ch生物化学-酶.ppt

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1、n 酶的化学本质：蛋白质酶的化学本质：蛋白质 n酶是一类由活细胞产生的，对其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具有高效催化作用的蛋白质蛋白质。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： 酶酶 、 非酶非酶生物催化剂生物催化剂 （核酶，脱氧核酶等）（核酶，脱氧核酶等）一、酶的分子组成一、酶的分子组成 单纯酶（simple enzyme）：由氨基酸构成的酶。如尿素酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶 结合酶（conjugated enzyme）：由蛋白部分和非蛋白部分组成。前者称为脱辅基酶蛋白，后者称为辅助因子。 脱辅基酶蛋白+辅助因子=全酶酶蛋白酶蛋白 ( (ap

2、oenzyme) ：多肽；决定特异性、多肽；决定特异性、高效性高效性辅助因子辅助因子(cofactor)：非蛋白组分；递氢、非蛋白组分；递氢、电子、基团；决定反应类型、性质电子、基团；决定反应类型、性质全酶全酶(holoenzyme)结合酶的组成成分结合酶的组成成分n辅基辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合牢固，不能用：与酶蛋白结合牢固，不能用透析等简单方法与酶蛋白分离的有机小分子透析等简单方法与酶蛋白分离的有机小分子 n辅酶辅酶(coenzyme): ：与酶蛋白结合不牢固，能用透析等：与酶蛋白结合不牢固，能用透析等简单方法与酶蛋白分离的有机小分子。简单方法与酶蛋白分离的有机

3、小分子。 辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系辅助成分辅助成分作作 用用维生素组分维生素组分核苷酸组核苷酸组分分NAD+（辅酶（辅酶）递氢（脱氢酶）递氢（脱氢酶）尼克酰胺尼克酰胺（Vpp, B5）AMPNADP+（辅酶（辅酶）CoA-SH（辅酶（辅酶A）转移酰基转移酰基泛酸（泛酸（B3）FH4（四氢叶酸）（四氢叶酸）转移一碳单位转移一碳单位叶酸（叶酸（B11）磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛/胺胺转移氨基（转转移氨基（转氨酶）、羧基氨酶）、羧基（脱羧酶）（脱羧酶）吡哆醛吡哆醛/胺胺（B6）焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素TPP转移醛基转移醛基硫胺素（硫胺素（B1）黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌

4、呤二核苷酸FAD递氢（脱氢酶）递氢（脱氢酶）核黄素（核黄素（B2）AMPFMN（黄素单核苷酸黄素单核苷酸）二、酶的活性中心二、酶的活性中心(active site)必需基团：活性中心的必需基团、活性中心以必需基团：活性中心的必需基团、活性中心以外的必需基团外的必需基团活性中心：底物结合部位催化部位活性中心：底物结合部位催化部位 活性中心是酶与底物结合并表现催化作用的空间区域，活性中心是酶与底物结合并表现催化作用的空间区域，大多由肽链上远隔的氨基酸残基提供必需基团，经肽链盘大多由肽链上远隔的氨基酸残基提供必需基团，经肽链盘绕折叠，使之在三维空间相互接近，构成特定的空间构象，绕折叠，使之在三维空间

5、相互接近，构成特定的空间构象，起催化中心作用。在结合酶中，辅基与辅酶也参与活性中起催化中心作用。在结合酶中，辅基与辅酶也参与活性中心的组成。心的组成。1 1结合部位结合部位 Binding Binding sitesite 酶分子中与底物结合酶分子中与底物结合的部位或区域一般称的部位或区域一般称为结合部位。为结合部位。 酶分子中促使底物酶分子中促使底物发生化学变化的部发生化学变化的部位称为位称为催化部位催化部位 通常将酶的结合部通常将酶的结合部位和催化部位总称位和催化部位总称为酶的为酶的活性部位或活性部位或活性中心活性中心 结合部位决定酶的结合部位决定酶的专一性专一性 催化部位决定酶所催化部位

