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1、目录目录Enzyme第第3 3章章 酶酶目录目录n n酶的概念酶的概念目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类:酶酶酶酶 、核酶（脱氧核酶）核酶（脱氧核酶）核酶（脱氧核酶）核酶（脱氧核酶）酶酶酶酶是是是是一一一一类类类类对对对对其其其其特特特特异异异异底底底底物物物物具具具具有有有有高高高高效效效效催催催催化化化化作作作作用用用用的蛋白质。的蛋白质。的蛋白质。的蛋白质。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。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
2、。一一一一百百百百余余余余年年年年前前前前，PasteurPasteur认认认认为为为为发发发发酵酵酵酵是是是是酵酵酵酵母母母母细细细细胞胞胞胞生生生生命命命命活活活活动的结果。动的结果。动的结果。动的结果。18781878年，年，年，年，KK hnehne首次提出首次提出首次提出首次提出EnzymeEnzyme一词。一词。一词。一词。18971897年年年年，Eduard Eduard BuchnerBuchner用用用用不不不不含含含含细细细细胞胞胞胞的的的的酵酵酵酵母母母母提提提提取取取取液，实现了发酵。液，实现了发酵。液，实现了发酵。液，实现了发酵。19261926年年年年，Sumne
3、rSumner首首首首次次次次从从从从刀刀刀刀豆豆豆豆中中中中提提提提纯纯纯纯出出出出脲脲脲脲酶酶酶酶结结结结晶晶晶晶 (deoxyribozymedeoxyribozyme)。目录目录19821982年年年年，CechCech首首首首次次次次发发发发现现现现RNARNA也也也也具具具具有有有有酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性，提出核酶提出核酶提出核酶提出核酶(ribozymeribozyme)的概念。的概念。的概念。的概念。19951995年年年年，Jack Jack W.SzostakW.Szostak研研研研究究究究室室室室首首首首先先先先报报报报道道道道了了了了具具具具
4、有有有有DNADNA连连连连 接接接接 酶酶酶酶 活活活活 性性性性 DNADNA片片片片 段段段段，称称称称 为为为为 脱脱脱脱 氧氧氧氧 核核核核 酶酶酶酶(deoxyribozymedeoxyribozyme)。目录目录第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme目录目录n n酶的不同形式酶的不同形式:单体酶单体酶单体酶单体酶(monomericmonomeric enzyme)enzyme)：仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。寡寡寡寡聚聚聚聚酶酶
5、酶酶(oligomericoligomeric enzyme)enzyme)：由由由由多多多多个个个个相相相相同同同同或或或或不不不不同同同同亚亚亚亚基以非共价键连接组成的酶。基以非共价键连接组成的酶。基以非共价键连接组成的酶。基以非共价键连接组成的酶。多多多多酶酶酶酶体体体体系系系系(multienzymemultienzyme system)system)：由由由由几几几几种种种种不不不不同同同同功功功功能能能能的的的的酶彼此聚合形成的多酶复合物。酶彼此聚合形成的多酶复合物。酶彼此聚合形成的多酶复合物。酶彼此聚合形成的多酶复合物。多多多多功功功功能能能能酶酶酶酶(multifunction
6、al(multifunctional enzyme)enzyme)或或或或串串串串联联联联酶酶酶酶(tandem(tandem enzyme)enzyme)：一一一一些些些些多多多多酶酶酶酶体体体体系系系系在在在在进进进进化化化化过过过过程程程程中中中中由由由由于于于于基基基基因因因因的的的的融融融融合合合合，多多多多种种种种不不不不同同同同催催催催化化化化功功功功能能能能存存存存在在在在于于于于一一一一条条条条多多多多肽肽肽肽链链链链中中中中，这这这这类酶称为多功能酶。类酶称为多功能酶。类酶称为多功能酶。类酶称为多功能酶。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
7、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 n结合酶结合酶结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)n n单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 (simple enzyme)(simple enzyme)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:酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性决定反应的特异性
8、决定反应的特异性辅助因子辅助因子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决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质目录目录金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。易丢失。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，但与酶的金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。结合不甚紧密。n 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目录目录金属金属离子的作用：离子的作用：参与催化反应，传递电子；
9、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。目录目录n n小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶物质，称为辅酶物质，称为辅酶物质，称为辅酶 (coenzyme)(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有
10、维生辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。素或维生素类物质。目录目录转移的基团转移的基团转移的基团转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称名称名称名称所含的维生素所含的维生素所含的维生素所含的维生素氢原子（质子）氢原子（质子）氢原子（质子）氢原子（质子）NADNAD（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶苷酸，辅酶苷酸，辅酶I I尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PPPP）之一）之一）之一）之一
11、NADPNADP（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶IIII尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PPPP）之一）之一）之一）之一FMNFMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）维生素维生素维生素维生素B B2 2（核黄素）（核黄素）（核黄素）（核黄素）FADFAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素维生素维生素维生素B B2 2（核黄素）（核黄素）（核黄素）（核黄素）醛基醛基醛基醛基
12、TPPTPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）维生素维生素维生素维生素B B1 1（硫胺素）（硫胺素）（硫胺素）（硫胺素）酰基酰基酰基酰基辅酶辅酶辅酶辅酶A A（CoACoA）泛酸泛酸泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸烷基烷基烷基烷基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素维生素维生素B B1212二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳生物素生物素生物素生物素生物素生物素生物素生物素氨基氨基氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6B6之一）之一）之一）之一）甲基
