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1、关于酶的分类与命名现在学习的是第1页，共136页酶是生物催化剂酶是生物催化剂n 酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂分子，所以又称为生物催化剂(b(biocatalysts）n 绝大多数的酶都是蛋白质。绝大多数的酶都是蛋白质。n 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应（酶催化的生物化学反应，称为酶促反应（Enzymatic reaction）。）。n 在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物（在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物（substrate）。）。现在学习的是第2页，共136页n 1926年,James Summer由刀
2、豆制出脲酶结晶确立酶是蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。n 核酶的发现：n 19811982年，Thomas R.Cech实验发现有催化活性的天然RNARibozyme。n L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个最著名的例子。n n 抗体酶（abzyme）：n 1986年，Richard Lerrur和Peter Schaltz运用单克隆抗体技术制备了具有酶活性的抗体（catalytic antibody）。现在学习的是第3页，共136页第一节 酶的分类与命名n一 酶的分类n （一）根据酶的化学组成可将酶分为：n 1 单纯蛋白酶类：只含有蛋白质成分n 2 结合蛋白酶类（全
3、酶）：含有蛋白成分（酶蛋白）和非蛋白成分（辅助因子）n 现在学习的是第4页，共136页全酶 =酶蛋白+辅助因子辅助因子辅助因子与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。金属离子作为辅助因子。金属离子金属离子辅酶辅酶辅基辅基酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有催化活性。酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体决定反应的性质。现在学习的是第5页，共136页n 某某些些小小分分子子有有机机化化合合物物与与酶酶蛋蛋白白结结合合在在一一起起并并协协同同实实施施催催化化作作用用，这这类类分分子子被被称称为为辅辅酶酶（或辅基）。
4、（或辅基）。n 辅辅酶酶是是一一类类具具有有特特殊殊化化学学结结构构和和功功能能的的化化合合物物。参参与与的的酶酶促促反反应应主主要要为为氧氧化化-还还原原反反应应或或基团转移反应。基团转移反应。n 大多数辅酶的前体主要是水溶性大多数辅酶的前体主要是水溶性 B B 族维生族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。相关。现在学习的是第6页，共136页辅酶在酶促反应中的作用特点辅酶在酶促反应中的作用特点n 辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。n 每每一一种种辅辅酶酶都都具具有有特特殊殊的的功功能能，可可以以特
5、特定定地地 催催某一类型的反应。某一类型的反应。n 同同一一种种辅辅酶酶可可以以和和多多种种不不同同的的酶酶蛋蛋白白结结合合形形成成不不同同的的全酶。全酶。n 一一般般来来说说，全全酶酶中中的的辅辅酶酶决决定定了了酶酶所所催催化化的的类类型型（反反应应专专一一性性），而而酶酶蛋蛋白白则则决决定定了了所所催催化化的的底底物物类类型型（底底物专一性）。物专一性）。现在学习的是第7页，共136页 酶分子中的金属离子酶分子中的金属离子n 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶。类：金属酶和金属激酶。n 在金属酶中在金属酶中,酶蛋白与金属离子结合
6、紧密。酶蛋白与金属离子结合紧密。如如 FeFe2+2+/Fe/Fe3+3+、CuCu+/Cu/Cu3 3、ZnZn2+2+、MnMn2+2+、CoCo2 2 等。等。n 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应中传递电子，原子或功能团酶促反应中传递电子，原子或功能团。现在学习的是第8页，共136页金属酶中的金属离子与配体金属酶中的金属离子与配体n金属离子金属离子 配体配体 酶或蛋白酶或蛋白nMnMn2 2 咪唑咪唑 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶nFeFe2+2+/Fe/Fe3+3+卟啉环，咪唑，卟啉环，咪唑，血红素，血红素，n 含硫配体含硫配体 氧化氧化
7、-还原酶，还原酶，n 过氧化氢酶过氧化氢酶nCuCu+/Cu/Cu2+2+咪唑，酰胺咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶nCoCo2+2+卟啉环卟啉环 变位酶变位酶nZnZn2+2+-NH -NH3 3，咪唑，（，咪唑，（-RS-RS）2 2 碳酸酐酶，醇脱氢酶碳酸酐酶，醇脱氢酶nPbPb2 2 -SH d-SH d-氨基氨基-g-g-酮戊二酸脱水酶酮戊二酸脱水酶nNiNi2 2 -SH -SH 尿酶尿酶现在学习的是第9页，共136页金属激酶中的金属离子金属激酶中的金属离子n 激酶是一种磷酸化酶类，在激酶是一种磷酸化酶类，在ATPATP存在下催化葡萄糖，存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。甘油
