第五講酶酶的概念酶的命名和分類酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成酶的催化機(jī)理：分子活化能、中間產(chǎn)物學(xué)說、誘導(dǎo)契合學(xué)說影響酶促反應(yīng)速度的因素酶的研究簡(jiǎn)史公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。1850年，Pasteur證明發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的結(jié)果，一旦細(xì)胞死亡，發(fā)酵也將終止。1857年，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細(xì)胞中酵素催化作用的結(jié)果。1877年，Kühne首次提出enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母提取液實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶→蛋白質(zhì)。1982年，Cech首先發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，并提出核酶（ribozyme）的概念。1995年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)DNA也有酶的活性。第一節(jié)酶的概況一、酶的概念酶是生物催化劑，是活細(xì)胞合成的具有高度催化效率和高度特異性的物質(zhì)。

蛋白質(zhì)類的酶：天然酶、抗體酶、人工合成酶生物催化劑：

核酸類的酶：核酶、脫氧核酶二、酶的命名1、習(xí)慣命名法絕大多數(shù)的酶是依據(jù)其所催化的底物命名，在底物的英文名詞上加尾綴ase作為酶的名稱，如水解脂肪的酶為脂肪酶（Lipase）。某些酶根據(jù)其所催化的反應(yīng)類型或方式命名，例如將氨基從一個(gè)化合物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)化合物的轉(zhuǎn)氨酶，催化脫氫的稱為脫氫酶。③有的酶是綜合上述兩個(gè)原則命名，如乳酸脫氫酶，谷丙轉(zhuǎn)氨酶等。④在上述命名基礎(chǔ)上再加上酶的來源和酶的其它特點(diǎn)，例如胃蛋白酶，堿性磷酸酶和酸性磷酸酶。2、系統(tǒng)命名法國際生物化學(xué)學(xué)會(huì)酶學(xué)委員會(huì)提出的系統(tǒng)命名法的原則是以酶催化的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)的。命名時(shí)應(yīng)明確每種酶的底物、類型、及反應(yīng)的性質(zhì)，若有多個(gè)底物都要寫明，其間用冒號(hào)（∶）隔開。如：D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯水解酶乳酸脫氫酶的系統(tǒng)命名是L酸∶NAD氧化還原酶。

三、分類（根據(jù)酶催化的反應(yīng)類型）酶氧化還原酶類：脫氫酶、氧化酶轉(zhuǎn)移酶類：促進(jìn)底物的基團(tuán)轉(zhuǎn)移水解酶類：使底物加水分解裂合酶類：使底物加上或失去化學(xué)基團(tuán)異構(gòu)酶類：使底物分子內(nèi)部排列改變連接酶類：使底物之間結(jié)合在一起一、單純酶第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)酶蛋白輔助因子二、全酶第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)二、全酶第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)非蛋白部分與酶蛋白結(jié)合方式家族成員參與作用的形式代表酶

輔酶與酶蛋白結(jié)合的松散金屬離子：Mg2+,Zn2+，F(xiàn)e2+/Fe3+可直接參與發(fā)揮作用細(xì)胞色素氧化酶

輔基與酶蛋白結(jié)合的緊密維生素：Vb1（TPP）Vb3（NAD\NADP）必須與酶蛋白結(jié)合后才能發(fā)揮作用間接參與脫氫酶第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)三、酶的化學(xué)本質(zhì)單純酶：完全由蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)：決定催化反應(yīng)的特異性結(jié)合酶（全酶）金屬離子輔基決定催化反應(yīng)輔助因子的性質(zhì)和類型小分子化合物輔酶金屬離子：穩(wěn)定酶的構(gòu)象；參與催化反應(yīng)，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；正電荷可中和底物的陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。小分子有機(jī)化合物：參加催化過程，在反應(yīng)中起運(yùn)載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團(tuán)。第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)四、酶蛋白單體酶寡聚酶多酶復(fù)合物五、輔酶第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)NADNAD吡啶環(huán)NADH吡啶環(huán)

遞氫第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)五、輔酶FAD/FMNFAD/FMNFADH/FMNH第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)五、輔酶輔酶A脫羧變?yōu)橐阴］o酶A第二節(jié)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)五、輔酶ATP是磷酸化酶的輔酶第三節(jié)酶的特性一、酶的理化性質(zhì)二、酶的催化作用（活化能）

