生物化學：酶學

1、酶酶 Enzyme 正常人體形態(tài)與功能學概論正常人體形態(tài)與功能學概論-生理、生化生理、生化 生物催化劑生物催化劑 蛋白質(zhì)：催化體內(nèi)99%以上的反應 核酸：ribozyme，小于1% 酶學歷史酶學歷史 1833年： 麥芽抽提液 Payen 和 Persoz 用酒精沉淀 物質(zhì)（對熱不穩(wěn)定） 淀粉 單糖 淀粉糖化酶淀粉糖化酶 183537年：Berzelius提出： 催化作用催化作用 catalysis 催化劑 酶 Sumner 獲諾貝爾獎 1926年 提純脲酶 酶的提純（性質(zhì)） 酶的功能（結構） 應用、工具酶 分子酶學 酶的概念酶的概念 目前將生物催化劑分為兩類目前將生物催化劑分為兩類 酶酶 、

2、核酶（脫氧核酶）核酶（脫氧核酶） n酶是一類由活細胞產(chǎn)生的，對其特異底物酶是一類由活細胞產(chǎn)生的，對其特異底物 具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。 酶學與諾貝爾獎 1907 無細胞發(fā)酵 1929 發(fā)酵機理研究 1946 酶是蛋白質(zhì) 1975 逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn) 1978 限制性內(nèi)切酶 1989 非蛋白質(zhì)酶 1997 ATP合成酶的作用機制 2009 端粒酶 細胞中有種酶負責端粒的延長，其名為端粒酶。端粒酶可以把DNA復制的缺 陷填補起來，藉由把端粒修復延長，可以讓端粒不會因細胞分裂而有所損耗， 使得細胞分裂的次數(shù)增加。 端粒酶（Telomerase），在細胞中負責端粒的延長的一種酶

3、，是基本的核蛋 白逆轉錄酶，可將端粒DNA加至真核細胞染色體末端。端粒在不同物種細胞 中對于保持染色體穩(wěn)定性和細胞活性有重要作用，端粒酶能延長縮短的端粒 （縮短的端粒其細胞復制能力受限），從而增強體外細胞的增殖能力。端粒酶 在正常人體組織中的活性被抑制，在腫瘤中被重新激活，端粒酶可能參與惡性 轉化。端粒酶在保持端粒穩(wěn)定、基因組完整、細胞長期的活性和潛在的繼續(xù)增 殖能力等方面有重要作用。端粒酶的存在，就是把 DNA 復制的缺陷填補起來， 即由把端粒修復延長，可以讓端粒不會因細胞分裂而有所損耗，使得細胞分裂 的次數(shù)增加。 但是，在正常人體細胞中，端粒酶的活性受到相當嚴密的調(diào)控，只有在造血細 胞、干

4、細胞和生殖細胞，這些必須不斷分裂的細胞之中，才可以偵測到具有活 性的端粒酶。當細胞分化成熟后，必須負責身體中各種不同組織的需求，各司 其職，于是，端粒酶的活性就會漸漸的消失。對細胞來說，本身是否能持續(xù)分 裂下去并不重要，而是分化成熟的細胞將背負更重大的使命，就是讓組織器官 運作，使生命延續(xù)。 端粒酶是一種由催化蛋白和RNA模板組成的酶，可合成染色體末端的DNA,賦 予細胞復制的永生性。 1990年起Calvin Harley把端粒與人體衰老掛上了鉤。 第一、細胞愈老，其端粒長度愈短；細胞愈年輕，端粒愈長，端粒與 細胞老化有關系。衰老細胞中的一些端粒丟失了大部分端粒重復序列。 當細胞端粒的功能受

5、損時，出現(xiàn)衰老。而當端?？s短至關鍵長度后， 衰老加速，臨近死亡。 第二、正常細胞端粒較短。細胞分裂會使端粒變短，分裂一次，縮短 一點，就像磨損鐵桿一樣，如果磨損得只剩下一個殘根時，細胞就接 近衰老。細胞分裂一次其端粒的DNA丟失約30-200bp（堿基對）， 鼠和人的一些細胞一般有大約10000bp。 第三、研究發(fā)現(xiàn)，細胞中存在一種酶，它合成端粒。端粒的長短，是 由酶決定的。細胞內(nèi)酶多酶少可預測端粒的長短。正常人體細胞中檢 測不到端粒酶。一些良性病變細胞，體外培養(yǎng)的成纖維細胞中也測不 到端粒酶活性。但在生殖細胞睪丸、卵巢、胎盤及胎兒細胞中此酶為 陽性。令人注目的發(fā)現(xiàn)是，惡性腫瘤細胞具有高活性的

6、端粒酶，端粒 酶陽性的腫瘤有卵巢癌、淋巴瘤、急性白血病、乳腺癌、結腸癌、肺 癌等等。人類腫瘤中廣泛地存在著較高的端粒酶活性。這樣一來，我 們又發(fā)現(xiàn)了一種腫瘤細胞的特異物質(zhì)。 telomerase Aging Cancer Genomic instability DNA repair Human have telomerase repressed, short telomere, replicate senescence. 25% die from cancer 裸鼴鼠裸鼴鼠 heterocephalus glaber （naked mole-rat） 挖掘類挖掘類嚙齒目嚙齒目裸鼴鼠屬下唯一物種

7、；僅有的兩種裸鼴鼠屬下唯一物種；僅有的兩種真社會性真社會性哺乳動物之一；哺乳動物之一； 裸鼴鼠（裸鼴鼠（HGHG）與生俱來長壽和抗癌的能力與生俱來長壽和抗癌的能力 3030年壽命，比同體型嚙齒目動物如家鼠長年壽命，比同體型嚙齒目動物如家鼠長1010倍；倍； 多年群體數(shù)據(jù)觀察，未發(fā)現(xiàn)一例腫瘤發(fā)病多年群體數(shù)據(jù)觀察，未發(fā)現(xiàn)一例腫瘤發(fā)??； 身體機能幾乎不會退化，到死前都可以繁殖后代； 皮膚痛覺的缺失； 代謝率很低； 對高低溫度耐受能力強； 不怕吃到有毒植物。 成體裸鼴鼠的成纖維細胞培養(yǎng)基粘度高，成體裸鼴鼠的成纖維細胞培養(yǎng)基粘度高， 富含高分子量的透明質(zhì)酸（富含高分子量的透明質(zhì)酸（HAHA） 水水 空培

