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第四章第四章 酶酶 (enzymeenzyme)第一节第一节 酶的概念酶的概念 由由活细胞活细胞产生产生的的,具有具有催化功能催化功能的的蛋白质蛋白质*催化活性不依赖完整细胞的存在催化活性不依赖完整细胞的存在*核酶核酶(非蛋白质非蛋白质，RNA RNA 特异特异RNARNA序列序列)摧化摧化摧化摧化1 单纯酶单纯酶 蛋白质蛋白质 酶蛋白酶蛋白 金属离子金属离子 (特异性特异性特异性特异性)铁卟啉铁卟啉 辅助因子辅助因子 含含B B族维生素族维生素 的化合物的化合物 全酶全酶(活性活性)非蛋白非蛋白结合酶结合酶一、酶的化学组成一、酶的化学组成第二节第二节 酶作用的分子基础酶作用的分子基础2酶酶种类多于辅助因子种类多于辅助因子约约约约2/32/32/32/3的酶含有金属离子的酶含有金属离子的酶含有金属离子的酶含有金属离子金属酶，金属酶，金属酶，金属酶，金属激活酶金属激活酶金属激活酶金属激活酶3烟烟烟烟烟烟4共价键共价键共价键共价键辅助因子：辅助因子：辅基、辅酶辅基、辅酶透析、超滤透析、超滤不能分离不能分离,例：例：FAD,FMNFAD,FMN*辅基辅基(prostheticgroupprostheticgroup):):非蛋白质部分非蛋白质部分 -酶蛋酶蛋白白(铁卟啉、铁卟啉、铁卟啉、铁卟啉、B B B B族族族族VitVitVitVit)5*辅酶辅酶 （coenzymecoenzyme）:非蛋白质部分非蛋白质部分 -酶蛋白酶蛋白非共价键非共价键非共价键非共价键(B(B(B(B族族族族VitVitVitVit)透析、超滤透析、超滤能能分离分离例：例：NAD,NADPNAD,NADP+6*(结合酶中结合酶中)金属离子的作用金属离子的作用:a.a.活性中心活性中心(结合、催化结合、催化)的组分的组分b.b.稳定酶构象稳定酶构象c.c.酶与底物连接的桥梁酶与底物连接的桥梁d.d.大部分作为酶的大部分作为酶的辅基辅基*辅基辅基(酶酶)功能功能:传递传递H/H/化学基团化学基团789 二、二、酶的活性中心酶的活性中心*酶酶 大分子大分子 催化活性有赖于其结构催化活性有赖于其结构 (一级、空间一级、空间)完整性完整性 *底物底物 小分子小分子 *酶酶(特定区域特定区域特定区域特定区域)+底物底物 酶酶-底物复合物底物复合物(1 1 1 1万万万万-百万百万百万百万)10酶的活性中心：酶的活性中心：图图图图4-14-14-14-1构成一定空间构象构成一定空间构象的区域的区域(占酶分子很小部分占酶分子很小部分占酶分子很小部分占酶分子很小部分)此区域与底物结合，此区域与底物结合，催化底物转变为产物催化底物转变为产物酶分子上一些酶分子上一些功能基团集中功能基团集中,11功能基团功能基团功能基团功能基团12 *活性中心的活性中心的功能基团功能基团 -来自多肽链不同部来自多肽链不同部来自多肽链不同部来自多肽链不同部 位的位的位的位的aaaaaaaa残基侧链残基侧链残基侧链残基侧链(R R R R)例例:-NH-NH2 2,-COOH,-SH,-OH,-COOH,-SH,-OH 结合基团结合基团 与底物结合与底物结合 催化基团催化基团 催化反应催化反应(必需基团必需基团必需基团必需基团)*功能基团功能基团图图图图4-14-14-14-1(Arg,LysArg,LysArg,LysArg,Lys)(Asp,GluAsp,GluAsp,GluAsp,Glu)(CysCysCysCys)(Ser,Thr,TyrSer,Thr,TyrSer,Thr,TyrSer,Thr,Tyr)13 *活性中心的形成活性中心的形成:多肽链盘曲多肽链盘曲 酶分子表面形成酶分子表面形成结合基团结合基团催化基团催化基团空间结构空间结构孔穴孔穴(结合底物结合底物结合底物结合底物)酶催化特异性酶催化特异性图图图图4-14-14-14-1(含功能基团含功能基团含功能基团含功能基团)决定决定决定决定14对形成并维持酶的对形成并维持酶的对形成并维持酶的对形成并维持酶的空间构象是必需的空间构象是必需的空间构象是必需的空间构象是必需的15三、酶的分子结构与催化活性的关系三、酶的分子结构与催化活性的关系酶分子酶分子酶分子酶分子的的的的酶的空间结构酶的空间结构酶的空间结构酶的空间结构活性中心形成活性中心形成活性中心形成活性中心形成催化的专一性催化的专一性催化的专一性催化的专一性 决定决定决定决定*哺乳动物的哺乳动物的哺乳动物的哺乳动物的磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶的的的的aaaaaaaa序列相同序列相同序列相同序列相同 