王镜岩生化课件4酶.ppt

4.1 4.1 酶可以按催化的反应类型分类酶可以按催化的反应类型分类酶可以按催化的反应类型分类酶可以按催化的反应类型分类4.2 4.2 比活是酶纯化程度的指标比活是酶纯化程度的指标比活是酶纯化程度的指标比活是酶纯化程度的指标4.3 4.3 酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡4.4 4.4 酶催化作用发生在活性部位酶催化作用发生在活性部位酶催化作用发生在活性部位酶催化作用发生在活性部位 4.5 4.5 存在着几种解释酶催化作用的机制存在着几种解释酶催化作用的机制存在着几种解释酶催化作用的机制存在着几种解释酶催化作用的机制4.6 4.6 米氏方程是表示酶促反应的速度方程米氏方程是表示酶促反应的速度方程米氏方程是表示酶促反应的速度方程米氏方程是表示酶促反应的速度方程4.7 4.7 可逆抑制剂通过非共价键与酶结合可逆抑制剂通过非共价键与酶结合可逆抑制剂通过非共价键与酶结合可逆抑制剂通过非共价键与酶结合4.8 4.8 不可逆抑制剂共价修饰酶不可逆抑制剂共价修饰酶不可逆抑制剂共价修饰酶不可逆抑制剂共价修饰酶4.9 4.9 酶促反应的速度受酶促反应的速度受酶促反应的速度受酶促反应的速度受pHpH的影响的影响的影响的影响4.10 4.10 丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征4.11 4.11 调节酶一般都是寡聚体调节酶一般都是寡聚体调节酶一般都是寡聚体调节酶一般都是寡聚体4.12 4.12 某些酶具有组织或器官特异性某些酶具有组织或器官特异性某些酶具有组织或器官特异性某些酶具有组织或器官特异性4 酶酶 酶酶酶酶是是是是非非非非常常常常有有有有效效效效的的的的和和和和特特特特异异异异性性性性高高高高的的的的生生生生物物物物催催催催化化化化剂剂剂剂。酶酶酶酶催催催催化化化化反反反反应应应应条条条条件件件件温温温温和和和和、常常常常温温温温、常常常常压压压压。酶酶酶酶催催催催化化化化的的的的反反反反应应应应比比比比相相相相应应应应的的的的没没没没有有有有催催催催化化化化剂剂剂剂的的的的反反反反应应应应快快快快10103 310101717倍倍倍倍。例例例例如如如如在在在在0 0时时时时，1 1molmol过过过过氧氧氧氧化化化化氢氢氢氢酶酶酶酶能能能能使使使使5105106 6 mol mol HH2 2OO2 2分分分分解解解解为为为为HH2 2OO和和和和OO2 2；而而而而在在在在同同同同样样样样条条条条件件件件下下下下，每每每每克克克克离离离离子子子子铁铁铁铁只只只只能能能能使使使使6106104 4mol Hmol H2 2OO2 2分解，酶比铁离子快了分解，酶比铁离子快了分解，酶比铁离子快了分解，酶比铁离子快了10101010倍。倍。倍。倍。酶酶酶酶作作作作用用用用的的的的特特特特异异异异性性性性分分分分为为为为绝绝绝绝对对对对特特特特异异异异性性性性、相相相相对对对对特特特特异异异异性性性性和和和和立立立立体体体体异异异异构构构构特异性。特异性。特异性。特异性。绝绝绝绝对对对对特特特特异异异异性性性性是是是是指指指指酶酶酶酶只只只只能能能能催催催催化化化化一一一一种种种种或或或或两两两两种种种种结结结结构构构构极极极极相相相相似似似似的的的的化化化化合合合合物物物物的的的的反反反反应应应应，如如如如脲脲脲脲酶酶酶酶只只只只水水水水解解解解尿尿尿尿素素素素。而而而而相相相相对对对对特特特特异异异异性性性性是是是是指指指指酶酶酶酶可可可可作作作作用用用用于于于于一一一一类类类类化化化化合合合合物物物物或或或或一一一一种种种种化化化化学学学学键键键键，如如如如脂脂脂脂肪肪肪肪酶酶酶酶或或或或酯酯酯酯酶酶酶酶催催催催化化化化酯酯酯酯键键键键水水水水解解解解，对对对对酯酯酯酯键键键键两两两两侧侧侧侧的的的的基基基基团团团团要要要要求求求求不不不不严严严严格格格格，对对对对很很很很多多多多有有有有机机机机酸酸酸酸和和和和醇醇醇醇（或或或或酚酚酚酚）形形形形成成成成的酯键都能水解。的酯键都能水解。的酯键都能水解。的酯键都能水解。立体异构特异性是指酶作用的底物应具有特定的立体结立体异构特异性是指酶作用的底物应具有特定的立体结立体异构特异性是指酶作用的底物应具有特定的立体结立体异构特异性是指酶作用的底物应具有特定的立体结构才能被催化。这种异构性包括光学异构性和几何异构性。构才能被催化。这种异构性包括光学异构性和几何异构性。构才能被催化。这种异构性包括光学异构性和几何异构性。构才能被催化。这种异构性包括光学异构性和几何异构性。光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一种，而对另一种不起作用。