8、養(yǎng)基空培養(yǎng)基 人細胞培養(yǎng)基人細胞培養(yǎng)基 小鼠培養(yǎng)基小鼠培養(yǎng)基 裸鼴鼠培養(yǎng)基裸鼴鼠培養(yǎng)基 質(zhì)酸降解酶質(zhì)酸降解酶 裸鼴鼠培養(yǎng)基裸鼴鼠培養(yǎng)基+ + 粘稠度粘稠度 質(zhì)酸凝膠電泳質(zhì)酸凝膠電泳 人細胞人細胞 小鼠細胞小鼠細胞 成體裸鼴鼠細胞成體裸鼴鼠細胞 胚胎裸鼴鼠細胞胚胎裸鼴鼠細胞 (Tian X, et al, 2014) (Tian X, et al, 2014) 裸鼴鼠皮膚、心臟、腦和腎組織中透明質(zhì)裸鼴鼠皮膚、心臟、腦和腎組織中透明質(zhì) 酸含量高于其他哺乳動物（荷蘭豬和小鼠）酸含量高于其他哺乳動物（荷蘭豬和小鼠） 阿辛藍染色： 藍色標記軟 骨和結締組 織中的透明 質(zhì)酸 透明質(zhì)酸合成酶基因透明質(zhì)酸合成

9、酶基因HAS2HAS2的高表達是成的高表達是成 體裸鼴鼠透明質(zhì)酸含量高的原因體裸鼴鼠透明質(zhì)酸含量高的原因 成體裸鼴鼠成體裸鼴鼠 胚胎裸鼴鼠胚胎裸鼴鼠人人小鼠小鼠 (Tian X, et al, 2014) 推測推測：透明質(zhì)酸透明質(zhì)酸 的高表達維持成的高表達維持成 體結締組織的彈體結締組織的彈 性，并增強成體性，并增強成體 細胞的接觸抑制，細胞的接觸抑制， 起到抗衰老和抗起到抗衰老和抗 腫瘤的作用。腫瘤的作用。 裸鼴鼠裸鼴鼠HAS2HAS2具有兩個獨特的保守氨基酸突變具有兩個獨特的保守氨基酸突變 (Tian X, et al, 2014) 第一節(jié) 酶的分子結構與功能 一. 酶的作用特點 二. 酶

10、的化學結構 三. 酶的活性中心與催化活性 四. 同工酶 一. 酶的作用特點 1. 高度催化效率 一. 酶的作用特點 2. 高度專一性 一種酶僅作用于一種或一類化合物（一種酶僅作用于一種或一類化合物（底物，底物，substrate），）， 或一定的化學鍵，催化一定的化學反應并生成一定的產(chǎn)物?；蛞欢ǖ幕瘜W鍵，催化一定的化學反應并生成一定的產(chǎn)物。 酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍裕傅倪@種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍裕╯pecificity）。 根據(jù)酶對其底物結構選擇的嚴格程度不同，根據(jù)酶對其底物結構選擇的嚴格程度不同， 酶的特異性可大致分為以下酶的特異性可大致分為以下3 3種類型：種類型： 絕對特

11、異性絕對特異性(absolute specificity)：只能作只能作 用于特定結構的底物，進行一種專一的反應，用于特定結構的底物，進行一種專一的反應， 生成一種特定結構的產(chǎn)物生成一種特定結構的產(chǎn)物 。 相對特異性相對特異性(relative specificity)：作用于一作用于一 類化合物或一種化學鍵。類化合物或一種化學鍵。 立體結構特異性立體結構特異性(stereo specificity)：作用于作用于 立體異構體中的一種。立體異構體中的一種。 1. 1.有的酶對其底物具有極其嚴格的絕對專一性有的酶對其底物具有極其嚴格的絕對專一性 有的酶僅對一種特定結構的底物起催化作有的酶僅對一種

12、特定結構的底物起催化作 用，產(chǎn)生具有特定結構的產(chǎn)物。酶對底物的這用，產(chǎn)生具有特定結構的產(chǎn)物。酶對底物的這 種極其嚴格的選擇性稱為絕對特異性（種極其嚴格的選擇性稱為絕對特異性（absolute specificity）。）。 脲酶僅水解尿素，對甲基尿素則無反應。脲酶僅水解尿素，對甲基尿素則無反應。 絕對特異性絕對特異性 脲酶、脲酶、L-精氨酸酶：精氨酸酶： L-精氨酸精氨酸 L-鳥氨酸鳥氨酸 + 尿素尿素 NH2 C = O + H2O CO2 + 2NH3 NH2 NH2 C=O NH CH3 2. 2.多數(shù)酶對其底物具有相對特異性多數(shù)酶對其底物具有相對特異性 多數(shù)酶可對一類化合物或一種化學鍵

13、起催多數(shù)酶可對一類化合物或一種化學鍵起催 化作用，這種對底物分子不太嚴格的選擇性稱化作用，這種對底物分子不太嚴格的選擇性稱 為為相對特異性相對特異性（relative specificity）。）。 脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡單的酯。脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡單的酯。 胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴 氨酸）的羧基所形成的肽鍵。氨酸）的羧基所形成的肽鍵。 人體內(nèi)有多種蛋白激酶，它們均催化底物蛋白質(zhì)人體內(nèi)有多種蛋白激酶，它們均催化底物蛋白質(zhì) 絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶共有序列共有序列

14、蛋白激酶蛋白激酶A-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X- 蛋白激酶蛋白激酶C -X-(R/K1-3,X0-2)-(S/T)-(X0- 2,R/K1-3)-X 蛋白激酶蛋白激酶G-X-(R/K)2-3-X-(S/T)-X- Ca2+/鈣調(diào)素蛋白激酶鈣調(diào)素蛋白激酶H-X-R-X-X-(S/T)-X- 各種蛋白酶對肽鍵的專一性各種蛋白酶對肽鍵的專一性 （三）有些酶僅對底物分子的某種構型起（三）有些酶僅對底物分子的某種構型起 催化作用催化作用 酶對空間構型所具有的特異性要求稱為酶對空間構型所具有的特異性要求稱為 立體異構特異性立體異構特異性（stereo specificity） 延胡索酸酶僅對延

