第四章酶化学.pptx

第四章第四章 酶酶化学化学 Chapter 4 Enzyme Chemistry一、酶是生物催化剂一、酶是生物催化剂（一）酶的概念（一）酶的概念 酶酶(enzyme)是一类由活细胞产生的、具有特殊催化能力是一类由活细胞产生的、具有特殊催化能力和高度专一性的特殊蛋白质。和高度专一性的特殊蛋白质。酶酶是由是由生物细胞生物细胞合成的以合成的以蛋白质蛋白质为主要成分的为主要成分的生物催化生物催化剂剂。酶所催化的化学反应称为酶促反应。在酶促反应中被酶酶所催化的化学反应称为酶促反应。在酶促反应中被酶催化的物质叫底物催化的物质叫底物（substrate，S）；经酶催化所产生的物）；经酶催化所产生的物质叫产物（质叫产物（product，P）。）。底物底物 产物产物 S P（Substrate)(Product)E（二）酶是生物催化剂（二）酶是生物催化剂1、酶和一般催化剂的共性、酶和一般催化剂的共性 用量少而催化效率高用量少而催化效率高不改变化学反应的平衡点不改变化学反应的平衡点在化学反应的前后没有质和量的改变在化学反应的前后没有质和量的改变 可降低反应的活化能可降低反应的活化能(activation energy)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 2、酶作为生物催化剂的特点、酶作为生物催化剂的特点 酶的催化能力高酶的催化能力高酶的专一性（酶的专一性（specificity）强）强酶活性的可调控性酶活性的可调控性 酶易失活酶易失活常需辅助因子常需辅助因子(cofactor)（三）酶的化学本质及组成（三）酶的化学本质及组成 1、酶的蛋白质本质、酶的蛋白质本质大多数酶是蛋白质（大多数酶是蛋白质（Most enzymes are proteins）1926年美国年美国Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质 1930年年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。J.B.SumnerJ.H.Northrop 20世世纪纪80年年代代发发现现某某些些RNA有有催催化化活活性性，还还有有一一些些抗抗体体也也有有催催化化活活性性，甚甚至至有有些些DNA也也有有催催化化活活性性，使使酶酶是是蛋蛋白白质质的的传传统统概概念念受受到很大冲击。到很大冲击。2、酶的组成分类、酶的组成分类根据酶的化学组成成分不同，可将其分为根据酶的化学组成成分不同，可将其分为单纯酶单纯酶（simple enzyme）和）和结合酶结合酶（conjugated enzyme）两类。）两类。单纯酶：单纯酶：这类酶的基本组成单位仅为氨基酸，通常只有一这类酶的基本组成单位仅为氨基酸，通常只有一条多肽链。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。如淀条多肽链。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。如淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等均属于单纯酶。粉酶、脂肪酶、蛋白酶等均属于单纯酶。全酶酶蛋白辅助因子全酶酶蛋白辅助因子酶酶蛋蛋白白与与辅辅助助因因子子单单独独存存在在时时，均均无无催催化化活活性性，只只有有二二者者结结合合成成全酶才有催化作用。全酶才有催化作用。结结合合酶酶：由由蛋蛋白白质质部部分分和和非非蛋蛋白白质质部部分分组组成成，前前者者称称为为酶酶蛋蛋白白（apoenzyme），后后者者称称为为辅辅助助因因子子（cofactor）。酶酶蛋蛋白白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶（与辅助因子结合形成的复合物称为全酶（holoenzyme）。）。酶蛋白：酶蛋白：决定反应决定反应专一专一性（特异性）性（特异性）辅助因子辅助因子：直接参加反应，直接参加反应，决定反应类型（性质）决定反应类型（性质）一种辅助因子可与多种酶蛋白结合一种辅助因子可与多种酶蛋白结合一种酶蛋白一般只能与一种辅助因子结合一种酶蛋白一般只能与一种辅助因子结合3、酶的辅助因子、酶的辅助因子辅辅助助因因子子的的化化学学本本质质是是金金属属离离子子或或小小分分子子有有机机化化合合物物，按按其其与与酶酶蛋蛋白白结结合合的的紧紧密密程程度度不不同同可可分分为为辅辅酶酶（coenzyme）与与辅辅基基（prosthetic group）。）。