生物化学-第七章-酶学.ppt

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1、四川省精品课程 生物化学第七章第七章 酶酶第一节第一节 概述概述第二节第二节 酶的命名与分类酶的命名与分类第三节第三节 酶分子的组成与结构酶分子的组成与结构第四节第四节 酶催化作用的机制酶催化作用的机制第五节第五节 酶促反应动力学酶促反应动力学第六节第六节 酶工程简介酶工程简介四川省精品课程 生物化学第一节第一节 概概 述述一、酶是生物催化剂一、酶是生物催化剂二、酶的化学本质二、酶的化学本质三、酶的作用特点三、酶的作用特点继续继续四川省精品课程 生物化学v 酶酶(Enzyme)：是生物活细胞产生的，以蛋白是生物活细胞产生的，以蛋白质为主要成分的质为主要成分的生物催化剂生物催化剂。一、酶是生物催

2、化剂一、酶是生物催化剂v 生物催化剂生物催化剂（Biocatalyst）蛋白质类蛋白质类核酸类核酸类模拟生物催化剂模拟生物催化剂v 胞外酶与胞内酶胞外酶与胞内酶 酶虽是由细胞产生的酶虽是由细胞产生的,但并非必须在细胞内才能起但并非必须在细胞内才能起作用作用,有些酶被分泌到细胞外才发生作用。这类酶称有些酶被分泌到细胞外才发生作用。这类酶称“胞外酶胞外酶”。大部分酶在细胞内起催化作用称为。大部分酶在细胞内起催化作用称为“胞胞内酶内酶”。四川省精品课程 生物化学二、酶的化学本质二、酶的化学本质1.1.酶是蛋白质酶是蛋白质u 1926 1926年年SumnerSumner第一次从刀豆种子中提取了第一次

3、从刀豆种子中提取了脲酶结晶，证明其具有蛋白质性质。脲酶结晶，证明其具有蛋白质性质。u 30 30年代，年代，NorthropNorthrop又分离出结晶的胃蛋白又分离出结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学本质是蛋白质。本质是蛋白质。u 酶具有蛋白质的特性如：两性解离、胶体性酶具有蛋白质的特性如：两性解离、胶体性质、加热使酶变性、颜色反应等；质、加热使酶变性、颜色反应等；u 酶可以被蛋白酶水解而丧失活性；酶可以被蛋白酶水解而丧失活性；u 许多酶的氨基酸顺序已被测定；许多酶的氨基酸顺序已被测定；u 1969 1969年人工合成牛胰核糖核酸酶。

4、年人工合成牛胰核糖核酸酶。四川省精品课程 生物化学u 在已鉴定过的数千种酶中，绝大多数酶的化在已鉴定过的数千种酶中，绝大多数酶的化学本质是蛋白质。但在学本质是蛋白质。但在19821982年，美国科学家年，美国科学家T.CechT.Cech发现原生动物四膜虫的发现原生动物四膜虫的2626S S rRNArRNA前体具前体具有自我拼接的催化活性。有自我拼接的催化活性。T.CechT.Cech将这种将这种RNARNA命名命名为为“RibozymeRibozyme”。u 核酶（核酶（RibozymeRibozyme）：）：指具有催化活性的指具有催化活性的RNA RNA。2 2、RibozymeRibo

5、zyme的化学本质是的化学本质是RNARNA二、酶的化学本质二、酶的化学本质四川省精品课程 生物化学三、酶的作用特点三、酶的作用特点与无机催化剂相比，有如下共同点：与无机催化剂相比，有如下共同点：v 反应前后都不发生数量和质量变化；反应前后都不发生数量和质量变化；v 能加快反应速度能加快反应速度,但不改变反应的平衡点；但不改变反应的平衡点；v 从热力学上看从热力学上看,只能催化热力学上允许进行的只能催化热力学上允许进行的反应；反应；v 都能降低反应所需的都能降低反应所需的活化能活化能。四川省精品课程 生物化学 极高的催化效率极高的催化效率 高度的专一性高度的专一性 易失活（蛋白质变性）易失活（

6、蛋白质变性）活性可调控（激活、抑制）活性可调控（激活、抑制）常需辅助因子（辅酶、辅基等）常需辅助因子（辅酶、辅基等）三、酶的作用特点三、酶的作用特点与无机催化剂相比，有如下不同点：与无机催化剂相比，有如下不同点：四川省精品课程 生物化学 反应速度与不加催化剂相比可提高反应速度与不加催化剂相比可提高10108 810102020，与加普通催化剂相比可提高，与加普通催化剂相比可提高10107 710101313.1.1.极高的催化效率极高的催化效率NH2COH2ONH2CO2+2NH3脲酶脲酶FeFe粉粉脲酶的催化效率比脲酶的催化效率比FeFe粉高粉高10101515倍。倍。四川省精品课程 生物化

