第三章 酶化學(xué)(學(xué)生)

1、第三章第三章 酶酶 化化 學(xué)學(xué) CHEMISTORY OF ENZYME 1857年，年，Pasteur提出：發(fā)酵是酵母細(xì)提出：發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)果。胞活動(dòng)的結(jié)果。 年，年， Kuhne首次使用首次使用Enzyme這一這一術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)。 1897年年 Buchner兄弟用酵母提取液成兄弟用酵母提取液成功地實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。功地實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。 酶的研究歷史酶的研究歷史 1913年年Michaelis 和和 Menten 提出米氏學(xué)說(shuō)。提出米氏學(xué)說(shuō)。 1926年年 Sumner在刀豆中得到純的脲酶結(jié)晶，在刀豆中得到純的脲酶結(jié)晶，提出其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。提出其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 1930年年 Northro

2、p 得到胃蛋白酶、胰蛋白酶得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶，證實(shí)其均為蛋白質(zhì)。和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶，證實(shí)其均為蛋白質(zhì)。 1982 年年 Cech從四膜蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)從四膜蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)rRNA的自身催的自身催化作用，并提出了核酶（化作用，并提出了核酶（ribozyme）的概念。）的概念。 現(xiàn)已鑒定出現(xiàn)已鑒定出4千多種酶，數(shù)百種已得到結(jié)晶。千多種酶，數(shù)百種已得到結(jié)晶。一、酶的概念與特點(diǎn)一、酶的概念與特點(diǎn) （一）酶的定義（一）酶的定義 酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的以蛋白質(zhì)為主要成酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的以蛋白質(zhì)為主要成分，對(duì)底物起高效催化作用的生物催化劑。分，對(duì)底物起高效催化作用的生物催化劑。 還有一類具有催化作用的核

3、酸，稱為核酶還有一類具有催化作用的核酸，稱為核酶（ribozyme）和脫氧核酶）和脫氧核酶（deoxyribozyme）。）。 （二）酶催化作用的特點(diǎn)（二）酶催化作用的特點(diǎn) 1. 酶和一般催化劑比較（共同點(diǎn)）酶和一般催化劑比較（共同點(diǎn)） （1）用量少，催化效率高。）用量少，催化效率高。 （2）只能催化熱力學(xué)上允許的反應(yīng)，但不改）只能催化熱力學(xué)上允許的反應(yīng)，但不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，即只能縮短反應(yīng)到平衡變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，即只能縮短反應(yīng)到平衡的時(shí)間。的時(shí)間。 （3）降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。）降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。 活化能（活化能（activation energy） 為一定溫度下為一定溫度下1mo

4、l底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能。單底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能。單位：位：kJ/mol。 （4 4）反應(yīng)前后不發(fā)生質(zhì)和量的改變。）反應(yīng)前后不發(fā)生質(zhì)和量的改變。 2. 酶催化反應(yīng)特點(diǎn)酶催化反應(yīng)特點(diǎn) （1） 催化效率極高催化效率極高 酶催化反應(yīng)速度是一般催化劑的酶催化反應(yīng)速度是一般催化劑的106-1013倍，倍，是無(wú)催化劑反應(yīng)的是無(wú)催化劑反應(yīng)的108-1020倍。倍。 轉(zhuǎn)換數(shù)（轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover number, TN）又稱為酶的）又稱為酶的催化常數(shù)（催化常數(shù)（Kcat） 表示酶的最大催化效率。表示酶的最大催化效率。 Kcat是一定條件下，每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換是一定條件下，每秒鐘每個(gè)酶

5、分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)。底物的分子數(shù)。尿素尿素 H+ 62 7.4 10-7 脲酶脲酶 21 5.0 106H2O2 Fe 2+ 22 56 過(guò)氧化氫酶過(guò)氧化氫酶 22 3.5 107底物底物 催化劑催化劑 反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度 反應(yīng)速度常數(shù)反應(yīng)速度常數(shù) （2）高度專一性）高度專一性 酶對(duì)反應(yīng)的底物和產(chǎn)物都有極高的專一性，酶對(duì)反應(yīng)的底物和產(chǎn)物都有極高的專一性，幾乎沒(méi)有副反應(yīng)發(fā)生。幾乎沒(méi)有副反應(yīng)發(fā)生。 （3）反應(yīng)條件溫和，一般在常溫、常壓，中）反應(yīng)條件溫和，一般在常溫、常壓，中性性pH環(huán)境。環(huán)境。 （4）活性可受調(diào)節(jié)。）活性可受調(diào)節(jié)。 （5）酶的催化活性與輔酶、輔基、金屬離子）酶的催化活性與輔酶、輔基

6、、金屬離子有關(guān)。有關(guān)。二、酶的化學(xué)本質(zhì)與組成二、酶的化學(xué)本質(zhì)與組成（一）大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)（一）大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) （二）酶的化學(xué)組成（二）酶的化學(xué)組成 1. 單純酶（單純酶（simple enzyme） 只有氨基酸組成，不含其他成分，如各種只有氨基酸組成，不含其他成分，如各種水解酶。水解酶。 2. 結(jié)合酶（結(jié)合酶（conjugated enzyme） 即全酶（即全酶（holoenzyme），包括酶蛋白（脫），包括酶蛋白（脫輔酶輔酶apoprotein 或或 apoenzyme）和輔因子）和輔因子（cofactor）兩部分。）兩部分。 酶蛋白決定反應(yīng)的高效性和專一性，輔因酶蛋白決定反應(yīng)的高效性和專

7、一性，輔因子決定反應(yīng)的性質(zhì)。子決定反應(yīng)的性質(zhì)。 3. 輔因子的分類輔因子的分類 （1）輔基（）輔基（prosthetic group） 與酶蛋白共價(jià)結(jié)合與酶蛋白共價(jià)結(jié)合, 不容易被透析除去。不容易被透析除去。 （2）輔酶（）輔酶（coenzyme） 與酶蛋白以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合與酶蛋白以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合, 容易被透容易被透析除去。析除去。 輔因子的作用輔因子的作用: 傳遞電子、氫或基團(tuán)。傳遞電子、氫或基團(tuán)。 （三）酶分子的類型（三）酶分子的類型 1. 單體酶（單體酶（monomeric enzyme） 只有一條多肽鏈，全部為水解酶類。只有一條多肽鏈，全部為水解酶類。 2. 寡聚酶（寡聚酶（oli

