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1、关于酶的分子结构与功能第一页，讲稿共一百三十四页哦生物催化剂生物催化剂(biocatalyst)n酶酶(enzyme)是一类由活细胞产生的，对其特是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的生物大分子。异底物具有高效催化作用的生物大分子。n 核酶核酶(ribozyme)：具有高效、特异催化作：具有高效、特异催化作用的核酸，主要参与用的核酸，主要参与RNA的剪接。的剪接。第二页，讲稿共一百三十四页哦l l底物底物(substrate,S)：酶作用的物质。：酶作用的物质。l l产物产物(product,P)：反应生成的物质。：反应生成的物质。l l酶促反应酶促反应：酶催化的反应。：酶催化的
2、反应。l l酶活性酶活性：酶催化化学反应的能力。：酶催化化学反应的能力。第三页，讲稿共一百三十四页哦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。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动动动的的的的结果。结果。结果。结果。18781878年，年，年，年，KhneKhne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。
3、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液液液，实现了发酵。实现了发酵。实现了发酵。实现了发酵。19261926年年年年，SumnerSumner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 (deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。第四页，讲稿共一百三十四页哦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
4、酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性，提提提提出出出出核酶核酶核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)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有有有有DNADNA连连连连接酶活性接酶活性接酶活性接酶活性DNADNA片段，称为片段，称为片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。第五页，讲稿共一百三十四页哦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 M
5、olecular Structure and Function of Enzyme第六页，讲稿共一百三十四页哦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(monomeric enzyme)(monomeric 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酶酶(oligomeric(oligomeric 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基基基以以以以非非非非共共共共价价价价键连接组成的酶。键连接组成的酶。键连接组成的酶。键连接组成的酶。多多
6、多多酶酶酶酶体体体体系系系系(multienzyme(multienzyme 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酶酶酶彼彼彼彼此聚合形成的多酶复合物。此聚合形成的多酶复合物。此聚合形成的多酶复合物。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(multifunctional(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
7、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，多多多多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。第七页，讲稿共一百三十四页哦一、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 n结合酶结合酶结合酶结合酶 (con
8、jugated enzyme)(conjugated enzyme)n单纯酶单纯酶(simple enzyme)：淀粉酶、脂酶淀粉酶、脂酶淀粉酶、脂酶淀粉酶、脂酶第八页，讲稿共一百三十四页哦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决定反应的决定反应的决定反应的特异性特异性特异性特异性辅助因子辅助因子辅助因子辅助因子决定反应的决定反应的决定反应的决定反应的种类与性质种类与性质种类与性质种类与性质第九页，讲稿共一百三十四页哦金属酶金属酶(metalloenzym
9、e)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。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，但与酶的结金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。合不甚紧密。合不甚紧密。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第十页，讲稿共一百三十四页哦金属金属离子的作用：离子的作用
10、：参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；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；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；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。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。第十一页，讲稿共一百三十四页哦n n小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子
11、物质，称为称为称为称为辅酶辅酶辅酶辅酶 (coenzyme)(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传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。递电子、质子或一些基团。递电子、质子或一些基团。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维生素辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。或维生素类物质。或维生素类物质。或维生素类物质。第十二页，讲稿共一百三十四页哦转移的基
