生物化學(xué)：Chapter 4 酶

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1、生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryEnzyme第第 四四 章章 酶酶生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)酶的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 酶促反應(yīng)的機(jī)制酶促反應(yīng)的機(jī)制第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第五節(jié)第五節(jié) 酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第六節(jié)第六節(jié) 核酸酶核酸酶 ( (自學(xué)自學(xué)) )生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry幾個(gè)有關(guān)名詞幾個(gè)有關(guān)名詞 底物底物(substrate, S)(substrate, S)：酶作用的物質(zhì)。：酶作用的物質(zhì)。 產(chǎn)物產(chǎn)物(product, P)(product,

2、 P)：反應(yīng)生成的物質(zhì)。：反應(yīng)生成的物質(zhì)。 酶促反應(yīng)：酶催化的反應(yīng)。酶促反應(yīng)：酶催化的反應(yīng)。 酶活性：酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活性：酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力。 -酮戊二酸轉(zhuǎn)氨酶丙酮酸Ala + Glu生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第第 一一 節(jié)節(jié) 概概 述述n 核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)：具有高效、特異催化作用：具有高效、特異催化作用的的核酸核酸，主要參與，主要參與RNARNA的剪接。的剪接。n酶酶(enzyme,E)(enzyme,E)是一類由是一類由活細(xì)胞活細(xì)胞產(chǎn)生的，對產(chǎn)生的，對其其特異底物特異底物具有具有高效催化作用高效催化作用的的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。一、酶的概

3、念與酶促反應(yīng)的特點(diǎn)：一、酶的概念與酶促反應(yīng)的特點(diǎn)：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistryu酶與一般催化劑的共同點(diǎn)酶與一般催化劑的共同點(diǎn) 加快反應(yīng)速度，在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化；加快反應(yīng)速度，在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化； 只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)； 只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)；只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)； 加速反應(yīng)的機(jī)制是降低反應(yīng)的活化能。加速反應(yīng)的機(jī)制是降低反應(yīng)的活化能。酶促反應(yīng)的特點(diǎn)：酶促反應(yīng)的特點(diǎn)：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistryu酶與一般催化劑的不同點(diǎn)酶與一般催化劑的不同點(diǎn) 具有具有極高的效率極高的效率

4、，比一般催化劑高，比一般催化劑高10107 710101313倍；倍； 具有高度的具有高度的特異性特異性； 酶是蛋白質(zhì)，具有高度的酶是蛋白質(zhì)，具有高度的不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性； 酶促反應(yīng)的酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性可調(diào)節(jié)性； 酶催化常需酶催化常需輔因子輔因子 (cofactor)(cofactor)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry反應(yīng)總能量改變反應(yīng)總能量改變 非催化反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能 酶促反應(yīng)酶促反應(yīng) 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催化反應(yīng)的活化能化反應(yīng)的活化能 能能量量 反反 應(yīng)應(yīng) 過過 程程 底物底物 產(chǎn)物產(chǎn)物 酶促反應(yīng)活化能的改變酶促反應(yīng)活化能的改變 1. 酶能降低酶能降低活

5、化能活化能： 底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry過氧化氫分解反應(yīng)所需活化能過氧化氫分解反應(yīng)所需活化能催化劑催化劑每摩爾需活化能每摩爾需活化能無無18 000cal膠態(tài)鈀膠態(tài)鈀11 700cal過氧化氫酶過氧化氫酶2 000cal生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高1081020倍，倍，比一般催化劑高比一般催化劑高1071013倍。倍。酶 加 速 反 應(yīng) 的 機(jī) 理 是酶 加 速 反 應(yīng) 的 機(jī) 理 是 降 低 反 應(yīng) 的 活 化 能降 低 反 應(yīng)

6、 的 活 化 能(activation energy)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種選擇性稱為物。酶的這種選擇性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍悦傅奶禺愋曰驅(qū)Ｒ恍浴? 酶的特異性酶的特異性(specificity)2. 酶促反應(yīng)具有高度的特異性酶促反應(yīng)具有高度的特異性 絕對特異性絕對特異性(absolute specificity) 相對特異性相對特異性(relative specificity) 立體結(jié)構(gòu)特異性立體結(jié)構(gòu)

7、特異性(stereo specificity)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry絕對特異性絕對特異性酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物 。如：如： OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2尿素脲酶OCNHNH2+ H2O甲基尿素CH3脲酶相對特異性相對特異性 酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，催化同一類型的酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，催化同一類型的化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)。如：蔗糖酶水解葡萄糖與果糖之間形成的糖苷鍵。如：蔗糖酶水解葡萄糖與果糖之間形成的糖苷鍵。OHOHHHOHHOHC

8、H2OHHCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OHOHHHOHHOHCH2HCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OOOHHHHOHHOHCH2OHH1蔗糖棉子糖蔗糖酶果果葡葡果果葡葡半乳半乳生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry立體結(jié)構(gòu)特異性立體結(jié)構(gòu)特異性酶僅作用于立體異構(gòu)體中的一種。酶僅作用于立體異構(gòu)體中的一種。L-L-乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶HCH3CCOOHOHHCH3COHCOOHABCABC生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 3. 酶促反應(yīng)的高度不穩(wěn)定性酶促反應(yīng)的高度不穩(wěn)定性 凡是能使蛋白質(zhì)發(fā)生變性的理化因素都能影響酶。凡是能使蛋白質(zhì)發(fā)生變性的理化因素都能影響

9、酶。4. 4. 酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性 酶的活性受環(huán)境條件的影響酶的活性受環(huán)境條件的影響5. 5. 酶催化常需輔因子酶催化常需輔因子 某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)。某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry國際系統(tǒng)分類法國際系統(tǒng)分類法二、酶的分類和命名二、酶的分類和命名（一）酶的分類（一）酶的分類 氧化氧化- -還原酶催化還原酶催化氧化氧化- -還原反應(yīng)還原反應(yīng)。 主要包括脫氫酶主要包括脫氫酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。 如，乳酸如，乳酸(L

10、actate)(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng): :1. 1. 氧化氧化- -還原酶類還原酶類 Oxido-reductasesOxido-reductasesCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸 催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上?；蛟愚D(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。 例如：谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)例如：谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng): :2. 轉(zhuǎn)移酶類 TransferasesCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOC

11、CH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO丙氨酸丙氨酸-酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸谷氨酸谷氨酸 水解水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)酶催化底物的加水分解反應(yīng)。 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，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：催化的脂的水解反應(yīng)：3. 水解酶類 hydrolasesH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子而形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。子而形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水化酶（脫水酶）及

12、脫氨主要包括醛縮酶、水化酶（脫水酶）及脫氨酶等。酶等。例如，蘋果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化例如，蘋果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)的反應(yīng): :4. 裂合（裂解）酶類 LyasesHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖 異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程。底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程。例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng): :5.異構(gòu)酶類 Isomerases 又稱為連接酶，能夠

13、催化又稱為連接酶，能夠催化C-CC-C、C-OC-O、C-NC-N以以及及C-SC-S鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATPATP分分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。解反應(yīng)相互偶聯(lián)。 A + B + ATP + H-O-H = A-B + ADP +PiA + B + ATP + H-O-H = A-B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng): :6.合成酶類 Ligases or Synthetases生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）酶的命名（二）酶的命名1. 1. 習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法推薦名稱推薦名稱2. 2. 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命

14、名法系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）（一） 酶與疾病的發(fā)生酶與疾病的發(fā)生 人與動(dòng)物體內(nèi)，如果缺少某種酶或酶量不足或酶人與動(dòng)物體內(nèi)，如果缺少某種酶或酶量不足或酶功能異常，會導(dǎo)致人和動(dòng)物生病甚至死亡。功能異常，會導(dǎo)致人和動(dòng)物生病甚至死亡。 先天性酪氨酸酶缺乏使黑色素合成遇到障礙，導(dǎo)先天性酪氨酸酶缺乏使黑色素合成遇到障礙，導(dǎo)致白化病的產(chǎn)生。致白化病的產(chǎn)生。 氰化物中毒是由于呼吸鏈中細(xì)胞色素氧化酶的活氰化物中毒是由于呼吸鏈中細(xì)胞色素氧化酶的活性受到抑制，重金屬鹽中毒是巰基酶活性受到抑制。性受到抑制，重金屬鹽中毒是巰基酶活性受到抑制。 三、三、 酶與人類健康的關(guān)系酶與人類

15、健康的關(guān)系生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry （二）（二） 酶與疾病的診斷酶與疾病的診斷 某些組織器官受損傷時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的一些酶可以釋放某些組織器官受損傷時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的一些酶可以釋放進(jìn)入血液，所以血清、尿液等體液中酶活力的測定是進(jìn)入血液，所以血清、尿液等體液中酶活力的測定是疾病診斷的常用方法。疾病診斷的常用方法。 測定血清中淀粉酶活性，可作為急性胰腺炎臨床診測定血清中淀粉酶活性，可作為急性胰腺炎臨床診斷的依據(jù)。斷的依據(jù)。 測定血清中轉(zhuǎn)氨酶的活性，可作為急性肝炎或心肌測定血清中轉(zhuǎn)氨酶的活性，可作為急性肝炎或心肌梗塞臨床診斷的依據(jù)。梗塞臨床診斷的依據(jù)。 測定膽堿酯酶和膽固醇氧化酶的活性，可作為

16、心血測定膽堿酯酶和膽固醇氧化酶的活性，可作為心血管疾病或高血壓臨床診斷的依據(jù)。管疾病或高血壓臨床診斷的依據(jù)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（三）（三） 酶與疾病的治療酶與疾病的治療 蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶用于治療消化不良；蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶用于治療消化不良； 天冬酰胺酶用于治療白血??；天冬酰胺酶用于治療白血?。?精氨酸酶、蛋氨酸酶、谷氨酰胺酶等用于抗癌；精氨酸酶、蛋氨酸酶、谷氨酰胺酶等用于抗癌； 動(dòng)物飼料添加纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶等動(dòng)物飼料添加纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶等可促進(jìn)動(dòng)物生長。可促進(jìn)動(dòng)物生長。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Bioc

17、hemistry一、一、 酶的分子組成酶的分子組成n 結(jié)合酶結(jié)合酶 (conjugated enzyme)：含非蛋白部分含非蛋白部分n 單純酶單純酶 (simple enzyme)：只含蛋白質(zhì)只含蛋白質(zhì)酶蛋白酶蛋白 (apoenzyme)輔助因子輔助因子(cofactor)結(jié)合酶結(jié)合酶/全酶全酶(holoenzyme)決定底物的特異性決定底物的特異性決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)只有全酶才具有催化活性只有全酶才具有催化活性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、酶的輔助因子二、酶的輔助因子 (cofactor)1. 金屬離子：金屬離子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Fe2+

18、等等 金屬酶金屬酶(metalloenzyme)金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過程中不易丟失。金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過程中不易丟失。 金屬激活酶金屬激活酶(metal-activated enzyme) 金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚緊密。甚緊密。 根據(jù)金屬離子與酶蛋白結(jié)合牢固程度分為：根據(jù)金屬離子與酶蛋白結(jié)合牢固程度分為：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 金屬離子的作用金屬離子的作用參與催化反應(yīng)，傳遞電子參與催化反應(yīng)，傳遞電子(Fe(Fe2+2+) )；在酶與底物間起橋梁作用；在酶與底物間起橋梁作用；穩(wěn)定酶的構(gòu)象；穩(wěn)定酶的構(gòu)象；中

19、和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 小分子有機(jī)化合物小分子有機(jī)化合物參與酶的催化過程，常為維生素，在反應(yīng)中傳遞電參與酶的催化過程，常為維生素，在反應(yīng)中傳遞電子、質(zhì)子或一些基團(tuán)。子、質(zhì)子或一些基團(tuán)。根據(jù)與酶蛋白結(jié)合的牢固程度分為：根據(jù)與酶蛋白結(jié)合的牢固程度分為：輔酶輔酶(coenzyme):(coenzyme): 以以非共價(jià)鍵非共價(jià)鍵與酶蛋白結(jié)合，結(jié)合疏松，可用與酶蛋白結(jié)合，結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。透析或超濾的方法除去。輔基輔基(prosthetic group):(prosthetic group):

20、 以以共價(jià)鍵共價(jià)鍵與酶蛋白結(jié)合，結(jié)合緊密，不能用與酶蛋白結(jié)合，結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。透析或超濾的方法除去。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry輔酶在酶促反應(yīng)中的作用特點(diǎn)輔酶在酶促反應(yīng)中的作用特點(diǎn) 輔酶在催化反應(yīng)過程中，直接參加了反應(yīng)。輔酶在催化反應(yīng)過程中，直接參加了反應(yīng)。 每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催化每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一類型的反應(yīng)。某一類型的反應(yīng)。 同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同的全酶。同的全酶。 一般來說，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類型一般來說，全酶中的輔酶決定了酶所催化