活化能：任何化學(xué)反應(yīng)中底物分子必需吸收能量成為活化分子才能生成產(chǎn)物，底物分子與活化分子的能量差值即為活化能。酶之所以能夠加快化學(xué)反應(yīng)速度，就是因?yàn)槊概c底物結(jié)合大大的降低了活化能，使之成為活化分子的幾率大大增加。三、酶的作用特點(diǎn)第三節(jié)酶的特性三、酶的作用特點(diǎn)（一）極高的催化效率：比非酶催化劑催化的反映速率高107-1013倍第三節(jié)酶的特性三、酶的作用特點(diǎn)第三節(jié)酶的特性三、酶的作用特點(diǎn)（二）高度的專一性：一般一種酶只能催化一種底物第三節(jié)酶的特性三、酶的作用特點(diǎn)高溫、高壓強(qiáng)酸、強(qiáng)堿紫外線第三節(jié)酶的特性三、酶的作用特點(diǎn)（三）不穩(wěn)定性：酶易受各種理化因素的影響，發(fā)生失活第三節(jié)酶的特性磷酸果糖激酶抑制三、酶的作用特點(diǎn)第三節(jié)酶的特性三、酶的作用特點(diǎn)（四）可調(diào)控性：通過限速酶調(diào)節(jié)整個(gè)物質(zhì)代謝第三節(jié)酶的特性第四節(jié)酶的結(jié)構(gòu)和功能一、酶的結(jié)構(gòu)活性部位第四節(jié)酶的結(jié)構(gòu)和功能一、酶的結(jié)構(gòu)別構(gòu)部位二、酶的結(jié)構(gòu)1、酶的活性中心（activecenter）：是酶蛋白分子中能與底物特異結(jié)合并發(fā)揮催化作用，將底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的部位，又稱為活性部位（activesite）。一個(gè)酶的活性中心是一個(gè)三維結(jié)構(gòu)?；钚圆课坏臏y(cè)定：切除法、化學(xué)修飾法、

X－射線法?；钚灾行慕Y(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)識(shí)別底物并與之特異結(jié)合，使底物與具有一定構(gòu)象的酶形成復(fù)合物影響底物中的某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，催化底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將其轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物決定酶的專一性決定酶的催化性2、酶活性中心外的必需基團(tuán)（essentialgroup）：常見的必需基團(tuán)有絲氨酸殘基的羥基、組氨酸殘基的咪唑基、半胱氨酸的巰基、酸性氨基酸殘基的羧基如谷氨酸的γ－羧基等。3、酶的別構(gòu)部位（allostericsite）酶與非底物的化學(xué)物質(zhì)結(jié)合的部位，與之結(jié)合的化學(xué)物質(zhì)對(duì)反應(yīng)速度有調(diào)節(jié)作用，所以稱為別構(gòu)部位。具有別構(gòu)部位的酶稱為別構(gòu)酶。與別構(gòu)部位結(jié)合的物質(zhì)稱為調(diào)節(jié)劑或別構(gòu)劑：激活劑、抑制劑。2、酶活性中心外的必需基團(tuán)（essentialgroup）：常見的必需基團(tuán)有絲氨酸殘基的羥基、組氨酸殘基的咪唑基、半胱氨酸的巰基、酸性氨基酸殘基的羧基如谷氨酸的γ－羧基等。3、酶的別構(gòu)部位（allostericsite）酶與非底物的化學(xué)物質(zhì)結(jié)合的部位，與之結(jié)合的化學(xué)物質(zhì)對(duì)反應(yīng)速度有調(diào)節(jié)作用，所以稱為別構(gòu)部位。具有別構(gòu)部位的酶稱為別構(gòu)酶。與別構(gòu)部位結(jié)合的物質(zhì)稱為調(diào)節(jié)劑或別構(gòu)劑：激活劑、抑制劑。酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)是決定其催化功能最重要的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是酶發(fā)揮催化功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。有相同催化功能的同一類酶，其活性中心的一些氨基酸序列有極大的同源性。

酶的特異的三維空間結(jié)構(gòu)是酶催化功能的基礎(chǔ)。酶的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)是維持酶的活性中心空間構(gòu)象的必需結(jié)構(gòu)。中間產(chǎn)物學(xué)說：在酶促反應(yīng)中，底物（S）先與酶（E）結(jié)合成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物（EP），然后再分解成酶（E）與產(chǎn)物（P）：E＋SESE＋P三、酶的作用特點(diǎn)一般催化劑的共同性質(zhì)：在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有質(zhì)和量的改變；只能促進(jìn)熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)；只能加速可逆反應(yīng)的速率，而不能改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)；通過降低反應(yīng)活化能而使反應(yīng)速率加快。酶不同于一般催化劑的特點(diǎn)：高效性:

酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1012倍，比一般催化劑高107～1013倍。

專一性：

絕對(duì)專一性：有的酶只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)生成特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。