12、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）名称名称所含的维生素所含的维生素氢原子（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苷酸，辅酶苷酸，辅酶I I尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PPPP）之一）之一NADPNADP（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II II尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PPPP）之一）之一FMNFMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）维生素维生素B B2 2（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）维生素维生素B B2 2（核黄素）（核黄素）醛基
13、醛基TPPTPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）维生素维生素B B1 1（硫胺素）（硫胺素）酰基酰基辅酶辅酶A A（CoACoA）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸烷基烷基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素B B1212二氧化碳二氧化碳生物素生物素生物素生物素氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6B6之一）之一）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四氢叶酸四氢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）在催化中的作用第十三页，讲稿共一百三十四页哦n n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为
14、辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅基辅基辅基(prosthetic(prosthetic(prosthetic(prosthetic group)group)group)group)。n n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等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，在反应中不能离开酶蛋白，如方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如FADFADFADFAD、FMNFMNFM
15、NFMN、生物素等。、生物素等。、生物素等。、生物素等。第十四页，讲稿共一百三十四页哦 NAD+和和NADP+l l维生素维生素维生素维生素PPPP抗癞皮病维生素的抗癞皮病维生素的抗癞皮病维生素的抗癞皮病维生素的体内活性形式：体内活性形式：体内活性形式：体内活性形式：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP(NADP+)l l脱氢酶的辅酶（传递电子和质子）脱氢酶的辅酶（传递电子和质子）脱氢酶的辅酶（传递电子和质子）
16、脱氢酶的辅酶（传递电子和质子）亦称：亦称：亦称：亦称：辅酶辅酶辅酶辅酶和和和和辅酶辅酶辅酶辅酶第十五页，讲稿共一百三十四页哦NADP+：R为为尼克酰胺NAD+：R为为 H第十六页，讲稿共一百三十四页哦第十七页，讲稿共一百三十四页哦 FMN 和和FAD维生素维生素B2核黄素核黄素核黄素核黄素(riboflavin)(riboflavin)体内活性形式为体内活性形式为体内活性形式为体内活性形式为黄素单核苷酸黄素单核苷酸(FMN)和和黄素腺嘌黄素腺嘌呤二核苷酸呤二核苷酸(FAD)。FMNFMN及及及及FADFAD是体内是体内是体内是体内氧化还原酶氧化还原酶(如脂酰如脂酰如脂酰如脂酰CoACoA脱氢酶
17、、脱氢酶、脱氢酶、脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起氢传递体氢传递体的作用的作用的作用的作用 。第十八页，讲稿共一百三十四页哦VB2FMNAMPFAD第十九页，讲稿共一百三十四页哦焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(thiamine pyrophosphate,TPP)维生素维生素B1 硫胺素（抗神经炎因子、抗脚气病硫胺素（抗神经炎因子、抗脚气病硫胺素（抗神经炎因子、抗脚气病硫胺素（抗神经炎因子、抗脚气病V V）功能：功能：以辅酶方式参加糖的分解代谢。以辅
18、酶方式参加糖的分解代谢。以辅酶方式参加糖的分解代谢。以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPPTPP是是是是维生素维生素维生素维生素B B1 1的的的的活性形式，是活性形式，是活性形式，是活性形式，是-酮酸氧化脱羧酶、转酮酶的辅酶。酮酸氧化脱羧酶、转酮酶的辅酶。酮酸氧化脱羧酶、转酮酶的辅酶。酮酸氧化脱羧酶、转酮酶的辅酶。第二十页，讲稿共一百三十四页哦 泛酸泛酸泛酸泛酸(pantothenic acid)(pantothenic acid)遍多酸的体内活性形式遍多酸的体内活性形式遍多酸的体内活性形式遍多酸的体内活性形式.酰基转移酶的辅酶，参与酰基转移酶的辅酶，参与酰基转移酶的辅酶，参与酰基转移酶的辅酶，
19、参与酰基酰基酰基酰基的转移作用。的转移作用。的转移作用。的转移作用。辅酶辅酶A(CoASH)酰基结合位点第二十一页，讲稿共一百三十四页哦VB6转氨和脱羧过程中的辅酶转氨和脱羧过程中的辅酶转氨和脱羧过程中的辅酶转氨和脱羧过程中的辅酶转氨：通过醛、胺转化转氨：通过醛、胺转化转氨：通过醛、胺转化转氨：通过醛、胺转化第二十二页，讲稿共一百三十四页哦生物素生物素(VB7)体内多种体内多种体内多种体内多种羧化酶羧化酶（如（如（如（如丙丙丙丙酮酸羧化酶、乙酰酮酸羧化酶、乙酰酮酸羧化酶、乙酰酮酸羧化酶、乙酰CoACoA羧化羧化羧化羧化酶）酶）酶）酶）的辅基，与专一性的羧的辅基，与专一性的羧的辅基，与专一性的羧
20、的辅基，与专一性的羧化酶蛋白的化酶蛋白的化酶蛋白的化酶蛋白的赖氨酸残基相赖氨酸残基相赖氨酸残基相赖氨酸残基相结合结合结合结合，参与，参与，参与，参与CO2固定固定过程。过程。过程。过程。第二十三页，讲稿共一百三十四页哦叶酸叶酸叶酸叶酸(folic acid)(folic acid)又称蝶酰谷氨酸，体内活性形式为四氢又称蝶酰谷氨酸，体内活性形式为四氢又称蝶酰谷氨酸，体内活性形式为四氢又称蝶酰谷氨酸，体内活性形式为四氢叶酸叶酸叶酸叶酸(FH(FH4 4)。一碳单位转移酶一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位（甲基、甲的辅酶，参与一碳单位（甲基、甲的辅酶，参与一碳单位（甲基、甲的辅酶，参与一碳单位（甲基
