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1、第第 四四 章章 酶酶第一节第一节通论通论一、酶是生物催化剂一、酶是生物催化剂二、酶的催化特性二、酶的催化特性活化能活化能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2. 酶的催化活性易受环境变化影响酶的催化活性易受环境变化影响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3 3种类型：种类型：CONH2NH2H2O脲脲
2、酶酶CO2 + 2NH3CONH2NHCH3H2O脲脲酶酶X族专一性（基团专一性，族专一性（基团专一性，group specificity）OCH2OHOHOHOOHR-D-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶键专一性键专一性R1COOR2+ H2O酯酯酶酶R1COOH + R2OHD-，L-立体异构专一性立体异构专一性几何异构专一性几何异构专一性CCHHHOOCCOOH+ H2O延延胡胡索索酸酸水水化化酶酶CH2COOHCHOHCOOH酶催化专一性的几种假说酶催化专一性的几种假说 (2) 三点附着学说（三点附着学说（A. Ogster） (3) 诱导契合学说（诱导契合学说（induced-fit theor
3、y, 1958, Koshland）己糖激酶与葡萄糖结合构象发生变化己糖激酶与葡萄糖结合构象发生变化第二节第二节酶的分类和命名酶的分类和命名一、酶的命名一、酶的命名1习惯命名法（习惯命名法（recommended name） 2国际系统名称（国际系统名称（systematic name）二、二、 酶的国际系统分类法酶的国际系统分类法目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录2六大类酶的特征六大类酶的特征目目 录录乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27，L-乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶）氧化还原酶）COOHC HCH3H O+ NAD+COOHCOCH3+ NADH + H+乳乳酸酸脱脱
4、氢氢酶酶乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸（2）转移酶类（）转移酶类（transferases） AR + BBRA +（3）水解酶类（水解酶类（hydrolases） （4）裂合酶类（）裂合酶类（lyases） （5）异构酶类（）异构酶类（isomerase） AB（6）连接酶类）连接酶类 （ligase，合成酶类，合成酶类syntheses）三、酶的组成分类三、酶的组成分类 酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性辅助性因子辅助性因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质第三节第三节酶催化作用的酶催化作用的结构基础结构基础一、酶分子的结构特征一、酶分子的结构特征酶活性部位（中心）的特点酶活性部位（
5、中心）的特点 活性部位仅占酶分子总体的相当小部分活性部位仅占酶分子总体的相当小部分（1-2%）活性中心的两个功能部位活性中心的两个功能部位溶菌酶（溶菌酶（129AA）的活性中心）的活性中心胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶与底物结合的疏水口袋酶与底物结合的疏水口袋2. 维持酶活性所必需的氨基酸残基维持酶活性所必需的氨基酸残基必需基团必需基团 底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需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 3. 酶活性中心存在的实验证明酶活性中心存在的实验证明（3）化学修饰法（共价标记）化学修饰法（共价标记）DFP不与不
6、与Ser195以外的以外的Ser结合结合n碘乙酰胺对巯基的修饰碘乙酰胺对巯基的修饰（4）亲和标记法）亲和标记法底物结构类似物底物结构类似物共价修饰剂（活性部位指示剂）共价修饰剂（活性部位指示剂）TPCK是胰凝乳蛋白酶的亲和试剂是胰凝乳蛋白酶的亲和试剂TPCK与胰凝乳蛋白酶保温后与胰凝乳蛋白酶保温后一些酶的亲和标记试剂一些酶的亲和标记试剂酶酶亲和标记试剂亲和标记试剂被修饰残基被修饰残基天冬氨酸转氨酶天冬氨酸转氨酶溴丙酮酸溴丙酮酸氯丙氨酸氯丙氨酸CysLys羧肽酶羧肽酶a aN溴乙酰溴乙酰D精氨精氨酸溴乙酰酸溴乙酰p氨基苄氨基苄琥珀酸琥珀酸GluMeta a胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶L苯甲磺酰苯丙氨
7、酰氯苯甲磺酰苯丙氨酰氯甲酮（甲酮（TPCK）苯甲烷）苯甲烷磺酰氟磺酰氟His57Ser195胰蛋白酶胰蛋白酶L苯甲磺酰赖氨酸氯甲苯甲磺酰赖氨酸氯甲酮（酮（TLCK）Hisb b半乳糖苷酶半乳糖苷酶N溴乙酰溴乙酰D半乳半乳糖胺糖胺Met乳酸脱氨酶乳酸脱氨酶3溴乙酸吡啶溴乙酸吡啶CysHis溶菌酶溶菌酶2，3环氧丙基环氧丙基D（N乙酸葡糖胺）乙酸葡糖胺）2Asp52RNA聚合酶聚合酶5甲酰尿苷甲酰尿苷5三磷酸三磷酸Lys二、酶原及酶原激活二、酶原及酶原激活消化系统蛋白酶原的激活消化系统蛋白酶原的激活赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝胃蛋白酶原（