8、gomeric enzyme） 由由2個(gè)或個(gè)或2個(gè)以上亞基組成，許多為調(diào)節(jié)酶。個(gè)以上亞基組成，許多為調(diào)節(jié)酶。 3. 多酶復(fù)合體（多酶復(fù)合體（multienzyme complex） 幾種功能相關(guān)的酶彼此嵌合成復(fù)合體，分幾種功能相關(guān)的酶彼此嵌合成復(fù)合體，分子量可達(dá)幾百萬(wàn)以上。子量可達(dá)幾百萬(wàn)以上。 作用：有利于提高酶的催化效率，便于機(jī)作用：有利于提高酶的催化效率，便于機(jī)體對(duì)酶的調(diào)控。體對(duì)酶的調(diào)控。三、酶的分類和命名三、酶的分類和命名 （一）酶的分類（一）酶的分類 共分共分6 6大類大類: : 1. 氧化還原酶類（氧化還原酶類（oxido-reductase） 催化氧化催化氧化-還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：

9、AH2 + B A + BH2 包括脫氫酶包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(oxidase)。如乳酸脫氫酶（如乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH)催化乳酸的脫氫反應(yīng)催化乳酸的脫氫反應(yīng): 2. 轉(zhuǎn)移酶類（轉(zhuǎn)移酶類（transferase） 催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上：團(tuán)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上： AR + B A + BR 例如谷丙轉(zhuǎn)氨酶例如谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)：催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)：GPT 3. 水解酶類（水解酶類（hydrolase） 催化底物的加水

10、分解反應(yīng)：催化底物的加水分解反應(yīng)： AB + H2O AOH + BH 水解酶類大多屬于胞外酶，主要包括淀粉酶、水解酶類大多屬于胞外酶，主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，焦磷酸酶催化的水解反應(yīng)：例如，焦磷酸酶催化的水解反應(yīng)： 4. 裂合酶類裂合酶類 （lyase） 催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及逆反應(yīng)；或者非水解地除去分子雙鍵的反應(yīng)及逆反應(yīng)；或者非水解地除去分子中的基團(tuán)及逆反應(yīng)：中的基團(tuán)及逆反應(yīng)：AB A + B 主要有醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，主要有醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如， 延胡索酸

11、水合酶催化的反應(yīng)：延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)：HOOCCHHCCOOH 延胡索酸 延胡索酸酶CH2COOHCHCOOHHO 蘋果酸H2O 5. 異構(gòu)酶類（異構(gòu)酶類（isomerase） 催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。 A B 例如，例如，Ala消旋酶催化的反應(yīng)：消旋酶催化的反應(yīng)： 6. 合成酶類（合成酶類（synthetase） 又稱為連接酶類（又稱為連接酶類（ligase ），催化兩種或兩），催化兩種或兩種以上化合物合成一種化合物的反應(yīng)。種以上化合物合成一種化合物的反應(yīng)。 反應(yīng)吸收能量，常與反應(yīng)吸

12、收能量，常與ATP分解相偶聯(lián)分解相偶聯(lián) A + B + ATP + H-O-H A-B + ADP +Pi 例如，例如，Gln合成酶催化的反應(yīng)：合成酶催化的反應(yīng)： （二）酶的命名（二）酶的命名 1. 習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法 根據(jù)酶作用的底物命名：如淀粉酶、蛋白根據(jù)酶作用的底物命名：如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。酶、脂肪酶等。 根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)命名：如脫氫酶、根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)命名：如脫氫酶、脫羧酶、水解酶等。脫羧酶、水解酶等。 結(jié)合上述兩方面命名：如醇脫氫酶、氨基結(jié)合上述兩方面命名：如醇脫氫酶、氨基酸脫羧酶等。酸脫羧酶等。 根據(jù)酶的來(lái)源、作用條件等命名：如細(xì)菌根據(jù)酶的來(lái)源、作用條件等命名：如

13、細(xì)菌淀粉酶、堿性磷酸酯酶、胃蛋白酶等。淀粉酶、堿性磷酸酯酶、胃蛋白酶等。 2. 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法 1961年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（Enzyme Commission，EC）提出了系統(tǒng)命名法，一個(gè)）提出了系統(tǒng)命名法，一個(gè)酶的系統(tǒng)名稱包括：酶的系統(tǒng)名稱包括： 底物名（多底物時(shí)，底物名稱之間用底物名（多底物時(shí)，底物名稱之間用“ ：” 隔開(kāi)）隔開(kāi)） + 反應(yīng)性質(zhì)反應(yīng)性質(zhì) + 酶酶習(xí)慣名稱：谷丙轉(zhuǎn)氨酶習(xí)慣名稱：谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱：丙氨酸系統(tǒng)名稱：丙氨酸 ： -酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化反應(yīng)催化反應(yīng): 谷氨酸谷氨酸 + 丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 + 丙氨酸丙氨酸 這兒

14、：這兒： EC 1. 1. 1. 27第第1大類，氧化還原酶大類，氧化還原酶第第1亞類，氧化基團(tuán)為亞類，氧化基團(tuán)為CHOH第第1亞亞類，亞亞類，H受體為受體為NAD+該酶在亞亞類中的順序號(hào)該酶在亞亞類中的順序號(hào)關(guān)于酶的分類編號(hào)：關(guān)于酶的分類編號(hào)： + NAD+ + NADH + H+例如：乳酸脫氫酶（例如：乳酸脫氫酶（EC1.1.1.27）CH3C=OCOOHCH3CHOHCOOH四、酶作用的專一性四、酶作用的專一性 酶的專一性即特異性（酶的專一性即特異性（specificity），指酶），指酶對(duì)它所作用的底物有嚴(yán)格的選擇性。一種酶對(duì)它所作用的底物有嚴(yán)格的選擇性。一種酶只能催化一種或一類底物，

15、生成一定的產(chǎn)物。只能催化一種或一類底物，生成一定的產(chǎn)物。 （一）結(jié)構(gòu)專一性（一）結(jié)構(gòu)專一性 1. 相對(duì)特異性相對(duì)特異性 作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。 如如脂肪酶、磷酸酯酶和蛋白水解酶等。脂肪酶、磷酸酯酶和蛋白水解酶等。 （1）鍵專一性）鍵專一性 只要求底物具有一定的只要求底物具有一定的化學(xué)鍵，不要求鍵兩邊的基團(tuán)。化學(xué)鍵，不要求鍵兩邊的基團(tuán)。 （2）基團(tuán)專一性）基團(tuán)專一性 除了化學(xué)鍵要求外，除了化學(xué)鍵要求外，對(duì)鍵一側(cè)的基團(tuán)也有要求。對(duì)鍵一側(cè)的基團(tuán)也有要求。OHOHHHOHHOHCH2OHHCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OHOHHHOHHOHCH2HCH

