生物化學ppt 酶化學

生物化學ppt酶化學第一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日本章要求⒈掌握酶的概念、酶的命名分類及催化作用的特點。⒉了解幾種重要輔酶的結(jié)構(gòu)與功能。⒊了解酶促反應動力學。⒋掌握各因素對酶促反應速度的影響。⒌掌握酶活性中心的測定方法、酶的催化機制。⒍了解酶與化學相關(guān)學科的關(guān)系第二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日酶的發(fā)現(xiàn)

1773年，意大利科學家斯帕蘭扎尼（L.Spallanzani,1729-1799）設(shè)計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠中，然后讓鷹吞下去。過一段時間他將小籠取出，發(fā)現(xiàn)肉塊消失了。于是，他推斷胃液中一定含有消化肉塊的物質(zhì)。但是什么，他不清楚。

1836年，德國科學家施旺（T.Schwann,1810-1882）從胃液中提取出了消化蛋白質(zhì)的物質(zhì)。解開胃的消化之謎。

1926年，美國科學家薩姆鈉（J.B.Sumner,1887-1955）從刀豆種子中提取出脲酶的結(jié)晶，并通過化學實驗證實脲酶是一種蛋白質(zhì)。

20世紀30年代，科學家們相繼提取出多種酶的蛋白質(zhì)結(jié)晶，并指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質(zhì)。

20世紀80年代，美國科學家切赫（T.R.Cech,1947-）和奧特曼（S.Altman,1939-）發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用。

第三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.1酶——生物催化劑酶是生物催化劑，是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（RNA,Ribozyme）。酶是維持生命體內(nèi)正常的生理活動和新陳代謝的基本條件。酶催化的生物化學反應——酶促反應。酶能穩(wěn)定底物的過渡態(tài)，降低反應的活化能，加速反應的進行。底物:在酶的催化下發(fā)生化學反應的物質(zhì)4.1.1酶的概念第四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.1.2酶的命名及分類(1)習慣命名法:根據(jù)其催化底物來命名；如催化水解淀粉的酶——淀粉酶；催化水解蛋白質(zhì)的酶——蛋白酶；根據(jù)所催化反應的性質(zhì)來命名；谷氨酸——丙氨酸：谷丙轉(zhuǎn)氨酶；結(jié)合上述兩個原則來命名，有時在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來源或其它特點。1.酶的命名第五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應性質(zhì)，最后加一個酶字。例如：習慣名稱:谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酶催化的反應:谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸第六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)國際系統(tǒng)命名法例如：習慣名稱:乳酸脫氫酶系統(tǒng)名稱:乳酸:NAD+氧化還原酶

催化的反應乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+

繁瑣

第七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日A.根據(jù)酶蛋白結(jié)構(gòu)特點分類單體酶：由一條或多條共價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。多酶復合體：由多種酶彼此鑲嵌成的復合體,它們相互配合依次進行，催化連續(xù)的一系列相關(guān)反應。如丙酮酸脫氫酶復合體。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。如脂肪酸合成酶。2.酶的分類第八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日B.據(jù)酶所催化的反應類型水解酶催化底物的加水分解反應。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：第九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日氧化-還原酶:催化氧化-還原反應。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸脫氫酶(Lactatase)催化乳酸的脫氫反應。第十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日轉(zhuǎn)移酶:

催化基團轉(zhuǎn)移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應。第十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日裂合酶:

催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應。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。第十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日異構(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)基團或原子的重排過程。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應。第十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日合成酶，又稱為連接酶：能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應。這類反應在熱力學上都是非自發(fā)進行的反應，必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-HA-B+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。

第十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日核酸酶：唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應。第十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.1.3酶催化作用的特性

酶是自然界催化活性最高的一類催化劑?？墒狗磻俾侍岣?06~1012倍，比普通催化劑效能至少高幾倍以上。例如：過氧化氫分解

2H2O22H2O+O2

用Fe（Ⅲ）催化，效率為6×10-4

mol/mol·S，用過氧化氫酶催化，效率為6×106

mol/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.高效性第十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日（1）反應專一性：酶一般只能選擇性地催化一種或一類相同類型的化學反應，且無副產(chǎn)物生成。