6、决定酶所催化反应的性质催化反应的性质2 2催化部位（催化部位（catalytic sitecatalytic site） 亲核性基团：亲核性基团：丝氨酸的羟基，丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯半胱氨酸的巯基和组氨酸的基和组氨酸的咪唑基。咪唑基。H2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH常见酶活性中心的基团常见酶活性中心的基团 酸碱性基团：酸碱性基团：门冬氨酸和谷门冬氨酸和谷氨酸的羧基，氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟酪氨酸的酚羟基，组氨酸的基，组氨酸的咪唑基和半胱咪唑基和半胱氨酸的巯基等。氨酸的巯基等。H2NCHCCH2O

7、HOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCOHOCOOHH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2NH2H2NCHCCH2OHOOHOH 酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。的变化，对酶起激活或抑制作用。3 3调控部位调控部位 Regulatory siteRegulatory site必需基团：酶表现活性不可缺少的基团必需基团：酶表现活性不可缺少的基团v活性中心的必需基团：结合、催化。活性中心的必需基团：结合、催化。v调节部位的必需

8、基团调节部位的必需基团v维持三维空间结构的必需基团维持三维空间结构的必需基团v其它必需基团其它必需基团n活性中心的常见基团：活性中心的常见基团：HisHis的咪唑基，的咪唑基，SerSer的羟基，的羟基，CysCys的巯基，的巯基，GluGlu的的羧基羧基底底 物物 活性中心以外的必需基活性中心以外的必需基团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、酶按结构的分类三、酶按结构的分类n单体酶：只有一条多肽链单体酶：只有一条多肽链n寡聚酶：具有多条多肽链寡聚酶：具有多条多肽链n多功能酶（串联酶）：一个酶分子具有多种生多功能酶（串联酶）：一个酶分子具有多种生物催化活性，由多酶体系在进

9、化中基因融合形成物催化活性，由多酶体系在进化中基因融合形成n多酶体系：具有特定构象的多酶复合物多酶体系：具有特定构象的多酶复合物酶具有一般催化剂的特征：酶具有一般催化剂的特征：n只能进行热力学上允许进行的反应；只能进行热力学上允许进行的反应；n可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；反应的平衡点；n自身不参与反应；自身不参与反应；n通过降低活化能加快化学反应速度。通过降低活化能加快化学反应速度。过渡态过渡态起始态起始态终态终态能能量量反应过程反应过程X化学反应速率的依赖因素：化学反应速率的依赖因素： 分子间碰撞频率；分子间碰撞频率； 有有效

10、碰撞分子的百分数。效碰撞分子的百分数。v能阈能阈: : 反应物分子发生化学变化所需最低能量反应物分子发生化学变化所需最低能量v活化分子活化分子: : 含有高于反应能阈而能起反应的分子含有高于反应能阈而能起反应的分子v活化能活化能: : 活化分子具有的高于平均水平的能量活化分子具有的高于平均水平的能量 供给能量，如加温、光照等供给能量，如加温、光照等 降低活化能降低活化能加快反应速度的方法：加快反应速度的方法：几个概念：几个概念：酶与一般催化剂催化效率的比较酶与一般催化剂催化效率的比较底物底物 催化剂催化剂 反应温度反应温度 反应速度常数反应速度常数尿素尿素 H + 62 7.4 10-7 脲酶

11、脲酶 21 5.0 106过氧化氢过氧化氢 Fe 2+ 22 56 过氧化氢酶过氧化氢酶 22 3.5 107 酶的高催化效率酶的高催化效率与不加催化剂相比提高与不加催化剂相比提高1081020，与普通催化剂相比提高，与普通催化剂相比提高1071013能能 量量 改改 变变活活 化化 过过 程程过渡态过渡态酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制 1 1、中间产物学说、中间产物学说 在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物中间复合物酶底物中间复合物。当底物分子在酶作用下。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，分解成产物和酶。发生化学变化后，分解成产物和酶。