16、2OHHCH2OHOHHHOHOO11OOOHHHHOHHOHCH2OHH1蔗糖棉子糖蔗糖酶Linkage specificityGroup specificity鍵專一性鍵專一性基團(tuán)專一性基團(tuán)專一性 2. 絕對(duì)特異性絕對(duì)特異性 作用于一種底物進(jìn)行專一反應(yīng)生成一種特定作用于一種底物進(jìn)行專一反應(yīng)生成一種特定產(chǎn)物。如：脲酶只能催化尿素的水解。產(chǎn)物。如：脲酶只能催化尿素的水解。OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2ureaureaseOCNHNH2+ H2Omethyl ureaCH3 （二）立體異構(gòu)專一性（二）立體異構(gòu)專一性 酶除了對(duì)底物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有要求外，酶除了對(duì)底物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有

17、要求外，對(duì)其立體異構(gòu)也有一定的要求。對(duì)其立體異構(gòu)也有一定的要求。 1. 光學(xué)專一性（光學(xué)專一性（optical specificity） 指酶對(duì)所作用底物的立體構(gòu)型的選擇性，指酶對(duì)所作用底物的立體構(gòu)型的選擇性，如如L-氨基酸氧化酶、氨基酸氧化酶、L-乳酸脫氫酶。乳酸脫氫酶。His CH3hisHOOCCH3OH L（-）Lactate D（+）Lactate YesYes No NoArgargCH3CCOOHOCH3CCOOHHO H + NAD+ NADH + H + +LDHHis HOCH3COOHOptical specificity 2. 幾何專一性（幾何專一性（geometric

18、al specificity） 指酶對(duì)所作用底物順?lè)串悩?gòu)的選擇性，如延指酶對(duì)所作用底物順?lè)串悩?gòu)的選擇性，如延胡索酸酶催化的反應(yīng)：胡索酸酶催化的反應(yīng)： HOOC-CH H2O HOOC-CH2 HC-COOH HO-CH-COOH 延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸延胡索酸(反丁烯二酸反丁烯二酸)L(+)蘋果酸蘋果酸Geometrical specificity五、酶結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系五、酶結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系 （一）酶的活性中心和必需基團(tuán)（一）酶的活性中心和必需基團(tuán) 1. 活性中心（活性中心（active center）概念）概念 酶分子中直接與底物結(jié)合，并與酶的催化作酶分子中直接與底物結(jié)合，并與酶的催化作用

19、直接有關(guān)的部位（用直接有關(guān)的部位（active site） 。 對(duì)于單純酶，活性中心是由一些氨基酸殘基對(duì)于單純酶，活性中心是由一些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)組成（的側(cè)鏈基團(tuán)組成（2-3個(gè)）；對(duì)于結(jié)合酶，輔個(gè)）；對(duì)于結(jié)合酶，輔助因子也參與酶的活性中心。助因子也參與酶的活性中心。 2. 活性中心的組成活性中心的組成 （1）結(jié)合部位（）結(jié)合部位（binding site） 酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域，結(jié)合酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域，結(jié)合部位決定酶的專一性。部位決定酶的專一性。 （2）催化部位（）催化部位（catalytic site） 酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位，酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變

20、化的部位，催化部位決定酶催化反應(yīng)的性質(zhì)。催化部位決定酶催化反應(yīng)的性質(zhì)。一些酶活性中心的氨基酸殘基一些酶活性中心的氨基酸殘基 酶酶 殘基總數(shù)殘基總數(shù) 活性中心殘基活性中心殘基牛胰牛胰RNA酶酶 124 His12 His119 Lys41溶菌酶溶菌酶 129 Asp52 Glu35牛胰凝乳蛋白酶牛胰凝乳蛋白酶 245 His57 Asp102 Ser195牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶 238 His46 Asp90 Ser183木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 212 Cys25 His159 彈性蛋白酶彈性蛋白酶 240 His45 Asp93 Ser188枯草桿菌蛋白酶枯草桿菌蛋白酶 275 His46 Ser

21、221碳酸酐酶碳酸酐酶 258 His93-Zn-His95 His117 底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基團(tuán)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)催化基團(tuán) 活性中心活性中心 3. 酶的必需基團(tuán)酶的必需基團(tuán) （1）必需基團(tuán)（）必需基團(tuán)（essential group）概念）概念 間接或直接與酶催化活性相關(guān)的多肽鏈上某間接或直接與酶催化活性相關(guān)的多肽鏈上某些氨基酸殘基的功能性基團(tuán)。些氨基酸殘基的功能性基團(tuán)。 （2）類型：）類型： 活性中心內(nèi)必需基團(tuán)活性中心內(nèi)必需基團(tuán) 性中心外必需基團(tuán)性中心外必需基團(tuán) 維持酶蛋白構(gòu)象不可維持酶蛋白構(gòu)象不可缺少的基團(tuán)，例如：巰基、羥基、咪唑基、羧缺少的基團(tuán)，

22、例如：巰基、羥基、咪唑基、羧基等。基等。六、酶的作用機(jī)制六、酶的作用機(jī)制 （一）酶的催化作用：過(guò)渡態(tài)、分子活化能（一）酶的催化作用：過(guò)渡態(tài)、分子活化能 1. 過(guò)渡態(tài)過(guò)渡態(tài) 反應(yīng)分子被激活的狀態(tài)，是分子具有最高能量的形反應(yīng)分子被激活的狀態(tài)，是分子具有最高能量的形式，是分子的不穩(wěn)定態(tài)。它是一個(gè)短暫的分子瞬間。式，是分子的不穩(wěn)定態(tài)。它是一個(gè)短暫的分子瞬間。 在過(guò)渡態(tài)分子中，某些化學(xué)鍵正在斷裂或形成，并在過(guò)渡態(tài)分子中，某些化學(xué)鍵正在斷裂或形成，并達(dá)到能裂解生成產(chǎn)物或再返回生成物程度。達(dá)到能裂解生成產(chǎn)物或再返回生成物程度。 2. 分子活化能分子活化能 分子由基態(tài)到活化態(tài)（過(guò)渡態(tài)）所需能量。分子由基態(tài)到活

