酶生物化学.ppt

酶生物化学现在学习的是第1页，共120页酶的化学本质，单纯酶、结合酶、全酶、辅酶与辅基的概念，酶的化学本质，单纯酶、结合酶、全酶、辅酶与辅基的概念，金属离子的作用；酶的辅助因子与水溶性维生素的关系，维生金属离子的作用；酶的辅助因子与水溶性维生素的关系，维生素的概念、分类；素的概念、分类；酶的活性中心的概念。必需基团的分类及酶的活性中心的概念。必需基团的分类及其作用；酶促反应的特点：高效性、高特异性和可调节性；底其作用；酶促反应的特点：高效性、高特异性和可调节性；底物浓度对酶促反应的影响：米一曼氏方程，物浓度对酶促反应的影响：米一曼氏方程，Km值的意义；抑值的意义；抑制剂对酶促反应的影响：不可逆抑制的作用，可逆性抑制包括竞制剂对酶促反应的影响：不可逆抑制的作用，可逆性抑制包括竞争性抑制、争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制的动力学特征；酶原非竞争性抑制、反竞争性抑制的动力学特征；酶原与酶原激活的过程与生理意义；变构酶、变构调节、共价修饰和与酶原激活的过程与生理意义；变构酶、变构调节、共价修饰和同工酶的概念。同工酶的概念。本章教学重点本章教学重点现在学习的是第2页，共120页酶的概念酶的概念n酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高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。效催化作用的蛋白质。n目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类:酶、核酶酶、核酶(脱氧核酶脱氧核酶)现在学习的是第3页，共120页n酶学研究简史酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一一百百余余年年前前，Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活活动动的的结结果。果。1878年，年，Khne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Eduard Buchner用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液，实实现了发酵。现了发酵。1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。现在学习的是第4页，共120页1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提提出出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年年，Jack W.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连接酶活性连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。现在学习的是第5页，共120页第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme 现在学习的是第6页，共120页n酶的不同形式酶的不同形式:单体酶单体酶(monomeric enzyme)：仅有三级结构的酶。：仅有三级结构的酶。寡寡聚聚酶酶(oligomeric enzyme)：由由多多个个相相同同或或不不同同亚亚基基以以非非共共价价键连接组成的酶。键连接组成的酶。多多酶酶体体系系(multienzyme system)：由由几几种种不不同同功功能能的的酶酶彼彼此此聚聚合合形形成成的多酶复合物的多酶复合物(如丙酮酸脱氢酶复合体如丙酮酸脱氢酶复合体)。多多功功能能酶酶(multifunctional enzyme)或或串串联联酶酶(tandem enzyme)：一一些些多多酶酶体体系系在在进进化化过过程程中中由由于于基基因因的的融融合合，多多种种不不同同催催化化功功能能存存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶(如逆转录酶如逆转录酶)。现在学习的是第7页，共120页一、酶的分子组成一、酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子辅助因子(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)结合酶结合酶(conjugated enzyme)n n单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 (simple enzyme)(simple enzyme)现在学习的是第8页，共120页n全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用:酶蛋白决定反应的特异性酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质辅助因子决定反应的种类与性质现在学习的是第9页，共120页金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。丢失。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，但与酶的结合金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。不甚紧密。金属离子是最多见的辅助因子金属离子是最多见的辅助因子现在学习的是第10页，共120页金属金属离子的作用：离子的作用：参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；稳定酶的构象；稳定酶的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。现在学习的是第11页，共120页小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素维生素或维生素类物质或维生素类物质。