12、E + S = E-S E + S = E-S P + E P + E许多实验事实证明了许多实验事实证明了E ES S复合物的存在。复合物的存在。E ES S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。（1）酶）酶-底物结合方式：底物结合方式：诱导契合诱导契合（2 2）底物的过渡状态）底物的过渡状态：张力效应：张力效应 反应速度与形成的过渡状态稳定性密切相关反应速度与形成的过渡状态稳定性密切相关 在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物的实际上是底物形成的过渡状态合物的实际上是底物形成的过渡状态 酶与过渡状态的亲和力要大于

13、酶与底物或产酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力物的亲和力+ -+ -稳定的底物稳定的底物通过电荷等相互作用，底物通过电荷等相互作用，底物张力变形激活形成过渡态张力变形激活形成过渡态张力效应（张力效应（strain） - -+张力学说张力学说 这是一个形成内酯的反应。当这是一个形成内酯的反应。当 R RCHCH3 3时，时，其反应速度比其反应速度比 R RH H的情况快的情况快315315倍。倍。 由于由于-CH-CH3 3体积比较大，与反应基团之间产体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排斥张力，从而使反应基团之生一种立体排斥张力，从而使反应基团之间更容易形成稳定的五元环过渡状态

14、。间更容易形成稳定的五元环过渡状态。 RCRCH2OHOOHH2ORROOHHSreric strain 酶促反应：酶促反应：E+S E+S ES ES ES ES EP EP E+PE+P 自由能变化决定反应方向。自由能变化决定反应方向。 活化能高低决定反应速度快慢。活化能高低决定反应速度快慢。 催化剂的作用是降低反应活化能。催化剂的作用是降低反应活化能。 酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力通过短程非共价力( (如氢键如氢键, ,离子键和疏水键等离子键和疏水键等) )的作用，形成的作用，形成E-SE-S反应中间物，其结果使底物反应

15、中间物，其结果使底物的的价键状态发生形变或极化价键状态发生形变或极化，起到激活底物分，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。子和降低过渡态活化能作用。(3)(3)敏感键形变：降低活化能敏感键形变：降低活化能酶酶AB2 2、邻近效应和定向效应、邻近效应和定向效应 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中在酶促反应中，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心，一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；大增加，有利于提高反应速度； 另一方面，由于活性中心的立体结构和相关另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与基团的诱导和

16、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，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。使酶促反应具有高效率和专一性特点。举例举例 咪唑和对咪唑和对- -硝基苯酚乙酸酯的反应是一个硝基苯酚乙酸酯的反应是一个双分子氨解反应双分子氨解反应. .CH3COONO2NNH.NNHCOCH3+O-NO2+NNHCOONO2.ONNH+O-NO2+实验结果表明，分子内咪唑基参与的氨解反应速度比相应的分子间反应速实验结果表明，分子内咪唑基参与的氨解反应速度比相应的分子间反应速度大度大 24 24 倍。说明咪唑基与酯基的相对位置对水解反应速度具有很大的影倍。说明

17、咪唑基与酯基的相对位置对水解反应速度具有很大的影响。响。举例举例 3 3、多元催化作用、多元催化作用 酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应状态最佳反应状态。NHOOOH.CH3OCH3OCH3OCH3OOHCH3OCH3OCH3OCH3OCOHNOH.(1) (1) 酸碱催化酸碱催化 酸酸- -碱催化可分为

18、狭义的酸碱催化可分为狭义的酸- -碱催化和广义碱催化和广义的酸的酸- -碱催化。酶参与的酸碱催化。酶参与的酸- -碱催化反应一碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。般都是广义的酸碱催化方式。 广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子质子, ,或是通过质子碱接受部分质子的作或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用，达到降低反应活化能的过程。酶催化反应机制类型酶催化反应机制类型 广义酸基团广义酸基团 广义碱基团广义碱基团（质子供体）（质子供体） （质子受体）（质子受体） -COOH, -NH3, -SH,+OHNHNH+-COO , -NH2,