如蛋白質(zhì)水解酶只能選擇水解蛋白質(zhì)或肽中特定的肽鍵。2.選擇性第十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日（2）底物專一性一種酶只能作用于某一種或某一類結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似的物質(zhì)。據(jù)酶對底物專一性的程度和類型，可分為：①結(jié)構(gòu)專一性:有些酶對底物的要求非常嚴格，只作用于一種特定的底物——絕對專一性；有些酶的作用對象是一類化合物或一類化學鍵——相對專一性。

第十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日（2）底物專一性②手性專一性：酶能專一地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反應。如胰蛋白酶只能水解L-氨基酸形成的肽鍵；而不影響D-氨基酸形成的肽鍵淀粉酶只能選擇性地水解D-葡萄糖形成的1,4-糖苷鍵，而不影響L-葡萄糖形成的1,4-糖苷鍵。第十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日（2）底物專一性③幾何專一性：有些酶只能選擇性地催化某種幾何異構(gòu)底物的反應，而對另一種構(gòu)型則無催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成蘋果酸，對馬來酸則不起作用：第二十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日3.反應條件溫和酶促反應一般在pH=5~8的水溶液中進行，反應溫度在20~40℃。由于反應條件溫和，使某些不希望的副反應如分解反應、異構(gòu)化反應和消旋化反應等盡可能減少。由于酶本身是蛋白質(zhì)，高溫或其它苛刻的物理或化學條件，將引起酶的失活。第二十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

4.2酶的非蛋白組分——

輔酶（coenzyme）和金屬離子根據(jù)酶的組成情況，可以將酶分為兩大類：單純蛋白酶：如核酸水解酶，它們的組成為單一蛋白質(zhì)，其本身的氨基酸殘基即可形成催化活性中心，并能有效的實施催化功能。結(jié)合蛋白酶：某些酶，例如氧化-還原酶等，其分子中除了蛋白質(zhì)外，還含有非蛋白組分.結(jié)合蛋白酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分包括輔酶及金屬離子(或輔因子cofactor)。酶蛋白與輔助成分組成的完整分子稱為全酶。全酶=酶蛋白+輔助成分（輔酶或金屬離子）單純的酶蛋白無催化功能，只有全酶具有催化作用.第二十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.2.1輔酶小分子有機化合物，與酶蛋白結(jié)合在一起并協(xié)同實施催化作用。是一類具有特殊化學結(jié)構(gòu)和功能的化合物。是多種酶不可缺少的輔助部分。第二十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日1.輔酶的結(jié)構(gòu)特點與功能

大多具有氧化還原性質(zhì)或基團轉(zhuǎn)移能力參與的酶促反應主要為氧化-還原反應或基團轉(zhuǎn)移反應。大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性B族維生素。維生素的生理功能與輔酶的作用密切相關(guān)。第二十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(1)維生素PP（維生素B3）煙酸和煙酰胺能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時表現(xiàn)出神經(jīng)營養(yǎng)障礙，出現(xiàn)皮炎。在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o酶I和輔酶II。第二十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(1)維生素PP和NAD+

和NADP+

NAD+(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶I)和NADP+(煙酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又稱為輔酶II)是維生素煙酰胺的衍生物，功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。第二十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日NAD+

分子的功能部分是煙酰胺環(huán)第二十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日手性選擇性第二十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)核黃素（VB2)核黃素(維生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基異吡咯嗪兩部分組成。缺乏時組織呼吸減弱，代謝強度降低。主要癥狀為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。第二十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)核黃素和FAD、FMNFAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)是核黃素(維生素B2)的衍生物，功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。第三十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日與酶分子共價鍵相連接，稱為輔基FAD和FMN分子的功能部分是異吡咯嗪環(huán)第三十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(3)泛酸（VB5）維生素(B5)-泛酸是由，-二羥基--二甲基丁酸和一分子-丙氨酸縮合而成。第三十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日輔酶A是生物體內(nèi)代謝反應中乙酰化酶的輔酶，它的前體是泛酸。功能：傳遞酰基(3)泛酸和輔酶A(CoA)第三十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日乙酸與輔酶A的-SH結(jié)合形成乙酰輔酶A，是糖代謝的重要中間體。第三十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(4)葉酸（Flolicacid）葉酸，又稱為蝶酰谷氨酸，維生素B11。最早從植物葉子中提取而得名

