环境生物化学基础酶.ppt

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1、环境生物化学基础酶现在学习的是第1页，共116页第第4 4章章 酶酶第第1 1节节 酶的概述酶的概述 一一.酶的概念酶的概念 二二.酶的催化特点酶的催化特点 三三.酶的组成酶的组成 四四.酶的底物专一性酶的底物专一性 第第2 2节节 酶的命名和分类酶的命名和分类 一一.酶的命名酶的命名 二二.酶的分类酶的分类 三三.酶的标码酶的标码 四四.核酶及酶内涵的拓展核酶及酶内涵的拓展 现在学习的是第2页，共116页第第3 3节节 酶的作用机理酶的作用机理 一一.酶的活性中心酶的活性中心 二二.酶与底物分子的结合酶与底物分子的结合 三三.影响酶催化效率的因素影响酶催化效率的因素 四四.酶的催化机理举例酶

2、的催化机理举例 现在学习的是第3页，共116页第第4 4节节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素 一一.底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响 二二.酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响 三三.温度对酶反应的影响温度对酶反应的影响 四四.pH.pH对酶反应的影响对酶反应的影响 五五.激活剂对酶反应的影响激活剂对酶反应的影响 六六.抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响 现在学习的是第4页，共116页第第5 5节节 别构酶别构酶 一一.别构酶的概念、结构特点及别构效应别构酶的概念、结构特点及别构效应 二二.别构酶的动力学别构酶的动力学 三

3、三.别构酶调节实例别构酶调节实例 第第6 6节节 酶的分离提纯与酶的活力测定酶的分离提纯与酶的活力测定 一一.酶分离提纯的一般原则酶分离提纯的一般原则 二二.酶活力的测定酶活力的测定 第第7 7节节 酶工程学及其在环境保护中的应用酶工程学及其在环境保护中的应用 一一.酶工程的概念及研究内容酶工程的概念及研究内容 二二.酶工程学在环境保护中的应用酶工程学在环境保护中的应用 现在学习的是第5页，共116页第第1 1节节 酶的概述酶的概述一、酶的概念一、酶的概念 酶（酶（enzymeenzyme）是由活细胞产生的，具有高）是由活细胞产生的，具有高度催化效能的一类生物大分子，所以又称为生度催化效能的一

4、类生物大分子，所以又称为生物催化剂。物催化剂。迄今为止，除具有催化活性的迄今为止，除具有催化活性的RNARNA外，酶的外，酶的化学本质是蛋白质，所以酶具有蛋白质的一切化学本质是蛋白质，所以酶具有蛋白质的一切典型性质。典型性质。现在学习的是第6页，共116页二、酶的催化特点二、酶的催化特点 酶酶是是活活细细胞胞所所产产生生的的，受受多多种种因因素素调调节节控控制制的的具具有有催催化化能能力力的的生生物物催催化化剂剂，与与一一般般非非生生物催化剂相比较有以下几个特点物催化剂相比较有以下几个特点 ：（一）酶催化具有高效性（一）酶催化具有高效性（二）酶催化具有高度专一性（二）酶催化具有高度专一性（三）

5、酶催化的反应条件温和性（三）酶催化的反应条件温和性（四）酶活性的可调控性（四）酶活性的可调控性现在学习的是第7页，共116页三、酶的组成三、酶的组成 酶酶的的化化学学本本质质除除有有催催化化活活性性的的RNARNA之之外外几几乎乎都是蛋白质。都是蛋白质。（一）简单蛋白酶和结合蛋白酶（一）简单蛋白酶和结合蛋白酶 1 1、简简单单蛋蛋白白酶酶 又又称称为为单单纯纯蛋蛋白白酶酶，除除了了蛋白质外，不含其他物质。蛋白质外，不含其他物质。2 2、结结合合蛋蛋白白酶酶 属属于于结结合合蛋蛋白白酶酶的的酶酶类类，除除了了蛋蛋白白质质外外，还还要要结结合合一一些些对对热热稳稳定定的的非非蛋蛋白白质质小小分分子

6、子物物质质或或金金属属离离子子，前前者者称称为为酶酶蛋蛋白白，后后者者称称为为辅辅因因子子，酶酶蛋蛋白白与与辅辅因因子子结结合合后后所所形形成成的的复复合合物物称称为为“全全酶酶”，即即全全酶酶酶酶蛋蛋白白+辅因子。辅因子。现在学习的是第8页，共116页 酶酶的的辅辅因因子子，包包括括金金属属离离子子及及有有机机化化合合物物，根根据据它它们们与与酶酶蛋蛋白白结结合合的的松松紧紧程程度度不不同同又又可可分分为两类，即辅酶和辅基。为两类，即辅酶和辅基。通通常常辅辅酶酶是是指指与与酶酶蛋蛋白白结结合合比比较较松松弛弛的的小小分子有机物质，通过透析方法可以除去。分子有机物质，通过透析方法可以除去。辅辅