8、等磷酸化。n 其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。酶与这类离子结合而被激活。n 如如NaNa+、K K+、MgMg2+2+、CaCa2+2+等。金属离子对酶有一定等。金属离子对酶有一定的选择性的选择性,某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。现在学习的是第10页，共136页（二）根据酶蛋白结构特点可将酶（二）根据酶蛋白结构特点可将酶分为分为单体酶：单体酶：以一个独立的三级结构为完整生物以一个独立的三级结构为完整生物 功能分子的最高结构形式的酶。功能分子的最高结构形式的酶。寡聚酶
9、寡聚酶：以一个独立的四级结构为完整生物以一个独立的四级结构为完整生物 功能分子的最高结构形式的酶。功能分子的最高结构形式的酶。多酶复合体：多酶复合体：由多种酶彼此镶嵌成一个功能由多种酶彼此镶嵌成一个功能 完整的具有特定结构的复合体完整的具有特定结构的复合体,它们相互配合它们相互配合依次进行，催化连续的依次进行，催化连续的 一系列相关反应。一系列相关反应。现在学习的是第11页，共136页n （三）、酶的分类（三）、酶的分类n 根据酶所催化的反应类型，按照国际系统根据酶所催化的反应类型，按照国际系统 分类方法，将酶分为六大类：分类方法，将酶分为六大类：现在学习的是第12页，共136页n氧化氧化-还
10、原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。n主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。n如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1 氧化氧化-还原酶还原酶 OxidoreductaseAH2+B（O2）+BH2（H2O2，H2O）A现在学习的是第13页，共136页n转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。原子转移到另一个底物的分子上。例如，例
11、如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。2 转移酶转移酶 TransferasevAX+BA+BX现在学习的是第14页，共136页n水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。n主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。n例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：3 3 水解酶水解酶 hydrolasehydrolaseAOH+BHAB+H2O现在学习的是第15页，共136页n裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的
12、反应及其逆反应。子形成双键的反应及其逆反应。n主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。n例如，例如，延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。4 裂合酶裂合酶 LyaseABA+B现在学习的是第16页，共136页n异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。5 异构酶异构酶 IsomeraseAB常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类
13、。现在学习的是第17页，共136页n合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与ATPATP分解反应相互偶分解反应相互偶联。联。nA+B+ATP+H-O-H=A A+B+ATP+H-O-H=A B+ADP+Pi B+ADP+Pi n例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。n 丙酮酸丙酮酸 +CO+CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸6 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase 现在学习的是第18页，共136页n核酸酶是唯一的非蛋白
14、酶。它是一类特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNARNA，能够催，能够催化化RNARNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。7核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸）ribozyme 现在学习的是第19页，共136页n（一）习惯命名方法（一）习惯命名方法 n（1）根据作用底物来命名，如淀粉酶、蛋白酶等。）根据作用底物来命名，如淀粉酶、蛋白酶等。n（2）根据所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、）根据所催化的反应的类型命名，如脱氢酶、转移酶等。转移酶等。n（3）两个原则结合起来命名，如丙酮酸脱羧酶等。）两个原则结合起来命名，如丙酮酸脱羧酶等。n（4）根据酶的来