相同的一级结构是酶相同的一级结构是酶相同的一级结构是酶相同的一级结构是酶催化同一反应催化同一反应催化同一反应催化同一反应的基础的基础的基础的基础 一级结构一级结构一级结构一级结构16相似的空间结构相似的空间结构相似的空间结构相似的空间结构 底物结合部位底物结合部位底物结合部位底物结合部位上上上上 aaaaaaaa组成的微小差别组成的微小差别组成的微小差别组成的微小差别决定了各自的特异性决定了各自的特异性决定了各自的特异性决定了各自的特异性*糜蛋白酶糜蛋白酶糜蛋白酶糜蛋白酶,胰蛋白酶和弹性蛋白酶胰蛋白酶和弹性蛋白酶胰蛋白酶和弹性蛋白酶胰蛋白酶和弹性蛋白酶：是是是是均能水解肽键均能水解肽键均能水解肽键均能水解肽键的基础的基础的基础的基础4040的相同序列的相同序列的相同序列的相同序列：17四、酶原与酶原激活四、酶原与酶原激活 酶合成后酶合成后 活性中心形成活性中心形成 酶合成后酶合成后未形成活性中心未形成活性中心形成的活性中心被覆盖形成的活性中心被覆盖18 酶原酶原蛋白水解酶蛋白水解酶蛋白水解酶蛋白水解酶酶酶(活性活性)肽段肽段肽段肽段 (2)(2)酶原激活酶原激活(activation of(activation of zymogenzymogen):):无催化活性的酶的前身无催化活性的酶的前身(1)(1)酶原酶原(zymogenzymogen)：(3)(3)激活方式：激活剂，自身激活激活方式：激活剂，自身激活 例：例：例：例：糜糜糜糜蛋白酶原和胰蛋白酶原的激活蛋白酶原和胰蛋白酶原的激活蛋白酶原和胰蛋白酶原的激活蛋白酶原和胰蛋白酶原的激活19(稳定稳定)20活化素：使无活性的酶原转变为有活性的酶的物质活化素：使无活性的酶原转变为有活性的酶的物质活化素：使无活性的酶原转变为有活性的酶的物质活化素：使无活性的酶原转变为有活性的酶的物质21 (4)(4)酶原激活的本质与意义酶原激活的本质与意义 酶原酶原酶原酶原蛋白水解酶蛋白水解酶蛋白水解酶蛋白水解酶多肽多肽多肽多肽形成形成形成形成/暴露暴露暴露暴露活性中心活性中心活性中心活性中心酶酶*本质：形成本质：形成/暴露酶的活性中心暴露酶的活性中心 如：血液：如：血液：如：血液：如：血液：凝血因子凝血因子凝血因子凝血因子(受损组织受损组织受损组织受损组织/血管内膜激活血管内膜激活血管内膜激活血管内膜激活)胃主细胞：胃主细胞：胃主细胞：胃主细胞：胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶原(胃胃胃胃酸酸酸酸激活、自身激活激活、自身激活激活、自身激活激活、自身激活)胰腺细胞：糜蛋白酶原、胰蛋白酶原、弹性蛋白酶原胰腺细胞：糜蛋白酶原、胰蛋白酶原、弹性蛋白酶原胰腺细胞：糜蛋白酶原、胰蛋白酶原、弹性蛋白酶原胰腺细胞：糜蛋白酶原、胰蛋白酶原、弹性蛋白酶原 (肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶/自身激活等自身激活等自身激活等自身激活等)22酶原激活过程异常酶原激活过程异常酶原激活过程异常酶原激活过程异常 疾病发生疾病发生疾病发生疾病发生 导致导致导致导致如：坏死性胰腺炎如：坏死性胰腺炎如：坏死性胰腺炎如：坏死性胰腺炎 a.a.a.a.生成酶的细胞本身不因受蛋白酶消化而破坏生成酶的细胞本身不因受蛋白酶消化而破坏生成酶的细胞本身不因受蛋白酶消化而破坏生成酶的细胞本身不因受蛋白酶消化而破坏*意义：意义：意义：意义：b.b.b.b.使酶在规定的部位受激活并发挥生理作用使酶在规定的部位受激活并发挥生理作用使酶在规定的部位受激活并发挥生理作用使酶在规定的部位受激活并发挥生理作用23五、五、同工酶同工酶(isoenzymeisoenzyme)(1)(1)定义：定义：理化性质、免疫原性不同的酶理化性质、免疫原性不同的酶催化相同化学反应，但分子结构、催化相同化学反应，但分子结构、同一个体的不同组织同一个体的不同组织同一个体的不同组织同一个体的不同组织/同一细胞的不同亚细胞结构中同一细胞的不同亚细胞结构中同一细胞的不同亚细胞结构中同一细胞的不同亚细胞结构中不同组织和不同的亚细胞具有不同的代谢特征不同组织和不同的亚细胞具有不同的代谢特征不同组织和不同的亚细胞具有不同的代谢特征不同组织和不同的亚细胞具有不同的代谢特征24 A.A.