辅酶：辅酶：与酶蛋白结合疏松（一般非共价结合），可用透析或与酶蛋白结合疏松（一般非共价结合），可用透析或 超滤的方法除去超滤的方法除去 辅基：辅基：与酶蛋白结合紧密（一般以共价键结合），不能通过与酶蛋白结合紧密（一般以共价键结合），不能通过 透析或超滤将其除去透析或超滤将其除去（四）酶的结构（四）酶的结构1、酶的结构与蛋白质的结构相同，都有一定的、酶的结构与蛋白质的结构相同，都有一定的 空间结构空间结构2、根据酶蛋白的结构特点，酶可分为：、根据酶蛋白的结构特点，酶可分为：单单体体酶酶(monomeric enzyme)：只只有有一一条条多多肽肽链链，分分子子量量在在13,00035,000之间，一般是水解酶，如蛋白酶、羧肽酶。之间，一般是水解酶，如蛋白酶、羧肽酶。寡寡聚聚酶酶(oligomeric enzyme)：由由两两个个或或以以上上的的亚亚基基组组成成，亚亚基基之之间间由由非非共共价价键键相相连连，亚亚基基可可以以是是相相同同的的，也也可可以以是是不不同同的，分子量在的，分子量在35,000几百万，如丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶几百万，如丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶多多酶酶复复合合体体(multienzyme complex)：由由几几个个酶酶有有组组织织的的聚聚集集在在一一起起，功功能能上上相相互互配配合合，第第一一个个酶酶的的产产物物是是第第二二个个酶酶的的底底物，如丙酮酸脱氢酶复合体、脂肪酸合成酶复合体。物，如丙酮酸脱氢酶复合体、脂肪酸合成酶复合体。S P1 P2 P3 PnE1 E2 E3 EnE1E7E2E3E4E6E5二、酶的命名及分类二、酶的命名及分类（一）习惯命名法（一）习惯命名法1、底物、底物+酶：酶：淀粉酶淀粉酶 脂肪酶脂肪酶 蛋白酶蛋白酶2、反应性质、反应性质+酶：酶：脱氢酶脱氢酶 氧化酶氧化酶 水解酶水解酶 转移酶转移酶3、底物、底物+反应性质反应性质+酶：酶：琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 谷丙转氨酶谷丙转氨酶4、来源、来源+底物底物+酶：酶：胃蛋白酶胃蛋白酶 唾液淀粉酶唾液淀粉酶 胰脂肪酶胰脂肪酶优点：优点：习惯名称比较简单，且应用历史较久习惯名称比较简单，且应用历史较久缺点：缺点：缺乏系统性，一酶多名，多酶一名，写出反应难等。缺乏系统性，一酶多名，多酶一名，写出反应难等。（二）国际系统命名法（二）国际系统命名法 按照国际系统命名法原则，每一种酶都有一个系统名称按照国际系统命名法原则，每一种酶都有一个系统名称和一个习惯名称。系统名称应当明确表明酶的底物及催化反和一个习惯名称。系统名称应当明确表明酶的底物及催化反应的性质，习惯名称则应简短而且便于使用。应的性质，习惯名称则应简短而且便于使用。系统名称：底物系统名称：底物1 :底物底物2 反应性质反应性质 酶酶如：如：乙醇脱氢酶（习惯名）乙醇脱氢酶（习惯名）乙醇：乙醇：NAD+氧化还原酶（系统名）氧化还原酶（系统名）乙醇乙醇+NAD+乙醛乙醛+NADH+H+（反应）（反应）谷丙转氨酶（习惯名）谷丙转氨酶（习惯名）LAla:酮戊二酸氨基转移酶（系统名）酮戊二酸氨基转移酶（系统名）LAla+酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸+L-Glu（反应）（反应）（三）酶的分类（三）酶的分类根据酶所催化的反应性质，国际系统分类法将酶分为根据酶所催化的反应性质，国际系统分类法将酶分为六大类六大类：1、氧化还原酶类（、氧化还原酶类（oxido-reductases）催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如：乳酸脱氢酶、催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如：乳酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。A2H B A B2H脱氢酶脱氢酶A2H O2 A H2O2氧化酶氧化酶2、转移酶类、转移酶类(transferases)催化分子间基团转移或交换的酶类催化分子间基团转移或交换的酶类 被转移的基团有多种，因此有不同的转移酶，如氨基转移酶、被转移的基团有多种，因此有不同的转移酶，如氨基转移酶、磷酸基转移酶、甲基转移酶等。磷酸基转移酶、甲基转移酶等。AX B A BX转移酶转移酶3、水解酶类、水解酶类(hydrolases)催化底物发生水解反应的酶类。例如：淀粉酶、催化底物发生水解反应的酶类。例如：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。蛋白酶、脂肪酶等。AB H2O AH BOH水解酶水解酶4、裂合酶类、裂合酶类(lyases)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。其逆反应的酶。如醛缩酶、柠檬酸合成酶。