酶生物化学与分子生物学

《酶生物化学与分子生物学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酶生物化学与分子生物学（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、酶-生物化学与分子生物学Enzyme第第 三三 章章 酶22.07.20242体内温和条件怎体内温和条件怎样实现复复杂的化学反的化学反应？生物催化生物催化剂 酶22.07.20243酶的概念的概念n n目前将生物催化目前将生物催化目前将生物催化目前将生物催化剂剂分分分分为为两两两两类类酶酶 、 核核核核酶酶（脱氧核（脱氧核（脱氧核（脱氧核酶酶）n酶是一是一类由活由活细胞胞产生的，生的，对其特异底物其特异底物具有高效催化作用的蛋白具有高效催化作用的蛋白质。22.07.20244酶学研究学研究简史史n n公元前两千多年，我国已有公元前两千多年，我国已有公元前两千多年，我国已有公元前两千多年，我国已

2、有酿酿酒酒酒酒记载记载。n n一一一一百百百百余余余余年年年年前前前前，PasteurPasteur认认为为发发酵酵酵酵是是是是酵酵酵酵母母母母细细胞胞胞胞生生生生命命命命活活活活动动的的的的结结果。果。果。果。n n18771877年，年，年，年，KuhneKuhne首次提出首次提出首次提出首次提出EnzymeEnzyme一一一一词词。n n18971897年年年年，BuchnerBuchner兄兄兄兄弟弟弟弟用用用用不不不不含含含含细细胞胞胞胞的的的的酵酵酵酵母母母母提提提提取取取取液液液液，实实现现了了了了发发酵。酵。酵。酵。n n19261926年，年，年，年，SumnerSumner

3、首次从刀豆中提首次从刀豆中提首次从刀豆中提首次从刀豆中提纯纯出出出出脲酶结脲酶结晶。晶。晶。晶。n n19821982年年年年，CechCech首首首首次次次次发发现现RNARNA也也也也具具具具有有有有酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性，提提提提出核出核出核出核酶酶(ribozyme)(ribozyme)的概念。的概念。的概念。的概念。n n19951995年年年年，Jack Jack W.SzostakW.Szostak研研研研究究究究室室室室首首首首先先先先报报道道道道了了了了具具具具有有有有DNADNA连连接接接接酶酶活性活性活性活性DNADNA片段，称片段，称片段，称片段，

4、称为为脱氧核脱氧核脱氧核脱氧核酶酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。22.07.202451. 1. 酶酶的分子的分子的分子的分子结结构与功能构与功能构与功能构与功能2. 酶促反促反应的特点与机制的特点与机制3. 3. 酶酶促反促反促反促反应动应动力学力学力学力学4. 酶酶的的的的调节调节22.07.20246第一第一节酶的分子的分子结构与功能构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme 22.07.20247酶的不同形式的不同形式n n单单体体体体酶酶(monomeric enzyme)(monomeric

5、enzyme)：仅仅具有三具有三具有三具有三级结级结构的构的构的构的酶酶。n n寡聚寡聚寡聚寡聚酶酶(oligomeric enzyme)(oligomeric enzyme)：由多个相同或：由多个相同或：由多个相同或：由多个相同或不同不同不同不同亚亚基以非共价基以非共价基以非共价基以非共价键连键连接接接接组组成的成的成的成的酶酶。n n多多多多酶酶体系体系体系体系(multienzyme system)(multienzyme system)：由几种不同：由几种不同：由几种不同：由几种不同功能的功能的功能的功能的酶酶彼此聚合形成的多彼此聚合形成的多彼此聚合形成的多彼此聚合形成的多酶酶复合物。

6、复合物。复合物。复合物。n n多功能多功能多功能多功能酶酶(multifunctional enzyme)(multifunctional enzyme)或串或串或串或串联酶联酶(tandem enzyme)(tandem enzyme)：一些多：一些多：一些多：一些多酶酶体系在体系在体系在体系在进进化化化化过过程程程程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在中由于基因的融合，多种不同催化功能存在中由于基因的融合，多种不同催化功能存在中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多于一条多于一条多于一条多肽链肽链中，中，中，中，这类酶这类酶称称称称为为多功能多功能多功能多功能酶酶。22.07.20

7、248一、一、 酶的分子的分子组成成蛋白蛋白质部分：部分：酶蛋白蛋白 ( (apoenzyme)辅助因子助因子(cofactor) 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全全酶(holoenzyme)n n结合合酶 (conjugated enzyme)n n单纯酶 (simple enzyme)22.07.20249* *各部分在催化反各部分在催化反应中的作用中的作用qq酶蛋白蛋白决定反决定反应的特异性的特异性qq辅助因子助因子决定反决定反应的种的种类与性与性质金属金属酶(metalloenzyme)金属离子与金属离子与酶结合合紧密，提取密，提取过程中不易程中不易丢失。失。 金属激

8、活金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子金属离子为酶的活性所必需，但与的活性所必需，但与酶的的结合合不甚不甚紧密。密。 22.07.202410金属离子的作用金属离子的作用稳定定酶的构象；的构象； 参与催化反参与催化反应，传递电子；子；在在酶与底物与底物间起起桥梁作用；梁作用；中和阴离子，降低反中和阴离子，降低反应中的静中的静电斥力等。斥力等。小分子有机化合物的作用小分子有机化合物的作用在反在反应中起运中起运载体的作用，体的作用，传递电子、子、质子或其它基子或其它基团。22.07.202411水溶性水溶性水溶性水溶性维维生素生素生素生素n n维维生素生素生素生素B

