核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成課件

第五章酶第五章酶1第一節(jié)酶是生物催化劑

一、酶的生物學(xué)意義＊酶是生物體內(nèi)一類具有催化活性和特定空間構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。＊酶的作用特點：酶極易受外界條件影響，容易變性失去催化活性。酶的催化效率非常高酶具有高度的專一性。酶對所作用的物質(zhì)（底物）具有嚴(yán)格的選擇性，一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。酶的催化活性是受到調(diào)節(jié)和控制的。酶可以催化某些特異的化學(xué)反應(yīng)，體內(nèi)某些物質(zhì)的合成只能通過酶促反應(yīng)完成。第一節(jié)酶是生物催化劑

一、酶的生物學(xué)意義＊酶是生物體內(nèi)一類2二、酶作用的專一性一種酶只作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，以促進(jìn)一定的化學(xué)變化，生成一定的產(chǎn)物。受酶催化的化合物稱為酶的底物或作用物。酶對底物的專一性分為以下幾種：1、立體化學(xué)專一性

2、非立體化學(xué)專一性（1）立體異構(gòu)專一性（2）幾何異構(gòu)專一性（1）鍵專一性（2）基團(tuán)專一性（3）絕對專一性二、酶作用的專一性一種酶只作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，以31、立體化學(xué)專一性立體化學(xué)專一性是從底物的立體化學(xué)性質(zhì)來考慮的一種專一性。（1）立體異構(gòu)專一性：＊當(dāng)?shù)孜锞哂辛Ⅲw異構(gòu)體時，酶只能作用于其中的一種。例1：L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化1、立體化學(xué)專一性立體化學(xué)專一性是從底物的立體化學(xué)性質(zhì)來考慮4例2：精氨酸酶只能催化L-精氨酸水解例2：精氨酸酶只能催化L-精氨酸水解5（1）立體異構(gòu)專一性：＊底物沒有不對稱碳原子，產(chǎn)物含有不對稱碳原子時，底物受酶催化后只能得到一種立體異構(gòu)體。＊例如：丙酮酸受乳酸脫氫酶催化還原，只產(chǎn)生L-乳酸（1）立體異構(gòu)專一性：＊底物沒有不對稱碳原子，產(chǎn)物含有不對稱6（2）幾何異構(gòu)專一性：＊有些酶對于順反異構(gòu)體只能作用于其中之一，稱為幾何異構(gòu)專一性。＊例如：延胡索酸酶催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成蘋果酸。（2）幾何異構(gòu)專一性：＊有些酶對于順反異構(gòu)體只能作用于其中之72、非立體化學(xué)專一性＊如果一種酶不具有立體化學(xué)專一性，可以從底物的化學(xué)鍵及其組成基團(tuán)來考慮專一性。＊如果以A-B為底物，可以認(rèn)為它是由三部分組成的：A、B及它們之間的連接鍵。＊根據(jù)酶對它們的選擇性程度將非立體化學(xué)專一性分成三類：（1）鍵專一性（2）基團(tuán)專一性（3）絕對專一性2、非立體化學(xué)專一性＊如果一種酶不具有立體化學(xué)專一性，可以從8（1）鍵專一性在鍵專一性中，對酶來說，重要的是連接A和B的鍵必須正確。例如：酯酶的作用鍵必須是酯鍵，而對構(gòu)成酯鍵的酸、醇（或酚）沒有嚴(yán)格要求。（1）鍵專一性在鍵專一性中，對酶來說，重要的是連接A和B的鍵9（2）基團(tuán)專一性又稱為相對專一性具有基團(tuán)專一性的酶除了要求有正確的化學(xué)鍵之外，還需要基團(tuán)A和B中一側(cè)必須正確。例如：胰蛋白酶水解肽鍵，肽鍵的羰基由精氨酸或賴氨酸提供。（2）基團(tuán)專一性又稱為相對專一性10（3）絕對專一性具有絕對專一性的酶要求底物的鍵和A、B都必須嚴(yán)格正確，否則不能作用。例如脲酶只能催化尿素水解，而對其他物質(zhì)不作用，即使是衍生物也不可以。（3）絕對專一性具有絕對專一性的酶要求底物的鍵和A、B都必須11酶作用專一性的機(jī)制為解釋酶作用的專一性，F(xiàn)ischer曾經(jīng)提出“鎖鑰學(xué)說”，認(rèn)為酶與底物之間的結(jié)構(gòu)就像一把鑰匙插入到一把鎖中去一樣有嚴(yán)格的互補(bǔ)關(guān)系。Koshland提出“誘導(dǎo)契合”學(xué)說：酶分子與底物的契合是動態(tài)的，當(dāng)酶分子與底物接近時，酶蛋白受底物分子的誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生有利于同底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)契合，進(jìn)行反應(yīng)。酶作用專一性的機(jī)制為解釋酶作用的專一性，F(xiàn)ischer曾經(jīng)提12三、酶的分類與命名

（一）酶的分類依據(jù)國際酶學(xué)委員會（IEC）的規(guī)定，按照催化反應(yīng)的類型可分六大類：（1）氧化還原酶類(oxidoreductases)：催化氧化還原反應(yīng)（2）轉(zhuǎn)移酶類(tranferases)：催化功能基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)（3）水解酶類(hydrolases)：催化水解的反應(yīng)（4）裂合酶類(lyases)：催化水、氨或二氧化碳的去除或加入（5）異構(gòu)酶類(isomerases)：催化各種類型的異構(gòu)作用（6）合成酶類(ligases)：催化消耗ATP的成鍵反應(yīng)三、酶的分類與命名

（一）酶的分類依據(jù)國際酶學(xué)委員會（IEC13（二）酶的命名1、習(xí)慣命名法（1）一般采用底物加反應(yīng)類型而命名，如蛋白水解酶、乳酸脫氫酶、磷酸己糖異構(gòu)酶等。（2）對于水解酶類，只用底物名稱，如蔗糖酶、膽堿酯酶、蛋白酶等。（3）有時在底物名稱前面加上酶的來源，如血清谷氨酸-丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶、唾液淀粉酶等。（二）酶的命名1、習(xí)慣命名法142、系統(tǒng)命名法國際酶學(xué)委員會規(guī)定系統(tǒng)命名法，它包括酶的系統(tǒng)名稱和4個用數(shù)字分類的酶編號。例如：ATP：葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶E.C2.7.1.1E.C表示按照國際酶學(xué)委員會的規(guī)定命名，第一個數(shù)字表示酶的分類（2為轉(zhuǎn)移酶類），后面數(shù)之分別表示亞類、亞亞類及其編號。2、系統(tǒng)命名法國際酶學(xué)委員會規(guī)定系統(tǒng)命名法，它包括酶的系統(tǒng)名15第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能

一、酶的化學(xué)組成根據(jù)酶蛋白的特點和分子大小，酶可以分成三類1、單體酶

2、寡聚酶3、多酶體系

只有一條多肽鏈。如：核糖核酸酶、胰蛋白酶和溶菌酶等。

多條多肽鏈組成，多肽鏈之間非共價鍵結(jié)合。

幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能

一、酶的化學(xué)組成根據(jù)酶蛋白的特點和分16根據(jù)酶的組成成份，將酶分成兩類：（1）單純酶（2）結(jié)合酶根據(jù)酶的組成成份，將酶分成兩類：（1）單純酶17（1）單純酶＊由蛋白質(zhì)構(gòu)成；＊酶的活性僅僅決定于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)；＊主要是一些水解酶類，例如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、脲酶等。（1）單純酶＊由蛋白質(zhì)構(gòu)成；18（2）結(jié)合酶＊酶結(jié)構(gòu)中除了含有蛋白質(zhì)之外，還含有非蛋白組分；＊大多數(shù)氧化還原酶類屬于結(jié)合酶；＊起催化作用的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，其他部分統(tǒng)稱為輔助因子，兩者結(jié)合成完整的分子稱為全酶。（2）結(jié)合酶＊酶結(jié)構(gòu)中除了含有蛋白質(zhì)之外，還含有非蛋白組分；19二、酶的輔助因子體內(nèi)酶的種類很多，而輔助因子的種類卻很少。一種酶蛋白只能與一種輔助因子結(jié)合，酶蛋白決定酶催化的專一性和高效性。一種輔助因子能與不同的酶蛋白結(jié)合，在酶促反應(yīng)中起傳遞氫、電子和某些化學(xué)基團(tuán)的作用，輔助因子決定酶促反應(yīng)的類型。二、酶的輔助因子體內(nèi)酶的種類很多，而輔助因子的種類卻很少。20二、酶的輔助因子按照輔助因子與酶蛋白結(jié)合的牢固程度，將酶的輔助因子分成兩類：（1）輔酶（2）輔基

