的必需基团 Ser-OHSer-OHHis-His

18、-咪唑基咪唑基Cys-SHCys-SHAspAsp、Glu-COOH Glu-COOH 或称活性部位或称活性部位(active site)，指必需基团，指必需基团在空间构造上彼此接近，组成具有特定空间在空间构造上彼此接近，组成具有特定空间构造的区域，能与底物特异结合并将底物转构造的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)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)(binding group)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)(catalytic

19、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 溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心*谷氨酸谷氨酸35和天和天冬氨酸冬氨酸52是催化是催化基团；基团；*色氨酸色氨酸62和和63、天冬氨酸天冬氨酸101和和色氨酸色氨酸108是结是结合基团；合基团；*AF为底物多为底物多糖链的糖基，位糖链的糖基，位于酶的活性中心于酶的活性中心构成的裂隙中。构成的裂

20、隙中。第二节第二节 酶促反响的特点与机理酶促反响的特点与机理The Characteristic and The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction Catalyzed Reaction u酶与普通催化剂的共同点酶与普通催化剂的共同点u在反响前后没有质和量的变化；在反响前后没有质和量的变化；u只能催化热力学允许的化学反响；只能催化热力学允许的化学反响；u只能加速可逆反响的进程，而不改动只能加速可逆反响的进程，而不改动反响的平衡点。反响的平衡点。一酶促反响具有极高的效率一酶促反

21、响具有极高的效率 一、一、酶促反响的特点酶促反响的特点酶的催化效率通常比非催化反响高酶的催化效率通常比非催化反响高1081020倍，倍，比普通催化剂高比普通催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需求较高的反响温度。酶的催化不需求较高的反响温度。酶和普通催化剂加速反响的机理都是降低反响的酶和普通催化剂加速反响的机理都是降低反响的活化能活化能(activation energy)。酶比普通催化剂更有。酶比普通催化剂更有效地降低反响的活化能。效地降低反响的活化能。反响总能量改动反响总能量改动 非催化反响活化能非催化反响活化能 酶促反响酶促反响 活化能活化能 普通催化剂催普通催化剂催化反响的活化能化

22、反响的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反响活化能的改动酶促反响活化能的改动 活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反响并生成一定的化学键，催化一定的化学反响并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专注性。或专注性。*酶的特异性酶的特异性(specificity)二酶促反响具有高度的特异性二酶促反响具有高度的特异性根据酶对其底物构造选择的严厉程度不同，根据酶对其底物构造选

23、择的严厉程度不同，酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3 3种类型：种类型：w绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)(absolute specificity)：只能作用于特：只能作用于特定构造的底物，进展一种专注的反响，生成一定构造的底物，进展一种专注的反响，生成一种特定构造的产物种特定构造的产物 。w相对特异性相对特异性(relative specificity)(relative specificity)：作用于一类化合：作用于一类化合物或一种化学键。物或一种化学键。w立体构造特异性立体构造特异性(stereo specificity)(stereo

24、 specificity)：作用于立体：作用于立体异构体中的一种。异构体中的一种。绝对特异性绝对特异性w脲酶、脲酶、L-精氨酸酶：精氨酸酶：wL-精氨酸精氨酸 L-鸟氨酸鸟氨酸 +尿素尿素w NH2wC=O +H2O CO2 +2NH3w NH2w NH2wC=Ow NH CH3 相对特异性相对特异性 多数酶可对一类化合物或一种化学键起催多数酶可对一类化合物或一种化学键起催化作用，这种对底物分子不太严厉的选择性称化作用，这种对底物分子不太严厉的选择性称为相对特异性为相对特异性relative specificityrelative specificity。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。

25、脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。胰蛋白酶水解由碱性氨基酸精氨酸和赖胰蛋白酶水解由碱性氨基酸精氨酸和赖氨酸的羧基所构成的肽键。氨酸的羧基所构成的肽键。人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基上羟基的磷酸化丝氨酸或苏氨酸残基上羟基的磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶共有序列共有序列蛋白激酶蛋白激酶A-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-蛋白激酶蛋白激酶C-X-(R/K1-3,X0-2)-(S/T)-(X0-2,R/K1-3)-X蛋白激酶蛋白激酶G-X-(R/K)2-3-X-(S/T)-X-Ca2+/钙调素蛋白激酶钙调素蛋白激酶H-X-R