13、、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用某些辅酶（辅基）在催化中的作用目录目录n n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prosthetic group)(prosthetic group)。n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中
14、不能离开酶蛋滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。目录目录二、酶的活性中心是酶分子中执行二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位其催化功能的部位酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团。的化学基团。n必需基团必需基团(essential group)目录目录指指必需基团在空间结构上彼此靠近，组必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。结合并将底物转化为产物。n酶的活性中
15、心酶的活性中心(active center)目录目录活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团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的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需
16、基团的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 目录目录n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Glu，52位位Asp；101位位Asp和和108位位Trp是结合基团。是结合基团。目录目录三、同工酶三、同工酶同同工工酶酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，而而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
17、。至免疫学性质不同的一组酶。n定义定义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同同mRNAmRNAmRNAmRNA所翻译的不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。所翻译的不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
18、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
19、依据。提供了理论依据。提供了理论依据。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脱氢酶的同工酶n举例举例 1目录目录n举例举例 2B BB BB BMMMM MM 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；在反应
20、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。的平衡点。的平衡点。n酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：目录目录（一）（一）酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率 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，倍，比一般催化剂
21、高比一般催化剂高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。目录目录酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化效效效效率率率率可可可可用用用用酶酶酶酶的的的的转转转转换换换换数数数数 (turnover(turnover number)number)来来来来表表表表示示示示。酶酶酶酶的的的的转转转转换换换换数数数数是是是是指指指指在在在在酶酶酶酶被被被
22、被底底底底物物物物饱饱饱饱和和和和的的的的条条条条件件件件下下下下，每每每每个个个个酶酶酶酶分分分分子子子子每每每每秒秒秒秒钟钟钟钟将将将将底底底底物物物物转化为产物的分子数。转化为产物的分子数。转化为产物的分子数。转化为产物的分子数。目录目录n n根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3 3种类型：种类型：种类型：种类型：绝对特异性绝对特异性绝对特异性绝对特异性(absolute sp
23、ecificity)(absolute specificity)：只能作用于：只能作用于：只能作用于：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物一种特定结构的产物一种特定结构的产物一种特定结构的产物 。相对特异性相对特异性相对特异性相对特异性(relative specificity)(relative specificity)：作用于一类化：作用于一类化：作用于一类化：作用于一类化合物或一种化学键。合物或一种化学键。合物或一种化学键。合物或一种化学
24、键。立体结构特异性立体结构特异性立体结构特异性立体结构特异性(stereospecificitystereospecificity)：作用于立体：作用于立体：作用于立体：作用于立体异构体中的一种。异构体中的一种。异构体中的一种。异构体中的一种。目录目录（三）酶促反应的可调节性（三）酶促反应的可调节性酶促反应受多种因素的调控，以适应酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。需要。目录目录二、酶通过促进底物形成过渡态二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率而提高反应速率（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
25、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：底物分子从初态转变到活化：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。态所需的能量。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 目录目录（二）酶（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成底物
26、复合物的形成有利于底物转变成过渡态过渡态 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)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，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶称为酶-底物结合的底物结合的诱导契合诱导契合(induced-fit)。目录目录酶的诱导契合动画酶的诱导契合动画羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物目录目录2.2.邻近效应与定向排列
27、使诸底物正确定位于邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心 酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它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。们相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。目录目