與酶蛋白結(jié)合比較疏松（一般為非共價結(jié)合），可以用透析的方法除去

與酶蛋白結(jié)合牢固（一般為共價結(jié)合），不能用透析的方法除去二、酶的輔助因子按照輔助因子與酶蛋白結(jié)合的牢固程度，將酶的輔21二、酶的輔助因子按照輔助因子的化學(xué)本質(zhì)，將酶的輔助因子分成三類：（1）無機(jī)金屬元素（2）小分子有機(jī)物（3）蛋白質(zhì)輔酶二、酶的輔助因子按照輔助因子的化學(xué)本質(zhì)，將酶的輔助因子分成三22（一）無機(jī)離子對酶的作用有些酶本質(zhì)是金屬蛋白質(zhì)，金屬蛋白與酶蛋白牢固結(jié)合。有些酶本身不含有金屬離子，必須加入金屬離子才有活性，稱為金屬活化酶。（一）無機(jī)離子對酶的作用有些酶本質(zhì)是金屬蛋白質(zhì)，金屬蛋白與酶23（一）無機(jī)離子對酶的作用無機(jī)離子的作用主要有下面幾個方面：（1）維持酶分子的活性構(gòu)象，甚至參與活性中心；（2）通過本身的氧化還原傳遞電子；（3）將酶與底物連接起來；（4）所帶電荷可以影響酶的活性。（一）無機(jī)離子對酶的作用無機(jī)離子的作用主要有下面幾個方面：24表5-1酶分子中含有或需要的無機(jī)元素舉例無機(jī)元素酶無機(jī)元素酶Fe2+

或Fe3+

細(xì)胞色素Ca2+α淀粉酶（也需Cl－）Cu2+細(xì)胞色素氧化酶K+

丙酮酸激酶（也需Mn2+或Mg2+）Zn2+羧基肽酶Na+

質(zhì)膜ATP酶（也需K+及Mg2+）Mg2+己糖激酶Mo3+

黃嘌呤氧化酶Mn2+精氨酸酶Se谷胱甘肽過氧化物酶表5-1酶分子中含有或需要的無機(jī)元素舉例無機(jī)元素酶無機(jī)元素25（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔助因子的作用硫胺素α酮酸脫羧酶焦磷酸硫胺素(LTPP)α酮酸氧化脫羧酮基轉(zhuǎn)移硫辛酸α酮酸脫氫酶系二硫辛酸α酮酸氧化脫羧泛酸乙?；篙o酶A(CoA)轉(zhuǎn)移?；它S素(B2)各種黃酶黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)傳遞氫原子（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔助因子26（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔因子的作用尼克酰胺(PP)多種脫氫酶尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)傳遞氫原子生物素(H)羧化酶生物素傳遞CO2葉酸甲基轉(zhuǎn)移酶四氫葉酸“一碳基團(tuán)”轉(zhuǎn)移鈷胺素(B12)甲基轉(zhuǎn)移酶5-甲基鈷胺素5-脫氧腺苷鈷胺素甲基轉(zhuǎn)移吡哆醛(B6)轉(zhuǎn)氨酶磷酸吡哆醛轉(zhuǎn)氨、脫羧、消旋反應(yīng)（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔因子的27（三）蛋白質(zhì)類輔酶酶中某些蛋白質(zhì)不起催化作用，但是也是酶活性所必需的，稱為蛋白質(zhì)類輔酶。例如：硫氧還蛋白是核糖核苷酸還原酶的輔酶。（三）蛋白質(zhì)類輔酶酶中某些蛋白質(zhì)不起催化作用，但是也是酶活性28三、酶的結(jié)構(gòu)與功能

（一）酶的活性中心和必需基團(tuán)酶的活性中心是酶與底物結(jié)合并且發(fā)揮催化作用的部位，又稱為活性部位。酶活性中心內(nèi)的一些化學(xué)基團(tuán)，是酶發(fā)揮催化作用與底物直接作用的有效基團(tuán)，稱為活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)；酶活性中心外一些基團(tuán)與維持整個分子的空間構(gòu)象有關(guān)，這些基團(tuán)稱為活性中心外的必需基團(tuán)。就功能而論，活性部位內(nèi)的幾個氨基酸側(cè)鏈，又可以分為底物結(jié)合部位和催化部位。三、酶的結(jié)構(gòu)與功能

（一）酶的活性中心和必需基團(tuán)酶的活性中心29圖5-3胰凝乳蛋白酶活性部位示意圖圖5-3胰凝乳蛋白酶活性部位示意圖30（二）酶的活性中心與酶作用的專一性酶作用的專一性主要取決于酶活性中心的結(jié)構(gòu)特異性。例如：胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶水解酸性氨基酸（Lys、His）羧基肽鍵胰凝乳蛋白酶水解芳香族氨基酸（Phe、Tyr、Trp）羧基肽鍵。Asp（二）酶的活性中心與酶作用的專一性酶作用的專一性主要取決于酶31（三）空間結(jié)構(gòu)與催化活性酶的活性不僅與一級結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且與其空間結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，因為活性中心需要借助于一定的空間結(jié)構(gòu)才能得以維持。保持酶活性中心的空間結(jié)構(gòu)是維持酶活性所必需的。（三）空間結(jié)構(gòu)與催化活性酶的活性不僅與一級結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且與其32（四）酶原的激活某些酶在細(xì)胞中合成或初分泌時沒有活性，這些沒有活性的酶的前身稱為酶原，使酶原轉(zhuǎn)變成有活性的酶的作用稱為酶原激活。酶原激活機(jī)制主要是分子內(nèi)肽鏈的一處或多處斷裂，同時使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度的改變，從而形成酶活性中心所必需的構(gòu)象。（四）酶原的激活某些酶在細(xì)胞中合成或初分泌時沒有活性，這些沒33第三節(jié)酶的作用機(jī)制

一、酶能顯著降低反應(yīng)活化能酶能顯著降低活化能，所以表現(xiàn)出高度的催化效率。第三節(jié)酶的作用機(jī)制

一、酶能顯著降低反應(yīng)活化能酶能顯著降低34二、中間復(fù)合物學(xué)說與酶作用的過渡態(tài)由于酶與底物結(jié)合形成中間復(fù)合物，導(dǎo)致酶分子內(nèi)的某些化學(xué)鍵發(fā)生極化呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)（過渡態(tài)），大大降低了反應(yīng)的活化能，加速反應(yīng)的進(jìn)行。酶與底物結(jié)合形成中間復(fù)合物是一種非共價結(jié)合，依靠氫鍵、離子鍵、鹽鍵和范德華力等次級鍵來維持。二、中間復(fù)合物學(xué)說與酶作用的過渡態(tài)由于酶與底物結(jié)合形成中間復(fù)35三、酶作用高效率的機(jī)制（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)（二）底物變性和張力作用（三）共價催化作用（四）酸堿催化作用三、酶作用高效率的機(jī)制（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)36（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)“趨近”效應(yīng)是指A和B兩個底物分子結(jié)合在酶分子表面的某一狹小的局部區(qū)域，其反應(yīng)基團(tuán)相互靠近。酶可以使反應(yīng)物在其表面對著特定的基團(tuán)幾何定向，即具有“定向”效應(yīng)。這兩種效應(yīng)，使分子間的反應(yīng)類似與分子內(nèi)的反應(yīng)。（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)“趨近”效應(yīng)是指A和B兩個37（二）底物變形與張力作用酶與底物結(jié)合后，使底物的敏感鍵發(fā)生變形。由于底物的誘導(dǎo)，酶分子的構(gòu)象也會發(fā)生變化，對底物產(chǎn)生張力作用使底物扭曲。（二）底物變形與張力作用酶與底物結(jié)合后，使底物的敏感鍵發(fā)生變38某些酶與底物結(jié)合形成反應(yīng)活性很高的共價中間產(chǎn)物。＊親電催化親核催化劑給底物提供電子對，形成共價鍵組氨酸咪唑基、絲氨酸羥基、半胱氨酸的巰基