19、-S , -.-O-NHN:酶分子中可以作为广义酸、碱的基团：酶分子中可以作为广义酸、碱的基团：His His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。(2) (2) 共价催化共价催化 催化剂通过与底物形成反催化剂通过与底物形成反应活性很高的应活性很高的共价过渡产共价过渡产物物，使反应活化能降低，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，从而提高反应速度的过程，称为共价催化称为共价催化。 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，Cys Cys 的硫基，的硫基，Asp Asp 的羧基，的羧基

20、，Ser Ser 的羟基等。的羟基等。 某些辅酶，如焦磷酸硫胺某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。参与共价催化作用。 4 4、表面效应、表面效应(surface effect)(surface effect)： 疏水疏水“口袋口袋”OHCH2CHNHCOO-COCH2NH+NH2CNH2Arg145OH+Ty r248OHHCOO_Glu270Zn2+疏水口袋疏水口袋肽链肽链底物底物 （1 1）绝对特异性绝对特异性：一种酶只作用于：一种酶只作用于一种底物一种底物, ,发生特定反应，生成一种产物。如：发生特定反应，生成一种产物。如：酶促反应的高度特

21、异性酶促反应的高度特异性（2 2）相对特异性相对特异性： 作用于作用于一类化合物一类化合物或或一种化学键一种化学键。如脂肪酶、磷酸酶和蛋白水解酶等。如脂肪酶、磷酸酶和蛋白水解酶等。包包括键专一性和基团专一性括键专一性和基团专一性（3 3）立体异构特异性立体异构特异性： 只能催化一种只能催化一种立体异构体立体异构体进行反应。如：进行反应。如： L-乳酸脱氢酶：作用于乳酸脱氢酶：作用于L-乳酸乳酸 延胡索酸酶：作用于反式的延胡索酸酶：作用于反式的丁烯二酸丁烯二酸CH3CCOOHOCH3CCOOHHO H + NAD+ NADH + H + +LDHCOOHCH2CH2COOHHOOCCOOHCCH

22、H+ FAD+ FADH2SDH组组 HOCH3COOH组组HOOCCH3OH L L（- -）乳酸）乳酸 D D（+ +）乳酸）乳酸 （与（与LDHLDH契合）契合） （不能在（不能在LDHLDH中的三点结合）中的三点结合）精精精精L- L- 乳酸脱氢酶的催化作用特异性乳酸脱氢酶的催化作用特异性酶作用专一性的机制酶作用专一性的机制 酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。应可以按单一方

23、向进行。 酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。“三点结合三点结合”的催化理论的催化理论 认为酶与底物的认为酶与底物的结合处至少有三结合处至少有三个点，而且只有个点，而且只有一种情况是完全一种情况是完全结合的形式。只结合的形式。只有这种情况下，有这种情况下，不对称催化作用不对称催化作用才能实现。才能实现。锁钥学说：锁钥学说： 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样诱导契合学说诱导契合学说 该学

24、说认为酶表面并没有一种与底物互补的固该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状形状. .三、酶原和酶原的激活三、酶原和酶原的激活J 酶原酶原：酶的无活性的前体：酶的无活性的前体J 酶原的激活酶原的激活：由无活性的酶原转变为：由无活性的酶原转变为有活性的酶的过程。有活性的酶的过程。J 酶原激活的意义酶原激活的意义：在特定的环境和条：在特定的环境和条件下发挥作用；避免细胞自身消化；有的件下发挥作用；避免细胞自身消化；有的酶原可以视为酶的储存形式。酶原可以视为酶的储存形式。G 酶原激活的机理酶原激活的机理:酶酶 原原分

25、子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽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胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽+弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶 + 碎片碎片胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 +二肽二肽羧基肽酶原羧基肽酶原A羧基肽酶羧基肽酶A + 碎片碎片肠激酶肠激酶自身催化自身催化肠激酶启动的酶原激活肠激酶启动的酶原激活四、四、 同工酶同工酶G