现在学习的是第12页，共120页转移的基团转移的基团小分子有机化合物小分子有机化合物(辅酶或辅基辅酶或辅基)名称名称所含的维生素所含的维生素氢原子氢原子(质子质子)NAD(尼克酰胺腺嘌呤二核苷尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶酸，辅酶I)尼克酰胺尼克酰胺(维生素维生素PP)之一之一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)尼克酰胺尼克酰胺(维生素维生素PP)之一之一FMN(黄素单核苷酸黄素单核苷酸)维生素维生素B2(核黄素核黄素)FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸)维生素维生素B2(核黄素核黄素)醛基醛基TPP(焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素)维生素维生素B1(硫胺素硫胺素)酰基酰基辅酶辅酶A(CoA)泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸烷基烷基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素B12二氧化碳二氧化碳生物素生物素生物素生物素氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛吡哆醛(维生素维生素B6之一之一)甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸某些辅酶某些辅酶(辅基辅基)在催化中的作用在催化中的作用现在学习的是第13页，共120页辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prosthetic group)。n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。现在学习的是第14页，共120页二、酶的活性中心二、酶的活性中心酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学基团。基团。n必需基团必需基团(essential group)现在学习的是第15页，共120页指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。底物转化为产物。n酶的活性中心酶的活性中心(active center/site)现在学习的是第16页，共120页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的空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团现在学习的是第17页，共120页底底 物物 活性中心以外的活性中心以外的必需基团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 现在学习的是第18页，共120页三、同工酶三、同工酶同同工工酶酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，而而酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构理理化化性性质质乃乃至至免免疫疫学性质不同的一组酶。学性质不同的一组酶。n定义定义现在学习的是第20页，共120页根据国际生化学会的建议，同工酶是由根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码不同基因编码的多肽链，或由的多肽链，或由同一基因同一基因转录生成的转录生成的不同不同mRNA所所翻译的翻译的不同多肽链不同多肽链组成的蛋白质。组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织不同组织或同或同一细胞的一细胞的不同亚细胞不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。现在学习的是第21页，共120页乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶n举例举例 1HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)HM心肌型心肌型骨骼肌型骨骼肌型(碱性碱性AA较多较多)（在碱性缓冲液中电泳速率递减）（在碱性缓冲液中电泳速率递减）血清血清%273421126器官分布器官分布心肌心肌心肾心肾肺肺肝、肌肝、肌骨骼肌骨骼肌现在学习的是第22页，共120页n举例举例 2B BB BB BMMMMMM CK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑脑 心肌心肌 骨骼肌骨骼肌肌酸激酶肌酸激酶(creatine kinase,CK)同工酶同工酶现在学习的是第23页，共120页第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action现在学习的是第24页，共120页在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。点。n酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：现在学习的是第25页，共120页（一）酶促反应具有极高的效率（一）酶促反应具有极高的效率 一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比倍，比一般催化剂高一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化活化能能(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。反应的活化能。现在学习的是第26页，共120页酶酶 的的 催催 化化 效效 率率 可可 用用酶酶 的的 转转 换换 数数 (turnover number)来来表表示示。酶酶的的转转换换数数是是指指在在酶酶被被底底物物饱饱和和的的条条件件下下，每每个个酶酶分分子子每每秒秒钟钟将将底底物物转转化化为为产产物的分子数。物的分子数。现在学习的是第27页，共120页一一种种酶酶仅仅作作用用于于一一种种或或一一类类化化合合物物，或或一一定定的的化化学学键键，催催化化一一定定的的化化学学反反应应并并生生成成一一定定的的产产物物。酶酶的的这这种种特特性性称称为为酶酶的的特特异异性性或或专专一一性性。