28、录n邻近效应与定向排列：邻近效应与定向排列：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”，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂脱溶剂化化(desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化分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。膜的形成，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
29、溶剂化目录目录（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1.一般酸一般酸-碱催化作用碱催化作用(general acid-base catalysis)2.共价催化作用共价催化作用(covalent catalysis)3.亲核催化作用亲核催化作用(nucleophilic catalysis)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 目录目录n n酶促反应动力学：酶促反应动力学：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研究各种因素对酶促反应研究各种因素对
30、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。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 n影响因素包括：影响因素包括：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、酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pHpH、温温温温度、抑制剂、激活剂等。度、抑制剂、激活剂等。度、抑制剂、激活剂等。度、抑制剂、激活剂等。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在其他因素不变在其他因素不变在其他因素不变的情况下，底物浓度的情况下，底物浓度的情况下，底物浓度的情况下，底物浓度对反应速
31、率的影响呈对反应速率的影响呈对反应速率的影响呈对反应速率的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系矩形双曲线关系矩形双曲线关系。SSV V目录目录单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；酶酶酶酶促促促促反反反反应应应应速速速速率率率率一一一一般般般般在在在在规规规规定定定定的的的的反反反反应应应应条条条条件件件件下下下下，用用用用单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内底底底底物物物物的的的的消消消消耗耗耗耗量量量量和和和和产产产产物物物物的的的的生生生生成成成成量量量量来来来来表示；表示；表示；表示；反反反反应应应应速速速速率率率率取取取取其其其其初初初初速
32、速速速率率率率，即即即即底底底底物物物物的的的的消消消消耗耗耗耗量量量量很很很很小小小小（一般在（一般在（一般在（一般在5 5 以内）时的反应速率以内）时的反应速率以内）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。底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。n研究前提：研究前提：当底物浓度较低时：当底物浓度较低时：反应速率与底物浓度成正比；反应为反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。一级反应。SSV VV Vmaxmax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；反应为反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。混合级反应。SSV
33、 VV Vmaxmax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SSV VV Vmaxmax目录目录中间产物中间产物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（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性动力学特性目录目录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
34、，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 目录目录1.E E与与与与S S形形形形成成成成ESES复复复复合合合合物物物物的的的的反反反反应应应应是是是是快快快快速速速速平平平平衡衡衡衡反反反反应应应应，而而而而ESES分分分分解解解解为为为为E E及及及及P P的的的的反反反反应应应应为为为为慢慢慢慢反反反反应应应应，反反反反
35、应应应应速速速速率率率率取决于慢反应即取决于慢反应即取决于慢反应即取决于慢反应即 V=V=k k3 3ESES。(1)(1)2.S S的的的的总总总总浓浓浓浓度度度度远远远远远远远远大大大大于于于于E E的的的的总总总总浓浓浓浓度度度度，因因因因此此此此在在在在反反反反应应应应的的的的初始阶段，初始阶段，初始阶段，初始阶段，S S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即S=SS=St t。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：目录目录n n米曼氏方程式推导过程：米曼氏方程式推导过程：米曼氏方程式推导过程：米曼氏方程式推导过程：ESES的生成
36、速率的生成速率的生成速率的生成速率=ES=ES的分解速率的分解速率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(EtES)S=k2 ES+k3 ES当反应处于稳态时：当反应处于稳态时：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
37、：Vmax S Km+S V=将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得k3EtS Km+S(4)V=目录目录（二）（二）Km与与Vm是有意义的酶促反应动力学参数是有意义的酶促反应动力学参数n nKmKm值的推导值的推导值的推导值的推导n nKmKm与与与与VmaxVmax的意义的意义的意义的意义目录目录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：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：n Km值的推导值的推导Km=S Km值等于酶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，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2=K
38、m+S Vmax VmaxSV VmaxmaxV VSSK KmmV Vmaxmax/2 /2 目录目录n n KmKm与与与与VmaxVmax的意义的意义的意义的意义定义：定义：定义：定义：KKmm等于酶促反应速率为最大反应速率一等于酶促反应速率为最大反应速率一等于酶促反应速率为最大反应速率一等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。半时的底物浓度。半时的底物浓度。半时的底物浓度。意义：意义：意义：意义：KKmm是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、底物和
39、反应环境（如，温度、底物和反应环境（如，温度、底物和反应环境（如，温度、pHpH、离子强、离子强、离子强、离子强度）有关，与酶的浓度无关。度）有关，与酶的浓度无关。度）有关，与酶的浓度无关。度）有关，与酶的浓度无关。KKmm可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的KKmm值。值。值。值。Km值值目录目录 Vmax Vmax意义：意义：Vmax=k3 E定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速率，是酶完全被底物饱和时的