9、 B B B1 1 1 1又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)(TPP)(TPP)形式存在。缺乏形式存在。缺乏形式存在。缺乏形式存在。缺乏时时表表表表现现出多出多出多出多发发性神性神性神性神经经炎、炎、炎、炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿肿。小分子有机化合物多小分子有机化合物多为维生素及其衍生物生素及其衍生物22.07.202412n n焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸

10、硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)(TPP)(TPP)是脱是脱是脱是脱羧酶羧酶的的的的辅酶辅酶，催化丙，催化丙，催化丙，催化丙酮酮酸酸酸酸或或或或酮酮戊二酸的氧化脱戊二酸的氧化脱戊二酸的氧化脱戊二酸的氧化脱羧羧反反反反应应。22.07.202413泛酸和泛酸和泛酸和泛酸和辅酶辅酶A A A A（CoACoACoACoA） 维维生生生生素素素素B B B B3 3 3 3又又又又称称称称泛泛泛泛酸酸酸酸，是是是是由由由由 , , , , - - - -二二二二羟羟基基基基- - - - - - - - - - - -二二二二甲甲甲甲基基基基丁酸和一分子丁酸和一分子丁酸和一分子丁酸和一分子 -

11、 - - -丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸缩缩合而成合而成合而成合而成。22.07.202414n n辅辅酶酶A A A A是是是是生生生生物物物物体体体体内内内内代代代代谢谢反反反反应应中中中中乙乙乙乙酰酰化化化化酶酶的的的的辅辅酶酶，它它它它是是是是含含含含泛泛泛泛酸酸酸酸的的的的复复复复合合合合核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸。它它它它的的的的重重重重要要要要生生生生理理理理功功功功能能能能是是是是传传递递酰酰基，是形成代基，是形成代基，是形成代基，是形成代谢谢中中中中间产间产物的重要物的重要物的重要物的重要辅酶辅酶。22.07.202415生物素生物素生物素生物素n n生物素是生物素是生物素是生物素

12、是B B B B族族族族维维生素生素生素生素B B B B7 7 7 7，它是多种，它是多种，它是多种，它是多种羧羧化化化化酶酶的的的的辅酶辅酶。n n生物素的功能是作生物素的功能是作生物素的功能是作生物素的功能是作为为COCOCOCO2 2 2 2的的的的递递体，在生物合体，在生物合体，在生物合体，在生物合成中起成中起成中起成中起传递传递和固定和固定和固定和固定COCOCOCO2 2 2 2的作用。的作用。的作用。的作用。22.07.202416小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用 22.07.202417辅助因子分助因子分类（按其（按其与与酶蛋白蛋白结合的合的紧密程

13、度密程度） 辅酶 (coenzyme):与与酶蛋白蛋白结合疏松，可用透析或超合疏松，可用透析或超滤的的方法除去。方法除去。 辅基基 (prosthetic group):与与酶蛋白蛋白结合合紧密，不能用透析或超密，不能用透析或超滤的方法除去的方法除去。22.07.202418二、二、酶的活性中心的活性中心必需基必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残分子中氨基酸残基基侧链的化学基的化学基团中，中，一些与一些与酶活性密切相关活性密切相关的化学基的化学基团。或称活性部位或称活性部位(active site)，指，指必需基必需基团在空在空间结构上彼此靠近，构上彼此靠近，组成具有特定

14、空成具有特定空间结构的区域，能与底物特异构的区域，能与底物特异结合并将底物合并将底物转化化为产物。物。酶的活性中心的活性中心(active center)22.07.202420活性中心内的必需基活性中心内的必需基团结合基合基团( (binding group) )与底物相与底物相与底物相与底物相结结合合合合催化基催化基团(catalytic group)催化底物催化底物转变成成产物物 位于活性中心以外，位于活性中心以外，维持持酶活性中心活性中心应有有的空的空间构象所必需。构象所必需。活性中心外的必需基活性中心外的必需基团22.07.202421底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基的必

15、需基团结合基合基团催化基催化基团 活性中心活性中心 溶菌溶菌酶的活性的活性中心中心* 谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基基团；* 色色氨氨酸酸62和和83、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结合基合基团；* AF为底底物物多多糖糖链的的糖糖基基，位位于于酶的的活活性性中中心心形成的裂隙中。形成的裂隙中。8322.07.202423三、三、 同工同工酶* * 定定义同工同工酶(isoenzyme)是指催化相同的是指催化相同的化学反化学反应，而，而酶蛋白的分子蛋白的分子结构理化性构理化性质乃至免疫学性乃至免疫学性质不同的一不同的一组酶。22.07.202424H

16、HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4) )LDHLDH2 2(H(H3 3M)M) LDH LDH3 3(H(H2 2MM2 2) )LDHLDH4 4(HM(HM3 3) )LDHLDH5 5 (M(M4 4) )乳酸脱乳酸脱氢酶的同工的同工酶* * 举举例：乳酸脱例：乳酸脱例：乳酸脱例：乳酸脱氢酶氢酶(LDH(LDH1 1 LDHLDH5 5) )丙丙酮酸酸 乳酸乳酸 乳酸脱乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 22.07.202425同工同工酶谱的的改改变有助于有助于对疾疾病的病

