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1、第四章 酶,主要内容,介绍酶的概念、作用特点和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化功能以及酶的作用机理，讨论影响酶作用的主要因素。对酶工程和酶的应用作一般介绍。,第一节 酶的概述,一、酶及生物催化剂概念的发展二、酶作用的特点三、酶专一性类型四、酶的化学本质,一、酶及生物催化剂概念的发展,(天然酶、生物工程酶),核酸类：Ribozyme;Deoxyribozyme,模拟生物催化剂,蛋白质类：Enzyme,克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶,酶与一般催化剂的共性:1、用量少而催化效率高2、不改变化学反应的平衡点 3、可降低反应的活化能,二、酶作用的特点,极高的催化效率 高度的专一性 易失活 活性可调控
2、 有的酶需辅助因子（简答题：简述酶与一般催化剂的异同）,酶的化学本质及类别,酶的化学本质是蛋白质的理论依据酶的类别：据酶分子 组成分类,单纯蛋白质酶类,结合蛋白质酶类,酶蛋白质,辅助因子,金属离子金属有机物小分子有机物,据酶蛋白特征分类,单体酶寡聚酶多酶复合体,酶专一性类型,1 结构专一性 概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择 类别：绝对专一性和相对专一性2 立体异构专一性 概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求 类别：旋光异构专一性和几何异构专一性,绝对专一性和相对专一性,绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作
3、用 于一种底物，不作用于其它任何物质。相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一 性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。1）键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键两端的基团并无严格要求。2）基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键 两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个 基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。,消化道内几种蛋白酶的专一性,消化道蛋白酶作用的专一性,第二节 酶的命名和分类,一、酶的命名：（一）习惯命名：（1）根据酶所催化的底物（及酶的来源）：淀粉酶、蛋白酶、胃蛋白酶（2）根据酶所催化反应的类型：水解酶、脱氢酶（3）根据酶所催化底物及反应类型：
4、琥珀酸脱氢酶（二）国际系统命名要求包含酶作用的所有的底物名称和酶催化的反应类型多个底物之间用“：”隔开，水可以省略不写 例如：L-乳酸：NAD+氧化还原酶,二、国际系统分类法及编号,*国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion）将酶分成六大类：1.氧化还原酶类，（催化氧化还原反应）2.移换酶类，（催化功能基团的转移反应）,3.水解酶类，（催化水解反应）4.裂合酶类，（催化从底物上移去一个一个基团而形成双键的反应及其逆反应）,5.异构酶类，（催化各种同分异构体的相互转化）6.合成酶类，（催化一切和ATP相偶联并由两种物质合成一种物质的反应）,酶的标码,每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢
5、酶EC 1.1.1.27 大类 亚类 亚亚类 序号例如：表示氧化还原酶作用CH-OH,H的受体为NAD+表示氧化还原酶作用CH-OH H的受体为细胞色素表示氧化还原酶作用CH-OH H的受体为O2EC1.2表示氧化还原酶作用醛基或酮基EC1.3表示氧化还原酶作用CH-CH,EC1.4表示氧化还原酶作用CH-NH2,第三节 影响酶促反应速度的因素,一、酶促反应速度的测定,活力单位（active unit）习惯单位（U）:底物(或产物)变化量/单位时间酶活力单位：特定条件下1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量或转化底物中1微摩尔有关基团的酶量特定条件：温度为25其他条件（如PH和底物浓度）均采用最适条
6、件比活力（specific activity）酶含量的大小，也就是每毫克蛋白所具有的酶活力。,酶活力,影响对酶反应速度的因素,1、底物浓度2、酶浓度3、温度4、pH5、激活剂6、抑制剂,二、底物浓度对酶促反应速度的影响-米氏方程,米氏方程:,令：,将（4）代入（3），则：,ES生成速度：,，ES分解速度：,即：,则：,由于酶促反应速度由ES决定，即,将（2）代入（1）得：,(3),当酶反应体系处于恒态时：,当Et=ES时，,米氏方程的推导,*当v=Vmax/2时，Km=S（Km的单位为浓度单位）*Km不是ES的单独解离常数，整个反应可能有一系列的ES生成，因此它代表整个反应中底物浓度和反应速度
7、的关系;*是酶在一定条件下的特征物理常数，测定Km数值，可鉴别酶。*可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈 大，E对S的亲合力愈小。*在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意s时的v，或任何v下的s。（用Km的倍数表示）练习题：已知某酶的Km值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80时底物的浓度应为多少？,米氏常数的意义,1 Km 1 1=.+v Vmax S Vmax,米氏常数的测定-双倒数作图法,三 酶浓度对反应速度的影响,四 温度与酶反应速度的关系,在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升而加
