酶学与酶工程学生.pptx

College of Life Sciences第二章第二章 酶学基础酶学基础1College of Life Sciences第一节第一节 酶的结构与功能酶的结构与功能一、酶的活性中心一、酶的活性中心 (active center(active center，active site)active site)（一）活性中心和必需基团（一）活性中心和必需基团与酶活性显示有关的，具有结合和催化底物形成产与酶活性显示有关的，具有结合和催化底物形成产物的空间区域，叫物的空间区域，叫酶的活性中心酶的活性中心，又叫，又叫活性部位活性部位。活性中心可分为活性中心可分为结合部位结合部位和和催化部位催化部位。结合部位决定酶的专一性，结合部位决定酶的专一性，催化部位决定酶所催化反应的性质。催化部位决定酶所催化反应的性质。2屙练碥榉蕤牟穷邯揄鋈术拱鼐浃鲐汗蛾埸棣硌猸菩组菔髻冠虢演荚瘥归哼骧骼谵涑周捣磊铩近College of Life Sciences活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团 催化部位催化部位 结合部位结合部位必需基团必需基团活性中心活性中心 活性中心外的必需基团与维持整个酶分活性中心外的必需基团与维持整个酶分子的空间构象有关子的空间构象有关3肖蟠铬晚魍厂孑铨碘杠啮旷宰顿叼肫闶聆怆咏尴锈汶花渣件汆窆髑瑜堇分然煨乔焱钵College of Life Sciences注意：注意：（1）活性中心是一个）活性中心是一个三维实三维实体。体。（2）是有一些一级结构上）是有一些一级结构上可能相距较远的可能相距较远的氨基酸侧链氨基酸侧链基团基团组成，有的还包含辅酶组成，有的还包含辅酶或辅基的某一部分基团。或辅基的某一部分基团。（3）在酶分子表面）在酶分子表面呈裂缝呈裂缝状状。（4）酶活性中心的催化位）酶活性中心的催化位点和结合位点可以不止一个。点和结合位点可以不止一个。（5）酶活性中心的基团都）酶活性中心的基团都是必需基团，但必需基团还是必需基团，但必需基团还包括活性中心以外的基团。包括活性中心以外的基团。木瓜蛋白酶活性中心氨基酸残基木瓜蛋白酶活性中心氨基酸残基4铬散岛娜冗佟菌屠货鑫忝臃号肌媒鲎罡阔霭奇屿College of Life Sciences酶分子中的氨基酸残基或其侧链基团酶分子中的氨基酸残基或其侧链基团可以分为四类可以分为四类 1 1接触残基接触残基 2 2辅助残基辅助残基 3 3结构残基结构残基 4 4非贡献残基非贡献残基5舱态拒凶整酏裙渎汰觉竭垃网矫辅隽莪鬣晋单愫College of Life Sciences（二）酶活性中心中的化学基团的鉴别（二）酶活性中心中的化学基团的鉴别 1 1非特异性共价修饰：非特异性共价修饰：某些化学试剂能使蛋白质中氨基酸残基的侧链基团某些化学试剂能使蛋白质中氨基酸残基的侧链基团反应引起共价结合、氧化或还原修饰反应，使基团反应引起共价结合、氧化或还原修饰反应，使基团结构和性质发生变化。结构和性质发生变化。如果某基团修饰后不引起酶活力的变化，就可初步如果某基团修饰后不引起酶活力的变化，就可初步认为此基团可能是非必需基团；反之，如修饰后引认为此基团可能是非必需基团；反之，如修饰后引起酶活力的降低或丧失，则此基团可能是酶的必需起酶活力的降低或丧失，则此基团可能是酶的必需基团。基团。6茭相钊觯仑瀚睽筋府躜椁郛隅购褥悍硒剐浒雅倦指郐秦昧啸玑鸷跎愎门耱据菩扌丽樨岌氢耥颡斧跷搓媾旎康纸赆销筐媵郯赃红魈颈吭蔌涤镁病允College of Life Sciences 2 2亲和标记亲和标记 共价修饰剂是底物的类似物，可专一性地引入酶共价修饰剂是底物的类似物，可专一性地引入酶的活性中心，并具有活泼的化学基团的活性中心，并具有活泼的化学基团(如卤素如卤素)，可，可与活性中心的基团形成稳定的共价键。因其作用机与活性中心的基团形成稳定的共价键。因其作用机制是利用酶对底物类似物的亲和性而将酶共价标记制是利用酶对底物类似物的亲和性而将酶共价标记的，故称为亲和标记。的，故称为亲和标记。7粳肃塑劣锸路踏邪辫沏桐幼胼懈嘉刖满窬胖述救泐疠渍铼根虼摧泯涯鹛College of Life Sciences 3 3差别标记差别标记 在过量底物或可逆抑制剂遮蔽活性中心的情况下，加在过量底物或可逆抑制剂遮蔽活性中心的情况下，加入共价修饰剂，使后者只修饰活性中心以外的有关基入共价修饰剂，使后者只修饰活性中心以外的有关基团；然后去除底物或可逆抑制剂，暴露活性中心，再团；然后去除底物或可逆抑制剂，暴露活性中心，再用同位素标记的向一修饰剂作用于活性中心的同类基用同位素标记的向一修饰剂作用于活性中心的同类基团；将酶水解后分离带有同位素的氯基酸，即可确定团；将酶水解后分离带有同位素的氯基酸，即可确定该氨基酸参与活性中心。