8、胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活）的激活HCl胃胃蛋蛋白白酶酶原原pH1.52（从从N N端端失失去去4 44 4个个氨氨基基酸酸残残基基）自自身身激激活活胃胃蛋蛋白白酶酶胰凝乳蛋白酶原（胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活的激活酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下 酶原激活的机理酶原激活的机理 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义目目 录录目目 录录三、影响酶催化效率的有关因素(一)底物和酶的邻
9、近效应(approximation，proximity)与定向效应(orientation)目目 录录目目 录录底物分子结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，从而加快反应的速度。一个有机化学模型。咪唑催化对硝基苯酯的水解，分子内反应比分子间反应快24倍。分子内反应分子间反应目目 录录 底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率称定向效应。 邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更好的定向，使反应速率提高2.51011目目 录录(二)底物的形变(distortion)和诱导契合(inducednt)目目 录录目目 录录（三）酸碱催化（三
10、）酸碱催化（acid-base catalysis） 目目 录录目目 录录可作为质子供体或受体的侧链可作为质子供体或受体的侧链咪唑基咪唑基的的pKpK值值接近生理接近生理pHpH值，值，H H+ +的传递速度的传递速度快，是酸碱催快，是酸碱催化中最重要的化中最重要的基团。基团。目目 录录目目 录录酸碱催化酸碱催化-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶目目 录录目目 录录（四）共价催化（共价催化（covalent catalysis） 目目 录录目目 录录（五）金属离子催化金属离子催化目目 录录目目 录录金属离子的作用金属离子的作用目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录一、酶浓度的影响
11、一、酶浓度的影响0 V E 目目 录录目目 录录二、底物浓度对反应速度的影响二、底物浓度对反应速度的影响目目 录录目目 录录中间复合物学说中间复合物学说E + S k1k2k3ESE + P目目 录录目目 录录D.Keilin(英英)&B.Chance(美美) 分别获得关于酶分别获得关于酶-底底物复合物存在的比较直接的证据物复合物存在的比较直接的证据 目目 录录目目 录录溶菌酶溶菌酶-底物复合物结晶底物复合物结晶X线衍射图线衍射图 目目 录录当底物浓度较低时当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。目目 录录随着底物浓度的增高随着底物
12、浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。目目 录录当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度；反反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应。应为零级反应。目目 录录目目 录录vVmaxS Km + S 目目 录录目目 录录E + S ES E + Pk1k2k3k4假设：假设：目目 录录目目 录录E + S k1k2k3ESE + P SE St ESS(EtES)SK2+K3ES K1整理得：整理得：K2+K3 KmK1令：令： Km(EtES)SES 则：则：目目 录录目目 录录ES EtSKm
13、+ S整理得整理得: :ES分解为限速步骤，分解为限速步骤， v=K3 ES即：即：K3EtS Km + S v当底物浓度当底物浓度，酶活性中心全部饱和，即，酶活性中心全部饱和，即EtES，反应达最大速度：反应达最大速度：VmaxK3ESK3EtVmaxS Km + S v 目目 录录目目 录录米氏常数米氏常数 ：Km K2+K3 KmK1VmaxS Km + S v 目目 录录目目 录录米氏常数的意义米氏常数的意义Km值等于反应速度达最大反应速度一半值等于反应速度达最大反应速度一半时的底物浓度，单位是浓度单位，是酶的时的底物浓度，单位是浓度单位，是酶的特征常数，酶对一定的底物只有一个特定特征
14、常数，酶对一定的底物只有一个特定的的Km: V/2 = VS/(Km+S) 则则 Km = SnKm越小酶对底物的亲和力越大，越小酶对底物的亲和力越大，Km最最小的底物为最适底物。小的底物为最适底物。nKm可用于判断反应的方向及代谢途径的可用于判断反应的方向及代谢途径的限速步骤。限速步骤。目目 录录目目 录录目目 录录Km值可用来表示酶对底物的亲和力值可用来表示酶对底物的亲和力K2+K3 Km ，当，当 K2 K3 时，时，K1ES K2ES K1Km Ks（解离常数）（解离常数）E + S k1k2k3ESE + P目目 录录目目 录录米氏常数的求法米氏常数的求法目目 录录目目 录录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