缺乏葉酸可引起巨紅細胞性貧血以及白細胞減少癥，對孕婦尤其重要

第三十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(4)葉酸和四氫葉酸(FH4或THFA)四氫葉酸是合成酶的輔酶，其前體是葉酸。四氫葉酸的主要作用是作為碳基團，如-CH3,-CH2-,-CHO等的載體，參與多種生物合成過程。第三十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(5)硫胺素（VB1）缺乏時表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎、皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、下肢水腫。硫胺素鹽酸鹽在體內(nèi)以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在第三十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(5)VB1和焦磷酸硫胺素(TPP)焦磷酸硫胺素是脫羧酶的輔酶，它的前體是硫胺素(維生素B1)。功能：是催化酮酸的脫羧反應第三十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(6)吡哆素吡哆素(維生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。缺乏維生素B6的癥狀為皮炎、痙攣、貧血等。單純的維生素B6缺乏癥在人類極少見。臨床上應用維生素B6制劑防治妊娠嘔吐和放射病嘔吐。

第三十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(6)吡哆素和磷酸吡哆素磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。第四十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日磷酸吡哆素是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，轉(zhuǎn)氨酶通過磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互轉(zhuǎn)換，起轉(zhuǎn)移氨基的作用。第四十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(7)生物素生物素是羧化酶的輔酶，它本身就是一種B族維生素B7。缺乏的癥狀：毛發(fā)變細，失去光澤，皮膚鱗片狀和紅色皮疹，抑郁，嗜睡癥，幻覺，極端感覺異常第四十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日生物素的功能是作為CO2的遞體，在生物合成中起傳遞和固定CO2的作用。E-生物素復合物的形成丙酮酸的羧化E+ATP+生物素E-生物素+AMP+PPiE-生物素+HCO3-+ATPE-生物素-CO2-+ADP+PiE-生物素-CO2-+CH3COCOO-E-生物素+-OOCCH2COCOO-第四十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(8)維生素B12輔酶

維生素B12又稱為鈷胺素。蔬菜中幾乎完全找不到，只有紫菜及海藻類蘊涵

，是素食者最容易缺乏的維生素，也是紅血球生成不可缺少的重要元素，如果嚴重缺乏，將導致惡性貧血

維生素B12分子中與Co+相連的CN基被5’-脫氧腺苷所取代，形成維生素B12輔酶。維生素B12輔酶的主要功能是作為變位酶的輔酶，催化底物分子內(nèi)基團(主要為甲基)的變位反應。第四十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)第四十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日（9）硫辛酸硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。6,8-二硫辛酸有兩種形式，即硫辛酸（氧化型）和二氫硫辛酸（還原型）.氧化型是丙酮酸脫氫酶系的輔酶，傳遞氫和轉(zhuǎn)移乙?；谒氖摚惨话偃屙?，編輯于2023年，星期日

(10)輔酶Q(CoQ)輔酶Q又稱為泛醌，廣泛存在與動物和細菌的線粒體中，其結(jié)構(gòu)為：輔酶Q的活性部分是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要功能是作為線粒體呼吸鏈氧化-還原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。第四十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日2.輔酶在酶促反應中的作用特點輔酶在催化反應過程中，直接參加了反應。每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一類型的反應。同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同的全酶。一般來說，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類型（反應專一性），而酶蛋白則決定了所催化的底物類型（底物專一性）。第四十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.2.2酶分子中的金屬離子根據(jù)金屬離子與酶蛋白結(jié)合程度，可分為兩類：金屬酶和金屬激酶。1.金屬酶在金屬酶中,酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。如Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu2、Zn2+、Mn2+、Co2

等。這些金屬離子通常以配鍵的形式與氨基酸殘基的側(cè)鏈相連，有時也與酶蛋白中的輔基，如血紅素的卟啉環(huán)相連。金屬酶中的金屬離子作為酶的輔助因子，在酶促反應中傳遞電子、原子或官能團。第四十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

2.金屬激酶金屬離子與酶的結(jié)合一般較松散。在溶液中，酶與這類離子結(jié)合而被激活。如Na+、K+、Mg2+、Ca2+

等。金屬離子對酶有一定的選擇性,某種金屬只對某一種或幾種酶有激活作用。DNA聚合酶只有在Mg2+的存在下，才會有催化作用第五十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日據(jù)酶分子組成分類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合蛋白質(zhì)酶類酶蛋白質(zhì)輔助因子小分子有機物金屬離子