23、化態(tài)（過(guò)渡態(tài)）所需能量。 3. 酶的催化作用酶的催化作用 和一般催化劑一樣，酶通過(guò)降低反應(yīng)分子所需的活和一般催化劑一樣，酶通過(guò)降低反應(yīng)分子所需的活化能，使活化分子增多，反應(yīng)速度加快?；埽够罨肿釉龆?，反應(yīng)速度加快。 （二）酶與底物復(fù)合物形成（二）酶與底物復(fù)合物形成 中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) 酶在起催化反應(yīng)時(shí)，首先與底物形成不穩(wěn)定酶在起催化反應(yīng)時(shí)，首先與底物形成不穩(wěn)定的中間物，然后分解為游離酶與產(chǎn)物。的中間物，然后分解為游離酶與產(chǎn)物。E + S ES E + Pk1k2k3 （三）誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（三）誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō) 酶與底物的結(jié)合具有高度專一性，但酶如酶與底物的結(jié)合具有高度專一性，但酶如何與底物

24、結(jié)合成中間產(chǎn)物？何與底物結(jié)合成中間產(chǎn)物？ 1. 鎖鑰學(xué)說(shuō)（鎖鑰學(xué)說(shuō)（lock and key hypothesis） 1894年由年由Fisher提出，又叫提出，又叫“剛性模板學(xué)剛性模板學(xué)說(shuō)說(shuō)”。認(rèn)為整個(gè)酶分子的構(gòu)象具有剛性結(jié)構(gòu)，認(rèn)為整個(gè)酶分子的構(gòu)象具有剛性結(jié)構(gòu)，酶表面具有特定形狀，酶與底物的結(jié)合如同酶表面具有特定形狀，酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣。一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣。酶與底物結(jié)合的酶與底物結(jié)合的“鎖與鑰匙鎖與鑰匙”模型模型 該學(xué)說(shuō)解釋：該學(xué)說(shuō)解釋：a. 酶的專一性，酶的專一性，b. 變性的酶不能進(jìn)變性的酶不能進(jìn)行催化作用。行催化作用。 局限性：局限性：a. 不能解釋酶的逆反應(yīng)，不

25、能解釋酶的逆反應(yīng)，b. 酶行使催化酶行使催化時(shí)，酶分子中某些基團(tuán)所發(fā)生的變化。時(shí)，酶分子中某些基團(tuán)所發(fā)生的變化。 2. 誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（induced-fit hypothesis） 1958年，年，Koshland提出了誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)，該提出了誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為：學(xué)說(shuō)認(rèn)為： 酶的活性中心不是僵硬的結(jié)構(gòu)，它具有一定酶的活性中心不是僵硬的結(jié)構(gòu)，它具有一定的柔性。也就是酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的柔性。也就是酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀，因而使酶和底物契合而結(jié)合成中間互補(bǔ)形狀，因而使酶和底物契合而

26、結(jié)合成中間產(chǎn)物，并引起底物發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)物，并引起底物發(fā)生反應(yīng)。酶與底物結(jié)合的酶與底物結(jié)合的“誘導(dǎo)契合誘導(dǎo)契合”模型模型 （六）酶催化高效的分子機(jī)制（六）酶催化高效的分子機(jī)制 1. “鄰近鄰近” 及及“定向定向” 效應(yīng)效應(yīng) 指兩種或兩種以上的底物（特別是雙底物指兩種或兩種以上的底物（特別是雙底物）同時(shí)結(jié)合在酶活性中心上，相互靠近（鄰）同時(shí)結(jié)合在酶活性中心上，相互靠近（鄰近），并采取正確的空間取向（定向），這近），并采取正確的空間取向（定向），這樣大大提高了底物的有效濃度，使分子間反樣大大提高了底物的有效濃度，使分子間反應(yīng)近似分子內(nèi)反應(yīng)，從而加快了反應(yīng)速度應(yīng)近似分子內(nèi)反應(yīng)，從而加快了反應(yīng)速度EAB

27、Proximity and orientation effect 2. “張力張力”和和“形變形變” 酶活性部位的某些基酶活性部位的某些基團(tuán)使底物分子敏感鍵中團(tuán)使底物分子敏感鍵中的某些基團(tuán)電子云密度的某些基團(tuán)電子云密度發(fā)生變化，產(chǎn)生電子張發(fā)生變化，產(chǎn)生電子張力（力（strain） ，降低了底，降低了底物的活化能。物的活化能。穩(wěn)定的底物穩(wěn)定的底物底物張力底物張力變形，被變形，被激活形成激活形成過(guò)渡態(tài)過(guò)渡態(tài) 3. 酸堿催化（酸堿催化（acid-base catalysis） 酶參與酸堿催化都是廣義酸堿催化方式。酶參與酸堿催化都是廣義酸堿催化方式。 廣義酸堿催化是指通過(guò)除水之外的質(zhì)子供廣義酸堿催化是

28、指通過(guò)除水之外的質(zhì)子供體提供部分質(zhì)子，或是通過(guò)體提供部分質(zhì)子，或是通過(guò)除水之外除水之外質(zhì)子受質(zhì)子受體接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化體接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的過(guò)程。能的過(guò)程。 酶分子的一些功能基團(tuán)起瞬時(shí)質(zhì)子供體或酶分子的一些功能基團(tuán)起瞬時(shí)質(zhì)子供體或質(zhì)子受體的作用。質(zhì)子受體的作用。作為廣義酸堿催化的某些氨基酸側(cè)鏈作為廣義酸堿催化的某些氨基酸側(cè)鏈 組氨酸咪唑基的組氨酸咪唑基的pK值為值為6，所以在，所以在pH6附近給出質(zhì)子和結(jié)合質(zhì)子能力相同，是最附近給出質(zhì)子和結(jié)合質(zhì)子能力相同，是最活潑的催化基團(tuán)?；顫姷拇呋鶊F(tuán)。 咪唑基給出質(zhì)子或結(jié)合質(zhì)子的速度最快，咪唑基給出質(zhì)子或結(jié)合質(zhì)子的速

29、度最快，半壽期小于半壽期小于10-10秒。秒。 4. 共價(jià)催化共價(jià)催化 酶與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物，酶與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過(guò)程，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過(guò)程，稱為共價(jià)催化（稱為共價(jià)催化（covalent catalysis） 。 酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)主要包括：酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)主要包括： His 的咪唑基、的咪唑基、Cys 的巰基、的巰基、Asp 的羧基、的羧基、Ser 的羥基等。的羥基等。 某些輔酶，如焦磷酸硫胺素（某些輔酶，如焦磷酸硫胺素（TPP）和磷酸）和磷酸吡哆醛（吡哆醛（PLP）等也可以參與共價(jià)催化作