例如精氨酸酶只水解种，而对另一种不起作用。例如精氨酸酶只水解种，而对另一种不起作用。例如精氨酸酶只水解种，而对另一种不起作用。例如精氨酸酶只水解L-L-精氨酸生精氨酸生精氨酸生精氨酸生成成成成L-L-鸟氨酸和尿素，而对鸟氨酸和尿素，而对鸟氨酸和尿素，而对鸟氨酸和尿素，而对D-D-精氨酸没有作用。精氨酸没有作用。精氨酸没有作用。精氨酸没有作用。几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，-、-构型。构型。构型。构型。有的酶具有这种立体异构的专一性，如延胡索酸酶只能催化有的酶具有这种立体异构的专一性，如延胡索酸酶只能催化有的酶具有这种立体异构的专一性，如延胡索酸酶只能催化有的酶具有这种立体异构的专一性，如延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸不延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸不延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸不延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸不起作用。起作用。起作用。起作用。4.1 4.1 酶的命名和分类是根据酶催化的反应酶的命名和分类是根据酶催化的反应酶的命名和分类是根据酶催化的反应酶的命名和分类是根据酶催化的反应 将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型：将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型：将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型：将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型：1.1.氧氧氧氧化化化化还还还还原原原原酶酶酶酶：催催催催化化化化氧氧氧氧化化化化还还还还原原原原反反反反应应应应。其其其其中中中中的的的的大大大大多多多多数数数数酶酶酶酶称称称称之之之之脱脱脱脱氢酶，但有些也称之氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶。氢酶，但有些也称之氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶。氢酶，但有些也称之氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶。氢酶，但有些也称之氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶。2.2.转转转转移移移移酶酶酶酶：催催催催化化化化基基基基团团团团转转转转移移移移反反反反应应应应。其其其其中中中中许许许许多多多多转转转转移移移移酶酶酶酶需需需需要要要要辅辅辅辅酶酶酶酶。通通通通常底物分子的一部分与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶。常底物分子的一部分与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶。常底物分子的一部分与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶。常底物分子的一部分与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶。3.3.水水水水解解解解酶酶酶酶：催催催催化化化化水水水水解解解解反反反反应应应应。这这这这是是是是特特特特殊殊殊殊的的的的一一一一类类类类转转转转移移移移酶酶酶酶，水水水水作作作作为为为为转转转转移的基团的受体。移的基团的受体。移的基团的受体。移的基团的受体。4.4.裂裂裂裂合合合合酶酶酶酶：催催催催化化化化非非非非水水水水解解解解和和和和非非非非氧氧氧氧化化化化的的的的底底底底物物物物的的的的消消消消除除除除反反反反应应应应，或或或或裂裂裂裂解解解解，生生生生成成成成一一一一个个个个双双双双键键键键。在在在在裂裂裂裂解解解解酶酶酶酶催催催催化化化化的的的的可可可可逆逆逆逆反反反反应应应应中中中中，裂裂裂裂解解解解酶酶酶酶催催催催化化化化一一一一个个个个底底底底物物物物加加加加到到到到第第第第二二二二个个个个底底底底物物物物的的的的一一一一个个个个双双双双键键键键处处处处。催催催催化化化化细细细细胞胞胞胞内内内内的的的的加加加加成成成成反反反反应的裂解酶常命名为合成酶。