15、胡索酸延胡索酸酶僅對延胡索酸( (反丁烯二酸反丁烯二酸) )起起 催化作用，將其加水生成蘋果酸，對順丁烯催化作用，將其加水生成蘋果酸，對順丁烯 二酸則無作用二酸則無作用 （三）有些酶僅對底物分子的某種構型起（三）有些酶僅對底物分子的某種構型起 催化作用催化作用 酶對空間構型所具有的特異性要求稱為酶對空間構型所具有的特異性要求稱為 立體異構特異性立體異構特異性（stereo specificity） L-L-乳酸脫氫酶只能催化乳酸脫氫酶只能催化L-L-乳酸脫氫，而對乳酸脫氫，而對 D-D-乳酸無催化作用；乳酸無催化作用； 淀粉酶只能水解淀粉，而不能水解纖維淀粉酶只能水解淀粉，而不能水解纖維 素。

16、素。 HOOCCH HOOCCH + H2O HOOCCH HCCOOH + H2O CH2COOH CH COOH OH L-Mal 延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 一. 酶的作用特點 3. 高度不穩(wěn)定性 絕對多數(shù)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì) 大多數(shù)酶要在常溫常壓和接近中性的條 件下進行。 蛋白質(zhì)空間結構破壞而引起變性蛋白質(zhì)空間結構破壞而引起變性 在某些物理和化學因素作用下，其特定的在某些物理和化學因素作用下，其特定的 空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無 序的空間結構，從而導致其理化性質(zhì)改變和生序的空間結構，從而導致其理化性質(zhì)改變和生 物活性的喪

17、失。物活性的喪失。 n蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation) Protein denaturation Can be denatured depending on chemical environment Heat Chemical denaturant pH High pressure n造成變性的因素造成變性的因素: : 如如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、 重金屬離子及生物堿試劑等重金屬離子及生物堿試劑等 。 n變性的本質(zhì)變性的本質(zhì): : 破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白 質(zhì)的一級結構。質(zhì)的一級結構。 一.

18、 酶的作用特點 4. 可調(diào)節(jié)性 1）酶活性的調(diào)節(jié) 2）酶量的調(diào)節(jié) 酶的調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié) 酶含量調(diào)節(jié)：酶含量調(diào)節(jié)： 酶活性調(diào)節(jié)：酶活性調(diào)節(jié)： Stimulate appetite Leptin lepr lepr POMC neuronsAgRP neurons ARC PVN MC4R a-MSH NPY AgRP Decrease food intake Ro273225 melanocortin MC4 receptor agonist激動劑 SHU9119 melanocortin MC4 receptor antagonist拮抗劑 Acetyl-Nle4, Asp5, D-2-Nal7,

19、 Lys10-cyclo-Melanocyte Stimulating Hormone Amide Fragment 4-10 二.酶的化學結構 1. 酶的化學組成 2. 酶的輔因子 有些酶僅含一條多肽鏈，而另一些酶有些酶僅含一條多肽鏈，而另一些酶 由多個亞基組成由多個亞基組成 單體酶單體酶（monomeric enzyme） 由一條多肽鏈組成，只具有三級結構的酶。由一條多肽鏈組成，只具有三級結構的酶。 如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。 寡聚酶寡聚酶（oligomeric enzyme） 由多條相同或不同的亞基組成的酶。由多條相同或不同的亞基

20、組成的酶。 多酶復合物多酶復合物（multienzyme complex），）， 或稱或稱多酶體系多酶體系（multienzyme system） 由催化不同化學反應的多種酶組成的寡聚酶。由催化不同化學反應的多種酶組成的寡聚酶。 如：丙酮酸脫氫酶復合物如：丙酮酸脫氫酶復合物 同工酶同工酶（isoenzyme，isozyme） 催化相同化學反應但亞基種類不盡相同的一組酶。催化相同化學反應但亞基種類不盡相同的一組酶。 多功能酶多功能酶（multifunctional enzyme） 或稱或稱串聯(lián)酶串聯(lián)酶（tandem enzyme） 多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶

21、 如：哺乳動物脂肪酸如：哺乳動物脂肪酸 二.酶的化學結構 1. 酶的化學組成 1）單純酶 2）結合酶 （一）結構組成僅含氨基酸組分的酶稱為單純酶（一）結構組成僅含氨基酸組分的酶稱為單純酶 有些酶其分子結構僅由蛋白質(zhì)組成，沒有輔有些酶其分子結構僅由蛋白質(zhì)組成，沒有輔 助因子。這類酶稱為助因子。這類酶稱為單純酶單純酶（simple enzyme）。）。 如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖 核酸酶等。核酸酶等。 （二）結構組成中既含蛋白質(zhì)組分又含非蛋（二）結構組成中既含蛋白質(zhì)組分又含非蛋 白質(zhì)組分的酶稱為結合酶白質(zhì)組分的酶稱為結合酶 結合酶結合酶（conju

22、gated enzyme）是除了在其組）是除了在其組 成中含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，還含有成中含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，還含有 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分 蛋白質(zhì)部分：酶蛋白蛋白質(zhì)部分：酶蛋白 ( (apoenzyme) 輔助因子輔助因子 (cofactor) 金屬離子金屬離子 小分子有機化合物小分子有機化合物 全酶全酶 (holoenzyme) 決定反應的特異性及其催化機制決定反應的特異性及其催化機制 決定反應的性決定反應的性 質(zhì)和反應類型質(zhì)和反應類型 二.酶的化學結構 2. 酶的輔因子 1）金屬離子對酶的作用 2）維生素與輔酶的關系 輔助因子分類輔助因子分類 （按其與酶蛋白結合的