26、定义：定义：同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。免疫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人体心、肝和骨骼肌人体心、肝和骨骼肌LDHLDH同工酶谱同工酶谱组织器官组织器官 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 （ 占总占总 LDH活性的百分比）活性的百分比） 心心 3570 2845 216 06 05 肝肝 08 210 333 627 308 骨骼肌骨骼肌 110 418 838 936 4097正常血清正常血清 27.12.8 3

27、4.7 4.3 20.9 2.4 11.7 3.3 57 2.9G生理及临床意义生理及临床意义J在代谢调节上起在代谢调节上起着重要的作用；着重要的作用；J用于解释发育过用于解释发育过程中阶段特有的代谢程中阶段特有的代谢特征；特征；J同工酶谱的改变同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；有助于对疾病的诊断；J同工酶可以作为同工酶可以作为遗传标志，用于遗传遗传标志，用于遗传分析研究。分析研究。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 512345酶活性酶活性迁移位置迁

28、移位置酶活性酶活性迁移位置迁移位置ab(a) LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱 (b)（a）正常人）正常人LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱,（b）心肌梗塞病人血清）心肌梗塞病人血清LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱 12345一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响单底物、单产物反应单底物、单产物反应酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用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反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在（一般在5以内）时的反应速度以内）

29、时的反应速度底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度第三节 酶促反应动力学初速度初速度 酶促反应速度逐渐降低酶促反应速度逐渐降低 酶促反应的时间进展曲线酶促反应的时间进展曲线 在低底物浓度时在低底物浓度时, , 反反应速度与底物浓度成应速度与底物浓度成正比，表现为一级反正比，表现为一级反应特征。应特征。 当底物浓度达到一定当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应与底物结合后，反应速度达到最大值速度达到最大值（V Vmaxmax），此时再增），此时再增加底物浓度，反应速加底物浓度，反应速度不再增加，表现为度不再增加，表现为零级反应。零级反应。024681012

30、14161820020406080100C oncentration of S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(v)v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；

31、反应为零级反反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应应两个假设：两个假设：E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，反应速度取决于慢的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即反应即 Vk3ES。S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初的总浓度，因此在反应的初始阶段，始阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt。 中间产物中间产物酶促反应模式酶促反应模式中间产物学说中间产物学说E + S k1k2k3ESE + Pv1913年年Michaelis和和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数

32、学方程提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度：底物浓度V：不同：不同S时的反应速度时的反应速度Vmax：最大反应速度：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数：米氏常数(Michaelis constant) VmaxS Km + S = KmESKm + Sv =k3ESKm + SVmax SKm + S=G 米米- -曼氏方程解释：曼氏方程解释：?当当SSKmKm时，时，v=(Vmax/Km) S, v=(Vmax/Km) S, 即即v v 与与S

33、S成正比成正比?当当SSKmKm时，时，v v VmaxVmax，即，即SS 而而v v不变不变KmS Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxS km= （k2 +k3)/k1Km k2 / k1S + EESE + P km可以看作可以看作ES的解离常数的解离常数ks ：km= ks = SEES当当km大，说明大，说明ES容易解离，酶与底物结合的亲和力小。容易解离，酶与底物结合的亲和力小。米氏常数米氏常数KmKm的意义的意义 重要特征物理常数，重要特征物理常数，与酶浓

34、度无关。不同与酶浓度无关。不同的酶具有不同的酶具有不同K Km m值值 物理意义：物理意义：KmKm等于酶促反应速度为最大反等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。应速度一半时的底物浓度。 KmKm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pHpH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的条件下具有不同的KmKm值。值。K Km m值值近似等于近似等于ESES的解离常数，可表示酶的解离常数，可表示酶与底物之间的亲和力与底物之间的亲和力：K Km m值大表示亲和程值大表示亲和程度小，酶的催化活性低度小，酶的催化活性低;

