酶與維生素課件

定義:酶(Enzyme)是生物體活細(xì)胞產(chǎn)生的具有特殊催化活性和特定空間構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)及核酸，又稱為生物催化劑。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)。酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)。在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)為底物。第三節(jié)酶的命名和分類每種酶都有兩個(gè)名字：習(xí)慣名稱和系統(tǒng)名稱。一．習(xí)慣命名法：二．國(guó)際系統(tǒng)命名法：乙醇脫氫酶的編碼是：EC1.1.1.1

第一個(gè)“1”——第1大類，即氧化還原酶類；第二個(gè)“1”——第1亞類，供氫體為CHOH；第三個(gè)“1”——第1亞亞類，受氫體為NAD+；第四個(gè)“1”——在亞亞類中的順序號(hào)。國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission,EC）將所有的酶按它們所催化的反應(yīng)的性質(zhì)分為六大類。分類

序號(hào)酶的類型催化反應(yīng)的性質(zhì)舉例1氧化還原酶類(oxidoreductase)脫氫酶、氧化酶、過(guò)氧化物酶、加氧酶2轉(zhuǎn)移酶類

(transferase)谷丙轉(zhuǎn)氨酶、已糖激酶3水解酶類

(hydrolase)酯酶、蛋白酶、淀粉酶AH2+BA+BH2AR+BA+BRAB+H2OAOH+BH國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（EnzymeCommission,EC）將所有的酶按它們所催化的反應(yīng)的性質(zhì)分為六大類。分類

序號(hào)酶的類型催化反應(yīng)的性質(zhì)舉例4裂解酶類

(lyase)醛縮酶、水合酶、脫氨酶、脫羧酶5異構(gòu)酶類

(isomerase)差向異構(gòu)酶、順?lè)串悩?gòu)酶、酮醛異構(gòu)酶6合成酶類(連接酶類)(ligase)羧化酶、氨酰-tRNA合成酶、天冬酰胺合成酶A－BXYAB＋X－YAA'A＋BABATPADP＋Pi1.“鎖與鑰匙”學(xué)說(shuō)：1894年E.Fischer提出：S分子或其一部分像鑰匙一樣楔入E活性中心部位。此學(xué)說(shuō)強(qiáng)調(diào)E與S結(jié)構(gòu)互相吻合(剛性模板)。二．關(guān)于酶作用專一性的假說(shuō)2.“誘導(dǎo)契合”假說(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)構(gòu)象。一．酶活力的測(cè)定：1．酶活力（活性）：2．酶的活力單位：定義：

國(guó)際單位（IU）（1961年）：在最適反應(yīng)條件（25℃）下，每分鐘內(nèi)催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量定為一個(gè)酶活力單位，即1IU=1μmol/min。

Katal（Kat）單位：

在最適條件下，每秒鐘能催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為1Kat單位（1Kat=1mol/S）。1Kat=60×106IU，1IU=16.7nKat。3．酶的比活力：每mg蛋白質(zhì)所含的酶活力。表示酶的純度，也表示單位質(zhì)量蛋白質(zhì)的催化能力。比活力=U/mg蛋白=總活力U/總蛋白mg4．酶活力的測(cè)定方法：（1）分光光度法：（2）熒光法：（3）同位素測(cè)定法：（4）電化學(xué)法：第一節(jié)底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響

為了要解釋這一現(xiàn)象，1903年由Henri和Wurtz提出了中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)：當(dāng)酶催化某一化學(xué)反應(yīng)時(shí)，酶首先與底物結(jié)合生成中間復(fù)合物（ES），然后生成產(chǎn)物（P），并釋放出酶：

一．中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)：（1）當(dāng)?shù)孜餄舛刃r(shí)，酶未被底物飽和，反應(yīng)速率取快于底物濃度，為一級(jí)反應(yīng)；（2）底物濃度變大，ES生成較多，反應(yīng)速率取快于ES的濃度，為混合級(jí)反應(yīng)；（3）當(dāng)?shù)孜餄舛认喈?dāng)高時(shí)，酶全部被底物飽和，反應(yīng)速度不會(huì)因底物濃度增加而提高，反應(yīng)為0級(jí)。

Michaelis&Menten推導(dǎo)米氏方程。二．酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式

1.米氏方程的推導(dǎo)V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]KsKs為ES的解離常數(shù)（Ks=k2/k1）

[E]酶總量；[Et]反應(yīng)后t時(shí)的酶量；[ES]中間產(chǎn)物濃度[Et][E]-[ES]1925年BriggsandHaldane提出了穩(wěn)態(tài)理論，對(duì)米氏方程做了一項(xiàng)重要的修正