30、用）等也可以參與共價(jià)催化作用。 共價(jià)催化具有親核、親電催化過(guò)程。例如：共價(jià)催化具有親核、親電催化過(guò)程。例如： 親核催化親核催化 5. 金屬離子催化作用金屬離子催化作用 金屬酶（金屬酶（metalloenzyme）含緊密結(jié)合的金）含緊密結(jié)合的金屬離子，如：屬離子，如：Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+ 金屬金屬-激活酶（激活酶（metal-activated enzyme）：）：含疏松結(jié)合的金屬離子，如含疏松結(jié)合的金屬離子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+ 這些金屬離子的作用：這些金屬離子的作用： 通過(guò)結(jié)合底物為反應(yīng)定向。通過(guò)結(jié)合底物為反應(yīng)定向。 通過(guò)自身價(jià)數(shù)的改變參加氧化還原反

31、應(yīng)。通過(guò)自身價(jià)數(shù)的改變參加氧化還原反應(yīng)。 屏蔽底物或酶活性中心的負(fù)電荷。屏蔽底物或酶活性中心的負(fù)電荷。 6. 酶活性中心的低介電區(qū)酶活性中心的低介電區(qū) 酶活性中心空穴的疏水環(huán)境，使酶的催酶活性中心空穴的疏水環(huán)境，使酶的催化基團(tuán)被低介電環(huán)境包圍，增強(qiáng)了底物敏化基團(tuán)被低介電環(huán)境包圍，增強(qiáng)了底物敏感鍵和酶的催化基團(tuán)之間的作用，使反應(yīng)感鍵和酶的催化基團(tuán)之間的作用，使反應(yīng)速度提高。速度提高。七、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)七、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（kinetics of enzyme-catalyzed reaction ）是研究酶促反應(yīng)的速度以）是研究酶促反應(yīng)的速度以及影響酶促反應(yīng)速度的各

32、種因素。及影響酶促反應(yīng)速度的各種因素。 影響酶反應(yīng)速度的因素包括：影響酶反應(yīng)速度的因素包括： 底物濃度、酶濃度、底物濃度、酶濃度、pH、溫度、激活劑與、溫度、激活劑與抑制劑等。抑制劑等。 底物（底物（substrate, S） 酶催化的物質(zhì)酶催化的物質(zhì) 產(chǎn)物（產(chǎn)物（product, P） 酶轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)酶轉(zhuǎn)化后的物質(zhì) （一）酶反應(yīng)速度（一）酶反應(yīng)速度 單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量。單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量。單位為單位為mol/min等。等。 v =底物的消耗量底物的消耗量產(chǎn)物的生成量產(chǎn)物的生成量單位時(shí)間單位時(shí)間單位時(shí)間單位時(shí)間或或v = 反應(yīng)開(kāi)始一段時(shí)間，產(chǎn)物的生成量與時(shí)間

33、呈反應(yīng)開(kāi)始一段時(shí)間，產(chǎn)物的生成量與時(shí)間呈直線關(guān)系；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)速度下降。直線關(guān)系；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)速度下降。 主要原因：主要原因： 底物濃度的降低底物濃度的降低 酶在一定的酶在一定的pH下部分失活下部分失活 產(chǎn)物對(duì)酶的抑制產(chǎn)物對(duì)酶的抑制 產(chǎn)物濃度的增加而加速了逆反應(yīng)產(chǎn)物濃度的增加而加速了逆反應(yīng) 酶促反應(yīng)初速度：酶促反應(yīng)初速度： 在酶促反應(yīng)開(kāi)始無(wú)任何干擾因素出現(xiàn)時(shí)，短在酶促反應(yīng)開(kāi)始無(wú)任何干擾因素出現(xiàn)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)酶的反應(yīng)速度為反應(yīng)初速度。時(shí)間內(nèi)酶的反應(yīng)速度為反應(yīng)初速度。 （二）酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響（二）酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響 在一定條件（在一定條件（反應(yīng)系統(tǒng)中沒(méi)有抑制劑；反應(yīng)系統(tǒng)中沒(méi)

34、有抑制劑；最適條件；最適條件；當(dāng)當(dāng)SE），酶），酶反應(yīng)速度與酶反應(yīng)速度與酶濃度成正比。濃度成正比。 v= kE （k為速度常數(shù)）為速度常數(shù)） 影響機(jī)理：影響機(jī)理： 酶濃度增加，酶濃度增加，ES也增加，而也增加，而v=k ES，故反應(yīng)速度增加故反應(yīng)速度增加 。 （三）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響（三）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 1. 底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 在酶濃度、在酶濃度、pH、溫度等條件不變的溫度等條件不變的情況下，底物濃度情況下，底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系和反應(yīng)速度的關(guān)系呈現(xiàn)矩形雙曲線呈現(xiàn)矩形雙曲線（rectangular hyperbola）。）。 （1）

35、 S與與v關(guān)系曲線分析關(guān)系曲線分析 一級(jí)反應(yīng)（一級(jí)反應(yīng)（first order reaction） 當(dāng)當(dāng)S很低時(shí)，很低時(shí)，S ，v ，成正比關(guān)系成正比關(guān)系 混合級(jí)反應(yīng)（混合級(jí)反應(yīng)（mixed order reaction） 當(dāng)當(dāng)S較高時(shí)，較高時(shí)，S 與也與也 ，但，但不成正比關(guān)系不成正比關(guān)系 零級(jí)反應(yīng)（零級(jí)反應(yīng)（zero order reaction） 當(dāng)當(dāng)S很高時(shí)，很高時(shí)，S ，v不變，達(dá)到最大反應(yīng)不變，達(dá)到最大反應(yīng)速度（速度（maximum rate of reaction, Vmax） （2 2）解釋）解釋 根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)： E + S ES E + PE + S E

36、S E + P 當(dāng)?shù)孜餄舛鹊蜁r(shí)，只有部分酶與底物形當(dāng)?shù)孜餄舛鹊蜁r(shí)，只有部分酶與底物形成成ES，若增加底物濃度，有更多的，若增加底物濃度，有更多的ES生成，生成，反應(yīng)速度也隨之增加。反應(yīng)速度也隨之增加。 當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r(shí)，反應(yīng)體系中的酶分當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r(shí)，反應(yīng)體系中的酶分子都已于底物結(jié)合生成子都已于底物結(jié)合生成ES，此時(shí)再增加底物，此時(shí)再增加底物濃度，已無(wú)游離的酶與底物結(jié)合，無(wú)更多的濃度，已無(wú)游離的酶與底物結(jié)合，無(wú)更多的ES生成，反應(yīng)速度達(dá)最大反應(yīng)速度。生成，反應(yīng)速度達(dá)最大反應(yīng)速度。v =Vmax SKm + S 2. 米米-曼氏方程式曼氏方程式（Michaelis-Menten equatio