26、-X-X-(S/T)-X-立体构造特异性立体构造特异性酶对空间构型所具有的特异性要求称为酶对空间构型所具有的特异性要求称为空间异构特异性空间异构特异性stereo specificitystereo specificity 延胡索酸酶仅对延胡索酸延胡索酸酶仅对延胡索酸(反丁烯二酸反丁烯二酸)起起催化作用，将其加水生成苹果酸，对顺丁烯催化作用，将其加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸那么无作用二酸那么无作用 HOOCCHHOOCCH+H2O HOOCCH HCCOOH+H2O CH2COOHCH COOHOHL-Mal延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸延胡索酸三酶促反响的可调理性三酶促反响的可调理性 对酶生成

27、与降解量的调理对酶生成与降解量的调理 酶催化效能的调理酶催化效能的调理 经过改动底物浓度对酶进展调理等经过改动底物浓度对酶进展调理等酶促反响受多种要素的调控，以顺应机体对酶促反响受多种要素的调控，以顺应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需求。其中包不断变化的内外环境和生命活动的需求。其中包括三方面的调理。括三方面的调理。二、酶促反响的机理二、酶促反响的机理一酶一酶-底物复合物的构成与诱导契合假说底物复合物的构成与诱导契合假说*诱导契合假说诱导契合假说(induced-fit hypothesis)酶底物复合物酶底物复合物 E+S E+P ES 酶与底物相互接近时，其构造相互诱导、酶与底物相互

28、接近时，其构造相互诱导、相互变形和相互顺应，进而相互结合。这一过相互变形和相互顺应，进而相互结合。这一过程称为酶程称为酶-底物结合的诱导契合假说底物结合的诱导契合假说 。羧肽酶的诱导契合方式羧肽酶的诱导契合方式 底物底物Arg145胍基Tyr248-OH Glu270-COO-二酶促反响的机理二酶促反响的机理 1.临近效应临近效应(proximity effect)与定向陈列与定向陈列(orientation arrange)2.多元催化多元催化(multielement catalysis)3.外表效应外表效应(surface effect)2.多元催化多元催化 酶活性中心催化基团经过多种途

29、径催化产物酶活性中心催化基团经过多种途径催化产物的生成的生成 1 1质子转移反响都包含广义酸质子转移反响都包含广义酸-碱催化反响碱催化反响 2 2酶可与底物构成瞬时共价键酶可与底物构成瞬时共价键(共价催化共价催化)3 3酶可经过亲核催化或亲电子催化加速反响酶可经过亲核催化或亲电子催化加速反响 在疏水环境中进展酶反响有很大的优越性，此在疏水环境中进展酶反响有很大的优越性，此景象称为外表效应景象称为外表效应surface effectsurface effect。酶的活性中心多位于其分子内部的疏水酶的活性中心多位于其分子内部的疏水“口袋口袋中，酶反响在酶分子内部的疏水环境中进展。中，酶反响在酶分子

30、内部的疏水环境中进展。疏水环境可使底物分子脱溶剂化疏水环境可使底物分子脱溶剂化desolvationdesolvation。排除水分子的干扰，防止酶和底物分子之间构成水排除水分子的干扰，防止酶和底物分子之间构成水化膜。化膜。3.外表效应外表效应第三节第三节酶促反响动力学酶促反响动力学Kinetics of Enzyme-Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction Catalyzed Reaction q概念概念q研讨各种要素对酶促反响速度的影响，并加以研讨各种要素对酶促反响速度的影响，并加以定量的论述。定量的论述。q影响要素包括有影响要素包括有q酶浓度、底物浓度