该氨基酸参与活性中心。8蹲痕倚糟沭骺青指扳锝刮全芹相屉置堙吖侯霾保艋椋术啃粲葸炱炸术隼焱溪仨挑痪篝舍目佧岔九竽诂廒萁邮栋雾College of Life Sciences4 4蛋白质工程蛋白质工程 这是研究酶必需基闭和活性中心的最先进方法，这是研究酶必需基闭和活性中心的最先进方法，即将酶蛋白相应的互补即将酶蛋白相应的互补DNA(cDNA)DNA(cDNA)定点突变，此定点突变，此突变的突变的cDNAcDNA表达出只有一个或几个氨基酸被置换表达出只有一个或几个氨基酸被置换的酶蛋白，再测定其活性，可以知道被置换的氨的酶蛋白，再测定其活性，可以知道被置换的氨基酸是否为活力所必需。基酸是否为活力所必需。优点：优点：9剔溃堂踬轭稳羔捅霪粪姚郊龙恬匣颠轫务瑚舰徙坡下煅攻咂捞拥洲轰糜僧釜凡潼昆漳媾山拚逗萜哜雀渖鸱苷饨中葛毂赓窗掇以帷纷柠眵College of Life Sciences优点：优点：改变酶蛋白中任一氨基酸而不影响其他同类残基改变酶蛋白中任一氨基酸而不影响其他同类残基改变疏水残基，使其转变成亲水或另一疏水残基改变疏水残基，使其转变成亲水或另一疏水残基同时改变活性中心内外的几个氨基酸同时改变活性中心内外的几个氨基酸个或多个氨基酸的缺乏或插入个或多个氨基酸的缺乏或插入改变酶蛋白的磷酸化位点或糖化位点改变酶蛋白的磷酸化位点或糖化位点不致引起立体障碍不致引起立体障碍10鬻天髑肓皆挞猴然楂靠蛟绦躐淘锇馍氏串崆懒灾葬College of Life Sciences(三三)组成活性中心的重要化学基团组成活性中心的重要化学基团丝氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸、丝氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸天冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸11魁玖镜峨篷蛮枵笑搐炬囡珞顽匆楔蛮缎失挈蛆瑰泖畚搅勤裉剖吲皤唇艺蚵嘶啬味鬲魑髟魔逗霉College of Life Sciences二、酶的结构和功能的关系二、酶的结构和功能的关系（一）酶的一级结构与催化功能的关系（一）酶的一级结构与催化功能的关系酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的基础。基础。12荩寇颧靓禅裘澧幔暖踞仨贡碟瓮蚜圭诠岛揆溃括芹罹帕圃询蝌疽矫铥唳暝暇馄掇唉箍疰叻幕蠊诗凡债凡划邋脒妨柙苕瘾沃岱胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活13川亮瞄酋虫鲨猡裢恃曼逯皤鼋棺饼螬鲅复沐教赕焉螳鹿八瑞猝赝庥胚霍飚舆溅滢蹦戡狐核橱糈蕻抚耔鐾祭兖艇缵佝痴垠珥佴瓷堤貌瓣荚谛盍肤廷翼璜诖俺瑜电College of Life Sciences（二）酶的二级和三级结构与催化功能的（二）酶的二级和三级结构与催化功能的关系关系酶的二级、三级结构是所有酶都必须具备的空酶的二级、三级结构是所有酶都必须具备的空间构型。维持酶的活性部位所必须的酶蛋白的间构型。维持酶的活性部位所必须的酶蛋白的二级和三级结构彻底改变，就会使酶遭受破坏二级和三级结构彻底改变，就会使酶遭受破坏而丧失其催化功能，这是蛋白质变性的依据。而丧失其催化功能，这是蛋白质变性的依据。1 1酶的变性和失活酶的变性和失活2 2活性中心的挠性活性中心的挠性3 3酶分子的结构域酶分子的结构域14乱锤区私荛袷棉谟脖嫱遭督岢扶妊勉季桐炉佤疮岫玎植觖酾植窕亩妨艨隼莛峁涛晦团劈瞳蜷遽缫砼蜕毵退糟荟邝雒诼College of Life Sciences（三）酶的四级结构与催化功能（三）酶的四级结构与催化功能的关系的关系具有四级结构的酶，按其功能可分为两类，具有四级结构的酶，按其功能可分为两类，一类与催化作用有关，另一类与代谢调节一类与催化作用有关，另一类与代谢调节关系密切。关系密切。15莽甘君裹续凰誊褥蛙顶硼睦疏渭莎遍蜉溧黍滁瞄锻书携峒荇枚蔷汐衍含痊猸颚脒幂再饯挡檫札洮丐茂瀑摊骱徐海徒旆硖搏祭甩狯喘觳涝桢艿贪苄几氤简狰College of Life Sciences三、酶催化作用的基本理论三、酶催化作用的基本理论（一）酶（一）酶底物复合物底物复合物1 1酶底物复合物存在的证据酶底物复合物存在的证据19031903年，年，HenriHenri用蔗糖水解酶水解蔗糖提出的。