37、n） 1913年年Michaelis和和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)提出：根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)提出： 231KEPKESKSE式中：式中：Km 是米氏常數(shù)是米氏常數(shù) （1）Km的意義的意義 當(dāng)：當(dāng)：v = 1/2 Vmax 時(shí)，時(shí)， Km = S 即即Km等于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃等于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，度， 單位：?jiǎn)挝唬簃ol/L或或mmol/L。 Km 值是酶的特征性常數(shù)之一，一般只與值是酶的特征性常數(shù)之一，一般只與酶的性質(zhì)、底物種類及反應(yīng)條件有關(guān)，與酶的性質(zhì)、底物種類及反應(yīng)條件有關(guān)，與酶的濃度無(wú)關(guān)。酶的濃度無(wú)關(guān)。 一個(gè)酶在一定條件下，對(duì)某一底物有一一個(gè)酶在一定條件下，對(duì)某一底物

38、有一特定的特定的Km，Km 值范圍在值范圍在10-6 10-2mol/L。 S0VmaxV0Vmax/2Km （2）Km與酶對(duì)底物親和力關(guān)系與酶對(duì)底物親和力關(guān)系 當(dāng)：當(dāng)： k1 、k2 k3 時(shí)，時(shí)， Km k2/ k1 Km可近似地表示酶對(duì)底物的親和力大小，可近似地表示酶對(duì)底物的親和力大小， Km 與酶對(duì)底物親和力大小成反比。與酶對(duì)底物親和力大小成反比。 注意：底物親和力大不一定反應(yīng)速度大，注意：底物親和力大不一定反應(yīng)速度大，反速度更多地與產(chǎn)物形成趨勢(shì)：反速度更多地與產(chǎn)物形成趨勢(shì)： k3/ k1有關(guān)應(yīng)。有關(guān)應(yīng)。（3）Km與最適底物與最適底物 若一個(gè)酶有個(gè)底物，則若一個(gè)酶有個(gè)底物，則Km最小的

39、底物稱最小的底物稱該酶的最適底物或天然底物。該酶的最適底物或天然底物。（4） Km 和和 Vmax的求解方法的求解方法 雙倒數(shù)作圖法（雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk作圖法）：作圖法）： 1 Km 1 1 v Vmax S Vmax=+.-1/Km 0 1/S1/v1/Vmax斜率斜率= Km/ Vmax（四）（四）pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 pH影響酶活力的幾個(gè)方面：影響酶活力的幾個(gè)方面： 影響酶蛋白構(gòu)象，過(guò)酸或過(guò)堿會(huì)使酶變性。影響酶蛋白構(gòu)象，過(guò)酸或過(guò)堿會(huì)使酶變性。 影響酶和底物分子解離狀態(tài)，尤其是酶活影響酶和底物分子解離狀態(tài)，尤其是酶活性中心的解離狀態(tài)，最終影

40、響性中心的解離狀態(tài)，最終影響ES形成。形成。 大部分酶的大部分酶的pH-酶活曲線酶活曲線是鐘形，但也是鐘形，但也有半鐘形甚至有半鐘形甚至直線形。直線形。 ( (五五) ) 溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 酶的最適溫度酶的最適溫度: 酶活性最高時(shí)的溫度酶活性最高時(shí)的溫度, 也即酶的催化也即酶的催化效率最高效率最高, 酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度。酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度。T em p. (C )Enzymatic activity0.51.02.01.5106050403020 溫度對(duì)酶影響的幾個(gè)方面：溫度對(duì)酶影響的幾個(gè)方面： 在一定的溫度范圍內(nèi)（在一定的溫度范圍內(nèi)（0-40 ），

41、反應(yīng)），反應(yīng)速度和溫度呈正比，一般每升高速度和溫度呈正比，一般每升高10 ，反應(yīng)，反應(yīng)速度約增加速度約增加1倍。倍。 酶是蛋白質(zhì)，溫度過(guò)高，易失去活性。酶是蛋白質(zhì)，溫度過(guò)高，易失去活性。 最適溫度在不同的生物體有差別：一般最適溫度在不同的生物體有差別：一般 動(dòng)物體動(dòng)物體 37-50 植物體植物體50-60 細(xì)菌細(xì)菌Taq DNA聚合酶聚合酶70。 酶的最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，隨酶酶的最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，隨酶作用時(shí)間的長(zhǎng)短而有所變化：一般作用時(shí)間長(zhǎng)，作用時(shí)間的長(zhǎng)短而有所變化：一般作用時(shí)間長(zhǎng)，最適溫度低；作用時(shí)間短，最適溫度高。最適溫度低；作用時(shí)間短，最適溫度高。 （六）激活劑對(duì)酶促反

42、應(yīng)速度的影響（六）激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 1. 激活劑（激活劑（activator） 凡是能提高酶活性的凡是能提高酶活性的物質(zhì)稱為酶的激活劑。物質(zhì)稱為酶的激活劑。 2. 激活劑的分類激活劑的分類 金屬陽(yáng)離子金屬陽(yáng)離子 作為酶的輔因子或激活劑起作用。作為酶的輔因子或激活劑起作用。如：如： Na+ 、 K+ 、 Fe2+ 、Ca2+ 、 Mg2+ 、 Mn2+ 等，其等，其中中Mg2+是多種激酶及合成酶的激活劑。是多種激酶及合成酶的激活劑。 陰離子陰離子 作用不明顯。但動(dòng)物唾液中的唾液淀作用不明顯。但動(dòng)物唾液中的唾液淀粉酶的激活劑是粉酶的激活劑是 Cl- 。 有機(jī)分子有機(jī)分子 如如Cys、谷胱

43、甘肽、谷胱甘肽、EDTA等等 （七）抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響（七）抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 抑制劑（抑制劑（inhibitor） 凡能降低酶活性甚至凡能降低酶活性甚至使酶完全喪失活性的物質(zhì)。使酶完全喪失活性的物質(zhì)。 抑制作用（抑制作用（inhibition） 直接或間接地影直接或間接地影響酶的活性中心或必需基團(tuán)，使酶活性降低響酶的活性中心或必需基團(tuán)，使酶活性降低或喪失，但不引起酶蛋白的變性?；騿适?，但不引起酶蛋白的變性。 根據(jù)抑制劑與酶的作用方式及抑制作用是根據(jù)抑制劑與酶的作用方式及抑制作用是否可逆，將抑制作用分為兩種類型。否可逆，將抑制作用分為兩種類型。 1. 不可逆抑制（不可逆抑制（i

