生物化學(xué)合工大第三章酶

第三章酶

第一節(jié)酶通論第二節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第三節(jié)酶的作用機(jī)制第四節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)第一節(jié)酶通論一、酶的研究歷史1857巴斯德提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)果。1分子Glc→2分子乙醇+2分子CO2從Glc開(kāi)始，經(jīng)過(guò)12種酶催化，12步反應(yīng)，生成乙醇。1897Buchner兄弟證明發(fā)酵與細(xì)胞的活動(dòng)無(wú)關(guān)，不含細(xì)胞的酵母汁也能進(jìn)行乙醇發(fā)酵。1926Sumner首次從刀豆中提出脲酶結(jié)晶，并證明具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)。

J.B.SumnerJ.H.Northrop

1969化學(xué)合成核糖核酸酶。

1967-1970從E.coli

中發(fā)現(xiàn)第I、第II類(lèi)限制性核酸內(nèi)切酶。

20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，還有一些抗體也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊?！?983年美國(guó)S.Altman等研究RNaseP（由20%蛋白質(zhì)和80%的RNA組成），發(fā)現(xiàn)RNaseP中的RNA可催化E.colitRNA的前體加工。SidneyAltmanYaleUniversityNewHaven,CT,USA·抗體酶（abzyme）

抗體：與抗原特異結(jié)合的免疫球蛋白。

抗體酶：指具有催化功能的抗體分子，在抗體分子的可變區(qū)（即肽鏈的N端）是識(shí)別抗原的活性區(qū)域，這部分區(qū)域被賦予了酶的屬性。

1986年美國(guó)Schultz和Lerner兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)在Science上發(fā)表論文，報(bào)道他們成功地運(yùn)用單克隆抗體技術(shù)制備了具有酶活性的抗體（catalyticantibody）?！び行〥NA也有催化活性（脫氧核酶，Deoxyribozyme）

1995年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子亦具有催化活性。酶及生物催化劑概念的發(fā)展……克隆酶、遺傳修飾酶蛋白質(zhì)工程新酶生物催化劑（Biocatalyst）蛋白質(zhì)類(lèi)：Enzyme(天然酶、生物工程酶)核酸類(lèi)：Ribozyme;Deoxyribozyme模擬生物催化劑三、酶作為生物催化劑的特點(diǎn)1．高效性2．專(zhuān)一性3．反應(yīng)條件溫和4.酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制酶的催化效率比化學(xué)催化劑高107-1013倍，比非催化反應(yīng)高108-1020倍。例如：過(guò)氧化氫分解

2H2O22H2O+O2用Fe+催化，效率為6×10-4

mol/mol·S，而用過(guò)氧化氫酶催化，效率為6×106mol/mol·S。用-淀粉酶催化淀粉水解，1克結(jié)晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。1．高效性E+SP+EES能量水平反應(yīng)過(guò)程GE1E2即酶只能對(duì)特定的一種或一類(lèi)底物起作用，這種專(zhuān)一性是由酶蛋白的立體結(jié)構(gòu)所決定的?？煞譃椋航^對(duì)專(zhuān)一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個(gè)反應(yīng)，而不作用于任何其它物質(zhì)。相對(duì)專(zhuān)一性：這類(lèi)酶對(duì)結(jié)構(gòu)相近的一類(lèi)底物都有作用。包括鍵專(zhuān)一性和基團(tuán)專(zhuān)一性。立體異構(gòu)專(zhuān)一性：這類(lèi)酶不能辨別底物不同的立體異構(gòu)體，只對(duì)其中的某一種構(gòu)型起作用，而不催化其他異構(gòu)體。包括光學(xué)專(zhuān)一性

和幾何異構(gòu)專(zhuān)一性。2．專(zhuān)一性基團(tuán)(group)專(zhuān)一性。如-葡萄糖苷酶，催化由-葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但對(duì)于糖苷的另一端沒(méi)有嚴(yán)格要求。鍵(Bond)專(zhuān)一性。如酯酶催化酯的水解，對(duì)于酯兩端的基團(tuán)沒(méi)有嚴(yán)格的要求。相對(duì)專(zhuān)一性酶促反應(yīng)一般在常溫、常壓、中性pH條件下進(jìn)行。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。3．反應(yīng)條件溫和（一）根據(jù)酶的化學(xué)組成分類(lèi)：1單純酶：只含有蛋白質(zhì)成分，如：脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。2結(jié)合酶：含有蛋白成分（酶蛋白）決定酶的專(zhuān)一性和非蛋白成分（輔助因子）傳遞電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)（決定反應(yīng)類(lèi)型）。