31、、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、q抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。研讨一种要素的影响时，其他各要素均恒定。研讨一种要素的影响时，其他各要素均恒定。一、底物浓度对反响速度的影响一、底物浓度对反响速度的影响w单底物、单产物反响单底物、单产物反响w酶促反响速度普通在规定的反响条件下，用单位酶促反响速度普通在规定的反响条件下，用单位时间内底物的耗费量和产物的生成量来表示时间内底物的耗费量和产物的生成量来表示w反响速度取其初速度，即底物的耗费量很小普反响速度取其初速度，即底物的耗费量很小普通在通在5以内时的反响速度以内时的反响速度w底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度v 在其他要素不变

32、的情况下，底物浓度对反响在其他要素不变的情况下，底物浓度对反响速度的影响呈矩形双曲线关系。速度的影响呈矩形双曲线关系。当底物浓度较低时当底物浓度较低时反响速度与底物浓度成正比；反反响速度与底物浓度成正比；反响为一级反响。响为一级反响。随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反响速度不再成正比例加速；反响反响速度不再成正比例加速；反响为混合级反响。为混合级反响。当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反响速度不再添加，达最大速度；反响速度不再添加，达最大速度；反响为零级反响反响为零级反响一米曼氏方程式一米曼氏方程式中间产物中间产物E+S k1k2k3ESE+PS：底物浓度：底物浓度V：不同：不同

33、S时的反响速度时的反响速度Vmax：最大反响速度：最大反响速度(maximum velocity)m：米氏常数：米氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S 米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：E与与S构成构成ES复合物的反响是快速平衡反响，而复合物的反响是快速平衡反响，而ES分解为分解为E及及P的反响为慢反响，反响速度取决于的反响为慢反响，反响速度取决于慢反响即慢反响即 Vk3ES。(1)S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反响的初始的总浓度，因此在反响的初始阶段，阶段，S的浓度可以为不变即的浓度可以为不变即SSt。推导过程推导

34、过程w稳态：是指稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即 ES恒定。恒定。wK1(EtES)SK2 ES+K3 ESK2+K3 Km 米氏常数米氏常数 K1令：令：那么那么(2)(2)变为变为:(Et:(EtES)S ES)S Km ESKm ES(2)(EtES)SK2+K3ES K1整理得：整理得：当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即即EtES，反响达最大速度，反响达最大速度VmaxK3ESK3Et (5)ES EtSKm+S(3)整理得整理得:将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：V

35、maxS Km+S V 将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得K3EtS Km+S(4)VKmS Km值等于酶促反响速度为最大反响速度一半值等于酶促反响速度为最大反响速度一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km+S Vmax VmaxS二二Km与与Vmax的意义的意义 Km值值 Km等于酶促反响速度为最大反响速度一半时等于酶促反响速度为最大反响速度一半时的底物浓度。的底物浓度。意义：意义：a)Km是酶的特征性常数之一；是酶的特征性常数之一；b)Km可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；c)同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的Km值。值。

36、Vmax定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反响速度，与是酶完全被底物饱和时的反响速度，与酶浓度成正比。酶浓度成正比。意义：意义：Vmax=K3 E假设酶的总浓度知，可从假设酶的总浓度知，可从Vmax计算计算 酶的转换数酶的转换数(turnover number)，即动力学常数，即动力学常数K3。三三m m值与值与maxmax值的测定值的测定1.双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为又称为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)作图作图法法-1/Km 林贝氏方程林贝氏方程 2.Hanes作图法作图法-Km 二、酶浓度对反响速度的影响二、酶浓

37、度对反响速度的影响当当SE，酶可被，酶可被底物饱和的情况下，反底物饱和的情况下，反响速度与酶浓度成正比。响速度与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：V=K3 E0 V E 当当SE时，时，Vmax=k3 E 酶浓度对反响速度的影响酶浓度对反响速度的影响 q双重影响双重影响q温度升高，酶促反响速度温度升高，酶促反响速度升高；由于酶的本质是蛋白升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的质，温度升高，可引起酶的变性，从而反响速度降低变性，从而反响速度降低 。三、温度对反响速度的影响三、温度对反响速度的影响q最适温度最适温度(optimum (optimum temperature)tempera