17、的诊断。断。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工同工酶谱的的变化化1 1酶活活性性心肌梗死心肌梗死酶谱正常正常酶谱肝病肝病酶谱2 23 34 45 522.07.202426第二第二节 酶促反促反应的特点与机制的特点与机制The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction22.07.202427uu酶与一般催化与一般催化剂的共同点的共同点在反在反在反在反应应前后没有前后没有前后没有前后没有质质和量的和量的和量的和量的变变化；化；化；化；只能催化只能催化只能催化只能催化热热力学允力学允力学允力学允许许

18、的化学反的化学反的化学反的化学反应应；只能加速可逆反只能加速可逆反只能加速可逆反只能加速可逆反应应的的的的进进程，而不改程，而不改程，而不改程，而不改变变反反反反应应的平衡点。的平衡点。的平衡点。的平衡点。22.07.202428（一）（一）酶促反促反应具有极高的效率具有极高的效率 一、一、 酶促反促反应的特点的特点酶的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应高高1081020倍倍，比一般催化比一般催化剂高高1071013倍。倍。酶的催化不需要的催化不需要较高的反高的反应温度。温度。酶和和一一般般催催化化剂加加速速反反应的的机机理理都都是是降降低低反反应的的活活化化能能(activat

19、ion energy)。酶比比一一般般催催化化剂更更有有效地降低反效地降低反应的活化能。的活化能。 22.07.202429（二）（二）酶促反促反应具有高度的特异性具有高度的特异性* 酶的特异性的特异性(specificity)一一种种酶仅作作用用于于一一种种或或一一类化化合合物物，或或一一定定的的化化学学键，催催化化一一定定的的化化学学反反应并并生生成成一一定定的的产物物。酶的的这种种特特性性称称为酶的的特特异异性性或或专一性一性。22.07.202430根据根据酶对其底物其底物结构构选择的的严格程度不同，格程度不同，酶的特异性可大致分的特异性可大致分为以下以下3 3种种类型：型：n n绝对

20、绝对特异性特异性特异性特异性(absolute specificity)(absolute specificity)：只能作用于只能作用于只能作用于只能作用于特定特定特定特定结结构的底物，构的底物，构的底物，构的底物，进进行一种行一种行一种行一种专专一的反一的反一的反一的反应应，生，生，生，生成一种特定成一种特定成一种特定成一种特定结结构的构的构的构的产产物物物物 。 n n相相相相对对特异性特异性特异性特异性(relative specificity)(relative specificity)：作用于一：作用于一：作用于一：作用于一类类化合物或一种化学化合物或一种化学化合物或一种化学化合物

21、或一种化学键键。n n立体立体立体立体结结构特异性构特异性构特异性构特异性( (stereo specificity)stereo specificity)：作用于立：作用于立：作用于立：作用于立体异构体中的一种。体异构体中的一种。体异构体中的一种。体异构体中的一种。22.07.202431（三）（三）酶促反促反应的可的可调节性性对酶生成与降解量的生成与降解量的调节酶催化效力的催化效力的调节通通过改改变底物底物浓度度对酶进行行调节等等酶促反促反应受多种因素的受多种因素的调控，以适控，以适应机体机体对不断不断变化的内外化的内外环境和生命活境和生命活动的需要。其中包的需要。其中包括三方面的括三方面

22、的调节。22.07.202432（一）（一）（一）（一）酶酶比一般催化比一般催化比一般催化比一般催化剂剂更有效地降低反更有效地降低反更有效地降低反更有效地降低反应应的活化能的活化能的活化能的活化能二、二、 酶通通过促促进底物形成底物形成过渡渡态而提高反而提高反 应速率速率活化能：底物分子从初活化能：底物分子从初态转变到活化到活化态所需的所需的 能量。能量。22.07.202433反反应总能量改能量改变 非催化反非催化反应活化能活化能 酶促反促反应 活化能活化能 一般催化一般催化剂催催化反化反应的活化能的活化能 能能量量反反 应 过 程程 底物底物 产物物 酶促反促反应活化能的改活化能的改变 2

23、2.07.202434*诱导契合假契合假说(induced-fit hypothesis)酶底物复合物底物复合物 E+SE+PES 酶与底物相互接近与底物相互接近时，其，其结构相互构相互诱导、相互相互变形和相互适形和相互适应，进而相互而相互结合。合。这一一过程称程称为酶- -底物底物结合的合的诱导契合假契合假说 。（二）（二）酶-底物的底物的结合有利于底物形成合有利于底物形成过渡渡态1.诱导契合作用契合作用22.07.202435酶酶 的的的的 诱诱 导导 契契契契 合合合合 动动 画画画画22.07.202436羧肽酶的的诱导契契合合模模式式 底物底物2. 邻近效近效应(proximity

24、effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange ) 3. 多元催化多元催化(multielement catalysis) 4. 表面效表面效应(surface effect)22.07.202439第三第三节酶促反促反应动力学力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction22.07.202440qq概念概念概念概念研究各种因素研究各种因素研究各种因素研究各种因素对对酶酶促反促反促反促反应应速度速度速度速度的影响，并的影响，并的影响，并的影响，并加以定量的加以定量的加以定量的加以定量的阐阐述。述。述。述。qq影响因素包括有影响因素包括