7、基基是是以以共共价价键键和和酶酶蛋蛋白白结结合合，不不能能通通过过透透析析除除去去，需需要要经经过过一一定定的的化化学学处处理理才才能能与与蛋蛋白白分分开开，如如细细胞胞色色素素氧氧化化酶酶中中的的铁铁卟卟啉啉，丙丙酮酮酸酸氧氧化化酶酶中中的的黄黄素素腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸(FAD)(FAD)，都都属属于辅基。于辅基。现在学习的是第9页，共116页表表4-1 4-1 酶分子中金属离子辅因子举例酶分子中金属离子辅因子举例金属离子金属离子酶酶CuCu2+2+细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶MgMg2+2+己糖激酶己糖激酶MnMn2+2+精氨酸酶精氨酸酶ZnZn2+2+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶NiNi

8、2+2+（脲酶脲酶FeFe2+2+或或FeFe3+3+细胞色素氧化酶，过氧化氢酶细胞色素氧化酶，过氧化氢酶MoMo2+2+（也需要（也需要FeFe2+2+）固氮酶固氮酶K K+（也需要（也需要MgMg2+2+）丙酮酸激酶丙酮酸激酶SeSe谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶现在学习的是第10页，共116页表表4-2 4-2 转移特定原子或功能基团的酶（辅基）转移特定原子或功能基团的酶（辅基）被转移的被转移的化学基团化学基团辅酶（辅基）辅酶（辅基）哺乳动物的食物前体哺乳动物的食物前体电子电子黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸核黄素核黄素氢原子、电子氢原子、电子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二

9、核苷酸烟酸（或称尼克酸）烟酸（或称尼克酸）氢原子、电子氢原子、电子烟烟酰酰胺胺腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸磷酸磷酸烟酸烟酸氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醇吡哆醇乙酰基乙酰基CoACoA泛酸及其他化合物泛酸及其他化合物羧基羧基生物胞素生物胞素生物素生物素一碳单位一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸羧基羧基焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素硫胺素硫胺素酰基酰基CoACoA泛酸泛酸现在学习的是第11页，共116页（二）单体酶、寡聚酶和多酶复合体（二）单体酶、寡聚酶和多酶复合体1 1、单体酶、单体酶 单单体体酶酶一一般般是是由由一一条条肽肽链链组组成成，例例如如，牛牛胰胰核核糖糖核核酸酸酶酶、溶溶菌菌酶酶等等。但

10、但有有的的单单体体酶酶是是由由多多条条肽肽链链组组成成，如如胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶是是由由3 3条条肽肽链链组组成，肽链间以二硫键相连构成一个共价整体。成，肽链间以二硫键相连构成一个共价整体。2 2、寡聚酶、寡聚酶 寡寡聚聚酶酶是是由由两两个个或或两两个个以以上上亚亚基基组组成成的的酶酶，亚亚基基之之间间靠靠次次级级键键结结合合，这这些些亚亚基基可可以以相相同同也也可可以以不不同同。绝绝大大部部分分寡寡聚聚酶酶都都含含偶偶数数亚亚基基，但但个个别别寡寡聚聚酶酶含含奇奇数数亚亚基基。相相当当数数量量的的寡寡聚聚酶酶是是调节酶，在代谢调控中起重要作用。调节酶，在代谢调控中起重要作用。现在学习的是

11、第12页，共116页3 3、多酶复合体、多酶复合体 多多酶酶复复合合体体是是由由体体内内几几种种参参与与链链锁锁反反应应的的酶酶靠靠非非共共价价键键彼彼此此嵌嵌合合而而成成。这这种种复复合合体体可可使使所所有有反反应应依依次次连连接接，有有利利于于一一系系列列反反应应的的连连续续进进行行。例例如如丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶复复合合体体、脂脂肪肪酸酸合合成成酶复合体。酶复合体。现在学习的是第13页，共116页四、酶的底物专一性四、酶的底物专一性 酶酶的的底底物物专专一一性性是是指指在在一一定定条条件件下下，一一种种酶酶只只能能催催化化一一种种或或一一类类结结构构相相似似的的底底物物进进行行某某种种

12、类类型型的的化化学学反反应应，酶酶的的底底物物专专一一性性是是酶酶最最重重要要的的特特点点之之一一。酶酶对对底底物物的的专专一一性性可可分分为为三三种种类型：类型：（一）绝对专一性（一）绝对专一性 有有些些酶酶对对底底物物的的要要求求非非常常严严格格，只只作作用用于于一一种种底底物物，而而不不作作用用于于任任何何其其他他物物质质，这这种种专专一一性性称称为为“绝绝对对专专一一性性”。例例如如脲脲酶酶只只能能水水解解尿素，而对尿素的各种衍生物不起作用。尿素，而对尿素的各种衍生物不起作用。现在学习的是第14页，共116页（二）相对专一性（二）相对专一性1 1、键专一性、键专一性 有有些些酶酶只只要