21、的類型（反應(yīng)的性質(zhì)），而酶蛋白則決定了所催化的底（反應(yīng)的性質(zhì)），而酶蛋白則決定了所催化的底物類型（底物專一性）。物類型（底物專一性）。三、維生素與輔酶三、維生素與輔酶維生素的定義維生素的定義 維生素是機(jī)體（動(dòng)物、植物和微生物）維持正常生維生素是機(jī)體（動(dòng)物、植物和微生物）維持正常生命活動(dòng)所必不可少的一類小分子有機(jī)化合物。命活動(dòng)所必不可少的一類小分子有機(jī)化合物。 維生素的發(fā)現(xiàn)源于醫(yī)藥實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。維生素的發(fā)現(xiàn)源于醫(yī)藥實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。 維生素一般習(xí)慣分為維生素一般習(xí)慣分為脂溶性脂溶性和和水溶性水溶性兩大類。其中兩大類。其中脂溶性維生素在體內(nèi)可直接參與代謝的調(diào)節(jié)作用，脂溶性維生素在體內(nèi)可直接參與代謝

22、的調(diào)節(jié)作用，包括維生素包括維生素A、D、E、K等；而等；而水溶性維生素水溶性維生素是通是通過過轉(zhuǎn)變成輔酶轉(zhuǎn)變成輔酶對代謝起調(diào)節(jié)作用，包括維生素對代謝起調(diào)節(jié)作用，包括維生素B族族和維生素和維生素C。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry輔酶與水溶性維生素的關(guān)系輔酶與水溶性維生素的關(guān)系輔助成分輔助成分作作 用用維生素組分維生素組分NAD+（輔酶（輔酶）遞氫（脫氫酶）遞氫（脫氫酶）尼克酰胺（尼克酰胺（Vpp, B5）NADP+（輔酶（輔酶）CoA-SH（輔酶（輔酶A）轉(zhuǎn)移酰基轉(zhuǎn)移?；核幔ǚ核幔˙3）FH4（四氫葉酸）（四氫葉酸）轉(zhuǎn)移一碳單位轉(zhuǎn)移一碳單位葉酸（葉酸（B9）磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛/胺

23、胺轉(zhuǎn)移氨基（轉(zhuǎn)氨轉(zhuǎn)移氨基（轉(zhuǎn)氨酶）、羧基（脫羧酶）、羧基（脫羧酶）酶）吡哆醛吡哆醛/胺（胺（B6）焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素TPP轉(zhuǎn)移醛基轉(zhuǎn)移醛基硫胺素（硫胺素（B1）黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸FAD遞氫（脫氫酶）遞氫（脫氫酶）核黃素（核黃素（B2）FMN（黃素單核苷酸黃素單核苷酸）生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryVB1又稱硫胺素，在體內(nèi)常以焦磷酸硫胺素（又稱硫胺素，在體內(nèi)常以焦磷酸硫胺素（TPP）的輔）的輔酶形式存在，是糖代謝中羰基碳（醛和酮）合成與裂解的酶形式存在，是糖代謝中羰基碳（醛和酮）合成與裂解的輔酶。當(dāng)輔酶。當(dāng)VB1缺乏時(shí)，會出現(xiàn)消化不良等消化道癥狀。缺乏時(shí)，會出

24、現(xiàn)消化不良等消化道癥狀。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry黃素單核苷酸黃素單核苷酸生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry黃黃素素腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸VBVB2 2常以黃素單核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸兩種輔酶形式存在，在生常以黃素單核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸兩種輔酶形式存在，在生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)中其物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)中其傳遞氫和電子傳遞氫和電子作用，對糖、脂肪、蛋白代謝作用，對糖、脂肪、蛋白代謝有影響。當(dāng)有影響。當(dāng)VBVB2 2缺乏時(shí)，會引起口角炎。缺乏時(shí)，會引起口角炎。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry焦焦磷磷酸酸泛酸（泛酸（VBVB3 3）在生物體內(nèi)與巰基乙胺、

25、焦磷酸、）在生物體內(nèi)與巰基乙胺、焦磷酸、AMPAMP結(jié)合生成活結(jié)合生成活性形式的輔酶性形式的輔酶A A（CoACoA），是許多?；D(zhuǎn)移酶類的輔酶，參與糖、），是許多酰基轉(zhuǎn)移酶類的輔酶，參與糖、脂類、氨基酸的代謝，主要起脂類、氨基酸的代謝，主要起傳遞?；鶄鬟f?；淖饔?。的作用。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryVBVB5 5或或VppVpp在生物體內(nèi)常在生物體內(nèi)常以煙酰胺腺嘌呤二核苷以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（輔酶酸（輔酶I I）和煙酰胺）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸腺嘌呤二核苷酸磷酸（輔酶（輔酶IIII）兩種形式存）兩種形式存在，在反應(yīng)中起到在，在反

26、應(yīng)中起到傳遞傳遞電子和氫電子和氫的作用。的作用。維生素維生素B6和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺(pyridoxol) (pyridoxal) (pyridoxamine) (pyridoxal phosphate) (pyridoxamine)生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryVBVB6 6在生物體內(nèi)常以磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺兩種活性形式在生物體內(nèi)常以磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺兩種活性形式存在，是氨基酸代謝中多種酶（如轉(zhuǎn)氨酶）的輔酶，還參存在，是氨基酸代謝中多種酶（如轉(zhuǎn)氨酶）的輔酶，還參與血紅素的合成。與血紅素的合成。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物素生物素

27、(biotin, VB7)和羧化反應(yīng)和羧化反應(yīng)葉酸葉酸(folic acid, VB11)和和 四氫葉酸（四氫葉酸（FH4）葉葉酸酸四四氫氫葉葉酸酸 HH105谷氨酸谷氨酸 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸蝶呤蝶呤傳遞一碳單位傳遞一碳單位生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry維生素維生素B12鈷胺素鈷胺素 參與分子重排參與分子重排與甲基轉(zhuǎn)運(yùn)與甲基轉(zhuǎn)運(yùn)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry維生素CVcVc又稱抗壞血酸，在體內(nèi)以還原態(tài)形式發(fā)揮生物功能，參又稱抗壞血酸，在體內(nèi)以還原態(tài)形式發(fā)揮生物功能，參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)，保護(hù)巰基，使巰基酶的與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)，保護(hù)巰基，使巰基酶的-SH-SH處于還