四、酶的分類(lèi)全酶=酶蛋白+輔助因子輔助因子與酶蛋白結(jié)合比較疏松的小分子有機(jī)物。與酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機(jī)物。金屬離子作為輔助因子。金屬離子輔酶輔基酶蛋白和輔助因子單獨(dú)存在均無(wú)催化活性，只有二者結(jié)合為全酶才有催化活性。（二）根據(jù)酶蛋白結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)單體酶：由一條或多條共價(jià)相連的肽鏈組成的酶分子。一般為水解酶。寡聚酶：由兩條或多條肽鏈組成的酶分子。為大多數(shù)酶。

多酶復(fù)合體：由多種酶彼此鑲嵌成的復(fù)合體,它們相互配合依次進(jìn)行，催化連續(xù)的一系列相關(guān)反應(yīng)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體。多功能酶：一條多肽鏈上含有兩種或兩種以上催化活性的酶，往往是基因融合的產(chǎn)物。脂肪酸合成酶。五、酶的命名（1）習(xí)慣命名方法1.根據(jù)作用底物來(lái)命名，如淀粉酶、蛋白酶等。2.根據(jù)所催化的反應(yīng)的類(lèi)型命名，如脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶等。3.兩個(gè)原則結(jié)合起來(lái)命名，如丙酮酸脫羧酶等。4.根據(jù)酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)來(lái)命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。(2)國(guó)際系統(tǒng)命名法

系統(tǒng)名稱(chēng)包括底物名稱(chēng)、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)。例如：酶催化的反應(yīng):

谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸

習(xí)慣名稱(chēng):谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱(chēng):丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶

(3)酶的國(guó)際分類(lèi)法及編號(hào)

國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)根據(jù)酶催化的反應(yīng)類(lèi)型，將酶分為六大類(lèi)，分別用1、2、3、4、5、6的編號(hào)來(lái)表示。氧化-還原酶催化氧化-還原反應(yīng)。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如:乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。1氧化-還原酶OxidoreductaseAH2+B（O2）+BH2（H2O2，H2O）A轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。2轉(zhuǎn)移酶TransferaseA·X+BA+B·X水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：3水解酶hydrolaseAOH+BHAB+H2O裂合酶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)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。

4裂合酶Lyase

ABA+B異構(gòu)酶催化各種同分異構(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。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。

5異構(gòu)酶Isomerase

AB常見(jiàn)的有消旋和變旋、醛酮異構(gòu)、順?lè)串悩?gòu)和變位酶類(lèi)。合成酶，又稱(chēng)為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應(yīng)。這類(lèi)反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H2O===AB+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng):

丙酮酸+CO2+ATP+H2O草酰乙酸+ADP+Pi

6合成酶LigaseorSynthetase

核酶是唯一的非蛋白酶。它是一類(lèi)特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應(yīng)。

7核酶（催化核酸）ribozyme

乳酸脫氫酶EC1.1.1.27第1大類(lèi)，氧化還原酶第1亞類(lèi)，氧化基團(tuán)CHOH第1亞亞類(lèi)，H受體為NAD+該酶在亞亞類(lèi)中的順序編號(hào)每個(gè)酶都有一個(gè)有四個(gè)數(shù)字組成的編號(hào)六、酶活力的測(cè)定

1.酶活力:又稱(chēng)為酶活性，指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。通常以在一定條件下酶所催化的化學(xué)反應(yīng)(初)速度來(lái)表示。

因此酶活力可用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的增加量表示，單位為濃度/單位時(shí)間。