应的裂解酶常命名为合成酶。应的裂解酶常命名为合成酶。应的裂解酶常命名为合成酶。5.5.异异异异构构构构酶酶酶酶：催催催催化化化化异异异异构构构构化化化化反反反反应应应应。这这这这类类类类反反反反应应应应是是是是最最最最简简简简单单单单的的的的酶酶酶酶促促促促反反反反应应应应，因为这些反应只有一个底物或一个产物。因为这些反应只有一个底物或一个产物。因为这些反应只有一个底物或一个产物。因为这些反应只有一个底物或一个产物。6.6.连连连连接接接接酶酶酶酶：催催催催化化化化两两两两个个个个底底底底物物物物的的的的连连连连接接接接反反反反应应应应或或或或称称称称之之之之交交交交联联联联反反反反应应应应。这这这这类类类类反反反反应应应应通通通通常常常常需需需需要要要要输输输输入入入入能能能能量量量量，例例例例如如如如腺腺腺腺苷苷苷苷三三三三磷磷磷磷酸酸酸酸ATPATP。连连连连接接接接酶酶酶酶也也也也常常常常称之合成酶。称之合成酶。称之合成酶。称之合成酶。4.2 4.2 比活是酶纯化程度的指标比活是酶纯化程度的指标比活是酶纯化程度的指标比活是酶纯化程度的指标 酶活性也称为酶活力酶活性也称为酶活力酶活性也称为酶活力酶活性也称为酶活力，是指酶催化指定化学反应的能力。是指酶催化指定化学反应的能力。是指酶催化指定化学反应的能力。是指酶催化指定化学反应的能力。酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示。酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示。酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示。酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示。比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数。比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数。比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数。比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数。纯化步骤纯化步骤 级分体积级分体积 （ml）总蛋白总蛋白 （mg）活力活力 （U）比活比活（U/mg）粗提取液粗提取液 1860 6720 13440 2丙酮分级丙酮分级80960960015凝胶层析凝胶层析80300870029离子交换离子交换2290423047猪肾猪肾氨基酰化酶各个步骤纯化数据氨基酰化酶各个步骤纯化数据4.3 4.3 酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示。一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示。一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示。一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示。E ES SESESE EP P 可以用相应反应历程图表示。可以用相应反应历程图表示。可以用相应反应历程图表示。可以用相应反应历程图表示。a.a.无酶催化的反应无酶催化的反应无酶催化的反应无酶催化的反应b.b.酶催化的反应酶催化的反应酶催化的反应酶催化的反应无无催化催化催化催化反应剂反应剂产物产物自自由由能能活化能活化能过渡态过渡态自由能变化自由能变化自自由由能能 纵坐标表示自由能（纵坐标表示自由能（纵坐标表示自由能（纵坐标表示自由能（GG），），），），横坐标为反应过程。从图中横坐标为反应过程。从图中横坐标为反应过程。从图中横坐标为反应过程。从图中可以看到，可以看到，可以看到，可以看到，S S和和和和P P都含有一定的自由能，即处于称为基态的一都含有一定的自由能，即处于称为基态的一都含有一定的自由能，即处于称为基态的一都含有一定的自由能，即处于称为基态的一种稳定的状态。种稳定的状态。种稳定的状态。种稳定的状态。S S和和和和P P之间的平衡反映了它们的基态自由能的之间的平衡反映了它们的基态自由能的之间的平衡反映了它们的基态自由能的之间的平衡反映了它们的基态自由能的差别，它们之间存在着象座差别，它们之间存在着象座差别，它们之间存在着象座差别，它们之间存在着象座“山山山山”的能障，反应的底物必的能障，反应的底物必的能障，反应的底物必的能障，反应的底物必须提高能量水平才能跨越能障。须提高能量水平才能跨越能障。