分子结构分子结构 同工酶种类同工酶种类:5 5种（种（LDHLDH1 1LDHLDH5 5）心肌：心肌：LDHLDH1 1(H4H4)、LDHLDH2 2(H3H3、M1M1)肝脏肝脏:LDHLDH4 4(M3M3、H1H1)、LDHLDH5 5(M4M4)亚基种类亚基种类:M M型、型、H H型型 (aaaaaaaa组成不同组成不同组成不同组成不同)亚基数亚基数:4 4(2)(2)乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 (lactic(lactic(lactic(lactic dehydrogenasedehydrogenasedehydrogenasedehydrogenase,LDHLDHLDHLDH)25 COOCOO-COOCOO-C=O +NADH+HC=O +NADH+H+HH C OH +NADC OH +NAD+CHCH3 3 CHCH3 3LDHLDH4 4、5 5丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸LDHLDH1 1、2 2(肝肝肝肝)(心心心心)B.B.功能功能26图图图图4-5 4-5 4-5 4-5 人体各正常组织及病理状况下血清中人体各正常组织及病理状况下血清中人体各正常组织及病理状况下血清中人体各正常组织及病理状况下血清中LDHLDHLDHLDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱组织组织病理状况下病理状况下27肌酸激酶（肌酸激酶（肌酸激酶（肌酸激酶（CKCK）CKCK1 1:脑脑脑脑CKCK2 2:心肌心肌心肌心肌CKCK3 3:骨骼肌骨骼肌骨骼肌骨骼肌28 *多亚基多亚基组成组成(四级结构四级结构四级结构四级结构)六、六、别构酶别构酶(allostericallostericallostericallosteric enzyme)enzyme)enzyme)enzyme)特点：特点：导致导致轻微的构象变化轻微的构象变化,影响酶活性影响酶活性酶分子的酶分子的调节亚基受调节亚基受别别构剂影响构剂影响,别构部位别构部位(结合别构剂结合别构剂结合别构剂结合别构剂)*催化部位催化部位29 催化底物催化底物催化底物催化底物蛋白磷酸化蛋白磷酸化蛋白磷酸化蛋白磷酸化(PKA)(PKA)(PKA)(PKA)1730酶酶活性中心外活性中心外,对酶活性对酶活性起调节作用的部位起调节作用的部位 调节亚基调节亚基(别构部位别构部位)活性中心活性中心外外 催化亚基催化亚基 活性中心活性中心内内别构部位：别构部位：31别构剂别构剂别构剂别构剂 别构别构别构别构部位部位部位部位 酶构象酶构象酶构象酶构象轻微改变轻微改变轻微改变轻微改变 催化位点催化位点催化位点催化位点底物底物底物底物亲和力及催化效率亲和力及催化效率亲和力及催化效率亲和力及催化效率 别构激活剂：别构激活剂：别构激活剂：别构激活剂：亲和力及催化效率亲和力及催化效率亲和力及催化效率亲和力及催化效率 别构抑制剂：别构抑制剂：别构抑制剂：别构抑制剂：亲和力及催化效率亲和力及催化效率亲和力及催化效率亲和力及催化效率 别构调节作用：别构调节作用：别构调节作用：别构调节作用：别构别构别构别构酶活性受别构剂的调节酶活性受别构剂的调节酶活性受别构剂的调节酶活性受别构剂的调节 影响影响影响影响别构剂：生理性小分子、底物、中间产物、终产物别构剂：生理性小分子、底物、中间产物、终产物别构剂：生理性小分子、底物、中间产物、终产物别构剂：生理性小分子、底物、中间产物、终产物 32*别构调节别构调节别构调节别构调节 酶活性的酶活性的酶活性的酶活性的快调节快调节快调节快调节方式方式方式方式*底物浓度曲线底物浓度曲线底物浓度曲线底物浓度曲线(别构剂为底物别构剂为底物别构剂为底物别构剂为底物)：S S S S型曲线型曲线型曲线型曲线 *多数别构酶处于代谢途径的开端多数别构酶处于代谢途径的开端多数别构酶处于代谢途径的开端多数别构酶处于代谢途径的开端 *别构酶：调节酶别构酶：调节酶别构酶：调节酶别构酶：调节酶(其在代谢调节中发挥重要作用其在代谢调节中发挥重要作用其在代谢调节中发挥重要作用其在代谢调节中发挥重要作用)33 如：如：如：如：磷酸化磷酸化磷酸化磷酸化/去磷酸化，去磷酸化，去磷酸化，去磷酸化，乙酰化乙酰化乙酰化乙酰化/去乙酰化等去乙酰化等去乙酰化等去乙酰化等七、修饰酶：七、修饰酶：(modification enzyme(modification enzyme)酶分子上酶分子上功能基团功能基团其它酶其它酶其它酶其它酶可逆的共价修饰可逆的共价修饰可逆的共价修饰可逆的共价修饰酶活性酶活性 改变改变 (化学修饰化学修饰化学修饰化学修饰)P325,P325,P325,P325,图图图图17-1017-1017-1017-10(活性中心外活性中心外活性中心外活性中心外)347别构调节别构调节别构调节别构调节35 *分开分开 活性活性 /消失消失*丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系(3(3(3(3种酶种酶种酶种酶,5,5,5,5个辅酶个辅酶个辅酶个辅酶)*经酶经酶1 1催化生成的产物是酶催化生成的产物是酶2 2作用的作用的底物底物高效、放大高效、放大细胞内以细胞内以物理形式聚合物理形式聚合在一起的酶在一起的酶八、多酶复合体与多酶体系：八、多酶复合体与多酶体系：1.1.