13、要求求作作用用于于底底物物一一定定的的键键，而而对对键键两两边边的的基基团团并并无无严严格格要要求求，这这种种相相对对专专一一性性称为键专一性。称为键专一性。2 2、基团专一性、基团专一性 有有些些酶酶对对其其中中一一个个基基团团要要求求严严格格，而而对对另另一一个个则则要要求求不不严严格格，这这种种专专一一性性称称为为“族族专专一一性性”或或“基基团团专专一一性性”。例例如如-D-D-葡葡萄萄糖糖苷苷酶酶不不但但要要求求-糖糖苷苷键键，并并且且要要求求-糖糖苷苷键键的的一一端端必必须须有有葡葡萄萄糖糖残残基基，即即-葡葡萄萄糖糖，而而对对键键的的另一端另一端R R基团则要求不严。基团则要求不

14、严。现在学习的是第15页，共116页（三）立体专一性（三）立体专一性 当当底底物物具具有有立立体体异异构构体体时时，酶酶只只能能作作用用其其中的一种，这种专一性称为立体异构专一性。中的一种，这种专一性称为立体异构专一性。1 1、旋光异构专一性、旋光异构专一性 酶酶只只作作用用于于旋旋光光异异构构体体中中的的一一种种，例例如如L-L-氨氨基基酸酸氧氧化化酶酶只只能能催催化化L-L-氨氨基基酸酸氧氧化化，而而对对D-D-氨基酸无作用。氨基酸无作用。2 2、几何异构专一性、几何异构专一性 有有的的酶酶对对于于有有顺顺反反异异构构体体的的物物质质，只只能能作作用用于于其其中中的的一一种种。例例如如，琥

15、琥珀珀酸酸脱脱氢氢酶酶只只能能催催化化琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢生生成成延延胡胡索索酸酸（反反丁丁烯烯二二酸酸），而不能生成顺丁烯二酸。而不能生成顺丁烯二酸。现在学习的是第16页，共116页第第2 2节节 酶的命名和分类酶的命名和分类一、酶的命名一、酶的命名（一）习惯命名法（一）习惯命名法 19611961年年以以前前使使用用的的酶酶的的名名称称都都是是习习惯惯沿沿用用的，称为习惯名。主要依据两个原则：的，称为习惯名。主要依据两个原则：(1)(1)根根据据酶酶作作用用的的底底物物命命名名，如如催催化化水水解解淀淀粉粉的的酶酶叫叫淀淀粉粉酶酶，催催化化水水解解蛋蛋白白质质的的酶酶叫叫蛋蛋白白酶酶。有有

16、时时还还加加上上来来源源以以区区别别不不同同来来源源的的同同一一类类酶，如胃蛋白酶，胰蛋白酶。酶，如胃蛋白酶，胰蛋白酶。(2)(2)根根据据酶酶催催化化反反应应的的性性质质及及类类型型命命名名，如如水水解解酶酶、转转移移酶酶、氧氧化化酶酶等等。有有的的酶酶结结合合上上述述两两个个原原则则来来命命名名，如如琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢酶酶是是催催化化琥琥珀珀酸脱氢反应的酶。酸脱氢反应的酶。现在学习的是第17页，共116页（二）系统命名法（二）系统命名法 19611961年年国国际际生生物物化化学学学学会会酶酶学学委委员员会会推推荐荐了了一一套套新新的的系系统统命命名名方方案案及及分分类类方方法法，已已被

17、被国国际际生生物物化化学学学学会会接接受受。系系统统命命名名法法的的原原则则是是以以酶酶所所催催化化的的整整体体反反应应为为基基础础的的，规规定定每每种种酶酶的的名名称称应应当当明明确确标标明明酶酶的的底底物物及及催催化化反反应应的的性性质质，如如果果一一种种酶酶催催化化两两个个底底物物起起反反应应，应应在在他他们们的的系系统统名名称称中中包包括括两两种种底底物物的的名名称称、并并以以“：”号号将将他他们们隔隔开开。若若底底物物之之一一是是水水时时，可可将将水水略略去不写。去不写。现在学习的是第18页，共116页表表4-3 4-3 酶系统命名法举例酶系统命名法举例习惯名称习惯名称系统名称系统名

18、称乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶脂肪酶脂肪酶乙醇：乙醇：NADNAD+氧化还原酶氧化还原酶丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶脂肪：水解酶脂肪：水解酶现在学习的是第19页，共116页二、酶的分类二、酶的分类 国国际际酶酶学学委委员员会会根根据据各各种种酶酶所所催催化化反反应应的的类类型型，把把酶酶分分为为6 6大大类类，即即氧氧比比还还原原酶酶类类、转转移移酶酶类类、水水解解酶酶类类、裂裂合合酶酶类类、异异构构酶酶类类和和连连接接酶类。酶类。（一）氧化还原酶类（一）氧化还原酶类 氧氧化化还还原原酶酶类类是是一一类类催催化化氧氧化化还还原原反反应应的的酶酶，可可以以分