酶的化學組成全酶(holoenzyme)＝酶蛋白+輔助因子酶促反應的專一性及高效率取決于酶蛋白部分，而輔助因子決定酶促反應的性質(zhì)。第五十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

酶的輔助因子（決定酶促反應的類型）

根據(jù)與酶蛋白結(jié)合牢固程度劃分：

輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析法除去輔助因子輔基：與酶蛋白結(jié)合緊密，用透析法不能除去從化學本質(zhì)上劃分：

金屬離子：穩(wěn)定酶分子構(gòu)象；參與傳遞電子；輔助因子在酶與底物間起連接作用；降低反應的靜電斥力

維生素B族衍生物第五十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.3酶促反應的速度和影響因素

酶促反應動力學是研究酶促反應的速度以及影響酶促反應速度的各種因素的科學。影響酶促反應速度的因素有：底物濃度、酶濃度、溫度、pH值、激活劑、抑制劑等。第五十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日在低底物濃度時,反應速度與底物濃度成正比，為一級反應。底物濃度增大與速度的增加不成正比,為混合級反應。當?shù)孜餄舛冗_到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應速度達到最大值（V

max），此時再增加底物濃度，反應速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。4.3.1、底物濃度對酶促反應速度的影響V-S曲線底物濃度對酶促反應初速度的影響V

初Vmax第五十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日低第五十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日米氏方程的推導令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當酶反應體系處于恒態(tài)時：當[Et]=[ES]時，(4)所以

第五十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日米氏方程當反應速度等于最大速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反應速度為最大值一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。（三）米氏常數(shù)的意義及測定Km—

米氏常數(shù)Vmax—

最大反應速度第五十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日第五十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

米氏常數(shù)的測定基本原則：將米氏方程變化成相當于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—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第五十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第六十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日酶的Km在實際應用中的意義Km是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和反應條件(溫度、pH、有無抑制劑等)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。各種酶的Km值大致在10-1～10-6M之間。Km值可以近似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。

第六十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日1、酶濃度對酶反應速度的影響

在有足夠底物和其他條件不變的情況下，反應速度與酶濃度成正比。當[S]>>[E]時，V=K2×[E]4.3.2影響酶促反應速率的其它因素第六十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日2、溫度對酶反應速度的影響

一方面是溫度升高,酶促反應速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度條件下,反應速度最大。第六十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

最適溫度不是一個固定的常數(shù)，它隨底物的種類、濃度、溶液的離子強度、pH、反應時間等的影響。一般:反應時間短，最適溫度高。反應時間長，最適溫度低。第六十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日3、pH對酶反應速度的影響

(1)．酶反應的最適pH（optimumpH）第六十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日第六十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

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

[S]為2.5x10-5M，最適pH為8.3[S]為2.5x10-2M，最適pH為10.0第六十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)．pH影響反應速度的原因

(1)pH影響了酶分子、底物分子和ES復合物的解離狀態(tài)。

(2)過高、過低的pH導致酶蛋白活性降低。第六十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4、激活劑對酶反應速度的影響

酶的激活劑1.無機離子（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。2.有機分子

還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA

激活酶原的酶第六十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.4酶的結(jié)構(gòu)及催化作用機制

1．結(jié)合部位Bindingsite酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。4.4.1酶分子的結(jié)構(gòu)特點

酶基本上都是復雜的蛋白質(zhì)分子。不同酶除有一級結(jié)構(gòu)外，還有通過肽鏈的折疊、螺旋或纏繞形成特殊的空間結(jié)構(gòu)，即酶的活性部位。酶的催化作用是一個非常復雜的過程，它的催化作用主要取決于酶分子的特殊結(jié)構(gòu)第七十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日第七十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位稱為催化部位。通常將酶的結(jié)合部位和催化部位總稱為酶的活性部位或活性中心。結(jié)合部位決定酶的專一性。催化部位決定酶所催化反應的性質(zhì)。2．催化部位catalyticsite第七十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用。3．調(diào)控部位Regulatorysite第七十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日主要包括：親核性基團：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑基。4.4.2酶活性中心的測定方法1.酶活性中心的必需基團第七十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日酸堿性基團：門冬氨酸和谷氨酸的羧基，賴氨酸的氨基，酪氨酸的酚羥基，組氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巰基等。第七十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日2.酶活性中心的測定方法(1)切除法：應用專一性蛋白水解酶將酶分子的肽鏈切除一部分，然后測定剩余部分的活性。若能有活性，則表示被切除的部分中，不包括活性中心。這樣多次的排除法，可以推斷出活性中心的可能位置。(2)化學修飾法：酶活性中心氨基酸殘基所含的官能團，如-OH，-SH，-COOH，-NH3+和咪唑基，是多種酶活性中心的必須氨基酸，當這些基團被化學修飾后，酶的催化活性將降低甚至消失。因此可選擇應用某些試劑，對這些官能團進行化學修飾，然后測定修飾后的酶的活性，既可推斷位于活性中心的氨基酸殘基。第七十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日2.酶活性中心的測定方法

