2023學(xué)年完整公開(kāi)課版酶促反應(yīng)

酶促反應(yīng)第四節(jié)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)Themechanismandregulationofenzyme一、酶的結(jié)構(gòu)（活性中心）必需基團(tuán)(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)?；蚍Q(chēng)活性部位(activesite)，指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。酶的活性中心(activecenter)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(tuán)(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。活性中心外的必需基團(tuán)底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心目錄溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團(tuán)；*A~F為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。二、酶促反應(yīng)的機(jī)理（一）酶-底物中間復(fù)合物的形成酶底物復(fù)合物

E+S

E+P

ESES的形成改變了化學(xué)反應(yīng)的途徑，大幅度降低了反應(yīng)的活化能。（二）趨近效應(yīng)與定向作用

10（三）“變形”與“契合”

酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過(guò)程稱(chēng)為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說(shuō)。（四）酸堿催化作用酶參與的酸-堿催化反應(yīng)一般都是廣義的酸-堿催化方式。廣義酸-堿催化是指通過(guò)質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子，或是通過(guò)質(zhì)子堿接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的過(guò)程。（五）共價(jià)催化作用酶與底物通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合形成極不穩(wěn)定的酶-底物復(fù)合物，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的作用。13

酶的活性中心多是酶分子內(nèi)部的疏水“口袋”，酶反應(yīng)在此疏水環(huán)境中進(jìn)行，使底物分子脫溶劑化(desolvation)，排除周?chē)罅克肿訉?duì)酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物與酶分子的密切接觸和結(jié)合。這種現(xiàn)象稱(chēng)為表面效應(yīng)(surfaceeffect)。

（六）表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化1.關(guān)于酶的特性，下列表述中錯(cuò)誤的是

A.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的有機(jī)物

B.化學(xué)反應(yīng)前后，酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量不變

C.酶的催化效率很高，但易受溫度和酸堿度影響

D.一旦離開(kāi)活細(xì)胞，酶就失去催化能力2.能水解脂肪酶的酶是

A.淀粉酶B.蛋白酶C.脂肪酶D.麥芽糖酶練習(xí)3.在過(guò)氧化氫酶溶液中加入雙縮脲試劑，其結(jié)果應(yīng)該是

A.產(chǎn)生氣泡B.溶液呈藍(lán)色

C.溶液呈紫色D.產(chǎn)生磚紅色沉淀4.常溫常壓下，要使過(guò)氧化氫溶液迅速放出大量的氧氣，應(yīng)投入

A.煮熟豬肝B.冰凍豬肝

C.生銹鐵釘D.新鮮豬肝5.同一個(gè)體內(nèi)的各類(lèi)活細(xì)胞所含有的酶

A.種類(lèi)有差異，數(shù)量相同

B.種類(lèi)有差異，數(shù)量不同

C.種類(lèi)無(wú)差異，數(shù)量相同

D.種類(lèi)無(wú)差異，數(shù)量不同6.細(xì)胞內(nèi)合成酶的主要的場(chǎng)所是

A.細(xì)胞質(zhì)

B.線粒體

C.核糖體D.

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)7.1997年，英國(guó)的“克隆”羊備受世界關(guān)注。“克隆”羊的關(guān)鍵技術(shù)之一是找到一些特殊的酶，這些酶能激活普通體細(xì)胞，使之像生殖細(xì)胞一樣發(fā)育成個(gè)體。有關(guān)酶的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是[]A．酶是具有催化作用的蛋白質(zhì)B．酶的催化作用具有選擇性和單一性C．重金屬鹽能降低酶的活性D．酶在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿作用下才能發(fā)揮作用8.諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)曾授予在酶的研究方面有杰出貢獻(xiàn)的三位化學(xué)家，他們研究了三磷酸腺苷酶的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理。下列關(guān)于蛋白質(zhì)和三磷酸腺苷酶的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的敘述中，錯(cuò)誤的是[]A．都屬于高分子化合物B．都是由氨基酸這一基本單位構(gòu)成的C．前者能水解，后者不能水解D．酶是一類(lèi)具有催化活性的蛋白質(zhì)三、酶的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)）酶含量的調(diào)節(jié)（緩慢調(diào)節(jié)）

調(diào)節(jié)方式

調(diào)節(jié)對(duì)象

關(guān)鍵酶

一般位于代謝途徑的起始或分支處；催化單向不可逆反應(yīng)；活性較低，活性最低者又稱(chēng)為限速酶；是可調(diào)節(jié)酶。18關(guān)鍵酶：（一）變構(gòu)酶通過(guò)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的活性變構(gòu)效應(yīng)劑(allostericeffector)19變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑

變構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)變構(gòu)酶(allostericenzyme)變構(gòu)部位(allostericsite)：調(diào)節(jié)部位（regulatorysite)一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某個(gè)部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱(chēng)變構(gòu)調(diào)節(jié)。1.酶促反應(yīng)速率的快速調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)舉例

20蛋白激酶A的激活活化的蛋白激酶A催化亞基可使細(xì)胞內(nèi)某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，于是改變這些蛋白的活性，進(jìn)一步影響到相關(guān)基因的表達(dá)。變構(gòu)調(diào)節(jié)21（二）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)是通過(guò)某些化學(xué)基團(tuán)與酶的共價(jià)結(jié)合與分離實(shí)現(xiàn)的在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，從而改變酶的活性，此過(guò)程稱(chēng)為共價(jià)修飾。22共價(jià)修飾（covalentmodification）23磷酸化與脫磷酸化（最常見(jiàn)）乙酰化和脫乙?；谆兔摷谆佘栈兔撓佘栈璖H與－S－S互變常見(jiàn)類(lèi)型酶的化學(xué)修飾是體內(nèi)快速調(diào)節(jié)的另一種重要方式。24

酶的磷酸化與脫磷酸化酶蛋白SerThrTyrOH酶蛋白SerThrTyrOPATPADPPiH2O蛋白激酶蛋白磷酸酶25定義：同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。是由不同基因編碼的多肽鏈，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不同mRNA所翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。（三）同工酶HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶*舉例：乳酸脫氫酶(lacticdehydrogenase)(LDH1～

LDH5)*生理及臨床意義在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；同工酶譜的改變有助于對(duì)疾病的診斷；心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜2345（四）酶原的激活使無(wú)活性的酶原轉(zhuǎn)變成有催化活性的酶28有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是酶的無(wú)活性前體，此前體物質(zhì)稱(chēng)為酶原。

在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過(guò)程。酶原（zymogen）酶原的激活29

酶原激活的機(jī)理酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心

一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解掉一個(gè)或幾個(gè)短肽在特定條件下賴(lài)?yán)i天天天天甘異賴(lài)?yán)i天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS腸激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活過(guò)程31酶原激活的生理意義避免細(xì)胞產(chǎn)生的酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)行。有的酶原可以視為酶的儲(chǔ)存形式。在需要時(shí)，酶原適時(shí)地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。第五節(jié)影響酶活力的因素Theinfluencingfactorsofenzymeactivity影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等?！芯恳环N因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定。一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)酶促反應(yīng)速度一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來(lái)表示反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以?xún)?nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度研究前提

在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速度與底物濃度成正比[S]VVmax目錄隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速[S]VVmax目錄當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；[S]VVmax目錄二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=K3[E]0V[E]當(dāng)[S]>>[E]時(shí)，V

=k3[E]

酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響

三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響雙重影響一定范圍，溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；超過(guò)范圍，溫度升高，反應(yīng)速度降低。最適溫度酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度。偏離則降低。應(yīng)用酶活性1.02.01.50102030405060溫度oC溫度對(duì)淀粉酶活性的影響

低溫麻醉、低溫保存菌種和生物制劑高溫滅菌0.5四、pH對(duì)反應(yīng)速度的影響最適pH酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。偏離則降低。0酶活性pH

pH對(duì)某些酶活性的影響

胃蛋白酶

淀粉酶膽堿酯酶

246810五、激活劑對(duì)反應(yīng)速度的影響激活劑(activator)使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。分類(lèi)?必需激活劑對(duì)反應(yīng)必不可少，若無(wú)則無(wú)活性。?非必需激活劑不存在仍有活性，僅低。六、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱(chēng)為酶的抑制劑。

區(qū)別于酶的變性

抑制劑對(duì)酶有一定選擇性引起變性的因素對(duì)酶沒(méi)有選擇性

抑制作用的類(lèi)型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)：競(jìng)爭(zhēng)性抑制(competitiveinhibition)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制(non-competitiveinhibition)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制(一)不可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。

*舉例有機(jī)磷化合物羥基酶解毒------解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物巰基酶解毒------二巰基丙醇(BAL)

（二）可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制*類(lèi)型１.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用定義抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶與底物形成中間復(fù)合物，使酶的活性降低。這種抑制作用稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。

+++EESIESEIEP*舉例

丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸COOHCOOHCH2

丙二酸*磺胺類(lèi)藥物的抑菌機(jī)制與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫蝶呤