23、緊密程度與作用特點）（按其與酶蛋白結合的緊密程度與作用特點） 輔酶輔酶 (coenzyme): 與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的 方法除去。方法除去。 輔基輔基 (prosthetic group): 與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超 濾的方法除去濾的方法除去。 二.酶的化學結構 2. 酶的輔因子 1）金屬離子對酶的作用 金屬離子是最常見的輔因子，約2/3的酶含 有金屬離子 金屬酶金屬酶(metalloenzyme) 金屬離子與酶結合緊密，提取過程中不易丟失。金屬離子與酶結合緊密，提取過程中不易丟失。 金屬激活酶金屬激活酶(m

24、etal-activated enzyme) 金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結合不甚金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結合不甚 緊密。緊密。 金屬酶金屬酶金屬離子金屬離子 金屬激活酶金屬激活酶金屬離子金屬離子 過氧化氫酶過氧化氫酶Fe2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶K+，Mg2+ 過氧化物酶過氧化物酶Fe2+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶Mn2+，Zn2+ 谷胱苷肽過氧化物酶谷胱苷肽過氧化物酶 Se蛋白激酶蛋白激酶Mg2+,Mn2+ 己糖激酶己糖激酶Mg2+精氨酸酶精氨酸酶Mn2+ 固氮酶固氮酶Mo2+磷脂酶磷脂酶C CCa2+ 核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶Mn2+細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶 Cu

25、2+ 羧基肽酶羧基肽酶Zn2+脲酶脲酶Ni2+ 碳酸酐酶碳酸酐酶Zn2+檸檬酸合酶檸檬酸合酶K+ 金屬酶和金屬激活酶金屬酶和金屬激活酶 金屬離子的作用金屬離子的作用 維持并穩(wěn)定酶的構象；維持并穩(wěn)定酶的構象； 參與酶活性中心組成，形成正確的空間排列；參與酶活性中心組成，形成正確的空間排列； 在酶與底物間起橋梁連接作用，三元復合體；在酶與底物間起橋梁連接作用，三元復合體； 通過自身的氧化還原在酶分子間傳遞電子；通過自身的氧化還原在酶分子間傳遞電子； 中和陰離子，降低反應中的靜電斥力等。中和陰離子，降低反應中的靜電斥力等。 二.酶的化學結構 2. 酶的輔因子 2）維生素對酶的作用 作為酶輔因子的小分

26、子有機化合物多為維生素作為酶輔因子的小分子有機化合物多為維生素 結構，在酶促反應中起運載體的作用，傳遞電結構，在酶促反應中起運載體的作用，傳遞電 子、質(zhì)子或其它基團子、質(zhì)子或其它基團。 小分子有機化合物在催化中的作用小分子有機化合物在催化中的作用 尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一） 尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一） 維生素維生素B2（核黃素）（核黃素） 維生素維生素B2（核黃素）（核黃素） 維生素維生素B1（硫胺素）（硫胺素） 泛酸泛酸 硫辛酸硫辛酸 維生素維生素B12 生物素生物素 吡哆醛（維生素吡哆醛（維生素B6之一）之一） 葉酸葉酸 NAD+（尼克酰胺腺嘌呤

27、二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，輔酶苷酸，輔酶I） NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸磷酸，輔酶苷酸磷酸，輔酶II） FMN （黃素單核苷酸）（黃素單核苷酸） FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）（黃素腺嘌呤二核苷酸） TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素） 輔酶輔酶A（CoA） 硫辛酸硫辛酸 鈷胺素輔酶類鈷胺素輔酶類 生物素生物素 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 四氫葉酸四氫葉酸 氫原子（質(zhì)子）氫原子（質(zhì)子） 醛基醛基 ?；；?烷基烷基 二氧化碳二氧化碳 氨基氨基 甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、 甲炔基、甲?；兹不?、甲?；?等一碳單位等一碳單位 所含的維生素所含的維生素名名稱稱 小分子

28、有機化合物小分子有機化合物(輔輔 酶酶 或或 輔輔 基基) 轉移的基團轉移的基團 尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一） 尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一） 維生素維生素B2（核黃素）（核黃素） 維生素維生素B2（核黃素）（核黃素） 維生素維生素B1（硫胺素）（硫胺素） 泛酸泛酸 硫辛酸硫辛酸 維生素維生素B12 生物素生物素 吡哆醛（維生素吡哆醛（維生素B6之一）之一） 葉酸葉酸 NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，輔酶苷酸，輔酶I） NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸磷酸，輔酶苷酸磷酸，輔酶II） FMN （黃素單核苷酸）（

29、黃素單核苷酸） FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）（黃素腺嘌呤二核苷酸） TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素） 輔酶輔酶A（CoA） 硫辛酸硫辛酸 鈷胺素輔酶類鈷胺素輔酶類 生物素生物素 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 四氫葉酸四氫葉酸 氫原子（質(zhì)子）氫原子（質(zhì)子） 醛基醛基 酰基?；?烷基烷基 二氧化碳二氧化碳 氨基氨基 甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、 甲炔基、甲?；兹不?、甲?；?等一碳單位等一碳單位 所含的維生素所含的維生素名名稱稱 小分子有機化合物小分子有機化合物(輔輔 酶酶 或或 輔輔 基基) 轉移的基團轉移的基團 維生素與輔酶維生素與輔酶 過去的過去的50 50 年中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)年中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)1313種

30、維生素是種維生素是 人類所必需的。人類所必需的。 這些維生素是體內(nèi)許多酶的輔酶成分。這些維生素是體內(nèi)許多酶的輔酶成分。 因此維生素具有高效的營養(yǎng)。因此維生素具有高效的營養(yǎng)。 是維持正常細胞功能所必需的是維持正常細胞功能所必需的, ,許多動許多動 物不能合成物不能合成, ,必須由食物供給。必須由食物供給。 維生素與輔酶維生素與輔酶 維生素種類：維生素種類： 脂溶性：脂溶性： A、D、E、K 水溶性：水溶性： Vit C Vit B 族族 在體內(nèi)大多數(shù)轉化為輔酶在體內(nèi)大多數(shù)轉化為輔酶, ,有些直接參有些直接參 與催化與催化 都含有氮原子都含有氮原子 Vit B1(硫胺素硫胺素,thiamine)