8、快酶的最适温度不是一个固定不变的常数,温度,v,五 pH对酶反应速度的影响,酶的最适pH：酶最大活力时的pH（不是常数）过酸过碱导致酶蛋白变性影响底物分子解离状态影响酶分子解离状态影响酶的活性中心构象,最适 pH,v,pH,六、激活剂对酶作用的影响,凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator）,类别 无机离子：K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Cl-、Br-中等大小有机分子：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、EDTA 蛋白质性质的大分子：对无活性酶原起作用的酶,七、抑制剂对酶作用的影响,凡使酶的某些基团的化学性质改变而导致酶的催化活性降低或丧失的物质，
9、叫酶的抑制剂（inhibitor）。抑制剂使酶的催化活性降低或丧失而不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用（inhibition）。类型：不可逆抑制作用；可逆抑制作用不可逆抑制作用：抑制剂与酶分子的活性中心的某些必需基团以牢固的共价键结合不能用简单的透析超滤等方法加以除去而恢复酶的活性，这种抑制作用被称为,非专一性不可逆抑制剂不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂,非专一性不可逆抑制剂,抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。,类型：,专一性不可逆抑制剂,这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。实例：有机磷杀虫剂（解
10、磷定/氯磷定）,-Ser-OH,（二）可逆抑制作用,竞争性抑制作用可逆抑制作用 非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用,竞争性抑制作用,+I,EI,E+S,ES,P+E,竞争性抑制曲线,+I,EI+S,ESI,ES,P+E,E+S,+I,实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）,非竞争性抑制作用,非竞争性抑制曲线,ESI,ES,P+E,E+S,+I,反竞争性抑制作用,反竞争性抑制曲线,第四节 酶的作用机理,一、酶催化的中间产物理论二、酶的活性中心和必需基团三、酶作用专一性机理四、与酶的高效率有关的主要因素,酶催化的中间产物理论,酶（E）与
11、底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。,酶的活性中心和必需基团,酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性部位（active site），参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。实例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）羧肽酶（ribonuclease）,胰凝乳蛋白酶的活性中心,Asp,His,Ser,酶作用专一性机理,锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活
12、性中心。诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。,酶专一性的“锁钥学说”,酶专一性的“诱导契合学说”,第五节 酶的活性调节,一、别构酶及酶的别构（变构）效应二、酶的多种分子形式 同工酶（isoenzyme）三、酶原的激活,酶的别构（变构）效应,概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称为调节位点（或变构位点）的调节物特异结合位点，调节物结合到调节位点上引起酶的构象发生变化，导致酶的活性提高或下降，这种现象称为别构效应（allosteric effec
13、t）,具有上述特点的酶称别构酶（allosteric enzyme）。实例：天冬氨酸转氨甲酰酶（anspartate transcarbamoylase，ATCase）别构酶活性调节机理：序变模型和齐变模型,酶的别构（变构）效应示意图,别构酶的动力学曲线,别构酶的序变模型,如下,酶的多种分子形式同工酶,概念：存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶（isoenzyme）类别：原级同工酶；次级同工酶 实例：乳酸脱氢酶 研究意义：作为遗传的标志；作为临床诊断指标；研究某些代谢调节机制,多肽,亚基,mRNA,四聚
14、体,结构基因,a b,乳酸脱氢酶同工酶形成示意图,不同组织中LDH同工酶的电泳图谱,酶 原 的 激 活,在体内处于无活性状态的酶前身物（酶原，zymogen）在一定条件下被修饰转变成有活性的酶的过程称酶原的激活。其实质是酶原被修饰时形成了正确的分子构象和活性中心，由此可见酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保证。实例：胰蛋白酶原的激活,第六节 维生素和辅酶,一、维生素及其与辅酶的关系 维生素（vitamin）维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从食物中摄取。维生素可分为脂溶性（A，D，K，E）和水溶性两大类。当人体缺乏某种维生
15、素时，则相应代谢受阻，出现维生素缺乏症。多数水溶性维生素作为辅酶的主要成分，或本身就是辅酶参与体内代谢过程。二、重要的水溶性维生素及相应辅酶,重要的水溶性维生素及相应辅酶,1 维生素pp：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）2 维生素B2：黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）3 维生素B1：焦磷酸硫胺素（TTP）4 泛酸：辅酶 A（CoA）5 维生素B6：磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺6 叶酸：四氢叶酸（FH4）7 生物素8 维生素C9 硫辛酸10 维生素B12,主要可溶性维生素和相应辅酶,维生素 辅酶 功能1.B1(硫胺素)TPP-酮酸氧化脱羧2.B2(核黄素)FMN、FAD 氢载体3.PP 尼克酸（酰胺）NAD+、NADP+氢载体4.泛酸（遍多酸）CoASH 酰基载体5.B6 吡哆醇（醛、酸）磷酸吡哆醇（醛）转氨、脱羧、消旋6.叶酸 FH4(THFA)一碳基团载体7.生物素 羧化辅酶8.C（抗坏血酸）氧化还原作用硫辛酸 酰基载体、氢载体B12（氰钴氨素）变位酶辅酶 一碳基团载体,R,AMP,尼克酰胺核苷酸,维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）NAD(P)+,R,