28、原處于還原態(tài)以保證其行使催化作用；還參與體內(nèi)的多種羥化作用，態(tài)以保證其行使催化作用；還參與體內(nèi)的多種羥化作用，是脯氨酸羥化酶的輔酶，促進(jìn)膠原蛋白的合成。是脯氨酸羥化酶的輔酶，促進(jìn)膠原蛋白的合成。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 脂溶性維生素（了解）脂溶性維生素（了解） 維生素維生素A,D,E,KA,D,E,K均溶于脂類溶劑，不溶于水，均溶于脂類溶劑，不溶于水，在食物中通常與脂肪一起存在，吸收它們，在食物中通常與脂肪一起存在，吸收它們，需要脂肪和膽汁酸。需要脂肪和膽汁酸。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry維生素維生素A A（菠菜、番茄、胡蘿卜和動(dòng)物肝（菠菜、番茄、胡蘿卜和動(dòng)物肝

29、臟、奶制品、魚肝油）臟、奶制品、魚肝油） 維生素維生素A A分分A1, A2A1, A2兩種，是不飽和一元醇類。維生素兩種，是不飽和一元醇類。維生素A1A1又又稱為視黃醇，稱為視黃醇，A2A2稱為脫氫視黃醇。缺乏維生素稱為脫氫視黃醇。缺乏維生素A A導(dǎo)致導(dǎo)致干眼干眼病、夜盲癥病、夜盲癥。CH2OHCH2OHA1A2生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry維生素維生素D D（魚肝油、動(dòng)物肝、蛋）（魚肝油、動(dòng)物肝、蛋） 維生素維生素D D是固醇類化合物，主要有是固醇類化合物，主要有D2，D3，D4，D5。其中。其中D2，D3活性最高?；钚宰罡摺?缺乏維生素缺乏維生素D D易導(dǎo)致易導(dǎo)致佝僂病、軟骨

30、病佝僂病、軟骨病。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry維生素維生素E E（植物油）（植物油） 又叫做生育酚，目前發(fā)現(xiàn)的有又叫做生育酚，目前發(fā)現(xiàn)的有6 6種，其中種，其中 ， ， ， 四種有生理活性。四種有生理活性。OHOR2R1R3VEVE為強(qiáng)抗氧化劑為強(qiáng)抗氧化劑生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry維生素維生素K K（綠葉蔬菜、腸道細(xì)菌合成）（綠葉蔬菜、腸道細(xì)菌合成） 維生素維生素K K有有3 3種，種，K K1 1，K K2 2，K K3 3。其。其中中K K3 3是人工合成是人工合成的。維生素的。維生素K K是是2-2-甲基萘醌的衍甲基萘醌的衍生物。生物。OOOOCH2CHC(

31、CH3)CH2CH25CHC(CH3)2VKVK與血液凝固有關(guān)與血液凝固有關(guān)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry四、酶分子的組成特點(diǎn)四、酶分子的組成特點(diǎn) 單體酶單體酶(monomeric enzyme) (monomeric enzyme) 寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme) (oligomeric enzyme) 多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體(multienzyme system) (multienzyme system) 多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)(multifunctional enzyme)或串聯(lián)或串聯(lián)酶酶(tandem enzyme

32、) (tandem enzyme) 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 1 1、單體酶：由一條多肽鏈組成。、單體酶：由一條多肽鏈組成。分子量在分子量在35000-35000-4300043000道爾頓之間，單體酶大多數(shù)屬于水解酶類，道爾頓之間，單體酶大多數(shù)屬于水解酶類，如蛋白酶、胰蛋白酶、核糖核酸酶、溶菌酶等。如蛋白酶、胰蛋白酶、核糖核酸酶、溶菌酶等。 2 2、寡聚酶：構(gòu)成全酶的酶蛋白由兩條以上的多肽、寡聚酶：構(gòu)成全酶的酶蛋白由兩條以上的多肽鏈（或叫亞單位）構(gòu)成的。鏈（或叫亞單位）構(gòu)成的。分子量在分子量在4300043000以上，以上，具有四級結(jié)構(gòu)，這些亞單位有的相同，有的不相同，具有

33、四級結(jié)構(gòu)，這些亞單位有的相同，有的不相同，亞基之間以亞基之間以非共價(jià)鍵連接非共價(jià)鍵連接，所以彼此之間很易分開。，所以彼此之間很易分開。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 3 3、多酶復(fù)合體：由幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體，、多酶復(fù)合體：由幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體，能催化一系列反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間產(chǎn)物不游離。能催化一系列反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間產(chǎn)物不游離。如糖如糖代謝中的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，在這個(gè)復(fù)合體中，如代謝中的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，在這個(gè)復(fù)合體中，如果缺少一個(gè)酶，反應(yīng)將不能進(jìn)行。果缺少一個(gè)酶，反應(yīng)將不能進(jìn)行。 4 4、多功能酶：、多功能酶：一些多酶體系在進(jìn)化過程中由于一些多酶體系在進(jìn)化過程中

34、由于基基因的融合因的融合，形成由，形成由一條多肽鏈組成一條多肽鏈組成并具有多種不同催并具有多種不同催化功能的酶，也稱為串珠酶。化功能的酶，也稱為串珠酶。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry五、酶的活性中心與必需基團(tuán)五、酶的活性中心與必需基團(tuán)酶的活性中心酶的活性中心(active center) 或稱活性部位或稱活性部位(active site)(active site)，指酶分子中直，指酶分子中直接接與底物特異結(jié)合與底物特異結(jié)合，并和，并和酶催化作用有關(guān)酶催化作用有關(guān)的部位。的部位。活性部位分為活性部位分為結(jié)合部位結(jié)合部位和和催化部位催化部位。結(jié)合部位結(jié)合部位binding site催化