21、、甲烯基、甲炔基、甲酰基等）的转移。烯基、甲炔基、甲酰基等）的转移。烯基、甲炔基、甲酰基等）的转移。烯基、甲炔基、甲酰基等）的转移。N5、N10 是一碳是一碳是一碳是一碳单位的结合位点。单位的结合位点。单位的结合位点。单位的结合位点。四氢叶酸（四氢叶酸（FH4)第二十四页，讲稿共一百三十四页哦l l缺乏症：缺乏症：缺乏症：缺乏症：叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造成巨红细胞性贫血症。成巨红细胞性贫血症。成巨红细胞性贫血症。成巨红细胞性贫血症。叶酸叶酸二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶NADP
22、H+H+NADP+二氢叶酸二氢叶酸二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+四氢叶酸四氢叶酸5,6,7,8-四氢叶酸四氢叶酸(FH4)CH27第二十五页，讲稿共一百三十四页哦二、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结构酶的结构酶的结构酶的结构必需基团必需基团其它部分其它部分其它部分其它部分活性中心活性中心活性中心以外的必需基团活性中心以外的必需基团活性中心以外的必需基团活性中心以外的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团第二十六页，讲稿共一百三十四页哦酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基侧
23、链的化学基团中，一些侧链的化学基团中，一些侧链的化学基团中，一些侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学基团。基团。基团。基团。n必需基团必需基团(essential group)第二十七页，讲稿共一百三十四页哦指指指指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成必需基团在空间结构上彼此靠近，组成必需基团在空间结构上彼此靠近，组成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，能与底物特异结合具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合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
24、产物。这一区域称为并将底物转化为产物。这一区域称为并将底物转化为产物。这一区域称为并将底物转化为产物。这一区域称为酶的活性酶的活性中心。中心。n酶的活性中心酶的活性中心(active center)第二十八页，讲稿共一百三十四页哦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空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空位于活性中心以
25、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。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。l l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第二十九页，讲稿共一百三十四页哦底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心第三十页，讲稿共一百三十四页哦n溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心溶溶溶溶菌菌菌菌酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性中中中中心心心心是是是是一一一一裂裂裂裂隙隙隙隙，可可可可以以以以容容容容纳纳纳纳肽肽肽肽多多多多 糖糖糖糖 的的的的 6 6
26、个个个个 单单单单 糖糖糖糖 基基基基（A A，B B，C C，D D，E E，F F），并并并并与与与与之之之之形形形形成成成成 氢氢氢氢 键键键键 和和和和 van van derwaalsderwaals力。力。力。力。催催催催化化化化基基基基团团团团是是是是3535位位位位GluGlu，5252位位位位AspAsp；101101位位位位 AspAsp和和和和108108位位位位TrpTrp是结合基团。是结合基团。是结合基团。是结合基团。第三十一页，讲稿共一百三十四页哦三、同工酶三、同工酶同同工工酶酶(isoenzyme)是是是是指指指指催催催催化化化化相相相相同同同同的的的的化化化化学
27、学学学反反反反应应应应，而而而而酶酶酶酶蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的分分分分子子子子结结结结构构构构理理理理化化化化性性性性质质质质乃乃乃乃至至至至免免免免疫学性质不同的一组酶。疫学性质不同的一组酶。疫学性质不同的一组酶。疫学性质不同的一组酶。n定义定义第三十二页，讲稿共一百三十四页哦根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码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同的多肽链，或由同一基因转录生成的不同的多肽链，或由同一基因转录生成的不同的多肽链，或由同一基因转录
28、生成的不同mRNAmRNAmRNAmRNA所翻所翻所翻所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。译的不同多肽链组成的蛋白质。译的不同多肽链组成的蛋白质。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或同一同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一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，它使不同的组织、器官和细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和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谢特征。这为同工酶不同的亚细胞结构
29、具有不同的代谢特征。这为同工酶不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶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提供了理论依据。用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。第三十三页，讲稿共一百三十四页哦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第三十四页，讲稿共一百三十四页哦n举例举例 2B BB BB BMMMMMM CK1(BB)CK2(MB)CK
