酶的化学精选课件.ppt

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1、目录目录关于酶的化学第一页，本课件共有115页目录目录n n酶的概念酶的概念 酶酶酶酶（enzymeenzyme）是是一一类类由由活活细细胞胞产产生生的的、对对其其底底物物具具有有高高度度特特异异性性和和高高度度催催化化效效能能的的蛋蛋白质。白质。第二页，本课件共有115页目录目录n n酶学研究简史酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一一百百余余年年前前，Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活活动动的的结结果。果。1878年，年，Khne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Eduard Buchner用用不不含

2、含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液，实现了发酵。液，实现了发酵。1926年年，Sumner首首 次次 从从 刀刀 豆豆 中中 提提 纯纯 出出 脲脲 酶酶 结结 晶晶 (deoxyribozyme)。第三页，本课件共有115页目录目录1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提提出出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年年，Jack W.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连接酶活性连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。第四页，本课件共有115页目录目录第一节第一节酶的分

3、子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme第五页，本课件共有115页目录目录n n酶的不同形式酶的不同形式:单体酶单体酶(monomeric enzyme)：单一亚基构成的酶单一亚基构成的酶 。寡寡聚聚酶酶(oligomeric enzyme)：由由多多个个相相同同或或不不同同亚亚基基以以非非共价键连接组成的酶。共价键连接组成的酶。多多酶酶体体系系(multienzyme system)：由由几几种种不不同同功功能能的的酶酶彼彼此聚合形成此聚合形成多酶体系多酶体系或称多酶复合物。或称多酶复合物。多多功功能能酶酶(m

4、ultifunctional enzyme)或或串串联联酶酶(tandem enzyme)：一一些些多多酶酶体体系系在在进进化化过过程程中中由由于于基基因因的的融融合合，多多种种不不同同催催化化功功能能存存在在于于一一条条多多肽肽链链中中，这这类类酶酶称称为为多多功功能酶。能酶。第六页，本课件共有115页目录目录一、酶的分子组成中常含有辅助因子一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)n结合酶结合酶(conjugated enzy

5、me)：由蛋白质部分由蛋白质部分和非蛋白质部分共同组成和非蛋白质部分共同组成 的酶的酶 单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 (simple enzyme)：仅含有蛋白质的酶称为仅含有蛋白质的酶称为仅含有蛋白质的酶称为仅含有蛋白质的酶称为单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 第七页，本课件共有115页目录目录n n全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用:酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质第八页，本课件共有115页目录目录辅助因子分类辅助因子分类（按其与酶蛋

6、白结合的紧密程度）（按其与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超滤透析或超滤的方法除去的方法除去。第九页，本课件共有115页目录目录n辅助因子多为小分子的有机化合物或金属离子。辅助因子多为小分子的有机化合物或金属离子。作为辅助因子的有机化合物多为作为辅助因子的有机化合物多为B族维生素的族维生素的衍生物或卟啉化合物衍生物或卟啉化合物它们在酶促反应中主要参与传递电子、质子它们在酶促反应中主要参与传

7、递电子、质子（或基团）或起运载体作用（或基团）或起运载体作用第十页，本课件共有115页目录目录某些辅酶（辅基）在催化中的作用某些辅酶（辅基）在催化中的作用第十一页，本课件共有115页目录目录金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。失。金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。不甚紧密。n金属离子是最多见的辅助因子金属离子是最多见的辅助因子第十二页，本课件共有115页目录目录金属金属离子的作用：离子的作用

8、：参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；稳定酶的构象；稳定酶的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。第十三页，本课件共有115页目录目录某些金属酶和金属激活酶某些金属酶和金属激活酶 第十四页，本课件共有115页目录目录二、酶的活性中心是酶分子中执行其二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位催化功能的部位酶的活性中心或活性部位（酶的活性中心或活性部位（active siteactive site）是）是酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具

9、有特定三维结构的区域。产物的具有特定三维结构的区域。酶的活性中心酶的活性中心(active center)第十五页，本课件共有115页目录目录酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。酶活性密切相关的化学基团。必需基团必需基团(essential group)第十六页，本课件共有115页目录目录活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的