须提高能量水平才能跨越能障。须提高能量水平才能跨越能障。“山山山山”顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以转化为转化为转化为转化为 S S 或或或或 P P。从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称为反应的活化能为反应的活化能为反应的活化能为反应的活化能。S SPPPP的活化能用的活化能用的活化能用的活化能用GGGG0 0 0 0 S SP P，PSPSPSPS的活化能的活化能的活化能的活化能用用用用GGGG0 0 0 0 P PS S表示。而表示。而表示。而表示。而GGGG0 0 0 0 代表由代表由代表由代表由S S到到到到P P的整个标准自由能变化。的整个标准自由能变化。的整个标准自由能变化。的整个标准自由能变化。一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降低。低。低。低。酶酶酶酶分分分分子子子子一一一一般般般般都都都都很很很很大大大大，但但但但酶酶酶酶中中中中真真真真正正正正起起起起催催催催化化化化作作作作用用用用的的的的部部部部位位位位只只只只是是是是酶酶酶酶分分分分子子子子中中中中某某某某一一一一部部部部位位位位，该该该该部部部部位位位位称称称称为为为为酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性部部部部位位位位，活活活活性性性性部部部部位位位位是是是是酶酶酶酶结结结结合和催化底物的场所。合和催化底物的场所。合和催化底物的场所。合和催化底物的场所。活活活活性性性性部部部部位位位位是是是是一一一一个个个个三三三三维维维维空空空空间间间间结结结结构构构构；通通通通常常常常位位位位于于于于酶酶酶酶蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的两两两两个个个个结结结结构域或亚基之间的裂隙构域或亚基之间的裂隙构域或亚基之间的裂隙构域或亚基之间的裂隙，或位于蛋白质表面的凹槽。或位于蛋白质表面的凹槽。或位于蛋白质表面的凹槽。或位于蛋白质表面的凹槽。活活活活性性性性部部部部位位位位是是是是多多多多肽肽肽肽链链链链折折折折叠叠叠叠形形形形成成成成的的的的一一一一个个个个特特特特殊殊殊殊的的的的空空空空间间间间结结结结构构构构，一一一一些些些些在在在在氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸序序序序列列列列相相相相距距距距很很很很远远远远的的的的氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸残残残残基基基基经经经经折折折折叠叠叠叠会会会会靠靠靠靠近近近近，有有有有的的的的就就就就是是是是活性部位的组成成分，直接参与酶的催化作用。活性部位的组成成分，直接参与酶的催化作用。活性部位的组成成分，直接参与酶的催化作用。活性部位的组成成分，直接参与酶的催化作用。对对对对活活活活性性性性部部部部位位位位没没没没有有有有直直直直接接接接贡贡贡贡献献献献的的的的其其其其它它它它部部部部位位位位是是是是形形形形成成成成和和和和稳稳稳稳定定定定酶酶酶酶天天天天然然然然结结结结构构构构所所所所需需需需要要要要的的的的。当当当当然然然然酶酶酶酶的的的的其其其其它它它它功功功功能能能能还还还还包包包包括括括括调调调调节节节节功功功功能能能能和和和和指指指指导导导导酶酶酶酶正正正正确定向于细胞中的信号部分确定向于细胞中的信号部分确定向于细胞中的信号部分确定向于细胞中的信号部分。4.4 4.4 酶催化作用发生在活性部位酶催化作用发生在活性部位酶催化作用发生在活性部位酶催化作用发生在活性部位4.5 4.5 存在着几种解释酶催化作用的机制存在着几种解释酶催化作用的机制存在着几种解释酶催化作用的机制存在着几种解释酶催化作用的机制4.5.1 4.5.1 几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制 在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催化，即酸碱催化和共价催化，是两种主要的化学催化模式。化，即酸碱催化和共价催化，是两种主要的化学催化模式。化，即酸碱催化和共价催化，是两种主要的化学催化模式。化，即酸碱催化和共价催化，是两种主要的化学催化模式。在酸碱催化中，一个反应的加速是通过催化一个质子转在酸碱催化中，一个反应的加速是通过催化一个质子转在酸碱催化中，一个反应的加速是通过催化一个质子转在酸碱催化中，一个反应的加速是通过催化一个质子转移完成的。