25、有影响因素包括有影响因素包括有酶浓酶浓度、底物度、底物度、底物度、底物浓浓度、度、度、度、pHpH、温度、温度、温度、温度、抑制抑制抑制抑制剂剂、激活、激活、激活、激活剂剂等。等。等。等。 研究一种因素的影响研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。，其余各因素均恒定。22.07.202441一、底物一、底物浓度度对反反应速度的影响速度的影响I. I.单单底物、底物、底物、底物、单产单产物反物反物反物反应应 S+ES+EE+PE+PII.II.酶酶促促促促反反反反应应速速速速度度度度一一一一般般般般在在在在规规定定定定的的的的反反反反应应条条条条件件件件下下下下，用用用用单单位位位位时时间间内内

26、内内底底底底物物物物的的的的消消消消耗耗耗耗量量量量和和和和产产物物物物的的的的生生生生成成成成量来表示量来表示量来表示量来表示III.III.反反反反应应速速速速度度度度取取取取其其其其初初初初速速速速度度度度，即即即即底底底底物物物物的的的的消消消消耗耗耗耗量量量量很很很很小（一般在小（一般在小（一般在小（一般在5 5以内）以内）以内）以内）时时的反的反的反的反应应速度速度速度速度IV.IV.底物底物底物底物浓浓度度度度远远远远大于大于大于大于酶浓酶浓度度度度研究前提研究前提22.07.202442v 在其他因素不在其他因素不变的情况下，底的情况下，底物物浓度度对反反应速度的影响呈速度的影

27、响呈矩形双曲矩形双曲线关系关系。22.07.202443当底物当底物浓度度较低低时反反应速度与底物速度与底物浓度成正比；反度成正比；反应为一一级反反应。SSV VVmaxVmax随着底物随着底物浓度的增高度的增高反反应速度不再成正比例加速；反速度不再成正比例加速；反应为混合混合级反反应。SSV VVmaxVmax当底物当底物浓度高达一定程度度高达一定程度反反应速度不再增加，达最大速度；速度不再增加，达最大速度；反反应为零零级反反应SSV VVmaxVmax（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式中中中中间产间产物物物物 酶促反促反应模式模式中中间产物学物学说E + S k1k2k3ESE + P2

28、2.07.20244719131913年年年年MichaelisMichaelis和和和和MentenMenten提提提提出出出出反反反反应应速速速速度度度度与与与与底底底底物物物物浓浓度度度度关关关关系系系系的的的的数数数数学学学学方方方方程程程程式式式式，即即即即米米米米曼曼曼曼氏氏氏氏方方方方程程程程式，式，式，式，简简称米氏方程式称米氏方程式称米氏方程式称米氏方程式(Michaelis equation)(Michaelis equation)。S：底物：底物浓度度V：不同：不同S时的反的反应速度速度Vmax：最大反：最大反应速度速度(maximum velocity)m：米氏常数：米

29、氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km + S 22.07.202448米曼氏方程式推米曼氏方程式推导基于两个假基于两个假设： E与与S形成形成ES复合物的反复合物的反应是快速平衡反是快速平衡反应，而，而ES分解分解为E及及P的反的反应为慢反慢反应，反，反应速度取决速度取决于慢反于慢反应即即 Vk3ES。E + S k1k2k3ESE + PE + S ES, 快反快反应ESE + P, 慢反慢反应 Vk3ES (1)22.07.202449S的的总浓度度远远大于大于E的的总浓度，因此在反度，因此在反应的初的初始始阶段，段，S的的浓度可度可认为不不变即即SSt。 S E

30、初始初始阶段段, SSt22.07.202450推推导过程程n n稳态稳态：是指：是指：是指：是指ESES的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即 ESES恒定。恒定。恒定。恒定。 KK1 1 (E(Et t ES) SES) SKK2 2 ES + KES + K3 3 ESESK2+K3 Km （米氏常数）（米氏常数） K1令：令：则(2)(2)变为: : (EtES) S Km ES(2)(EtES)SK2+K3ES K1整理得：整理得：E + S k1k2k3ESE + P22.07.202451当底物当底物浓度很

31、高，将度很高，将酶的活性中心全部的活性中心全部饱和和时，即即EtES，反，反应达最大速度达最大速度VmaxK3ESK3Et (5)ES EtSKm + S(3) 整理得整理得: :将将(3)(3)代入代入(1) (1) 得得K3EtS Km + S (4) V22.07.202452将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：VmaxS Km + S V 22.07.202453当反当反当反当反应应速度速度速度速度为为最大反最大反最大反最大反应应速度一半速度一半速度一半速度一半时时v Km值的推的推导KmS 2 VmaxKm + S VmaxSV VmaxmaxV VSSK