＊親核催化親電催化劑從底物中吸取一對電子。（三）共價催化作用某些酶與底物結(jié)合形成反應(yīng)活性很高的共價中間產(chǎn)物。（三）共價催39（四）酸堿催化作用酶分子中功能基團(tuán)作為質(zhì)子的受體與供體，起廣義的酸堿催化作用。如氨基、羧基、巰基、酚羥基及咪唑基等。影響酸堿催化速度的因素：（1）酸堿的強(qiáng)度（2）功能基提供質(zhì)子或接受質(zhì)子的速度（四）酸堿催化作用酶分子中功能基團(tuán)作為質(zhì)子的受體與供體，起廣40四、核酶與抗體酶（一）核酶核酶是具有催化活性的RNA核酶的底物是RNA分子核酶的功能是切割和剪接RNA分子（二）抗體酶既有酶的活性又有抗體的活性的模擬酶四、核酶與抗體酶（一）核酶41第四節(jié)酶促反應(yīng)的動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)是討論酶催化反應(yīng)的速度及各種因素對反應(yīng)速度的影響。影響酶促反應(yīng)速度的因素有溫度、氫離子濃度、底物濃度、酶濃度、激活劑和抑制劑等。第四節(jié)酶促反應(yīng)的動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)是討論酶催化反應(yīng)的速度42VVm?VmKm123[S]圖5-10底物濃度與酶促反應(yīng)速度之間關(guān)系一、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響第一段：一級反應(yīng)第二段：混合級反應(yīng)第三段：零級反應(yīng)VVm?VmKm123[S]圖5-10底物濃度與酶促反應(yīng)速43（一）米氏方程及其推導(dǎo)*米氏方程反映了底物濃度與酶促反應(yīng)速度之間的定量關(guān)系，式中Vmax為最大反應(yīng)速度，［S］為底物濃度，Km為米氏常數(shù)，V為底物濃度不足以產(chǎn)生最大速度時的反反應(yīng)速度。*當(dāng)?shù)孜餄舛群苄r，得到：*當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r，得到：（一）米氏方程及其推導(dǎo)*米氏方程反映了底物濃度與酶促反應(yīng)速度44（二）米氏常數(shù)（Km）的意義米氏常數(shù)Km為酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度。單位是mol/L

是酶的特征性常數(shù)當(dāng)pH、溫度和離子強(qiáng)度等因素不變時，Km恒定。Km值的范圍一般在10-7~10-1mol/L之間（二）米氏常數(shù)（Km）的意義米氏常數(shù)Km為酶促反應(yīng)速度達(dá)到最45（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（1）同一種酶如果有幾種底物，就有幾個Km值，其中Km值最小的底物稱為該酶的最適底物或天然底物。Km值越小，表明酶對底物的親合力越大。（2）已知某一種酶的Km值，可以計算在某一底物濃度下，反應(yīng)速度相當(dāng)于Vmax的百分率。（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（1）同一種酶如果有幾種底物，就46（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（3）在測定酶的活性時，一般［S］需要在Km值的10倍以上。（4）催化可逆反應(yīng)的酶，對正逆兩向底物的Km值不同。（5）當(dāng)一系列不同的酶催化一個代謝過程的鏈鎖反應(yīng)時，可以通過確定酶的Km值的底物濃度尋找限速步驟。ACB10-2

10-3

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D（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（3）在測定酶的活性時，一般［S47（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（6）了解酶的Km值及其底物在細(xì)胞中的濃度可以推測酶在細(xì)胞內(nèi)是否受到底物濃度的調(diào)節(jié)。（7）測定不同抑制劑對酶Km和Vmax的影響，可以區(qū)別抑制劑的類型。（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（6）了解酶的Km值及其底物在細(xì)48（三）米氏常數(shù)的求法1、LineweaverBurk方程（雙倒數(shù)作圖法）1/V1/Vmax-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]圖5-11雙倒數(shù)(LineweaverBurk)作圖法（三）米氏常數(shù)的求法1、LineweaverBurk方程（492、Hanes作圖法[S]/VKm/Vmax-Km斜率=1/Vmax[S]圖5-12Hanes作圖法2、Hanes作圖法[S]/VKm/Vmax-Km斜率=1/50二、pH的影響與最適pH酶表現(xiàn)最大活力時的pH稱為酶的最適pHpH對酶反應(yīng)速度的影響主要原因：影響酶和底物的解離影響酶分子的構(gòu)象二、pH的影響與最適pH酶表現(xiàn)最大活力時的pH稱為酶的最適p51三、溫度的影響與最適溫度倒U型曲線某一溫度時，酶促反應(yīng)速度最大，稱為酶的最適溫度。酶的最適溫度與底物濃度、pH、離子強(qiáng)度和保溫時間等多種因素有關(guān)。三、溫度的影響與最適溫度倒U型曲線52四、酶濃度的影響一定條件下，酶濃度與反應(yīng)速度成正比。速度酶濃度圖5-15反應(yīng)速度與酶濃度的關(guān)系四、酶濃度的影響一定條件下，酶濃度與反應(yīng)速度成正比。速度酶濃53五、激活劑的影響能夠提高酶的活性，加速酶促反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)稱為酶的激活劑。無機(jī)離子：Na2+、K2+、Ca2+、Mg2+、Cl-等小分子物質(zhì)：維生素C、半胱氨酸、還原型谷胱甘肽等，對巰基酶具有激活作用。能夠除去抑制劑的物質(zhì)：EDTA激活劑的作用是相對的五、激活劑的影響能夠提高酶的活性，加速酶促反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)稱為54六、抑制劑的影響酶分子中必需基團(tuán)（主要是指酶活性中心上的一些基團(tuán)）的性質(zhì)受到某些化學(xué)物質(zhì)的影響而發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活性的降低或喪失，稱為抑制作用。能夠?qū)γ钙鹨种谱饔玫奈镔|(zhì)稱為酶抑制劑。抑制劑對酶有一定的選擇性。（一）不可逆抑制（二）可逆抑制六、抑制劑的影響酶分子中必需基團(tuán)（主要是指酶活性中心上的一些55（一）不可逆抑制＊抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價鍵結(jié)合而引起酶活性喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活力。＊抑制作用隨抑制劑濃度增加而逐漸增加。1、非專一性不可逆抑制2、專一性不可逆抑制（一）不可逆抑制＊抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價鍵結(jié)合而引起酶活561、非專一性不可逆抑制抑制劑與酶分子中一類或幾類基團(tuán)作用，無論必需基團(tuán)與否，都進(jìn)行共價結(jié)合。1、非專一性不可逆抑制抑制劑與酶分子中一類或幾類基團(tuán)作用，無571、專一性不可逆抑制抑制劑專一作用于酶的活性中心或其必需基團(tuán)，進(jìn)行共價結(jié)合，從而抑制酶的活性1、專一性不可逆抑制抑制劑專一作用于酶的活性中心或其必需基團(tuán)58（二）可逆抑制抑制劑與酶非共價結(jié)合引起酶活性喪失或降低，可以用透析等物理方法除去抑制劑，恢復(fù)酶的活性。分三類：（1）競爭性抑制（2）非競爭性抑制（3）反競爭性抑制（二）可逆抑制抑制劑與酶非共價結(jié)合引起酶活性喪失或降低，可以591、競爭性抑制抑制劑和底物對酶的結(jié)合有競爭作用酶底物酶ab競爭性抑制劑1、競爭性抑制抑制劑和底物對酶的結(jié)合有競爭作用酶底物酶ab競60競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km增大，Vmax不變，Km／Vmax增大（2）Kmapp隨著［I］增大而增大（3）抑制程度與［I］成正比，與［S］成反比。圖5-17競爭性抑制動力學(xué)圖a、[S]對V作圖b、LineweaverBurk雙倒數(shù)作圖VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/V-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]-1/Km(1+[I]/Ki)斜率=Km/Vmax1(1+[I]/Ki)無I有I競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km增大，Vmax不61競爭性抑制的典型例子I：

丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制競爭性抑制的典型例子I：

丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制62競爭性抑制的典型例子II：磺胺類藥物競爭性抑制的典型例子II：磺胺類藥物632、非競爭性抑制底物與和抑制劑與酶的結(jié)合互不相關(guān)抑制劑可以與游離的酶結(jié)合，也可以與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，但是不能釋放出產(chǎn)物酶底物a非競爭性抑制劑酶底物c2、非競爭性抑制底物與和抑制劑與酶的結(jié)合互不相關(guān)酶底物a非競64VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/Vmax-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]-1/Vmax(1+[I]/Ki)斜率=Km/Vmax1(1+[I]/Ki)無I有I圖5-17非競爭性抑制動力學(xué)圖a、[S]對V作圖b、LineweaverBurk雙倒數(shù)作圖非競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km不變，Vmax減小，Km／Vmax增大（2）Vmaxapp隨著［I］增大而減?。?）抑制程度與［I］成正比，與［S］無關(guān)VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/Vmax-1/Km斜653、反競爭性抑制抑制劑不與游離的酶結(jié)合，與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，不能釋放出產(chǎn)物3、反競爭性抑制抑制劑不與游離的酶結(jié)合，與酶-底物復(fù)合物結(jié)合66反競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km和Vmax都減小，Km／Vmax不變（2）Kmapp和Vmaxapp隨著［I］增大而減?。?）抑制程度與［I］成正比，與［S］成正比圖5-17反競爭性抑制動力學(xué)圖a、[S]對V作圖b、LineweaverBurk雙倒數(shù)作圖VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/Vmax-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]-1/Vmax(1+[I]/Ki)無I有I-1/Km(1+[I]/Ki)反競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km和Vmax都減67表5-3三類抑制作用的動力學(xué)比較抑制種類Lineweaver-Burk作圖法表觀Vmax(Vmaxapp)表觀Km(Kmapp)斜率縱軸截距橫軸截距直線交點無KmVmax1Vmax－1KmVmaxKm競爭性抑制作用增大不變減小縱軸不變增大非競爭性抑制作用增大增大不變橫軸減小不變反競爭性抑制作用不變增大增大無交點減小減小表5-3三類抑制作用的動力學(xué)比較抑制種類Lineweave68（三）過渡態(tài)類似物某種類似于一個酶促反應(yīng)中底物的過渡態(tài)的物質(zhì)是酶的有效抑制劑，這種物質(zhì)稱為過渡態(tài)類似物。（三）過渡態(tài)類似物某種類似于一個酶促反應(yīng)中底物的過渡態(tài)的物質(zhì)69自殺底物專一性不可逆抑制劑在與酶作用的時候，通過酶的催化作用，其中某一基團(tuán)被活化，使抑制劑與酶發(fā)生共價結(jié)合從而抑制酶的活性，如同酶的自殺，這類抑制劑稱為自殺底物。自殺底物專一性不可逆抑制劑在與酶作用的時候，通過酶的催化作用70第六節(jié)重要的酶類一、寡聚酶二、同工酶三、誘導(dǎo)酶四、調(diào)節(jié)酶第六節(jié)重要的酶類一、寡聚酶71一、寡聚酶有兩個以上亞基組成的，具有催化活性的酶稱為寡聚酶。分子量35,000至幾百萬以上可以含有60個亞基意義：不同功能的亞基協(xié)調(diào)配合行使功能。亞基聚合與解聚是代謝調(diào)節(jié)的重要方式之一。分類：含有相同亞基的寡聚酶含有不同亞基的寡聚酶一、寡聚酶有兩個以上亞基組成的，具有催化活性的酶稱為寡聚酶。721、含有相同亞基的寡聚酶組成寡聚酶的所有亞基一級結(jié)構(gòu)都是相同的例如：鼠肝蘋果酸脫氫酶含有2個亞基酵母己糖激酶含有4個亞基大腸桿菌谷氨酰胺合成酶含有12個亞基1、含有相同亞基的寡聚酶組成寡聚酶的所有亞基一級結(jié)構(gòu)都是相同732、含有不同亞基的寡聚酶（1）雙功能寡聚酶（2）含有底物載體亞基的寡聚酶2、含有不同亞基的寡聚酶（1）雙功能寡聚酶74（1）雙功能寡聚酶兩個亞基行使不同的催化功能，只有亞基聚合在一起時，才能完成反應(yīng)，釋放產(chǎn)物。例如：色氨酸合成酶中，蛋白A含有一個α亞基，蛋白B中含有兩個β亞基。（1）雙功能寡聚酶兩個亞基行使不同的催化功能，只有亞基聚合在75（2）含有底物載體亞基的寡聚酶酶中有專一性運載底物的亞基例如大腸桿菌乙酰輔酶A羧化酶，由三個部分組成：兩個有催化活性－生物素羧化酶和轉(zhuǎn)乙?；福粋€具有專一性的生物素羧基載體（BCCP）（2）含有底物載體亞基的寡聚酶酶中有專一性運載底物的亞基76二、同工酶能夠催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但是分子結(jié)構(gòu)不同的一類酶。由兩個以上亞基聚合而成，其分子結(jié)構(gòu)不同在于所含有的亞基組合情況不同。例如乳酸脫氫酶LDH二、同工酶能夠催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但是分子結(jié)構(gòu)不同的一類酶。77乳酸脫氫酶LDH五種同工酶四個亞基H亞基＆M亞基－＋原點LDH5M4(心肌)LDH4M3HLDH3M2H2LDH1H4(骨骼肌)LDH2MH3乳酸脫氫酶LDH五種同工酶－＋原點LDH5LDH4LDH3L78三、誘導(dǎo)酶細(xì)胞中加入特定誘導(dǎo)物質(zhì)而產(chǎn)生的酶。誘導(dǎo)物往往是酶的底物或底物類似物。例如：大腸桿菌半乳糖苷酶苯巴比妥藥物代謝酶三、誘導(dǎo)酶細(xì)胞中加入特定誘導(dǎo)物質(zhì)而產(chǎn)生的酶。79四、調(diào)節(jié)酶調(diào)節(jié)酶的催化活力可以因為與調(diào)節(jié)劑結(jié)合而改變酶分子中有活性區(qū)和調(diào)節(jié)區(qū)（一）共價調(diào)節(jié)酶（二）變構(gòu)酶四、調(diào)節(jié)酶調(diào)節(jié)酶的催化活力可以因為與調(diào)節(jié)劑結(jié)合而改變80（一）共價調(diào)節(jié)酶調(diào)節(jié)劑通過共價鍵與酶分子結(jié)合，以增、減分子上的基團(tuán)從而調(diào)節(jié)酶的活性狀態(tài)與非活性狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化。糖原磷酸化酶（一）共價調(diào)節(jié)酶調(diào)節(jié)劑通過共價鍵與酶分子結(jié)合，以增、減分子上81主要的化學(xué)修飾類型磷酸化／去磷酸化乙酰化／去乙酰化腺苷化／去腺苷化尿苷?；ツ蜍挣；谆ゼ谆疭－S／－SH主要的化學(xué)修飾類型磷酸化／去磷酸化82（二）變構(gòu)酶概念：又叫別構(gòu)酶，是寡聚酶。酶分子中除了有可以結(jié)合底物的活性中心之外，還有可以結(jié)合調(diào)節(jié)物（或效應(yīng)劑）的變構(gòu)中心。調(diào)節(jié)物與酶分子的變構(gòu)中心結(jié)合引起酶蛋白構(gòu)象的變化，使酶活性中心對底物的結(jié)合與催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶的反應(yīng)速度，這個效應(yīng)稱為酶的變構(gòu)效應(yīng)。變構(gòu)激活作用；變構(gòu)抑制作用變構(gòu)激活劑；變構(gòu)抑制劑（二）變構(gòu)酶概念：83變構(gòu)酶的協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)是指當(dāng)一個配體（調(diào)節(jié)物分子或底物分子）與酶蛋白結(jié)合后，可以影響另一個配體和酶的結(jié)合。同種效應(yīng)／異種效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)／負(fù)協(xié)同效應(yīng)變構(gòu)酶的協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)是指當(dāng)一個配體（調(diào)節(jié)物分子或底物分子84變構(gòu)酶的反應(yīng)初速度－底物濃度關(guān)系變構(gòu)酶的反應(yīng)初速度－底物濃度關(guān)系85第七節(jié)酶在醫(yī)藥學(xué)上的應(yīng)用一、酶在疾病診斷上的應(yīng)用二、酶在治療上的應(yīng)用三、固定化酶及其在醫(yī)藥上的應(yīng)用第七節(jié)酶在醫(yī)藥學(xué)上的應(yīng)用一、酶在疾病診斷上的應(yīng)用86一、酶在疾病診斷上的應(yīng)用血清酶測定的應(yīng)用：（一）應(yīng)用于肝膽疾病的診斷（二）應(yīng)用于急性心肌梗死的診斷（三）應(yīng)用于診斷腫瘤一、酶在疾病診斷上的應(yīng)用血清酶測定的應(yīng)用：87（一）血清酶測定應(yīng)用于肝膽疾病的診斷轉(zhuǎn)氨酶：血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶；血清谷草轉(zhuǎn)氨酶卵磷脂-膽固醇轉(zhuǎn)?；甫?谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（γ-GT）（一）血清酶測定應(yīng)用于肝膽疾病的診斷轉(zhuǎn)氨酶：血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶；88（二）血清酶測定應(yīng)用于急性心肌梗死的診斷1、LDH同工酶2、CK同工酶（二）血清酶測定應(yīng)用于急性心肌梗死的診斷1、LDH同工酶89（三）血清酶測定應(yīng)用于診斷腫瘤γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（γ-GT）半乳糖基轉(zhuǎn)移酶（三）血清酶測定應(yīng)用于診斷腫瘤γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（γ-GT）90二、酶在疾病治療上的應(yīng)用助消化酶消炎酶防治冠心病用酶止血酶和抗血栓酶抗腫瘤酶類其他酶類藥物二、酶在疾病治療上的應(yīng)用助消化酶91三、固定化酶及其在醫(yī)藥上的應(yīng)用（一）固定化酶的概念和優(yōu)點概念：固定化酶是借助于物理和化學(xué)方法把酶束縛在一定空間內(nèi)，并且具有催化活性的酶制劑。優(yōu)點：穩(wěn)定性提高；可以反復(fù)使用，提高了使用效率，降低成本；有一定機(jī)械強(qiáng)度，反應(yīng)連續(xù)化、自動化，適合于現(xiàn)代化規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；極其易和產(chǎn)物分離，簡化了產(chǎn)品的純化工藝。三、固定化酶及其在醫(yī)藥上的應(yīng)用（一）固定化酶的概念和優(yōu)點92（二）固定化酶的制備方法1、吸附法2、共價結(jié)合法3、交聯(lián)法4、包埋法（二）固定化酶的制備方法1、吸附法93（三）固定化酶在醫(yī)藥上的應(yīng)用1、藥物生產(chǎn)中的應(yīng)用2、親和層析中應(yīng)用3、醫(yī)療上的應(yīng)用（三）固定化酶在醫(yī)藥上的應(yīng)用1、藥物生產(chǎn)中的應(yīng)用94第五章酶第五章酶95第一節(jié)酶是生物催化劑