15、源或其它特点来命名，如胃蛋白）根据酶的来源或其它特点来命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。酶、胰蛋白酶等。二 酶的命名酶的命名现在学习的是第20页，共136页（二）国际系统命名法（二）国际系统命名法n系统名称包括底物名称、构型、反应性质，系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字最后加一个酶字。例如：例如：习惯名称习惯名称:谷丙转氨酶谷丙转氨酶系统名称系统名称:丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶酶催化的反应酶催化的反应:谷氨酸谷氨酸 +丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸现在学习的是第21页，共136页酶的编码乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27第1
16、大类，氧化还原酶第1亚类，氧化基团CHOH第1亚亚类，H受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号每个酶都有一个有四个数字组成的编码现在学习的是第22页，共136页第二节 酶催化作用的特性n 酶是生物催化剂，与无机催化剂相比，二者n 有共性；但酶的化学本质是蛋白质，又在生物体内作用，因此酶的作用又有特性。n 现在学习的是第23页，共136页一一 酶和一般催化剂的共性酶和一般催化剂的共性n1.1.用量少而催化效率高；用量少而催化效率高；n2.2.它能够改变化学反应的速度，但是不能它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。改变化学反应平衡。n3.3.只能催化热力学允许的反应，在反映前只能催化
17、热力学允许的反应，在反映前后不发生改变。后不发生改变。现在学习的是第24页，共136页二二 酶催化作用特性酶催化作用特性n1 1高效性高效性n2 2专一性专一性n3 3反应条件温和反应条件温和n4.4.酶的催化活性可调节控制酶的催化活性可调节控制现在学习的是第25页，共136页二二 酶催化作用特性酶催化作用特性n酶的催化作用可使反应速度提高酶的催化作用可使反应速度提高10106-6-10101212倍。倍。n例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解n 2H2H2 2O O2 2 2H 2H2 2O +OO +O2 2n用用Fe+Fe+催化，效率为催化，效率为6*106*10-4-4 mol/mol
18、.S mol/mol.S，而用过氧化氢，而用过氧化氢酶催化，效率为酶催化，效率为6*106*106 6 mol/mol.Smol/mol.S。n用用-淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克结晶酶在克结晶酶在6565 C C条件下可条件下可催化催化2 2吨淀粉水解。吨淀粉水解。1 1高效性高效性现在学习的是第26页，共136页n 酶的专一性酶的专一性 Specificity又称为特异性，是又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性。根指酶在催化生化反应时对底物的选择性。根据专一性的不同又可分为：据专一性的不同又可分为：n （1)1)绝对专一性绝对专一性n （2 2）相对专一性）
19、相对专一性n （3 3）立体异构专一性）立体异构专一性 n 2 2专一性专一性现在学习的是第27页，共136页（1 1）绝对专一性绝对专一性n有些酶对底物的要求非常严格，只作用于有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性（一性（Absolute specificity)。现在学习的是第28页，共136页n有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对化合物或一类化学键。这种专一性称为相对专一性专一性(Relative Specificity)。n包括族包括族
20、(group)专一性。如专一性。如-葡萄糖苷酶，葡萄糖苷酶，催化由催化由-葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于糖苷的另一端没有严格要求。糖苷的另一端没有严格要求。n和键和键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水解，专一性。如酯酶催化酯的水解，对于酯两端的基团没有严格的要求。对于酯两端的基团没有严格的要求。（2）相对专一性）相对专一性现在学习的是第29页，共136页（3 3）立体化学专一性）立体化学专一性n酶的一个重要特性是能专一性地与手性底酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。物结合并催化这类底物发生反应。n例如，淀粉酶只能选择性地水解例如，淀
21、粉酶只能选择性地水解D D葡萄葡萄糖形成的糖形成的1 1，4 4糖苷键糖苷键I,I,光学专一性光学专一性 Optical SpecificityOptical SpecificityStereochemical SpecificityStereochemical Specificity现在学习的是第30页，共136页几何专一性几何专一性n有些酶只能选择性催化某种几何异构体底有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种构型则无催化作用。物的反应，而对另一种构型则无催化作用。n如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成苹果酸，对马来酸则不起作用。生成苹