32、KmmV Vmaxmax/2 /2 V22.07.202454Km值等于等于酶促反促反应速度速度为最大反最大反应速度一半速度一半时的底物的底物浓度，度，单位是位是mol/L。22.07.202455（二）（二）Km与与Vmax的意的意义 K Kmm值值 KKmm等于等于等于等于酶酶促反促反促反促反应应速度速度速度速度为为最大反最大反最大反最大反应应速度一半速度一半速度一半速度一半时时的底物的底物的底物的底物浓浓度。度。度。度。 意意意意义义：a) Ka) Kmm是是是是酶酶的特征性常数之一；的特征性常数之一；的特征性常数之一；的特征性常数之一；b) Kb) Kmm可近似表示可近似表示可近似表示

33、可近似表示酶对酶对底物的底物的底物的底物的亲亲和力；和力；和力；和力；c) c) 同一同一同一同一酶对酶对于不同底物有不同的于不同底物有不同的于不同底物有不同的于不同底物有不同的KmKm值值。 22.07.202456 Vmax定定定定义义：V Vmm是是是是酶酶完全被底物完全被底物完全被底物完全被底物饱饱和和和和时时的反的反的反的反应应速度，速度，速度，速度，与与与与酶浓酶浓度成正比。度成正比。度成正比。度成正比。意意义：Vmax=K3 E如果如果酶的的总浓度已知，可从度已知，可从Vmax计算算 酶的的转换数数(turnover number)，即，即动力学常数力学常数K3。22.07.20

34、2457定定定定义义 当当当当酶酶被底物充分被底物充分被底物充分被底物充分饱饱和和和和时时，单单位位位位时间时间内每个内每个内每个内每个酶酶分子催化底物分子催化底物分子催化底物分子催化底物转变为产转变为产物的物的物的物的分子数。分子数。分子数。分子数。意意意意义义 可用来比可用来比可用来比可用来比较较每每每每单单位位位位酶酶的催化能力。的催化能力。的催化能力。的催化能力。 酶的的转换数数22.07.202458（三）（三）m m值与与maxmax值的的测定定1. 1. 双倒数作双倒数作双倒数作双倒数作图图法法法法(double reciprocal plot)(double reciproca

35、l plot)，又称，又称，又称，又称为为 林林林林- -贝贝氏氏氏氏(Lineweaver- Burk)(Lineweaver- Burk)作作作作图图法法法法-1/K-1/Km m 1/V 1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V V VmaxmaxS S KKmm+S+SV = V = （林（林贝氏方程）氏方程） + + 1/V=1/V=KKmmV Vmax max 1/V1/Vmax max 1/S 1/S 两两两两边边同取倒数同取倒数同取倒数同取倒数 22.07.2024592. Hanes作作图法法S S S/V S/V -Km K Kmm/V/Vm m 在林在林在林在林贝贝

36、氏方程基氏方程基氏方程基氏方程基础础上，两上，两上，两上，两边边同乘同乘同乘同乘SSSSS/V=KS/V=Kmm/V/Vmax max + S/V+ S/Vmax max 22.07.202460二、二、酶浓度度对反反应速度的影响速度的影响当当当当SSEE，酶酶可可可可被被被被底底底底物物物物饱饱和和和和的的的的情情情情况况况况下下下下，反反反反应应速度与速度与速度与速度与酶浓酶浓度成正比。度成正比。度成正比。度成正比。关系式关系式关系式关系式为为：V = K3 EV = K3 E0 V E 当当SE时，Vmax = k3 E 酶浓度度对反反应速度的影响速度的影响 22.07.202461qq

37、双重影响双重影响双重影响双重影响温温温温度度度度升升升升高高高高，酶酶促促促促反反反反应应速速速速度度度度升升升升高高高高；由由由由于于于于酶酶的的的的本本本本质质是是是是蛋蛋蛋蛋白白白白质质，温温温温度度度度升升升升高高高高，可可可可引引引引起起起起酶酶的的的的变变性性性性，从从从从而而而而反反反反应应速速速速度度度度降降降降低低低低 。 三、温度三、温度对反反应速度的影响速度的影响q最适温度最适温度 (optimum temperature)：酶促反促反应速度最快速度最快时的的环境温度。境温度。酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度温度

38、对淀粉淀粉酶活性的影响活性的影响22.07.202462四、四、 pH对反反应速度的影响速度的影响q最适最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大催化活性最大时的的环境境pH。0酶活活性性 pH pH对某些某些酶活性的影响活性的影响 胃蛋白胃蛋白胃蛋白胃蛋白酶酶 淀粉淀粉淀粉淀粉酶酶 胆碱胆碱胆碱胆碱酯酶酯酶 24681022.07.202463五、抑制五、抑制剂对反反应速度的影响速度的影响酶的抑制的抑制剂(inhibitor)凡能使凡能使凡能使凡能使酶酶的催化活性下降而不引起的催化活性下降而不引起的催化活性下降而不引起的催化活性下降而不引起酶酶蛋白蛋白蛋白蛋白变变性的物性的物性的物性

39、的物质质称称称称为酶为酶的抑制的抑制的抑制的抑制剂剂。去除抑制去除抑制去除抑制去除抑制剂剂后后后后酶酶的催化活性恢复。的催化活性恢复。的催化活性恢复。的催化活性恢复。22.07.202464 区区别于于酶的的变性性 抑制抑制剂对酶有一定有一定选择性性; ; 引起引起变性的因素性的因素对酶没有没有选择性。性。 抑制抑制剂多与必多与必须基基团结合合, ,除去抑制除去抑制剂后后酶 活性恢复。活性恢复。 酶与抑制与抑制剂结合后空合后空间构象改构象改变但并非无但并非无 序；而蛋白序；而蛋白质变性性则是由有序的空是由有序的空间构象构象 变为无序的空无序的空间构象。构象。22.07.202465 抑制作用的

