第三章-酶-本.ppt

概念：是由活细胞合成的，对其特异底概念：是由活细胞合成的，对其特异底物起高效催化作用的生物催化剂，主要物起高效催化作用的生物催化剂，主要是蛋白质。是蛋白质。核酶核酶(ribozyme)：具有高效、特异催化作具有高效、特异催化作用的核酸用的核酸(RNA和和DNA)。自然界中主要作自然界中主要作用于核酸。用于核酸。第三章第三章 酶（酶（enzymeenzyme）概概述述一、什么是酶？一、什么是酶？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果。结果。1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Buchner兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液，实实现现了发酵。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。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，提提出核酶出核酶(ribozyme)的概念的概念。1995年年，JackW.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连连接酶活性接酶活性DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。1930年彻底弄清了发酵的代谢途径。年彻底弄清了发酵的代谢途径。葡萄糖葡萄糖乙醇乙醇CO211个化学反应个化学反应11种酶种酶1897年年Buchner兄弟两人发现磨碎兄弟两人发现磨碎的酵母细胞也可引起发酵，说明引起发的酵母细胞也可引起发酵，说明引起发酵的物质存在与酵母细胞内。产生了酶酵的物质存在与酵母细胞内。产生了酶的科学术语（的科学术语（enzyme=en+zyme）。）。酶促反应酶促反应：由酶催化的化学反应。：由酶催化的化学反应。脲酶脲酶尿素尿素 2NH2NH3 3 COCO2 2 底物底物 H H2 2O O 产物产物 底物（底物（substrate）：指酶所催化的指酶所催化的物质，物质，又称又称作用物。作用物。产物产物：指反应生成的物质。：指反应生成的物质。酶活性：酶活性：酶催化化学反应的能力。酶催化化学反应的能力。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 酶是球状蛋白质，构象可变性较酶是球状蛋白质，构象可变性较大，大，按其分子结构分为：按其分子结构分为：酶的蛋白质结构特点酶的蛋白质结构特点按酶的分子结构分为按酶的分子结构分为:单体酶单体酶(monomericenzyme)：仅具有三级结仅具有三级结构的酶。构的酶。寡聚酶寡聚酶(oligomericenzyme)：由多个相同或不由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系多酶体系(multienzymesystem)：由几种不同由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶多功能酶(multifunctionalenzyme)或串联酶或串联酶(tandemenzyme)：一些多酶体系在进化过程一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在中由于基因的融合，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。于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。按酶的分子组成分为：按酶的分子组成分为：单纯酶单纯酶(simpleenzyme)：仅由氨基酸残基构成仅由氨基酸残基构成 (只含蛋白质部分只含蛋白质部分)。结合酶结合酶(conjugatedenzyme)：属结合蛋白质属结合蛋白质一、酶的分子组成中常含有辅助因子一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：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)决定反应的种类和性质决定反应的种类和性质决定反应的特异性决定反应的特异性只有全酶才有催化功能只有全酶才有催化功能辅助因子辅助因子（cofactor）1.金属离子金属离子金属辅助因子金属辅助因子：K+、Na+、Mg+、Fe2+（Fe3+）等等金属酶金属酶：金属离子与酶蛋白：金属离子与酶蛋白结合牢固结合牢固。金属激活酶金属激活酶：本身不含金属离子，但必须：本身不含金属离子，但必须有金属离子的存在才具有活性，与酶蛋白有金属离子的存在才具有活性，与酶蛋白结合松弛结合松弛。小分子有机化合物小分子有机化合物金属离子金属离子1 1）作为酶活性中心的组成部分参与）作为酶活性中心的组成部分参与 催化反应，催化反应，传递电子传递电子 酶酶-FeFe3+3+e e-酶酶-FeFe2+2+2 2）连接酶与底物的桥梁（连接酶与底物的桥梁（MgMg2+2+）3 3）稳定酶蛋白的构象（稳定酶蛋白的构象（ZnZn2+2+）4 4）中和负电荷，降低静电斥力（中和负电荷，降低静电斥力（ZnZn2+2+）金属辅助因子金属辅助因子的作用的作用2）小分子有机化合物小分子有机化合物(常含维生素常含维生素)：NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等等作用：传递电子、质子、或一些化学作用：传递电子、质子、或一些化学基团。基团。辅助因子辅助因子（cofactor）小分子有机化合物小分子有机化合物(常含常含维生素维生素)金属离子金属离子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 金属离子多金属离子多为辅为辅基基广义上辅酶包括辅基广义上辅酶包括辅基辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prostheticgroup):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超透析或超滤的方法除去滤的方法除去。必需基团：必需基团：(essentialgroup)酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相一些与酶活性密切相关的化学基团关的化学基团。目目录录二、酶的活性中心是酶分子中执二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位行其催化功能的部位（Activecenter/site）或称活性部位或称活性部位(activesite)，指必需基指必需基团在一级结构上可能相距团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼很远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为特异结合并将底物转化为产物。