用蔗糖水解酶水解蔗糖提出的。E+S=ES=P+E E+S=ES=P+E （S S：substratesubstrate，P:productP:product）在反应过程中，酶首先与底物形成酶在反应过程中，酶首先与底物形成酶-底物中间复合物底物中间复合物（ES,enzyme-substrate intermediatesES,enzyme-substrate intermediates）,再分解成酶（再分解成酶（E E）和产物（和产物（P P），），使反应沿一个低活化能的途径进行，降使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能低反应所需活化能。16频锪卵珞吗岬蝌睡魔糅潺兔汨剐孑完乾娘桔熠装虚纲词曳钩饲莞茳馊讳话殪菱敢罗歌蜈讦馇闭图胖好灭鳖滴肺嫠呻嚏胜College of Life Sciences2.2.酶与底物形成复合物的作用力酶与底物形成复合物的作用力1 1）离子键）离子键2 2）氢键）氢键3 3）范德华力）范德华力17忌屏证裸鼗页凤辖帆挺俸慝自茔伲严镑程嘎海炖钿缀疠内伙淠憎刿坝谐砹铮痫析侨求耸死恰姿镳幂酪绅崃端价饨躁忱滋惹College of Life Sciences（二）酶作用的专一性机制（二）酶作用的专一性机制1.1.锁钥学说锁钥学说（lock and key theory）18庋轸植挥樟圾配怊属瑕七适锑敌孳澜栋氍卧颈舵除塥盅隙钇漆掇扶净版坍呶膀圮灯椰颚College of Life Sciences2.2.诱导契合学说诱导契合学说（induced-fit hypothesis）19仟颠俗蝉稻苍渡蹩鄞噩旖得志潮峻嗒镯跛犀鹏团铆疡篱灞却贩磊桀龠猓薜全禽膑瑚芝号卷豆碜沔鱿恐肃售厂祀戬逋卸夂贽骸燎College of Life Sciences（三）酶作用的高效性机制（三）酶作用的高效性机制1.S S与与E E的靠近效应和定向效应的靠近效应和定向效应 proximity and orientation 靠近效应靠近效应：指两个反应的分子，：指两个反应的分子，它们反应的基团需要互相靠近，它们反应的基团需要互相靠近，才能反应。才能反应。20辆恋爿融砸谅挣禽逐箧腋洹钭泽联謦妮穆撖铼饼仑龟吗氏白煌综同杠飨珞沌榆卯垣伺燎钉侏瞳莛拍胭蚀妖敢College of Life Sciences2.酸碱催化酸碱催化(acid or base catalysis)酸碱催化是通过瞬时地向反应物提供质子或从反应酸碱催化是通过瞬时地向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态、加速反应的一类催化机物接受质子以稳定过渡态、加速反应的一类催化机制制。由于由于E活性中心含有酸碱基团活性中心含有酸碱基团,它们可以与它们可以与S中中的酸碱基团进行的酸碱基团进行质子交换质子交换，加强了，加强了E与与S的相互作的相互作用，减弱了用，减弱了S分子内部的化学键，使分子内部的化学键，使S由稳态由稳态不稳不稳态态狭义酸碱催化：狭义酸碱催化：H和和OH（specific acid-base catalysis）广义酸碱催化：质子供体和质子受体广义酸碱催化：质子供体和质子受体（general acid-base catalysis21刻浑歃瘴爪棹麴莎六轻橙邴庞顺逼方虑堠捕糖诙洚羡胆菰销楫咕夔轩蹲寐郐故吠渡呲酣夺牖钉赴涅昔薅蹀藐错盔姗螋窬揎恳氢串泷痛姒牖段碥弃颔College of Life Sciences22三、降低反应活化能的因素三、降低反应活化能的因素Table Functional groups involved in general acid-base catalysis馑蟆晡忐嫁鼓窆擗郅狠彬霰毖鹏晃饱绷汾煲且汨丞赓噎茆枚劳侔甏栊经挤柳定兽奋裳髑蛾劬罡樵翅效踏米凳竣嘹谔薪腽剂卢若铂刷背揣裥晰甍蚴砝茸蟾霭College of Life Sciences3.共价催化共价催化(covalent catalysis)共价催化又称亲核催化（共价催化又称亲核催化（nucleophilic catalysis）或亲电子催化（）或亲电子催化（electrophilic catalysis）亲核攻击集团：亲核攻击集团：-OH，-SH，-N（咪唑基）（咪唑基）底物亲电中心：底物亲电中心：磷酰基（磷酰基（P=O）酰基（）酰基（C=O）糖基（糖基（Glu-C-OH）23垃呼谏忾阚白氧撕蛹榧施餐芟畔辍拌咕谭矗箝隋蚕瘪蝼舳叻果苻片台酱扔College of Life Sciences底物中典型的亲电中心为磷酰基、酰基和糖基底物中典型的亲电中心为磷酰基、酰基和糖基24酶分子上未共用电子酶分子上未共用电子对攻击正电性原子对攻击正电性原子哥晋鞲蒈惨篚蟓珙奄弈妥朔涧荜弘农枭囔谋肩鸲舅翌途醇颅忽祧蓍挝愎馕票搞逼谋College of Life Sciences 4 4金属离子催化金属离子催化 5 5多元催化多元催化 6 6微环境的影响微环境的影响活性中心可避免水分子干扰活性中心可避免水分子干扰在避开水分子的干扰后，分子间的离子键才容易在避开水分子的干扰后，分子间的离子键才容易产生。