30、3(MM)脑脑 心肌心肌 骨骼肌骨骼肌肌酸激酶肌酸激酶(creatine kinase,CK)同工酶同工酶第三十五页，讲稿共一百三十四页哦第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action第三十六页，讲稿共一百三十四页哦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
31、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：第三十七页，讲稿共一百三十四页哦（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10108 810102020倍，倍，倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高比一般催化剂高比一般催化剂高10107 710101313倍。倍。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。酶的催化不需
32、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的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能活化能(activation energy)。酶比一般催化剂酶比一般催化剂酶比一般催化剂酶比一般催化剂更有效更有效地降低反应的活化能地降低反应的活化能。第三十八页，讲稿共一百三十四页哦酶酶酶酶 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)
33、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转转转化化化化为为为为产物的分子数。产物的分子数。产物的分子数。产物的分子数。第三十九页，讲稿共一百三十四页哦（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性一种酶仅作用于一种酶仅作用于一种一种或或一类一类化合物化合物,或或一定一定的化学键的化学键,催催化化一定一定的化学反应并产生的化学反应并产生一定一定的产物的产物,酶的这
34、种特性称酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。为酶的特异性或专一性。分分类类绝对专一性绝对专一性绝对专一性绝对专一性相对专一性相对专一性相对专一性相对专一性立体异构专一性立体异构专一性立体异构专一性立体异构专一性只能作用于某一底物只能作用于某一底物只能作用于某一底物只能作用于某一底物可作用于一类化合物或一种化学键可作用于一类化合物或一种化学键可作用于一类化合物或一种化学键可作用于一类化合物或一种化学键只作用于立体异构体中的一种只作用于立体异构体中的一种只作用于立体异构体中的一种只作用于立体异构体中的一种第四十页，讲稿共一百三十四页哦RCOO-+R OH+H+酯酶酯酶：RCOR+H2OOOCH2O
35、HOHOHOH15-葡萄糖葡萄糖苷酶苷酶O R+H2OOCH2OHOHOHOHOH15+ROH绝对专一性绝对专一性:脲酶脲酶：H2NCNH2+H2OO2NH3+CO2举例举例相对相对专一性专一性:(脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等)第四十一页，讲稿共一百三十四页哦立体异构专一性立体异构专一性 H-C-COOH HOOC-C-H COOHCHOHCH2COOH H-C-COOH H-C-COOH 延胡索酸酶延胡索酸酶第四十二页，讲稿共一百三十四页哦（三）（三）酶酶促反促反应应的可的可调节调节性性酶促反
36、应受多种因素的调控，以适应机酶促反应受多种因素的调控，以适应机酶促反应受多种因素的调控，以适应机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需要。体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。第四十三页，讲稿共一百三十四页哦二、酶通过促进底物形成过渡态而提二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率高反应速率（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，加速反应的作用都是酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是酶和一般催化剂一样，加速反应的作用
37、都是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通过降低反应的通过降低反应的通过降低反应的活化能活化能(activation energy)实现实现实现实现的。的。的。的。活化能：活化能：底物分子从初态转变到活化态底物分子从初态转变到活化态底物分子从初态转变到活化态底物分子从初态转变到活化态所需的能量。所需的能量。所需的能量。所需的能量。第四十四页，讲稿共一百三十四页哦反应总能量改变反应总能量改变 酶促反应酶促反应 活化能活化能 非催化反应活化能非催化反应活化能 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
38、变酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 过渡态过渡态能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 第四十五页，讲稿共一百三十四页哦（二）酶（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态渡态 酶底物复合物酶底物复合物E+SE+PES(过渡态过渡态)第四十六页，讲稿共一百三十四页哦1.1.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、相互变酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变酶
39、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。这一过程称为酶形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的底物结合的底物结合的底物结合的诱导契合诱导契合(induced-fit)。第四十七页，讲稿共一百三十四页哦第四十八页，讲稿共一百三十四页哦羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物第四十九页，讲稿共一百三十四页哦2.2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活邻近效应与定向排列使诸底物