产物。酶的活性中心酶的活性中心(activecenter)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(bindinggroup)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalyticgroup)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。中心应有的空间构象所必需。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目目录录溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心*谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基团；基团；*色色氨氨酸酸62和和63、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结结合基团；合基团；*AF为为底底物物多多糖糖链链的的糖糖基基，位位于于酶酶的的活活性性中中心心形成的裂隙中。形成的裂隙中。三、同工酶是催化相同化学反应三、同工酶是催化相同化学反应但一级结构不同的一组酶但一级结构不同的一组酶概念：指同一种属或同一个体中概念：指同一种属或同一个体中催化相同催化相同的化学反应，而酶蛋白的的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。酶。分布：分布：不同个体的不同组织中；不同个体的不同组织中；同一个体的不同组织中；同一个体的不同组织中；同一细胞的不同亚细胞结构中。同一细胞的不同亚细胞结构中。来源：来源：不同基因编码不同基因编码等位基因编码等位基因编码同一基因转录生成不同同一基因转录生成不同mRNA的的翻译（翻译后修饰性的不在此范翻译（翻译后修饰性的不在此范畴）畴）两种亚基两种亚基：H型（心肌型）、型（心肌型）、M型（骨骼肌型）型（骨骼肌型）种类：种类：LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5(H4)(H3M)(H2M2)(H1M3)(M4)分布：分布：心肌心肌肝肝,骨骼肌骨骼肌生理生理利于乳酸利于乳酸利于产利于产意义：氧化供能意义：氧化供能生乳酸生乳酸临床临床检测检测检测检测意义：意义：心肌损害心肌损害肝损害肝损害举例举例1乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（LDH）LDH1丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸LDH5举例举例2肌酸激酶肌酸激酶(creatinekinase,CK)同工酶同工酶B BB BB BMMMM MMCK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑脑心肌心肌骨骼肌骨骼肌*生理及临床意义：生理及临床意义：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；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；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；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 5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，只能加速可逆反应的进程，降低反应降低反应的活化能的活化能。而而不改变反应的平衡点。不改变反应的平衡点。酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：第二节第二节酶的工作原理酶的工作原理TheMechanismofEnzymeAction一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点1 1）极高的催化效率）极高的催化效率2 2）高度特异性）高度特异性 3 3）可调节性）可调节性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，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。如尿酶催化尿素如尿酶催化尿素水解速度比水解速度比H催化作用快催化作用快71012倍，比无催化倍，比无催化剂时快剂时快1014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酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能的活化能(activationenergy)。酶比一般催化。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。剂更有效地降低反应的活化能。（一）酶具有极高的催化效率（一）酶具有极高的催化效率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(turnovernumber)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将底物转化为产物的分子数。钟将底物转化为产物的分子数。概念：一种酶只作用于一种或一类化概念：一种酶只作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，合物，或一定的化学键，催化一定的催化一定的化学反应并产生一定的产物，称。化学反应并产生一定的产物，称。酶的特异性分为酶的特异性分为：1 1）绝对特异性）绝对特异性(absolutespecificity)2 2）相对特异性）相对特异性(relativespecificity)3 3）立体异构特异性）立体异构特异性(stereospecificity)（二）酶的（二）酶的高度特异性高度特异性（专一性专一性，specificity）1 1、绝对特异性绝对特异性：一种酶只能一种酶只能作用于作用于 一种特定结构底物，一种特定结构底物，产生一种反产生一种反应，生成特定结构的产物，称之应，生成特定结构的产物，称之。如脲酶、琥珀酸脱氢酶等。如脲酶、琥珀酸脱氢酶等。2 2、相对特异性：相对特异性：一种酶一种酶作用于一类作用于一类 化合物或一种化学键，化合物或一种化学键，这种不太这种不太 严格的选择性称之严格的选择性称之。