10、空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团第十七页，本课件共有115页底底 物物 活性中心以外的活性中心以外的必需基团必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 第十八页，本课件共有115页目录目录溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心溶溶菌菌酶酶的的活活性性中中心心是是一一裂裂隙隙，可可以以容容纳纳肽肽多多糖糖的的6个个单单糖糖基基（A，B，C，D，E，F），并并与与之之形形成成氢氢键键和和van derwaals力。力。催催 化化 基基 团团 是是35位位G

11、lu，52位位Asp；101位位Asp和和108位位Trp是结合基团。是结合基团。第十九页，本课件共有115页目录目录三、同工酶催化相同的化学反应三、同工酶催化相同的化学反应 同同工工酶酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，但但酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构、理理化化性性质质乃乃至免疫学性质不同的一组酶。至免疫学性质不同的一组酶。定义定义第二十页，本课件共有115页目录目录根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同同mRNAmRNA所翻译的不

12、同多肽链组成的蛋白质。所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。提供了理论依据。第二十一页，本课件共有115页目录目录HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脱氢酶的同工酶乳酸

13、脱氢酶的同工酶举例举例 1第二十二页，本课件共有115页目录目录人体各组织器官人体各组织器官LDHLDH同工酶谱（活性同工酶谱（活性%）第二十三页，本课件共有115页目录目录检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义 在代谢调节上起着重在代谢调节上起着重要的作用；要的作用；用于解释发育过程中用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传标同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。志，用于遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工

14、酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱急性肝炎酶谱急性肝炎酶谱2 23 34 45 5第二十四页，本课件共有115页目录目录举例举例 2B BB BB BMMMMM CK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑脑 心肌心肌 骨骼肌骨骼肌肌酸激酶肌酸激酶(creatine kinase,CK)同工酶同工酶CK2常作为临床早期诊断心肌梗死的一项生化指标常作为临床早期诊断心肌梗死的一项生化指标 第二十五页，本课件共有115页目录目录第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action第二十六页，本课件共有115

15、页目录目录在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。的平衡点。酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：第二十七页，本课件共有115页目录目录（一）（一）酶对底物具有极高的效率酶对底物具有极高的效率 一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比倍，比一般催化剂高一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催

16、化剂加速反应的机理都是降低反应酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的的活化能活化能(activation energy)。酶比一般催化剂。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。更有效地降低反应的活化能。第二十八页，本课件共有115页目录目录某些酶与一般催化剂催化效率的比较某些酶与一般催化剂催化效率的比较 第二十九页，本课件共有115页目录目录n根据酶对底物选择的特点，酶的特异性可分为两种根据酶对底物选择的特点，酶的特异性可分为两种类型类型：1.绝对专一性绝对专一性(absolute specificity)只能作用于只能作用于特定结构的底物特定结构的底物，进行一种专一的反应，进行一种专一

17、的反应，生成一种特定结构的产物生成一种特定结构的产物。如脲酶仅能催化尿素水解生。如脲酶仅能催化尿素水解生成成CO2和和NH3。有些具有绝对专一性的酶可以区分有些具有绝对专一性的酶可以区分光学异构体光学异构体和和立体立体异构体异构体，只能催化一种光学异构体或立体异构体进行反，只能催化一种光学异构体或立体异构体进行反应。例如乳酸脱氢酶仅催化应。例如乳酸脱氢酶仅催化L-乳酸脱氢生成丙酮酸，而乳酸脱氢生成丙酮酸，而对对D-乳酸无作用。乳酸无作用。第三十一页，本课件共有115页目录目录2.相对专一性相对专一性(relative specificity)有些酶对底物的专一性不是依据整个底物分子结构，而是依

18、有些酶对底物的专一性不是依据整个底物分子结构，而是依据底物分子中的据底物分子中的特定的化学键或特定的基团特定的化学键或特定的基团，因而可以作用于，因而可以作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物。例如，消化系统含有相同化学键或化学基团的一类化合物。例如，消化系统中的蛋白酶仅对蛋白质中肽键的氨基酸残基种类有选择性，中的蛋白酶仅对蛋白质中肽键的氨基酸残基种类有选择性，而对具体的底物蛋白质种类无严格要求而对具体的底物蛋白质种类无严格要求 。第三十二页，本课件共有115页目录目录（三）酶的活性与酶量具有可调节性（三）酶的活性与酶量具有可调节性酶促反应受多种因素的调控，以适应机体酶促反应受多种因素的调