7、学2.2.高度的专一性高度的专一性一种酶只能作用于某一类或某种特定的物质，一种酶只能作用于某一类或某种特定的物质，这种性质称为这种性质称为酶的专一性酶的专一性。（1 1）结构专一性：结构专一性：酶对所催化的分子化学结构的特殊酶对所催化的分子化学结构的特殊要求和选择。要求和选择。类别：类别：绝对专一性和相对专一性绝对专一性和相对专一性（2 2）立体异构专一性：立体异构专一性：酶除了对底物分子的化学结构酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求。有要求外，对其立体异构也有一定的要求。类别：类别：旋光异构专一性和几何异构专一性旋光异构专一性和几何异构专一性四川省精品课程 生物化学

8、绝对专一性：绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，化一个反应，而不作用于任何其它物质。而不作用于任何其它物质。egeg：过氧化氢酶底物：过氧化氢：过氧化氢酶底物：过氧化氢 琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸四川省精品课程 生物化学相对专一性：相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都这类酶对结构相近的一类底物都有作用。有作用。a.a.键专一性：键专一性：只要求作用于一定的化学键，而对键只要求作用于一定的化学键，而对键两端的基团无严格的要求。两端的基团无严格的要求。b.b.基团专一性：基团专一性：作用于一定的化学键，并对键两端的作用于一定的化学键

9、，并对键两端的基团有要求。基团有要求。a-a-葡萄糖苷酶：葡萄糖苷酶：化学键：化学键：a-a-糖苷键糖苷键 糖苷键的一端是葡萄糖糖苷键的一端是葡萄糖 底物：麦芽糖、蔗糖底物：麦芽糖、蔗糖四川省精品课程 生物化学旋光异构专一性：旋光异构专一性：当底物具有旋光异构体时一当底物具有旋光异构体时一酶只能作用于其中的一种。酶只能作用于其中的一种。如：如：L-AAL-AA氧化酶只能催化氧化酶只能催化L-AAL-AA氧化，而对氧化，而对D-AAD-AA无作用。无作用。L-氨基酸氨基酸+H2O+O2-酮酸酮酸+H2O2+NH3L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶四川省精品课程 生物化学顺反异构专一性：顺反异构专一性：

10、对具有顺式和反式异构的底对具有顺式和反式异构的底物具严格的选择性。物具严格的选择性。四川省精品课程 生物化学第二节第二节 酶的命名与分类酶的命名与分类一、酶的分类一、酶的分类二、酶的命名二、酶的命名继续继续四川省精品课程 生物化学一一、酶的分类酶的分类1.氧化还原酶类氧化还原酶类2.转移酶类转移酶类3.水解酶类水解酶类4.裂解酶类裂解酶类5.异构酶类异构酶类6.合成酶类合成酶类四川省精品课程 生物化学1.1.氧化还原酶类：氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶，催化氧化还原反应的酶，2.2.如琥珀酸脱氢酶：如琥珀酸脱氢酶：四川省精品课程 生物化学2.2.转移酶：转移酶：催化基团转移反应，即将一个底

11、物催化基团转移反应，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。分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如，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：四川省精品课程 生物化学3.3.水解酶：水解酶：催化催化底物的加水分解反应。催化催化底物的加水分解反应。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。例如，脂肪酶催化的脂的水解反应：例如，脂肪酶催化的脂的水解反应：四川省精品课程 生物化学4.4.裂合酶：裂合酶：催化从底物上移去某些基团而形成催化从底物上移去某些基团而形成双键的非水解性反应及其逆反应的酶。双键的非水解性反应及其

12、逆反应的酶。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。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。四川省精品课程 生物化学5.5.异构酶：异构酶：催化同分异构体的相互转变，即底催化同分异构体的相互转变，即底物分子内基团或原子的重排过程的酶。物分子内基团或原子的重排过程的酶。例如，例如，6-6-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。6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖四川省精品课程 生物化学6.6.合成酶：合成酶：又称为连接酶，能够催化又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S

13、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分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。如：如：GlnGln合成酶合成酶,丙酮酸羧化酶。丙酮酸羧化酶。A+B+ATP AB+ADP+PiA+B+ATP AB+ADP+Pi四川省精品课程 生物化学二、二、酶的命名酶的命名 1.1.习惯命名法习惯命名法底物名称：底物名称：脲酶、淀粉酶、蛋白酶脲酶、淀粉酶、蛋白酶反应性质：反应性质：脱氢酶、加氧酶、转氨酶脱氢酶、加氧酶、转氨酶两者结合：两者结合：琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶酶的来源：酶的来源：胃蛋白酶、木瓜蛋白酶胃蛋白酶、木瓜蛋白酶 2.2.国际系统命名法国际