44、rreversible inhibition） 抑制劑與酶的必需基團(tuán)以牢固的共價(jià)鍵結(jié)抑制劑與酶的必需基團(tuán)以牢固的共價(jià)鍵結(jié)合合, 使酶喪失活性使酶喪失活性, 不能用透析、超過(guò)濾等物不能用透析、超過(guò)濾等物理方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性。理方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性。 有機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物 二異丙基氟磷酸（二異丙基氟磷酸（diisopropyl fluorophosphate, DIFP or DFP）等有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑能抑制某些蛋白）等有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑能抑制某些蛋白酶及酯酶活力，與活性部位酶及酯酶活力，與活性部位Ser-OH共價(jià)結(jié)合。共價(jià)結(jié)合。 如強(qiáng)烈抑制膽堿酯酶：如強(qiáng)烈抑制膽堿酯酶：-Ser-OH-S

45、er-O膽堿酯酶膽堿酯酶磷酰化膽堿酯酶（失活）磷?；憠A酯酶（失活） 此類物質(zhì)為神經(jīng)毒劑，解磷定可解除抑制：此類物質(zhì)為神經(jīng)毒劑，解磷定可解除抑制：+ E OHROPOXROROPOOROE+ HX有機(jī)磷化合物磷?；杆酔 OHORPOORNCH3CHNOH+NCH3CHNO+解磷定羥基酶（Sarin） SH SE + Hg2+ E Hg + 2H+ SH SSH Cl SE + As-CH=CHCl E As-CH=CHCl + 2HCl SH Cl S 有機(jī)汞、有機(jī)砷有機(jī)汞、有機(jī)砷 與酶分子中與酶分子中Cys-SH結(jié)合，抑制含有巰基的結(jié)合，抑制含有巰基的酶。有單巰基抑制劑（酶。有單巰基抑制劑

46、（如對(duì)氯汞苯甲酸如對(duì)氯汞苯甲酸, PCMB)和雙巰基抑制劑。和雙巰基抑制劑。SE Hg + SCOONaCH-SHCH-SHCOONaSHE + Hg SH二巰基丁二酸鈉二巰基丁二酸鈉S CH2OH SH CH2OHE As-CH=CHCl + CHSH E + CHS S CH2SH SH CH2SAs-CH=CHCl二巰基丙醇二巰基丙醇解毒方法：解毒方法： 2. 可逆抑制作用（可逆抑制作用（reversible inhibition） 抑制劑與酶以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合引起酶活性抑制劑與酶以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合引起酶活性的降低活喪失，結(jié)合是可逆的，能夠通過(guò)透析、的降低活喪失，結(jié)合是可逆的，能夠通過(guò)透

47、析、超濾等物理方法使酶恢復(fù)活性。超濾等物理方法使酶恢復(fù)活性。根據(jù)抑制劑與底物的關(guān)系，可分為：根據(jù)抑制劑與底物的關(guān)系，可分為： （1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用）競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用(competitive inhibition) 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)相似，與底競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)同一種酶的活性中心，影響物競(jìng)爭(zhēng)同一種酶的活性中心，影響E與與S的結(jié)合，的結(jié)合，從而使酶的反應(yīng)速度下降。從而使酶的反應(yīng)速度下降。 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用可以通過(guò)增加底物的濃度的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用可以通過(guò)增加底物的濃度的方法來(lái)解除。方法來(lái)解除。 競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)： I與與S分子結(jié)構(gòu)相似；分子結(jié)構(gòu)相似；

48、Vmax 不變，表觀不變，表觀Km增大；增大； 抑制程度取決于抑制程度取決于I與與E的親和力的親和力 ，以及，以及I和和S的的相對(duì)濃度比例。相對(duì)濃度比例。COOH CH2 CH2 COOH琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶 + FAD + FADH2COOH CH CH COOH琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸COOH CH2 COOH丙二酸丙二酸 例如：丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制例如：丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，另外還有草酸、草酰乙酸、戊二酸等。劑，另外還有草酸、草酰乙酸、戊二酸等。（2）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（non-competitive inhibition） 抑制劑與酶分子活

49、性中心以外的其它部位抑制劑與酶分子活性中心以外的其它部位結(jié)合而抑制酶活性，結(jié)合而抑制酶活性，I與酶結(jié)合不影響酶與與酶結(jié)合不影響酶與S的結(jié)合，兩者不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。的結(jié)合，兩者不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)： I與與S分子結(jié)構(gòu)不同；分子結(jié)構(gòu)不同； Vmax 減小，表觀減小，表觀Km不變；不變； 抑制程度取決于抑制程度取決于I大小。大小。（3）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制（uncompetitive inhibition） 抑制劑僅與酶和底物的中間復(fù)合物結(jié)合，抑制劑僅與酶和底物的中間復(fù)合物結(jié)合，即酶只有與底物結(jié)合后才能與抑制劑結(jié)合，即酶只有與底物結(jié)合后才能與抑制劑結(jié)合，從而抑制

50、酶活性。從而抑制酶活性。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)： I與與S分子結(jié)構(gòu)不同，分子結(jié)構(gòu)不同，I只與只與ES結(jié)合；結(jié)合； Vmax 和表觀和表觀Km都減?。欢紲p??； 抑制程度取決于抑制程度取決于I和和ES二者的濃度。二者的濃度。 （4）常見(jiàn)可逆抑制劑）常見(jiàn)可逆抑制劑 多為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。例如一些抗代謝物（代多為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。例如一些抗代謝物（代謝類似物），在結(jié)構(gòu)上與天然代謝物十分相似，謝類似物），在結(jié)構(gòu)上與天然代謝物十分相似，能選擇性抑制代謝過(guò)程中的某些酶。能選擇性抑制代謝過(guò)程中的某些酶。 a. 5-氟尿嘧啶（氟尿嘧啶（5-FU） 抗癌藥物，與尿嘧抗癌藥物，與尿嘧啶相似，抑制胸腺嘧啶合成

51、酶活性。啶相似，抑制胸腺嘧啶合成酶活性。 b. 磺胺類藥物磺胺類藥物 對(duì)氨基苯磺酰胺對(duì)氨基苯磺酰胺 與對(duì)氨與對(duì)氨基苯甲酸（葉酸的一部分）相似。細(xì)菌在二氫基苯甲酸（葉酸的一部分）相似。細(xì)菌在二氫葉酸合成酶作用下利用對(duì)氨基苯甲酸合成二氫葉酸合成酶作用下利用對(duì)氨基苯甲酸合成二氫葉酸，磺胺藥物可抑制其合成。葉酸，磺胺藥物可抑制其合成。 對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸 二氫蝶呤二氫蝶呤 FH2 FH4 谷氨酸谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成酶 二氫葉酸還原酶二氫葉酸還原酶 磺胺藥磺胺藥 (-) 氨甲蝶呤氨甲蝶呤(-)八、酶活性的調(diào)節(jié)八、酶活性的調(diào)節(jié) （一）酶的別構(gòu)（變構(gòu)）調(diào)控（一）酶的別構(gòu)（變構(gòu)）調(diào)控 1.