：（1）反應(yīng)分二步進(jìn)行：(2)反應(yīng)體系處于穩(wěn)態(tài)即[ES]不變→ES的生成量=ES的分解量。剛反應(yīng)時(shí)，若形成的速度為v,則v1k1[Et][S]k1[（E）-（ES）][S](1)ES消失速度：v2k2[ES];v3k3[ES]v23k2[ES]k3[ES]（k2k3）[ES](2)ES的生成量=ES的分解量即：v1=v23k1[（E）-（ES）][S]=[ES]（k2k3）[（E）-（ES）][S]/[ES]=（k2k3）/k1(3)設(shè)Km=(k2+k3)/k1

將(3)重排得[ES]=[E][S]/Km[S](4)[S]>>[E][E]=[ES],Vmax=K3[ES]=K3[E]（7）將（7）式代入（6）式v=k3[ES]（5）v=k3[E][S]/Km[S]

（6）V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]Km—米氏常數(shù)，當(dāng)酶反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度，單位：mol/L；Km=(k2+k3)/k1

Km是酶的特征常數(shù)，近似表示酶與底物的親和力。（1）當(dāng)[S]《Km時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度成正比，v與[S]的關(guān)系符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。酶沒(méi)有全部被底物所飽和。（2）當(dāng)[S]》Km時(shí)，反應(yīng)速率已達(dá)到最大速率，這時(shí)酶全部被底物所飽和，v與[S]無(wú)關(guān)，符合0級(jí)動(dòng)力學(xué)，只有在此條件下才能正確測(cè)得酶活力。（3）當(dāng)[S]=Km時(shí)，反應(yīng)速率為最大速率的一半，因此Km就代表反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度。

Km=[S]

2.動(dòng)力學(xué)參數(shù)的意義（1）米氏常數(shù)的意義：Km是酶的一個(gè)特性常數(shù)：Km可以判斷酶的專一性和天然底物：若已知某個(gè)酶的Km，就可計(jì)算出在某一底物濃度時(shí)的反應(yīng)速率相當(dāng)于Vmax的百分?jǐn)?shù)。Km可以幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向和途徑：（2）Vmax和k3（kcat）的意義：當(dāng)[S]很大時(shí)，Vmax=k3[E]，說(shuō)明Vmax與[E]成線性關(guān)系，而直線的斜率為k3，為一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。K3表示當(dāng)酶被底物飽和時(shí)每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，這個(gè)常數(shù)又叫做轉(zhuǎn)換數(shù)（TN），通稱為催化常數(shù)（kcat），kcat越大，表示酶的催化效率越高。（3）kcat/Km的意義：在生理?xiàng)l件下，大多數(shù)酶并不被底物所飽和，在體內(nèi)[S]/Km的比值通常介于0.01-1.0之間。Vmax=kcat[ET]當(dāng)[S]<<Km時(shí)，[E]=[ET]v(kcat/Km)·[E][S]kcat/Km=k1·k3/(k2+k3)上限為k1kcat/Km表示酶的催化效率。ES的生成量=ES的分解量即：v1=v23k1[（E）-（ES）][S]=[ES]（k2k3）[（E）-（ES）][S]/[ES]=（k2k3）/k1(3)設(shè)Km=(k2+k3)/k1

將(3)重排得[ES]=[E][S]/Km[S](4)[S]>>[E][E]=[ES],Vmax=K3[ES]=K3[E]（7）將（7）式代入（6）式v=k3[ES]（5）v=k3[E][S]/Km[S]

（6）V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]V

=Vmax·[S

]Km

+

[S

]

3.米氏方程中常數(shù)的測(cè)定所以采用雙倒數(shù)作圖法：即1/v-1/[S]作圖

雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-BurkPlot)：

Vmax難以測(cè)定，不能從vV/2處求得，從而導(dǎo)致Km也難確定。第二節(jié)pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響較大。其原因有：極度pH的條件引起酶蛋白的變性。pH影響底物的解離，從而影響酶與底物的結(jié)合。

pH影響酶分子解離狀態(tài)。

每種酶只能在一定的pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出它的活性，且在某一pH值范圍內(nèi)活性最高，其兩側(cè)活性都下降。∴酶促反應(yīng)具有一最適pH。

2810pH酶的活性A:

胃蛋白酶;

B:葡萄糖-6-磷酸酶AB最適PH一些酶的最適pH值酶最適pH胃蛋白酶1.8過(guò)氧化氫酶7.6胰蛋白酶7.7延胡索酸酶7.8核糖核酸酶7.8精氨酸酶9.8最適pH：在一定條件

下,酶具有最大的催化活性的pH值。溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響具有雙重性：隨著溫度的升高，酶蛋白會(huì)失活，使反應(yīng)速度下降隨著溫度的升高，反應(yīng)速度會(huì)加快第三節(jié)溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