n酶的特异性酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性现在学习的是第28页，共120页n根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下性可大致分为以下3种类型：种类型：绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于特定结：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物构的产物。相对特异性相对特异性(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。立体结构特异性立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立体异：作用于立体异构体中的一种。构体中的一种。现在学习的是第29页，共120页（三）酶促反应的可调节性（三）酶促反应的可调节性酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对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。不断变化的内外环境和生命活动的需要。区域化分布与基因分化区域化分布与基因分化/融合融合/编辑编辑酶原激活酶原激活对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节酶催化效率的调节酶催化效率的调节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现在学习的是第30页，共120页二、酶促进反应速率的机制二、酶促进反应速率的机制（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的是通过降低反应的活化能活化能(activation energy)实实现的。现的。活化能：底物分子从初态转变到活化态所需活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。的能量。现在学习的是第31页，共120页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 现在学习的是第32页，共120页（二）酶（二）酶-底物复合物的形成底物复合物的形成酶底物复合物酶底物复合物(过渡态过渡态过渡态过渡态)E+SE+PES现在学习的是第33页，共120页1诱导契合作用使酶与底物密切结合诱导契合作用使酶与底物密切结合酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形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。这一过程称为酶和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物底物结合的诱导契合结合的诱导契合(induced-fit)。现在学习的是第34页，共120页现在学习的是第35页，共120页酶受底物诱导发生构象改变，特别是活性中心的功酶受底物诱导发生构象改变，特别是活性中心的功能基团位移或改向，呈现一种高活性功能状态。能基团位移或改向，呈现一种高活性功能状态。加之，由于酶的活性中心关键性电荷基团可使底物加之，由于酶的活性中心关键性电荷基团可使底物分子电子云密度改变，产生张力作用使底物扭曲，分子电子云密度改变，产生张力作用使底物扭曲，削弱有关的化学键，从而使底物从基态转变成过渡削弱有关的化学键，从而使底物从基态转变成过渡态，有利于反应进行。态，有利于反应进行。现在学习的是第37页，共120页X-射线晶体衍射证明，溶菌酶与底物结合后，底物中的乙射线晶体衍射证明，溶菌酶与底物结合后，底物中的乙酰氨基葡糖中吡喃环可从椅式扭曲成沙发式，导致糖苷键酰氨基葡糖中吡喃环可从椅式扭曲成沙发式，导致糖苷键断裂，实现溶菌酶的催化作用断裂，实现溶菌酶的催化作用 现在学习的是第38页，共120页2.邻近效应与定向排列邻近效应与定向排列酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近接近并形成有利于反应的正确并形成有利于反应的正确定向定向关系。关系。这种邻近效应这种邻近效应(proximity effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange)实际上是将实际上是将分子间反应分子间反应变成类似于变成类似于分子内的反分子内的反应应，从而提高反应速率。，从而提高反应速率。现在学习的是第39页，共120页n邻近效应与定向排列：邻近效应与定向排列：现在学习的是第40页，共120页两个基团邻近和定向示意图两个基团邻近和定向示意图 a.a.不靠近不定向；不靠近不定向；b.b.靠近不定向；靠近不定向；c.c.靠近定向靠近定向现在学习的是第41页，共120页酶的活性中心多位于酶分子的疏水酶的活性中心多位于酶分子的疏水“口袋口袋”，酶反应在，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化(desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物分子，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表面效应表面效应(surface effect)。3.表面效应使底物分子去溶剂化表面效应使底物分子去溶剂化现在学习的是第42页，共120页（三）酶催化作用的多样性（三）酶催化作用的多样性.一般酸一般酸-碱催化作用碱催化作用(general acid-base catalysis)酶的活性中心具有某些氨基酸残基的酶的活性中心具有某些氨基酸残基的R基团，其中有许基团，其中有许多是酸碱基团（如氨基、羧基等）它们在体液条件下，往往多是酸碱基团（如氨基、羧基等）它们在体液条件下，往往是良好的质子供体或受体，极有利于进行酸碱催化作用，从是良好的质子供体或受体，极有利于进行酸碱催化作用，从而提高酶的催化效能。而提高酶的催化效能。代谢过程中的水解、水合、分子重排和许多取代反应，代谢过程中的水解、水合、分子重排和许多取代反应，都是因酶的酸碱催化而加速完成。都是因酶的酸碱催化而加速完成。现在学习的是第43页，共120页广义酸基团（质子供体）广义碱基团（质子受体）现在学习的是第44页，共120页.