14、系统命名法 底物底物1 1：底物：底物2 2 反应类型反应类型 如：琥珀酸：如：琥珀酸：FADFAD氧化还原酶氧化还原酶四川省精品课程 生物化学酶的编号：酶的编号：ECEC、类、亚类、亚亚类、顺序号类、亚类、亚亚类、顺序号类：表示反应性质，前面所述的六大类；类：表示反应性质，前面所述的六大类；亚类：表示反应性质：如第一类中的氧化、脱氢；亚类：表示反应性质：如第一类中的氧化、脱氢；亚亚类：表示作用键的类型或受体；亚亚类：表示作用键的类型或受体；顺序号：表示底物。顺序号：表示底物。国际酶学委员会标志国际酶学委员会标志四川省精品课程 生物化学如：如：1 1大类大类1 1亚类中的亚亚类表示受体的类型亚

15、类中的亚亚类表示受体的类型1.11.1.1.1 表示氧化还原酶，作用于表示氧化还原酶，作用于=CHOHCHOH基团，受体是基团，受体是NAD+NAD+，NADP+NADP+，1.1.2 1.1.2 表示氧化还原酶，作用于表示氧化还原酶，作用于=CHOHCHOH基团，受体是细基团，受体是细胞色素胞色素 ，1.11.1.3.3 表示氧化还原酶，作用于表示氧化还原酶，作用于=CHOHCHOH基团，受体是分基团，受体是分子氧子氧 。当酶的编号仅有前三个数字时，就已清楚地表明了当酶的编号仅有前三个数字时，就已清楚地表明了这个酶的特性：反应性质、反应物这个酶的特性：反应性质、反应物(或底物或底物)性质、键

16、的性质、键的类型。类型。四川省精品课程 生物化学关于编号第四个则没有什么特殊规定，只表示底物关于编号第四个则没有什么特殊规定，只表示底物不同。例如：不同。例如：EC1.1.1.27 EC1.1.1.27 为乳酸：为乳酸：NADNAD+氧化还原酶。氧化还原酶。EC1.1.1.37 EC1.1.1.37 为苹果酸：为苹果酸：NADNAD+氧化还原酶。氧化还原酶。EC1.1.1.1 EC1.1.1.1 为乙醇为乙醇 ：NADNAD+氧化还原酶。氧化还原酶。EC6.1.1.1 EC6.1.1.1 为为L-L-酪氨酸：酪氨酸：tRNAtRNA-连接酶连接酶(AMP)AMP)第三个第三个1 1表示作用在表

17、示作用在-CHOHCHOH基团上，受体基团上，受体NADNAD+，第第4 4个数字表示底物不同。个数字表示底物不同。四川省精品课程 生物化学第三节第三节 酶的组成与结构酶的组成与结构一、酶的组成一、酶的组成二、酶的结构二、酶的结构三、酶的活性中心三、酶的活性中心四、酶原四、酶原继续继续四川省精品课程 生物化学按化学成分酶分为：单纯酶和结合酶按化学成分酶分为：单纯酶和结合酶1.1.单纯酶：单纯酶：只由蛋白质组成，如脲酶、淀粉酶、蛋白只由蛋白质组成，如脲酶、淀粉酶、蛋白酶。酶。2.2.结合酶：结合酶：除蛋白质外，还有对热稳定的非蛋白小分除蛋白质外，还有对热稳定的非蛋白小分子物质，称子物质，称辅因子

18、辅因子。一、酶的组成一、酶的组成四川省精品课程 生物化学辅因子辅因子l 辅酶：辅酶：与酶蛋白结合疏松，用透析法可以除去与酶蛋白结合疏松，用透析法可以除去l 辅基：辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析法除去与酶蛋白结合紧密，不能用透析法除去l 小分子有机化合物：小分子有机化合物：往往是由维生素参与形往往是由维生素参与形成的小分子有机物。成的小分子有机物。l 金属离子：金属离子：与酶蛋白结合，有的紧，有的松与酶蛋白结合，有的紧，有的松四川省精品课程 生物化学二、酶的结构二、酶的结构（一）酶的结构与蛋白质的结构相同，是具有（一）酶的结构与蛋白质的结构相同，是具有一定空间结构的蛋白质。一定空间结构的蛋白