研究酶促反應(yīng)速度，以酶促反應(yīng)的初速度為準(zhǔn)（底物消耗低于5%）。酶促反應(yīng)的速度曲線2.酶活力測(cè)定的基本原理

一般對(duì)酶的測(cè)定不是直接測(cè)定其酶蛋白濃度,而是測(cè)定其催化化學(xué)反應(yīng)的能力。這是基于

①在最優(yōu)化條件下(最適溫度、最適pH、最適緩沖液等)，②當(dāng)?shù)孜镒銐颍ㄟ^(guò)量，[S]>>[E]

）

，③在酶促反應(yīng)的初始階段，酶促反應(yīng)的速度（初速度）與酶的濃度成正比（即V=K［E］）。故酶活力測(cè)定的是化學(xué)反應(yīng)速度，一定條件下可代表酶活性分子濃度。3.酶活力的表示方法(1)酶活力單位U（Unit）：是衡量酶活力大小的計(jì)量單位,又稱(chēng)酶單位，規(guī)定條件（最適條件）下一定時(shí)間內(nèi)催化完成一定化學(xué)反應(yīng)量所需的酶量。

根據(jù)不同情況有幾種酶活力單位：

①?lài)?guó)際單位IU：1961年，在最適條件下每分鐘轉(zhuǎn)化1μmol底物所需要的酶量為一個(gè)酶活力單位。即1IU=1μmol/min②國(guó)際單位Kat：1972年，指在最適條件下1秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1mol底物所需的酶量。即1Kat=1mol/s

Kat和IU的換算關(guān)系：1Kat=6×107

IU，1IU=16.67nKat③習(xí)慣單位:在實(shí)際使用中,不同酶有各自的規(guī)定,如:

糖化酶活力單位:在規(guī)定條件下,每小時(shí)轉(zhuǎn)化可溶性淀粉產(chǎn)生1mg還原糖(以葡萄糖計(jì))所需的酶量為1個(gè)酶單位。蛋白酶活力單位：規(guī)定條件下，每分鐘分解底物酪蛋白產(chǎn)生1μg酪氨酸所需的酶量。(2)比活力（specificactivity）

酶的比活力（比活性）：每單位（一般是mg）蛋白質(zhì)中的酶活力單位數(shù)（酶單位/mg蛋白）。實(shí)際應(yīng)用中也用每單位制劑中含有的酶活力數(shù)表示（如：酶單位/mL（液體制劑），酶單位/g（固體制劑）），

對(duì)同一種酶來(lái)講，比活力愈高則表示酶的純度越高（含雜質(zhì)越少），所以比活力是評(píng)價(jià)酶純度高低的一個(gè)指標(biāo)。在評(píng)價(jià)純化酶的操作方法是優(yōu)劣時(shí)，要同時(shí)考慮兩個(gè)概念：純化倍數(shù)與回收率純化倍數(shù)=某純化操作后的比活力/第一步操作后的比活力回收率=某純化操作后的總活力/第一步操作后的總活力

總活力＝單位體積的酶活力(U/ml)×分離溶液總體積(ml)第二節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速度以及影響酶反應(yīng)速度的各種因素的科學(xué)。

影響酶反應(yīng)速度的因素有：底物濃度、酶濃度、溫度、pH值、激活劑、抑制劑等。在低底物濃度時(shí),反應(yīng)速度與底物濃度成正比，為一級(jí)反應(yīng)。底物濃度增大與速度的增加不成正比,為混合級(jí)反應(yīng).當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（V

max），此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級(jí)反應(yīng)。一、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響(一)V-S曲線底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)初速度的影響V

初Vmax1913年，德國(guó)化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)對(duì)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了表示整個(gè)反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的著名公式，稱(chēng)為米氏方程。（二）米氏方程根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)，酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行:米氏方程的推導(dǎo)：米氏方程當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時(shí),即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時(shí)的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。（三）米氏常數(shù)的意義及測(cè)定Km—米氏常數(shù)Vmax—最大反應(yīng)速度米氏常數(shù)Km的意義不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個(gè)重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測(cè)定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。