共价催化作用共价催化作用(covalent catalysis)某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的ESES复合物复合物复合物复合物(过过过过渡态渡态渡态渡态)，从而降低反应的活化能，这些复合物极易变成产，从而降低反应的活化能，这些复合物极易变成产，从而降低反应的活化能，这些复合物极易变成产，从而降低反应的活化能，这些复合物极易变成产物，加速化学反应速度。物，加速化学反应速度。物，加速化学反应速度。物，加速化学反应速度。现在学习的是第45页，共120页.亲核催化作用亲核催化作用(nucleophilic catalysis)通常酶分子活性中心内都含有亲核基团，如通常酶分子活性中心内都含有亲核基团，如Ser的羟基的羟基Cys的巯基、的巯基、His的咪唑基、的咪唑基、Lys的的e氨基这些基团都有剩氨基这些基团都有剩余的电子对，可以对底物缺电子基团发动亲核攻击。余的电子对，可以对底物缺电子基团发动亲核攻击。例如胰凝乳蛋白酶，就是利用例如胰凝乳蛋白酶，就是利用Ser195OH的的H+通过通过His57传向传向Asp102后，后，Ser195O-一成为强的亲核基团，一成为强的亲核基团，来攻击底物的羰基碳（来攻击底物的羰基碳（C=O）现在学习的是第46页，共120页第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction现在学习的是第47页，共120页酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反应速率的影酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。响，并加以定量的阐述。影响因素包括：酶浓度、底物浓度、影响因素包括：酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑、温度、抑制剂、激活剂等。制剂、激活剂等。现在学习的是第48页，共120页一、底物浓度对反应速率的影响一、底物浓度对反应速率的影响在其他因素不变的在其他因素不变的情况下，底物浓度对反情况下，底物浓度对反应速率的影响呈应速率的影响呈矩形双矩形双曲线曲线关系。关系。SV现在学习的是第49页，共120页单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；酶酶促促反反应应速速率率一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时时间间内内底底物物的的消消耗耗量量和和产产物物的的生生成成量量来来表表示；示；反反应应速速率率取取其其初初速速率率，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小小（一一般般在在5 以内）时的反应速率以内）时的反应速率底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。n研究前提：研究前提：现在学习的是第50页，共120页当底物浓度较低时：当底物浓度较低时：反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。反应。SVVmax现在学习的是第51页，共120页底物浓度较高：底物浓度较高：反应速率不再成正比例加速；反应为混合反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。级反应。SVVmax现在学习的是第52页，共120页底物浓度高达一定程度：底物浓度高达一定程度：反应速率不再增加，达最大速率；反应为零反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应级反应SVVmax现在学习的是第53页，共120页中间产物中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是中间产物学说：合理学说是中间产物学说：E+S k1k2k3ESE+P（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式(1913年年)现在学习的是第54页，共120页1913年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速率率与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米曼曼氏氏方方程程式式，简简称称米米氏氏方程式方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速率时的反应速率Vmax：最大反应速率最大反应速率(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S 现在学习的是第55页，共120页1.E与与S形形成成ES复复合合物物的的反反应应是是快快速速平平衡衡反反应应，而而ES分分解解为为E及及P的的反反应应为为慢慢反反应应，反反应应速速率率取取决决于于慢慢反反应应即即 V=k3ES。(1)2.S的的总总浓浓度度远远远远大大于于E的的总总浓浓度度，因因此此在在反反应应的的初初始始阶段，阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即S=St。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：现在学习的是第56页，共120页n米曼氏方程式推导过程：米曼氏方程式推导过程：ES的生成速率的生成速率=ES的分解速率的分解速率k2+k3=Km（米氏常数）（米氏常数）k1令：令：则则(2)变为变为:(EtES)S=Km ES(2)=(EtES)Sk2+k3ES k1整理得：整理得：k1(EtES)S=k2 ES+k3 ES当反应处于稳态时：当反应处于稳态时：现在学习的是第57页，共120页底物浓度很高底物浓度很高(酶的活性中心全部饱和酶的活性中心全部饱和)时，时，即即Et=ES，反应达最大速率，反应达最大速率Vmax=k3ES=k3Et (5)ES=EtSKm+S(3)整理得整理得:将将(5)代入代入(4)得米氏方程式：得米氏方程式：Vmax S Km+S V=将将(3)代入代入(1)得得k3EtS Km+S(4)V=现在学习的是第58页，共120页（二）（二）Km与与VmKm值的推导值的推导Km与与Vmax的意义的意义 Km与与Vm是两个重要的酶促反应动力学参数是两个重要的酶促反应动力学参数现在学习的是第59页，共120页当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：n Km值的推导值的推导Km=S Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是底物浓度，单位是mol/L。