22、果酸，对马来酸则不起作用。geometrical specificitygeometrical specificity现在学习的是第31页，共136页n酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中进行，反水溶液中进行，反应温度范围为应温度范围为20-4020-40 C C。n高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。酶的失活。3 3反应条件温和反应条件温和现在学习的是第32页，共136页4.4.酶的催化活性可调节控制酶的催化活性可调节控制n如抑制剂调节、共价修饰调节、反如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。馈
23、调节、酶原激活及激素控制等。某些酶催化活力与辅酶、辅基及金某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。属离子有关。现在学习的是第33页，共136页第三节酶结构与功能的关系第三节酶结构与功能的关系 酶的化学本质是蛋白质，同样具有一、二、三级结构，有些酶还具有四级结构。作为生物催化剂，酶的结构又有一些特点。现在学习的是第34页，共136页第三节第三节 酶结构与功能的关系酶结构与功能的关系一一 活性部位活性部位：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发 生 反应的部位。酶活性中心包括两个部位。酶酶活活性性中中心心 结合中心：酶与底物结合的部位，结合中心：酶与底物结合的部位，决定酶的专一性决定酶的专一性催化
24、中心：催化底物发生反应的部位，催化中心：催化底物发生反应的部位，决定酶的催化效率、反映性质。决定酶的催化效率、反映性质。现在学习的是第35页，共136页现在学习的是第36页，共136页n主要包括：主要包括：n亲核性基团：丝氨酸的亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。和组氨酸的咪唑基。必需基团：必需基团：在酶分子中和酶的催化活性直接有关的在酶分子中和酶的催化活性直接有关的基团，活性中心内外都有。基团，活性中心内外都有。现在学习的是第37页，共136页n酸碱性基团：门酸碱性基团：门冬氨酸和谷氨酸冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的氨基，
25、酪氨酸的酚羟基，组氨的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。胱氨酸的巯基等。必需基团：必需基团：现在学习的是第38页，共136页二二 变构酶变构酶亦称别构酶，由两个以上亚基组成，除了具有亦称别构酶，由两个以上亚基组成，除了具有与底物结合的活性中心外，还具有与调节剂结合与底物结合的活性中心外，还具有与调节剂结合的的调节中心调节中心。当酶与调节剂结合后，酶蛋白的构象。当酶与调节剂结合后，酶蛋白的构象发生变化，从而引起酶活性的变化。发生变化，从而引起酶活性的变化。现在学习的是第39页，共136页酶的别构（变构）效应示意图酶的别构（变构）效应示意图效应剂效应剂别别构构中中心心活性活性
26、中心中心现在学习的是第40页，共136页n一般是寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位；n具有别构效应。指酶和一个配体（底物，调节物）结合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。相同（均为底物）：同促效应（相同（均为底物）：同促效应（homotropic effecthomotropic effect）不同（效应调节物）：异促效应不同（效应调节物）：异促效应（heterotropic effectheterotropic effect）根据配体结合后根据配体结合后对后继配体的对后继配体的影响影响根据配体性质根据配体性质正协同效应正协同效应（positive cooperati
27、ve effectpositive cooperative effect）负协同效应负协同效应（negative cooperative effectnegative cooperative effect）v动力学特点：不符合米曼方程双曲线。别构酶的特点别构酶的特点现在学习的是第41页，共136页p别构酶与非调节酶动力学曲线的比较现在学习的是第42页，共136页p别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase现在学习的是第43页，共136页三三 酶原及酶原的激活酶原及酶原的激活 1 酶原：酶无活性的前体。酶原：酶无活性的前体。2 酶原的激活酶原的激活：从无活性的酶原转变为有活性的：从无活性的
28、酶原转变为有活性的酶的过程。酶的过程。4酶原激活的酶原激活的本质本质：酶原的激活实质上是酶活性部：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。位形成或暴露的过程。3 激活剂激活剂：能使无活性的酶原激活的物质。：能使无活性的酶原激活的物质。现在学习的是第44页，共136页胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活示意图胰蛋白酶原的激活示意图现在学习的是第45页，共136页胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性