40、抑制作用的类型型不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)：竞争性抑制争性抑制 (competitive inhibition)非非竞争性抑制争性抑制 (non-competitive inhibition)反反竞争性抑制争性抑制 (uncompetitive inhibition)22.07.202466(一一) 不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用* * * * 概念概念概念概念抑抑抑抑制制制制剂剂通通通通常常常常以以以以共共共共价价价价键键与与与与酶酶活活活活性性性性中中中中心心心心的的的的

41、必必必必需需需需基基基基团团相相相相结结合，使合，使合，使合，使酶酶失活。失活。失活。失活。 * * * * 举举例例例例有机磷化合物有机磷化合物有机磷化合物有机磷化合物 羟羟基基基基酶酶解毒解毒解毒解毒 - - - - - - - - - - - - 解磷定解磷定解磷定解磷定(PAM)(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯巯基基基基酶酶解毒解毒解毒解毒 - - - - - - - - - - - - 二二二二巯巯基丙醇基丙醇基丙醇基丙醇(BAL)(BAL) 22.07.202467有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的失活的酶羟

42、基基酶失活的失活的酶酸酸巯基基酶失活的失活的酶酸酸BAL巯基基酶BAL与砷与砷剂结合物合物22.07.202468（二）（二） 可逆性抑制作用可逆性抑制作用* * * * 概念概念概念概念抑抑抑抑制制制制剂剂通通通通常常常常以以以以非非非非共共共共价价价价键键与与与与酶酶或或或或酶酶- - - -底底底底物物物物复复复复合合合合物物物物可可可可逆逆逆逆性性性性结结合合合合，使使使使酶酶的的的的活活活活性性性性降降降降低低低低或或或或丧丧失失失失；抑抑抑抑制制制制剂剂可用透析、超可用透析、超可用透析、超可用透析、超滤滤等方法除去。等方法除去。等方法除去。等方法除去。竞争性抑制争性抑制非非竞争性抑

43、制争性抑制反反竞争性抑制争性抑制 * * * * 类类型型型型22.07.202469. 竞争性抑制作用争性抑制作用+IEIE + SE + PES反反应模式模式定定义抑抑抑抑制制制制剂剂与与与与底底底底物物物物的的的的结结构构构构相相相相似似似似，能能能能与与与与底底底底物物物物竞竞争争争争酶酶的的的的活活活活性性性性中中中中心心心心，从从从从而而而而阻阻阻阻碍碍碍碍酶酶底底底底物物物物复复复复合合合合物物物物的的的的形形形形成成成成，使使使使酶酶的的的的活活活活性性性性降降降降低低低低。这这种种种种抑抑抑抑制制制制作作作作用用用用称称称称为为竞竞争性抑制作用。争性抑制作用。争性抑制作用。争

44、性抑制作用。 22.07.202470+E EE ES SI IESESEIEIEPEP22.07.202471 * * 特点特点b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂与与酶的的相相对亲和和力力及底物及底物浓度；度；a)I与与S结构构类似似，竞争争酶的的活活性性中心；中心；c)动力力学学特特点点：Vmax不不变，表表观Km增大。增大。 抑制抑制剂 无抑制无抑制剂 1/V1/S22.07.202472* * 举例例 丙二酸丙二酸与琥珀酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸22.07.202473 磺胺磺胺类药物的抑菌机制物的抑

45、菌机制与与对氨基苯甲酸氨基苯甲酸竞争争二二氢叶酸合成叶酸合成酶二二氢蝶呤蝶呤啶 对氨基苯甲酸氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二二氢叶酸叶酸合成合成酶二二氢叶酸叶酸22.07.2024742. 2. 非非竞争性抑制争性抑制反反反反应应模式模式模式模式E+SE+SESESE+PE+P+ S S S S+ S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P+ +I IEI+S EI+S EIS EIS + +I I22.07.202475* * 特点特点a)a)抑抑制制剂与与酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团结合合，底底物物与与抑抑制制剂之之间无无竞争关系；争关系；b)b)抑抑制制程程度度

46、取取决决于于抑制抑制剂的的浓度；度；c)动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观Km不不变。 抑制抑制剂 1 / V 1/S 无抑制无抑制剂 22.07.202476. 反反竞争性抑制争性抑制* * 反反反反应应模式模式模式模式E+SE+SE+P E+P ESES+ +I IESIESI+E ES SESESESIESIE EP P22.07.202477* * 特点：特点：a)a)抑抑制制剂只只与与酶底底物物复复合物合物结合；合；b)b)抑抑制制程程度度取取决决与与抑抑制制剂的的浓度度及及底底物的物的浓度；度；c)动力力学学特特点点：Vmax降低，降低，d) 表表观Km降低。降低。 抑制