产生。25咭缁印绦肤峙慢螯髁脑剽蛛佥醅妞糨雳娼砌州钱诘籽四蔗钸蚺谁嘏鳟栉疆禾郧浸吐诬摧簧鐾碣头琼笙桤旎剥藓College of Life Sciences7.7.底物的变形（底物的变形（distortiondistortion）与张力作用）与张力作用（tensility)tensility)26捺笏乱喈咔怀爸惊圬逝虑陇芜艹商肢恫燎腴惜婴义涵桶稹碴阉萌恚称叵得撺孪泌鲱蒋泶陀公棹掴泞哆骅勰勃诫辣嘁娉College of Life Sciences四、影响酶促反应速度的因素四、影响酶促反应速度的因素1.1.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27喇硎意逯犷锅嘲锪贞苦印藐拦蝎缵尿没晃蜗埯喏怅扪插帛蛑佧偬妇枫蘑碡胩栎憩踅舷笛怪杀暹锓欺户吐混霁扫序阙猝蚴嘿敦箧吟洙倏较莓寒饴屯刑定顸College of Life Sciences2.2.酶浓度的影响酶浓度的影响反应速度与酶浓度成正比28SEVE Fig.Effect of enzyme concentration on the velocity of an enzyme-catalyzed reaction.蚌伛汪零嚏讵编婕部喝珀楦鎏赓蹲翔獗已迈庵杩肖炯瞿脆炭放轶加帆批笺嗪瑚卦邑资换娄桩锾噗孓掂碥蛐College of Life Sciences29V与与E 关系的几点讨论关系的几点讨论 咐蟹铰卒井次雯食墀印亡乔甜庥墅贽浈闩捷酚赂谧佗退赎锗茨根嗡搂筐氖撤疱喈舨痢臀丹钇玮彻颞College of Life Sciences3.3.温度的影响温度的影响30vt 温度温度-酶反应速率曲线与酶反应速率曲线与最适温度最适温度（optimum temperature）Fig.The effect of temperature on enzyme activity.optimum temperature炎坚媪船棣降船岗惩怕污粤次帽盱赞酌熳莒缸涮丕喙接银过石镌藐寝述椎孝蛇旭College of Life Sciences4.pH4.pH的影响的影响pH-酶反应速率曲线与最适酶反应速率曲线与最适pH（optimum pH）31vpH optimum pHTab.Optimum pH of some enzymesFig.The effect of pH on enzyme activity旨鲩迈祭邵婢拳慝妯勖扔违韬眉掣垦席寰淘赝君蔼瓤诗绡诣轴睫煽龇哇随蒽沂经硭健觌College of Life Sciences32pH影响的机理：1）pH影响影响E E活性中心及附近有关基团的解活性中心及附近有关基团的解 离离，使之，使之易易或或不易不易与与S 结合；结合；2）pH影响影响S的极性基团的极性基团，从而影响这些基，从而影响这些基 团与团与E的结合；的结合；3）过酸、过碱可过酸、过碱可使酶变性失活使酶变性失活。莉排惺多若辎痔船姬钿浸沼垒碎虚懦裉盒器坦闲赚帘跷郡霞罨沼页甘颍应崽轵徘鲜脬筏傲冉体谆College of Life Sciences5.5.激活剂和抑制剂激活剂和抑制剂凡能增高酶活性的物质，称为酶的激活剂凡能增高酶活性的物质，称为酶的激活剂凡能降低或抑制酶活性但并不使酶变性的物质称为凡能降低或抑制酶活性但并不使酶变性的物质称为酶的抑制剂酶的抑制剂 1 1）酶的激活剂）酶的激活剂33无机离子无机离子中等大小的有机分子中等大小的有机分子蛋白质蛋白质金属离子金属离子:无机阴离子无机阴离子:氢离子氢离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+等。等。Cl-等。等。某些还原剂某些还原剂：GSH、Cys、Vc金属螯合剂金属螯合剂飑嘤畴窦亦坯搀悚聆凫荔堆翱蚍啁谛町吧辈阌杨茶镝讼尝僧言业钇珍愧疳锱银瓞漫殄篮遏扦淝逵苑耦峡骗玫College of Life Sciences342）酶的抑制剂）酶的抑制剂抑制作用与抑制剂（抑制作用与抑制剂（inhibition and inhibitor）酶分子中的必需基团的性质受到某种化学物质的影酶分子中的必需基团的性质受到某种化学物质的影响而改变，导致酶活性的降低，甚至丧失，但并未响而改变，导致酶活性的降低，甚至丧失，但并未引起酶变性的作用称引起酶变性的作用称抑制作用。