35、部位催化部位(catalytic site) 酶活性中心酶活性中心只占酶分子的只占酶分子的1 1- -2%2%，往往位于酶分子，往往位于酶分子表面的一個(gè)裂縫內(nèi)。表面的一個(gè)裂縫內(nèi)。 對于單純酶，活性中心是由極性氨基酸殘基的對于單純酶，活性中心是由極性氨基酸殘基的側(cè)側(cè)鏈基團(tuán)鏈基團(tuán)組成；對于結(jié)合酶，除上述氨基酸殘基外，組成；對于結(jié)合酶，除上述氨基酸殘基外，輔酶或輔基上的一部分結(jié)構(gòu)往往也是活性中心的組輔酶或輔基上的一部分結(jié)構(gòu)往往也是活性中心的組成部分。成部分。 構(gòu)成活性中心的氨基酸殘基，構(gòu)成活性中心的氨基酸殘基，在一級結(jié)構(gòu)上并不在一級結(jié)構(gòu)上并不一定相鄰一定相鄰，也可能相距很遠(yuǎn)，有的甚至不再一條肽，也可

36、能相距很遠(yuǎn)，有的甚至不再一條肽鏈上，但鏈上，但在蛋白質(zhì)形成空間結(jié)構(gòu)時(shí)彼此靠近在蛋白質(zhì)形成空間結(jié)構(gòu)時(shí)彼此靠近，形成，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的活性部位。具有一定空間結(jié)構(gòu)的活性部位。酶活性中心的特點(diǎn)：酶活性中心的特點(diǎn)：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry必需基團(tuán)必需基團(tuán)(essential group) 與酶活性密切相關(guān)與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)稱為酶的必的基團(tuán)稱為酶的必需基團(tuán)。包括需基團(tuán)。包括酶活性中心的有關(guān)氨基酸殘酶活性中心的有關(guān)氨基酸殘基基和和維持酶分子空間構(gòu)象的氨基酸殘基維持酶分子空間構(gòu)象的氨基酸殘基，多數(shù)必需基團(tuán)位于酶的活性中心，少數(shù)位多數(shù)必需基團(tuán)位于酶的活性中心，少數(shù)位于活性中心外。于活

37、性中心外。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry必需基團(tuán)必需基團(tuán)活性中心活性中心必需基團(tuán)必需基團(tuán)活性中心外活性中心外必需基團(tuán)必需基團(tuán)結(jié)合部位結(jié)合部位催化部位催化部位維持酶活性中心的空維持酶活性中心的空間構(gòu)象所必需間構(gòu)象所必需 構(gòu)成酶活性中心的常見基團(tuán)：構(gòu)成酶活性中心的常見基團(tuán)：HisHis（組）的咪唑基、（組）的咪唑基、SerSer（絲）的（絲）的OHOH、CysCys（半胱）的（半胱）的SHSH、GluGlu（谷）的（谷）的-COOH-COOH。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry圖4-10 酶活性中心和必需基團(tuán)示意圖生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry底底 物物 活性中心以

38、外活性中心以外的必需基團(tuán)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)催化基團(tuán) 活性中心活性中心 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryAspHisSer胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶的的活活性性中中心心活性中心重要基團(tuán)活性中心重要基團(tuán): His（組）（組）57 , Asp（天冬）（天冬）102 , Ser（絲）（絲）195生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry為為Tyr酪酪 248為為Arg精精 145為為Glu谷谷 270為底物為底物生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第第 三三 節(jié)節(jié) 酶促反應(yīng)的機(jī)制酶促反應(yīng)的機(jī)制 Th

39、e Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 化學(xué)反應(yīng)體系中，只有那些具有足夠能量的化學(xué)反應(yīng)體系中，只有那些具有足夠能量的分子，在有效碰撞后，才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些分子，在有效碰撞后，才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)分子稱為活化分子，活化分子所必須具有的反應(yīng)分子稱為活化分子，活化分子所必須具有的最低能量稱為活化能（最低能量稱為活化能（energy of activationenergy of activation，EaEa）。一般反應(yīng)系統(tǒng)中活化分子數(shù)越多，反應(yīng)速）。一般反應(yīng)系統(tǒng)中活化分子數(shù)越多，反應(yīng)速度越快。度越快。 酶

40、加快反應(yīng)速度的原因是能夠降低反應(yīng)的活酶加快反應(yīng)速度的原因是能夠降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)體系的活化分子數(shù)。化能，提高反應(yīng)體系的活化分子數(shù)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、中間產(chǎn)物學(xué)說一、中間產(chǎn)物學(xué)說E + S E + P ES酶底物復(fù)合物酶底物復(fù)合物 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物 由于由于E E與與S S結(jié)合生成了結(jié)合生成了ESES，致使，致使S S分子內(nèi)部某些化分子內(nèi)部某些化學(xué)鍵發(fā)生變化，呈不穩(wěn)定狀態(tài)或稱過渡態(tài)，這就大大學(xué)鍵發(fā)生變化，呈不穩(wěn)定狀態(tài)或稱過渡態(tài)，這就大大降低了反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)加速進(jìn)行。降低了反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)加速進(jìn)行。 現(xiàn)已有多種方法證明，中間復(fù)合物是客觀存在的，現(xiàn)已有多

41、種方法證明，中間復(fù)合物是客觀存在的，有些已經(jīng)分離得到，如過氧化氫酶分解有些已經(jīng)分離得到，如過氧化氫酶分解H H2 2O O2 2。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 過氧化氫酶的作用？過氧化氫酶的作用？過氧化氫酶普遍存在于植物的所有組織中，其活性與植過氧化氫酶普遍存在于植物的所有組織中，其活性與植物的代謝強(qiáng)度及物的代謝強(qiáng)度及抗寒、抗病能力抗寒、抗病能力有一定聯(lián)系。生物體內(nèi)有一定聯(lián)系。生物體內(nèi)的某些代謝物由于需氧脫氫的結(jié)果，而產(chǎn)生對機(jī)體有毒的某些代謝物由于需氧脫氫的結(jié)果，而產(chǎn)生對機(jī)體有毒害作用的過氧化氫，過氧化氫酶能催化過氧化氫分解成害作用的過氧化氫，過氧化氫酶能催化過氧化氫分解成水和

