第四章 酶生物膜的結構與功能

第四章酶第一節(jié)酶的性質一、酶是生物催化劑安塞姆.佩恩（法國，1833）麥芽水提物淀粉可溶性糖水解

乙醇沉淀對熱不穩(wěn)定催化劑？1878

庫恩（德國）Enzyme酶-“在酵母中”一、酶是生物催化劑刀豆脲酶結晶第一個酶結晶，證明酶是蛋白質1946年諾貝爾化學獎詹姆斯.薩姆納（美國，1926）一、酶是生物催化劑發(fā)現(xiàn)具有催化活性的RNA1989諾貝爾化學獎奧特曼切赫

（美國，1982）一、酶是生物催化劑

酶：由活細胞產生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質，核酸，蛋白質-核酸復合物一、酶是生物催化劑氧化還原、水解、裂合、異構、連接等催化劑的發(fā)現(xiàn)瓊斯.貝采里烏斯（瑞典，1779-1848）

有機化學之父“神杯”的故事乙醇+氧氣鉑

醋酸

催化劑不改變反應的平衡點催化劑的特征反應前后催化劑的結構和性質沒有改變縮短反應達到平衡所需的時間二、酶催化的特性1.高效催化劑催化速率Fe：6x10-4

mol/（mol.s）過氧化氫酶：6x106

mol/（mol.s）鑰匙–鎖2.專一二、酶催化的特性蛋白酶蛋白質脂肪3.不穩(wěn)定性蛋白質變性強酸，強堿，高溫，重金屬，紫外線二、酶催化的特性4.可調節(jié)二、酶催化的特性反饋調節(jié)，抑制劑調節(jié)，激素調節(jié)5.完整性二、酶催化的特性輔基、輔酶不可或缺三、酶的化學本質蛋白質1.水解產生氨基酸2.蛋白質變性因素→酶變性失活3.兩性解離4.不能透過半透膜

核酸，核酸-蛋白質復合物：第二節(jié)酶的組成和結構一、酶的組成酶單純酶：僅含蛋白質輔因子+酶蛋白=結合酶/復合酶/全酶輔因子輔酶：與酶蛋白結合松散，透析可去除輔基：共價鍵結合，透析不可去除輔因子：結合酶中除了蛋白質之外，對熱穩(wěn)定的非蛋白質小分子或金屬離子二、單體酶、寡聚酶和多酶復合體

單體酶：一條肽鏈，三級結構，相對分子質量<35000寡聚酶：2個或多個亞基，結合后才有活性，相對分子質量>35000

多酶復合體：多種酶以非共價鍵相互嵌合，形成催化連續(xù)反應的體系，脂肪酸合成酶復合體相對分子質量>2200000課外小知識酵素=酶？產生了哪些酶？自身缺乏哪些酶？酶的本質？脂肪酶促進脂肪分解，加速脂肪吸收奧利司他：脂肪酶抑制劑，減肥藥潤腸通便低聚糖，有機酸，膳食纖維抗癌？促生殖？抗炎？臺灣養(yǎng)生教父---林光常欺詐罪判刑兩年衛(wèi)生？安全？課外小知識酵素=酶？第三節(jié)酶的活性中心與催化專一性復習回顧

酶：由活細胞產生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質，核酸，蛋白質-核酸復合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、專一、不穩(wěn)定、可調節(jié)、完整性一、酶的活性中心酶的活性中心

酶分子中能同底物結合并起催化反應的空間部位三維結構一、酶的活性中心酶活性中心的測定方法-切除法135Glu34Phe129卵清溶菌酶專一性酶切除1-34具有活性專一性酶切除35失去活性35-Glu是酶活性中心的組成部分一、酶的活性中心酶活性中心的測定方法-化學修飾法碘乙酸木瓜蛋白酶212氨基酸為半胱氨酸（Cys）半胱氨酸（Cys）一、酶的活性中心酶活性中心的測定方法-x射線衍射法酶-底物復合體只適用于結晶蛋白質必需基團-酶表現(xiàn)催化反應所必需的部分思考：除了酶活性中心必需基團，是否還有其他基團是必須的？活性中心外的必需基團——維持分子構象一、酶的活性中心二、酶的催化專一性酶專一性—結構專一性絕對專一性：只催化一種底物進行一種反應鍵專一性：催化特定的化學鍵上的反應基團專一性：單側基團+化學鍵脲酶酯酶堿性氨基酸氨基酸堿性氨基酸其他氨基酸+胰蛋白酶一、酶的催化專一性酶專一性—立體異構專一性L-氨基酸D-氨基酸當?shù)孜锞哂辛Ⅲw異構體時，酶只作用于其中一種立體異構體，稱為酶的立體結構專一性L-氨基酸氧化酶OKNO酶催化專一性的假說—鎖匙學說埃米爾.費希爾