一、酶的生物學(xué)意義＊酶是生物體內(nèi)一類具有催化活性和特定空間構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。＊酶的作用特點：酶極易受外界條件影響，容易變性失去催化活性。酶的催化效率非常高酶具有高度的專一性。酶對所作用的物質(zhì)（底物）具有嚴(yán)格的選擇性，一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。酶的催化活性是受到調(diào)節(jié)和控制的。酶可以催化某些特異的化學(xué)反應(yīng)，體內(nèi)某些物質(zhì)的合成只能通過酶促反應(yīng)完成。第一節(jié)酶是生物催化劑

一、酶的生物學(xué)意義＊酶是生物體內(nèi)一類96二、酶作用的專一性一種酶只作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，以促進(jìn)一定的化學(xué)變化，生成一定的產(chǎn)物。受酶催化的化合物稱為酶的底物或作用物。酶對底物的專一性分為以下幾種：1、立體化學(xué)專一性

2、非立體化學(xué)專一性（1）立體異構(gòu)專一性（2）幾何異構(gòu)專一性（1）鍵專一性（2）基團(tuán)專一性（3）絕對專一性二、酶作用的專一性一種酶只作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，以971、立體化學(xué)專一性立體化學(xué)專一性是從底物的立體化學(xué)性質(zhì)來考慮的一種專一性。（1）立體異構(gòu)專一性：＊當(dāng)?shù)孜锞哂辛Ⅲw異構(gòu)體時，酶只能作用于其中的一種。例1：L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化1、立體化學(xué)專一性立體化學(xué)專一性是從底物的立體化學(xué)性質(zhì)來考慮98例2：精氨酸酶只能催化L-精氨酸水解例2：精氨酸酶只能催化L-精氨酸水解99（1）立體異構(gòu)專一性：＊底物沒有不對稱碳原子，產(chǎn)物含有不對稱碳原子時，底物受酶催化后只能得到一種立體異構(gòu)體。＊例如：丙酮酸受乳酸脫氫酶催化還原，只產(chǎn)生L-乳酸（1）立體異構(gòu)專一性：＊底物沒有不對稱碳原子，產(chǎn)物含有不對稱100（2）幾何異構(gòu)專一性：＊有些酶對于順反異構(gòu)體只能作用于其中之一，稱為幾何異構(gòu)專一性。＊例如：延胡索酸酶催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成蘋果酸。（2）幾何異構(gòu)專一性：＊有些酶對于順反異構(gòu)體只能作用于其中之1012、非立體化學(xué)專一性＊如果一種酶不具有立體化學(xué)專一性，可以從底物的化學(xué)鍵及其組成基團(tuán)來考慮專一性。＊如果以A-B為底物，可以認(rèn)為它是由三部分組成的：A、B及它們之間的連接鍵。＊根據(jù)酶對它們的選擇性程度將非立體化學(xué)專一性分成三類：（1）鍵專一性（2）基團(tuán)專一性（3）絕對專一性2、非立體化學(xué)專一性＊如果一種酶不具有立體化學(xué)專一性，可以從102（1）鍵專一性在鍵專一性中，對酶來說，重要的是連接A和B的鍵必須正確。例如：酯酶的作用鍵必須是酯鍵，而對構(gòu)成酯鍵的酸、醇（或酚）沒有嚴(yán)格要求。（1）鍵專一性在鍵專一性中，對酶來說，重要的是連接A和B的鍵103（2）基團(tuán)專一性又稱為相對專一性具有基團(tuán)專一性的酶除了要求有正確的化學(xué)鍵之外，還需要基團(tuán)A和B中一側(cè)必須正確。例如：胰蛋白酶水解肽鍵，肽鍵的羰基由精氨酸或賴氨酸提供。（2）基團(tuán)專一性又稱為相對專一性104（3）絕對專一性具有絕對專一性的酶要求底物的鍵和A、B都必須嚴(yán)格正確，否則不能作用。例如脲酶只能催化尿素水解，而對其他物質(zhì)不作用，即使是衍生物也不可以。（3）絕對專一性具有絕對專一性的酶要求底物的鍵和A、B都必須105酶作用專一性的機(jī)制為解釋酶作用的專一性，F(xiàn)ischer曾經(jīng)提出“鎖鑰學(xué)說”，認(rèn)為酶與底物之間的結(jié)構(gòu)就像一把鑰匙插入到一把鎖中去一樣有嚴(yán)格的互補(bǔ)關(guān)系。Koshland提出“誘導(dǎo)契合”學(xué)說：酶分子與底物的契合是動態(tài)的，當(dāng)酶分子與底物接近時，酶蛋白受底物分子的誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生有利于同底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)契合，進(jìn)行反應(yīng)。酶作用專一性的機(jī)制為解釋酶作用的專一性，F(xiàn)ischer曾經(jīng)提106三、酶的分類與命名