38、ture)：q酶促反响速度最快时的环酶促反响速度最快时的环境温度。境温度。*低温的运用低温的运用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 四、四、pH对反响速度的影响对反响速度的影响q最适最适pH (optimum pH)：q酶催化活性最大酶催化活性最大时的环境时的环境pH。0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 246810五、抑制剂对反响速度的影响五、抑制剂对反响速度的影响酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡

39、能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。变性的物质称为酶的抑制剂。区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的要素对酶没有选择性引起变性的要素对酶没有选择性 抑制造用的类型抑制造用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制(reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive inhibition)(non-c

40、ompetitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)(uncompetitive inhibition)(一一)不可逆性抑制造用不可逆性抑制造用*概念概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相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。结合，使酶失活。*举例举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒-解磷定解磷定(PAM)(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒-二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH

41、2SCHSCH2OHAsCHCHClROROPOX+HOEROROPOOE+HXClAsClCHCHCl+ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物*概念概念抑制剂通常以非共价键与酶或酶抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。透析、超滤等方法除去。竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性

42、抑制 .竞争性抑制造用竞争性抑制造用+反响方式反响方式定义定义抑制剂与底物的构造类似，能与底物竞争酶的活性抑制剂与底物的构造类似，能与底物竞争酶的活性中心，从而妨碍酶底物复合物的构成，使酶的活性中心，从而妨碍酶底物复合物的构成，使酶的活性降低。这种抑制造用称为竞争性抑制造用。降低。这种抑制造用称为竞争性抑制造用。*特点特点抑制程度取决抑制程度取决于抑制剂与酶于抑制剂与酶的相对亲和力的相对亲和力及底物浓度；及底物浓度；I与与S构造类似，构造类似，竞争酶的活性竞争酶的活性中心；中心；动力学特点：动力学特点：Vmax不变，不变，表观表观Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V 1/S

43、VSmaxVIK(1)SmKiiKI111m(1)VVKSVmaxmax*举例举例 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸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 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶与对氨基苯甲酸竞争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COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制*反

44、响方式反响方式*特点特点抑制剂与酶活性抑制剂与酶活性中心外的必需基中心外的必需基团结合，底物与团结合，底物与抑制剂之间无竞抑制剂之间无竞争关系；争关系；抑制程度取决于抑制程度取决于抑制剂的浓度；抑制剂的浓度；动力学特点：动力学特点：Vmax降低，降低，表观表观Km不变。不变。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI11I1m(1)(1)VVKSVKmaxmax.反竞争性抑制反竞争性抑制*反响方式反响方式*特点：特点：抑制剂只与抑制剂只与酶底物复酶底物复合物结合；合物结合；抑制程度取抑制程度取决与抑制剂决与抑制剂的浓度及底的浓度及底物的浓度；物的浓度；动力学特点：动力学特点：Vm

45、ax降低，降低，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 各种可逆性抑制造用的比较各种可逆性抑制造用的比较 动力学参数动力学参数表观表观Km Km增大增大不变不变减小减小最大速度最大速度Vmax不变不变降低降低降低降低林林-贝氏作图贝氏作图斜率斜率Km/Vmax增大增大增大增大不变不变纵轴截距纵轴截距1/Vmax不变不变增大增大增大增大横轴截距横轴截距-1/Km增大增大不变不变减小减小与与I结合的组分结合的组分EE、ESES作用特征作用特征无抑制剂无抑制剂竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制六、激活剂对反响速度的影响六、激活剂对反响

46、速度的影响激活剂激活剂(activator)(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性添加的物使酶由无活性变为有活性或使酶活性添加的物质。质。必需激活剂必需激活剂(essential activator)(essential activator)非必需激活剂非必需激活剂(non-essential activator)(non-essential activator)酶的活性是指酶催化化学反响的才干，其衡量酶的活性是指酶催化化学反响的才干，其衡量的规范是酶促反响速度。的规范是酶促反响速度。酶促反响速度可在适宜的反响条件下，用单位时间酶促反响速度可在适宜的反响条件下，用单位时间内底物