蔗糖酶：水解蔗糖和棉子糖中相蔗糖酶：水解蔗糖和棉子糖中相同的糖苷键同的糖苷键磷酸酶：水解各种磷酸酯的酯键磷酸酶：水解各种磷酸酯的酯键胰蛋白酶：水解由胰蛋白酶：水解由LysLys和和ArgArg的羧的羧 基组成的肽键基组成的肽键3 3、立体异构特异性：立体异构特异性：一种酶只一种酶只作作用于立体异构体中的一种，用于立体异构体中的一种，这这种对分子构型的特异性称之。种对分子构型的特异性称之。如乳酸脱氢酶只催化如乳酸脱氢酶只催化L-乳酸脱氢，乳酸脱氢，L-氨基酸氧化酶只作用氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸。氨基酸。（三）酶的（三）酶的可调节性可调节性通过改变酶的构象或含量可以通过改变酶的构象或含量可以改变酶的催化能力。改变酶的催化能力。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力的调节酶催化效力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包括三方面的调节包括三方面的调节:二、酶通过促进底物形成过渡态二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率而提高反应速率（一）（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能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用都是通过降低反应的活化能活化能(activationenergy)实现的。实现的。活化能活化能：底物分子从初态转变到活化底物分子从初态转变到活化态所需的能量态所需的能量。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 （二）酶（二）酶-底物复合物的形成有利于底底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态物转变成过渡态 酶底物复合物酶底物复合物E+SE+PES(过渡态过渡态过渡态过渡态)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、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。这相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶一过程称为酶-底物结合的底物结合的诱导契合诱导契合(induced-fit)。目目录录酶的诱导契合动画酶的诱导契合动画羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式底物底物目目录录2.邻近效应与定向排列使诸底物正确邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心定位于酶的活性中心 酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种这种邻近效应邻近效应(proximityeffect)与与定向排列定向排列(orientationarrange)实际上是将分子间的反应变实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。n邻近效应与定向排列：邻近效应与定向排列：酶的活性中心多是酶分子内部的疏水酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋口袋”，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂脱溶剂化化(desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物，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，防止水化分子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。膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为这种现象称为表面效应表面效应(surfaceeffect)。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（三）酶的催化机制呈多元催化作用（三）酶的催化机制呈多元催化作用1.一般酸一般酸-碱催化作用碱催化作用(generalacid-basecatalysis)2.共价催化作用共价催化作用(covalentcatalysis)3.亲核催化作用亲核催化作用(nucleophiliccatalysis)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 概念：概念：研究各种因素对酶促反应速率研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。的影响，并加以定量的阐述。n影响因素包括：影响因素包括：酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。温度、抑制剂、激活剂等。酶促反应速度：以一段时间内反应酶促反应速度：以一段时间内反应体系的底物减少量或产物的生成量体系的底物减少量或产物的生成量来表示。来表示。意义：对研究酶的结构与功能的意义：对研究酶的结构与功能的关系、酶在物质代谢中的作用、关系、酶在物质代谢中的作用、药物和毒物的作用机理，以及临药物和毒物的作用机理，以及临床应用都有重要意义。床应用都有重要意义。影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素1 1）底物浓度底物浓度2 2）酶浓度酶浓度3 3）温度温度4 4）PH PH 5 5）抑制剂抑制剂6 6）激活激活剂剂研究一种因素研究一种因素的影响时，其余的影响时，其余各因素均恒定。各因素均恒定。I.单底物、单产物反应单底物、单产物反应II.酶酶促促反反应应速速度度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示表示III.反反应应速速度度取取其其初初速速度度，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小小（一般在（一般在5 以内）时的反应速度以内）时的反应速度IV.底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度研究前提研究前提v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。