（一）酶的分類依據(jù)國際酶學(xué)委員會（IEC）的規(guī)定，按照催化反應(yīng)的類型可分六大類：（1）氧化還原酶類(oxidoreductases)：催化氧化還原反應(yīng)（2）轉(zhuǎn)移酶類(tranferases)：催化功能基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)（3）水解酶類(hydrolases)：催化水解的反應(yīng)（4）裂合酶類(lyases)：催化水、氨或二氧化碳的去除或加入（5）異構(gòu)酶類(isomerases)：催化各種類型的異構(gòu)作用（6）合成酶類(ligases)：催化消耗ATP的成鍵反應(yīng)三、酶的分類與命名

（一）酶的分類依據(jù)國際酶學(xué)委員會（IEC107（二）酶的命名1、習(xí)慣命名法（1）一般采用底物加反應(yīng)類型而命名，如蛋白水解酶、乳酸脫氫酶、磷酸己糖異構(gòu)酶等。（2）對于水解酶類，只用底物名稱，如蔗糖酶、膽堿酯酶、蛋白酶等。（3）有時在底物名稱前面加上酶的來源，如血清谷氨酸-丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶、唾液淀粉酶等。（二）酶的命名1、習(xí)慣命名法1082、系統(tǒng)命名法國際酶學(xué)委員會規(guī)定系統(tǒng)命名法，它包括酶的系統(tǒng)名稱和4個用數(shù)字分類的酶編號。例如：ATP：葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶E.C2.7.1.1E.C表示按照國際酶學(xué)委員會的規(guī)定命名，第一個數(shù)字表示酶的分類（2為轉(zhuǎn)移酶類），后面數(shù)之分別表示亞類、亞亞類及其編號。2、系統(tǒng)命名法國際酶學(xué)委員會規(guī)定系統(tǒng)命名法，它包括酶的系統(tǒng)名109第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能

一、酶的化學(xué)組成根據(jù)酶蛋白的特點和分子大小，酶可以分成三類1、單體酶

2、寡聚酶3、多酶體系

只有一條多肽鏈。如：核糖核酸酶、胰蛋白酶和溶菌酶等。

多條多肽鏈組成，多肽鏈之間非共價鍵結(jié)合。

幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能

一、酶的化學(xué)組成根據(jù)酶蛋白的特點和分110根據(jù)酶的組成成份，將酶分成兩類：（1）單純酶（2）結(jié)合酶根據(jù)酶的組成成份，將酶分成兩類：（1）單純酶111（1）單純酶＊由蛋白質(zhì)構(gòu)成；＊酶的活性僅僅決定于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)；＊主要是一些水解酶類，例如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、脲酶等。（1）單純酶＊由蛋白質(zhì)構(gòu)成；112（2）結(jié)合酶＊酶結(jié)構(gòu)中除了含有蛋白質(zhì)之外，還含有非蛋白組分；＊大多數(shù)氧化還原酶類屬于結(jié)合酶；＊起催化作用的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，其他部分統(tǒng)稱為輔助因子，兩者結(jié)合成完整的分子稱為全酶。（2）結(jié)合酶＊酶結(jié)構(gòu)中除了含有蛋白質(zhì)之外，還含有非蛋白組分；113二、酶的輔助因子體內(nèi)酶的種類很多，而輔助因子的種類卻很少。一種酶蛋白只能與一種輔助因子結(jié)合，酶蛋白決定酶催化的專一性和高效性。一種輔助因子能與不同的酶蛋白結(jié)合，在酶促反應(yīng)中起傳遞氫、電子和某些化學(xué)基團(tuán)的作用，輔助因子決定酶促反應(yīng)的類型。二、酶的輔助因子體內(nèi)酶的種類很多，而輔助因子的種類卻很少。114二、酶的輔助因子按照輔助因子與酶蛋白結(jié)合的牢固程度，將酶的輔助因子分成兩類：（1）輔酶（2）輔基

與酶蛋白結(jié)合比較疏松（一般為非共價結(jié)合），可以用透析的方法除去

與酶蛋白結(jié)合牢固（一般為共價結(jié)合），不能用透析的方法除去二、酶的輔助因子按照輔助因子與酶蛋白結(jié)合的牢固程度，將酶的輔115二、酶的輔助因子按照輔助因子的化學(xué)本質(zhì)，將酶的輔助因子分成三類：（1）無機(jī)金屬元素（2）小分子有機(jī)物（3）蛋白質(zhì)輔酶二、酶的輔助因子按照輔助因子的化學(xué)本質(zhì)，將酶的輔助因子分成三116（一）無機(jī)離子對酶的作用有些酶本質(zhì)是金屬蛋白質(zhì)，金屬蛋白與酶蛋白牢固結(jié)合。有些酶本身不含有金屬離子，必須加入金屬離子才有活性，稱為金屬活化酶。（一）無機(jī)離子對酶的作用有些酶本質(zhì)是金屬蛋白質(zhì)，金屬蛋白與酶117（一）無機(jī)離子對酶的作用無機(jī)離子的作用主要有下面幾個方面：（1）維持酶分子的活性構(gòu)象，甚至參與活性中心；（2）通過本身的氧化還原傳遞電子；（3）將酶與底物連接起來；（4）所帶電荷可以影響酶的活性。（一）無機(jī)離子對酶的作用無機(jī)離子的作用主要有下面幾個方面：118表5-1酶分子中含有或需要的無機(jī)元素舉例無機(jī)元素酶無機(jī)元素酶Fe2+

或Fe3+

細(xì)胞色素Ca2+α淀粉酶（也需Cl－）Cu2+細(xì)胞色素氧化酶K+

丙酮酸激酶（也需Mn2+或Mg2+）Zn2+羧基肽酶Na+

質(zhì)膜ATP酶（也需K+及Mg2+）Mg2+己糖激酶Mo3+

黃嘌呤氧化酶Mn2+精氨酸酶Se谷胱甘肽過氧化物酶表5-1酶分子中含有或需要的無機(jī)元素舉例無機(jī)元素酶無機(jī)元素119（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔助因子的作用硫胺素α酮酸脫羧酶焦磷酸硫胺素(LTPP)α酮酸氧化脫羧酮基轉(zhuǎn)移硫辛酸α酮酸脫氫酶系二硫辛酸α酮酸氧化脫羧泛酸乙?；篙o酶A(CoA)轉(zhuǎn)移酰基核黃素(B2)各種黃酶黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)傳遞氫原子（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔助因子120（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔因子的作用尼克酰胺(PP)多種脫氫酶尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)傳遞氫原子生物素(H)羧化酶生物素傳遞CO2葉酸甲基轉(zhuǎn)移酶四氫葉酸“一碳基團(tuán)”轉(zhuǎn)移鈷胺素(B12)甲基轉(zhuǎn)移酶5-甲基鈷胺素5-脫氧腺苷鈷胺素甲基轉(zhuǎn)移吡哆醛(B6)轉(zhuǎn)氨酶磷酸吡哆醛轉(zhuǎn)氨、脫羧、消旋反應(yīng)（二）維生素與輔助因子的關(guān)系B族維生素酶輔助因子形式輔因子的121（三）蛋白質(zhì)類輔酶酶中某些蛋白質(zhì)不起催化作用，但是也是酶活性所必需的，稱為蛋白質(zhì)類輔酶。例如：硫氧還蛋白是核糖核苷酸還原酶的輔酶。（三）蛋白質(zhì)類輔酶酶中某些蛋白質(zhì)不起催化作用，但是也是酶活性122三、酶的結(jié)構(gòu)與功能

