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1、第二章酶学本讲稿第一页，共三十一页一一.酶是生物催化剂酶是生物催化剂酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：降低反应活化能，加速反应降低反应活化能，加速反应速度；反应前后的质和量不速度；反应前后的质和量不变；只催化热力学允许的反变；只催化热力学允许的反应，不改变反应的平衡点。应，不改变反应的平衡点。本讲稿第二页，共三十一页1.酶是一种特殊的催化剂酶是一种特殊的催化剂具有极高的效率。具有极高的效率。高度的专一性。高度的专一性。酶促反应的可调节性。酶促反应的可调节性。在温和的反应环境下加速反应。在温和的反应环境下加速反应。本讲稿第三页，共三十一页2.酶的化学本质酶的化学本质绝大多数酶是蛋白
2、质。绝大多数酶是蛋白质。80年代以后发现某些酶的成分是年代以后发现某些酶的成分是RNA，称为核酶。，称为核酶。本讲稿第四页，共三十一页酶按分子组成分为单纯酶和结合酶。酶按分子组成分为单纯酶和结合酶。a)a)单纯酶：仅由氨基酸残基构成。单纯酶：仅由氨基酸残基构成。b)b)结合酶：由蛋白质（酶蛋白）和非蛋白质（辅助因子）组成，全结合酶：由蛋白质（酶蛋白）和非蛋白质（辅助因子）组成，全酶酶蛋白辅助因子。酶酶蛋白辅助因子。辅助因子包括辅助因子包括辅酶辅酶：与酶蛋白疏松结合，可用透析等简单方法分离；与酶蛋白疏松结合，可用透析等简单方法分离；辅基辅基：与酶蛋白牢固结合，不能用透析等简单方法分离。与酶蛋白牢
3、固结合，不能用透析等简单方法分离。本讲稿第五页，共三十一页本讲稿第六页，共三十一页酶按酶按结构为单体酶和寡聚酶和多酶体系酶按酶按结构为单体酶和寡聚酶和多酶体系单体酶：由一条肽链构成。单体酶：由一条肽链构成。寡聚酶：由多条肽链构成的一种酶。寡聚酶：由多条肽链构成的一种酶。多酶体系：由代谢上相关的几种酶构成的一种复合体。多酶体系：由代谢上相关的几种酶构成的一种复合体。本讲稿第七页，共三十一页3.酶的分类与命名酶的分类与命名国际系统分类法将酶按其催国际系统分类法将酶按其催化反应的性质分为六大化反应的性质分为六大类，每一个酶都用四个类，每一个酶都用四个点隔开的数字编号，编点隔开的数字编号，编号前冠以号
4、前冠以EC（酶学委员（酶学委员会缩写），四个数字依会缩写），四个数字依次表示该酶应属的大类、次表示该酶应属的大类、亚类、亚亚类及酶的顺亚类、亚亚类及酶的顺序排号，这种编码一种序排号，这种编码一种酶的四个数字即是酶的酶的四个数字即是酶的标码。标码。本讲稿第八页，共三十一页1.氧化还原酶类：催化底物进行各种氧化还原反应。氧化还原酶类：催化底物进行各种氧化还原反应。2.转移酶类：催化底物之间进行某些基团的转移或交换的反应。转移酶类：催化底物之间进行某些基团的转移或交换的反应。3.水解酶类：催化底物发生各种水解反应。水解酶类：催化底物发生各种水解反应。4.裂合酶类：催化共价连接基团的转移并形成双键的反
5、应或其逆反应。裂合酶类：催化共价连接基团的转移并形成双键的反应或其逆反应。5.异构酶类：可催化各种同分异构体之间相互转化反应。异构酶类：可催化各种同分异构体之间相互转化反应。6.合成酶类：催化两分子底物合成为一分子化合物，并伴随合成酶类：催化两分子底物合成为一分子化合物，并伴随ATP磷酸键断磷酸键断裂释能的反应。裂释能的反应。六大类酶六大类酶本讲稿第九页，共三十一页研究酶反应速度及其影响因素，这些因素包括酶浓度、底物浓研究酶反应速度及其影响因素，这些因素包括酶浓度、底物浓度、温度、度、温度、pHpH、抑制剂、激活剂等。、抑制剂、激活剂等。二二.酶促反应动力学酶促反应动力学本讲稿第十页，共三十一
6、页2.1 酶反应速度和酶的计量酶反应速度和酶的计量 酶反应速度的测定，多用单位时间内产物浓度的增加作为反应酶反应速度的测定，多用单位时间内产物浓度的增加作为反应速度的量度。速度的量度。酶反应速度一般以初始速度表示。酶反应速度一般以初始速度表示。酶活性指酶催化某种化学反应的能力，以酶促反应速度表示。酶活性指酶催化某种化学反应的能力，以酶促反应速度表示。在规定条件下，酶促反应在单位时间内生成一定量产物或消耗一在规定条件下，酶促反应在单位时间内生成一定量产物或消耗一定量底物所需酶量。国际生化学会酶学委员会规定：在特定条件定量底物所需酶量。国际生化学会酶学委员会规定：在特定条件下，每分钟催化下，每分钟