42、分子氧，使過氧化氫不致在體內(nèi)積累，因此，水和分子氧，使過氧化氫不致在體內(nèi)積累，因此，過氧過氧化氫酶具有保護(hù)生物機(jī)體的作用化氫酶具有保護(hù)生物機(jī)體的作用。 過氧化氫酶催化的反應(yīng)？過氧化氫酶催化的反應(yīng)？ E + H2O2 E-H2O2 E-H2O2 + H2O2 E + 2H2O + O222OO2H22O2H過氧化氫酶過氧化氫酶生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、二、誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說酶底物復(fù)合物酶底物復(fù)合物 E + S E + P ES要點(diǎn)：要點(diǎn)： 酶分子本身的結(jié)構(gòu)不是固定不變的，酶活性中心的結(jié)酶分子本身的結(jié)構(gòu)不是固定不變的，酶活性中心的結(jié)構(gòu)具有柔性，當(dāng)酶與其底物相互靠近時(shí)，構(gòu)具

43、有柔性，當(dāng)酶與其底物相互靠近時(shí)，酶受底物的誘導(dǎo)，酶受底物的誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生改變其構(gòu)象發(fā)生改變，與底物結(jié)合，從而，與底物結(jié)合，從而引起催化部位有關(guān)基引起催化部位有關(guān)基團(tuán)的空間位置發(fā)生改變團(tuán)的空間位置發(fā)生改變，結(jié)果酶的催化基團(tuán)與底物敏感鍵，結(jié)果酶的催化基團(tuán)與底物敏感鍵正確契合，形成酶正確契合，形成酶- -底物復(fù)合物。底物復(fù)合物。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry鎖鑰學(xué)說鎖鑰學(xué)說很好的解釋了酶的絕對專一性，但不能解釋酶的相對專一性。很好的解釋了酶的絕對專一性，但不能解釋酶的相對專一性。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說-已被證實(shí)已被證實(shí)生物化學(xué)生物化學(xué) Bio

44、chemistry 三、酶促反應(yīng)高效率的機(jī)制三、酶促反應(yīng)高效率的機(jī)制（一）鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)（二）“張力”和“變形”（三）酸堿催化 （四）共價(jià)催化（五）活性中心微環(huán)境的影響鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)：鄰近效應(yīng)：E E與與S S的親和力較高，的親和力較高，S S集中在集中在E E分子的表面，活性中心附近分子的表面，活性中心附近S S濃濃度提高，增加了度提高，增加了E E與與S S碰撞的機(jī)會，利用碰撞的機(jī)會，利用E E與與S S的相互碰撞，從而加速反應(yīng)。的相互碰撞，從而加速反應(yīng)。定向效應(yīng)：定向效應(yīng)：E E的催化基團(tuán)與的催化基團(tuán)與S S的反應(yīng)基團(tuán)或的反應(yīng)基團(tuán)或S S的反應(yīng)基團(tuán)之間正

45、確取向，相的反應(yīng)基團(tuán)之間正確取向，相互靠近，使分子間反應(yīng)趨向于分子內(nèi)反應(yīng)，增加互靠近，使分子間反應(yīng)趨向于分子內(nèi)反應(yīng)，增加S S激活，加速反應(yīng)。激活，加速反應(yīng)。S1S2底物反應(yīng)基團(tuán)底物反應(yīng)基團(tuán)“張力張力”和和“變形變形”溶菌酶與底物結(jié)合后，溶菌酶與底物結(jié)合后，底物底物D-D-糖環(huán)中的吡喃糖環(huán)中的吡喃環(huán)可從椅式扭曲成半環(huán)可從椅式扭曲成半椅式，導(dǎo)致糖苷鍵斷椅式，導(dǎo)致糖苷鍵斷裂，實(shí)現(xiàn)酶的催化作裂，實(shí)現(xiàn)酶的催化作用用 E E與與S S結(jié)合后，結(jié)合后，E E的構(gòu)象發(fā)生改變，促使的構(gòu)象發(fā)生改變，促使S S扭曲變形，扭曲變形，削弱有關(guān)的化學(xué)鍵，使削弱有關(guān)的化學(xué)鍵，使S S從基態(tài)變?yōu)檫^渡態(tài)，利于從基態(tài)變?yōu)檫^渡態(tài)

46、，利于反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)進(jìn)行。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 化學(xué)反應(yīng)中，通過瞬時(shí)反應(yīng)向反應(yīng)物提供質(zhì)子或化學(xué)反應(yīng)中，通過瞬時(shí)反應(yīng)向反應(yīng)物提供質(zhì)子或從反應(yīng)物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，加速反應(yīng)進(jìn)行從反應(yīng)物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，加速反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)制，叫酸堿催化的機(jī)制，叫酸堿催化(acid-base catalysis)(acid-base catalysis)。 酸催化基團(tuán)，可以向底物分子提供質(zhì)子，稱為酸酸催化基團(tuán)，可以向底物分子提供質(zhì)子，稱為酸催化；如：催化；如：-COOH-COOH、-SH-SH、-NH-NH3 3+ +等。等。 堿催化基團(tuán)，可以從底物上接受質(zhì)子，稱為堿催堿催化基團(tuán)，可以從底物上

47、接受質(zhì)子，稱為堿催化。如：化。如：-COO-COO-、-S-S-、咪唑基、咪唑基、-NH-NH2 2等。等。酸堿催化酸堿催化 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 某些酶能與底物形成反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定的共某些酶能與底物形成反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定的共價(jià)中間物，降低反應(yīng)的活化能，從而加快反應(yīng)速價(jià)中間物，降低反應(yīng)的活化能，從而加快反應(yīng)速率，這種催化方式被稱為共價(jià)催化（率，這種催化方式被稱為共價(jià)催化（covalent covalent catalysiscatalysis）。）。 通常酶分子活性中心內(nèi)都含有親核基團(tuán)，如通常酶分子活性中心內(nèi)都含有親核基團(tuán)，如Ser-Ser-OHOH、Cys-SHC

48、ys-SH、His-His-咪唑基等，這些基團(tuán)都有剩余咪唑基等，這些基團(tuán)都有剩余的電子對，可以對底物缺電子基團(tuán)發(fā)動(dòng)親核攻擊。的電子對，可以對底物缺電子基團(tuán)發(fā)動(dòng)親核攻擊。共價(jià)催化共價(jià)催化生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 酶催化反應(yīng)時(shí)，同一酶分子常常既可起親核酶催化反應(yīng)時(shí)，同一酶分子常常既可起親核催化，又可起親電子催化，結(jié)果大大提高了催化，又可起親電子催化，結(jié)果大大提高了反應(yīng)效率。反應(yīng)效率。 如胰凝乳蛋白酶活性中心由如胰凝乳蛋白酶活性中心由Ser195Ser195、His57His57及及Asp102Asp102組成，三者構(gòu)成一個(gè)氫鍵體系，將組成，三者構(gòu)成一個(gè)氫鍵體系，將Ser195-O