40、正确定位于酶的活性中心性中心性中心性中心 酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们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。相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种这种这种这种邻近效应邻近效应(proximity effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange)实际上是将分子间的反应变成实际上是将分子间的反应变成实际上是将分子间的反应变成实际上是将分子
41、间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。类似于分子内的反应，从而提高反应速率。类似于分子内的反应，从而提高反应速率。类似于分子内的反应，从而提高反应速率。第五十页，讲稿共一百三十四页哦n邻近效应与定向排列：邻近效应与定向排列：第五十一页，讲稿共一百三十四页哦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 活性中心是酶分子表面的疏水性活性中心是酶分子表面的疏水性活性中心是酶分子表面的疏水性活性中心是酶分子表面的疏水性口袋口袋口袋口袋,使底物分使底物分使底物分使底物分子子子子脱溶剂化脱溶剂化，此疏水此疏水此疏水此疏水环境排除了环境排除了环境排除了环境排除了水对反应的干扰，水对反
42、应的干扰，水对反应的干扰，水对反应的干扰，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表表面效应面效应(surface effect)。第五十二页，讲稿共一百三十四页哦（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 cata
43、lysis)第五十三页，讲稿共一百三十四页哦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 第五十四页，讲稿共一百三十四页哦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速研究各种因素对酶促反应速研究各种因素对酶促反应速研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。率的影响，并加以定量的阐述。率的影响，并加以定量的阐述。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：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、酶浓度、p
44、HpH、温度、温度、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。第五十五页，讲稿共一百三十四页哦一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线形双曲线在其他因素不变的在其他因素不变的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应速率的影响呈应速率的影响呈矩形双矩形双矩形双矩形双曲线关系曲线关系曲线关系曲线关系。SV第五十六页，讲稿共一百三十四页哦当底物浓度较低时：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
45、浓度成正比；反应为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。一级反应。一级反应。SVVmax第五十七页，讲稿共一百三十四页哦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。级反应。级反应。SVVmax第五十八页，讲稿共一百三十四页哦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；反应为反应速率不再增加，达最大速率；反应为反应速率不再增加，达最大速率；反应为反应速率不再增加，
46、达最大速率；反应为零级反应零级反应零级反应零级反应SVVmax第五十九页，讲稿共一百三十四页哦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最解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最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合理学说是合理学说是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第六十页，讲稿共一百三十四页哦19131913年年年年MichaelisMichaelis和和和和MentenMenten提提提提
47、出出出出反反反反应应应应速速速速率率率率与与与与底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度关关关关系系系系的的的的数数数数学学学学方方方方程程程程式式式式，即即即即米米米米曼曼曼曼氏氏氏氏方方方方程程程程式式式式，简简简简称称称称米米氏氏方程式方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度底物浓度底物浓度V：不同不同不同不同SS时的反应速率时的反应速率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最大反应速率最大反应速率(maximum velocity)(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数米氏常数米氏常数(Michaelis constant)(M
48、ichaelis constant)VmaxS Km+S 第六十一页，讲稿共一百三十四页哦1.1.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，反反反反应应应应速速速速率率率率取取取取决决决决于于于于慢慢慢慢反反反反应即应即应即应即 V=V=k k3 3ESES。2.2.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
49、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：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：第六十二页，讲稿共一百三十四页哦单底物、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间内底物的消耗
50、量和产物的生成量来表示；时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示；时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示；时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示；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（一一一一般般般般在在在在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：第六十三页，讲稿共一百三十四页哦l l米氏方程推导过程米氏方程推导过程:游离酶浓度游离酶