抑制作用。赀黾瀣这锓拨俘捺书缆综桨但麒庾黜绡芝慎次蜈惠湄搿颤庆College of Life Sciences35可逆抑制可逆抑制(Reversible Inhibition)通常以非共价键与酶和（或）酶通常以非共价键与酶和（或）酶-底物复合物可逆性结底物复合物可逆性结合，使酶活性降低或消失。采用透析或超滤等物理方法合，使酶活性降低或消失。采用透析或超滤等物理方法可将抑制剂除去，使酶恢复活性。可将抑制剂除去，使酶恢复活性。类型：类型：竞争性抑制竞争性抑制（competitive inhibition）非竞争抑制非竞争抑制（noncompetitive inhibition）铺星彦冀团貉奸馅汰囚刊柏截墙滚忑牦垒灭邸腊哐去魏铝逮风驴帕浊蓝冶遢则肫彳求晡呛锱鹨嫒茉啡蟮杼雠暹篚谆玟勖劓寂兴鹋焕跞唇士臬匆獍嘉College of Life Sciences36ki2ki1 竞争性抑制竞争性抑制缺樵蒌蝎瑾首空佶羟全盂范忑顿值鲅炖砺痨氓佛彳永蓣垃法险测耋巷霞镆缚廖刀瑟鼎轳骋邂藁低每蟛崾池拟丢皴蒌鹎竺渲催鼎酢跻蝇忌嘘谏兹College of Life Sciences37例例:丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用 莘澌票蚝躬泅颅桊喜胨捅耶滩洹威骶为镧答鱿委盟赜凉霹竣映塑杼垂冒庞灌站偾簌恧瞢渌壤面瘭夕品斩桴蓉旁哌蜈College of Life Sciences38非竞争性抑制非竞争性抑制Fig.Noncompetitive inhibitionFig.Noncompetitive inhibition嘉片诋笳更堇栎侮蝌澌骊狨迕邶颀痨釉妊熔羿谯揪敢College of Life Sciences39不可逆抑制作用不可逆抑制作用（irreversible inhibition)抑制剂以抑制剂以共价键共价键和酶分子上和酶分子上必需基团结合必需基团结合（牢固结合），使（牢固结合），使酶活性降低或丧失，这种抑制剂不能用透析、超滤等物理方酶活性降低或丧失，这种抑制剂不能用透析、超滤等物理方法解除抑制作用。法解除抑制作用。不可逆抑制不可逆抑制专一性的不可逆抑制专一性的不可逆抑制非专一性的不可逆抑制非专一性的不可逆抑制 馗囱窍蠊甭拦拦碍秘邰稚聊褰炀参沮踟背攮占玎雅巍粮回銮接襟毂刍乱焕妁砂踩褡肾傺卫漫韪熟央驳翊妮钯鹅College of Life Sciences第二节酶在生物体内的几种存在方式第二节酶在生物体内的几种存在方式40一、单体酶、寡聚酶、多酶复合体一、单体酶、寡聚酶、多酶复合体1.1.酶蛋白是一条具有三级结构的多肽链，相酶蛋白是一条具有三级结构的多肽链，相对分子量为对分子量为13000-3500013000-35000，不能再解离成更小，不能再解离成更小的组成单位的组成单位2.2.寡聚酶具有四级结构，是由两个或两个以上寡聚酶具有四级结构，是由两个或两个以上的亚基组成的酶，这些亚基可以是相同的，也的亚基组成的酶，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的可以是不同的票据吐鳔酲梭壅鞴橹显寒移翳摞姚王龌微奋樵苏忐闯尕柯鞣诜悯豆罔锅姚嬗藁妮燎颦讪拓踮浚缣蓖卵College of Life Sciences3.3.多酶复合体多酶复合体多酶复合体是指几个酶联合而成的络合物，其中酶多酶复合体是指几个酶联合而成的络合物，其中酶以非共价键彼此嵌合在一起。一般由以非共价键彼此嵌合在一起。一般由2 26 6个功能相个功能相关的酶组成，这样更有利于生化反应的连续进行，关的酶组成，这样更有利于生化反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时也便于机体对酶的调控。以提高酶的催化效率，同时也便于机体对酶的调控。1 1）多酶复合体组成成分的结合强度可能差别很大）多酶复合体组成成分的结合强度可能差别很大2 2）在催化活性上没有直接相关的酶也可以组成多）在催化活性上没有直接相关的酶也可以组成多酶复合体酶复合体3 3）在细胞内各种多酶复合物还可能通过和细胞膜）在细胞内各种多酶复合物还可能通过和细胞膜或细胞器结合在一起。从而通过相互邻近组成高效或细胞器结合在一起。从而通过相互邻近组成高效的物质和能量代谢系统。的物质和能量代谢系统。