29、蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶现在学习的是第46页，共136页 四四 同工酶同工酶(isoenzyme)能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。乳酸脱氢酶（LDH)MMM MMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4HLDH5LDH4LDH3LDH2LDH1骨肌型心肌型现在学习的是第47页，共136页乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因a b乳酸脱氢酶同乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4
30、点样线点样线现在学习的是第48页，共136页不同组织中不同组织中LDH同工酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原点原点现在学习的是第49页，共136页同工酶在各学科中的应用同工酶在各学科中的应用 (1)遗传学和分类学遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。(2)发育学发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。体发育和系统
31、发育的关系。(3)生物化学和生理学生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。（4）医学和临床诊断医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。现在学习的是第50页，共136页第四节第四节 酶的催化作用机理酶的催化作用机理现在学习的是第51页，共136页n 酶促反应：酶促反应
32、：E+S =ES=ESE+S =ES=ES*n EP EP E+P E+Pn 反应方向反应方向,主要取决于反应自由能变化主要取决于反应自由能变化 H H。n 而反应速度快慢而反应速度快慢,则主要取决于反应的活化能则主要取决于反应的活化能E Ea a。n（一）活化能降低（一）活化能降低 催化剂的作用是降低反应活化能催化剂的作用是降低反应活化能E Ea,a,从而起到提高反应速度的作用从而起到提高反应速度的作用一一 酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制 现在学习的是第52页，共136页反应过程中能的变化反应过程中能的变化现在学习的是第53页，共136页一一 酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制 n（
33、二）中间产物学说（二）中间产物学说n 在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物中在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。间复合物再分解成产物和酶。n E +S =E-S E +S =E-S P +E P +Enn许多实验事实证明了许多实验事实证明了E ES S复合物的存在。复合物的存在。E ES S复合物形复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。成的速率与酶和底物的性质有关。现在学习的是第54页，共136页E+SP+EES能能量量水水平平反应过程反应过程 G E1
34、E2 酶（酶（E）与底物（）与底物（S）结）结合生成不稳定的中间物（合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（），再分解成产物（P）并释）并释放出酶，使反应沿一个低放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能反应所需活化能，所以能加快反应速度。加快反应速度。现在学习的是第55页，共136页n 酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力分子通过短程非共价力(如氢键如氢键,离子键和疏离子键和疏水键等水键等)的作用，形成的作用，形成E-SE-S反应中间物，反应中间物，n 其结果使底物的价键状态发生形变或极
35、其结果使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。作用。现在学习的是第56页，共136页n 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；浓度大大增加，有利于提高反应速度；n 另一方面，由于活性中心的立体结构和相另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反