40、反应速率，与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算酶的转换数酶的转换数(turnover number)，即动力学常，即动力学常数数k3。目录目录定定义义:当当酶酶被被底底物物充充分分饱饱和和时时，单单位位时时间间内内每每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。个酶分子催化底物转变为产物的分子数。意义意义:可用来比较每单位酶的催化能力。可用来比较每单位酶的催化能力。n酶的转换数酶的转换数(turnover number)目录目录1.1.双倒数作图法双倒数作图法双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)(doubl
41、e reciprocal plot)，又称为，又称为，又称为，又称为 林林林林-贝氏贝氏贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)(Lineweaver-Burk)作图法作图法作图法作图法 V VmaxmaxS S K Kmm+S+SV=V=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=1/V=K KmmV Vmax max 1/V1/Vmax max 1/S 1/S 两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数（三）（三）m值与值与max值可以通过作图法求取值可以通过作图法求取-1/-1/K Kmm 1/V 1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V目录目录2.Hanes作图法作图法在林贝氏
42、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/V+S/Vmax max S S S/V S/V -Km K Kmm/V/Vm m 1/V1/Vmax max 目录目录二、底物足够时酶浓度对反应速率的二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系影响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
43、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。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。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。目录目录当当当当SSEE，酶可被底酶可被底酶可被底酶可被底物饱和的情况下，反应物饱和的情况下，反应物饱和的情况下，反应物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。速率与酶浓度成正比。速率与酶浓度成正比。速率与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：关系式为：关系式为：V=k3 EV=k3 E0 VE当当SE时，时，Vmax=k3 E酶浓度对反应速率的影响
44、酶浓度对反应速率的影响目录目录三、温度对反应速率的影响具有双重性三、温度对反应速率的影响具有双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。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促反应的促反应的最适温度最适温度最适温度最适温度(optimum temperature)(optimum temperature)。目录目录n n温度对淀粉酶温度对淀粉酶温度对淀粉酶温度对淀粉酶活性的影响
45、活性的影响活性的影响活性的影响目录目录酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反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。应进行的时间有关。应进行的时间有关。应进行的时间有关。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温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，酶又恢复其一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。活性。活性。活性。目录目录四
46、、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反应速率影响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pHpH称为酶促反应称为酶促反应称为酶促反应称为酶促反应的的的的最适最适最适最适pH(optimum pH)pH(optimum pH)。n npHpH对某些酶对某些酶对某些酶对某些酶活性的影响活性的影响活性的影响活性的影响目录目录最最最最适适适适pHpH不不不不是是是是酶酶酶酶的的的的特特特特征征征征性性性性常常常常数数数数，它它它它受受受受底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度、缓缓缓缓冲冲冲冲液液液液种
47、种种种类类类类与与与与浓浓浓浓度度度度、以以以以及及及及酶酶酶酶纯纯纯纯度度度度等等等等因因因因素的影响。素的影响。素的影响。素的影响。目录目录五、抑制剂可逆地或不可逆地降低五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率酶促反应速率n n酶的抑制剂酶的抑制剂酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)(inhibitor)n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 变性的物质称为酶的抑制剂。变性的物质称为酶的抑制剂。目录
48、目录n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 inhibition)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，根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：酶的抑制作用分为：目录目录有机磷化合物有机磷化合物有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶羟基酶羟基酶解毒解毒解
49、毒解毒-解磷定解磷定解磷定解磷定(PAM)(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶巯基酶巯基酶解毒解毒解毒解毒-二巯基丙醇二巯基丙醇二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)n概念概念n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。必需基团相结合，使酶失活。（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合目录目录有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BALBAL巯基酶巯基酶BA
50、LBAL与砷剂结合物与砷剂结合物目录目录（二）（二）可逆性抑制作用可逆性抑制作用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 n类型类型n概念概念抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂通通通通常常常常以以以以非非非非共共共共价价价价键键键键与与与与酶酶酶酶或或或或酶酶酶酶-底底底底物物物物复复复复合合合合物物物物可可可可逆逆逆逆性性性性结结结结合合合合，使使使使酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性降降降降低低低低或或或或丧丧丧丧失失失失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。抑制剂可用透析、超滤等方法除去。抑制剂可用透析、超滤等方法除去。抑制剂可用透析、超滤等方法除去。目录目录1.1.竞争性抑