2=Km+S Vmax VmaxSVmaxVSKmVmax/2 VmaxKm+Vmax S=2Vmax S 现在学习的是第60页，共120页n Km与与Vmax的意义的意义定义：定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。底物浓度。意义：意义：Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结是酶的特征性常数之一，只与酶的结 构、底物和反应环境（如，温度、构、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强度）有关，离子强度）有关，与酶的浓度无关与酶的浓度无关。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；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。Km值值现在学习的是第61页，共120页 Vmax意义：意义：Vmax=k3 E定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速率，与是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。酶浓度成正比。如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的计算酶的转换数转换数(turnover number)，即动力学常数，即动力学常数k3。现在学习的是第62页，共120页定定义义:当当酶酶被被底底物物充充分分饱饱和和时时，单单位位时时间间内内每每个个酶分子催化底物转变为产物的分子数。酶分子催化底物转变为产物的分子数。意义意义:可用来比较每单位酶的催化能力。可用来比较每单位酶的催化能力。n酶的转换数酶的转换数(turnover number)现在学习的是第63页，共120页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)作图法作图法 VmaxS Km+SV=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=KmVmax 1/Vmax 1/S 两边同取倒数两边同取倒数（三）作图法求取（三）作图法求取m值与值与max值值-1/Km 1/V1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V现在学习的是第64页，共120页2.Hanes作图法作图法在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘SSS/V=S/V=K Kmm/V/Vmax max+S/V+S/Vmax max S S S/V S/V -Km K Kmm/V/Vm m 1/Vmax 现在学习的是第65页，共120页二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响当当SE，酶酶可可被被底底物物饱饱和和的的情情况况下下，反反应应速度与酶浓度成正比。速度与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：V=K3 E0VE当当SE时，时，Vmax=k3 E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 现在学习的是第66页，共120页三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响温度对酶促反应速率具有双重影响。温度对酶促反应速率具有双重影响。酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的的最适温度最适温度(optimum temperature)。现在学习的是第67页，共120页酶酶活活性性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 现在学习的是第68页，共120页酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关。行的时间有关。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。现在学习的是第69页，共120页四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响酶催化活性最高时反应体系的酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的称为酶促反应的最适最适pH(optimum pH)。pH对某些酶活对某些酶活性的影响性的影响现在学习的是第70页，共120页最最适适pH不不是是酶酶的的特特征征性性常常数数，它它受受底底物物浓浓度度、缓缓冲冲液液种种类类与与浓浓度度、以以及及酶酶纯纯度度等等因因素素的的影影响。响。现在学习的是第71页，共120页五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)n酶的抑制区别于酶的变性：酶的抑制区别于酶的变性：抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变变性的物质称为酶的抑制剂。性的物质称为酶的抑制剂。现在学习的是第72页，共120页n抑制作用的类型抑制作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)非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：的抑制作用分为：现在学习的是第73页，共120页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)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)n概念概念n举例举例抑制剂通常以抑制剂通常以共价键共价键与酶活性中心的必需与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。基团相结合，使酶失活。