19、控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。对不断变化的内外环境和生命活动的需要。磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶-1的的活活性性受受AMP的的别别构构激激活活，而受而受ATP的别构抑制。的别构抑制。胰胰岛岛素素诱诱导导HMG-CoA还还原原酶酶的的合合成成，而而胆胆固醇则阻遏该酶合成。固醇则阻遏该酶合成。例例:第三十三页，本课件共有115页目录目录（四）酶具有不稳定性（四）酶具有不稳定性酶的化学本质主要是蛋白质。在某些理化酶的化学本质主要是蛋白质。在某些理化因素（如高温、强酸、强碱等）的作用下，酶因素（如高温、强酸、强碱等）的作用下，酶会发生变性而失去催化活性。因此，酶促反应会发生变性而失去

20、催化活性。因此，酶促反应往往都是在常温、常压和接近中性的条件下进往往都是在常温、常压和接近中性的条件下进行的。行的。第三十四页，本课件共有115页目录目录二、酶通过促进底物形成过渡态而二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率提高反应速率（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样，加速反应的作酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的用都是通过降低反应的活化能活化能(activation energy)实现的。实现的。活化能活化能：底物分子从基态转变到过渡：底物分子从基态转变到过渡态所需的能量。态所需的能量。第三十五页，本课

21、件共有115页目录目录反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 第三十六页，本课件共有115页目录目录（二）酶与底物结合形成中间产物（二）酶与底物结合形成中间产物 酶底物复合物酶底物复合物E+SE+PES(过渡态过渡态过渡态过渡态)第三十七页，本课件共有115页目录目录1.诱导契合作用使酶与底物密切结合诱导契合作用使酶与底物密切结合酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互酶与底物相互接近时，其结

22、构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶为酶-底物结合的底物结合的诱导契合诱导契合(induced-fit)。第三十八页，本课件共有115页第三十九页，本课件共有115页羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物第四十页，本课件共有115页目录目录2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心中心 酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种这种邻近效

23、应邻近效应(proximity effect)与与定向排列定向排列(orientation arrange)实际上是将分子间的反应变实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。第四十一页，本课件共有115页目录目录邻近效应与定向排列：邻近效应与定向排列：第四十二页，本课件共有115页目录目录酶的活性中心多是酶分子内部的疏水酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋口袋”，酶反，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化脱溶剂化(desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物分，排除周围大量水分子对

24、酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为这种现象称为表面效应表面效应(surface effect)。3.表面效应使底物分子去溶剂化表面效应使底物分子去溶剂化第四十三页，本课件共有115页目录目录胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心“口袋口袋”第四十四页，本课件共有115页目录目录（三）酶的催化机制呈多元催化作用（三）酶的催化机制呈多元催化作用1）亲核催化作用）亲核催化作用(nucleophilic

25、 catalysis)2）共价催化作用）共价催化作用(covalent catalysis)3）亲电催化（）亲电催化（electrophilic catalysis）1.酸酸-碱催化作用（碱催化作用（general acid-base catalysis）2.亲核催化和亲电子催化作用亲核催化和亲电子催化作用 第四十五页，本课件共有115页目录目录胰凝乳蛋白酶的共价催化和酸胰凝乳蛋白酶的共价催化和酸-碱催化机制碱催化机制 第四十六页，本课件共有115页目录目录第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 第四十七页，本课件共有

26、115页目录目录n酶促反应动力学：酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反应研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。速率的影响，并加以定量的阐述。n影响因素包括：影响因素包括：酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。第四十八页，本课件共有115页目录目录一、底物浓度对反应速率影响的作图呈一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线矩形双曲线在其他因素不变的在其他因素不变的情况下，底物浓度对反情况下，底物浓度对反应速率的影响呈应速率的影响呈矩形双矩形双曲线关系曲线关系。第四十九页，本课件共有115页当底物浓度较低时：当底物浓度较低时：反应