47、抑制剂 1/V 1/S 无抑制无抑制剂 22.07.202478各种可逆性抑制作用的比各种可逆性抑制作用的比较 22.07.202479六、激活六、激活剂对反反应速度的影响速度的影响激活激活激活激活剂剂(activator)(activator)使使使使酶酶由无活性由无活性由无活性由无活性变为变为有活性或使有活性或使有活性或使有活性或使酶酶活性增加的活性增加的活性增加的活性增加的物物物物质质。 必需激活必需激活必需激活必需激活剂剂 (essential activator)(essential activator) 非必需激活非必需激活非必需激活非必需激活剂剂 (non-essential a

48、ctivator)(non-essential activator)22.07.202480第第 四四 节 酶 的的 调 节The Regulation of Enzyme22.07.202481酶活性的活性的调节（快速（快速调节）酶含量的含量的调节（缓慢慢调节） 调节方式方式 调节对象象 关关键酶22.07.202482（一）（一）（一）（一）变变构构构构调节调节(allosteric regulation)(allosteric regulation) 变变构效构效构效构效应剂应剂 (allosteric effector)(allosteric effector)变变构激活构激活构激活构

49、激活剂剂变变构抑制构抑制构抑制构抑制剂剂 变变构构构构酶酶 (allosteric enzyme)(allosteric enzyme) 变变构部位构部位构部位构部位 (allosteric site)(allosteric site)一一些些代代谢物物可可与与某某些些酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结合合，使使酶构构象象改改变，从从而而改改变酶的催化活性，此种的催化活性，此种调节方式称方式称变构构调节。一一 、酶活性的活性的调节22.07.202483 酶酶分子分子分子分子结结构中没有化学构中没有化学构中没有化学构中没有化学键键的的的的变变化。只是化。只是化。只是化

50、。只是变变构构构构调节剂调节剂非共价的与非共价的与非共价的与非共价的与酶酶分子分子分子分子结结合，从而改合，从而改合，从而改合，从而改变酶变酶的构象，影响的构象，影响的构象，影响的构象，影响酶酶的催化活性。的催化活性。的催化活性。的催化活性。 变变构构构构酶为酶为寡聚寡聚寡聚寡聚酶酶，含，含，含，含调节亚调节亚基和催化基和催化基和催化基和催化亚亚基。但各种基。但各种基。但各种基。但各种变变构构构构酶酶的具体的具体的具体的具体变变构方式可有所不构方式可有所不构方式可有所不构方式可有所不同。同。同。同。 22.07.20248422.07.202485变构构酶常常为多个多个亚基构成的寡聚体，基构成

51、的寡聚体，具有具有协同效同效应 变变构激活构激活构激活构激活变变构抑制构抑制构抑制构抑制 变变构构构构酶酶的形曲的形曲的形曲的形曲线线S S S S V V V V 无无无无变变构效构效构效构效应剂应剂 22.07.202486（二）（二） 共价修共价修饰调节共价修共价修饰(covalent modification) 是是是是酶酶活性活性活性活性调节调节的一种方式。它是通的一种方式。它是通的一种方式。它是通的一种方式。它是通过酶过酶分子分子分子分子结结构中某些化学构中某些化学构中某些化学构中某些化学键键的改的改的改的改变变来改来改来改来改变酶变酶的构象，从而的构象，从而的构象，从而的构象，从

52、而改改改改变酶变酶的催化活性。最常的催化活性。最常的催化活性。最常的催化活性。最常见见的共价修的共价修的共价修的共价修饰调节饰调节有磷有磷有磷有磷酸化和去磷酸化。酸化和去磷酸化。酸化和去磷酸化。酸化和去磷酸化。 在其他在其他在其他在其他酶酶的催化作用下，的催化作用下，的催化作用下，的催化作用下，酶酶蛋白分子活性中蛋白分子活性中蛋白分子活性中蛋白分子活性中心的一些基心的一些基心的一些基心的一些基团团可与某种化学基可与某种化学基可与某种化学基可与某种化学基团发团发生可逆的共价生可逆的共价生可逆的共价生可逆的共价结结合，从而改合，从而改合，从而改合，从而改变酶变酶的活性。的活性。的活性。的活性。22

53、.07.202487 常常见类型型磷酸化与脱磷酸化（最常磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙乙乙乙酰酰化和脱乙化和脱乙化和脱乙化和脱乙酰酰化化化化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化SHSHSHSH与与与与S S S SS S S S互互互互变变22.07.202488 酶的磷酸化与脱磷酸化的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白蛋白H2OPi磷蛋白磷酸磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白蛋白22.07.202489化学修化学修饰调节的特点：的特点： 需由其

54、它需由其它需由其它需由其它酶酶催化；催化；催化；催化； 酶酶分子上有共价分子上有共价分子上有共价分子上有共价键键的的的的变变化，即化，即化，即化，即酶酶化学化学化学化学 结结构有所构有所构有所构有所变变化；化；化；化； 酶酶分子出分子出分子出分子出现组现组成的成的成的成的变变化；化；化；化； 化学修化学修化学修化学修饰饰点位于点位于点位于点位于酶酶的活性中心；的活性中心；的活性中心；的活性中心； 有信号有信号有信号有信号级联级联放大效放大效放大效放大效应应。22.07.202490（三）（三）酶原与原与酶原的激活原的激活酶酶原原原原 (zymogen)(zymogen)有些有些有些有些酶酶在在