19、分为为氧氧化化酶酶和和脱脱氢氢酶酶两两类类。其其催催化化反反应通式为应通式为AH2+BA+BH2 现在学习的是第20页，共116页 例例如如，乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶(EC1.1.1.27)(EC1.1.1.27)以以NADNAD+为为辅辅酶酶将乳酸氧化成丙酮酸，即将乳酸氧化成丙酮酸，即现在学习的是第21页，共116页（二）转移酶类（二）转移酶类 转转移移酶酶类类催催化化化化合合物物某某些些基基团团的的转转移移反反应应，即即将将一一种种分分子子上上的的某某一一基基团团转转移移到到另另一一种种分分子子上的反应。其反应通式为上的反应。其反应通式为AX+BA+BX现在学习的是第22页，共116页 如如谷

20、谷丙丙转转氨氨酶酶(EC2.6.1.2)(EC2.6.1.2)属属于于转转移移酶酶类类中中的的转转氨氨基基酶酶。该该酶酶需需要要以以磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛为为辅辅基基，使使谷谷氨氨酸酸上上的的氢氢基基转转移移到到丙丙酮酮酸酸上上，使使之之成成为为丙丙氨氨酸，而谷氨酸成为酸，而谷氨酸成为-酮戊二酸。酮戊二酸。这这一一大大类类中中还还有有转转移移羰羰基基、醛醛或或酮酮基基、酰酰基基、糖苷基、磷酸基和硫基的酶。糖苷基、磷酸基和硫基的酶。现在学习的是第23页，共116页（三）水解酶类（三）水解酶类 水水解解酶酶类类催催化化底底物物的的加加水水分分解解反反应应。水水解解酶酶类类大大都都属属于于细细胞胞外外

21、酶酶，在在生生物物体体内内分分布布最最广广，数数量量也也多多，包包括括水水解解酯酯键键、糖糖苷苷键键、酸酸酐酐键键及及其其他他C-NC-N键键的的酶酶，共共1111个个亚亚类类，常常见见的的有有蛋蛋白白酶酶、淀粉酶、核酸酶和脂肪酶等。反应通式为淀粉酶、核酸酶和脂肪酶等。反应通式为AB+HOHAOH+BH现在学习的是第24页，共116页 例例如如，磷磷酸酸二二酯酯酶酶(EC3.1.4.1)(EC3.1.4.1)催催化化磷磷酸酸酯酯键键水解，即水解，即 现在学习的是第25页，共116页（四）裂合酶类（四）裂合酶类 裂裂合合酶酶类类催催化化从从底底物物移移去去一一个个基基团团而而形形成成双键的反应或

22、其逆反应，反应可用下式表示双键的反应或其逆反应，反应可用下式表示ABA+B现在学习的是第26页，共116页 例例如如，醛醛缩缩酶酶(EC4.1.2.7)(EC4.1.2.7)可可催催化化果果糖糖-1,6-1,6-二二磷磷酸酸成成为为磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮及及甘甘油油醛醛-3-3-磷磷酸酸，是糖酵解过程中的一个关键酶。是糖酵解过程中的一个关键酶。现在学习的是第27页，共116页（五）异构酶类（五）异构酶类 异异构构酶酶类类催催化化各各种种同同分分异异构构体体之之间间的的相相互互转转变变，即即分分子子内内部部基基团团的的重重新新排排列列，其其反反应应通通式为式为AB 这这类类酶酶包包括括消消旋旋

23、酶酶、差差向向异异构构酶酶、顺顺反反异异构构酶酶、分分子子内内氧氧化化还还原原酶酶、分分子子内内转转移移酶酶和和分分子子内内裂裂合合酶等亚类。酶等亚类。现在学习的是第28页，共116页 例例如如，葡葡糖糖-6-6-磷磷酸酸异异构构酶酶(EC5.3.1.9)(EC5.3.1.9)可可催化葡糖催化葡糖-6-6-磷酸转变成果糖磷酸转变成果糖-6-6-磷酸。磷酸。现在学习的是第29页，共116页（六）连接酶类（六）连接酶类 连连接接酶酶类类(也也称称合合成成酶酶类类)催催化化有有腺腺苷苷三三磷磷酸酸(ATP)(ATP)参参加加的的合合成成反反应应，即即由由两两种种物物质质合合成成一一种新物质的反应。简

24、式如下：种新物质的反应。简式如下：A+B+ATPAB+ADP+PiAB+AMP+PPi或或 A+B+ATP现在学习的是第30页，共116页 例例如如，L-L-酪酪氨氨酰酰tRNAtRNA合合成成酶酶(EC6.1.1.1)(EC6.1.1.1)催催化化L-Tyr-tRNAL-Tyr-tRNA的的合合成成，这这类类酶酶在在蛋蛋白白质质生生物物合合成中起重要作用。成中起重要作用。现在学习的是第31页，共116页三、酶的标码三、酶的标码 国国际际酶酶学学委委员员会会根根据据各各种种酶酶所所催催化化反反应应的的类类型型，把把酶酶分分成成的的6 6大大类类，即即氧氧比比还还原原酶酶类类、转转移移酶酶类类、