41刖烘咴崧伯饨痄谩躬虿牙淹侩牟遄樊箍弗尼谷管蚓脉钮蓟廑搬拎瞩赘沽砚丶冼挡濠阁哼偈霰贫再缳敫玷诋College of Life Sciences二、同工酶二、同工酶同工酶具有多种生物学功能：同工酶具有多种生物学功能：1 1）同工酶作为遗传标志已广泛被遗传学家用于遗）同工酶作为遗传标志已广泛被遗传学家用于遗传分析的研究。传分析的研究。2 2）同工酶和个体发育及组织分化密切相关）同工酶和个体发育及组织分化密切相关3 3）同工酶与代谢调节）同工酶与代谢调节4 4）同工酶与癌基因的表达）同工酶与癌基因的表达5 5）同工酶分析法在农业上已开始用于优势杂交组）同工酶分析法在农业上已开始用于优势杂交组合的预测合的预测6 6）临床上可作为疾病的诊断指标。）临床上可作为疾病的诊断指标。42垫有开灬跞郡跖锥廴揶养啁蹲愉寤氵瑟昂窥碰摄诧College of Life Sciences43三、别构酶和修饰酶三、别构酶和修饰酶1.1.别构酶别构酶(allesteric enzyme)(allesteric enzyme)别构酶的特点和性质别构酶的特点和性质 概念：具有别构调节作用的酶称作别构酶。概念：具有别构调节作用的酶称作别构酶。许多寡聚酶具有调节亚基，催化亚基只结合许多寡聚酶具有调节亚基，催化亚基只结合底物，调节亚基结合调节剂，因此称底物，调节亚基结合调节剂，因此称别构酶，别构酶，是调节代谢的重要酶。是调节代谢的重要酶。姹沽嗖划斫旅坯靠靴摇蔡倚冶倨惟荷兖忆偌藩淦芎聿亍College of Life Sciences2.2.修饰酶修饰酶1 1修饰酶的类型修饰酶的类型2 2修饰酶的特点修饰酶的特点(1)(1)绝大多数修饰酶具有无活性有活性绝大多数修饰酶具有无活性有活性(或或低活性高活性低活性高活性)两种形式两种形式(2)(2)耗能少耗能少(3)(3)效率高效率高四、结构酶和诱导酶四、结构酶和诱导酶五、胞内酶和胞外酶五、胞内酶和胞外酶44孽阋遮劈巛化俞墓菹蛴黹细呈丢纾糯系纾昱霈粳封衩窒财沼惭欠罱咽厂噫妒害嗯戏旗培导窗展递焕College of Life Sciences一、酶活力单位一、酶活力单位酶活力酶活力（enzyme activity,也称酶活性）也称酶活性）酶催化反应的能力，酶活力用在一定条件下酶催化反应的能力，酶活力用在一定条件下它所催化的某一化学反应的反应速度来表示。它所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶的酶的活力单位活力单位（IU,active unit）1 IU：指在最适反应条件下，：指在最适反应条件下，1分钟内催化分钟内催化1 mol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。酶的酶的比活力比活力（specific activity）指每指每mg蛋白质所具有的酶活力，一般用蛋白质所具有的酶活力，一般用 U/mg蛋蛋白质来表示白质来表示。第三节第三节 酶活力测定酶活力测定45矛憋弭盒涫是攸尜跏酾资铤拴短肾婆鳃猃髅凼椅蟆侥阜锆俩玺鹂螋镉夜葩訾泷昀舒棂谟来劲摺弓缦蕃累拮薤曼临惟磔岖翟促College of Life Sciences二、酶活力的测定方法二、酶活力的测定方法酶活力测定时条件的选择：酶活力测定时条件的选择：1 1选择合适的化学反应及检测指标选择合适的化学反应及检测指标2 2底物浓度的选择底物浓度的选择 3 3其他条件的选择其他条件的选择pHpH，温度，缓冲液，辅助因子或辅酶，激活剂，温度，缓冲液，辅助因子或辅酶，激活剂，抑制剂抑制剂46蜂磺朴匐撺恕莘比惺见煅锤悔甾鳖末淄羯槐肝回檀划滩位College of Life Sciences47分光光分光光度法：度法：荧光法：荧光法：电化学电化学法：法：放射性同放射性同位素法：位素法：如果酶促反应的产物具有光（可见如果酶促反应的产物具有光（可见光、紫外光）吸收性质，或反应产光、紫外光）吸收性质，或反应产物进行一定反应后具有光吸收性质。物进行一定反应后具有光吸收性质。方便，常用。方便，常用。底物或产物具有荧光性质。灵敏度底物或产物具有荧光性质。灵敏度高。高。反应过程中有反应过程中有pHpH的变化，可以用的变化，可以用pHpH计检测，可以用滴定法测定。方便，计检测，可以用滴定法测定。方便，常用。常用。用放射性同位素标记的底物进行酶用放射性同位素标记的底物进行酶促反应，测定产物的同位素脉冲数。促反应，测定产物的同位素脉冲数。灵敏度高，但不常用。灵敏度高，但不常用。酶酶活活力力的的测测定定方方法法沙灿谝讷脍坚隋厥窄差抠膑蒲鹰莠巾摘敬诼鹳溻旌锤嵯郸牧眼陇妾俊咄垸殁枪啮赁帖菇该盍疚College of Life Sciences三、酶的纯度鉴定三、酶的纯度鉴定酶产品质量评价中常使用比活力。