表4.3常用的化學修飾試劑氨基酸殘基化學修飾試劑絲氨酸二異丙基磷酰氟(DIFP)

半胱氨酸碘乙酸，碘乙酰胺，2,4-二硝基氟苯，對羥汞苯甲酸組氨酸N-對甲苯磺酰苯丙氨酰氯甲基酮(TPCK),

對硝基苯磺酸甲酯

酪氨酸碘，重氮化合物，N-乙酰咪唑賴氨酸2,4-二硝基氟苯，乙酸酐第七十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日2.酶活性中心的測定方法(3)X射線晶體衍射法：是測定酶活性中心最有效的方法，能直接測定酶分子的三維結(jié)構(gòu)。據(jù)酶分子的三維結(jié)構(gòu)及其它有關(guān)數(shù)據(jù)，即可確定酶活性中心位置、氨基酸種類和空間結(jié)構(gòu)。此法需純酶結(jié)晶樣品和先進的X衍射儀，測試條件要求高。(4)基因定點突變技術(shù)：應用此技術(shù)，合成處在特定位點上氨基酸殘基不同的酶，通過比較突變體的活性，推斷出活性中心的位置。第七十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.4.3與底物分子相互作用1.酶與底物分子之間的作用力在酶催化的反應中，首先是酶與底物形成酶-底物中間復合物。當?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學變化后，中間復合物再分解成產(chǎn)物和酶。E+S→E-S→P+E許多實驗證明了E-S復合物的存在，其形成的速率與酶和底物的性質(zhì)有關(guān)。第七十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.4.3與底物分子相互作用

酶與底物分子之間結(jié)合作用力主要有：

(1)靜電引力

(2)氫鍵

(3)疏水鍵第八十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.4.3與底物分子相互作用2.酶與底物分子相互作用的形式及意義

第八十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日在酶促反應中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應速度；由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基團的誘導和定向作用，使底物分子中參與反應的基團相互接近，并被嚴格定向，才會使酶促反應具有高效率和專一性特點。(1)鄰基效應和定向效應第八十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日例咪唑和對硝基苯酚乙酸酯的反應是一個雙分子氨解反應.分子內(nèi)靠近效應對反應速率的影響第八十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日例實驗結(jié)果表明，分子內(nèi)咪唑基參與的氨解反應速度比相應的分子間反應速度大24倍。說明咪唑基與酯基的相對位置對水解反應速度具有很大的影響。第八十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

鄰基定向效應第八十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日第八十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)與反應過渡狀態(tài)結(jié)合作用

按SN2歷程進行的反應，反應速度與形成的過渡狀態(tài)穩(wěn)定性密切相關(guān)。在酶催化的反應中，與酶的活性中心形成復合物的實際上是底物形成的過渡狀態(tài)。所以，酶與底物過渡狀態(tài)的親和力要大于酶與底物或產(chǎn)物的親和力。第八十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日張力學說這是一個形成內(nèi)酯的反應。當R＝CH3時，其反應速度比R＝H的情況快315倍。由于-CH3體積比較大，與反應基團之間產(chǎn)生一種立體排斥張力，從而使反應基團之間更容易形成穩(wěn)定的五元環(huán)過渡狀態(tài)。

第八十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(3)多功能催化作用酶的活性中心部位，一般都含有多個起催化作用的基團，這些基團在空間有特殊的排列和取向，可以對底物價鍵的形變和極化及調(diào)整底物基團的位置等起到協(xié)同作用，從而使底物達到最佳反應狀態(tài)。第八十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日“三點結(jié)合”的催化理論認為酶與底物的結(jié)合處至少有三個點，而且只有一種情況是完全結(jié)合的形式。只有這種情況下，不對稱催化作用才能實現(xiàn)。(4)手性選擇結(jié)合作用第九十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日三點附著學說第九十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日E+SP+EES能量水平反應過程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，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。