7、催化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位（位（IU）。）。用比活力（用比活力（mg蛋白中酶的活力），反映酶制剂的纯度。蛋白中酶的活力），反映酶制剂的纯度。本讲稿第十一页，共三十一页本讲稿第十二页，共三十一页底物浓度对反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响其他因素不变，底物浓度的变其他因素不变，底物浓度的变化对反应速度作图（化对反应速度作图（V-S曲线）曲线）：底物浓度很低时，：底物浓度很低时，V与与 S呈正比；底物浓度再增加，呈正比；底物浓度再增加，V的增加趋缓；当的增加趋缓；当S达某一值后，达某一值后，反应速度达最大，反应速度不反应速度达最大，反
8、应速度不再增加。再增加。本讲稿第十三页，共三十一页米氏方程（米氏方程（Michaelis-Menten）根据中间产物学说，得出了反应速度与底物浓度根据中间产物学说，得出了反应速度与底物浓度关系的数学方程式。即米氏方程关系的数学方程式。即米氏方程:VmaxVmax为最大反应速度，为最大反应速度，Km Km为米氏常数。为米氏常数。本讲稿第十四页，共三十一页米氏常数米氏常数米氏常数是酶的特征常数，只与酶的性质有关，不受底物米氏常数是酶的特征常数，只与酶的性质有关，不受底物浓度和酶浓度的影响。浓度和酶浓度的影响。不同酶不同酶Km值不同。值不同。Km值是反应速度（值是反应速度（V）达到最大反应速度（）达
9、到最大反应速度（Vmax）一半时的）一半时的底物浓度（单位为底物浓度（单位为mol/L或或mmol/L）。）。Km的大小近似地反映了酶与底物结合成中间产物的难易程度。的大小近似地反映了酶与底物结合成中间产物的难易程度。如果一种酶可以催化几种底物发生反应，如果一种酶可以催化几种底物发生反应，Km值最小的底物是值最小的底物是该酶的最适底物。该酶的最适底物。通过米氏常数可了解测定酶活性的底物浓度通过米氏常数可了解测定酶活性的底物浓度本讲稿第十五页，共三十一页米氏常数的测定米氏常数的测定作图法作图法本讲稿第十六页，共三十一页双底物反应机制双底物反应机制顺序、随机、乒乓机制顺序、随机、乒乓机制本讲稿第十
10、七页，共三十一页酶浓度、温度、酶浓度、温度、pH对反应速度的影响对反应速度的影响 当当SE，使酶达饱和时，使酶达饱和时，v与与E 近似成正比关系。近似成正比关系。升高温度可加快酶促反应速度，同时也会升高温度可加快酶促反应速度，同时也会加速酶蛋白变性。酶促反应速度最快时的加速酶蛋白变性。酶促反应速度最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。环境温度称为该酶促反应的最适温度。pH影响酶活性中心某些必需基团、辅影响酶活性中心某些必需基团、辅酶及许多底物的解离状态。酶促反应酶及许多底物的解离状态。酶促反应速度最快时的环境速度最快时的环境pH称为酶促反应的称为酶促反应的最适最适pH。本讲稿第十八页，共三
11、十一页抑制剂对反应速度的影响抑制剂对反应速度的影响能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称酶的抑制剂。能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称酶的抑制剂。根据抑制剂与酶结合牢固或疏松，分为可逆性抑制与不可逆性根据抑制剂与酶结合牢固或疏松，分为可逆性抑制与不可逆性抑制。抑制。可逆性抑制作用：以非共价键与酶或酶可逆性抑制作用：以非共价键与酶或酶-底物复合物疏松结底物复合物疏松结合，利用透析或超滤等简单方法可除去其抑制，使酶恢复合，利用透析或超滤等简单方法可除去其抑制，使酶恢复活性，称可逆性抑制作用。活性，称可逆性抑制作用。本讲稿第十九页，共三十一页n竞争性抑制作用竞争性抑制作用n非竞争性抑制作用非
12、竞争性抑制作用n反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用三种可逆抑制三种可逆抑制本讲稿第二十页，共三十一页酶的作用机理酶的作用机理 n活性中心：在反应过程中酶分子中直接参与反应的基团，所组活性中心：在反应过程中酶分子中直接参与反应的基团，所组成的空间结构。成的空间结构。n活性中心包括两个功能部位：与底物结合的结合部位和活性中心包括两个功能部位：与底物结合的结合部位和催化部位。活性中心通常由酶分子中虽然在一级结构上催化部位。活性中心通常由酶分子中虽然在一级结构上并不紧密相邻的几个氨基酸残基侧链上的基团组成。并不紧密相邻的几个氨基酸残基侧链上的基团组成。n对于需要辅因子的结合蛋白酶来说，辅酶（或辅基）也是