（一）酶的活性中心和必需基團(tuán)酶的活性中心是酶與底物結(jié)合并且發(fā)揮催化作用的部位，又稱為活性部位。酶活性中心內(nèi)的一些化學(xué)基團(tuán)，是酶發(fā)揮催化作用與底物直接作用的有效基團(tuán)，稱為活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)；酶活性中心外一些基團(tuán)與維持整個分子的空間構(gòu)象有關(guān)，這些基團(tuán)稱為活性中心外的必需基團(tuán)。就功能而論，活性部位內(nèi)的幾個氨基酸側(cè)鏈，又可以分為底物結(jié)合部位和催化部位。三、酶的結(jié)構(gòu)與功能

（一）酶的活性中心和必需基團(tuán)酶的活性中心123圖5-3胰凝乳蛋白酶活性部位示意圖圖5-3胰凝乳蛋白酶活性部位示意圖124（二）酶的活性中心與酶作用的專一性酶作用的專一性主要取決于酶活性中心的結(jié)構(gòu)特異性。例如：胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶水解酸性氨基酸（Lys、His）羧基肽鍵胰凝乳蛋白酶水解芳香族氨基酸（Phe、Tyr、Trp）羧基肽鍵。Asp（二）酶的活性中心與酶作用的專一性酶作用的專一性主要取決于酶125（三）空間結(jié)構(gòu)與催化活性酶的活性不僅與一級結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且與其空間結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，因為活性中心需要借助于一定的空間結(jié)構(gòu)才能得以維持。保持酶活性中心的空間結(jié)構(gòu)是維持酶活性所必需的。（三）空間結(jié)構(gòu)與催化活性酶的活性不僅與一級結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且與其126（四）酶原的激活某些酶在細(xì)胞中合成或初分泌時沒有活性，這些沒有活性的酶的前身稱為酶原，使酶原轉(zhuǎn)變成有活性的酶的作用稱為酶原激活。酶原激活機(jī)制主要是分子內(nèi)肽鏈的一處或多處斷裂，同時使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度的改變，從而形成酶活性中心所必需的構(gòu)象。（四）酶原的激活某些酶在細(xì)胞中合成或初分泌時沒有活性，這些沒127第三節(jié)酶的作用機(jī)制

一、酶能顯著降低反應(yīng)活化能酶能顯著降低活化能，所以表現(xiàn)出高度的催化效率。第三節(jié)酶的作用機(jī)制

一、酶能顯著降低反應(yīng)活化能酶能顯著降低128二、中間復(fù)合物學(xué)說與酶作用的過渡態(tài)由于酶與底物結(jié)合形成中間復(fù)合物，導(dǎo)致酶分子內(nèi)的某些化學(xué)鍵發(fā)生極化呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)（過渡態(tài)），大大降低了反應(yīng)的活化能，加速反應(yīng)的進(jìn)行。酶與底物結(jié)合形成中間復(fù)合物是一種非共價結(jié)合，依靠氫鍵、離子鍵、鹽鍵和范德華力等次級鍵來維持。二、中間復(fù)合物學(xué)說與酶作用的過渡態(tài)由于酶與底物結(jié)合形成中間復(fù)129三、酶作用高效率的機(jī)制（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)（二）底物變性和張力作用（三）共價催化作用（四）酸堿催化作用三、酶作用高效率的機(jī)制（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)130（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)“趨近”效應(yīng)是指A和B兩個底物分子結(jié)合在酶分子表面的某一狹小的局部區(qū)域，其反應(yīng)基團(tuán)相互靠近。酶可以使反應(yīng)物在其表面對著特定的基團(tuán)幾何定向，即具有“定向”效應(yīng)。這兩種效應(yīng)，使分子間的反應(yīng)類似與分子內(nèi)的反應(yīng)。（一）底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)“趨近”效應(yīng)是指A和B兩個131（二）底物變形與張力作用酶與底物結(jié)合后，使底物的敏感鍵發(fā)生變形。由于底物的誘導(dǎo)，酶分子的構(gòu)象也會發(fā)生變化，對底物產(chǎn)生張力作用使底物扭曲。（二）底物變形與張力作用酶與底物結(jié)合后，使底物的敏感鍵發(fā)生變132某些酶與底物結(jié)合形成反應(yīng)活性很高的共價中間產(chǎn)物。＊親電催化親核催化劑給底物提供電子對，形成共價鍵組氨酸咪唑基、絲氨酸羥基、半胱氨酸的巰基

＊親核催化親電催化劑從底物中吸取一對電子。（三）共價催化作用某些酶與底物結(jié)合形成反應(yīng)活性很高的共價中間產(chǎn)物。（三）共價催133（四）酸堿催化作用酶分子中功能基團(tuán)作為質(zhì)子的受體與供體，起廣義的酸堿催化作用。如氨基、羧基、巰基、酚羥基及咪唑基等。影響酸堿催化速度的因素：（1）酸堿的強(qiáng)度（2）功能基提供質(zhì)子或接受質(zhì)子的速度（四）酸堿催化作用酶分子中功能基團(tuán)作為質(zhì)子的受體與供體，起廣134四、核酶與抗體酶（一）核酶核酶是具有催化活性的RNA核酶的底物是RNA分子核酶的功能是切割和剪接RNA分子（二）抗體酶既有酶的活性又有抗體的活性的模擬酶四、核酶與抗體酶（一）核酶135第四節(jié)酶促反應(yīng)的動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)是討論酶催化反應(yīng)的速度及各種因素對反應(yīng)速度的影響。影響酶促反應(yīng)速度的因素有溫度、氫離子濃度、底物濃度、酶濃度、激活劑和抑制劑等。第四節(jié)酶促反應(yīng)的動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)是討論酶催化反應(yīng)的速度136VVm?VmKm123[S]圖5-10底物濃度與酶促反應(yīng)速度之間關(guān)系一、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響第一段：一級反應(yīng)第二段：混合級反應(yīng)第三段：零級反應(yīng)VVm?VmKm123[S]圖5-10底物濃度與酶促反應(yīng)速137（一）米氏方程及其推導(dǎo)*米氏方程反映了底物濃度與酶促反應(yīng)速度之間的定量關(guān)系，式中Vmax為最大反應(yīng)速度，［S］為底物濃度，Km為米氏常數(shù)，V為底物濃度不足以產(chǎn)生最大速度時的反反應(yīng)速度。*當(dāng)?shù)孜餄舛群苄r，得到：*當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r，得到：（一）米氏方程及其推導(dǎo)*米氏方程反映了底物濃度與酶促反應(yīng)速度138（二）米氏常數(shù)（Km）的意義米氏常數(shù)Km為酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度。單位是mol/L

是酶的特征性常數(shù)當(dāng)pH、溫度和離子強(qiáng)度等因素不變時，Km恒定。Km值的范圍一般在10-7~10-1mol/L之間（二）米氏常數(shù)（Km）的意義米氏常數(shù)Km為酶促反應(yīng)速度達(dá)到最139（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（1）同一種酶如果有幾種底物，就有幾個Km值，其中Km值最小的底物稱為該酶的最適底物或天然底物。Km值越小，表明酶對底物的親合力越大。（2）已知某一種酶的Km值，可以計算在某一底物濃度下，反應(yīng)速度相當(dāng)于Vmax的百分率。（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（1）同一種酶如果有幾種底物，就140（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（3）在測定酶的活性時，一般［S］需要在Km值的10倍以上。（4）催化可逆反應(yīng)的酶，對正逆兩向底物的Km值不同。（5）當(dāng)一系列不同的酶催化一個代謝過程的鏈鎖反應(yīng)時，可以通過確定酶的Km值的底物濃度尋找限速步驟。ACB10-2