36、应具有高效率和专一性特定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。点。1 1 邻基效应和定向效应邻基效应和定向效应(三三)与酶作用高效性有关的因素与酶作用高效性有关的因素 现在学习的是第57页，共136页 邻邻 近近 定定 向向 效效 应应现在学习的是第58页，共136页2 2 与反应过渡状态结合作用与反应过渡状态结合作用 n按按 S SN N2 2 历程进行的反应，反应速度与形历程进行的反应，反应速度与形成的过渡状态稳定性密切相关。成的过渡状态稳定性密切相关。n在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物的实际上是底物形成的过渡状态，复合物的实际上是底物形成的过
37、渡状态，n所以，酶与过渡状态的亲和力要大于酶与所以，酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力。底物或产物的亲和力。现在学习的是第59页，共136页3 3 张力学张力学说说n这是一个形成内酯的反应。当这是一个形成内酯的反应。当 R RCHCH3 3时，其反应速度比时，其反应速度比 R RH H的情况快的情况快315315倍。倍。n由于由于-CH-CH3 3体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排斥张力，体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排斥张力，从而使反应基团之间更容易形成稳定的五元环过渡状态。从而使反应基团之间更容易形成稳定的五元环过渡状态。现在学习的是第60页，共136页4 4
38、酸碱催化酸碱催化n酸酸-碱催化可分为狭义的酸碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的碱催化和广义的酸酸-碱催化。酶参与的酸碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。是广义的酸碱催化方式。n广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子子,或是通过质子碱接受部分质子的作用，或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程达到降低反应活化能的过程。现在学习的是第61页，共136页n广义酸基团广义酸基团 广义碱基团广义碱基团（质子供体）（质子供体）（质子受体）（质子受体）酶分子中可以作为广义酸、碱的基团酶分子中可以作为广义酸、碱的基团
39、His His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。化功能团。现在学习的是第62页，共136页5.5.共价催化共价催化 n催化剂通过与底物形成反应活性很高的共催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化高反应速度的过程，称为共价催化。n酶中参与共价催化的基团主要包括酶中参与共价催化的基团主要包括 His His 的咪唑基，的咪唑基，Cys Cys 的硫基，的硫基，Asp Asp 的羧基，的羧基，Ser Ser 的羟基等。的羟基等。n某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷
40、酸吡哆醛某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。等也可以参与共价催化作用。现在学习的是第63页，共136页6 6 金属离子催化作用金属离子催化作用 n金属离子可以和水分子的金属离子可以和水分子的OH-OH-结合，使水结合，使水显示出更大的亲核催化性能。显示出更大的亲核催化性能。提高水的亲核性能提高水的亲核性能 现在学习的是第64页，共136页 电荷屏蔽作用电荷屏蔽作用n电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。n多种激酶多种激酶(如磷酸转移酶如磷酸转移酶)的底物是的底物是Mg2+Mg2+ATPATP复合物。复合物。现在学习的是第6
41、5页，共136页 电子传递中间体电子传递中间体 n许多氧化许多氧化-还原酶中都含有铜或铁离子，还原酶中都含有铜或铁离子，它们作为酶的辅助因子起着传递电子的功它们作为酶的辅助因子起着传递电子的功能。能。现在学习的是第66页，共136页现在学习的是第67页，共136页二二 酶作用专一性的机制酶作用专一性的机制 n 酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。的作用，使反应可以按单一方向进行。n酶能够区分对称
42、分子中等价的潜手性基团。酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。n(a)“(a)“三点结合三点结合”的催化理论。认为酶与底物的结合处至少有三的催化理论。认为酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。不对称催化作用才能实现。现在学习的是第68页，共136页锁锁 钥钥 学学 说说现在学习的是第69页，共136页锁钥学说：锁钥学说：n认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同
43、一把钥匙对一把锁一样的结合如同一把钥匙对一把锁一样现在学习的是第70页，共136页 诱导契合学说现在学习的是第71页，共136页诱导契合学说诱导契合学说n该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状形状.现在学习的是第72页，共136页第五节第五节 酶促反应动力学酶促反应动力学n 定义：定义：n 酶促反应动力学是研究酶促反应速度以及酶促反应动力学是研究酶促反应速度以及各种条件下对酶反应速度的影响。各种条件下对酶反应速度的影响。n 现在学习的是第73页，共136页n 在低底物浓