（一）不可逆性抑制剂（一）不可逆性抑制剂现在学习的是第74页，共120页（二）（二）可逆性抑制作用可逆性抑制作用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 n类型类型n概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶-底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧丧失失；抑抑制制剂剂可用透析、超滤等方法除去。可用透析、超滤等方法除去。现在学习的是第76页，共120页1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用有有些些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。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。成。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。n定义定义现在学习的是第77页，共120页n反应模式反应模式+IEIE+SE+PESIS+ESIESEIPEE现在学习的是第78页，共120页n特点特点2)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力及底物浓度和力及底物浓度;1)I与与S结结构构类类似似,竞竞争争酶的活性中心酶的活性中心;3)动动力力学学特特点点:Vmax不不变变,表观表观Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂1/V1/S现在学习的是第79页，共120页n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延胡索酸延胡索酸现在学习的是第80页，共120页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(叶酸前体)现在学习的是第81页，共120页有有些些抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团相相结结合合，不不影影响响酶酶与与底底物物的的结结合合，酶酶和和底底物物的的结结合合也也不不影影响响酶酶与与抑抑制制剂剂的的结结合合。底底物物和和抑抑制制剂剂之之间间无无竞竞争争关关系系。但但酶酶-底底物物-抑抑制制剂剂复复合合物物(ESI)不不能能进进一一步步释释放放出出产产物物。这这种种抑抑制制作作用用称称作作非非竞竞争争性性抑抑制制作用。作用。2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用n定义定义现在学习的是第82页，共120页反应模式反应模式+S S+S S+ESIEIEESEPE+SESE+P+IEI+S EIS +I现在学习的是第83页，共120页n特点特点1)抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团结结合合，底底物物与与抑抑制制剂剂之间无竞争关系；之间无竞争关系；2)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制剂的浓度；制剂的浓度；3)动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km不不变。变。抑制剂抑制剂1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 现在学习的是第84页，共120页抑抑制制剂剂仅仅与与酶酶和和底底物物形形成成的的中中间间产产物物(ES)结结合合，使使中中间间产产物物ES的的量量下下降降。这这样样，既既减减少少从从中中间间产产物物转转化化为为产产物物的的量量，也也同同时时减减少少从从中中间间产产物物解解离离出出游游离离酶酶和和底底物物的的量量。这这种种抑抑制制作作用用称称为为反反竞争性抑制作用。竞争性抑制作用。n定义定义3.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用现在学习的是第85页，共120页反应模式反应模式E+SE+P ES+IESI+ESESESIEP现在学习的是第86页，共120页n特点：特点：1)抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物复合物结合；物复合物结合；2)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂的的浓浓度度及及底底物物的浓度；的浓度；3)动动力力学学特特点点：Vmax降低，表观降低，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 现在学习的是第87页，共120页各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 现在学习的是第88页，共120页六、激活剂对反应速度的影响六、激活剂对反应速度的影响n定义定义使使酶酶由由无无活活性性变变为为有有活活性性或或使使酶酶活活性性增增加加的物质称为的物质称为激活剂激活剂(activator)。n种类种类必需激活剂必需激活剂(essential activator)非必需激活剂非必需激活剂(non-essential activator)现在学习的是第89页，共120页第四节第四节 酶的调节酶的调节The Regulation of Enzyme现在学习的是第90页，共120页酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）n调节方式调节方式n调节对象：关键酶调节对象：关键酶现在学习的是第91页，共120页一一、酶活性的调节、酶活性的调节(快速调节快速调节)变构效应剂变构效应剂(allosteric effector)（亦可能是酶的底物）（亦可能是酶的底物）变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂n 一些代谢物可与某些一些代谢物可与某些酶分子活性中心外酶分子活性中心外的某部分的某部分可可逆逆地结合，使酶地结合，使酶构象改变构象改变，从而改变酶的催化活，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。是体内代谢途性，此种调节方式称变构