25、水水解解酶酶类类、裂裂合合酶酶类类、异异构构酶酶类类和和连连接接酶酶类类，分分别别用用l l、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6来来表表示示。再再根根据据底底物物中中被被作作用用的的基基团团或或键键的的特特点点将将每每一一大大类类分分为为若若干干个个亚亚类类，每每一一个个亚亚类类又又按按顺顺序序编编成成1 1、2 2、3 3、44等等数数字字。每每一一个个亚亚类类可可再再分分为为亚亚亚类，仍用亚类，仍用1 1、2 2、3 3、44编号。编号。现在学习的是第32页，共116页 每每一一个个酶酶的的分分类类编编号号由由4 4个个数数字字组组成成，数数字字间间由由“，”隔隔开开。第第一一个个数数

26、字字指指明明该该酶酶属属于于6 6个个大大类类中中的的哪哪大大类类；第第二二个个数数字字指指出出该该酶酶属属于于哪哪个个亚亚类类；第第三三个个数数字字指指出出该该酶酶属属于于哪哪一一个个亚亚亚亚类类；第第四四个个数数字字则则表表明明该该酶酶在在亚亚亚亚类类中中的的 排排 号号。编编 号号 之之 前前 冠冠 以以 EC(EC(为为 Enzyme Enzyme CommissionCommission的缩写的缩写)。现在学习的是第33页，共116页四、核酶及酶内涵的拓展四、核酶及酶内涵的拓展 长长期期以以来来人人们们一一直直认认为为酶酶的的化化学学本本质质就就是是蛋蛋白白质质。2020世世纪纪80

27、80年年代代初初期期，英英国国科科学学家家CechCech和和AltmanAltman分分别别在在研研究究四四膜膜虫虫rRNArRNA的的基基因因转转录录问问题题和和细细菌菌核核糖糖核核酸酸酶酶时时，各各自自独独立立地地发发现现了了具具有有生生物物催催化化功功能能的的RNARNA，即即核核酶酶（ribozymeribozyme），从从而而改改变变了了生生物物体体内内所所有有的的酶酶都都是是蛋蛋白白质质的的传传统统观观念念。这这个个发发现现曾曾被被认认为为是是近近十十多多年年来来生生化化领领域域内内最最令令人人鼓鼓舞舞的的发发现现之之一一，为为此此CechCech和和AltmanAltman共同

28、获得了共同获得了19891989年度诺贝尔化学奖。年度诺贝尔化学奖。现在学习的是第34页，共116页第第3 3节节 酶的作用机理酶的作用机理一、酶的活性中心一、酶的活性中心（一）活性中心的概念（一）活性中心的概念 通通过过各各种种研研究究证证明明，酶酶的的特特殊殊催催化化能能力力只只局局限限在在酶酶分分子子的的一一定定区区域域，也也就就是是说说只只有有少少数数特特异异的的氨氨基基酸酸残残基基参参与与底底物物结结合合及及催催化化作作用用。这这些些特特异异的的氨氨基基酸酸残残基基比比较较集集中中的的区区域域，即即与与酶酶活活力力直直接接相相关关的的区区域域称称为为酶酶的的活活性性部部位位(acti

29、ve site)(active site)或活性中心或活性中心(active center)(active center)。现在学习的是第35页，共116页（二）催化部位和结合部位（二）催化部位和结合部位 通通常常又又将将活活性性中中心心分分为为结结合合部部位位和和催催化化部部位位，前前者者负负责责与与底底物物的的结结合合，决决定定酶酶的的专专一一性性；后后者者负负责责催催化化底底物物键键的的断断裂裂形形成成新新键键，决定酶的催化能力。决定酶的催化能力。（三）必需基团（三）必需基团 酶酶的的活活性性中中心心含含有有多多种种不不同同的的基基团团，其其中中一一些些基基团团是是酶酶的的催催化化活活性

30、性所所必必需需的的，称称为为必必需需基基团团。在在酶酶的的催催化化过过程程中中，这这些些必必需需基基团团与与底底物物分分子子通通过过非非共共价价力力、质质子子迁迁移移或或形形成成共共价价键键等等方方式式，起起催催化化作作用用。如如果果这这些些必必需需基基团团被被修修饰饰或或置置换换，酶酶的的催催化化活活性性将将降降低低或丧失。或丧失。现在学习的是第36页，共116页（四）活性中心的特点（四）活性中心的特点1 1、活活性性中中心心在在酶酶分分子子的的总总体体上上只只占占相相当当小小的的部部分，通常只占整个酶分子体积的分，通常只占整个酶分子体积的1%-2%1%-2%。2 2、酶酶的的活活性性中中心

31、心是是一一个个三三维维实实体体。可可以以说说没没有有酶的空间结构，也就没有酶的活性中心。酶的空间结构，也就没有酶的活性中心。3 3、酶酶的的活活性性部部位位并并不不是是和和底底物物的的形形状状正正好好互互补补的的，而而是是在在酶酶和和底底物物结结合合的的过过程程中中，底底物物分分子子或或酶酶分分子子，有有时时是是两两者者的的构构象象同同时时发发生生了了一一定定的的变变化化后后才才互互补补的的，这这个个动动态态的的辨辨认认过过程程称称为为诱导契合。诱导契合。现在学习的是第37页，共116页4 4、酶酶的的活活性性部部位位是是位位于于酶酶分分子子表表面面的的一一个个裂裂缝缝内内。裂裂缝缝内内是是相