多酶复合体多酶复合体3637丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A+CO+CO2 2+NADH+HNADH+H+丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸脱氢酶系脱氢酶系脱氢酶系脱氢酶系7382.2.多酶体系：多酶体系：体内物质代谢的某一途径有许多酶共同参与，体内物质代谢的某一途径有许多酶共同参与，体内物质代谢的某一途径有许多酶共同参与，体内物质代谢的某一途径有许多酶共同参与，依次完成反应过程，他们在结构上无关联依次完成反应过程，他们在结构上无关联依次完成反应过程，他们在结构上无关联依次完成反应过程，他们在结构上无关联 如：糖酵解中的如：糖酵解中的如：糖酵解中的如：糖酵解中的11111111个酶组成的多酶体系个酶组成的多酶体系个酶组成的多酶体系个酶组成的多酶体系 A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E E1E1E1E1E2E2E2E2E3E3E3E3E4E4E4E439 己糖激酶己糖激酶6-磷酸果糖磷酸果糖 激酶激酶-1丙丙酮酮酸酸激激酶酶4(直链直链直链直链)40 *脂肪酸合成酶脂肪酸合成酶(2(2(2(2条肽链条肽链条肽链条肽链,7,7,7,7种酶种酶种酶种酶)例例:*DNA:*DNA聚合酶聚合酶I(1I(1I(1I(1条肽链条肽链条肽链条肽链,3,3,3,3个功能个功能个功能个功能)存在存在多种催化活性多种催化活性的酶分子的酶分子 九、多功能酶：九、多功能酶：41 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 外切酶外切酶外切酶外切酶 聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶N NC C 5 5 5 5 3 3 3 3外切酶外切酶外切酶外切酶DNADNA聚合酶聚合酶(DNA Polymerase(DNA Polymerase(DNA Polymerase(DNA Polymerase，1955195519551955年年年年)具有多种功能具有多种功能42 第三节第三节 酶的分类与命名酶的分类与命名分类：六大类分类：六大类命名：命名：*酶催化的底物酶催化的底物 +反应类型反应类型(习惯命名法习惯命名法习惯命名法习惯命名法)例例:蛋白水解酶蛋白水解酶,乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 国际酶学委员会国际酶学委员会类类亚类亚类亚亚类亚亚类亚亚类中亚亚类中的排号的排号E E E E、C C C C*4 4个数字分类的酶编号个数字分类的酶编号(系统命名法系统命名法系统命名法系统命名法)(P55)(P55)(P55)(P55)43 不同：不同：来源、本质、来源、本质、催化特点催化特点第四节第四节 酶促反应的特点和作用机制酶促反应的特点和作用机制酶与一般催化剂的异同酶与一般催化剂的异同相同：相同：*反应前后无变化反应前后无变化反应前后无变化反应前后无变化*缩短反应平衡所需时间缩短反应平衡所需时间缩短反应平衡所需时间缩短反应平衡所需时间,不能改变平衡点不能改变平衡点不能改变平衡点不能改变平衡点 44 1.1.高度催化效率高度催化效率(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101010107 7 7 7-10-10-10-1013131313)例：例：2H2H2 2O O2 2 2H 2H2 2O+OO+O2 2 Fe Fe2+2+：610610-4-4mol/gmol/g离子离子 血红素：血红素：610610-1-1mol/molmol/mol H H2 2O O2 2酶酶:610 6106 6mol/molmol/mol一、酶促反应的特点：一、酶促反应的特点：45活化分子活化分子 分子间分子间 化学反应化学反应(活化能活化能)有效有效碰撞碰撞 发生发生 酶酶可降低可降低反应反应所需所需的的活化能活化能 非酶非酶促促反应中：反应中：酶促酶促反应中：反应中：温度温度 