酶利用在细胞接近中性移完成的。酶利用在细胞接近中性移完成的。酶利用在细胞接近中性移完成的。酶利用在细胞接近中性pHpH条件下可以给出或接受条件下可以给出或接受条件下可以给出或接受条件下可以给出或接受质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提供一个相当于强酸质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提供一个相当于强酸质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提供一个相当于强酸质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提供一个相当于强酸或强碱溶液的生物环境。或强碱溶液的生物环境。或强碱溶液的生物环境。或强碱溶液的生物环境。由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的pKpK值值值值是是是是6 6到到到到7 7，所以它是一个在中性，所以它是一个在中性，所以它是一个在中性，所以它是一个在中性pHpH下用于质子转移的理想的基下用于质子转移的理想的基下用于质子转移的理想的基下用于质子转移的理想的基团。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充当酸碱催团。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充当酸碱催团。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充当酸碱催团。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充当酸碱催化剂，因为这些羧基解离的化剂，因为这些羧基解离的化剂，因为这些羧基解离的化剂，因为这些羧基解离的pKpK 值近似为值近似为值近似为值近似为4 4。用用用用B B：表示一个碱，或一个质子受体，而用表示一个碱，或一个质子受体，而用表示一个碱，或一个质子受体，而用表示一个碱，或一个质子受体，而用BHBH表示相应表示相应表示相应表示相应的共轭酸，一个质子的供体。一个质子受体可以通过除去一个的共轭酸，一个质子的供体。一个质子受体可以通过除去一个的共轭酸，一个质子的供体。一个质子受体可以通过除去一个的共轭酸，一个质子的供体。一个质子受体可以通过除去一个质子切断质子切断质子切断质子切断C-HC-H键形成一个负碳离子键形成一个负碳离子键形成一个负碳离子键形成一个负碳离子。也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个C-NC-N键的键的键的键的断裂，通过断裂，通过断裂，通过断裂，通过B B：在中性溶液中除去水分子的一个质子后产在中性溶液中除去水分子的一个质子后产在中性溶液中除去水分子的一个质子后产在中性溶液中除去水分子的一个质子后产生的一个等价的生的一个等价的生的一个等价的生的一个等价的OHOH来完成来完成来完成来完成。4.5.2 4.5.2 许许许许多多多多酶酶酶酶催催催催化化化化的的的的基基基基团团团团转转转转移移移移反反反反应应应应都都都都是是是是通通通通过过过过共共共共价价价价催催催催化化化化进进进进行的行的行的行的 共共共共价价价价催催催催化化化化是是是是第第第第二二二二种种种种类类类类型型型型的的的的化化化化学学学学催催催催化化化化模模模模式式式式，主主主主要要要要通通通通过过过过一一一一个个个个底底底底物物物物或或或或底底底底物物物物的的的的一一一一部部部部分分分分与与与与催催催催化化化化剂剂剂剂形形形形成成成成共共共共价价价价键键键键催催催催化化化化基基基基团团团团的的的的转转转转移移移移反反反反应应应应。在在在在酶酶酶酶作作作作用用用用下下下下的的的的共共共共价价价价催催催催化化化化中中中中，一一一一个个个个底底底底物物物物的的的的一一一一部部部部分分分分首首首首先先先先转转转转移移移移到到到到酶酶酶酶上上上上，然然然然后后后后再再再再转转转转移移移移到到到到第第第第二二二二个个个个底底底底物物物物上上上上。例例例例如如如如基基基基团团团团X X从从从从分分分分子子子子A-XA-X转转转转移移移移到到到到分分分分子子子子B B上就是经共价上就是经共价上就是经共价上就是经共价ESES复合物复合物复合物复合物X-EX-E，按如下两个步骤进行的。按如下两个步骤进行的。按如下两个步骤进行的。按如下两个步骤进行的。A-A-X XE E A AX X-E-EX X-E-EB B B-B-X XE EA-A-X X B-B-X X4.5.3 4.5.3 底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用1.1.