19、质。（二）根据酶蛋白的结构特点，酶可分为：（二）根据酶蛋白的结构特点，酶可分为：1.1.单体酶单体酶:只有一条多肽链只有一条多肽链,分子量在分子量在13,000-13,000-35,00035,000之间，一般是水解酶之间，一般是水解酶,如蛋白酶、羧肽酶。如蛋白酶、羧肽酶。2.2.寡聚酶：寡聚酶：由两个或两个以上的亚基组成由两个或两个以上的亚基组成,亚基之间亚基之间由非共价键相连，亚基可以是相同的由非共价键相连，亚基可以是相同的,也可以是不同也可以是不同的，分子量在的，分子量在35,000-35,000-几百万，如丙酮酸激酶、乳酸几百万，如丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶。脱氢酶。3.3.多酶复合体：多

20、酶复合体：由几个酶有组织的聚集在一起由几个酶有组织的聚集在一起,功能功能上相互配合，第一个酶的产物是第二个酶的底物，如上相互配合，第一个酶的产物是第二个酶的底物，如丙酮酸脱氢酶、脂肪酸合成酶。丙酮酸脱氢酶、脂肪酸合成酶。四川省精品课程 生物化学酶蛋白酶蛋白必需基团必需基团其它部分（非必需基团）其它部分（非必需基团）活性中心活性中心维持活性中心高级结构的基团维持活性中心高级结构的基团结合部位结合部位催化部位催化部位三、酶的活性中心三、酶的活性中心四川省精品课程 生物化学活性中心活性中心结合部位：结合部位：与底物结合，决定酶的专一性与底物结合，决定酶的专一性催化部位：催化部位：底物的敏感键在此处断

21、裂而形成新键，底物的敏感键在此处断裂而形成新键，决定酶的高效性决定酶的高效性返返 回回怎怎么么形形成成的的呢呢？怎怎样样的的结结构构特特征征？四川省精品课程 生物化学AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基团活性中心重要基团:His57,Asp102,Ser195酶蛋白多肽链经过盘绕折叠形成特定的空间结酶蛋白多肽链经过盘绕折叠形成特定的空间结构，使相关的构，使相关的AAAA形成微区。形成微区。四川省精品课程 生物化学为为Tyr 248为为Arg 145为为Glu 270为底物为底物羧肽羧肽酶活酶活性中性中心示心示意图意图返返 回回四川省精品课程 生物化学酶活性中心的结构特征：酶活

22、性中心的结构特征：1.1.活性中心是酶分子表面的一个活性中心是酶分子表面的一个凹穴凹穴，一定的，一定的大小和特殊的构象，在与底物接触时表现一定大小和特殊的构象，在与底物接触时表现一定的柔性。的柔性。X-Y四川省精品课程 生物化学2.2.构成活性中心的大多数构成活性中心的大多数AAAA残基为残基为疏水性的疏水性的，使此小区形成一个使此小区形成一个非极性的微环境非极性的微环境，有利于与，有利于与底物作用。在活性中心内底物作用。在活性中心内仅有少数极性仅有少数极性AAAA残基残基以其功能基团直接与底物作用以其功能基团直接与底物作用。酶活性中心的结构特征：酶活性中心的结构特征：3.3.活性中心的活性中

23、心的AAAA在一级结构上相距很远，甚在一级结构上相距很远，甚至不在一条肽链上，但在至不在一条肽链上，但在三级结构上比较靠近三级结构上比较靠近。4.4.在活性中心，底物以在活性中心，底物以弱键弱键与酶结合（有利于与酶结合（有利于产物形成）。产物形成）。四川省精品课程 生物化学胰凝乳蛋白酶的活性中心胰凝乳蛋白酶的活性中心四川省精品课程 生物化学1.1.酶原：酶原：某些酶在细胞内合成或初分泌时没有某些酶在细胞内合成或初分泌时没有催化活性，这种无活性状态的酶前身物称为酶催化活性，这种无活性状态的酶前身物称为酶原。原。2.2.酶原激活：酶原激活：酶原变成酶的过程（切去几个酶原变成酶的过程（切去几个AAA

24、A的肽段）。的肽段）。实质：酶活性中心的形成或暴露过程。实质：酶活性中心的形成或暴露过程。返返 回回（四）酶原（四）酶原四川省精品课程 生物化学第四节第四节 酶的作用机制酶的作用机制一、酶促反应的本质一、酶促反应的本质二、酶与底物的结合二、酶与底物的结合三、酶反应的高效性机制三、酶反应的高效性机制四、酶催化机理的实例四、酶催化机理的实例继续继续四川省精品课程 生物化学一一.酶促反应的本质：酶促反应的本质：降低反应活化能降低反应活化能。E+SP+EES G E1 E2S能能量量水水平平反应过程反应过程四川省精品课程 生物化学中间产物学说中间产物学说酶降低活化能的原因酶降低活化能的原因l 酶（酶（