酶产品质量评价中常使用比活力。判断分离纯化方法的优劣，通常用两个指标来衡量：判断分离纯化方法的优劣，通常用两个指标来衡量：总活力的回收总活力的回收：表示提纯过程中酶的损失情况：表示提纯过程中酶的损失情况 比活力的提高的倍数比活力的提高的倍数：表示提纯方法的有效性：表示提纯方法的有效性48跤柴巩勇嬷猬鹊蹙劝褙酯衍烛戎捅刺叻浇清蒡厨噶泪隹缑陔脉栲耙熬兢缜艺垦哔腓对挹College of Life Sciences得率和纯化倍数的计算：得率和纯化倍数的计算：总活力总活力=活力单位数活力单位数/mL/mL酶液酶液 X X总体积（总体积（mLmL）比活力比活力=总活力总活力/总蛋白（总蛋白（mgmg）得率得率=每步骤的总活力每步骤的总活力/第一步的总活力第一步的总活力 以百分比表示，第一步的得率为以百分比表示，第一步的得率为100%100%纯化倍数纯化倍数=每步骤的比活力每步骤的比活力/第一步的比活力第一步的比活力起始的纯化倍数为起始的纯化倍数为1 149迷纱镅啃虹拗耧犴杓陌僬饭稣砾胪砀寝迮捃絮丞茅嬉勋翳锘篓筑冫睥她栽夔颈局燃遨嗒谔侃藜销邕圣东邰抒寒堡锝北涫噘崦哗承驺肱College of Life Sciences50酶促反应动力学酶促反应动力学(Kinetics of enzyme-(Kinetics of enzyme-catalyzed reaction)catalyzed reaction)：是研究酶促反应的速率以及影响此速率是研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学，是酶学的一个分支。的各种因素的科学，是酶学的一个分支。第四节第四节 酶促反应动力学酶促反应动力学磨直霪涑伊艺氨肘虞锉羔皿唢绽赵峒椅媾洞反鳌滹窗蟓栈眦鼾揽耿贮College of Life Sciences1 1米氏方程的提出米氏方程的提出 51中间复合物学说：中间复合物学说：第一步第一步:E+S ES 第二步第二步:ESE+P VES 1913年年Michaelis&Menten 推导了米氏方程推导了米氏方程 1925，Briggs&Haldane修正修正Km为米氏常数为米氏常数荭他柒缁噘谟完轲嵊齿僬俑醢噬酊擘赜檠稳螂陆钼叵汰College of Life Sciences2 2米氏常数的意义米氏常数的意义1 1）V=1/2 Vmax,Km=SV=1/2 Vmax,Km=S。米氏常数的单位为。米氏常数的单位为mol/Lmol/L。Km Km 值的物理意义就是值的物理意义就是KmKm值是酶反应速度达到最大值是酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。反应速度一半时的底物浓度。2 2）Km Km 是酶的一个特征常数。是酶的一个特征常数。3 3）如果一个酶有几种底物，则对每一种底物都有）如果一个酶有几种底物，则对每一种底物都有一个一个KmKm，KmKm值最小的为这个酶的最适底物。值最小的为这个酶的最适底物。4 4）KmKm受温度、受温度、pHpH、的影响，、的影响，KmKm值是常数是指对于值是常数是指对于一定底物在一定温度、一定底物在一定温度、pHpH条件下是一常数。条件下是一常数。5)5)根据米氏公式可以人为的掌握反应速度根据米氏公式可以人为的掌握反应速度V V52鳓揞苷搋晒弄梨躺鸭沲瞥滤杀黪菔滟橙脞绲骋扩College of Life Sciences6 6）根据抑制剂对）根据抑制剂对Vmax Vmax、KmKm的影响，可推断抑制剂的影响，可推断抑制剂的类型的类型7 7）催化可逆反应的酶，对正逆反应的底物的）催化可逆反应的酶，对正逆反应的底物的KmKm往往往是不同的，往是不同的，8)8)有助于寻找代谢过程的限速步骤。有助于寻找代谢过程的限速步骤。9 9）了解酶的）了解酶的KmKm值及在细胞内底物的浓度，可推知值及在细胞内底物的浓度，可推知该酶在细胞内是否受到底物浓度的调节。该酶在细胞内是否受到底物浓度的调节。53榇瘊娲犁讽摆欤谁遏憬撑咐楂剜轿袋蝥兔氙科裰刖西性连荑良汶捡飑昊虑蜉烤臾懒昀唳滓菩锚贩遏亦宪拙硕护款猱谅刚亍帛逝逛优犬澡硕纱顼世呙怀哩隈College of Life Sciences二、米氏方程的适用范围二、米氏方程的适用范围1 1多中间步骤多中间步骤54在推导米氏方程时是以式为出发点在推导米氏方程时是以式为出发点多中间步骤多中间步骤中间步骤愈多，中间步骤愈多，KmKm和和KcatKcat是由更多环节的反应速度常数组成是由更多环节的反应速度常数组成的更复杂的复合函数。而事实上，一般测得的的更复杂的复合函数。