27、速率与底物浓度成正比；反应为一反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。级反应。SVVmax第五十页，本课件共有115页随着底物浓度的增高：随着底物浓度的增高：反应速率不再成正比例加速；反应为混合反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。级反应。SVVmax第五十一页，本课件共有115页当底物浓度高达一定程度：当底物浓度高达一定程度：反应速率不再增加，达最大速率；反反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应应为零级反应SVVmax第五十二页，本课件共有115页目录目录单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；酶酶促促反反应应速速率率一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时

28、时间间内内底底物物的的消消耗耗量量和和产产物物的的生生成成量量来来表示；表示；反反应应速速率率取取其其初初速速率率，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小小（一一般在般在5 以内）时的反应速率以内）时的反应速率底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。研究前提：研究前提：第五十三页，本课件共有115页目录目录中间产物中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是最合理学说是中间产物学说中间产物学说：E+S k1k2k3ESE+P（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性力学特性第五十四页，本课件共有115

29、页目录目录1913年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速率率与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米曼曼氏氏方方程程式式，简简称称米氏方程式米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速率时的反应速率Vmax：最大反应速率最大反应速率(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S 第五十五页，本课件共有115页目录目录1.E与与S形形成成ES复复合合物物的的反反应应是是快快速速平平衡衡反反应应，而而ES分分解解为为E及及P的的反反应应

30、为为慢慢反反应应，反反应应速速率率取取决决于于慢慢反反应即应即 V=k3ES。(1)2.S的的总总浓浓度度远远远远大大于于E的的总总浓浓度度，因因此此在在反反应应的的初初始阶段，始阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即S=St。米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：第五十六页，本课件共有115页目录目录n米曼氏方程式推导过程：米曼氏方程式推导过程：ES的生成速率的生成速率=ES的分解速率的分解速率k2+k3=Km（米氏常数）（米氏常数）k1令：令：则则(2)(2)变为变为:(EtES)S=Km ES(2)=(EtES)Sk2+k3ES k1整理得：整理得：k1(Et

31、ES)S=k2 ES+k3 ES当反应处于稳态时：当反应处于稳态时：第五十七页，本课件共有115页目录目录当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即即Et=ES，反应达最大速率反应达最大速率Vmax=k3ES=k3Et (5)ES=EtSKm+S(3)整理得整理得:将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：Vmax S Km+S V=将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得k3EtS Km+S(4)V=第五十八页，本课件共有115页目录目录（二）（二）Km与与Vm是重要的酶促反应动力学参数是重要的酶促反应动力学参数1Km值等于酶

32、促反应速率为最大反应速率一半值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度时的底物浓度 当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：Km=S 2=Km+S Vmax VmaxSVmaxVSKmVmax/2 第五十九页，本课件共有115页目录目录2Km值是酶的特征性常数值是酶的特征性常数 Km值的大小并非固定不变，它与酶的结构、值的大小并非固定不变，它与酶的结构、底物结构、反应环境的底物结构、反应环境的pH、温度和离子强度有、温度和离子强度有关，而与酶浓度无关。酶的关，而与酶浓度无关。酶的Km值多在值多在10-610-2mol/L的范围。的范围。第六十页，本课件共有115页

33、目录目录某些酶对其底物的某些酶对其底物的Km 第六十一页，本课件共有115页目录目录3Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力在一定条件下可表示酶对底物的亲和力 Km越大，表示酶对底物的亲和力越小；越大，表示酶对底物的亲和力越小；Km越小，酶对底物的亲和力越大。越小，酶对底物的亲和力越大。4Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率是酶被底物完全饱和时的反应速率 当所有的酶均与底物形成当所有的酶均与底物形成ES时（即时（即ES=Et），反应速率达到最大，即），反应速率达到最大，即Vmax=k3 Et。第六十二页，本课件共有115页目录目录5酶的转换数酶的转换数 当酶被底物完全饱和时（当酶被底物完全饱