底物靠近和定向于酶的活性部位底物靠近和定向于酶的活性部位底物靠近和定向于酶的活性部位底物靠近和定向于酶的活性部位 显显显显然然然然活活活活性性性性部部部部位位位位处处处处的的的的底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度越越越越高高高高越越越越有有有有利利利利于于于于反反反反应应应应。底底底底物物物物（也也也也包包包包括括括括辅辅辅辅助助助助因因因因子子子子）的的的的敏敏敏敏感感感感键键键键逐逐逐逐渐渐渐渐靠靠靠靠近近近近活活活活性性性性部部部部位位位位的的的的催催催催化化化化基基基基团团团团，为为为为的是定向于催化基团以便容易形成过渡态。的是定向于催化基团以便容易形成过渡态。的是定向于催化基团以便容易形成过渡态。的是定向于催化基团以便容易形成过渡态。2.2.底物变形底物变形底物变形底物变形 许多活性部位开始与底物并不相适合，但为了结合底物酶许多活性部位开始与底物并不相适合，但为了结合底物酶许多活性部位开始与底物并不相适合，但为了结合底物酶许多活性部位开始与底物并不相适合，但为了结合底物酶的活性部位不得不变形（诱导契合）以适合底物。一旦与底的活性部位不得不变形（诱导契合）以适合底物。一旦与底的活性部位不得不变形（诱导契合）以适合底物。一旦与底的活性部位不得不变形（诱导契合）以适合底物。一旦与底物结合，酶可以使底物变形，使得敏感键易于断裂和促使新物结合，酶可以使底物变形，使得敏感键易于断裂和促使新物结合，酶可以使底物变形，使得敏感键易于断裂和促使新物结合，酶可以使底物变形，使得敏感键易于断裂和促使新键形成。键形成。键形成。键形成。4.6 4.6 米氏方程是表示酶促反应的速度方程米氏方程是表示酶促反应的速度方程米氏方程是表示酶促反应的速度方程米氏方程是表示酶促反应的速度方程 酶酶酶酶促促促促反反反反应应应应动动动动力力力力学学学学简简简简称称称称之之之之酶酶酶酶动动动动力力力力学学学学，主主主主要要要要研研研研究究究究酶酶酶酶促促促促反反反反应应应应的的的的速速速速度以及其它因素，例如抑制剂等对反应速度的影响。度以及其它因素，例如抑制剂等对反应速度的影响。度以及其它因素，例如抑制剂等对反应速度的影响。度以及其它因素，例如抑制剂等对反应速度的影响。在在在在酶酶酶酶促促促促反反反反应应应应中中中中，如如如如果果果果底底底底物物物物的的的的量量量量远远远远远远远远超超超超过过过过酶酶酶酶量量量量，则则则则反反反反应应应应速速速速度度度度与酶浓度成正比与酶浓度成正比与酶浓度成正比与酶浓度成正比。酶酶浓度浓度反反应应速速度度 如果固定酶浓度，改变底物浓度，酶促反应的速度与底物如果固定酶浓度，改变底物浓度，酶促反应的速度与底物如果固定酶浓度，改变底物浓度，酶促反应的速度与底物如果固定酶浓度，改变底物浓度，酶促反应的速度与底物浓度有什么样关系呢？浓度有什么样关系呢？浓度有什么样关系呢？浓度有什么样关系呢？在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应，反应在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应，反应在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应，反应在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应，反应速度与底物成直线关系。速度与底物成直线关系。速度与底物成直线关系。速度与底物成直线关系。当底物浓度处于中间范围时，相对于底物的反应是混合级当底物浓度处于中间范围时，相对于底物的反应是混合级当底物浓度处于中间范围时，相对于底物的反应是混合级当底物浓度处于中间范围时，相对于底物的反应是混合级反应。当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应过渡。反应。当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应过渡。反应。当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应过渡。反应。当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应过渡。在高浓度底物下，酶被底物饱和，反应相对于底物是零级在高浓度底物下，酶被底物饱和，反应相对于底物是零级在高浓度底物下，酶被底物饱和，反应相对于底物是零级在高浓度底物下，酶被底物饱和，反应相对于底物是零级反应。反应速度与底物浓度无关。