因此，在這雙重因素的綜合作用下，酶促反應(yīng)具有一最適溫度。

不同酶的最適溫度也不一樣。動(dòng)物酶的最適溫度一般在35-40℃，植物酶為40-50℃。少數(shù)酶可達(dá)60℃以上，如：細(xì)菌淀粉水解酶的最適溫度90℃以上。嗜熱細(xì)菌：Taq聚合酶最適溫度70℃，93℃不失活。酶的最適溫度并非酶的特征性常數(shù)，它與底物、作用時(shí)間等因素有關(guān)。第四節(jié)酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

在一般的酶促反應(yīng)中，常常[S]>>[E]，酶反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度。當(dāng)[S]>>[E]，由于Vmax=k[E]0，∴反應(yīng)速度與酶濃度成正比。酶濃度曲線第五節(jié)激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響激活劑：能提高酶活性的物質(zhì)。無(wú)機(jī)離子：主要是金屬離子，它們有的本身就是酶的輔助因子，有的是酶的輔助因子的必要成分。如:激酶需要Mg2+激活唾液淀粉酶需要Cl-激活主要的激活劑有：有機(jī)小分子：一些還原劑，如抗壞血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶處于還原態(tài)金屬螯合劑，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可絡(luò)合一些重金屬雜質(zhì)，解除它們對(duì)酶的抑制，從而使酶活升高。抑制作用：有些物質(zhì)與酶結(jié)合后，引起酶的活性中心或必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而使酶活力降低或喪失。第六節(jié)酶的抑制劑抑制作用可分為兩大類：可逆抑制作用和不可逆抑制作用

失活作用：凡可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用。抑制作用：凡使酶活力下降，但并不引起酶蛋白變性的作用。抑制劑：能引起對(duì)酶的抑制作用的物質(zhì)。抑制程度的表示方法：一般用反應(yīng)速率的變化來(lái)表示。不加抑制劑時(shí)的反應(yīng)速率為v0，加入抑制劑后的反應(yīng)速率為vi，則表示：（1）相對(duì)活力分?jǐn)?shù)（殘余活力分?jǐn)?shù)）：

a=vi/v0（2）相對(duì)活力百分?jǐn)?shù)（殘余活力百分?jǐn)?shù)）：

a%=vi/v0×100%（3）抑制分?jǐn)?shù)：指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù)

i=1—a=1—vi/v0（4）抑制百分?jǐn)?shù)：

i%=（1—a）×%=（1—vi/v0）×%通常所謂抑制率是指抑制分?jǐn)?shù)或抑制百分?jǐn)?shù)。

可逆抑制作用可分為三種類型：

1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

3.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

酶與抑制劑非共價(jià)地可逆結(jié)合，當(dāng)用透析或超濾等方法除去抑制劑后酶的活性可以恢復(fù)，這種抑制作用叫可逆抑制作用。(一）可逆抑制作用

某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心并與之結(jié)合，從而減少了酶與底物的結(jié)合，因而降低酶反應(yīng)速度。這種作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。(一）可逆抑制作用1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用(一）可逆抑制作用1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用例如，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。

這種抑制作用可通過(guò)增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，因而能削弱或解除這種抑制作用。

(一）可逆抑制作用1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用琥珀酸延胡索酸丙二酸E＋SESE＋P＋ＩEI競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，Vmax不變，Km增大可通過(guò)增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，因而能削弱或解除這種抑制作用。Linewevery-Burk圖

米氏方程Lineweaver-Burkplotofcompetitiveinhibition

某些抑制劑結(jié)合在酶活性中心以外的部位，因而與底物和酶的結(jié)合無(wú)競(jìng)爭(zhēng)，即底物與酶結(jié)合后還能與抑制劑結(jié)合，同樣抑制劑與酶結(jié)合后還能與底物結(jié)合。但酶分子上有了抑制劑后其催化功能基團(tuán)的性質(zhì)發(fā)生改變，從而降低了酶活性。這種作用稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。

2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。(一）可逆抑制作用2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，例如：金屬絡(luò)合劑，如EDTA、F-、CN-、N3-等，可以絡(luò)合金屬酶中的金屬離子，從而抑制酶的活性。(一）可逆抑制作用酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)－－抑制劑2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。(一）可逆抑制作用2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用(一）可逆抑制作用Linewevery-Burk圖

米氏方程酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)－－抑制劑2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制中，Vmax變小，Km不變這種抑制作用不能用增加底物濃度的方法來(lái)消除。(一）可逆抑制作用3.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

某些抑制劑不能與游離的酶結(jié)合，而只能在酶與底