一、底物浓度对反应速率影响的作图呈一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线矩形双曲线当底物浓度较低时：当底物浓度较低时：反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。SSV VVmaxVmax目目录录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；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。SSV VVmaxVmax目目录录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；反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应反应为零级反应SSV VVmaxVmax目目录录（一）米曼氏方程式揭示单底物（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性反应的动力学特性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系的最合理学说是中间产物学说：中间产物学说：E+Sk1k2k3ESE+P19131913年年年年MichaelisMichaelis和和和和MentenMenten提提提提出出出出反反反反应应应应速速速速度度度度与与与与底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度关关关关系系系系的的的的数数数数学学学学方方方方程程程程式式式式，即即即即米米米米曼曼曼曼氏氏氏氏方方方方程程程程式，简称式，简称式，简称式，简称米氏方程式米氏方程式米氏方程式米氏方程式(MichaelisMichaelisequation)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V Vmaxmax：最大反应速度最大反应速度最大反应速度最大反应速度(maximumvelocity)mm：米氏常数米氏常数米氏常数米氏常数(Michaelisconstant)VmaxSKm+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形成形成ES复合物的反应是快速平衡反复合物的反应是快速平衡反应，而应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即反应速度取决于慢反应即Vk3ES。(1)S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反的总浓度，因此在反应的初始阶段，应的初始阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt。推导过程：推导过程：稳态：稳态：是指是指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。K1(EtES)SK2ES+K3ESK2+K3Km（米氏常数）米氏常数）K1令：令：则则(2)(2)变为变为:(EtES)SKmES(2)(EtES)SK2+K3ESK1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，反应达最大速度反应达最大速度VmaxK3ESK3Et(5)ESEtSKm+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：VmaxSKm+SV将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得K3EtSKm+S(4)V当反应速度为最大反应速度一半时：当反应速度为最大反应速度一半时：当反应速度为最大反应速度一半时：当反应速度为最大反应速度一半时：vKm值的推导值的推导KmSKm值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是的底物浓度，单位是mol/L。2Km+SVmaxVmaxSV VmaxmaxV VSSKKmmV Vmaxmax/2/2（二）（二）Km与与Vm是有意义的酶促反应动力学参数是有意义的酶促反应动力学参数Km概念概念:Km等于酶促反应速度为最大反应速度一等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。半时的底物浓度。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，可作为鉴可作为鉴定酶的参数定酶的参数；只与酶的结构、底物和反应只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、环境（如，温度、pH、离子强度）有关，与、离子强度）有关，与酶的浓度无关酶的浓度无关。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。Vmax定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。速度，与酶浓度成正比。意义：意义：Vmax=K3E如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算酶的酶的转换数转换数(turnovernumber)，即动力学常数即动力学常数K3。定义定义 当酶被底物充分饱和时，单位当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变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。意义意义 可用来比较每单位酶的催化能可用来比较每单位酶的催化能力。力。酶的转换数：酶的转换数：（三）（三）m值与值与max值可以通过作图法求取值可以通过作图法求取1.双倒数作图法双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又又称为称为林林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)作图法作图法 V VmaxmaxSS KKmm+S+SV=V=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=1/V=KKmmV Vmaxmax 1/V1/Vmaxmax1/S1/S两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数 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SSS/V=KS/V=Kmm/V Vmaxmax+S/+S/V Vmaxmax 二、底物足够时酶浓度对反应速率二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系的影响呈直线关系当当 SE SE 时，时，V V与与EE成成正比关系。