31、硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸, , thiamine pyrophosphate, TPP 作用作用: :轉酮基轉酮基 舉例舉例: -酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶, , 丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶 Vit B2 （核黃素核黃素,riboflavin） 主要以主要以FAD和和FMN形式存在：形式存在： 黃素腺嘌呤二核苷酸，黃素腺嘌呤二核苷酸，flavin adenine dinucleotide， FAD ：琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶 黃素單核苷酸，黃素單核苷酸， flavin mononucleotide , FMN ：NADH 脫氫酶脫氫酶 作用：參與氧化還原反應，遞氫作用：參與氧化還原反應，遞氫

32、Vit PP（煙酰胺，尼克酰胺煙酰胺，尼克酰胺） 煙酰胺嘌呤二核苷酸煙酰胺嘌呤二核苷酸 ：蘋果酸脫氫酶：蘋果酸脫氫酶 煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸 ：蘋果酸酶：蘋果酸酶 作用：參與氧化還原反應，遞氫、遞電子作用：參與氧化還原反應，遞氫、遞電子 維生素維生素 B6（吡哆醛，吡哆胺吡哆醛，吡哆胺） 輔酶形式：磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺輔酶形式：磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺 舉例：所有的舉例：所有的 轉氨酶轉氨酶 氨基酸脫羧酶：氨基酸脫羧酶： L-谷氨酸脫羧酶谷氨酸脫羧酶 絲氨酸羥甲基轉移酶絲氨酸羥甲基轉移酶 作用：轉氨基作用、脫羧作用作用：轉氨基作用、脫羧作用 目目 錄錄 泛酸泛酸(pant

33、othenic acid) 輔酶形式輔酶形式: : 輔酶輔酶A HSCoA：脂酰輔酶脂酰輔酶A合成酶合成酶 作用作用: : 轉?；饔棉D?；饔?生物素生物素biotin 輔基形式輔基形式: : 與酶蛋白賴氨酸殘基側鏈上的與酶蛋白賴氨酸殘基側鏈上的 氨基共價結氨基共價結 合合 舉例舉例: : 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 作用作用: : 羧基載體羧基載體 葉酸葉酸(folic acid) 輔酶形式輔酶形式: : 四氫葉酸：四氫葉酸： tetrahydrofolic acidtetrahydrofolic acid , FH4 ,THFA 舉例舉例: : TMP合成酶合成酶 作用作用: : 一碳單位

34、載體一碳單位載體 維生素維生素B12 （鈷胺素鈷胺素,coholamine） 谷胺酰和甲基谷氨是谷胺酰和甲基谷氨是B12 的兩種輔酶形式的兩種輔酶形式 作用作用: : 甲基載體甲基載體 舉例舉例:已知已知B12是幾種變位酶的是幾種變位酶的 輔酶，如催化輔酶，如催化Glu轉變?yōu)榧谆D變?yōu)榧谆?Asp的甲基天冬氨酸變位酶、催的甲基天冬氨酸變位酶、催 化甲基丙二?；谆oA轉變?yōu)殓贽D變?yōu)殓?酰酰CoA的的甲基丙二酰的的甲基丙二酰CoA變變 位酶。位酶。B12輔酶也參與甲基及其輔酶也參與甲基及其 他一碳單位的轉移反應。他一碳單位的轉移反應。 維生素B12是唯一含金屬元素的維生素，含有3價鈷

35、的多環(huán)系化合物。 三.酶的活性中心與催化活性 1. 酶的活性中心和必需基團 酶活性中心是酶與底物結合并將底物轉化為產(chǎn)物的部位酶活性中心是酶與底物結合并將底物轉化為產(chǎn)物的部位 或稱活性部位或稱活性部位(active site)，指酶分子中指酶分子中 與底物特異結合并催化底物轉變?yōu)楫a(chǎn)物的區(qū)與底物特異結合并催化底物轉變?yōu)楫a(chǎn)物的區(qū) 域；其中一些與酶的活性密切相關的化學基域；其中一些與酶的活性密切相關的化學基 團稱作酶的必需基團。團稱作酶的必需基團。 酶的活性中心酶的活性中心( (active center) ) 酶的活性中心由許多必需基團組成酶的活性中心由許多必需基團組成 必需基團必需基團(essen

36、tial group) 酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學基團中酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學基團中， 與酶活性密切相關的化學基團與酶活性密切相關的化學基團。 常見的必需基團常見的必需基團 絲氨酸殘基的絲氨酸殘基的羥基羥基 組氨酸殘基的組氨酸殘基的咪唑基咪唑基 半胱氨酸殘基的半胱氨酸殘基的巰基巰基 酸性氨基酸殘基的酸性氨基酸殘基的羧基羧基 底底 物物 活性中心以外活性中心以外 的必需基團的必需基團 結合基團結合基團 催化基團催化基團 活性中心活性中心 目目 錄錄 酶的活性中心是酶分子中具有三維結構的很小區(qū)域酶的活性中心是酶分子中具有三維結構的很小區(qū)域 組成酶活性中組成酶活性中 心的必需基團在心的必需基

37、團在一一 級結構上可能相距級結構上可能相距 很遠很遠，但在形成，但在形成三三 級結構時相互接近級結構時相互接近， 形成具有三維結構形成具有三維結構 的區(qū)域，且多是酶的區(qū)域，且多是酶 分子中的裂隙或凹分子中的裂隙或凹 陷所形成的疏水口陷所形成的疏水口 袋。袋。 溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心 結合基團結合基團 binding group 催化基團催化基團 (catalytic group) 催化底物轉變成產(chǎn)物催化底物轉變成產(chǎn)物 位于活性中心以外，維持酶活性中心應有位于活性中心以外，維持酶活性中心應有 的空間構象所必需。的空間構象所必需。 三.酶的活性中心與催化活性 2. 酶的活性中心與其催化作