相對(duì)專一性：大多數(shù)酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。

立體異構(gòu)專一性：一些酶僅能催化一種立體異構(gòu)體進(jìn)行反應(yīng)，或其催化的結(jié)果只產(chǎn)生一種立體異構(gòu)體，酶對(duì)立體異構(gòu)物的選擇性稱為立體異構(gòu)特異性（stereospecificity）。不穩(wěn)定性：常溫、常壓、中性pH可調(diào)節(jié)性酶活性的調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶別位調(diào)節(jié)共價(jià)調(diào)節(jié)同工酶多酶體系多功能酶酶原激活酶含量的調(diào)節(jié)酶蛋白合成的誘導(dǎo)酶蛋白合成的阻遏酶蛋白的降解三、酶的催化機(jī)制酶如何同底物結(jié)合？酶如何加速化學(xué)反應(yīng)？(一)酶與底物的結(jié)合1、鎖鑰結(jié)合學(xué)說

2、誘導(dǎo)契合學(xué)說酶在與底物結(jié)合前，酶的構(gòu)象并不適于與底物結(jié)合，當(dāng)?shù)孜锟拷笗r(shí)，底物與酶的相互作用，從而使酶的構(gòu)象發(fā)生適應(yīng)性變化，從而使酶向適于與底物結(jié)合的改變。A.二氫葉酸還原酶（藍(lán)色）與NADP+（暗紅色）結(jié)合前無口袋狀結(jié)構(gòu)。B.在NADP+的誘導(dǎo)下，酶形成一個(gè)口袋狀結(jié)構(gòu)容納NADP+

，形成E-S復(fù)合物。（二）反應(yīng)的加速1、鄰近效應(yīng)和定向排列

在酶的作用下，底物可聚集到酶的活性中心部位，它們相互靠近形成利于反應(yīng)的正確定向關(guān)系，使底物有充足的時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)底物與酶活性中心結(jié)合時(shí)，也可誘導(dǎo)酶蛋白發(fā)生一定構(gòu)象變化使其催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)正確排列定位，利于底物和酶更好地互補(bǔ)，這過程是鄰近效應(yīng)（proximityeffect）和定向排列（orientationarrange）2、多元催化酶活性中心上有些基團(tuán)是質(zhì)子供體（酸）有些是質(zhì)子受體（堿），也就是說即可起親核催化，又可起親電子催化作用,即酶具有多元催化（multielementcatalysis）作用。

胰蛋白酶中絲氨酸殘基-OH基團(tuán)中的O原子有非共用電子對(duì)發(fā)揮親核作用，攻擊底物肽鍵中羰基中的C（具有部分正電性）導(dǎo)致肽鍵的斷裂，形成一個(gè)不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物－?；福笳咭讓Ⅴ；D(zhuǎn)移給水完成水解作用。

A-:B+親電基團(tuán)——Mg2+、Mn2+（有空軌道）親核基團(tuán)——

¨+

-OH(有孤對(duì)電子)親電催化2A-:B++

Mg2+A:Mg¨A+2B+親核催化¨-OH¨-SHA-+HO:B中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，斷裂，相互結(jié)合形成產(chǎn)物，酶復(fù)原。（不同酶促反應(yīng)中的催化因素影響大小不同。）3、表面效應(yīng)（surfaceeffect）酶分子表面由親水基團(tuán)構(gòu)成，而內(nèi)部常為疏水性氨基酸組成，并常形成疏水性“口袋”樣結(jié)構(gòu)，酶活性中心多位于此疏水“口袋”中，即底物與酶的反應(yīng)在酶分子內(nèi)部疏水環(huán)境中進(jìn)行。第四節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（kineticsofenzyme-catalyzedreactions）是研究酶促反應(yīng)的速率以及影響反應(yīng)速率各種因素的科學(xué)。影響酶促反應(yīng)速率的因素有:酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑及激活劑酶的反應(yīng)速率：即酶促反應(yīng)的速率，是單位時(shí)間內(nèi)底物分子消失的速率或單時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成速率。

E＋S?ES?E＋P反應(yīng)初速率：反應(yīng)開始時(shí)的速率，即反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間呈正比階段。采用初速率可避免反應(yīng)進(jìn)行過程中因底物濃度消耗而導(dǎo)致速率下降，或因反應(yīng)產(chǎn)物堆積、酶被飽和及部分酶失活而造成的反應(yīng)速率下降等。1、酶濃度的影響

當(dāng)?shù)孜餄舛瘸渥愕那绑w下，酶濃度與酶促反應(yīng)速度成正比。ν＝k[E]ν：為反應(yīng)速度k：為速度常數(shù)[E]：為酶濃度2、底物濃度的影響底物濃度與反應(yīng)速率呈矩形雙曲線a段：在酶促反應(yīng)起始時(shí)階段反應(yīng)速率迅速增高呈直線上升，這時(shí)反應(yīng)速率與底物濃度呈正比，為一級(jí)反應(yīng)。V＝K[S][S]初速度

v0VmaxKm1/2Vmax_

bcab段：當(dāng)反應(yīng)體系中酶分子大部分與底物結(jié)合時(shí)，反應(yīng)速率的增高則漸漸變緩，即反應(yīng)的第二階段為混合級(jí)反應(yīng)。C段：底物濃度繼續(xù)增加，所有的酶分子均被底物飽和，反應(yīng)速率不再增加，此時(shí)反應(yīng)速率與底物濃度的增加無關(guān),反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)，曲線出現(xiàn)平坦。