反应分子获反应分子获活化能活化能/E+S ESE+S ES复合物复合物过渡状过渡状态分子态分子释放释放释放释放结合能结合能结合能结合能(图图图图4-6)4-6)4-6)4-6)(图图图图4-6)4-6)4-6)4-6)46结合能结合能:可以降低可以降低酶促酶促反应所需的活化能反应所需的活化能 所需活化能所需活化能 -结合能结合能 所需活化能所需活化能 活化分子活化分子 数数 反应速度反应速度 (反应物必须获得足够反应物必须获得足够反应物必须获得足够反应物必须获得足够 大活化能，使参与反大活化能，使参与反大活化能，使参与反大活化能，使参与反 应分子成为活化分子应分子成为活化分子应分子成为活化分子应分子成为活化分子)472.2.高度特异性高度特异性a a a a、绝对特异性、绝对特异性、绝对特异性、绝对特异性 (absolute specificity)(absolute specificity)(absolute specificity)(absolute specificity)一种酶一种酶一种酶一种酶催化催化催化催化一种底物一种底物一种底物一种底物反应反应反应反应 例：麦芽糖酶例：麦芽糖酶例：麦芽糖酶例：麦芽糖酶 -麦芽糖麦芽糖麦芽糖麦芽糖 b b b b、相对特异性、相对特异性、相对特异性、相对特异性 (relative specificity)(relative specificity)(relative specificity)(relative specificity)一种酶一种酶一种酶一种酶催化催化催化催化一类化合物一类化合物一类化合物一类化合物/化学键化学键化学键化学键反应反应反应反应 例：酯酶例：酯酶例：酯酶例：酯酶 -一类酯键一类酯键一类酯键一类酯键 c c c c、立体异构特异性、立体异构特异性、立体异构特异性、立体异构特异性 (sterosterosterostero specificity)specificity)specificity)specificity)例：例：例：例：L-L-L-L-乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 -L-L-L-L-乳酸乳酸乳酸乳酸483.3.可调节性可调节性(别构别构,共价修饰共价修饰,含量含量)及可代谢性及可代谢性4.4.高度不稳定性高度不稳定性5.5.活性异常活性异常 代谢紊乱功能障碍代谢紊乱功能障碍 49二、酶促反应的作用机制二、酶促反应的作用机制 1.ES1.ES复合物及复合物及E ESS复合物复合物(过渡态复合物过渡态复合物过渡态复合物过渡态复合物)形形成成E+S ES E+S ES E ES S E+P E+P*ESESESES中中中中S S S S从从从从基态基态基态基态变为变为变为变为过渡态过渡态过渡态过渡态SSSS时时时时,E E E E才能催化才能催化才能催化才能催化SSSS变成变成变成变成P P P P(过渡态的底物过渡态的底物过渡态的底物过渡态的底物(S)(S)(S)(S)不稳定不稳定不稳定不稳定,易受酶攻击易受酶攻击易受酶攻击易受酶攻击)(图图图图4-6)4-6)4-6)4-6)50S SSSP P51ESES的形成的形成 催化作用的催化作用的第一步第一步 E ESS的形成的形成 完成催化作用完成催化作用关键关键E+S ES E+S ES E ES S E+P E+P复合物复合物复合物复合物过渡态过渡态过渡态过渡态复合物复合物复合物复合物52532.2.酶促反应的作用机制酶促反应的作用机制(1)(1)(1)(1)邻近效应与定向排列邻近效应与定向排列邻近效应与定向排列邻近效应与定向排列 E-SE-S正确定向正确定向正确定向正确定向 E-SE-S靠近，靠近，靠近，靠近，活性部位活性部位活性部位活性部位 S S浓度浓度浓度浓度酶促酶促酶促酶促反应反应反应反应酶促酶促酶促酶促反应反应反应反应(有助于过渡态复合物形成的因素有助于过渡态复合物形成的因素有助于过渡态复合物形成的因素有助于过渡态复合物形成的因素)54(2)(2)(2)(2)多元催化多元催化多元催化多元催化(multielementmultielementmultielementmultielement catalysis)catalysis)catalysis)catalysis)一般催化剂一般催化剂一般催化剂一般催化剂一种解离状态一种解离状态一种解离状态一种解离状态 酸催化酸催化酸催化酸催化/碱催化碱催化碱催化碱催化 酶酶酶酶(两性电解质两性电解质两性电解质两性电解质)酸、碱双重酸、碱双重酸、碱双重酸、碱双重 催化作用催化作用催化作用催化作用 