32、相当当疏疏水水的的区区域域，非非极极性性基基团团较较多。多。5 5、底底物物通通过过次次级级键键较较弱弱的的力力结结合合到到酶酶上上，主主要要靠靠次次级级键键，即即氢氢键键、盐盐键键、范范德德华华力力和和疏疏水水相相互作用。互作用。6 6、酶活性部位具有柔性或可运动性。、酶活性部位具有柔性或可运动性。现在学习的是第38页，共116页二、酶与底物分子的结合二、酶与底物分子的结合（一）中间产物学说（一）中间产物学说 19031903年年HenriHenri和和WurtzWurtz提提出出了了酶酶底底物物中中间间产产物物学学说说，该该学学说说认认为为当当酶酶催催化化某某一一化化学学反反应应时时，酶酶

33、首首先先和和底底物物结结合合生生成成中中间间复复合合物物(ES)(ES)，然然后后生成产物生成产物(P)(P)，并释放出酶。反应用下式表示：，并释放出酶。反应用下式表示：S+E=ES=P+E现在学习的是第39页，共116页（二）酶与底物的结合（二）酶与底物的结合 1 1、锁锁钥钥学学说说和和三三点点附附着着学学说说 18941894年年，FisherFisher在在对对酶酶作作用用专专一一性性进进行行研研究究的的基基础础上上提提出出了了“锁锁钥钥学学说说”（lock lock and and key key theorytheory）。）。图图4-2 4-2 酶酶与与底底物物的的锁锁钥钥学说示

34、意图学说示意图现在学习的是第40页，共116页2 2、诱导契合学说、诱导契合学说 随随着着研研究究的的深深入入，人人们们发发现现底底物物与与酶酶互互补补结结合合时时，酶酶分分子子本本身身不不是是固固定定不不变变的的。19581958年年，D.D.KoshlandKoshland提提出出了了解解释释酶酶作作用用专专一一性性的的“诱诱导导契契合合学学说说”（induced-fitinduced-fit hypothesis hypothesis）。）。图图4-3 4-3 酶酶与与底底物物的的诱诱导导契契合学说合学说现在学习的是第41页，共116页三、影响酶催化效率的因素三、影响酶催化效率的因素（一

35、）酶和底物的邻近与定向效应（一）酶和底物的邻近与定向效应 酶酶和和底底物物复复合合物物的的形形成成过过程程既既是是专专一一性性的的识识别别过过程程，更更重重要要的的是是分分子子间间反反应应变变为为分分子子内内反反应应的的过过程程。在在这这一一过过程程中中包包括括两两种种效效应应：邻邻近效应和定向效应。近效应和定向效应。邻邻近近效效应应(approximation)(approximation)是是指指酶酶与与底底物物结结合合形形成成中中间间复复合合物物以以后后，使使底底物物和和底底物物(如如双双分分子子反反应应)之之间间、酶酶的的催催化化基基团团与与底底物物之之间间结结合合于于同同一一分分子子

36、而而使使有有效效浓浓度度得得以以极极大大的的升升高高从从而而使使反应速率大大增加的一种效应。反应速率大大增加的一种效应。现在学习的是第42页，共116页 定定向向效效应应(orientation)(orientation)是是指指反反应应物物的的反反应应基基团团之之间间和和酶酶的的催催化化基基团团与与底底物物的的反反应应基基团团之之间的正确取位产生的效应。间的正确取位产生的效应。图图4-5 4-5 底物的底物的“邻近邻近”和和“定向定向”效应示意图效应示意图现在学习的是第43页，共116页(二二)底物分子敏感键扭曲变形底物分子敏感键扭曲变形 当当酶酶遇遇到到其其专专一一性性底底物物时时，酶酶中

37、中某某些些基基团团或或离离子子可可以以使使底底物物分分子子内内敏敏感感键键中中的的某某些些基基团团的的电电子子云云密密度度增增高高或或降降低低，产产生生“电电子子张张力力”，导导致致底底物物分分子子发发生生形形变变，使使得得底底物物比比较较接接近近它它的的过过渡渡态态，底底物物的的敏敏感感键键更更易易于于断断裂裂，从从而而降低反应的活化能，使反应易于发生。降低反应的活化能，使反应易于发生。现在学习的是第44页，共116页 图图4-6 4-6 底物与酶结合时的构象变化示意图底物与酶结合时的构象变化示意图A A：底物分子发生形变；底物分子发生形变；B B：底物分子和酶都发生形变：底物分子和酶都发生