[S]初速度

v0VmaxKm1/2Vmax_

bca[S]初速度

v0VmaxKm1/2Vmax__

-bca米氏方程式（Michaelisequation）：中間產(chǎn)物理論（E＋S?ES?E＋P）

Vmax為最大反應(yīng)速率（maximumvelocity

）

[S]為底物濃度

Km為米氏常數(shù)（Michaelisconstant）

v

為不同[S]時(shí)的反應(yīng)速率

米氏方程式的推導(dǎo)以兩個(gè)假設(shè)為前提：①穩(wěn)態(tài)觀念，當(dāng)酶促反應(yīng)趨于穩(wěn)態(tài)時(shí)ES的生成速率與分解速率相等。②酶促反應(yīng)中[S]大大高于[E]，因此[S]的變化在反應(yīng)過程可忽略不計(jì)。Vmax[S]Km+

[S]V=Km=[S](Vmax/v-1)當(dāng)反應(yīng)速率為最大速率一半時(shí)，米氏方程為：

Km=[S]米氏常數(shù)：酶促反應(yīng)速率為最大速率一半時(shí)的底物濃度。Km值是酶的特征性常數(shù)，它與酶結(jié)構(gòu)，酶所催化的底物和反應(yīng)環(huán)境如溫度、pH、離子強(qiáng)度等有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。3、pH與酶促反應(yīng)速度最適pH值是指酶達(dá)到最大活性時(shí)的環(huán)境pH值，一般生物體的最適pH≈7，只有胃中的酶的最適pH≈2。酶的活性中心是有具有一定的解離形式的基團(tuán)組成，pH的改變可以使酶的活性中心基團(tuán)的解離形式改變，從而影響酶活性。4、溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適溫度：當(dāng)酶活性達(dá)到最大時(shí)的環(huán)境溫度。生物體內(nèi)酶的最適溫度為37～42度。溫度影響酶活性的原因：A.影響酶的穩(wěn)定性B.影響酶或底物分子反應(yīng)基團(tuán)的pK值C.影響ES的分解

反應(yīng)體系的溫度低于最適溫度時(shí)，加熱可使反應(yīng)速率加快，每升高10℃反應(yīng)速率增加1～2倍。當(dāng)反應(yīng)溫度高于最適溫度時(shí)，反應(yīng)速率則因酶受熱變性而降低。大多數(shù)酶在60℃時(shí)開始變性，

80℃時(shí)多數(shù)酶的變性已不可逆。5、激活劑（activator）對(duì)酶促反應(yīng)的影響使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑。激活劑大多數(shù)為金屬離子如Mg2+、K+、Mn2+等，少數(shù)陰離子也有激活作用。6、抑制劑（inhibitor）對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響在酶促反應(yīng)中，凡能使酶催化活性下降但不能引起酶變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。

不可逆抑制：酶與抑制劑結(jié)合，使酶活性受到抑制，此類抑制不能通過透析或稀釋方法來解除抑制劑對(duì)酶活性的抑制作用。如重金屬、氰化物等可逆抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制：有些物質(zhì)與酶的底物結(jié)構(gòu)相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，阻礙酶與底物結(jié)合而使酶的活性降低。特點(diǎn)：1.抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似

2.抑制劑與酶結(jié)合是可逆的

3.其抑制程度取決于底物及抑制劑的相對(duì)濃度非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：有些抑制劑不影響底物和酶結(jié)合，即抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，抑制劑與E結(jié)合，也與ES結(jié)合，但生成的ESI復(fù)合物是死端復(fù)合物，釋放出產(chǎn)物。特點(diǎn)：1.抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合

2.抑制劑既與E結(jié)合，也與ES結(jié)合，但生成的ESI復(fù)合物是死端復(fù)合物，不能釋放出產(chǎn)物。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：此類抑制劑只與ES復(fù)合物結(jié)合生成ESI復(fù)合物，使中間產(chǎn)物ES量下降，而不與游離酶結(jié)合。特點(diǎn)：1.抑制劑只與ES復(fù)合物結(jié)合生成ESI復(fù)合物，使中間產(chǎn)物ES量下降。

2.抑制劑不與游離酶結(jié)合。

第五節(jié)酶活性的測(cè)定及幾種特殊的酶一、酶活性的測(cè)定（自學(xué)）

第五節(jié)酶活性的測(cè)定及幾種特殊的酶一、酶活性的測(cè)定測(cè)定酶活力的原則是在特定的最適條件下（PH、溫度、底物濃度等）測(cè)定酶反應(yīng)體系內(nèi)產(chǎn)物的生