25、E E）与底物（与底物（S S）结合生成不稳定的中间物结合生成不稳定的中间物（ESES），），再分解成产物（再分解成产物（P P）并释放出酶，使反应并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。所以能加快反应速度。l 许多实验事实证明了许多实验事实证明了E ES S复合物复合物的存在。的存在。E ES S复复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。合物形成的速率与酶和底物的性质有关。四川省精品课程 生物化学二、酶与底物的结合二、酶与底物的结合1.1.锁钥学说锁钥学说 认为底物分子或底物分子的一部分象钥匙那样，认为底

26、物分子或底物分子的一部分象钥匙那样，专一地楔入到酶的活性中心部位，也就是说底物分子专一地楔入到酶的活性中心部位，也就是说底物分子进行化学反应的部位与酶分子活性中心具有紧密互补进行化学反应的部位与酶分子活性中心具有紧密互补的关系。的关系。酶专一性的酶专一性的“锁钥学说锁钥学说”l 这种学说不能解释酶活性中心这种学说不能解释酶活性中心的结构与底物和产物结构都吻合的结构与底物和产物结构都吻合的现象，也不能解释酶专一性中的现象，也不能解释酶专一性中的所有现象。的所有现象。四川省精品课程 生物化学2.2.诱导契合学说诱导契合学说 该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定该学说认为酶表面并没有一种与底物

27、互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状。形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状。“诱导契合学说诱导契合学说”四川省精品课程 生物化学三、酶反应的高效性机制三、酶反应的高效性机制1.1.邻近及定向效应邻近及定向效应2.2.“张力张力”和和“形形变变”3.3.酸碱催化酸碱催化4.4.共价催化共价催化5.5.酶活性中心是低介电区域酶活性中心是低介电区域四川省精品课程 生物化学1.1.邻近及定向效应邻近及定向效应l 靠近作用：靠近作用：底物分子结合到酶的活性中心，底物分子结合到酶的活性中心，有效有效浓度浓度大大增加，有利于提高反应速度；大大增加，有利于提高反应速度；l 定向作用：定向

28、作用：使底物分子中参与反应的基团相互接使底物分子中参与反应的基团相互接近，近，分子间反应类似分子内反应分子间反应类似分子内反应，活化能降低。，活化能降低。不适合的靠近不适合的靠近不适合的定向不适合的定向适合的靠近适合的靠近不适合的定向不适合的定向适合的靠近适合的靠近适合的定向适合的定向四川省精品课程 生物化学2.2.“张力张力”和和“形变形变”底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生酶分子又使底物分子的敏感键产生“张力张力”甚至甚至“形变形变”，更易于发生反应。，更易于发生反应。四川省精品课程 生物化学3.3.酸碱催化：酸碱

29、催化：l 指通过质子酸提供部分质子指通过质子酸提供部分质子,或是通过质子碱接受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。部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。l 酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。或受体对底物进行酸碱催化。四川省精品课程 生物化学酶分子中可作为酸碱催化的功能基团酶分子中可作为酸碱催化的功能基团四川省精品课程 生物化学组氨酸的咪唑环：组氨酸的咪唑环：（1 1）pKpK值约为值约为6.7-7.16.7-7.1，在接近中性的条件下，在接近中性的条件下，一半以广义酸的形式存在，另一半以

30、广义碱的形一半以广义酸的形式存在，另一半以广义碱的形式存在，因而它既能作为质子供体，又能作为质式存在，因而它既能作为质子供体，又能作为质子受体，有效地进行酸碱催化。子受体，有效地进行酸碱催化。（2 2）咪唑环供出和接受质子的速度很快，其半衰）咪唑环供出和接受质子的速度很快，其半衰期短，小于期短，小于0.10.1毫微秒。所以许多酶活性中心都有毫微秒。所以许多酶活性中心都有组氨酸残基。组氨酸残基。四川省精品课程 生物化学4.4.共价催化共价催化 某些酶在催化过程中，能通过某些酶在催化过程中，能通过共价键共价键与底物结合与底物结合成不稳定的酶成不稳定的酶-底物复合物，这个中间产物很容易变底物复合物，

31、这个中间产物很容易变成过渡中间物，反应的活化能大大降低。成过渡中间物，反应的活化能大大降低。（1 1）亲核催化：）亲核催化：指酶分子中具有指酶分子中具有非共用电子对的亲核非共用电子对的亲核基团攻击底物分子中具有部分正电性的原子基团攻击底物分子中具有部分正电性的原子，并与之，并与之作用形成共价键而产生不稳定的过渡态复合物，活化作用形成共价键而产生不稳定的过渡态复合物，活化能降低。能降低。（2 2）亲电催化）亲电催化亲电基团：亲电基团：ZnZn2+2+、FeFe3+3+、MgMg2+2+、NHNH3+3+等等四川省精品课程 生物化学5.5.酶活性中心是低介电区域（疏水的微环境）酶活性中心是低介电区