49、HSer195-OH的的H H+ +通過通過His57His57傳向傳向Asp102Asp102后，后，Ser195-OSer195-O- -成為強(qiáng)的親核基團(tuán)，可攻擊底物的成為強(qiáng)的親核基團(tuán)，可攻擊底物的羰基碳。羰基碳。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 活性中心多為活性中心多為“疏水口袋疏水口袋”，排斥了水，排斥了水分子的介入和干擾，有利于分子的介入和干擾，有利于E E和和S S分子之分子之間的直接密切接觸，使間的直接密切接觸，使E E的活性基團(tuán)對的活性基團(tuán)對S S的催化反應(yīng)更為激烈。的催化反應(yīng)更為激烈?；钚灾行奈h(huán)境的影響活性中心微環(huán)境的影響生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry

50、第第 四四 節(jié)節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistryu 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（kineties of enzyme-kineties of enzyme-catalyzed reactioncatalyzed reaction）是研究）是研究酶促反應(yīng)速度酶促反應(yīng)速度的規(guī)律以及影響酶促反應(yīng)速度各種因素的科學(xué)。的規(guī)律以及影響酶促反應(yīng)速度各種因素的科學(xué)。u 酶促反應(yīng)速度：用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗酶促反應(yīng)速度：用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量來表示。量或產(chǎn)物的生成量來表示。生物化

51、學(xué)生物化學(xué) BiochemistryI.I. 單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)II.II.酶促反應(yīng)速度用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和酶促反應(yīng)速度用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量產(chǎn)物的生成量來表示來表示III.III.反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量很反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在?。ㄒ话阍? 5以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度研究前提研究前提生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、酶活性測定和酶活性單位一、酶活性測定和酶活性單位 酶的活性酶的活性: : 又稱酶活力，指又稱酶活力，指酶催化化學(xué)酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力反應(yīng)的能力?？捎靡欢l件下，酶催化某?？捎靡欢l件

52、下，酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示。一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示。 酶催化反應(yīng)的速率越大，酶的活力就越酶催化反應(yīng)的速率越大，酶的活力就越大；反應(yīng)速率越小，酶的活力就越低。大；反應(yīng)速率越小，酶的活力就越低。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 酶催化化學(xué)反應(yīng)的速度可用酶催化化學(xué)反應(yīng)的速度可用單位時(shí)間單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)底物的底物的減少量減少量或或產(chǎn)物的生成量產(chǎn)物的生成量來表示。來表示。 在一般的酶促反應(yīng)中，底物的量往往是過量的。在一般的酶促反應(yīng)中，底物的量往往是過量的。底物的減少量僅僅是底物總量的很小一部分，不底物的減少量僅僅是底物總量的很小一部分，不易確定。而產(chǎn)物從無到有，容易準(zhǔn)確測定。因此易

53、確定。而產(chǎn)物從無到有，容易準(zhǔn)確測定。因此一般使用單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量來表示酶催化一般使用單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量來表示酶催化的反應(yīng)速度的反應(yīng)速度。E + S E + P ES生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry酶的活性單位：酶的活性單位：在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時(shí)間在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時(shí)間（s s、minmin或或h h）內(nèi)生成一定量（）內(nèi)生成一定量（mgmg、 g g、 molmol等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量。需的酶量。酶活性的大小可以用酶活性的大小可以用酶活力單位酶活力單位來表示。來表示。國際單位國際單位(IU)：在特定的條件

54、（在特定的條件（2525，最適底物濃度，最適緩沖，最適底物濃度，最適緩沖液的離子強(qiáng)度，最適液的離子強(qiáng)度，最適pHpH等條件）下，每分鐘催化等條件）下，每分鐘催化1 1 molmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國際單位底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國際單位。 催量單位催量單位(Katal)：催量催量(Kat)(Kat)是指在最適條件下，每秒鐘使是指在最適條件下，每秒鐘使molmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。 Kat與與IU的換算：的換算： 1 IU=16.6710-9 Kat生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry酶的比活力酶的比活力 酶的比活力：指每毫克酶制劑所具

55、有的活酶的比活力：指每毫克酶制劑所具有的活力單位數(shù)。力單位數(shù)。 有時(shí)也用每克酶制劑或每毫升酶制劑所具有時(shí)也用每克酶制劑或每毫升酶制劑所具有的活力單位數(shù)來表示有的活力單位數(shù)來表示。 比活力是表示比活力是表示酶制劑純度酶制劑純度的一個(gè)重要指標(biāo)。的一個(gè)重要指標(biāo)。對同一種酶來說，對同一種酶來說，酶的比活力越高，純度越高酶的比活力越高，純度越高。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry區(qū)別區(qū)別酶活力酶活力與與酶的比活力酶的比活力 酶活力：指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力。用催酶活力：指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力。用催化反應(yīng)的反應(yīng)速度表示。化反應(yīng)的反應(yīng)速度表示。酶活力越高，反應(yīng)酶活力越高，反應(yīng)速度越快。速度越快。 酶

56、的比活力：指每毫克酶蛋白所具有的酶酶的比活力：指每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)。表示酶純度的高低?；盍挝粩?shù)。表示酶純度的高低。酶的比活酶的比活力越高，酶的純度越高。力越高，酶的純度越高。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、影響酶促反應(yīng)的因素二、影響酶促反應(yīng)的因素酶濃度；酶濃度；底物濃度；底物濃度；pHpH；溫度；溫度；抑制劑、激活劑等。抑制劑、激活劑等。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一（一）酶濃度對反應(yīng)速度的影響）酶濃度對反應(yīng)速度的影響在一定溫度和在一定溫度和pHpH下，當(dāng)下，當(dāng)SSEE，反應(yīng)速度，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。與酶濃度成正比。0 V E 關(guān)系式為：關(guān)系式

57、為：V = KV = K3 3EE生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2（二）（二） 底物濃度對反應(yīng)速度的影響底物濃度對反應(yīng)速度的影響在其他因素，如在其他因素，如酶濃度、酶濃度、pHpH值、值、溫度等都不變的溫度等都不變的情況下，底物濃情況下，底物濃度的變化與酶促度的變化與酶促反應(yīng)速度間呈矩反應(yīng)速度間呈矩形雙曲線關(guān)系。形雙曲線關(guān)系。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. 矩形雙曲線矩形雙曲線生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。為一級反應(yīng)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemi

58、stry隨著底物濃度的增高隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)。為混合級反應(yīng)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)反應(yīng)為零級反應(yīng)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry兩個(gè)假設(shè)：兩個(gè)假設(shè)：E E與與S S形成形成ESES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ESES分解為分解為E E及及P P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于慢反應(yīng)速度取決于慢反應(yīng)即反應(yīng)即 V Vk k3 3ESES

59、。S S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E E的總濃度，因此的總濃度，因此在反應(yīng)的初在反應(yīng)的初始階段，始階段，S S的濃度可認(rèn)為不變的濃度可認(rèn)為不變即即SSSSt t 。 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物酶促反應(yīng)模式酶促反應(yīng)模式中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物學(xué)說E + S k1k2k3ESE + P2. 米曼氏方程式米曼氏方程式19131913年年MichaelisMichaelis和和MentenMenten提出反應(yīng)速度與底提出反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米曼氏方程米曼氏方程式式，簡稱米氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelis equation)(Michaelis equat

60、ion)。VmaxS Km + S Km為米氏常數(shù)為米氏常數(shù)當(dāng)當(dāng)SKm時(shí)，時(shí)，VVmax。E + S k1k2k3ESE + P生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryKm (Km+S) 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry代入代入代入代入米氏方程米氏方程生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry當(dāng)當(dāng)v=Vmax/2時(shí)時(shí)KmS Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是的底物濃度，單位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxS3. Km與與Vmax的意義的意義生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryKm可近似表示酶對底物

61、的親和力；可近似表示酶對底物的親和力；Km越大，酶與底越大，酶與底物的親和力越小，反之則大。物的親和力越小，反之則大。 Km是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶酶的濃度無關(guān)的濃度無關(guān)。E + S k1k2k3ESE + P=Kmk1k3k2+生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry米氏常數(shù)米氏常數(shù)KmKm的意義的意義 重要特征物理常數(shù)，重要特征物理常數(shù)，與酶濃度無關(guān)。不同的酶具有不與酶濃度無關(guān)。不同的酶具有不同同KmKm值。值。 物理意義：物理意義：KmKm等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。時(shí)的

62、底物濃度。 KmKm值值近似等于近似等于ESES的解離常數(shù)，可表示酶與底物之間的解離常數(shù)，可表示酶與底物之間的親和力的親和力：KmKm值大表示親和程度小，酶的催化活性低值大表示親和程度小，酶的催化活性低; ; KmKm值小表示親和程度大值小表示親和程度大, ,酶的催化活性高。酶的催化活性高。 從從KmKm可判斷酶的專一性和天然底物?？膳袛嗝傅膶Ｒ恍院吞烊坏孜?。KmKm最小的底物，最小的底物，通常就是該酶的最適底物，也就是天然底物。通常就是該酶的最適底物，也就是天然底物。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry意義：意義：Vmax=K3 E如果酶的總濃度已知，可從如果酶的總濃度已知，可從Vma

63、x計(jì)算酶計(jì)算酶的轉(zhuǎn)換數(shù)的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number)，即動(dòng)力學(xué)常，即動(dòng)力學(xué)常數(shù)數(shù)K3。E + S k1k2k3ESE + P Vmax定義：定義：Vm是酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度，是酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度，與酶濃度成正比。與酶濃度成正比。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry定義定義 當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的內(nèi)每個(gè)酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。分子數(shù)。意義意義 可用來比較每單位酶的催化能力?？捎脕肀容^每單位酶的催化能力。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)酶的轉(zhuǎn)換數(shù)K3 K3=Vmax/E生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemis

64、try4. m值與值與max值的測定值的測定生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法(double reciprocal plot)，又稱為，又稱為 林林-貝氏貝氏(Lineweaver- Burk)作圖法作圖法（林貝氏方程）（林貝氏方程） Vmaxv1=Km.1S +Vmax1雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法Vmaxv1=Km.1S +Vmax1生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistryq雙重影響雙重影響（三）溫度對反應(yīng)速度的影響（三）溫度對反應(yīng)速度的影響q最適溫度最適溫度 (optimum (optimum temperature)temperature)：酶促反應(yīng)速度最

65、酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度?？鞎r(shí)的環(huán)境溫度。* * 低溫的應(yīng)用低溫的應(yīng)用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 溫度溫度 C 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry動(dòng)物體內(nèi)酶的最適溫度在動(dòng)物體內(nèi)酶的最適溫度在35-4035-40之間，植物酶在之間，植物酶在40-40-5050之間，大多數(shù)酶之間，大多數(shù)酶6060以上變性失活。只有少數(shù)酶以上變性失活。只有少數(shù)酶能耐受高溫，如能耐受高溫，如TaqTaq，RnaseRnase。酶的最適溫度不是酶酶的最適溫度不是酶的特征常數(shù)，受底物的特征常數(shù)，受底物的種類，作用時(shí)間等的種類，作用時(shí)間等因素的影響。因素的影響。生

66、物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（四）（四） pH對反應(yīng)速度的影響對反應(yīng)速度的影響q最適最適pH pH (optimum pH)(optimum pH)：酶催化活性最酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境大時(shí)的環(huán)境pHpH。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistrypHpH值影響酶活性的原因：值影響酶活性的原因：u pH pH值影響酶分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；值影響酶分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；u pHpH值影響酶分子的解離狀態(tài)；值影響酶分子的解離狀態(tài)；u pHpH值影響底物的解離狀態(tài)。值影響底物的解離狀態(tài)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry0酶酶活活性性 pH胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 膽堿酯酶膽堿酯酶 246810各種酶的最適各種酶的最適pHpH值值不同，一般酶在不同，一般酶在4-84-8，植物和微生物體內(nèi)植物和微生物體內(nèi)的酶在的酶在5.5-6.55.5-6.5，動(dòng)，動(dòng)物酶在物酶在6.5-86.5-8，但也，但也有例外。有例外。酶的最適酶的最適pHpH不是酶的特征常數(shù)，受酶的濃度、底物的不是酶的特征常數(shù)，受酶的濃度、底物的種類和濃度等因素的影響。種類和濃度等因素的影響。（五）抑制劑對反應(yīng)速度的影