如醛缩酶、柠檬酸合成酶。AB A B裂合酶裂合酶延胡索酸酶延胡索酸酶 H2O苹果酸苹果酸 延胡索酸延胡索酸5、异构酶类、异构酶类(isomerases)催化各种同分异构体间相互转变的酶类。催化各种同分异构体间相互转变的酶类。如磷酸丙糖异构酶、磷酸己糖异构酶等如磷酸丙糖异构酶、磷酸己糖异构酶等 A B异构酶异构酶Glu GlnGln合成酶合成酶6、合成酶类、合成酶类(ligases)催化两分子底物合成一分子化合物，同时偶联有催化两分子底物合成一分子化合物，同时偶联有ATP的磷酸的磷酸键断裂的酶类。如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。键断裂的酶类。如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。A B ATP AB ADP Pi合成酶合成酶A B ATP AB AMP PPi合成酶合成酶（四）酶的系统编号（四）酶的系统编号 根据上述分类标准，国际酶学委员会（根据上述分类标准，国际酶学委员会（Enzyme Commission,EC）对每个酶都作了系统编号。酶的系统编号用）对每个酶都作了系统编号。酶的系统编号用4个阿拉伯数字表示，每个数字之间用一圆点隔开，并在编号前冠个阿拉伯数字表示，每个数字之间用一圆点隔开，并在编号前冠以以EC字样。字样。在酶的系统编号中：在酶的系统编号中：第一个数字指明该酶属于六大类中的哪一类第一个数字指明该酶属于六大类中的哪一类 第二个数字表示该酶属于哪个亚类第二个数字表示该酶属于哪个亚类 第三个数字表示该酶属于哪个亚亚类第三个数字表示该酶属于哪个亚亚类 第四个数字表示该酶在亚亚类中的排号第四个数字表示该酶在亚亚类中的排号乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27第第1大类，即氧化还原酶大类，即氧化还原酶第第1亚类，氧化基团为亚类，氧化基团为CHOH第第1亚亚类，氢受体为亚亚类，氢受体为NAD+该酶在此亚亚类中的流水编号该酶在此亚亚类中的流水编号三、酶的分离提纯及活力测定三、酶的分离提纯及活力测定（一）酶的分离提纯（一）酶的分离提纯酶是蛋白质，所以酶的分离提纯方法基本上与分离提纯酶是蛋白质，所以酶的分离提纯方法基本上与分离提纯蛋白质的方法相同，但同时酶又是有生物活性的蛋白质，蛋白质的方法相同，但同时酶又是有生物活性的蛋白质，在分离提纯过程中应尽最大可能避免对酶活性有损失的在分离提纯过程中应尽最大可能避免对酶活性有损失的措施，全部操作需在低温下进行，而且在分离提纯整个措施，全部操作需在低温下进行，而且在分离提纯整个过程中，必须经常测定酶的比活力，以指导提纯工作正过程中，必须经常测定酶的比活力，以指导提纯工作正确进行。确进行。酶的分离纯化步骤酶的分离纯化步骤 选选 材材破碎细胞破碎细胞 抽抽 提提分离、纯化分离、纯化进一步纯化进一步纯化浓缩、制干浓缩、制干检测酶纯度检测酶纯度 保保 存存1、酶活力与酶反应速度、酶活力与酶反应速度 酶活力的大小通常用最适条件下酶所催化的化学反应的酶活力的大小通常用最适条件下酶所催化的化学反应的速度来表示。酶催化的反应速度愈快，酶的活力就愈高，速速度来表示。酶催化的反应速度愈快，酶的活力就愈高，速度愈慢，活力就愈低。酶促反应的速度可用度愈慢，活力就愈低。酶促反应的速度可用单位时间内酶促单位时间内酶促反应体系中底物的消耗量或产物的生成量来表示。反应体系中底物的消耗量或产物的生成量来表示。作酶活力测定时应以测酶促反应的作酶活力测定时应以测酶促反应的初速度初速度为准。为准。（二）酶活力（二）酶活力(enzyme activity)的测定的测定酶活力也称酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。酶活力也称酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。酶活力的测定常采用两种方法：酶活力的测定常采用两种方法：测定一定时间内的化学反应的量测定一定时间内的化学反应的量 测定完成一定量反应所需的时间测定完成一定量反应所需的时间 0 10 20 30 40 50 60 min 产产物物生生成成量量图图 酶促反应的速度曲线酶促反应的速度曲线曲线的斜率曲线的斜率(k)2、酶活力单位（、酶活力单位（U）酶酶活活力力的的高高低低用用酶酶活活力力单单位位（U）来来表表示示。酶酶活活力力单单位位指指在在特特定定条条件件下下、一一定定时时间间内内将将一一定定量量的的底底物物转转化化为为产产物物所所需需的酶量。的酶量。有有习习惯惯单单位位和和国国际际单单位位等等方方法法。习习惯惯单单位位是是依依据据不不同同的的实实验验方方法法定定义义出出来来的的酶酶活活力力单单位位。同同一一种种酶酶，测测定定的的方方法法不不同同，测测定定的的结结果果不不能能比比较较。