38、形变现在学习的是第45页，共116页（三）酸碱催化（三）酸碱催化（acid-base catalysisacid-base catalysis）酸酸碱碱催催化化是是通通过过瞬瞬时时的的向向反反应应物物提提供供质质子子或或从从反反应应物物接接受受质质子子以以稳稳定定过过渡渡态态，加加速速反反应应的的一一类类催催化化机机制制。在在水水溶溶液液中中通通过过高高反反应应性性的的质质子子和和氢氢氧氧离离子子进进行行的的催催化化称称为为狭狭义义的的酸酸碱碱催催化化；而而通通过过H H+和和OHOH-以以及及能能提提供供H H+和和OHOH-的的供供体体进进行的催化称为广义的酸碱催化。行的催化称为广义的酸碱

39、催化。现在学习的是第46页，共116页（四）共价催化（四）共价催化(covalent catalysis)(covalent catalysis)共共价价催催化化又又称称亲亲核核催催化化或或亲亲电电子子催催化化，在在催催化化时时，亲亲核核催催化化剂剂或或亲亲电电子子催催化化剂剂能能分分别别放放出出电电子子或或汲汲取取电电子子并并作作用用于于底底物物的的缺缺电电子子中中心心或或负负电电中中心心迅迅速速形形成成不不稳稳定定的的共共价价中中间间复复合合物，降低反应活化能，使反应加速。物，降低反应活化能，使反应加速。现在学习的是第47页，共116页（五）金属离子催化（五）金属离子催化 几几乎乎1/31

40、/3的的酶酶的的催催化化活活性性需需要要金金属属离离子子，根根据据金金属属离离子子-蛋蛋白白质质相相互互作作用用强强度度可可将将需需要要金金属属的的酶酶分分两两类类：即即金金属属酶酶和和金金属属-激激活活酶酶。金金属属酶酶含含紧紧密密结结合合的的金金属属离离子子，多多属属于于过过渡渡金金属属离离子子，如如FeFe2+2+、FeFe3+3+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+等等。金金属属-激激活活酶酶含含松松散散结结合合的的金金属属离离子子，通通常常为为碱碱和和碱碱土土金金属属离离子子，如如NaNa+、K K+、MgMg2+2+或或CaCa2+2+。金金属属离离子子以以3 3种种主主要要途途径

41、径参参加加催催化化过过程程：(1)(1)通通过过结结合合底底物物为为反反应应定定向向；(2)(2)通通过过可可逆逆地地改改变变金金属属离离子子的的氧氧化化态态调调节节氧氧化化还还原原反反应应；(3)(3)通过静电稳定或屏蔽负电荷。通过静电稳定或屏蔽负电荷。现在学习的是第48页，共116页（六）低介电微环境（六）低介电微环境 在在酶酶分分子子的的表表面面有有一一个个裂裂缝缝，而而活活性性部部位位就就位位于于疏疏水水环环境境的的裂裂缝缝中中。当当底底物物分分子子与与酶酶的的活活性性部部位位相相结结合合，就就被被埋埋没没在在疏疏水水环环境境中中，这这里里底底物物分分子子与与催催化化基基团团之之间间的

42、的作作用用力力将将比比活活性性部部位位极极性性环环境境的的作作用用力力要要强强得得多多。这这一一疏疏水水的的微环境大大有利于酶的催化作用。微环境大大有利于酶的催化作用。现在学习的是第49页，共116页第第4 4节节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素一、底物浓度对酶促反应速度的影响一、底物浓度对酶促反应速度的影响（一）底物浓度与酶促反应速度的关系（一）底物浓度与酶促反应速度的关系 19031903年年，V.V.HenriHenri在在前前人人工工作作的的基基础础上上利利用用蔗蔗糖糖酶酶水水解解蔗蔗糖糖，研研究究底底物物浓浓度度与与反反应应速速度度之之间间的的关关系系。当当酶酶浓浓度度

43、固固定定不不变变时时，可可以以测测出出一一系系列列不不同同底底物物浓浓度度SS下下的的反反应应初初速速度度，以以对对SS作图，可以得到图作图，可以得到图4-104-10的曲线。的曲线。现在学习的是第50页，共116页图图 4-10 4-10 底物浓度对酶反应速度的影响底物浓度对酶反应速度的影响 现在学习的是第51页，共116页 从从图图4-104-10中中可可以以看看到到，当当底底物物浓浓度度很很低低时时，酶酶未未被被底底物物饱饱和和，这这时时反反应应速速度度取取决决于于底底物物浓浓度度，反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度成成正正比比关关系系，表表现现为为一级反应。一级反应。随随着着底底物物

44、浓浓度度的的不不断断增增加加，酶酶逐逐渐渐被被底底物物饱饱和和，反反应应速速度度的的加加快快和和底底物物浓浓度度不不再再成成正正比比关系，这一阶段的反应表现为混合级反应。关系，这一阶段的反应表现为混合级反应。如如果果继继续续加加大大底底物物浓浓度度，达达到到某某一一定定值值后后，再再增增加加底底物物浓浓度度，酶酶促促反反应应速速度度也也不不再再增增加加，而而是是趋趋于于恒恒定定，说说明明此此时时酶酶已已经经被被底底物物所所饱饱和和，酶酶促促反反应应速速度度不不再再随随底底物物的的变变化化而而变变化化，表表现现为零级反应。为零级反应。现在学习的是第52页，共116页（二）米氏方程（二）米氏方程