32、域（疏水的微环境）l 某些酶分子表面常出现凹陷，而活性中心多半某些酶分子表面常出现凹陷，而活性中心多半靠近或位于疏水微环境的凹陷中；靠近或位于疏水微环境的凹陷中；l 疏水环境的介电常数较极性环境的介电常数低，疏水环境的介电常数较极性环境的介电常数低，在疏水环境中两个带电场之间的作用力比在极性在疏水环境中两个带电场之间的作用力比在极性环境中的显著增加环境中的显著增加；四川省精品课程 生物化学四、酶催化机理的实例四、酶催化机理的实例胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶:(:(EC3.4.4.5)EC3.4.4.5)1.1.241 241个个AAAA残基组成，分子量残基组成，分子量25000250002.2.专

33、一性专一性:在在酪氨酸酪氨酸、色氨酸色氨酸和和苯丙氨酸苯丙氨酸（都是（都是芳香族氨芳香族氨基酸基酸）的）的羧基羧基处切断处切断肽键肽键3.3.活性中心活性中心:Ser195,His57,Asp102Ser195,His57,Asp102，构成一个氢键体系构成一个氢键体系,His57His57成为桥梁。成为桥梁。(一一)酶的特点酶的特点四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学（二）作用机理（二）作用机理1.1.通过电荷转移，使通过电荷转移，使SerSer有更强的亲核力；有更强的亲核力；2.2.形成酰化酶，放出产物形成酰化酶，放出产物P1P1；3.3.脱酰（水解），形成产物脱酰（水解），形

34、成产物P2P2；底物底物结合底物结合底物形形成成共共价价ES复复合合物物四川省精品课程 生物化学His57 质子供体质子供体C-N键断裂键断裂R-NH2氨基产氨基产物释放物释放水水亲亲核核攻攻击击四川省精品课程 生物化学H2O四面体中间四面体中间物的瓦解物的瓦解羧基产羧基产物释放物释放胰凝乳蛋白胰凝乳蛋白酶催化反应酶催化反应的详细机制的详细机制四川省精品课程 生物化学返返 回回四川省精品课程 生物化学第五节第五节 酶促反应动力学酶促反应动力学一、酶促反应速度（一、酶促反应速度（V V）二、酶活力的测定二、酶活力的测定三、底物浓度对酶反应速度的影响三、底物浓度对酶反应速度的影响四、酶浓度对酶促反

35、应速度的影响四、酶浓度对酶促反应速度的影响五、五、pHpH对酶促反应对酶促反应速度速度的影响的影响七、激活剂对酶促反应七、激活剂对酶促反应速度速度的影响的影响六、温度对酶促反应六、温度对酶促反应速度速度的影响的影响八、抑制剂对酶促反应八、抑制剂对酶促反应速度速度的影响的影响继续继续四川省精品课程 生物化学一、酶促反应速度（一、酶促反应速度（V V）：）：单位时间内产物的生单位时间内产物的生成量或单位时间内底物的消耗量。成量或单位时间内底物的消耗量。斜率斜率=P/t=V（初速度初速度）Pt四川省精品课程 生物化学二、酶活力的测定二、酶活力的测定1.1.概念概念2.2.酶活力的表示方法酶活力的表示

36、方法3.3.酶的比活力酶的比活力4.4.酶活力的测定酶活力的测定四川省精品课程 生物化学v 检测酶含量及存在，很难直接用酶的检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量量”（质量、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一（质量、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量，即用特定反应的能力来表示酶量，即用酶的活力酶的活力表示。表示。v 酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确来确定。定。1.1.概念：概念：四川省精品课程 生物化学2.2.酶活力的表示方法酶活力的表示

37、方法v 活力单位活力单位：规定条件（最适条件）下，一定时间规定条件（最适条件）下，一定时间内催化完成一定化学反应量所需的酶量。内催化完成一定化学反应量所需的酶量。v 国际单位（国际单位（U U）:指在标准条件下，指在标准条件下，1 1分钟内催化分钟内催化1 1微摩尔微摩尔(umolumol)底物的酶量，或是转化底物的酶量，或是转化1 1微摩尔微摩尔(umolumol)底物中的有关基团的酶量。底物中的有关基团的酶量。v KatalKatal：指在最适条件下，每秒钟催化指在最适条件下，每秒钟催化1 1molmol底物底物转化所需的酶量。简称转化所需的酶量。简称KatKat。1 1Kat=610Ka