酶被底物饱和时的速度称之反应。反应速度与底物浓度无关。酶被底物饱和时的速度称之反应。反应速度与底物浓度无关。酶被底物饱和时的速度称之反应。反应速度与底物浓度无关。酶被底物饱和时的速度称之最大反应速度最大反应速度最大反应速度最大反应速度V Vmaxmax，当底物浓度当底物浓度当底物浓度当底物浓度 SS逐渐增大时，速度逐渐增大时，速度逐渐增大时，速度逐渐增大时，速度 相对于相对于相对于相对于 SS的曲线为一的曲线为一的曲线为一的曲线为一双曲线。双曲线。双曲线。双曲线。酶酶浓度固定，反应速度与底物浓度之间的关系浓度固定，反应速度与底物浓度之间的关系底物浓度底物浓度零级零级反应反应一级反应一级反应双曲线方程可以写成双曲线方程可以写成双曲线方程可以写成双曲线方程可以写成：VmaxS （4.2）KmS该方程称为该方程称为该方程称为该方程称为MichaelisMichaelis-MentenMenten方程（米氏方程），其中方程（米氏方程），其中方程（米氏方程），其中方程（米氏方程），其中 KKmm 值值值值称之米氏常数，称之米氏常数，称之米氏常数，称之米氏常数，V Vmaxmax是酶被底物饱和时的反应速度。是酶被底物饱和时的反应速度。是酶被底物饱和时的反应速度。是酶被底物饱和时的反应速度。米氏常数米氏常数米氏常数米氏常数KKmm是酶促反应速度是酶促反应速度是酶促反应速度是酶促反应速度 为最大酶促反应速度值一半为最大酶促反应速度值一半为最大酶促反应速度值一半为最大酶促反应速度值一半时的底物浓度。这可通过用时的底物浓度。这可通过用时的底物浓度。这可通过用时的底物浓度。这可通过用 SS取代米氏方程（取代米氏方程（取代米氏方程（取代米氏方程（4.24.2）中的）中的）中的）中的KKmm证明，通过计算可得证明，通过计算可得证明，通过计算可得证明，通过计算可得 V Vmaxmax/2/2。酶酶酶酶（E E）催催催催化化化化底底底底物物物物（S S）在在在在酶酶酶酶活活活活性性性性部部部部位位位位裂裂裂裂隙隙隙隙中中中中先先先先形形形形成成成成一一一一个个个个酶酶酶酶-底底底底物物物物复复复复合合合合物物物物（ESES），底底底底物物物物与与与与酶酶酶酶短短短短暂暂暂暂反反反反应应应应转转转转化化化化为为为为一一一一个个个个产产产产物物物物（P P）的的的的双双双双分分分分子子子子反反反反应应应应起起起起始始始始时时时时的的的的反反反反应应应应可可可可以以以以写写写写作作作作（把把把把酶酶酶酶看看看看作作作作一一一一个个个个反反反反应分子）：应分子）：应分子）：应分子）：k k1 1 k kc catat E ES ES ES ES EP P （4.14.1）k k1 1 方方方方程程程程中中中中的的的的速速速速度度度度常常常常数数数数k k1 1为为为为 S S 和和和和 E E 的的的的结结结结合合合合常常常常数数数数，k k1 1是是是是ESES的的的的解解解解离离离离常常常常数数数数。k kc catat为为为为第第第第二二二二步步步步反反反反应应应应的的的的速速速速度度度度常常常常数数数数，也也也也称称称称为为为为催催催催化化化化常常常常数数数数（或或或或转转转转换换换换数数数数）。由由由由ESES转转转转换换换换为为为为游游游游离离离离的的的的酶酶酶酶和和和和产产产产物物物物的的的的反反反反应应应应是是是是用用用用单单单单箭箭箭箭头头头头表表表表示示示示的的的的。这这这这是是是是因因因因为为为为在在在在刚刚刚刚开开开开始始始始的的的的时时时时候候候候，生生生生成成成成的的的的产产产产物物物物非非非非常常常常少少少少，所以可逆反应（所以可逆反应（所以可逆反应（所以可逆反应（ES EES ES S）可以忽略。可以忽略。可以忽略。可以忽略。当当当当底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度非非非非常常常常大大大大时时时时，反反反反应应应应速速速速度度度度接接接接近近近近于于于于一一一一个个个个恒恒恒恒定定定定值值值值。在在在在曲曲曲曲线线线线的的的的这这这这个个个个区区区区域域域域，酶酶酶酶几几几几乎乎乎乎被被被被底底底底物物物物饱饱饱饱和和和和，反反反反应应应应相相相相对对对对于于于于底底底底物物物物S S是是是是个个个个零零零零级级级级反反反反应。就是说再增加底物对反应速度没有什么影响。应。就是说再增加底物对反应速度没有什么影响。应。就是说再增加底物对反应速度没有什么影响。应。就是说再增加底物对反应速度没有什么影响。（饱和时）（饱和时）（饱和时）（饱和时）V Vmaxmax ESES0 0 EEtotaltotal cat catES ES （4.34.3）速速速速度度度度常常常常数数数数 等等等等于于于于催催催催化化化化常常常常数数数数 catcat。