催化催化催化催化效率效率效率效率(3)(3)(3)(3)表面效应表面效应表面效应表面效应(surface effect)(surface effect)(surface effect)(surface effect)酶活性中心酶活性中心酶活性中心酶活性中心：疏水性疏水性疏水性疏水性“口袋口袋口袋口袋”(疏水环境疏水环境疏水环境疏水环境)有利于酶与底物的接触有利于酶与底物的接触有利于酶与底物的接触有利于酶与底物的接触 是多种催化机制的综合作用是多种催化机制的综合作用是多种催化机制的综合作用是多种催化机制的综合作用 酶促反应酶促反应酶促反应酶促反应高效率的原因高效率的原因高效率的原因高效率的原因:图图图图4-104-104-104-1055疏水环境：疏水环境：疏水环境：疏水环境：防止防止防止防止E E与与与与S S之间形成之间形成之间形成之间形成水化膜，水化膜，水化膜，水化膜，有利有利有利有利E E与与与与S S密切接触密切接触密切接触密切接触 56 第五节第五节 酶促反应动力学酶促反应动力学 研究研究研究研究酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度及及及及影响因素影响因素影响因素影响因素 *酶浓度酶浓度 *pHpH *底物浓度底物浓度 *激活剂激活剂 *温度温度 *抑制剂抑制剂 A.A.影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素S PS PE E57B.B.研究某一影响因素时研究某一影响因素时 *其它因素不变其它因素不变 *保持初速度保持初速度C.C.意义意义:*为研究酶作用机制提供信息为研究酶作用机制提供信息 *确定酶作用最适条件确定酶作用最适条件 *酶结构和功能酶结构和功能(抑制剂抑制剂抑制剂抑制剂 活性中心活性中心活性中心活性中心)58一、酶浓度对酶促反应速度的影响一、酶浓度对酶促反应速度的影响 1.1.条件：条件：(1)(1)温度：温度：固定固定(2)pH(2)pH值：值：固定固定(3)(3)底物底物 酶浓度酶浓度 S PS PE E59EEEEv=KEv=KE v v 图图图图4-11 4-11 4-11 4-11 酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响v:v:反应速度反应速度,K:K:速度常数速度常数,E:E:酶浓度酶浓度当当S E,S E,60二、底物浓度对酶促反应速度的影响二、底物浓度对酶促反应速度的影响1.1.底物浓度曲线底物浓度曲线当当EE不变时不变时，SS对对v v的影响呈矩型双曲线的影响呈矩型双曲线12abc12 S S P PE E*条件：条件：条件：条件：EEEE不变时不变时不变时不变时61中间复合物中间复合物中间复合物中间复合物学说学说学说学说 :是解释底物浓度影响酶促是解释底物浓度影响酶促是解释底物浓度影响酶促是解释底物浓度影响酶促E+SE+S E+PE+P K1K1K1K1K2K2K2K2K3K3K3K3酶酶酶酶底物底物底物底物 中间中间中间中间复合物复合物复合物复合物产物产物产物产物酶酶酶酶反应速度的最合理学说反应速度的最合理学说反应速度的最合理学说反应速度的最合理学说ESES62*酶浓度不变，底物浓度不断增加酶浓度不变，底物浓度不断增加酶浓度不变，底物浓度不断增加酶浓度不变，底物浓度不断增加*中间复合物的形成中间复合物的形成中间复合物的形成中间复合物的形成abc12能和底物结合的酶能和底物结合的酶能和底物结合的酶能和底物结合的酶不同的底物浓度与酶结合的过程不同的底物浓度与酶结合的过程不同的底物浓度与酶结合的过程不同的底物浓度与酶结合的过程63 v v v v -反应速度反应速度反应速度反应速度 (不同不同不同不同SSSS时时时时)KmKmKmKm-米氏常数米氏常数米氏常数米氏常数 V V-最大反应速度最大反应速度最大反应速度最大反应速度 SSSS-底物浓度底物浓度底物浓度底物浓度 VSVSKm+SKm+S*上述方程式上述方程式上述方程式上述方程式从数学上从数学上从数学上从数学上解释了底物浓度解释了底物浓度解释了底物浓度解释了底物浓度 对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响(E(E(E(E被被被被S S S S饱和时饱和时饱和时饱和时)2.2.2.2.