米氏常數(shù)的測(cè)定基本原則：將米氏方程變化成相當(dāng)于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出Km。例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數(shù)形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數(shù)Km的測(cè)定：酶的Km在實(shí)際應(yīng)用中的意義鑒定酶：通過(guò)測(cè)定Km，可鑒別不同來(lái)源或相同來(lái)源但在不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同反應(yīng)的酶是否是屬于同一種酶。判斷酶的最適底物（天然底物）。計(jì)算一定速度下底物濃度。了解酶的底物在體內(nèi)具有的濃度水平。判斷反應(yīng)方向或趨勢(shì)。判斷抑制類(lèi)型。二、酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

在有足夠底物和其他條件不變的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。當(dāng)[S]>>[E]時(shí)，V=K3×[E]三、溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

一方面是溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個(gè)最適溫度。在最適溫度條件下,反應(yīng)速度最大。

最適溫度不是一個(gè)固定的常數(shù)，它隨底物的種類(lèi)、濃度,溶液的離子強(qiáng)度,pH,反應(yīng)時(shí)間等的影響。例:反應(yīng)時(shí)間短，最適溫度高。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，最適溫度低。四、pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

1．酶反應(yīng)的最適pH（optimumpH）

酶的最適pH也不是一個(gè)固定的常數(shù)，它受到底物的種類(lèi)、濃度;緩沖液的種類(lèi)、濃度;酶的純度;反應(yīng)的溫度、時(shí)間等的影響。例:堿性磷酸酶催化磷酸苯酯水解時(shí)

[s]為2.5x10-5M，最適pH為8.3[s]為2.5x10-2M，最適pH為10.02．pH影響反應(yīng)速度的原因

(1)pH影響了酶分子、底物分子和ES復(fù)合物的解離狀態(tài)。

(2)過(guò)高、過(guò)低的pH導(dǎo)致酶蛋白變性。五、激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

酶的激活劑1.無(wú)機(jī)離子（1）一些金屬離子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等。（2）陰離子：如Cl-、Br-、I-、CN-等（3）氫離子凡能提高酶活力的物質(zhì)都是酶的激活劑。如：Cl-是唾液淀粉酶的激活劑。2.有機(jī)分子

還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA激活酶原的酶六、抑制劑對(duì)酶活性的影響使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱(chēng)為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱(chēng)為抑制劑。抑制劑并非變性劑，抑制劑具有不同程度的選擇性。酶的抑制劑一般具備兩個(gè)方面的特點(diǎn)：a.在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過(guò)渡狀態(tài)相似。b.能夠與酶以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合物。抑制劑類(lèi)型和特點(diǎn)

競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑可逆抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑非專(zhuān)一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑專(zhuān)一性不可逆抑制劑抑制作用的類(lèi)型：(一)不可逆抑制作用：抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。（二）可逆抑制作用(reversibleinhibition)及其動(dòng)力學(xué)

E+IEI抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過(guò)透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類(lèi)。1.竟?fàn)幮砸种颇承┮种苿┑幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。

+IEIESP+EE+S競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

實(shí)例：磺胺藥物的藥用機(jī)理H2N--SO2NH2對(duì)氨基苯磺酰胺H2N--COOH對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸例:丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制作用

此酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑還有：競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用特點(diǎn)：1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)十分相似，二者競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合部位。4）Vmax不變，Km增大2）抑制程度取決于I和S的濃度以及與酶結(jié)合的親和力大小。[S]vV/2kmkm′無(wú)I有I3）可以通過(guò)增大底物濃度，即提高底物的競(jìng)爭(zhēng)能力來(lái)消除。2.非竟?fàn)幮砸种泼缚赏瑫r(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)致酶活性下降。抑制劑與活性中心以外的基團(tuán)結(jié)合，不與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，所以稱(chēng)為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的-SH基團(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

+IEI+SESIESP+EE+S+I實(shí)例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)：1）抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，抑制劑與酶活性中心以外的基團(tuán)結(jié)合。2）Vm下降，Km不變3）非竟?fàn)幮砸种撇荒芡ㄟ^(guò)增大底物濃度的方法來(lái)消除。[S]v無(wú)IV/2km有I(′)3、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

ESIESP+EE+S+I酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，引起酶活性下降。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)：1）抑制劑與酶和底物的復(fù)合物結(jié)合。2）Km和Vm下降3）底物濃度增加，抑制作用加強(qiáng)。有無(wú)抑制劑存在時(shí)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程