45、19131913年年 L.L.MichaelisMichaelis和和 M.M.MentenMenten在在前前人人工工作作的的基基础础上上，根根据据酶酶反反应应的的中中间间复复合合物物学学说说，提提出出酶酶促促反反应应动动力力学学的的基基本本原原理理，并并归归纳纳总总结结成一个数学公式加以表达，即成一个数学公式加以表达，即 该该方方程程定定量量地地描描述述了了酶酶促促反反应应的的速速率率与与底底物浓度之间的关系。物浓度之间的关系。Vmaxsv=Km+S现在学习的是第53页，共116页 根根据据米米氏氏方方程程，可可以以知知道道酶酶促促反反应应速速率率与与底物浓度之间的关系。底物浓度之间的关系

46、。（1 1）当）当SKmSKmSKm值时，米氏方程变为：值时，米氏方程变为：表表示示此此时时酶酶全全部部被被底底物物所所饱饱和和当当时时，反反应应速速率率已已达达到到最最大大，此此时时再再增增加加底底物物浓浓度度，反反应应速率不再增加，表现为零级反应。速率不再增加，表现为零级反应。Vmaxsv=Sv=Vmax现在学习的是第55页，共116页 （3 3）当）当S=KmS=Km时，米氏方程变为：时，米氏方程变为：也也就就是是说说，当当底底物物浓浓度度等等于于KmKm值值时时，反反应应速速率率为为最最大大速速率率的的一一半半。因因此此KmKm值值就就代代表表反反应应速速率率达达到到最最大大反反应应速

47、速率率一一半半时时的的底底物物浓浓度度。因因此，米氏常数的单位为此，米氏常数的单位为mol/Lmol/L。Vmaxs Vmaxv=S+S 2现在学习的是第56页，共116页（三）米氏常数的意义（三）米氏常数的意义1 1、KmKm是酶的一个特性常数是酶的一个特性常数 KmKm的的大大小小只只与与酶酶的的性性质质有有关关，而而与与酶酶浓浓度度无无关关。KmKm值值随随测测定定的的底底物物、反反应应的的温温度度、pHpH及及离离子子强强度度而而改改变变。因因此此，KmKm值值作作为为常常数数只只是是对对一一定定的的底底物物、pHpH、温温度度和和离离子子强强度度等等条条件件而而言言。各各种种酶酶的的

48、KmKm值值相相差差很很大大，大大多多数数酶酶的的KmKm值值介介于于1010-6-6-10-101 1mol/Lmol/L之间。之间。现在学习的是第57页，共116页2 2、KmKm值可以判断酶的专一性和天然底物值可以判断酶的专一性和天然底物 有有的的酶酶可可作作用用于于几几种种底底物物，因因此此就就有有几几个个KmKm值值，其其中中KmKm值值最最小小的的底底物物称称为为该该酶酶的的最最适适底底物也就是天然底物。物也就是天然底物。1/Km1/Km可可近近似似地地表表示示酶酶对对底底物物亲亲和和力力的的大大小小，1/Km1/Km愈愈大大，达达到到最最大大反反应应速速率率一一半半所所需需要要的

49、的底底物浓度就愈小，表明酶与底物的亲和力越大。物浓度就愈小，表明酶与底物的亲和力越大。3 3、若若已已知知某某个个酶酶的的KmKm值值，就就可可以以根根据据已已知知的的底底物浓度，求出该条件下的反应速度。物浓度，求出该条件下的反应速度。现在学习的是第58页，共116页4 4、KmKm值值可可以以帮帮助助推推断断某某一一代代谢谢反反应应的的方方向向和和途径途径 催催化化可可逆逆反反应应的的酶酶，对对正正逆逆两两向向底底物物而而言言，KmKm值值往往往往是是不不同同的的。例例如如谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶，NADNAD+的的KmKm值值为为2.5102.510-5-5mol/Lmol/L，而而NAD

50、HNADH为为1.8101.810-5 5mol/Lmol/L。测测定定这这些些KmKm值值的的差差别别以以及及细细胞胞内内正正逆逆两两向向底底物物的的浓浓度度，可可以以大大致致推推测测该该酶酶催催化化正正逆逆两两向向反反应应的的效效率率，这这对对了了解解酶酶在在细细胞胞内内的的主主要要催化方向及生理功能有重要意义。催化方向及生理功能有重要意义。现在学习的是第59页，共116页5 5、根据、根据KmKm寻找代谢途径的限速步骤寻找代谢途径的限速步骤 当当一一系系列列不不同同的的酶酶催催化化一一个个代代谢谢途途径径的的连连锁锁反反应应时时，如如能能确确定定各各种种酶酶的的KmKm值值及及其其相相应