米曼氏方程式米曼氏方程式米曼氏方程式米曼氏方程式MichaelisMichaelisMichaelisMichaelis和和和和Menten(1913Menten(1913Menten(1913Menten(1913年年年年):):):):底物浓度底物浓度底物浓度底物浓度与与与与反应速度反应速度反应速度反应速度之间的之间的之间的之间的数学关系式数学关系式数学关系式数学关系式v=v=(基于中间基于中间基于中间基于中间 复合物学说复合物学说复合物学说复合物学说)64 VS VVS VSS v v=Km+S Km Km+S Km *V *V和和KmKm均为常数均为常数(某一酶某一酶某一酶某一酶)v v和和SS成正比成正比(1)(1)当当S S Km Km(a(a段段)(S v )(S v )(S v )(S v )65a ab bc c c c66(2)(2)当当S S Km Km v=V v=V (c(c段段)VSVS=v vKm+SKm+SV VSSSSv v v v-反应速度反应速度反应速度反应速度(不同不同不同不同SSSS时时时时)V V V V-最大反应速度最大反应速度最大反应速度最大反应速度(酶被底物饱和时酶被底物饱和时酶被底物饱和时酶被底物饱和时)67a ab bC C C C68(3)(3)当当SS =Km=Km时时 VS VS V VSSv v=Km+S Km+S 2 2SS v=V v=V (b(b段段)69a ab bC C70 所以所以KmKm定义定义为为;当当v=1/2Vv=1/2V时的时的SS(底物的浓度底物的浓度底物的浓度底物的浓度)(KmKm的单位与的单位与SS相同相同,均为均为mol/L)mol/L)当当S=KmS=Km时，时，v=1/2 Vv=1/2 V3.Km3.Km定义定义:71KmKmKmKm1272 4.Km4.Km的意义的意义:(1)(1)酶的特征性常数酶的特征性常数,与与酶性质酶性质/催化的底物催化的底物有关有关 *催化催化同一反应同一反应的的不同酶不同酶，各有其特征，各有其特征性性KmKm G G-6-P G G-6-P*葡萄糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶(肝肝肝肝)Km 10mM)Km 10mM)Km 10mM)Km 10mM*己糖激酶己糖激酶己糖激酶己糖激酶 Km 0.05mM Km 0.05mM Km 0.05mM Km 0.05mM ATPATPATPATP酶酶酶酶73*一种酶一种酶作用于作用于不同底物不同底物时，时，KmKm不同不同 果糖磷酸化果糖磷酸化 *KmKm值在值在1010-1-11010-6-6mol/Lmol/L催化催化催化催化Km 1.5mM Km 1.5mM Km 1.5mM Km 1.5mM 葡萄糖磷酸化葡萄糖磷酸化葡萄糖磷酸化葡萄糖磷酸化 Km 0.05mMKm 0.05mMKm 0.05mMKm 0.05mM己糖激酶己糖激酶己糖激酶己糖激酶催化催化催化催化74(2)(2)KmKm代表酶对底物亲和力大小代表酶对底物亲和力大小E+S ES E+PE+S ES E+P K2+K3K2+K3Km=Km=K1K1当当K2 K3K2 K3时时;KmKmK2K2K1K1=ESESESES=K1K1K1K1K2K2K2K2K3K3K3K3设：设：75 此时的此时的KmKm即为即为ESES的解离常数的解离常数:KmKm的大小代表的大小代表E E与与S S的亲和力的亲和力 *KmKm大大，ESES亲和力亲和力小小，反应速度慢，反应速度慢 *KmKm小小，ESES亲和力亲和力大大，反应速度快，反应速度快 ESESESESESESESESKm=Km=Km=Km=76(3)(3)从从VmaxVmax计算酶的转换数计算酶的转换数(K K3 3)KK K3 3(酶的转换数酶的转换数酶的转换数酶的转换数):（酶被底物充分饱和时）（酶被底物充分饱和时）（酶被底物充分饱和时）（酶被底物充分饱和时）单位时间内每个单位时间内每个单位时间内每个单位时间内每个酶酶酶酶分子分子分子分子 催化催化催化催化底物底物底物底物转变为转变为转变为转变为产物产物产物产物的分子数的分子数的分子数的分子数 S PS PE E77(4)(4)计算任何底物浓度下计算任何底物浓度下酶饱和度酶饱和度 （即：（即：（即：（即：ESESESES复合物占复合物占复合物占复合物占EtEtEtEt的比例）的比例）的比例）的比例）ES ES v v SSF FESES=Et Et V V Km+SKm+S例例:a.:a.当酶促反应当酶促反应S=15 KmS=15 Km，v v为为V V的百分之几的百分之几?b.b.要使要使v v为为V V的的90%90%，反应体，反应体 系中的底物浓度需多少？系中的底物浓度需多少？