正比关系。V=kV=k3 3EE(Km(Km 忽略不计）忽略不计）三、温度对反应速率的影响具有双重性三、温度对反应速率的影响具有双重性最适温度：酶活性最大最适温度：酶活性最大时的温度。时的温度。在在080范围，范围，V与与T呈钟形曲线；呈钟形曲线；高温引起酶变性高温引起酶变性低温抑制酶活性，但低温抑制酶活性，但不变性不变性最适温度不是特征性最适温度不是特征性常数常数四、四、pH通过改变酶和底物分子解离通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率状态影响反应速率最适最适pH：酶活性最大时溶液的酶活性最大时溶液的pH。pH 高于或低于最适高于或低于最适 pH 时，时，酶活性下降酶活性下降远离远离最适最适 pHpH可可引起引起酶变性酶变性最适最适pHpH 不是不是特征性常数特征性常数pH 影响酶活性中心基团、底物、辅酶影响酶活性中心基团、底物、辅酶的解离状态的解离状态 影响彼此间的亲和力及影响彼此间的亲和力及酶的催化效率。酶的催化效率。0酶酶活活性性 pHpH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶 246810五、抑制剂可逆地或不可逆地降低五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率酶促反应速率酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)：使使酶的催化活性酶的催化活性下降或失活下降或失活而又而又不引起酶蛋白变性不引起酶蛋白变性的物的物质。质。其作用称为抑制作用。其作用称为抑制作用。抑制剂多与必需基团结合，而抑制剂多与必需基团结合，而影响酶的影响酶的活性中心活性中心，结果使酶的活性下降，结果使酶的活性下降。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 区别于酶的变性：区别于酶的变性：酶的抑制作用的类型酶的抑制作用的类型：1）不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用(irreversibleinhibition)2）可逆性抑制作用可逆性抑制作用(reversibleinhibition)竞争性抑制作用竞争性抑制作用(competitiveinhibition)非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用(uncompetitiveinhibition)（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合概念：抑制剂以概念：抑制剂以共价共价键键与酶活性与酶活性中心的中心的必需基团结合必需基团结合，使，使酶失酶失活活。抑制剂不能用透析、超滤抑制剂不能用透析、超滤等方法去除等方法去除不可逆不可逆E+IEI抑制剂抑制剂 不可逆不可逆 与活性中心与活性中心 抑制剂抑制剂 的基团结合的基团结合 解毒剂解毒剂 有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂 羟基酶羟基酶 解磷定解磷定 （敌敌畏等）（敌敌畏等）(Ser)-OH (Ser)-OH 含含-OH-OH 重金属盐重金属盐 巯基酶巯基酶 二巯基丙醇二巯基丙醇（HgHg+、AsAs+等）等）(Cys)-SH (Cys)-SH 含含-SH-SH解磷定解磷定二巯基丙醇二巯基丙醇（二）可逆性抑制作用（二）可逆性抑制作用概念：抑制剂以非共价键与酶酶概念：抑制剂以非共价键与酶酶-底物复合物结合，使酶活性下降或底物复合物结合，使酶活性下降或失活。失活。抑制剂可用透析、超滤等方抑制剂可用透析、超滤等方法除去。法除去。类型：类型：1 1）竞争性抑制作用竞争性抑制作用 2 2）非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 3 3）反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用1、竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心争结合酶的活性中心 概念：抑制剂与底物结构相似，可与底物概念：抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争结合酶的活性中心，从而阻碍底物竞争结合酶的活性中心，从而阻碍底物与酶的结合，这种抑制作用称之。与酶的结合，这种抑制作用称之。+IEIE+SE+PES反应模式：反应模式：+E EE ES SI IESESEIEIEPEP*特点特点:B B、抑制程度取决于抑制抑制程度取决于抑制剂剂(I)(I)与酶与酶(E)(E)的相对亲的相对亲和力及底物浓度和力及底物浓度(S)(S)；加大底物浓度可部分加大底物浓度可部分或完全或完全解除抑制解除抑制A、I与与S结构类似，结构类似，竞争酶的活性中心；竞争酶的活性中心；C、动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km增大。增大。抑制剂抑制剂无抑制剂无抑制剂1/V1/S1/Vm-1/Km竞争性抑制作用的竞争性抑制作用的动力学动力学特点特点表表观观 Km Km 增增大大：I I与与 S S竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，E与与S亲亲和和力下降力下降。VmVm 不变不变：增增大大 S浓浓度度可可解解除除抑抑制制。（即即所所有有的的 E都都可可与与 S 结结合成合成 ES）*举例举例 1 1、丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶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延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸TMP（三甲氧苄二氨嘧啶）三甲氧苄二氨嘧啶）磺胺类药物磺胺类药物对对氨基苯甲酸氨基苯甲酸（PABA）7,87,8二氢叶酸二氢叶酸（FH2）PABAFHFH2合成酶合成酶FHFH2还原酶还原酶FHFH2FHFH42、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!