1894德國3個功能基團剛性一、酶的催化專一性一、酶的催化專一性酶催化專一性的假說—誘導契合學說（1958科什蘭）酶分子與底物接近時，酶蛋白受底物的誘導，其構象發(fā)生變化，變?yōu)榕c底物結構相匹配的構象，從而使得底物能夠順利與酶契合剛性柔性一、酶的催化專一性酶催化專一性的假說—三點附著學說Ogstetr提出，針對酶的立體異構體專一性至少3個結合點，全部匹配，才能發(fā)生催化作用復習回顧

酶：由活細胞產生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質，核酸，蛋白質-核酸復合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、專一、不穩(wěn)定、可調節(jié)、完整性第四節(jié)酶的作用機理與催化高效性復習回顧

酶：由活細胞產生，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質，核酸，蛋白質-核酸復合物1.什么是酶？2.酶的特性？

高效、專一、不穩(wěn)定、可調節(jié)、完整性二、酶的催化高效性高效催化劑催化速率Fe：6x10-4

mol/（mol.s）過氧化氫酶：6x106

mol/（mol.s）二、酶的催化高效性反應總能量改變非催化反應活化能酶促反應活化能

一般催化劑催化反應的活化能能量反應過程底物產物酶促反應活化能的改變反應總能量改變非催化反應活化能活化能：分子由常態(tài)轉變?yōu)榛罨瘧B(tài)所需的能量活化條件：加熱光照，催化劑

中間產物學說：在酶促反應中，酶（E）與底物（S）首先形成一個不穩(wěn)定的中間復合物（ES），然后再分解為產物（P），并釋放出酶。二、酶的催化高效性二、酶的催化高效性酶催化高效性的學說—靠近效應0.001mol/L

100mol/L10萬倍！靠近底物濃度二、酶的催化高效性酶催化高效性的學說—定向效應酶的催化基團酶的反應基團排列、定位二、酶的催化高效性酶催化高效性的學說—底物形變底物分子的構象發(fā)生變化，敏感鍵容易斷裂酶底物二、酶的催化高效性酶催化高效性的學說—酸堿催化廣義的酸(質子供體)和堿（質子受體）谷氨酸、天冬氨酸半胱氨酸賴氨酸、精氨酸酪氨酸組氨酸二、酶的催化高效性酶催化高效性的學說—共價催化絲氨酸半胱氨酸組氨酸親核基團親電基團共價中間產物二、酶的催化高效性酶催化高效性的學說—微環(huán)境效應酶活性中心：疏水口袋中間產物穩(wěn)定第五節(jié)酶促反應的動力學什么是酶促反應動力學？反應速率酶濃度底物濃度pH溫度激活劑抑制劑酶的反應速率蔗糖葡萄糖果糖+蔗糖轉化酶

Xg蔗糖在t時間內被轉化為葡萄糖和果糖蔗糖轉化酶的反應速率一、酶濃度的影響條件：1.pH、溫度最適2.底物濃度足夠大3.K為反應速率常數(shù)V=k

[E]反應速率V與酶濃度[E]成正比0酶反應速率酶濃度二、底物濃度的影響底物濃度反應速率0蔗糖葡萄糖果糖+蔗糖酶條件：1.pH、溫度最適2.酶濃度不變3.底物濃度-反應速率作圖二、底物濃度的影響底物濃度反應速率0當?shù)孜餄舛容^低時：反應速率與底物濃度成正比；反應為一級反應。EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶二、底物濃度的影響底物濃度反應速率0隨著底物濃度增高：反應速率不再成正比例加速；反應為混合級反應EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶二、底物濃度的影響底物濃度反應速率0EEEEEEEEEEEEE酶底物分子酶當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度：反應速率不再增加，達最大速率；反應為零級反應二、底物濃度的影響中間產物解釋酶促反應中底物濃度和反應速率關系的最合理學說是中間產物學說：