47、的耗费或产物的生成量来表示。内底物的耗费或产物的生成量来表示。酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反响在单位时间映在规定条件下，酶促反响在单位时间s s、minmin或或h h内生成一定量内生成一定量mgmg、gg、molmol等等的产物或耗费一定数量的底物所需的酶量。的产物或耗费一定数量的底物所需的酶量。国际单位国际单位(IU)在特定的条件下，每分钟催化在特定的条件下，每分钟催化1mol底物转化底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。为产物所需的酶量为一个国际单位。催量单位催量单位(katal)催量催量(kat)是指在特定条件下

48、，每秒钟使是指在特定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。kat与与IU的换算：的换算：1 IU=16.6710-9 kat第第 四四 节节 酶酶 的的 调调 节节The Regulation of The Regulation of Enzyme Enzyme 一一、酶活性的调理、酶活性的调理 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动分子构象发生改动构成或暴显露酶的活性中心构成或暴显露酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解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

49、异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义防止细胞产生的酶对细胞进展本身消化，防止细胞产生的酶对细胞进展本身消化，并使酶在特定的部位和环境中发扬作用，保证并使酶在特定的部位和环境中发扬作用，保证体内代谢正常进展。体内代谢正常进展。有的酶原可以视为酶的储存方式。在需求有的酶原可以视为酶的储存方式。在需求时，酶原适时地转变成有活性的酶，发扬其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发扬其催化作用。化作用。变构效应剂变构效应剂(allosteric effector)(allosteric effector)一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的一些代谢

50、物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改动，从而改动某部分可逆地结合，使酶构象改动，从而改动酶的催化活性，此种调理方式称变构调理。酶的催化活性，此种调理方式称变构调理。变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应有协同效应 三三 酶的共价修饰调理酶的共价修饰调理共价修饰共价修饰(covalent modification)(covalent modification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改动酶的

51、活性，此过程称为共价修饰。从而改动酶的活性，此过程称为共价修饰。酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白一酶蛋白合成的诱导和阻遏一酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用诱导作用(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)二酶降解的调控二酶降解的调控三、三、同工酶同工酶*定义定义同工酶同工酶(isoenzyme)(isoenzyme)是指催化一样的化学反响，是指催化一样的化学反响，而酶蛋白的分子构造理化性质乃至免疫而酶蛋白的分子构造理化性质

52、乃至免疫学性质不同的一组酶。学性质不同的一组酶。乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶*生理及临床意义生理及临床意义在代谢调理上起着重在代谢调理上起着重要的作用；要的作用；用于解释发育过程中用于解释发育过程中阶段特有的代谢特阶段特有的代谢特征；征；同工酶谱的改动有助同工酶谱的改动有助于对疾病的诊断；于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分标志，用于遗传分析研讨。析研讨。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5第五节第五节 酶的命

53、名与分类酶的命名与分类The Naming and The Naming and Classification of EnzymeClassification of Enzyme一、酶的命名一、酶的命名1.习惯命名法习惯命名法引荐称号引荐称号2.系统命名法系统命名法系统称号系统称号一些酶的命名举例一些酶的命名举例编号编号推荐名称推荐名称系系 统统 名名 称称催催 化化 的的 反反 应应EC1.4.1.3谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸：谷氨酸：NAD+L-谷氨酸谷氨酸+H2O+NAD+脱氢酶脱氢酶氧化还原酶氧化还原酶-酮戊二酸酮戊二酸+NH3+NADHEC2.6.1.1 天冬氨酸氨天冬氨酸氨L-天冬氨酸

54、：天冬氨酸：-酮酮L-天冬氨酸天冬氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸基转移酶基转移酶戊二酸氨基转移酶戊二酸氨基转移酶草酰乙酸草酰乙酸+L-谷氨酸谷氨酸EC3.5.3.1 精氨酸酶精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶精氨酸脒基水解酶L-精氨酸精氨酸+H2O L-鸟氨酸鸟氨酸+尿素尿素EC4.1.2.13 果糖二磷酸果糖二磷酸D-果糖果糖1，6-二磷酸：二磷酸：D-果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸醛缩酶醛缩酶D-甘油醛甘油醛3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+D-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸异构酶异构酶异构