国国际际单单位位（IU）是是1961年年国国际际酶酶学学委委员员会会规规定定的的酶酶活活力力单单位位的的统统一一标标准准：指指在在最最适适条条件件下下（25），每每分分钟钟内内催催化化1微微摩摩尔尔底底物物（1mol/L）发发生生化化学学变化的酶量定为一个酶活力单位。变化的酶量定为一个酶活力单位。1972年年，国国际际酶酶学学委委员员会会又又推推荐荐了了一一个个新新的的酶酶活活力力单单位位，即即“催催量量”（Kat），其其定定义义为为在在最最适适条条件件下下，每每秒秒钟钟催催化化1摩尔底物（摩尔底物（1mol）发生化学变化的酶量定为）发生化学变化的酶量定为1 Kat。Kat和和IU的换算关系如下：的换算关系如下：1Kat6.0107 IU3、酶的比活力、酶的比活力(specific activity)酶的比活力是指每毫克蛋白质所含有的酶活力单位酶的比活力是指每毫克蛋白质所含有的酶活力单位数（有时也用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少活力数（有时也用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少活力单位来表示）。单位来表示）。比活力比活力活力单位数（活力单位数（U）酶蛋白（酶蛋白（mg）比活力是表示酶制剂比活力是表示酶制剂纯度纯度的一个指标的一个指标四、酶促反应的动力学四、酶促反应的动力学 酶酶促促反反应应动动力力学学是是研研究究酶酶促促反反应应速速度度及及其其影影响响因因素素的的科科学学。这这些些因因素素主主要要包包括括底底物物浓浓度度、酶酶浓浓度度、温温度度、pH、激激活活剂剂和和抑抑制制剂剂等等。在在研研究究某某一一因因素素对对酶酶促促反反应应速速度度的的影影响响时时，应应该该维维持持反反应应中中其其它它因因素素不不变变，而而只只改改变变要要研研究究的的因素。因素。（一）底物浓度对酶促反应速度的影响（一）底物浓度对酶促反应速度的影响1、底物浓度对酶反应速度的影响、底物浓度对酶反应速度的影响在酶浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度在酶浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影响的作用呈现影响的作用呈现矩形双曲线矩形双曲线。在在底底物物浓浓度度较较低低时时，反反应应速速度度随随底底物物浓浓度度的的增增加加而而急急骤骤加加快快，两两者者呈呈正正比比关关系系，表表现现为为一一级级反反应应；当当底底物物浓浓度度较较高高时时，反反应应速速度度虽虽然然随随着着底底物物浓浓度度的的升升高高而而加加快快，但但不不再再呈呈正正比比例例加加快快，表表现现为为混混合合级级反反应应；当当底底物物浓浓度度增增高高到到一一定定程程度度时时，如如再再加加大大底底物物浓浓度度，反反应应速速度度不不再再增增加加，而而趋趋于于恒恒定定，表表现现为为零零级级反反应应，此时酶已被底物所此时酶已被底物所饱和饱和(saturated)。图图 底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响(1)中间产物学说中间产物学说 2、米氏方程（、米氏方程（Michaelis-Menten equation）E S ES P E 酶酶促促反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度之之间间的的变变化化关关系系，反反映映了了ES的的形形成成与与生生成成产产物物P的的过过程程。在在S很很低低时时，酶酶的的活活性性中中心心没没有有全全部部与与底底物物结结合合，增增加加S，ES的的形形成成与与P的的生生成成均均呈呈正正比比关关系系增增加加；当当S增增高高至至一一定定浓浓度度时时，酶酶全全部部形形成成了了ES，此此时时再再增增加加S也也不不会会增增加加ES，反反应应速度趋于恒定。速度趋于恒定。1913年年Michaelis和和Menten在在前前人人工工作作的的基基础础上上，作作了了大大量量的的定定量量研研究究，积积累累了了足足够够的的实实验验数数据据，从从而而提提出出了了酶酶促促反反应应动动力力学学的的最最基基本本原原理理，并并归归纳纳成成一一个个数数学学表表达达式式米氏方程米氏方程：v=Vmax SKm +S前提：前提：SE 反应快速达到平衡反应快速达到平衡 整个反应速度取决于整个反应速度取决于ES P E。3、米氏常数（、米氏常数（Km）(1)米氏常数的意义米氏常数的意义 Km是指当酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物是指当酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度，它的单位是浓度，它的单位是mol/L，与底物浓度的单位一样。