38、t=6107 7 U U四川省精品课程 生物化学注意：注意：v 以上的酶单位定义中，如果底物（以上的酶单位定义中，如果底物（S S）有一个以上有一个以上可被作用的化学键，则一个酶单位表示可被作用的化学键，则一个酶单位表示1 1分钟使分钟使1 1molmol有关基团转化的酶量。如果是两个相同的分子有关基团转化的酶量。如果是两个相同的分子参加反应，则每分钟催化参加反应，则每分钟催化2 2molmol底物转化的酶量称为底物转化的酶量称为一个酶单位。一个酶单位。v 在在“U”U”和和“katkat”酶活力单位的定义和应用中，酶酶活力单位的定义和应用中，酶催化底物的分子量必须是已知的，否则将无法计算。催

39、化底物的分子量必须是已知的，否则将无法计算。四川省精品课程 生物化学习惯单位习惯单位：在实际使用中，结果测定和应用都比较方便、：在实际使用中，结果测定和应用都比较方便、直观、规定的酶活力单位，直观、规定的酶活力单位，不同酶有各自的规定，如：不同酶有各自的规定，如：-淀粉酶活力单位：淀粉酶活力单位：每小时分解每小时分解1 1g g可溶性淀粉的酶量为一个可溶性淀粉的酶量为一个酶单位。也有规定每小时分解酶单位。也有规定每小时分解1 1mLmL 2%2%可溶性淀粉溶液为无色糊精可溶性淀粉溶液为无色糊精的酶量为一个酶单位。的酶量为一个酶单位。糖化酶活力单位：糖化酶活力单位：在规定条件下，每小时转化可溶性

40、淀粉产生在规定条件下，每小时转化可溶性淀粉产生1 1 mgmg还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一个酶单位。还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一个酶单位。蛋白酶：蛋白酶：规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产生规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产生1 1gg酪氨酸酪氨酸所需的酶量。所需的酶量。DNADNA限制性内切酶：限制性内切酶：推荐反应条件下，一小时内可完全消化推荐反应条件下，一小时内可完全消化1 1gg纯化的纯化的DNADNA所需的酶量。所需的酶量。四川省精品课程 生物化学3.3.酶的比活力酶的比活力酶的比活力：是指每酶的比活力：是指每mgmg蛋白所含的酶活力单位。比活蛋白所含的酶活力单位。比活力

41、是表示酶制剂纯度的一个指标。力是表示酶制剂纯度的一个指标。比活力比活力=总活力单位总活力单位总蛋白总蛋白mg数数=U(或或IU)mg蛋白蛋白v 实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表示（如：酶单位示（如：酶单位/mLmL（液体制剂），酶单位液体制剂），酶单位/g g（固体固体制剂），对同一种酶来讲，制剂），对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的比活力愈高则表示酶的纯度越高（含杂质越少）。纯度越高（含杂质越少）。v 在评价纯化酶的纯化操作中，还有一个概念就是在评价纯化酶的纯化操作中，还有一个概念就是回收率。回收率。回收率回收率=某纯化操作后的总活力某纯

42、化操作后的总活力/某纯化操作前的总活力某纯化操作前的总活力总活力总活力=比活力比活力总体积（总重量）总体积（总重量）四川省精品课程 生物化学4.4.酶活力的测定酶活力的测定终点法终点法:酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。动力学法动力学法:连续测定反应过程中产物连续测定反应过程中产物 底物或辅酶的变底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。化量，直接测定出酶反应的初速度。四川省精品课程 生物化学三、底物浓度对酶促反应速度的影响三、底物浓度对酶促反应速度的影响pHpH、T

43、T、EE 固定时，固定时，V V对对 SS作下图：作下图：四川省精品课程 生物化学米氏方程米氏方程（Michaelis-Menten equation）E+SESP+Ek1k2k3k4基础：基础：中间产物学说中间产物学说k k1 1,k k2 2,k k3 3,k k4 4分别是正反应和逆反应的速度常数分别是正反应和逆反应的速度常数k1(E ES)SdESdt=dESdtk2ESk3ES+四川省精品课程 生物化学k2+k3k1(E-ES)SES=k2+k3k1=Kmv=k3 ESvmax=k3 ES=k3 Ev=vmax SKm+S米氏方程米氏方程四川省精品课程 生物化学（1 1）SS很小时，

44、很小时，SSK Km m，则则V=V=V VmaxmaxSS/K/Km m，一级反应；一级反应；（2 2）SS很大时，很大时，S S K Km m，则则V=V=V Vmaxmax，零级反应；零级反应；（3 3）SS处于处于K Km m附近时，混和级反应。附近时，混和级反应。由米氏方程可以看出：由米氏方程可以看出：四川省精品课程 生物化学米氏常数米氏常数K Km m的意义的意义（1 1）K Km：当酶反应速度达到最大反应速度的一半时当酶反应速度达到最大反应速度的一半时的底物浓度，单位的底物浓度，单位mol/Lmol/L。即：即：（2 2）K Km是酶的特征常数之一。是酶的特征常数之一。只与酶的性