55、酶异构酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.1.2 谷氨酰胺谷氨酰胺L-谷氨酸：氨连接酶谷氨酸：氨连接酶ATP+L-谷氨酸谷氨酸+NH3合成酶合成酶ADP+磷酸磷酸+L-谷氨酰胺谷氨酰胺编号编号推荐名称推荐名称系系 统统 名名 称称催催 化化 的的 反反 应应EC1.4.1.3谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸：谷氨酸：NAD+L-谷氨酸谷氨酸+H2O+NAD+脱氢酶脱氢酶氧化还原酶氧化还原酶-酮戊二酸酮戊二酸+NH3+NADHEC2.6.1.1 天冬氨酸氨天冬氨酸氨L-天冬氨酸：天冬氨酸：-酮酮L-天冬氨酸天冬氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸基转移酶基转移酶戊二酸氨基转移酶戊二酸氨基转移酶草酰乙酸草酰乙酸+L-

56、谷氨酸谷氨酸EC3.5.3.1 精氨酸酶精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶精氨酸脒基水解酶L-精氨酸精氨酸+H2O L-鸟氨酸鸟氨酸+尿素尿素EC4.1.2.13 果糖二磷酸果糖二磷酸D-果糖果糖1，6-二磷酸：二磷酸：D-果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸醛缩酶醛缩酶D-甘油醛甘油醛3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+D-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸异构酶异构酶异构酶异构酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.1.2 谷氨酰胺谷氨酰胺L-谷氨酸：氨连接酶谷氨酸：氨连接酶ATP+L-谷氨酸谷氨酸

57、+NH3合成酶合成酶ADP+磷酸磷酸+L-谷氨酰胺谷氨酰胺二、酶的分类二、酶的分类1.氧化复原酶类氧化复原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类转移酶类(transferases)3.水解酶类水解酶类(hydrolases)4.裂解酶类裂解酶类(lyases)5.异构酶类异构酶类(isomerases)6.合成酶类合成酶类(ligases,synthetases)第六节第六节酶与医学的关系酶与医学的关系The Relation of Enzyme The Relation of Enzyme and Medicineand Medicine一一 酶与疾病的发生酶与疾病的发生二二 酶

58、与疾病的诊断酶与疾病的诊断三三 酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗一、酶与疾病的关系一、酶与疾病的关系二、酶在医学上的其他运用二、酶在医学上的其他运用一酶作为试剂用于临床检验和科学研讨一酶作为试剂用于临床检验和科学研讨 1酶法分析酶法分析 即酶偶联测定法即酶偶联测定法(enzyme coupled assays)，是利用酶作为分析试，是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进展定量分析的一种方法。剂、抑制剂等进展定量分析的一种方法。2酶标志测定法酶标志测定法 酶可以替代同位素与酶可以替代同位素与某些物质相结合，从而使该物质被某些物质相结合，从

59、而使该物质被酶所标志。经过测定酶的活性来判酶所标志。经过测定酶的活性来判别被标志物质或与其定量结合的物别被标志物质或与其定量结合的物质的存在和含量。质的存在和含量。3工具酶工具酶 除上述酶偶联测定法外，人除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子程度上对某些生酶做为工具，在分子程度上对某些生物大分子进展定向的分割与衔接。物大分子进展定向的分割与衔接。二酶作为药物用于临床治疗二酶作为药物用于临床治疗三酶的分子工程三酶的分子工程1固定化酶固定化酶(immobilized enzyme)将水溶性酶经物理或化学方法处置后，将水溶性酶经物理或化学方法处置后，成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。生物。固定化酶在催化反响中以固相形状作固定化酶在催化反响中以固相形状作用于底物，并坚持酶的活性。用于底物，并坚持酶的活性。3模拟酶模拟酶具有催化功能的抗体分子称为具有催化功能的抗体分子称为抗体酶抗体酶(abzyme)。模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部化学合成方法，人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。位和催化部位的非蛋白质有机化合物。