表觀第三節(jié)酶的作用機(jī)制酶活性中心結(jié)合部位：與底物結(jié)合,使底物與酶的一定構(gòu)象形成復(fù)合物，決定酶的專(zhuān)一性。催化部位：影響底物中某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的部位,決定酶的催化效率和催化反應(yīng)的性質(zhì)。一、酶的活性中心1.活性中心：酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的少數(shù)氨基酸殘基形成的一定空間結(jié)構(gòu)。包括底物結(jié)合部位和催化部位。結(jié)合部位(Bindingsite)：酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域。酶活性中心的特點(diǎn)酶活性中心的特點(diǎn)酶的活性中心只有幾個(gè)氨基酸組成，多為極性氨基酸。b.酶的活性中心是一個(gè)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，活性中心的幾個(gè)氨基酸殘基在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，甚至位于不同肽鏈上，通過(guò)肽鏈的盤(pán)繞折疊而在空間結(jié)構(gòu)上相互靠近，形成一個(gè)能與底物結(jié)合并催化底物形成產(chǎn)物的位于酶蛋白分子表面的特化的空間區(qū)域。c.酶的活性中心與底物的結(jié)合通過(guò)次級(jí)鍵。d.酶的活性中心具有柔性，可與底物誘導(dǎo)契合發(fā)生相互作用。e.酶的活性中心位于酶分子表面的”空穴“中，為非極性環(huán)境。2.必需基團(tuán)：在酶分子中有一些基團(tuán)對(duì)維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象及發(fā)揮正常的催化活性是必需的，若將這些基團(tuán)改變后會(huì)導(dǎo)致酶的催化活性減弱甚至喪失，這些基團(tuán)稱(chēng)為必需基團(tuán)?；钚灾行膬?nèi)外都可以有必需基團(tuán)。酶必需基團(tuán)非必需基團(tuán)活性中心活性中心外基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)二、酶作用專(zhuān)一性的機(jī)制

酶分子活性中心部位，一般都含有多個(gè)具有催化活性的手性中心，這些手性中心對(duì)底物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使反應(yīng)可以按單一方向進(jìn)行。1.鎖鑰學(xué)說(shuō)鎖鑰學(xué)說(shuō)：認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣。

2.誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶表面并沒(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)才形成了互補(bǔ)形狀.E+SP+EES能量水平反應(yīng)過(guò)程GE1E2酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。

E+SE-SP+E（一）中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)三、酶作用高效性的機(jī)制（二）影響酶催化效率的有關(guān)因素1.鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)在酶促反應(yīng)中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應(yīng)速度；另一方面，由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基團(tuán)的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中參與反應(yīng)的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)格定向定位，使酶促反應(yīng)具有高效率和專(zhuān)一性特點(diǎn)。

鄰近定向效應(yīng)底物與酶結(jié)合誘導(dǎo)酶的分子構(gòu)象變化，變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生“張力”甚至“形變”，從而促使酶－底物中間產(chǎn)物進(jìn)入過(guò)渡態(tài)。

2.“張力”與“形變”酶分子中的廣義酸、堿基團(tuán)通過(guò)提供部分質(zhì)子或接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的作用。3.酸－堿催化His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化功能團(tuán)。4.共價(jià)催化

催化劑通過(guò)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，稱(chēng)為共價(jià)催化。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價(jià)催化作用。

5.金屬離子催化作用

金屬離子可以和水分子的OH-結(jié)合，使水顯示出更大的親核催化性能。提高水的親核性能

電荷屏蔽作用電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個(gè)重要功能。多種激酶(如磷酸轉(zhuǎn)移酶)的底物是Mg2+－ATP復(fù)合物。

電子傳遞中間體

許多氧化-還原酶中都含有銅或鐵離子，它們作為酶的輔助因子起著傳遞電子的功能。

6.酶活性中心的疏水環(huán)境效應(yīng)

第四節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)包括兩個(gè)方面：調(diào)節(jié)酶濃度：酶的誘導(dǎo)與阻遏、酶的選擇性降解調(diào)節(jié)酶活性：別構(gòu)調(diào)節(jié)、可逆的共價(jià)修飾、酶原激活、同工酶形式的調(diào)節(jié)。一、別構(gòu)調(diào)節(jié)（allostericregulation）1.別構(gòu)調(diào)節(jié)