38、用 相似催化作用的酶具有結構相似的活性中心 許多蛋白酶的活性中心均含有絲氨酸和組氨酸殘基，其附 近的氨基酸序列也相似 三.酶的活性中心與催化活性 3. 酶的活性中心與酶的專一性 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心“口袋口袋” 催化堿性氨基酸（賴氨酸、精氨酸）的羧基所形成的肽鍵水解 催化芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）的羧基所形成的肽鍵水解 鹽鍵 疏水鍵 酶的活性中心與整個酶分子密不可分酶的活性中心與整個酶分子密不可分 多功能酶多功能酶（multifunctional enzyme） 或稱或稱串聯(lián)酶串聯(lián)酶（tandem enzyme） 多

39、種催化功能融合于一條多肽鏈的酶多種催化功能融合于一條多肽鏈的酶 如：哺乳動物脂肪酸如：哺乳動物脂肪酸 四.同工酶 * * 定義定義 同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的是指催化相同的 化學反應，而酶蛋白的分子結構理化性化學反應，而酶蛋白的分子結構理化性 質(zhì)乃至免疫學性質(zhì)不同的一組酶。質(zhì)乃至免疫學性質(zhì)不同的一組酶。 乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶 LDH催化乳酸與丙酮酸之間的氧化還原反應，分型 骨骼肌型，對NAD+親和力較小，心肌型，對NAD+親和力較大 同工酶在生物體中的表達分布具有時同工酶在生物體中的表達分布具有時 空特異性空特異性 同工酶同工酶存在于同一種屬的不同個體，同

40、一個體存在于同一種屬的不同個體，同一個體 的不同組織、同一細胞的不同亞細胞結構，以及同的不同組織、同一細胞的不同亞細胞結構，以及同 一組織、細胞的不同發(fā)育階段。一組織、細胞的不同發(fā)育階段。 LDHLDH同工酶同工酶紅細胞紅細胞白細胞白細胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺腎腎肝肝脾脾 LDHLDH1 1 （H H4 4）4343121227.127.10 07373141443432 21010 LDHLDH2 2 （H H3 3MM）4444494934.734.70 02424343444444 42525 LDHLDH3 3（H H2 2MM2 2）1212333320.920.95 53

41、 33535121211111010 LDHLDH4 4 （HMHM3 3）1 16 611.711.716160 05 51 127272020 LDHLDH5 5 （MM4 4）0 00 05.75.779790 012120 056565 5 人體各組織器官人體各組織器官LDHLDH同工酶譜（活性同工酶譜（活性%） 檢測組織器官同工酶譜的變化有重要檢測組織器官同工酶譜的變化有重要 的臨床意義的臨床意義 在代謝調(diào)節(jié)上起著在代謝調(diào)節(jié)上起著 重要的作用；重要的作用； 用于解釋發(fā)育過程用于解釋發(fā)育過程 中階段特有的代謝特征；中階段特有的代謝特征； 同工酶譜的改變有同工酶譜的改變有 助于對疾病的診

42、斷；助于對疾病的診斷； 同工酶可以作為遺同工酶可以作為遺 傳標志，用于遺傳分析傳標志，用于遺傳分析 研究。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同工酶譜的變化同工酶譜的變化 1 1 酶酶 活活 性性 心肌梗死酶譜心肌梗死酶譜 正常酶譜正常酶譜 肝病酶譜肝病酶譜 2 23 34 45 5 第二節(jié) 酶的分類與命名 一. 酶的分類 二. 酶的命名 一. 酶的分類 酶可按其所催化的反應類型進行分類酶可按其所催化的反應類型進行分類 （一）催化氧化還原反應的酶屬于氧化還原酶類（一）催化氧化還原反應的酶屬于氧化還原酶類 氧化還原酶氧化還原酶類（類（oxidoreductases）包

43、括催化）包括催化 傳遞電子和氫、以及需氧參加反應的酶。例如，傳遞電子和氫、以及需氧參加反應的酶。例如， 脫氫酶類、加氧酶類、過氧化物酶和過氧化氫酶脫氫酶類、加氧酶類、過氧化物酶和過氧化氫酶 等。等。 （二）催化分子間基團轉移的酶屬于轉移酶類（二）催化分子間基團轉移的酶屬于轉移酶類 轉移酶轉移酶類（類（transferases）包括將磷酸基從）包括將磷酸基從 ATPATP轉到另外底物的激酶、加無機磷酸使化學轉到另外底物的激酶、加無機磷酸使化學 鍵斷裂的磷酸化酶，以及糖基轉移酶、轉氨酶鍵斷裂的磷酸化酶，以及糖基轉移酶、轉氨酶 等。等。 （三）水解酶類催化加水分解化學鍵（三）水解酶類催化加水分解化學

44、鍵 水解酶水解酶類類（hydrolases） 按其所水解的底物不同按其所水解的底物不同根據(jù)它們的作用部位根據(jù)它們的作用部位 蛋白酶、酯酶、蛋白酶、酯酶、 磷酸酶、糖苷酶、磷酸酶、糖苷酶、 核酸酶核酸酶 外切酶、內(nèi)切酶外切酶、內(nèi)切酶 （四）裂合酶催化移出化學基團并形成雙鍵（四）裂合酶催化移出化學基團并形成雙鍵 或相反的過程或相反的過程 裂合酶或裂解酶類裂合酶或裂解酶類（lyases）是指催化一分子非水）是指催化一分子非水 解地分裂成兩個分子并留有雙鍵，或相反的酶。解地分裂成兩個分子并留有雙鍵，或相反的酶。 如：脫水酶、脫羧酶、醛縮酶如：脫水酶、脫羧酶、醛縮酶 COOH CH CH HOOC +

45、NH (CH 2)3 CH COOH NH 2 NH 2 CNH NH (CH 2)3 CH COOH NH 2 NH 2 CN COOH CH CH 2 COOH NH (CH 2)3 CH COOH NH 2 NH 2 CN COOH CH CH 2 COOH 精氨酸代琥精氨酸代琥 珀酸裂解酶珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 精氨酸精氨酸 延胡索酸延胡索酸 合酶合酶（synthases）屬于裂解酶）屬于裂解酶 催化反應方向相反，一個底物去掉雙鍵，并與催化反應方向相反，一個底物去掉雙鍵，并與 另一底物結合形成一個分子另一底物結合形成一個分子 （五）催化分子異構體互變的酶類屬于異構酶類