谷氨酸对氨基苯甲酸谷氨酸对氨基苯甲酸 二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸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!四氢叶酸四氢叶酸DNA子代细胞（细菌）子代细胞（细菌）2.非竞争性抑制作用的抑制剂不改非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力变酶对底物的亲和力 概念：概念：抑制剂与酶活性中心外的必抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，不影响酶与底物需基团结合，不影响酶与底物结合，但使酶失去催化作用结合，但使酶失去催化作用，这种抑制作用称之。这种抑制作用称之。非竞争性抑制作用的反应过程：非竞争性抑制作用的反应过程：*反应模式反应模式E+SE+SESESE+PE+P+S S S S+S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P+I IE EI I+S+SE EI ISS+I I*特点：特点：a)a)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之间间无无竞竞争关系；争关系；b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂的浓度；的浓度；抑制剂抑制剂1/V1/S无抑制剂无抑制剂1/Vm1/KmC C）非竞争性抑制作用的）非竞争性抑制作用的动力学特点动力学特点表观表观 Km Km 不变不变：I I 不影响不影响 E E 与与 S S 的的结合（结合（即即亲亲 和力不变和力不变）VmVm 下降下降：未与未与I结合的结合的 ES复合物复合物3.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用概念：概念：抑制剂只与抑制剂只与酶酶-底物复合物底物复合物 结合，使结合，使ES减少，而抑制酶活减少，而抑制酶活性，故称之性，故称之。反竞争性抑制作用的反应过程反竞争性抑制作用的反应过程E+SESE+P+IKiESI反竞争性抑制作用的反应过程反竞争性抑制作用的反应过程*反应模式反应模式E+SE+SE+PE+PESES+I IESESI I+E ES SESESESIESIE EP P*特点：特点：a)a)抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物物复复合合物物结结合；合；b)b)抑抑制制程程度度取取决决与与抑抑制制剂剂的的浓浓度度及及底底物物的浓度；的浓度；抑制剂抑制剂1/V1/S无抑制剂无抑制剂反竞争性抑制作用的反竞争性抑制作用的动力学特点动力学特点表观表观 Km Km 减小减小：I I 与与 ES ES 结合，使结合，使E E 与与 S S 亲合力亲合力Vm Vm 降低降低：未与未与I结合的结合的 ES复合物复合物各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 六、六、激活剂激活剂对酶促反应的影响对酶促反应的影响激活剂激活剂（activator）：使酶由无活性变使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。为有活性或使酶活性增加的物质。多数为金属阳离子，少数为阴离子多数为金属阳离子，少数为阴离子(Mg(Mg2+2+、MnMn2+2+、K K等）。等）。部分为有机物（胆汁酸盐等）部分为有机物（胆汁酸盐等）分为：分为：必需激活剂必需激活剂 (essentialactivator)非必需激活剂非必需激活剂 (non-essentialactivator)第四节第四节 酶的调节酶的调节TheRegulationofEnzyme 调节代谢途径的靶点主要是调节代谢途径的靶点主要是限速酶限速酶。限速酶（关键酶）限速酶（关键酶）：其活性改变对整个其活性改变对整个代谢途径的速度和方向具有明显影响作代谢途径的速度和方向具有明显影响作用的酶用的酶。改变改变酶的活性酶的活性或或含量含量是体内对酶调节的是体内对酶调节的主要方式，以此来实现代谢调节。主要方式，以此来实现代谢调节。酶酶活性活性调节调节（快速快速）酶酶含量含量调节调节（慢速（慢速）酶与酶原的激活酶与酶原的激活变构调节变构调节共价修饰调节共价修饰调节酶合成的诱导作用酶合成的诱导作用酶合成的阻遏作用酶合成的阻遏作用酶降解的调控酶降解的调控调调节节方方式式（一）变构酶通过变构调节酶的活性（一）变构酶通过变构调节酶的活性变构调节变构调节(allostericregulation)：一些代：一些代谢物与酶活性中心外的部位可逆地结合，谢物与酶活性中心外的部位可逆地结合，使酶的构象改变而引起酶活性变化，称使酶的构象改变而引起酶活性变化，称之。之。属蛋白质的变构效应属蛋白质的变构效应酶的变构调节是体内代谢途径的重要快酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。速调节方式之一。一、调节酶实现对酶促反应速率的快一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节速调节变构效应变构效应剂剂变变构构效效应应剂剂：能能引引起起酶酶发发生生变变构构效效应应的的小小 分子代谢物。分子代谢物。可以是酶的底物、产物或其他小分子物质可以是酶的底物、产物或其他小分子物质1）变构激活剂变构激活剂：使酶活性使酶活性增强增强的变构效应剂。的变构效应剂。2）变构抑制剂变构抑制剂：使酶活性使酶活性减弱减弱的变构效应剂。的变构效应剂。变构酶变构酶变构酶变构酶：具有变构调节作用的酶。具有变构调节作用的酶。调节亚基（调节部位）调节亚基（调节部位）：酶分：酶分 子中与子中与变构效应剂变构效应剂结合的结合的 亚基（部位）。亚基（部位）。催化亚基（催化部位）催化亚基（催化部位）：酶分：酶分 子中与底物结合并发挥催子中与底物结合并发挥催 化作用的亚基（部位）。化作用的亚基（部位）。变构激活变构激活催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基蛋白激酶蛋白激酶A A-cAMP-cAMP-cAMP-cAMP（无活性）无活性）（有活性）（有活性）聚合聚合解聚解聚cAMP变变构构酶酶常常为为多多个个亚亚基基构构成成的的寡寡聚聚体体，具具有有协协同同效效应。应。动动力力学学特特征征为为V与与S呈呈S形形曲曲线线。有有协协同同作作用用（不不遵从米氏方程）遵从米氏方程）（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价结合与分离实现的基团与酶的共价结合与分离实现的酶酶 的的 共共 价价 修修 饰饰 调调 节节(covalentmodification)：酶酶蛋蛋白白的的某某些些基基团团在在其其他他酶酶的的催催化化下下，发发生生共共价价修修饰饰，引引