當(dāng)酶分子與某些化合物非共價(jià)結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象改變，從而引起酶活性的變化，這種調(diào)節(jié)稱(chēng)別構(gòu)調(diào)節(jié)。受別構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱(chēng)別構(gòu)酶（或變構(gòu)酶），引起酶的活性受到別構(gòu)調(diào)節(jié)的化合物稱(chēng)效應(yīng)物（或別構(gòu)劑）。

正效應(yīng)物——?jiǎng)e構(gòu)激活負(fù)效應(yīng)物——?jiǎng)e構(gòu)抑制具有類(lèi)似血紅蛋白那樣的別構(gòu)效應(yīng)！酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖效應(yīng)物別構(gòu)中心活性中心（1）一般是寡聚酶，由多亞基組成。（2）具有活性中心和別構(gòu)中心，它們位于不同的亞基或同一亞基的不同部位上。（3）多數(shù)別構(gòu)酶不止一個(gè)活性中心，活性中心間有協(xié)同效應(yīng)，酶和一個(gè)配體（底物，調(diào)節(jié)物）結(jié)合后可以影響酶和另一個(gè)配體（底物）的結(jié)合能力；有的別構(gòu)酶不止一個(gè)別構(gòu)中心，可以接受不同化合物的調(diào)節(jié)。（4）不遵循米氏方程，動(dòng)力學(xué)曲線為S型（正協(xié)同效應(yīng)）或表觀雙曲線（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）2.別構(gòu)酶的特點(diǎn)別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶動(dòng)力學(xué)曲線的比較別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡(jiǎn)稱(chēng)ATCaseATCase的結(jié)構(gòu)及其別構(gòu)作用

無(wú)催化活性構(gòu)象(T-型)CCCCCC

RRRRRR有催化活性構(gòu)象(R-型)CCCCCCRRRRRRATP（正效應(yīng)劑）CTP（負(fù)效應(yīng)劑）相同（均為底物）：同促效應(yīng)（homotropiceffect）不同（效應(yīng)調(diào)節(jié)物）：異促效應(yīng)（heterotropiceffect）根據(jù)配體結(jié)合后對(duì)后繼配體的影響根據(jù)配體性質(zhì)正協(xié)同效應(yīng)（positivecooperativeeffect）負(fù)協(xié)同效應(yīng)（negativecooperativeeffect）3.別構(gòu)酶調(diào)節(jié)酶活性的機(jī)理

a.齊變模型(MWC模型）該模型的要點(diǎn):b.序變模型（sequentialmodel，也稱(chēng)KNF模型）該模型的要點(diǎn):二、共價(jià)調(diào)節(jié)酶（covalentlymodulatedenzymes）

常見(jiàn)的是磷酸化/脫磷酸化，腺苷?；?脫腺苷?；?，乙?；?脫乙酰化，尿苷酰化/脫尿苷?；谆?脫甲基化，S-S/SH相互轉(zhuǎn)變，共6種類(lèi)型。共價(jià)調(diào)節(jié)酶：酶分子被其他酶催化進(jìn)行可逆的共價(jià)修飾，從而引起酶活性的改變。共價(jià)調(diào)節(jié)酶最典型的例子是動(dòng)物組織的糖原磷酸化酶

磷酸化酶磷酸酶磷酸化酶激酶

磷酸化酶a（有活性）

磷酸化酶b（無(wú)活性）

磷酸化酶a和磷酸化酶b的轉(zhuǎn)變過(guò)程+三、酶原及酶原的激活

1.酶原（zymogen）：酶無(wú)活性的前體。

2.酶原的激活：從無(wú)活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^(guò)程。4.酶原激活的本質(zhì)：酶原的激活實(shí)質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過(guò)程。3.激活劑

：能使無(wú)活性的酶原激活的物質(zhì)。胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意圖

胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶胰蛋白酶對(duì)各種胰臟蛋白酶的激活作用

胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶5.酶原存在的意義

消化道內(nèi)蛋白酶以酶原形式分泌，避免細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自身消化，并使酶在