，与底物浓度的单位一样。当当S很小时，很小时，SKm，则，则vVmax，零级反应，零级反应当当S处于处于Km附近时，混合级反应附近时，混合级反应VmaxKm(2)米氏常数的特点米氏常数的特点 Km是是酶酶的的特特征征常常数数之之一一。其其大大小小只只与与酶酶的的性性质质有有关关，而而与与酶酶浓浓度度无无关关，Km值值随随测测定定的的底底物物、反反应应的的温温度度、pH及及离子强度而变化。离子强度而变化。如如果果一一个个酶酶有有几几个个底底物物，就就有有几几个个Km值值，Km值值最最小小的的底底物称为该酶的最适底物（天然底物）。物称为该酶的最适底物（天然底物）。当当 k2k3时时，1/Km可可 以以 近近 似似 地地 表表 示示 酶酶 对对 底底 物物 亲亲 和和 力力(affinity)的的大大小小，1/Km愈愈大大，Km就就愈愈小小，达达到到最最大大反反应应速度一半时所需底物浓度就愈小，亲和力就愈大。速度一半时所需底物浓度就愈小，亲和力就愈大。(3)米氏常数与米氏方程的实际应用米氏常数与米氏方程的实际应用鉴定酶鉴定酶判断酶的最适底物判断酶的最适底物计算一定速度下的底物浓度计算一定速度下的底物浓度了解酶的底物在体内具有的浓度水平。一般说来，作为酶了解酶的底物在体内具有的浓度水平。一般说来，作为酶的底物，其在体内的浓度水平应接近它的的底物，其在体内的浓度水平应接近它的Km值。值。判断抑制类型。测定不同抑制剂对某一酶的判断抑制类型。测定不同抑制剂对某一酶的Km及及Vmax的的影响，可判断该抑制剂的抑制作用类型（后面要讲到）。影响，可判断该抑制剂的抑制作用类型（后面要讲到）。Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径(4)米氏常数的求法米氏常数的求法双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk plot）将米氏方程两边取倒数，得将米氏方程两边取倒数，得（y=kx+b）1v=KmVmaxS1 Vmax1v 法法（Eadie-Hofstee法法）Sv将米氏方程两边同乘以将米氏方程两边同乘以(KmS)/S，整理得，整理得v Km VmaxSvv/SvVmaxKm图图 Eadie-Hofstee作图法作图法（二）（二）pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 大大多多数数酶酶的的活活性性受受其其环环境境pH的的影影响响。在在一一定定pH下下酶酶表表现现最最大大活活力力，高高于于或或低低于于此此pH，活活力力均均降降低低。酶酶表表现现最最大大活活力力时时的的pH值值称称为为酶酶的的最最适适pH(optimum pH)。典典型型的的pH酶酶活活性性曲曲线线呈呈钟钟罩罩形形曲曲线线(bell-shaped curve)。各各种种酶酶在在一一定定条条件件下下都都有有其其特特定定的的最最适适pH。但但最最适适pH因因底底物物的的性性质质及及浓浓度度、缓缓冲冲液液的的性性质质和和浓浓度度、介介质质的的离离子子强强度度、温温度度等等不不同同而而不不同同。大大多多数数酶酶的的最最适适pH在在58，植植物物和和微微生生物物在在4.56.5左左右右，动动物物在在6.58.0左左右右。pH对酶活力影响的机制：对酶活力影响的机制：影响酶分子的构象影响酶分子的构象影响酶分子的解离状态影响酶分子的解离状态影响底物分子的解离状态影响底物分子的解离状态（三）温度对酶促反应速度的影响（三）温度对酶促反应速度的影响两种不同影响：两种不同影响：1.温度升高，酶反应速度加快温度升高，酶反应速度加快；2.温度升高，热变性速度加快温度升高，热变性速度加快。常将酶促反应速度最大的常将酶促反应速度最大的某一温度，称为酶的某一温度，称为酶的最适最适温度温度。最适温度不是酶的。最适温度不是酶的特征物理常数，它受酶的特征物理常数，它受酶的纯度、底物、作用时间等纯度、底物、作用时间等因素的影响。因素的影响。在最适温度以前，第在最适温度以前，第1 1种影响为主。种影响为主。在最适温度以后，第在最适温度以后，第2 2种影响为主。种影响为主。（四）酶浓度对酶促反应速度的影响（四）酶浓度对酶促反应速度的影响在一定的温度和在一定的温度和pHpH条件下，当底物浓度足以使酶饱和的条件下，当底物浓度足以使酶饱和的情况下，酶的浓度与酶促反应速度呈正比关系。情况下，酶的浓度与酶促反应速度呈正比关系。图图 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（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 凡是能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质都是凡是能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质都是激活剂激活剂(activator)。