10-3

10-4

D（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（3）在測定酶的活性時，一般［S141（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（6）了解酶的Km值及其底物在細(xì)胞中的濃度可以推測酶在細(xì)胞內(nèi)是否受到底物濃度的調(diào)節(jié)。（7）測定不同抑制劑對酶Km和Vmax的影響，可以區(qū)別抑制劑的類型。（二）米氏常數(shù)（Km）的應(yīng)用（6）了解酶的Km值及其底物在細(xì)142（三）米氏常數(shù)的求法1、LineweaverBurk方程（雙倒數(shù)作圖法）1/V1/Vmax-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]圖5-11雙倒數(shù)(LineweaverBurk)作圖法（三）米氏常數(shù)的求法1、LineweaverBurk方程（1432、Hanes作圖法[S]/VKm/Vmax-Km斜率=1/Vmax[S]圖5-12Hanes作圖法2、Hanes作圖法[S]/VKm/Vmax-Km斜率=1/144二、pH的影響與最適pH酶表現(xiàn)最大活力時的pH稱為酶的最適pHpH對酶反應(yīng)速度的影響主要原因：影響酶和底物的解離影響酶分子的構(gòu)象二、pH的影響與最適pH酶表現(xiàn)最大活力時的pH稱為酶的最適p145三、溫度的影響與最適溫度倒U型曲線某一溫度時，酶促反應(yīng)速度最大，稱為酶的最適溫度。酶的最適溫度與底物濃度、pH、離子強(qiáng)度和保溫時間等多種因素有關(guān)。三、溫度的影響與最適溫度倒U型曲線146四、酶濃度的影響一定條件下，酶濃度與反應(yīng)速度成正比。速度酶濃度圖5-15反應(yīng)速度與酶濃度的關(guān)系四、酶濃度的影響一定條件下，酶濃度與反應(yīng)速度成正比。速度酶濃147五、激活劑的影響能夠提高酶的活性，加速酶促反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)稱為酶的激活劑。無機(jī)離子：Na2+、K2+、Ca2+、Mg2+、Cl-等小分子物質(zhì)：維生素C、半胱氨酸、還原型谷胱甘肽等，對巰基酶具有激活作用。能夠除去抑制劑的物質(zhì)：EDTA激活劑的作用是相對的五、激活劑的影響能夠提高酶的活性，加速酶促反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)稱為148六、抑制劑的影響酶分子中必需基團(tuán)（主要是指酶活性中心上的一些基團(tuán)）的性質(zhì)受到某些化學(xué)物質(zhì)的影響而發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活性的降低或喪失，稱為抑制作用。能夠?qū)γ钙鹨种谱饔玫奈镔|(zhì)稱為酶抑制劑。抑制劑對酶有一定的選擇性。（一）不可逆抑制（二）可逆抑制六、抑制劑的影響酶分子中必需基團(tuán)（主要是指酶活性中心上的一些149（一）不可逆抑制＊抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價鍵結(jié)合而引起酶活性喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活力。＊抑制作用隨抑制劑濃度增加而逐漸增加。1、非專一性不可逆抑制2、專一性不可逆抑制（一）不可逆抑制＊抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價鍵結(jié)合而引起酶活1501、非專一性不可逆抑制抑制劑與酶分子中一類或幾類基團(tuán)作用，無論必需基團(tuán)與否，都進(jìn)行共價結(jié)合。1、非專一性不可逆抑制抑制劑與酶分子中一類或幾類基團(tuán)作用，無1511、專一性不可逆抑制抑制劑專一作用于酶的活性中心或其必需基團(tuán)，進(jìn)行共價結(jié)合，從而抑制酶的活性1、專一性不可逆抑制抑制劑專一作用于酶的活性中心或其必需基團(tuán)152（二）可逆抑制抑制劑與酶非共價結(jié)合引起酶活性喪失或降低，可以用透析等物理方法除去抑制劑，恢復(fù)酶的活性。分三類：（1）競爭性抑制（2）非競爭性抑制（3）反競爭性抑制（二）可逆抑制抑制劑與酶非共價結(jié)合引起酶活性喪失或降低，可以1531、競爭性抑制抑制劑和底物對酶的結(jié)合有競爭作用酶底物酶ab競爭性抑制劑1、競爭性抑制抑制劑和底物對酶的結(jié)合有競爭作用酶底物酶ab競154競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km增大，Vmax不變，Km／Vmax增大（2）Kmapp隨著［I］增大而增大（3）抑制程度與［I］成正比，與［S］成反比。圖5-17競爭性抑制動力學(xué)圖a、[S]對V作圖b、LineweaverBurk雙倒數(shù)作圖VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/V-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]-1/Km(1+[I]/Ki)斜率=Km/Vmax1(1+[I]/Ki)無I有I競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km增大，Vmax不155競爭性抑制的典型例子I：

丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制競爭性抑制的典型例子I：

丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制156競爭性抑制的典型例子II：磺胺類藥物競爭性抑制的典型例子II：磺胺類藥物1572、非競爭性抑制底物與和抑制劑與酶的結(jié)合互不相關(guān)抑制劑可以與游離的酶結(jié)合，也可以與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，但是不能釋放出產(chǎn)物酶底物a非競爭性抑制劑酶底物c2、非競爭性抑制底物與和抑制劑與酶的結(jié)合互不相關(guān)酶底物a非競158VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/Vmax-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]-1/Vmax(1+[I]/Ki)斜率=Km/Vmax1(1+[I]/Ki)無I有I圖5-17非競爭性抑制動力學(xué)圖a、[S]對V作圖b、LineweaverBurk雙倒數(shù)作圖非競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km不變，Vmax減小，Km／Vmax增大（2）Vmaxapp隨著［I］增大而減?。?）抑制程度與［I］成正比，與［S］無關(guān)VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/Vmax-1/Km斜1593、反競爭性抑制抑制劑不與游離的酶結(jié)合，與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，不能釋放出產(chǎn)物3、反競爭性抑制抑制劑不與游離的酶結(jié)合，與酶-底物復(fù)合物結(jié)合160反競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km和Vmax都減小，Km／Vmax不變（2）Kmapp和Vmaxapp隨著［I］增大而減小（3）抑制程度與［I］成正比，與［S］成正比圖5-17反競爭性抑制動力學(xué)圖a、[S]對V作圖b、LineweaverBurk雙倒數(shù)作圖VKm[S]Kmapp無I有I1/V1/Vmax-1/Km斜率=Km/Vmax1/[S]-1/Vmax(1+[I]/Ki)無I有I-1/Km(1+[I]/Ki)反競爭性抑制的動力學(xué)特點：（1）I存在時，Km和Vmax都減161表5-3三類抑制作用的動力學(xué)比較抑制種類Lineweaver-Burk作圖法表觀Vmax(Vmaxapp)表觀Km(Kmapp)斜率縱軸截距橫軸截距直線交點無KmVmax1Vmax－1KmVmaxKm競爭性抑制作用增大不變減小縱軸不變增大非競爭性抑制作用增大增大不變橫軸減小不變反競爭性抑制作用不變增大增大無交點減小減小表5-3三類抑制作用的動力學(xué)比較抑制種類Lineweave162（三）過渡態(tài)類似物某種類似于一個酶促反應(yīng)中底物的過渡態(tài)的物質(zhì)是酶的有效抑制劑，這種物質(zhì)稱為過渡態(tài)類似物。（三）過渡態(tài)類似物某種類似于一個酶促反應(yīng)中底物的過渡態(tài)的物質(zhì)163自殺底物專一性不可逆抑制劑在與酶作用的時候，通過酶的催化作用，其中某一基團(tuán)被活化，使抑制劑與酶發(fā)生共價結(jié)合從而抑制酶的活性，如同酶的自殺，這類抑制劑稱為自殺底物。