46、（五）催化分子異構體互變的酶類屬于異構酶類 異構酶異構酶類類（isomerases）：催化分子內(nèi)部基團）：催化分子內(nèi)部基團 的位置互變、幾何或光學異構體互變、以及醛酮互的位置互變、幾何或光學異構體互變、以及醛酮互 變的酶類。變的酶類。 如：變位酶、表構酶、異構酶。如：變位酶、表構酶、異構酶。 （六）催化兩分子結合成一分子并偶聯(lián)有高（六）催化兩分子結合成一分子并偶聯(lián)有高 能鍵的水解供能的酶類屬于連接酶或能鍵的水解供能的酶類屬于連接酶或 合成酶類合成酶類 DNADNA連接酶、氨基酰連接酶、氨基酰-rRNA-rRNA合成酶、谷合成酶、谷 氨酰胺合成酶屬于氨酰胺合成酶屬于連接酶或連接酶或合成酶合成酶類

47、類（liases 或或synthetases）。）。 一. 酶的分類 酶的編號 酶的系統(tǒng)名稱和推薦名稱 酶可按其所催化的反應類型予以命名酶可按其所催化的反應類型予以命名 （一）系統(tǒng)名稱給出酶促反應的各種信息，（一）系統(tǒng)名稱給出酶促反應的各種信息， 但較繁瑣但較繁瑣 習慣命名法習慣命名法，一般是按酶所催化的底物命名，在，一般是按酶所催化的底物命名，在 其底物英文名詞上加后綴其底物英文名詞上加后綴“ase” ase” 作為酶的名稱。作為酶的名稱。 如：蛋白酶（如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatase） 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法根據(jù)酶所催化的整體反應，按酶的分根據(jù)酶所催

48、化的整體反應，按酶的分 類對酶命名類對酶命名每個酶都有一個名稱和一個每個酶都有一個名稱和一個編號編號 編號中編號中4 4個數(shù)字中第個數(shù)字中第1 1個數(shù)字是酶的分類號，第個數(shù)字是酶的分類號，第2 2個數(shù)字代表個數(shù)字代表 在此類中的亞類，第在此類中的亞類，第3 3個數(shù)字表示亞個數(shù)字表示亞- -亞類，第亞類，第4 4個數(shù)字表示該酶個數(shù)字表示該酶 在亞在亞- -亞類中的序號。亞類中的序號。 酶的分類酶的分類系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱編號編號催化的反應催化的反應推薦名稱推薦名稱 1. 1.氧化還原氧化還原 酶類酶類 (S)-(S)-乳酸：乳酸： NADNAD+ +- -氧化還原氧化還原 酶酶 EC1.1.1.27

49、EC1.1.1.27(S)-(S)-乳酸乳酸+NAD+NAD+ + 丙酮酸丙酮酸 +NADH+H+NADH+H+ + L-L-乳酸脫乳酸脫 氫酶氫酶 2. 2.轉移酶類轉移酶類 L-L-丙氨酸：丙氨酸： - -酮酮 戊二酸氨基轉移戊二酸氨基轉移 酶酶 EC2.6.1.2EC2.6.1.2L-L-丙氨酸丙氨酸+ + - -酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸+L-+L-谷氨酸谷氨酸 丙氨酸轉丙氨酸轉 氨酶氨酶 3. 3.水解酶類水解酶類 1,4-1,4- -D-D-葡聚糖葡聚糖- - 聚糖水解酶聚糖水解酶 EC3.2.1.1EC3.2.1.1水解有水解有3 3個以上個以上1,4-1,4- -D-D-葡

50、萄糖葡萄糖 基的多糖中基的多糖中1,4-1,4- -D-D-葡糖苷鍵葡糖苷鍵 - -淀粉酶淀粉酶 4. 4.裂合酶類裂合酶類 D-D-果糖果糖-1,6-1,6-二磷二磷 酸酸D-D-甘油醛甘油醛-3-3- 磷酸裂合酶磷酸裂合酶 EC4.1.2.13EC4.1.2.13D-D-果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 磷磷 酸二羥丙酮酸二羥丙酮+D-+D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸 果糖二磷果糖二磷 酸醛縮酶酸醛縮酶 5. 5.異構酶類異構酶類 D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷磷 酸醛酸醛- -酮酮- -異構酶異構酶 EC5.3.1.1EC5.3.1.1D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸

51、磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 丙糖磷酸丙糖磷酸 異構酶異構酶 6. 6.連接酶類連接酶類 L-L-谷氨酸：氨連谷氨酸：氨連 接酶（生成接酶（生成ADPADP） EC6.3.1.2EC6.3.1.2ATP+L-ATP+L-谷氨酸谷氨酸+NH+NH3 3 ADP+PADP+Pi i+L-+L-谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸- - 氨連接酶氨連接酶 酶的分類與命名舉例酶的分類與命名舉例 （二）推薦名稱簡便而常用（二）推薦名稱簡便而常用 由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國際酶學委員會還由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國際酶學委員會還 同時為每一個酶從常用的習慣名稱中挑選出一同時為每一個酶從常用的習慣名稱中挑選出一 個推薦名稱（個

52、推薦名稱（recommended name） 系統(tǒng)名稱：系統(tǒng)名稱：L-乳酸：乳酸：NAD+氧化還原酶氧化還原酶 推薦名稱：乳酸脫氫酶推薦名稱：乳酸脫氫酶 第三節(jié) 酶的工作原理 一. 酶促反應活化能 二. 酶高效催化作用的機制 u 酶與一般催化劑的共同點酶與一般催化劑的共同點 在反應前后沒有質(zhì)和量的變化；在反應前后沒有質(zhì)和量的變化； 只能催化熱力學允許的化學反應；只能催化熱力學允許的化學反應； 只能加速可逆反應的進程，而不改變只能加速可逆反應的進程，而不改變 反應的平衡點。反應的平衡點。 反應總能量改變反應總能量改變 非催化反應活化能非催化反應活化能 酶促反應酶促反應 活化能活化能 一般催化劑催