13、活对于需要辅因子的结合蛋白酶来说，辅酶（或辅基）也是活性中心的组成部分。酶分子其它部分为酶活性中心的形成提性中心的组成部分。酶分子其它部分为酶活性中心的形成提供了结构基础。供了结构基础。本讲稿第二十一页，共三十一页酶的专一性酶的专一性“诱导契合学说诱导契合学说”酶酶的的活活性性中中心心与与底底物物的的结结构构不不是是刚刚性性互互补补而而是是柔柔性性互互补补。酶酶分分子子与与底底物物分分子子接接近近时时，酶酶蛋蛋白白质质受受底底物物分分子子诱诱导导，构构象象发发生生有有利利于于与与底底物物结结合合的的变变化化，酶酶与与底底物物在在此此基基础础上上互互补楔合，进行反应。补楔合，进行反应。本讲稿第二
14、十二页，共三十一页酶学中一些重要概念酶学中一些重要概念 本讲稿第二十三页，共三十一页基本上均为寡聚酶。基本上均为寡聚酶。是代谢过程的关键调节酶。是代谢过程的关键调节酶。包括具有催化功能的活性中包括具有催化功能的活性中心及起调节作用的调节中心。心及起调节作用的调节中心。别构酶（别构酶（allosteric enzyme）本讲稿第二十四页，共三十一页v-v-S S曲线为曲线为S S形曲线。形曲线。别构效应：当调节物与酶分子中的变构中别构效应：当调节物与酶分子中的变构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶活性中心对底物的结合与催化构象，使酶活性中心对底物
15、的结合与催化作用受到影响，从而调节酶的反应速度及作用受到影响，从而调节酶的反应速度及代谢过程。代谢过程。正效应剂通常是变构酶的底物，负效应剂一般正效应剂通常是变构酶的底物，负效应剂一般是代谢反应序列的终产物。是代谢反应序列的终产物。别构效应别构效应本讲稿第二十五页，共三十一页有机体内能够催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的有机体内能够催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成却有所不同的一组酶。分子结构组成却有所不同的一组酶。同工酶（同工酶（Isoenzyme）本讲稿第二十六页，共三十一页有些酶刚合成或初分泌时是酶的无有些酶刚合成或初分泌时是酶的无活性前体，称为酶原。活性前体，称为酶原。
16、酶原转变为活性酶的过程称为酶原激活。酶原转变为活性酶的过程称为酶原激活。酶原激活通过水解一个或若干个特定的酶原激活通过水解一个或若干个特定的肽键，酶的构象发生改变，其多肽链发肽键，酶的构象发生改变，其多肽链发生进一步折叠、盘曲、形成活性中心必生进一步折叠、盘曲、形成活性中心必需的构象。需的构象。酶原与酶原激活酶原与酶原激活本讲稿第二十七页，共三十一页酶原激活的典型凝血系统激活酶原激活的典型凝血系统激活本讲稿第二十八页，共三十一页某些酶蛋白肽链上的侧链基团在另一酶的催化下可某些酶蛋白肽链上的侧链基团在另一酶的催化下可与某种化学基团发生共价结合或解离，从而改变酶与某种化学基团发生共价结合或解离，从
17、而改变酶的活性，这一调节酶活性的方式称为酶的共价修饰。的活性，这一调节酶活性的方式称为酶的共价修饰。酶的共价修饰形式以磷酸化修饰最为常见。酶的共价修饰形式以磷酸化修饰最为常见。酶的共价修饰属于体内酶活性快速调节的另一种重要酶的共价修饰属于体内酶活性快速调节的另一种重要方式。方式。酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节（covalent modification）本讲稿第二十九页，共三十一页将酶分子结合在特定的支持物上且能将酶分子结合在特定的支持物上且能发挥酶的催化功能。发挥酶的催化功能。利用固定化酶可实现对酶的反复使利用固定化酶可实现对酶的反复使用，与反应液容易相互分开，稳定用，与反应液容易相互分开
18、，稳定性能也更好。性能也更好。固定化酶固定化酶本讲稿第三十页，共三十一页抗体酶（抗体酶（abzyme）又称催化抗体（又称催化抗体（catalytic antibody）。为有酶样活性的抗）。为有酶样活性的抗体。体。20世纪世纪80年代中期抗体酶技术取得了突破性进展。年代中期抗体酶技术取得了突破性进展。理论根据理论根据酶的催化原理：如抗体能专一地识别某化酶的催化原理：如抗体能专一地识别某化学反应的过渡态，它应能利用其结合能降低该反应的活学反应的过渡态，它应能利用其结合能降低该反应的活化能，从而像酶一样催化该化学反应加速进行。化能，从而像酶一样催化该化学反应加速进行。抗体酶技术中研究得最广泛的是酯水解反应。抗体酶技术中研究得最广泛的是酯水解反应。本讲稿第三十一页，共三十一页