其中大部分是无机离子或小分子有机物。其中大部分是无机离子或小分子有机物。1、无机离子、无机离子金属离子：金属离子：K、Na、Ca2、Mg2、Zn2、Fe2等等 阴离子：阴离子：Cl、Br、I、CN等等 H：胃蛋白酶受：胃蛋白酶受H激活激活2、有机分子、有机分子某些还原剂：如某些还原剂：如GSH、Cys、Vc等，能使酶中二硫键等，能使酶中二硫键 还原呈巯基，从而提高酶活性。还原呈巯基，从而提高酶活性。3、具有蛋白质性质的大分子物质、具有蛋白质性质的大分子物质酶原酶原 酶酶EDTA：金属螯合剂，能除去酶中的重金属离子，解：金属螯合剂，能除去酶中的重金属离子，解 除抑制除抑制（六）抑制剂对酶促反应速度的影响（六）抑制剂对酶促反应速度的影响1、抑制作用的概念、抑制作用的概念失失活活作作用用(inactivation)：是是指指酶酶蛋蛋白白分分子子受受到到一一些些理理化化因因素素的的影影响响后后破破坏坏了了次次级级键键，部部分分或或全全部部改改变变了了酶酶分分子子的的空空间间构构象象，从从而而引引起起酶酶活活性性的的降降低低或或丧丧失失。这这是是酶酶蛋蛋白白变变性性的的结结果果。凡凡是是蛋蛋白白质质变变性性剂剂均均可可使使各各种种酶酶失失活活，变变性性剂剂对酶没有选择性对酶没有选择性。抑抑制制作作用用(inhibition)：是是指指酶酶的的必必需需基基团团的的性性质质受受到到某某种种物物质质的的影影响响而而发发生生改改变变，导导致致酶酶活活性性的的降降低低或或丧丧失失，但但并并不不引引起起酶酶蛋蛋白白的的变变性性，有有时时可可用用物物理理或或化化学学方方法法使使酶酶恢恢复活性。复活性。能能使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧丧失失而而不不引引起起酶酶蛋蛋白白变变性性的的物物质质称称酶酶的的抑制剂抑制剂(inhibitor,I)。变性剂对酶有一定的选择性变性剂对酶有一定的选择性。2、抑制作用的类型、抑制作用的类型根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆，分两大类：根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆，分两大类：不可逆抑制作用不可逆抑制作用可逆抑制作用可逆抑制作用(1)(1)不可逆抑制作用不可逆抑制作用不可逆抑制作用不可逆抑制作用(irreversible inhibitionirreversible inhibition)抑抑制制剂剂与与酶酶的的必必需需基基团团以以牢牢固固的的共共价价键键结结合合，使使酶酶丧丧失失活活性性，不不能能用用透透析析、超超过过滤滤等等物物理理方方法法除除去去抑抑制制剂剂使使酶酶恢恢复复活活性性。在在临临床床上上这这种种抑抑制制作作用用可可以以靠靠某某些些药药物物解解除除抑抑制制，使使酶酶恢恢复复活活性性。不不可可逆逆抑抑制制作作用用又又可可分分为为专专一一性性不不可可逆逆抑抑制制作作用用和非专一性不可逆抑制作用两种。和非专一性不可逆抑制作用两种。(2)(2)可逆抑制作用可逆抑制作用可逆抑制作用可逆抑制作用(reversible inhibitionreversible inhibition)抑制剂与酶以非共价键疏松结合引起活性的降低或丧失，抑制剂与酶以非共价键疏松结合引起活性的降低或丧失，结合是可逆的结合是可逆的,能够通过透析、超过滤等物理方法除去抑制剂能够通过透析、超过滤等物理方法除去抑制剂使酶恢复活性。这类抑制剂与酶分子的结合部位可以是活性中使酶恢复活性。这类抑制剂与酶分子的结合部位可以是活性中心，也可是非活性中心。这类抑制作用可分为三种类型。心，也可是非活性中心。这类抑制作用可分为三种类型。A.竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)：竞竞争争性性抑抑制制剂剂(I)与与底底物物(S)结结构构相相似似，因因此此两两者者互互相相竞竞争争与与酶酶的的活活性性中中心心结结合合，当当I与与酶酶结结合合后后，就就不不能能结结合合S，并并且且I与与E结结合合形形成成的的中中间间复复合合物物(EI)不不能能分分解解成成产产物物(P)，从从而而引起酶催化作用的抑制，称竞争性抑制。引起酶催化作用的抑制，称竞争性抑制。特点：特点：抑制剂与底物结构相似；抑制剂与底物结构相似；I与与S竞争同一种酶的活性中心结合（非共价）；竞争同一种酶的活性中心结合（非共价）；抑制程序取决于抑制程序取决于I/S的比例，的比例，所以所以可以用增加底物浓度可以用增加底物浓度的方法来解除这种抑制。的方法来解除这种抑制。