34、和时（Vmax），单位时间），单位时间内每个酶分子（或活性中心）催化底物转变成产内每个酶分子（或活性中心）催化底物转变成产物的分子数称为酶的转换数（物的分子数称为酶的转换数（turnover number），），单位是单位是s-1。酶的转换数可用来表示酶的催化效率。酶的转换数可用来表示酶的催化效率。第六十三页，本课件共有115页目录目录1.双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为，又称为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)作图法作图法 VmaxS Km+SV=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=KmVmax 1/Vmax 1/S 两边同取

35、倒数两边同取倒数（三）（三）m值与值与max常通过林常通过林-贝氏作图法求取贝氏作图法求取-1/Km 1/V 1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V第六十四页，本课件共有115页目录目录2.Hanes作图法作图法在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘SSS/V=S/V=K Kmm/V/Vmax max+S/Vmax max S S S/V S/V -Km K Kmm/V/Vm m 1/Vmax 第六十五页，本课件共有115页目录目录二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系

36、呈直线关系在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。第六十六页，本课件共有115页目录目录当当SE，酶可被底，酶可被底物饱和的情况下，反应速物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。率与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：V=k3 E0 VE当当SE时，时，Vmax=k3 E酶浓度对反应速率的影响酶浓度对反应速率的影响第六十七页，本课件共有115页目录目录三、温度对酶促反应速率的影响具有双三、温度对酶促

37、反应速率的影响具有双重性重性温度对酶促反应速率具有双重影响。温度对酶促反应速率具有双重影响。酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的促反应的最适温度最适温度(optimum temperature)。第六十八页，本课件共有115页目录目录n温度对酶活温度对酶活性的影响性的影响第六十九页，本课件共有115页目录目录酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关。进行的时间有关。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。不使酶

38、破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。第七十页，本课件共有115页目录目录四、四、pH通过改变酶和底物分子解离状态通过改变酶和底物分子解离状态影响酶促反应速率影响酶促反应速率酶催化活性最高时反应体系的酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应称为酶促反应的的最适最适pH(optimum pH)。pH对某些酶对某些酶活性的影响活性的影响第七十一页，本课件共有115页目录目录最最适适pH不不是是酶酶的的特特征征性性常常数数，它它受受底底物物浓浓度度、缓缓冲冲液液种种类类与与浓浓度度、以以及及酶酶纯纯度度等等因因素的影响。素的影响。第七十二页，本课件共有115页目录目录五、抑制剂可降低酶促反应速率五、抑

39、制剂可降低酶促反应速率n酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)酶的抑制区别于酶的变性：酶的抑制区别于酶的变性：抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变变性的物质称为酶的抑制剂。性的物质称为酶的抑制剂。第七十三页，本课件共有115页目录目录抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制(reversible inhibition)竞争性抑制竞争性抑制 (competitive in

40、hibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：抑制作用分为：第七十四页，本课件共有115页目录目录有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒-解磷定解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒-二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)概念概念举例举例抑制剂通常以共价键与酶活性中心的抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。此类抑制剂

41、必需基团相结合，使酶失活。此类抑制剂不能用透析、超滤等方法予以去除。不能用透析、超滤等方法予以去除。（一）不可逆性抑制剂与酶共价结合（一）不可逆性抑制剂与酶共价结合第七十五页，本课件共有115页目录目录*有机磷化合物有机磷化合物如：敌百虫、敌敌畏、乐果和马拉硫磷等如：敌百虫、敌敌畏、乐果和马拉硫磷等如：敌百虫、敌敌畏、乐果和马拉硫磷等如：敌百虫、敌敌畏、乐果和马拉硫磷等 有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸*胆碱酯酶胆碱酯酶*解毒剂解毒剂如：解磷定（碘化醛肟甲基吡啶，如：解磷定（碘化醛肟甲基吡啶，PAMPAM）阿托品阿托品第七十六页，本课件共有115页目录目录*低浓度重金属

42、离子和砷化合物低浓度重金属离子和砷化合物如：路易斯气如：路易斯气如：路易斯气如：路易斯气 *路易斯气与糜烂性毒剂路易斯气与糜烂性毒剂路易士气路易士气巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸失活的酶失活的酶BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物第七十七页，本课件共有115页目录目录（二）（二）可逆性抑制剂与酶非共价结合可逆性抑制剂与酶非共价结合竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 类型类型概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶-底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或消消失失；抑制剂可用透析、超滤等方法