45、质只与酶的性质有关有关,而与酶浓度无关。而与酶浓度无关。四川省精品课程 生物化学（3 3）如果一种酶有几种底物）如果一种酶有几种底物,就有几种就有几种K Km值，值，K Km值值最小的底物称该酶的最适底物最小的底物称该酶的最适底物。K Km值还受值还受pHpH及温度及温度影响。因此影响。因此K Km值作为常数是在一定条件下而言值作为常数是在一定条件下而言的。的。（4 4）1/1/K Km可以近似地表示酶对底物亲和力的大小可以近似地表示酶对底物亲和力的大小，1/1/K Km愈大，愈大，K Km愈小，达到最大反应速度一半时所需愈小，达到最大反应速度一半时所需浓度就愈小，亲和力就越大。浓度就愈小，亲

46、和力就越大。米氏常数米氏常数K Km m的意义的意义四川省精品课程 生物化学测定一个酶促反应的测定一个酶促反应的K Km m的方法很多的方法很多,一般最常用双倒一般最常用双倒数作图法数作图法:改写成直线方程：改写成直线方程：斜率斜率=Km/Vmax1/Vmax-1/KmKmKm值的求法值的求法双倒数作图法双倒数作图法四川省精品课程 生物化学注意：注意：米氏方程只是反映了底物单分子时酶反应速度与米氏方程只是反映了底物单分子时酶反应速度与底物浓度之间的定量关系，但这个方程不适应包括一底物浓度之间的定量关系，但这个方程不适应包括一种以上的底物和其他物质的影响的酶反应。但可以根种以上的底物和其他物质的

47、影响的酶反应。但可以根据这个方程推出各种复杂酶促反应的动力学方程。据这个方程推出各种复杂酶促反应的动力学方程。四川省精品课程 生物化学K Km m值与米氏方程的实际用途：值与米氏方程的实际用途：a a、由所要求的反应速度（应达到、由所要求的反应速度（应达到VmaxVmax的百分的百分数），求出应当加入底物的合理浓度。数），求出应当加入底物的合理浓度。b b、由已知的底物浓度，求出该条件下的反应、由已知的底物浓度，求出该条件下的反应速度。速度。eg1.eg1.若要求反应速度到达若要求反应速度到达V Vmaxmax的的99%99%，其底物浓度应，其底物浓度应为：为：99%=100%99%=100%

48、S/S/（K Km m+S+S）S=99K S=99Km meg2.eg2.若要求反应速度达到若要求反应速度达到V Vmaxmax的的90%90%，其底物浓度应，其底物浓度应为：为：90%=100%90%=100%S/S/（K Km m+S+S）S=90K S=90Km m练习题：练习题：已知某酶的已知某酶的K Km m值为值为0.050.05mol.Lmol.L-1-1，要使此酶要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的所催化的反应速度达到最大反应速度的8080时底物时底物的浓度应为多少？的浓度应为多少？四川省精品课程 生物化学四、酶浓度对酶反应速度的影响四、酶浓度对酶反应速度的影响Evvm

49、ax =k3 Ev=vmax SKm+SESk2k1k3SSEv=k3SKm+SEv 底物浓度足够大，足以使底物浓度足够大，足以使酶饱和，反应速率与酶浓度酶饱和，反应速率与酶浓度成正比。成正比。四川省精品课程 生物化学五、五、pHpH对酶促反应的影响对酶促反应的影响pH最适最适 pHv最适最适pH一般一般48v 动物酶动物酶5.56.5；v 植物酶植物酶6.58.0；v 酶的最适酶的最适pH受酶纯度、底受酶纯度、底物的种类、缓冲液等影响。物的种类、缓冲液等影响。酶有最适酶有最适pHpH的原因：的原因：酶分子的解离状态；酶分子的解离状态；底物的解离状态；底物的解离状态；ES ES的形成。的形成。

50、四川省精品课程 生物化学六、温度对酶促反应的影响六、温度对酶促反应的影响v温温度度最适最适温度温度(1)1)在达到最适温度之前，温度升高，在达到最适温度之前，温度升高，活化分子数增加，反应速度加快。活化分子数增加，反应速度加快。温度系数（温度系数（Q10Q10）：）：温度每提高温度每提高1010其反应其反应速度与原来的反应速度之比。对于许多酶来速度与原来的反应速度之比。对于许多酶来说，说，Q10Q10多为多为1-21-2之间。之间。(2)(2)超过最适温度时超过最适温度时,温度升高，酶温度升高，酶逐步变性，逐步变性，V V降低。降低。酶的最适温度不是一个固定不变的常数。酶的最适温度不是一个固定