44、度时在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成反应速度与底物浓度成正比，为一级反应。正比，为一级反应。n 底物浓度增大与速度的增加不成正比底物浓度增大与速度的增加不成正比,为为混合级反应混合级反应.n 当底物浓度达到一定值，几乎所有当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（最大值（V Vmaxmax），此时再增加底物浓度，），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。反应速度不再增加，表现为零级反应。一一 底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响(一一)V-S)V-S曲线曲线现在学习的是第74页，共136页现在学
45、习的是第75页，共136页u1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程。K Km m 米氏常数米氏常数V Vmax max 最大反应速度最大反应速度（二）米氏方程现在学习的是第76页，共136页 根据中间产物学说，酶促反应分两步进行根据中间产物学说，酶促反应分两步进行:米氏方程的推导：现在学习的是第77页，共136页现在学习的是第78页，共136页n米氏方程米氏方程nK Km m 即为米氏常数，即为米氏常数，nV Vmaxmax为最大反应速度为最大反应速度n当反应速度等于
46、最大速度一半当反应速度等于最大速度一半时时,即即V V=1/2 =1/2 V Vmax,max,K Km=m=S S n上式表示上式表示,米氏常数是反应米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底速度为最大值的一半时的底物浓度。物浓度。n因此因此,米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。（三）米氏常数的意义及测定（三）米氏常数的意义及测定现在学习的是第79页，共136页米氏常数米氏常数KmKm的意义的意义n不同的酶具有不同不同的酶具有不同K Km m值，它是酶的一个重要值，它是酶的一个重要的特征物理常数。的特征物理常数。nKmKm值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定
47、的温度和pHpH条条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的下具有不同的KmKm值。值。nK Km m值表示酶与底物之间的亲和程度：值表示酶与底物之间的亲和程度：K Km m值大值大表示亲和程度小，酶的催化活性低表示亲和程度小，酶的催化活性低;K Km m值小值小表示亲和程度大表示亲和程度大,酶的催化活性高。酶的催化活性高。现在学习的是第80页，共136页 米氏常数的测定米氏常数的测定 基基本本原原则则：将将米米氏氏方方程程变变化化成成相相当当于于y=ax+b的的直线方程，再用作图法求出直线方程，再用作图法求出Km。例：例：双倒数作图法双倒数作图
48、法（Lineweaver-Burk法）法）米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式：1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax 现在学习的是第81页，共136页 1 1 K Km 1 1m 1 1 =+V V V Vmax S max S V Vmaxmax取米氏方程式的倒数形式：取米氏方程式的倒数形式：1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常数Km的测定：现在学习的是第82页，共136页酶的酶的Km在实际应用中的意义在实际应用中的意义n 鉴定酶：通过测定鉴定酶：通过测定Km，可鉴别不同来源或相同来源但在不，可鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶段，不同生理状态下催化
49、相同反应的酶是否是属于同同发育阶段，不同生理状态下催化相同反应的酶是否是属于同一种酶。一种酶。n判断酶的最适底物。（天然底物）判断酶的最适底物。（天然底物）n计算一定速度下底物浓度。计算一定速度下底物浓度。n了解酶的底物在体内具有的浓度水平。了解酶的底物在体内具有的浓度水平。n判断反应方向或趋势。判断反应方向或趋势。n判断抑制类型。判断抑制类型。现在学习的是第83页，共136页从米氏方程中求得：从米氏方程中求得：当反应速度达到最大反应速度的当反应速度达到最大反应速度的90%，则，则90%V=100%VS/(km+S)v=Vmax Skm +S即 S=9km在进行酶活力测定时，通常用4km的底物
50、浓度即可。计算一定速度下底物浓度计算一定速度下底物浓度现在学习的是第84页，共136页二二 pH pH 的影响的影响n在一定的在一定的pH pH 下下,酶具酶具有最大的催化活性有最大的催化活性,通常称此通常称此pH pH 为最适为最适 pHpH。现在学习的是第85页，共136页pHv最适最适pH（optimum pH）pH稳定性：在一定pH范围内酶是稳定pH对酶作用的影响机制对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.影响酶活性基团的解离；3.影响底物的解离。现在学习的是第86页，共136页三三 温度的影响温度的影响一方面是温度升高一方面是温度升高,酶促反酶促反应速度加快。应速度加