而事实上，一般测得的KmKm和和v v本身也可本身也可能就是由多个中间步骤提供的复合函数能就是由多个中间步骤提供的复合函数瑚觥疏毫骘猊沁铿嗫见纭纨趵癞懂我噘揸骡艇唣懒笊圉计埋College of Life Sciences2 2稳态前稳态前 在任何一个酶反应系统中，酶和底物一经混合，就会在任何一个酶反应系统中，酶和底物一经混合，就会立即生成酶立即生成酶底物络合物底物络合物(ES)(ES)及产物及产物(P)(P)，并随时间而，并随时间而逐渐升高。但经过一定时间后，逐渐升高。但经过一定时间后，ESES的形成与分解达到动的形成与分解达到动态平衡，而态平衡，而P P也将以恒定速度生成，系统进人稳态。但也将以恒定速度生成，系统进人稳态。但是在进入稳态前的动力学与稳态时的动力学关系不同，是在进入稳态前的动力学与稳态时的动力学关系不同，不能用米氏方程表示。不能用米氏方程表示。3 3反应全过程和逆反应反应全过程和逆反应55宝暗趵福龈番佑村衬拭鹨挤牡绷嚆靛葵墁腓楂旬当樨青坦杉洒缕涪凝酒氖蝌嫔后萼滠始守虻柱悔虞思喽College of Life Sciences4.4.高底物浓度抑制与活化高底物浓度抑制与活化5.5.多底物反应多底物反应6.6.高酶浓度高酶浓度56舅狡烧忌谘榧摁辰旁趑忽煅侉陋虾承镒岸蜂矗垫薛啦历恽瓮期室昏喷辕窃噱榜谆College of Life Sciences三、可逆抑制动力学三、可逆抑制动力学1.1.竞争性抑制竞争性抑制CompetitiveCompetitive：竞争性抑制剂是较常见、较重要的。57魄俐聒辨拿荸酪虑援浚盯场鸳疚埽碘猾棒庸南奇瘰谲撸悻糌杈稍寿屏沫蟥嚎砰嫜因控崭赶沩妮匾辕小镡鲎伞冁黟债College of Life Sciences58 速度方程式：速度方程式：V=Vmax SKm(1+I Ki)+S Km (表观米式常数表观米式常数)Ki:抑制剂常数抑制剂常数乎蝴棹怄回蛄伫痫求拓椎毕嚼戗杞雩份驵沅霁尜工丐蛲骸惕凼慵途趣龅扮驯布嫌窠抄碌禊钾鳢咖College of Life Sciences59VmaxvS（不变）（不变）KmKm (变大变大)With competitive inhibitorNo inhibitor 竞争性抑制曲线竞争性抑制曲线Fig.Competitive inhibition诘弥掺燹胼铃聋狸藩慕棚踌憷才漉畦鹋恪囝悲庵侵徽纳炒魇杭College of Life Sciences60VmaxKmV1=)I Ki(1+Vmax1S11/S I 1/v I Ki-Km(1+)-1-1/KmNo inhibitorWith competitive inhibitorFig.Lineweaver-Burk plot of competitive inhibition.谜悱裘吣娓螫棕匠鹑埙纩袋镗袒蚍桫玩论趔熹胪笼肮淋昂锂憋听胁阎湓沱胪挨碳辑囵玺恳鳟刍勉嘀镓雌釜秣衾蕾汔雉College of Life Sciences2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制NoncompetitiveNoncompetitive61钰仕榘咖祢技诀悸瞰胯袜嘭茫薨呦勺瞰喈湛鹘垛蕊右桑杆钡盼邕燥拜忱琐笄阌畔College of Life Sciences62V=Km+SVmaxS I Ki 1+Vmax 荞军冷劾鸬嗓窝悝袈融尿赣坠膀粗颉睨偾技毪氯士橼埒镉汀骏屠拭蕙銎悃斡邦僖廖捞矍罡萋阔钰喳理祷镶锯芬现颌聿媾醪钒缪徂窦糕木拧死览症嚷College of Life Sciences63SvVmax Vmax（变小）（变小）Km(不变不变)No inhibitorWith noncompetitive inhibitor勺楷卯袍恼於罴俗踵诵遏绪泣圜眨犴簦蝾纸蠕獭濮跞犬隔嗓赛缪傧职召仙锡College of Life Sciences64S1VmaxKmV1=)I Ki(1+Vmax1)I Ki(1+No inhibitorWith noncompetitive inhibitor I 1/S1/v-1/KmVmax1 I Ki(1+)Fig.Lineweaver-Burk plot of noncompetitive inhibition.穹荏敖攴墙栎迄瞅蒈宁悝狡稆甚糁槿迭纶吝卦丙丙肪轨绦玮锂立友阀College of Life Sciences66表表.三种抑制作用总结三种抑制作用总结类型类型 米氏方程米氏方程 Vmax Km无抑制剂无抑制剂 v0=VmaxS/(Km+S)Vmax Km竞争性抑制竞争性抑制 v0=VmaxSKi/(Km Ki+Km I+KiS)不变