55、在在细细胞内合成或初分泌胞内合成或初分泌胞内合成或初分泌胞内合成或初分泌时时只是只是只是只是酶酶的无活性前体，此前体物的无活性前体，此前体物的无活性前体，此前体物的无活性前体，此前体物质质称称称称为酶为酶原。原。原。原。 酶酶原的激活原的激活原的激活原的激活在一定条件下，在一定条件下，在一定条件下，在一定条件下，酶酶原向有活性原向有活性原向有活性原向有活性酶转酶转化化化化的的的的过过程。程。程。程。22.07.202491 酶原激活的机理原激活的机理酶 原原分子构象分子构象发生改生改变形成或暴露出形成或暴露出酶的活性中心的活性中心 一个或几个特定的一个或几个特定的肽键断裂，水解断裂，水解掉一个

56、或几个短掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下22.07.202492赖缬天天天天天天天天甘甘异异赖缬天天天天天天天天缬组丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬组丝S SS SS SS S肠肠激激激激酶酶胰蛋白胰蛋白胰蛋白胰蛋白酶酶活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白胰蛋白胰蛋白胰蛋白酶酶原的激活原的激活原的激活原的激活过过程程程程22.07.202493 酶原激活的生理意原激活的生理意义避免避免细胞胞产生的生的酶对细胞胞进行自身消化，行自身消化，并使并使酶在特定的部位和在特定的部位和环境中境中发挥作用，保作用，保证体内代体内代谢正常正常进行。行。有的有的酶原可以原可以

57、视为酶的的储存形式。在需要存形式。在需要时，酶原适原适时地地转变成有活性的成有活性的酶，发挥其催其催化作用。化作用。22.07.202494二、二、 酶含量的含量的调节（一）（一）酶蛋白合成的蛋白合成的诱导和阻遏和阻遏诱导诱导作用作用作用作用(induction)(induction)阻遏作用阻遏作用阻遏作用阻遏作用(repression)(repression)（二）（二）酶降解的降解的调控控 溶溶溶溶酶酶体体体体内不依内不依内不依内不依赖赖于于于于ATPATP的降解途径的降解途径的降解途径的降解途径 胞液胞液胞液胞液中依中依中依中依赖赖于于于于ATPATP和泛素的降解途径和泛素的降解途径和

58、泛素的降解途径和泛素的降解途径22.07.20249522.07.202496不依不依赖ATP利用利用组织蛋白蛋白酶(cathepsin)降解外源性降解外源性蛋白、膜蛋白和蛋白、膜蛋白和长寿命的寿命的细胞内蛋白胞内蛋白 依依赖泛素泛素(ubiquitin)的胞的胞浆中降解中降解过程程 溶溶酶体内降解体内降解过程程依依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白降解异常蛋白和短寿命蛋白蛋白蛋白质的降解的降解22.07.202497 泛素泛素7676个氨基酸的小分子蛋白个氨基酸的小分子蛋白质(8.5kD)(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名普遍存在于真核生物而得名一一级结构高度保守构高度保守1. 1. 泛素

59、化泛素化(ubiquitination) 泛素与泛素与选择性被降解蛋白性被降解蛋白质形成共价形成共价连接，接，并使其激活。并使其激活。2. 2. 蛋白蛋白酶体体(proteasome)对泛素化蛋白泛素化蛋白质的降解的降解 泛素介泛素介导的蛋白的蛋白质降解降解过程程22.07.202498泛素化泛素化过程程E1：泛素活化：泛素活化酶E2：泛素携：泛素携带蛋白蛋白E3：泛素蛋白：泛素蛋白连接接酶泛素泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPiHS-E2HS-E1泛素泛素COS E2泛素泛素COS E1泛素泛素CNH 被降解蛋白被降解蛋白质O被降解蛋白被降解蛋白质HS-E2E322.07.20249

60、9七、七、酶活性活性测定和定和酶活性活性单位位酶的活性的活性是指是指是指是指酶酶催化化学反催化化学反催化化学反催化化学反应应的能力，其衡量的能力，其衡量的能力，其衡量的能力，其衡量的的的的标标准是准是准是准是酶酶促反促反促反促反应应速度。速度。速度。速度。酶酶促反促反促反促反应应速度速度速度速度可在适宜的反可在适宜的反可在适宜的反可在适宜的反应应条件下，用条件下，用条件下，用条件下，用单单位位位位时间时间内底物的消耗或内底物的消耗或内底物的消耗或内底物的消耗或产产物的生成量来表示。物的生成量来表示。物的生成量来表示。物的生成量来表示。 酶的活性的活性单位位是衡量是衡量酶活力大小的尺度，它反活力

61、大小的尺度，它反映在映在规定条件下，定条件下，酶促反促反应在在单位位时间（s s、minmin或或h h）内生成一定量（）内生成一定量（mgmg、gg、molmol等）等）的的产物或消耗一定数量的底物所需的物或消耗一定数量的底物所需的酶量。量。 22.07.2024100国国际单位位(IU)在特定的条件下，每分在特定的条件下，每分钟催化催化1mol底物底物转化化为产物所需的物所需的酶量量为一个国一个国际单位。位。 催量催量单位位(katal)催量催量(kat)是指在特定条件下，每秒是指在特定条件下，每秒钟使使mol底物底物转化化为产物所需的物所需的酶量。量。 kat与与IU的的换算：算： 1 IU=16.6710-9 kat22.07.2024101