785.5.KmKm和和V V值的测定值的测定:(Km:Km:当当v=1/2Vv=1/2V时的时的S)S)KmKmKmKm1279双倒数作图法双倒数作图法:方法：将米氏方程两边取倒数方法：将米氏方程两边取倒数 1 1 KmKm 1 1 1 1 =+v v V V S S V Vv v=VSVSKmKm+SS80(交点交点交点交点)(截距截距截距截距)81三、温度对酶促反应速度的影响和酶作用的最适温度三、温度对酶促反应速度的影响和酶作用的最适温度三、温度对酶促反应速度的影响和酶作用的最适温度三、温度对酶促反应速度的影响和酶作用的最适温度 酶最适温度酶最适温度酶最适温度酶最适温度(optimum temperature):(optimum temperature):(optimum temperature):(optimum temperature):使酶促使酶促使酶促使酶促反应速度达到最大时的温度反应速度达到最大时的温度反应速度达到最大时的温度反应速度达到最大时的温度 v 最适最适T T T 图图图图4-154-154-154-15 温度对酶促反应速度影响的曲线图温度对酶促反应速度影响的曲线图温度对酶促反应速度影响的曲线图温度对酶促反应速度影响的曲线图82特点特点:温度温度 *最适温度最适温度是上述两种拮抗因素作用的总和是上述两种拮抗因素作用的总和酶促反应速度酶促反应速度 (温度低时温度低时温度低时温度低时)酶变性酶变性(温度高温度高温度高温度高 酶浓度酶浓度酶浓度酶浓度 )*最适温度最适温度不是酶的特征性常数不是酶的特征性常数(随反应时间变随反应时间变随反应时间变随反应时间变)应用：低温麻醉、低温保存菌种应用：低温麻醉、低温保存菌种83酶在短时间内可耐受较高的温度，酶在短时间内可耐受较高的温度，酶在短时间内可耐受较高的温度，酶在短时间内可耐受较高的温度，延长反应时间，最适温度降低延长反应时间，最适温度降低延长反应时间，最适温度降低延长反应时间，最适温度降低1684四、四、pHpH对酶促反应速度影响和酶作用最适对酶促反应速度影响和酶作用最适pHpH *极端极端pH pH 酶变性酶变性 及底物的解离及底物的解离有关有关*催化作用与活性中心的催化作用与活性中心的必需基团、辅酶必需基团、辅酶最适最适pH:pH:酶促反应速度达最大时溶液的酶促反应速度达最大时溶液的pHpHpHpH对对酶促反应速度影响：酶促反应速度影响：S PS PE E85*最适最适最适最适pHpHpHpH不是酶的特征性常数不是酶的特征性常数不是酶的特征性常数不是酶的特征性常数 *体内多数酶的最适体内多数酶的最适体内多数酶的最适体内多数酶的最适pHpHpHpH为为为为7,7,7,7,少数例外少数例外少数例外少数例外(受受受受缓冲液缓冲液缓冲液缓冲液种类、浓度及种类、浓度及种类、浓度及种类、浓度及底物底物底物底物浓度影响浓度影响浓度影响浓度影响)胃蛋白酶：胃蛋白酶：胃蛋白酶：胃蛋白酶：1.81.81.81.8肝精氨酸酶肝精氨酸酶肝精氨酸酶肝精氨酸酶:9.8:9.8:9.8:9.886五、激活剂对酶促反应速度的影响五、激活剂对酶促反应速度的影响激活剂激活剂:能提高酶促反应速度的物质能提高酶促反应速度的物质1)1)无机离子激活剂无机离子激活剂 必需激活剂必需激活剂必需激活剂必需激活剂:Mg:Mg:Mg:Mg2+2+2+2+(激酶激酶激酶激酶)非必需激活剂：非必需激活剂：非必需激活剂：非必需激活剂：ClClClCl-(淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶)激活剂激活剂激活剂激活剂机理：机理：机理：机理：酶酶酶酶金属离子金属离子金属离子金属离子底物复合物底物复合物底物复合物底物复合物 (有利于底物和酶的活性中心部位结合有利于底物和酶的活性中心部位结合有利于底物和酶的活性中心部位结合有利于底物和酶的活性中心部位结合)872)2)小分子的有机化合物的作用小分子的有机化合物的作用 还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽 保护巯基酶保护巯基酶保护巯基酶保护巯基酶 牛磺胆酸钠牛磺胆酸钠牛磺胆酸钠牛磺胆酸钠 脂肪酶的激活剂脂肪酶的激活剂脂肪酶的激活剂脂肪酶的激活剂3)3)生物大分子激活剂生物大分子激活剂(蛋白激酶对酶的激活蛋白激酶对酶的激活蛋白激酶对酶的激活蛋白激酶对酶的激活)磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶激酶激酶 磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶b b 激活激活激活激活蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶 (依赖依赖依赖依赖cAMPcAMPcA