43、除去。抑制剂可用透析、超滤等方法除去。第七十八页，本课件共有115页目录目录1.1.竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心 抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从从而而阻阻碍碍酶酶与与底底物物形形成成中中间间产产物物，这种抑制作用称为这种抑制作用称为竞争性抑制作用竞争性抑制作用。第七十九页，本课件共有115页目录目录反应模式反应模式+IEIE+SE+PESIS+ESIESEIPEE第八十页，本课件共有115页目录目录特点特

44、点抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和力及底物浓度；和力及底物浓度；I与与S结结构构类类似似，竞竞争酶的活性中心；争酶的活性中心；动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km增增大。大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂1/V1/S第八十一页，本课件共有115页目录目录举例举例丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸第八十二页，本课件共有115页目录目录磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤

45、啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸第八十三页，本课件共有115页目录目录有有些些抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团相相结结合合，不不影影响响酶酶与与底底物物的的结结合合，酶酶和和底底物物的的结结合合也也不不影影响响酶酶与与抑抑制制剂剂的的结结合合。底底物物和和抑抑制制剂剂之之间间无无竞竞争争关关系系。但但酶酶-底底物物-抑抑制制剂剂复复合合物物(ESI)不不能能进进一一步步释释放放出出产产物物。这这种种抑抑制制作作用用称称作作非非竞竞争争性性抑制作用抑制作用。2.2.2.2.非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点非

46、竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点 第八十四页，本课件共有115页目录目录n反应模式反应模式+S S+S S+ESIEIEESEPE+SESE+P+IEI+S EIS +I第八十五页，本课件共有115页目录目录特点特点抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团结结合合，底底物物与与抑抑制制剂剂之之间间无无竞争关系；竞争关系；抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制剂的浓度；制剂的浓度；动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km不不变。变。抑制剂抑制剂1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 第八十

47、六页，本课件共有115页目录目录抑抑制制剂剂仅仅与与酶酶和和底底物物形形成成的的中中间间产产物物(ES)结结合合，使使中中间间产产物物ES的的量量下下降降。这这样样，既既减减少少从从中中间间产产物物转转化化为为产产物物的的量量，也也同同时时减减少少从从中中间间产产物物解解离离出出游游离离酶酶和和底底物物的的量量。这这种种抑抑制制作作用称为用称为反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用。定义定义3.3.反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生 第八十七页，本课件共有115页目录目录n反应模式反应模式E+SE+P ES+IESI+ESESESIEP第八十八页，本课件共有

48、115页目录目录特点：特点：抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物物复合物结合；复合物结合；抑抑制制程程度度取取决决与与抑抑制制剂剂的的浓浓度度及及底底物物的的浓度；浓度；动动力力学学特特点点：Vmax降低，表观降低，表观Km降低。降低。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 第八十九页，本课件共有115页目录目录各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 第九十页，本课件共有115页目录目录六、激活剂可提高酶促反应速率六、激活剂可提高酶促反应速率定义定义使使酶酶由由无无活活性性变变为为有有活活性性或或使使酶酶活活性性增加的物质称为增加的物质称为激活剂激活剂(activator)。种类种

49、类必需激活剂必需激活剂必需激活剂必需激活剂(essential activator)(essential activator)非必需激活剂非必需激活剂非必需激活剂非必需激活剂(non-essential activator)(non-essential activator)第九十一页，本课件共有115页目录目录第四节第四节 酶的调节酶的调节The Regulation of Enzyme第九十二页，本课件共有115页目录目录酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）调节方式调节方式调节对象：关

50、键酶调节对象：关键酶第九十三页，本课件共有115页目录目录n别构效应剂别构效应剂(allosteric effector)别构激活剂别构激活剂别构抑制剂别构抑制剂 别构调节别构调节(allosteric regulation)别构酶别构酶(allosteric enzyme)别构部位别构部位(allosteric site)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变变酶酶的的催化活性，此种调节方式称催化活性，此种调节方式称别构调节别构调节。（一）别构效应剂通过改变酶的构象而调节酶活性（一）别