E+SE-SP+E1.酶促反應4.4.4酶的催化作用機制第九十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(1)酸－堿催化酸-堿催化可分為狹義的酸-堿催化和廣義的酸-堿催化。酶參與的酸-堿催化反應一般都是廣義的酸－堿催化方式。廣義酸－堿催化是指通過質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子,或是通過質(zhì)子堿接受部分質(zhì)子的作用，達到降低反應活化能的過程。4.4.4酶的催化作用機制2.酶催化反應機制類型

第九十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能團。第九十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)共價催化

催化劑通過與底物形成反應活性很高的共價過渡產(chǎn)物，使反應活化能降低，從而提高反應速度的過程，稱為共價催化。酶中參與共價催化的基團主要包括His的咪唑基，Cys的巰基，Asp的羧基，Ser的羥基等。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催化作用。

第九十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日第九十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(3)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

第九十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

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

第九十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

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。

第九十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.5酶的抑制作用和抑制劑使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結(jié)構(gòu)上與被抑制的酶底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。b.能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復合體或結(jié)合物。第一百頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.5.1抑制劑的作用方式1.不可逆抑制抑制劑與酶反應中心的活性基團以共價形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如有機磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。第一百零一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日2.可逆抑制抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為兩類第一百零二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(1)竟爭性抑制某些抑制劑的化學結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結(jié)合。當抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應中心之外，其結(jié)果是酶促反應被抑制了。竟爭性抑制通?？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第一百零三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(1)竟爭性抑制第一百零四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日竟爭性抑制第一百零五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

實例：磺胺藥物的藥用機理H2N--SO2NH2對氨基苯磺酰胺H2N--COOH對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸對氨基苯磺酰胺與對氨基苯甲酸（PABA）兩者競爭FH2合成酶細菌：PABAFH2合成酶FH2FH4人：

葉酸（食物）FH2FH4葉酸還原酶第一百零六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)非竟爭性抑制酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導致酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。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基團作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。第一百零七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)非竟爭性抑制第一百零八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日非竟爭性抑制第一百零九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.5.2可逆抑制作用的動力學特征1.競爭性抑制作用的動力學特征第一百一十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日

+IEIESP+EE+S競爭性抑制作用加入競爭性抑制劑后，Km變大，酶促反應速度減小，Vmax不變。第一百一十一頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日第一百一十二頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日競爭性抑制作用特點：1）競爭性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)十分相似，二者競爭酶的結(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I有I3）可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第一百一十三頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日+IEI+SESIESP+EE+S+I實例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）2.非競爭性抑制作用動力學特征第一百一十四頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日加入非競爭性抑制劑后，Km不變，Vmax減小，酶促反應速度下降。第一百一十五頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日非競爭性抑制特點：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結(jié)合。2）Vm下降，Km不變3）非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除。[S]v無IV/2km有I(′)第一百一十六頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日3、反競爭性抑制作用

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。第一百一十七頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日反競爭性抑制特點：1）抑制劑與酶和底物的復合物結(jié)合。2）Km和Vm下降3）底物濃度增加，抑制作用加強。第一百一十八頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日有無抑制劑存在時酶促反應的動力學方程

表觀第一百一十九頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日4.6人工合成酶的新進展20C80y，隨著人們對酶的結(jié)構(gòu)和作用機制知識的迅速增加，實驗室技術(shù)不斷完善，在人工酶研究領(lǐng)域已取得了一些突破——如抗體酶和雜化酶的研究成功。4.6.1抗體酶

是一種具有催化作用的免疫球蛋白——催化性抗體(Catalyticantibody)。是一種新型人工酶制劑，是利用現(xiàn)代生物學與化學的理論與技術(shù)交叉研究的成果，是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。第一百二十頁，共一百三十五頁，編輯于2023年，星期日1969年杰奈克斯(Jencks)在過渡態(tài)理論的基礎(chǔ)上猜想：若抗體能結(jié)合反應的過渡態(tài)，理論上它則能夠獲得催化性質(zhì)。根據(jù)這個猜想，列那和蘇爾滋(P．C．Schultz)分別領(lǐng)導各自的研究小組獨立地證明了：針對羧酸酯水解的過渡態(tài)類似物產(chǎn)生的抗體，能