E+S

k1k2k3ESE+P1.底物濃度很?。好肝幢伙柡?，反應速率取決于底物濃度，且成正比關系2.底物濃度不大不小：混合級反應3.底物濃度很大：酶飽和，反應速率取決于中間產物濃度米氏方程式(Michaelis-Mentonequation)：反應速率與底物濃度關系的數(shù)學方程式[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速率Vmax：最大反應速率Ｋm：米氏常數(shù)ＶVmax[S]

Km+[S]＝──二、底物濃度的影響米凱利斯1913年德國aA+dD

→gG+hHKV=K·[A]a·[D]d

K（反應速率常數(shù)）：一定條件下，反應物濃度均為1mol/L時的反應速率二、底物濃度的影響E+S

k1k2k3ESE+P二、底物濃度的影響k4測定的是酶促反應的初速度，E和S會合后幾毫秒內的速度，生成P很少E+S

k1k2k3ESE+P米氏方程推導

ES生成速率

=ES分解速率V1=V2+V3

米氏方程推導

[E]很難測得，故設總酶量為[Et]

Km(米氏常數(shù))米氏方程推導

當反應速率最大時，所有[Et]都以[ES]存在

米氏方程和v-[S]曲線關系

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──當[Km]>>[S]時，[S]可忽略一級反應，與低底物濃度靠近0坐標曲線吻合二、底物濃度的影響ＶVmax

Km＝──[s]底物濃度反應速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當[Km]<<[S]時，[Km]可忽略零級反應，與高底物濃度部分曲線吻合米氏方程和v-[S]曲線關系

二、底物濃度的影響底物濃度反應速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當[Km]=[S]時Km的含義：為反應速率達到最大反應速率一半時所對應的底物濃度。底物濃度反應速率0Vmax

米氏方程和v-[S]曲線關系

二、底物濃度的影響二、底物濃度的影響酶的Km的意義單位：mol/L常數(shù)，受環(huán)境影響Km越小，親和力越強。尋找最適底物Ｋm的測定方法-雙倒數(shù)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=（林－貝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]兩邊同取倒數(shù)-1/Km1/Vmax1/[S]1/V請推導米氏方程，并說明米氏常數(shù)是什么，他有什么意義？作答正常使用主觀題需2.0以上版本雨課堂主觀題10分什么是酶促反應動力學？反應速率酶濃度底物濃度pH溫度激活劑抑制劑一、酶濃度的影響條件：1.pH、溫度最適2.底物濃度足夠大3.K為反應速率常數(shù)V=k

[E]反應速率V與酶濃度[E]成正比0酶反應速率酶濃度米氏方程式(Michaelis-Mentonequation)：反應速率與底物濃度關系的數(shù)學方程式[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速率Vmax：最大反應速率Ｋm：米氏常數(shù)ＶVmax[S]

Km+[S]＝──二、底物濃度的影響米凱利斯1913年德國米氏方程和v-[S]曲線關系

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──當[Km]>>[S]時，[S]可忽略一級反應，與低底物濃度靠近0坐標曲線吻合二、底物濃度的影響ＶVmax

Km＝──[s]底物濃度反應速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當[Km]<<[S]時，[Km]可忽略零級反應，與高底物濃度部分曲線吻合米氏方程和v-[S]曲線關系

二、底物濃度的影響底物濃度反應速率0ＶVmax[S]

Km+[S]＝──

當[Km]=[S]時Km的含義：為反應速率達到最大反應速率一半時所對應的底物濃度。底物濃度反應速率0Vmax

米氏方程和v-[S]曲線關系

二、底物濃度的影響二、底物濃度的影響酶的Km的意義單位：mol/L常數(shù)，受環(huán)境影響Km越小，親和力越強。尋找最適底物三、pH值的影響酶催化活性最高時反應體系的pH稱為酶促反應的最適pH(optimumpH)。鐘罩型曲線酶活性中心有關基團的解離酶分子是否變性四、溫度的影響酶的最適溫度：酶在一定溫度下顯示出最大的酶活力，此時的溫度稱為酶的最適溫度。酶分子是否變性五、激活劑的影響酶原激活劑胃蛋白酶原蛋白酶胃蛋白酶酶的激活劑唾液淀粉酶縮醛酶Cl-Mn+六、抑制劑的影響凡能使酶的催化活性下降，而不引起酶蛋白變性的物質稱為酶的抑制劑。酶的抑制區(qū)別于酶的變性：

抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性六.抑制劑的影響

有機磷化合物

羥基酶解毒------解磷定(PAM)概念舉例抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結合，使酶失活。此類抑制劑不能用透析、超濾等方法予以去除。

（一）不可逆抑制作用

有機磷化合物如：敵百蟲、敵敵畏、樂果和馬拉硫磷等有機磷化合物羥基酶失活的酶酸*羥基酶（乙酰膽堿酯酶，蛋白酶）*解毒劑：解磷定（乙酰膽堿酯酶再激活劑）

六.抑制劑的影響

（一）不可逆抑制作用競爭性抑制非競爭性抑制

類型概念抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復合物可逆性結合，使酶的活性降低或消失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。六.抑制劑的影響

（二）可逆抑制作用

1.競爭性抑制抑制劑與底物的結構相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶與底物形成中間產物

，這種抑制作用稱為競爭性抑制作用（competitiveinhibition）

（二）可逆抑制作用六.抑制劑的影響

反應模式+IEIE+SE+PES+++ESIESEIPEE

1.競爭性抑制

（二）可逆抑制作用六.抑制劑的影響

六、抑制劑的影響磺胺類藥物的抑菌機制——與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成核酸競爭性抑制

鏈球菌克星——磺胺20世紀初格哈德.多馬克（德）1895-1964第一次世界大戰(zhàn)1914-1918血清療法貝林1854-1917白喉桿菌最初的抗白喉桿菌血清1925年海因里希.赫連拜耳藥物研發(fā)部負責人如意的薪水先進的條件自由的氛圍加入拜耳20世紀20年代可怕的鏈球菌150萬人/年血清療法無效從敗血癥病人身上分離建立動物模型KI730對氨基苯磺酰胺KI730偶氮染料百浪多息（Prontosil）只在體內有效1935年揭開神秘面紗歐內斯特.富爾諾法國磺胺作用機制磺胺的抑菌機制——與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成核酸競爭性抑制磺胺熱富蘭克林.羅斯福美國總統(tǒng)1882-1945麥森吉爾公司：磺胺+二甘醇+調味劑→Elixir108例死亡，腎毒性非此Elixir1938年食品藥品法案1939年諾貝爾被要求拒絕多馬克磺胺發(fā)現(xiàn)后磺胺磺胺嘧啶磺胺甲噁唑磺胺吡啶溫斯頓.丘吉爾耐藥性六、抑制劑的影響磺胺類藥物的抑菌機制——與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成核酸競爭性抑制反應模式+IEIE+SE+PES+++ESIESEIPEE

1.競爭性抑制

（二）可逆抑制作用六.抑制劑的影響

（二）可逆抑制作用

1.競爭性抑制特點抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及底物濃度；I與S結構類似，競爭酶的活性中心；動力學特點：Vmax不變，表觀Km增大。抑制劑↑

無抑制劑1/V1/[S]反應模式+S－S+S－S+ESIEIEESEPE+SESE+P+IEI+SEIS+I(二)可逆抑制作用2.非競爭性抑制抑制劑與酶活性中心外的必需基團結合，底物與抑制劑之間無競爭關系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動力學特點：Vmax降低，表觀Km不變。抑制劑↑1/V1/[S]無抑制劑(二)可逆抑制作用2.非競爭性抑制磺胺類藥物可以抑制二氫葉酸合成酶的活性，請問是哪種抑制模式不可逆抑制競爭性抑制非競爭性抑制ABC提交單選題1分請問競爭性抑制中，Km和Vmax的值是如何變化的Km變大，Vmax不變Km變大，Vmax變小Km變小，Vmax不變Km變小，Vmax變小ABCD提交單選題1分請問非競爭性抑制中，Km和Vmax的值是如何變化的Km變大，Vmax不變Km不變，Vmax變小Km變小，Vmax不變Km變小，Vmax變小ABCD提交單選題1分競爭性抑制非競爭性抑制結合部位酶活性中心酶活性中心以外基團抑制程度取決于底物濃度，抑制劑與酶親