饱饱饱饱和和和和时时时时，所所所所有有有有的的的的E E都都都都是是是是以以以以ESES存在。方程（存在。方程（存在。方程（存在。方程（4.34.3）中还有另一个简单的关系式：）中还有另一个简单的关系式：）中还有另一个简单的关系式：）中还有另一个简单的关系式：V Vmaxmax cat cat E Etotaltotal 从从从从中中中中得得得得出出出出：catcatV Vmaxmax /EEtotaltotal。催催催催化化化化常常常常数数数数是是是是V Vmaxmax除除除除以以以以起起起起始始始始的的的的酶酶酶酶浓浓浓浓度度度度 EEtotaltotal或或或或除除除除以以以以在在在在饱饱饱饱和和和和条条条条件件件件下下下下每每每每秒秒秒秒每每每每摩摩摩摩尔尔尔尔酶酶酶酶催催催催化化化化下下下下转转转转化化化化成成成成产物的底物的摩尔数。产物的底物的摩尔数。产物的底物的摩尔数。产物的底物的摩尔数。catcat的的的的单单单单位位位位是是是是s s1 1。catcat的的的的倒倒倒倒数数数数是是是是完完完完成成成成一一一一个个个个催催催催化化化化过过过过程程程程所所所所需需需需要要要要的的的的时间，所以催化常数可以衡量一个酶促反应的快慢。时间，所以催化常数可以衡量一个酶促反应的快慢。时间，所以催化常数可以衡量一个酶促反应的快慢。时间，所以催化常数可以衡量一个酶促反应的快慢。4.6.14.6.1米氏方程的推导米氏方程的推导米氏方程的推导米氏方程的推导 假定存在一个时间周期，在此期间假定存在一个时间周期，在此期间假定存在一个时间周期，在此期间假定存在一个时间周期，在此期间 S S 结合结合结合结合 E E的速度与的速度与的速度与的速度与 ES ES 解解解解离的速度相同。此时离的速度相同。此时离的速度相同。此时离的速度相同。此时 ESES是个恒定值，因为是个恒定值，因为是个恒定值，因为是个恒定值，因为 ES ES 解离为解离为解离为解离为 E ES S 或或或或 E EP P 的速度等于由的速度等于由的速度等于由的速度等于由 E ES S 形成形成形成形成 ES ES 的速度。的速度。的速度。的速度。由由由由E ES S 形成形成形成形成 ESES的速度取决于游离酶的浓度，即等于的速度取决于游离酶的浓度，即等于的速度取决于游离酶的浓度，即等于的速度取决于游离酶的浓度，即等于 EEtotaltotalESES。可写成：可写成：可写成：可写成：（1 1 catcat ）ESES 1 1（EEtotaltotalESES）S S （4.44.4）整理方程，将速度常数集中在一边，并定义为米氏常数整理方程，将速度常数集中在一边，并定义为米氏常数整理方程，将速度常数集中在一边，并定义为米氏常数整理方程，将速度常数集中在一边，并定义为米氏常数KKmm。（1 1 cat cat ）（EEtotaltotalESES）SS K Km m （4.54.5）1 1 ESES从方程（从方程（从方程（从方程（4.54.5）：）：）：）：KKmmESES（EEtotaltotalESES）SS ES ES（KKmmSS）EEtotaltotalSS EEtotaltotalSS ES ES （4.64.6）K KmmSS由于酶促反应速度取决于由于酶促反应速度取决于由于酶促反应速度取决于由于酶促反应速度取决于ESES转换为转换为转换为转换为E EP P的速度。的速度。的速度。的速度。catcatES ES （4.74.7）将方程（将方程（将方程（将方程（4.64.6）代入（）代入（）代入（）代入（4.74.7），），），），catcat E EtotaltotalSS （4.84.8）K KmmSS因为因为因为因为 catcat E EtotaltotalV Vmaxmax，代入方程（代入方程（代入方程（代入方程（4.84.8），就得到了米氏方程。），就得到了米氏方程。），就得到了米氏方程。），就得到了米氏方程。V VmaxmaxSS （4.94.9）K KmmSS （1 1 catcat ）K Kmm 1 1 如如如如果果果果 catcat比比比比 1 1或或或或 1 1小小小小得得得得多多多多，catcat可可可可以以以以忽忽忽忽略略略略，KKmm就就就就变变变变成成成成了了了了 1 1 /1 1 ，这是，这是，这是，这是 ES ES 解离为解离为解离为解离为E ES S的平衡常数。的平衡常数。的平衡常数。的平衡常数。同同同同样样样样MichaelisMichaelis和和和和MentenMenten假假假假定定定定ESES与与与与E ES S处处处处于于于于快快快快速速速速的的的的平平平平衡衡衡衡中中中中，KKmm就就就就是是是是 ES ES 的的的的解解解解离离离离常常常常数数数数。因因因因此此此此 KKmm是是是是