35、; K Km m值小表示亲和值小表示亲和程度大程度大, ,酶的催化活性高酶的催化活性高从从k km m可判断酶的专一性和天然底物可判断酶的专一性和天然底物。 K Km m最小的最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。物。kmkm还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。径。从从kmkm的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的底物浓度。在进行酶活力测定时，通常用的底物浓度。在进行酶活力测定时，通常用4 4k km m的的底物浓度即可。底物浓度即可。米氏常数米氏常数KmKm

36、的意义的意义Sv1000km0.999V100km0.99V10km0.91V3km0.75V1km0.50V0.33km0.25V0.10km0.091VnV Vm m是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。度成正比。nVmax=KVmax=K3 3 E E，如果酶的总浓度已知，可从，如果酶的总浓度已知，可从VmaxVmax计算计算酶的转换数酶的转换数，即动力学常数，即动力学常数K K3 3。n酶的转换数酶的转换数(turnover number):(turnover number):当酶被底物充当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物

37、转变分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。为产物的分子数。n酶的转换数可用来比较每单位酶的催化能力酶的转换数可用来比较每单位酶的催化能力V Vm m的意义的意义vKmKm与与VmVm的测定的测定 1 1 K Km 1 1m 1 1 = = + + V V V Vmax S max S V Vmaxmax1. 1. 双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)(double reciprocal plot)，又称为又称为 林林- -贝氏贝氏(Lineweaver- Burk)(Lineweaver- Burk)作图法作图法-4-202468100.

38、00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v双倒数作图法双倒数作图法斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax2. Hanes2. Hanes作图法作图法斜率斜率= 1/Vm-Km3. Eadie-Hofstee3. Eadie-Hofstee作图法作图法Vm/KmVmVV/s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，反应速度，反应速度与酶浓度成正比。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 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 三、三、 温度的影响温度的影响 温度升高温度升高

39、, ,酶促反酶促反应速度加快。应速度加快。 温度升高温度升高, ,酶的高酶的高级结构将发生变化级结构将发生变化或变性，导致酶活或变性，导致酶活性降低甚至丧失。性降低甚至丧失。 大多数酶都有一个大多数酶都有一个最适温度。在最适最适温度。在最适温度条件下温度条件下, ,反应反应速度最大。速度最大。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity (%)l最适温度最适温度 (optimum temperature)(optimum temperature)：酶促反应速度最：酶促反应速度最快时的环境温度。它不是酶的特征性常数快时

40、的环境温度。它不是酶的特征性常数四、四、 pH pH 的影响的影响l最适最适 pHpH：酶具有最大的催化活性时的环境：酶具有最大的催化活性时的环境pHpH值。它不是酶的特征性常数值。它不是酶的特征性常数五、抑制剂对酶活性的影响五、抑制剂对酶活性的影响 使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。抑制作用。 能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。制剂。 酶的抑制剂一般能够与酶以非共价或共价酶的抑制剂一般能够与酶以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。的方式形成比较稳定的复合体或结合物。 与酶变性的区别：抑制剂

41、对酶有一定的选与酶变性的区别：抑制剂对酶有一定的选择性，而变性剂对酶没有选择性择性，而变性剂对酶没有选择性抑制作用的机制抑制作用的机制：1.1.抑制剂与酶结合成极稳定的络合物，从而减低或破抑制剂与酶结合成极稳定的络合物，从而减低或破坏酶的活性。坏酶的活性。2.2.破坏酶或辅基的活性基团或改变活性位的构象。如破坏酶或辅基的活性基团或改变活性位的构象。如重金属重金属AgAg+ +、HgHg2+2+和类金属和类金属AsAs3+3+破坏破坏SHSH3.3.夺取酶与底物结合的机会，从而减少酶的作用。夺取酶与底物结合的机会，从而减少酶的作用。（竞争性抑制剂）（竞争性抑制剂）4.4.阻抑阻抑 反应的顺利进行