52、別構(gòu)酶（別構(gòu)酶（allosteric enzyme） 凡具有別構(gòu)效應(yīng)的調(diào)節(jié)酶稱別構(gòu)酶。凡具有別構(gòu)效應(yīng)的調(diào)節(jié)酶稱別構(gòu)酶。 2. 別構(gòu)酶的性質(zhì)和組成別構(gòu)酶的性質(zhì)和組成 （1）迄今所有的別構(gòu)酶都是寡聚酶，由）迄今所有的別構(gòu)酶都是寡聚酶，由2個(gè)個(gè)或或2個(gè)以上亞基組成。個(gè)以上亞基組成。 （2）存在有兩個(gè)活性部位：一是催化部位，）存在有兩個(gè)活性部位：一是催化部位，與底物結(jié)合完成催化作用；一是調(diào)節(jié)部位，與底物結(jié)合完成催化作用；一是調(diào)節(jié)部位，與調(diào)節(jié)劑結(jié)合，調(diào)節(jié)酶活性。與調(diào)節(jié)劑結(jié)合，調(diào)節(jié)酶活性。 （3）別構(gòu)效應(yīng)（）別構(gòu)效應(yīng)（allosteric effect） 特異的代謝物分子特異的代謝物分子別構(gòu)劑（別構(gòu)劑（a

53、llosteric effector）結(jié)合于別構(gòu)酶的別構(gòu)部位）結(jié)合于別構(gòu)酶的別構(gòu)部位（allosteric site），引起了酶的構(gòu)象改變，），引起了酶的構(gòu)象改變，進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)，這種效應(yīng)稱別構(gòu)進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)，這種效應(yīng)稱別構(gòu)效應(yīng)。效應(yīng)。 （4）酶的調(diào)節(jié)劑）酶的調(diào)節(jié)劑 正調(diào)節(jié)劑（別構(gòu)激活劑）正調(diào)節(jié)劑（別構(gòu)激活劑） 作用在酶的調(diào)作用在酶的調(diào)節(jié)亞基上，使亞基間產(chǎn)生正協(xié)同效應(yīng)，從而節(jié)亞基上，使亞基間產(chǎn)生正協(xié)同效應(yīng)，從而使酶活性提高。使酶活性提高。 負(fù)調(diào)節(jié)劑（別構(gòu)抑制劑）負(fù)調(diào)節(jié)劑（別構(gòu)抑制劑） 作用在酶的調(diào)作用在酶的調(diào)節(jié)亞基上使亞基間產(chǎn)生負(fù)協(xié)同效應(yīng)，從而使節(jié)亞基上使亞基間產(chǎn)生負(fù)協(xié)同效應(yīng)，從而

54、使酶活性降低。酶活性降低。 調(diào)節(jié)劑與別構(gòu)酶的結(jié)合是可逆的。調(diào)節(jié)劑與別構(gòu)酶的結(jié)合是可逆的。 3. 別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)曲線別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)曲線 A. 非調(diào)節(jié)酶非調(diào)節(jié)酶B. 正協(xié)同別正協(xié)同別構(gòu)酶的構(gòu)酶的S形曲形曲線線 （二）酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)（二）酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié) 指在其他酶的作用下，某種酶的活性因指在其他酶的作用下，某種酶的活性因其分子內(nèi)的某些氨基酸殘基發(fā)生共價(jià)修飾其分子內(nèi)的某些氨基酸殘基發(fā)生共價(jià)修飾而發(fā)生變化的過(guò)程。而發(fā)生變化的過(guò)程。 共價(jià)修飾的方式有：共價(jià)修飾的方式有： 磷酸化、腺苷酸化、尿苷酸化、磷酸化、腺苷酸化、尿苷酸化、 ADP-核糖基化、甲基化核糖基化、甲基化 其中磷酸化是最為常見(jiàn)的形式。其中

55、磷酸化是最為常見(jiàn)的形式。酶共價(jià)修飾的幾種形式酶共價(jià)修飾的幾種形式蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的“可逆磷酸化可逆磷酸化” （三）酶原的激活（三）酶原的激活 1. 酶原（酶原（zymogen） 指酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)，是以無(wú)活性指酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)，是以無(wú)活性的酶前體（的酶前體（precursor）形式。）形式。 2. 酶原激活酶原激活 酶原在特定條件下，被水解一個(gè)或幾個(gè)特定酶原在特定條件下，被水解一個(gè)或幾個(gè)特定肽段致使酶分子構(gòu)象發(fā)生重塑，從而形成或暴肽段致使酶分子構(gòu)象發(fā)生重塑，從而形成或暴露酶的活性中心，表現(xiàn)出酶活性的過(guò)程。露酶的活性中心，表現(xiàn)出酶活性的過(guò)程。 3. 酶原激活的實(shí)質(zhì)酶原激活的實(shí)質(zhì) 活性部位的形成或暴露過(guò)程?；钚圆课坏男纬苫虮┞哆^(guò)程。幾種蛋白酶的水解激活幾種蛋白酶的水解激活糜蛋白酶的水解激活糜蛋白酶的水解激活胃蛋白酶原的激活過(guò)程胃蛋白酶原的激活過(guò)程 低于低于pH5時(shí)，自動(dòng)去除時(shí)，自動(dòng)去除44個(gè)氨基酸殘基個(gè)氨基酸殘基 4. 酶原與酶原激活的生理意義：酶原與酶原激活的生理意義： 保護(hù)組織器官本身免受酶的水解破壞；保護(hù)組織器官本身免受酶的水解破壞； 保證酶在特定時(shí)空發(fā)揮催化作用；保證酶在特定時(shí)空發(fā)揮催化作用； 酶原可視作酶的儲(chǔ)存形式。酶原可視作酶的儲(chǔ)存形式。 （四）同工酶（四）同工酶 1. 同工酶的概念同工酶的概念 同工酶（同工酶（