53、一般催化劑催 化反應的活化能化反應的活化能 能能 量量 反反 應應 過過 程程 底物底物 產(chǎn)物產(chǎn)物 酶促反應活化能的改變酶促反應活化能的改變 活化能活化能activation energy： 底物分子從初態(tài)轉變到活化態(tài)所需的能量底物分子從初態(tài)轉變到活化態(tài)所需的能量。 過渡態(tài) transition state 活化能是化學反應的能障 energy barrier 二. 酶高效催化作用的機制 1.酶與底物的結合 2. 酶的催化機制呈多元化 二. 酶高效催化作用的機制 1.酶與底物的結合 誘導契合作用 臨近效應與定向排列 表面效應 誘導契合作用誘導契合作用 酶酶-底物中間產(chǎn)物的形成（底物中間產(chǎn)物的形

54、成（intermediate theory） ES的形成過程是釋能反應，釋放的結合能是降低反應活化能的主要能量來源 *誘導契合假說誘導契合假說(induced-fit hypothesis) 酶底物復合物酶底物復合物 E + S E + P ES 酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、 相互變形和相互適應，進而相互結合形成酶底相互變形和相互適應，進而相互結合形成酶底 物復合物，催化底物轉變?yōu)椴秽哦ǖ倪^渡態(tài)。物復合物，催化底物轉變?yōu)椴秽哦ǖ倪^渡態(tài)。 這一過程稱為酶這一過程稱為酶- -底物結合的誘導契合假說底物結合的誘導契合假說 誘導契合作用誘導契合作用 形成酶形

55、成酶- -底物過渡態(tài)復合物過程中釋放結合能底物過渡態(tài)復合物過程中釋放結合能 底物與酶的活性中心相互誘導契合形成過渡態(tài)底物與酶的活性中心相互誘導契合形成過渡態(tài) 化合物，過渡態(tài)與酶的活性中心以次級鍵化合物，過渡態(tài)與酶的活性中心以次級鍵( (氫鍵、離氫鍵、離 子鍵、疏水鍵子鍵、疏水鍵) )相結合，這一過程是釋能反應，所釋相結合，這一過程是釋能反應，所釋 放的能量稱為放的能量稱為結合能結合能( (binding energy) )。 結合能可以抵消一部分活化能，是酶反應降低結合能可以抵消一部分活化能，是酶反應降低 活化能的主要能量來源?；罨艿闹饕芰縼碓?。 酶不能使底物形成過渡態(tài)，則沒有結合能的釋酶

56、不能使底物形成過渡態(tài)，則沒有結合能的釋 放，也就不能催化反應的進行。放，也就不能催化反應的進行。 羧肽酶的誘導契合模式羧肽酶的誘導契合模式 底物底物 Arg145胍基 Tyr248-OH Glu270- COO- 鄰近效應鄰近效應(proximity effect) 與定向排列與定向排列(orientation arrange ) 鄰近效應鄰近效應（proximity effect）和）和定向排列定向排列 （orientation arrange）將分子間的反應變成類）將分子間的反應變成類 似分子內(nèi)的反應，使反應速率顯著提高。似分子內(nèi)的反應，使反應速率顯著提高。 趨近和定向效應趨近和定向效應

57、指底物和酶的活性中心“ 靠近”和“ 定向” 酶與底物之間的親和力使底物與酶靠近，局部 微環(huán)境濃度 酶與底物結合后，酶的構象會發(fā)生微小的變化， 使底物反應基團或部位正確定向于酶活性中心 雙底物也能正確定位與酶的活性中心 靠近的反應基團和正確的定向使反應速度 趨近和定向效應趨近和定向效應 在酶反應體系中：底物與酶隨機碰撞 底物底物 A 酶活性中心酶活性中心 底物底物 A 酶活性中心酶活性中心 底物底物 A 酶活性中心酶活性中心 不正確定向 正確定向 酶與底物間的親和力 使二者靠近，并選擇 最佳定向 趨近和定向效應趨近和定向效應 A B 趨近，局部濃度 酶活性中心 A、B分子間反應分子內(nèi)反應 分子間

58、反應：要求底物濃度103108M 分子內(nèi)反應：與底物濃度無關 親和力 趨近和定向效應趨近和定向效應 酶與底物結合后，酶的構象會發(fā)生變化， 使底物的反應基團互相有一個最易起反 應的方向，與此同時，E、S達到最大互 補。 自由度 E、S靠近 最適取向，反應速度 鄰近效應和定向排列有利于底物形成過渡態(tài)鄰近效應和定向排列有利于底物形成過渡態(tài) 鄰近效應鄰近效應（proximity effect）和）和定向排列定向排列 （orientation arrange）將分子間的反應變成類）將分子間的反應變成類 似分子內(nèi)的反應，使反應速率顯著提高。似分子內(nèi)的反應，使反應速率顯著提高。 底物底物B B 底物底物A

59、A 酶酶酶酶- -底物復合物底物復合物 在疏水環(huán)境中進行酶反應有很大的優(yōu)越性，此在疏水環(huán)境中進行酶反應有很大的優(yōu)越性，此 現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為表面效應表面效應（surface effect）。）。 酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋口袋” 中，酶反應在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進行。疏水中，酶反應在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進行。疏水 環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（desolvation），排除），排除 周圍大量水分子對酶和底物分子中功能基團的干擾周圍大量水分子對酶和底物分子中功能基團的干擾 性吸引或排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底性吸引或

60、排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底 物和酶分子之間的直接密切接觸和相互結合。物和酶分子之間的直接密切接觸和相互結合。 表面效應有利于底物和酶的接觸與結合表面效應有利于底物和酶的接觸與結合 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心“口袋口袋” 催化堿性氨基酸（賴氨酸、精氨酸）的羧基所形成的肽鍵水解 催化芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）的羧基所形成的肽鍵水解 鹽鍵 疏水鍵 酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋口袋”中中 二. 酶高效催化作用的機制 2.酶的催化機制呈多元化 酸堿催化 親核催化、親電子催化和共