42、反应的顺利进行（反馈抑制）（反馈抑制）S + EESE + PEv1.无抑制无抑制剂剂2.不可逆抑制剂不可逆抑制剂3.可逆抑制剂可逆抑制剂Ev不可逆抑制剂的作用不可逆抑制剂的作用I Ev 可逆抑制剂的作用可逆抑制剂的作用I v抑制剂的作用方式抑制剂的作用方式 不可逆抑制不可逆抑制(irreversible (irreversible inhibition)inhibition) ：抑制剂与酶反应抑制剂与酶反应中心的活性基团中心的活性基团以共价形式结合，以共价形式结合，引起酶的永久性引起酶的永久性失活。如有机磷失活。如有机磷毒剂二异丙基氟毒剂二异丙基氟磷酸酯。磷酸酯。 解磷定解磷定解毒解毒 -

43、- - - - - 解磷定解磷定(PAM)(PAM)：ClAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl路易士气路易士气失活的酶失活的酶ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAsCHCHCl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解毒解毒 - - - - - - 二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL):(BAL):v可逆抑制可逆抑制(reversible inhibition)(reversible inhibition)：u抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引

44、起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法透析等方法被除去，并且能部分或全部被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。恢复酶的活性。 类型：类型：l竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)(competitive inhibition)l非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive I.(non-competitive I.）l反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive I.)(uncompetitive I.)1 1、 竞争性抑制竞争性抑制 某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与某些抑制剂的化学结构与底

45、物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。结果是酶促反应被抑制了。 竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。高底物的竞争能力来消除。对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸二氢蝶呤二氢蝶呤FH2 FH4谷氨酸谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶磺胺药磺胺药 (-) 氨甲蝶呤氨甲蝶呤(-)+反应模式反应模式【举例举例】G 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸

46、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延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸竞争性抑制竞争性抑制草酸草酰乙酸丙二酸戊二酸琥珀酸延胡索酸G 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COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物竞争抑制的特点竞争抑制的特点J 抑制程度取决于抑制程度取决于抑制剂与酶的相抑制剂与酶的相

47、对亲和力及底物对亲和力及底物浓度浓度J I与与S结构类似，竞结构类似，竞争酶的活性中心争酶的活性中心J 动 力 学 特 点 ：动 力 学 特 点 ：Vmax不变，表观不变，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 VSmaxVIK(1) SmKiiKI111m(1)VVKSVmaxmaxJ排斥性抑制排斥性抑制2 2、非竞争性抑制、非竞争性抑制 酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为不是与底物竞争与活性中心的结合

48、，所以称为非竞争性抑制剂。非竞争性抑制剂。 如某些金属离子（如某些金属离子（CuCu2+2+、AgAg+ +、HgHg2+2+）以及）以及EDTAEDTA等，通常能与酶分子的调控部位中的等，通常能与酶分子的调控部位中的-SH-SH基团基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。反应模式反应模式非竞争抑制的特点非竞争抑制的特点J 抑制剂与酶活性中抑制剂与酶活性中心外的必需基团结心外的必需基团结合，底物与抑制剂合，底物与抑制剂之间无竞争关系之间无竞争关系J 抑制程度取决于抑抑制程度取决于抑制剂的浓度制剂的浓度J 动 力 学 特 点 ：动 力 学 特 点

49、：Vmax降低，表观降低，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)VVKSVKmaxmaxv=VmaxS(1+I/Ki)Km + S3、反竞争性抑制（、反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）n 抑制剂只能与酶和底物的中间复合物结合，抑制酶活性。抑制剂只能与酶和底物的中间复合物结合，抑制酶活性。反竞争性抑制的作用模式：反竞争性抑制的作用模式：举例举例氰化物或肼对芳香硫酸酯酶的抑制氰化物或肼对芳香硫酸酯酶的抑制P反竞争抑制的特点：反竞争抑制的特点：J 抑制剂只与酶抑制剂只与酶底物复合物底物复合物结合结合J 抑

50、制程度取决于抑制程度取决于抑制剂的浓度及抑制剂的浓度及底物的浓度底物的浓度J 动 力 学 特 点 ：动 力 学 特 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 v=VmaxSKm +(1+I/Ki) S各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 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