E S ES P EIEI S ESIIP COOHCOOH CH CH2 2 CH CH2 2 COOH COOH 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶+FAD +FADH+FAD +FADH2 2 COOHCOOH HC HC CH CH COOH COOH琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸 COOHCOOH CH CH2 2 CH CH2 2 COOH COOH丙二酸丙二酸丙二酸丙二酸 琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸 草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸 COOHCOOH CH CH2 2 COOH COOH COOHCOOH CH CH2 2 C=OH C=OH COOH COOH COOHCOOH CH CH2 2H C OHH C OH COOH COOHB.非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive inhibition)：非非竞竞争争性性抑抑制制剂剂(I)和和底底物物(S)的的结结构构不不相相似似，两两者者可可同同时时与与酶酶结结合合，I常常与与酶酶活活性性中中心心以以外外的的部部位位结结合合，引引起起酶酶分分子子构构象象的的改改变变，使酶活性中心催化作用抑制叫做非竞争性抑制。使酶活性中心催化作用抑制叫做非竞争性抑制。E S ES P EIEI S ESI PI特点：特点：I与与S结构不相似；结构不相似；I与与E在活性中心外的部位结合；在活性中心外的部位结合；抑制取决于抑制剂的绝对浓度，不管底物浓度有多高，不抑制取决于抑制剂的绝对浓度，不管底物浓度有多高，不能用增加底物的方法去除抑制。能用增加底物的方法去除抑制。C.反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)：抑抑制制剂剂(I)不不能能与与游游离离酶酶结结合合，只只与与ES复复合合物物结结合合形形成成ESI三三元元复复合合物物，形形成成的的ESI不不能能转转变变成成产产物物。I反反而而增增加加了了E与与S的的亲亲和和力力，使使ESES朝朝ES方方向向进进行行。反反竞竞争争性性抑抑制制作作用用使使Vmax减减小，小，Km也减小。也减小。SSEEE+PSEIIP3、一些重要的抑制剂、一些重要的抑制剂 不可逆抑制剂：不可逆抑制剂：有机磷化合物有机磷化合物与酶分子中的与酶分子中的Ser残基的羟基作用残基的羟基作用 解毒：解磷定（解毒：解磷定（PAM）有机汞、有机砷化合物有机汞、有机砷化合物与酶分子中的与酶分子中的Cys残基的巯残基的巯基作用基作用 解毒：二巯基丙醇（解毒：二巯基丙醇（BAL）重金属盐重金属盐氰化物、硫化物和氰化物、硫化物和CO与酶中金属离子形成稳定的与酶中金属离子形成稳定的络合物络合物青霉素青霉素与糖肽转肽酶中与糖肽转肽酶中Ser羟基共价结合羟基共价结合 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸4、可逆抑制作用的动力学、可逆抑制作用的动力学 类型米氏方程VmaxKm无抑制剂VmaxKm竞争性抑制不变增加非竞争性抑制减小不变反竞争性抑制减小减小vVmaxSKmSvVmaxSKm(1 )SKiIvSKmS(1 )KiIVmaxvS(1 )KiIVmaxS(1 )KiIKmA、竞争性抑制作用的双倒数式：、竞争性抑制作用的双倒数式：B、非竞争性抑制作用的双倒数式：、非竞争性抑制作用的双倒数式：maximaxmV1S1)K I 1(VKv1+=(1+)IKiC、反竞争性抑制作用的双倒数式：、反竞争性抑制作用的双倒数式：maxmaxmV1S1VKv1+=(1+)IKi.五、酶的专一性和活性中心五、酶的专一性和活性中心（一）酶的专一性（一）酶的专一性 酶的专一性是指酶对它所作用的底物有严格的选择性，也即酶的专一性是指酶对它所作用的底物有严格的选择性，也即一种酶只能催化某一种或某一类物质起化学变化。根据酶对一种酶只能催化某一种或某一类物质起化学变化。根据酶对底物选择的严格程度不同，酶的专一性通常分为：底物选择的严格程度不同，酶的专一性通常分为：结构专一性结构专一性 立体异构专一性立体异构专一性绝对专一性绝对专一性相对专一性相对专一性旋光异构专一性旋光异构专一性几何异构专一性几何异构专一性1、绝对专一性、绝对专一性只作用于一种底物，而不作用于任何其他物质；即只只作用于一种底物，而不作用于任何其他物质；即只对一定化学键两端带有一定原子基团的化合物起催化对一定化学键两端带有一定原子基团的化合物起催化作用。作用。HH2 2N NC CNHNH2 2 +H +H2 2O 2NHO 2NH3 3+CO+CO2 2OO脲酶脲酶脲酶脲酶2、相对专一性、相对专一性对底物要求程度较低，能作用于结构相似的一类物质。对底物要求程度较低，能作用于结构相似的一类物质。H2O ROH-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶-葡萄糖苷葡萄糖苷族专一性族专一性：只要求底物的某一化学键和该键一端的基团，：只要求底物的某一化学键和该键一端的基团，至于另一端的基团是什么，并不要求。如胰蛋白酶至于另一端的基团是什么，并不要求。如胰蛋白酶键专一性键专一性：只要求作用于一定的化学键，而对键两端的基团：只要求作用于一定的化学键，而对键两端的基团 无特殊要求。这类酶专一性最低，如酯酶无特殊要求。这类酶专一性最低，如酯酶R RC COOR +HR +H2 2O RCOOH +ROHO RCOOH +ROHOO酯酶酯酶酯酶酯酶3、立体异构专一性、立体异构专一性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，酶只作用于：当底物具有旋光异构体时，酶只作用于 其中的一种。其中的一种。R RCHCHCOOH +OCOOH +O2 2 R RC CCOOH +NHCOOH +NH3 3OOL-AaL-Aa氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶12NHNH2 2 酮酸酮酸酮酸酮酸几何异构专一性几何异构专一性：当底物具有几何异构体时，酶只作用于：当底物具有几何异构体时，酶只作用于 其中的一种。其中的一种。（二）酶的活性中心（二）酶的活性中心(active center)组组成成酶酶分分子子的的Aa中中有有许许多多化化学学基基团团，如如-NH2、-COOH、-SH、-OH等等，但但这这些些基基团团并并不不都都是是与与酶酶活活性性有有关关。其其中中那那些些与与酶酶的的活活性性密密切切相相关关的的基基团团称称为为酶酶的的必必需需基基团团（essential group）。包包括括活活性性中中心心内内的的必必需需基基团团和和活活性性中中心心外外的的必必需需基团。基团。常见的必需基团：常见的必需基团：Ser-OHHis-咪唑基咪唑基Cys-SHAsp、Glu-COOH 酶活性中心酶活性中心(active center)又又称称活活性性部部位位(active site)，是是指指酶酶分分子子上上必必需需基基团团比比较较集集中中并并构构成成一一定定的的空空间间构构象象、与与酶酶的的催催化化活活性性直直接接相相关关的的结结构构区区域域。也也简简指指酶酶分分子子中中能能与与底底物物特特异异地地结结合合并并将将底底物物转转变为产物的特定空间区域。变为产物的特定空间区域。酶活性中心通常包括两个功能部位：酶活性中心通常包括两个功能部位：结合部位：结合部位：直接同直接同S结合，决定酶同何种结合，决定酶同何种S结结合，即专一性合，即专一性催化部位：催化部位：直接参与催化，决定酶的高效性直接参与催化，决定酶的高效性 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 酶酶Aa残基数残基数活性中心的活性中心的Aa残基残基核糖核酸酶核糖核酸酶124His12,His119,Lys41溶菌酶溶菌酶129Asp52,Glu35胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102,Ser195胃蛋白酶胃蛋白酶348Asp32,Asp215木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶212Cys25,His159羧肽酶羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+表表 一些酶活性中心的氨基酸残基一些酶活性中心的氨基酸残基酶活性中心的结构特点：酶活性中心的结构特点：活性中心只占酶分子总体积的很小一部分；活性中心只占酶分子总体积的很小一部分；酶的活性部位是一个三维实体；酶的活性部位是一个三维实体；酶活性部位具有柔性或可运动性；酶活性部位具有柔性或可运动性；底物通过次级键较弱的力结合到酶上；底物通过次级键较弱的力结合到酶上；活性部位是位于酶分子表面的一个空穴或裂缝内。活性部位是位于酶分子表面的一个空穴或裂缝内。酶酶的的活活性性中中心心是是酶酶分分子子表表面面的的一一个个凹凹穴穴，有有一一定定的的大大小小和和特特殊殊的的构构象象，其其内内部部大大多多数数Aa残残基基为为疏疏水水性性的的，有有利于与底物的作用；在与底物接触时表现一定的柔性。利于与底物的作用；在与底物接触时表现一定的柔性。（三）酶原（三）酶原(proenzyme)的激活的激活 某某些些酶酶在在细细胞胞内内合合成成或或初初分分