第六章酶化学EnzymeChemistryWord格式.docx

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直接对电子、原子或某些化学基团起传递作用。

根据酶蛋白分子的特点

•单体酶：

由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子

•寡聚酶：

由两个或两个以上亚基组成的酶，这些亚基可以相同，也可以不同。

•多酶复合体：

由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。

三、酶的命名与分类

（一）习惯命名法

（二）国际系统命名法

（三）国际系统分类法及酶的编号

1、氧化还原酶　AH2＋B＝A＋BH2

2、转移酶　　　AB＋C＝A＋BC

3、水解酶　　　AB＋H2O＝AOH＋BH

4、裂合酶　　　AB＝A＋B

5、异构酶　　　A＝B

6、连接酶　A＋B＋ATP＝AB＋ADP＋Pi

或　A＋B＋ATP＝AB＋AMP＋PPi

六大类编号依次为　　　1.2.3.4.5.6

　亚类编号依次为　　　　1.2.3.4.5.6…….

　亚－亚类编号依次为1.2.3.4.5.6…….

酶表中酶的编号的举例说明

[EC1.1.1.1]

表示第一大类，即氧化还原酶

表示第一亚类，被氧化基团为CHOH基

表示第一亚亚类，受体为NAD

表示醇脱氢酶在此亚亚类中的顺序号

第二节酶的结构与功能的关系

一、酶的一级结构与功能的关系

（一）酶原激活

1.胰凝乳蛋白酶原的激活

2.胰凝乳蛋白酶原：

是胰凝乳蛋白酶的非活性前体

3.胰蛋白酶原的激活

4.胃蛋白酶原激活过程

当pH＜5时，活性中心暴露，切除N端的44个残基的碱性肽段。

胃蛋白酶原的自动激活

5.酶级联反应：

一种酶原的激活常常会引发一系列酶的激活，这样的系列激活反应称之酶级联反应。

（二）可逆共价修饰

•有活性无活性

类型：

　磷酸化

　腺苷酰化

尿苷酰化等

（三）同工酶（Isoenzyme）

乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase,LDH）的亚基分为两类：

骨骼肌型（M）、心肌型（H）

五种同工酶的亚基组成分别为：

HHHH，HHHM，HHMM，HMMM,MMMM

二、酶的活性与其高级结构的关系

1、酶活性部位（活性中心）

•是指酶分子中直接与底物结合并与酶催化作用直接有关的部位。

•组成活性中心的基团：

结合基团和催化基团

补充几点注意：

•对于单纯酶来说它是由一些氨基酸残基的侧链基团组成的。

构成酶的活性中心的氨基酸有天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、丝氨酸（Ser）、组氨酸（His）、半胱氨酸（Cys）、赖氨酸（Lys）等，它们的侧链上分别含有羧基、羟基、咪唑基、巯基、氨基等极性基团。

•对于结合酶来说辅酶或辅基上的某一部分结构往往也是活性部位的组成部分。

•对于寡聚酶则可能有聚合在一起的几个亚基上的几个相距远的氨基酸残基组成。

2、酶活性部位的特点：

•在酶分子的总体中只占小的部分。

•是一个三维实体。

•和底物的形状并不是正好互补---诱导契合

•位于结构域或亚基之间的裂隙或是表面的凹陷部位。

•底物通过次级键结合到酶上。

•具有柔性或可运动性。

例：

胰凝乳蛋白酶的肽链折叠（示活性中心）

•Ser195（丝氨酸）His57（组氨酸）及Asp102（精氨酸）

3、必需基团

•一般将与酶活性有关的基团称为酶的必需基团。

•活性中心的基团是必需基团。

•对维持酶的活性中心的空间构象所必要的那些基团

二、酶的专一性及作用假说

•酶的专一性，即酶对底物的高度选择性，酶一般只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类底物。

•酶的专一性可分为结构专一性和立体异构专一性。

•酶作用专一性的假说

1.锁钥学说：

1894年Fisher提出

2.诱导锲合学说：

1958年Koshland提出

三、酶作用的高效性的机制

1、邻近效应与定向效应（反应速率提高108）

•指酶受底物诱导发生构象变化，使底物与酶的活性中心楔合，对于双分子反应来说，两个底物能集中在酶活性中心，彼此靠近并有一定的取向。

这样就大大提高了活性部位上底物的有效浓度，使一个分子间的反应变成了一个近似于分子内的反应，从而增加了反应速度。

2、底物形变和诱导契合

•这也就是前面提到过的“诱导契合”学说。

3、酸碱催化

•狭义的酸碱催化：

•广义的酸碱催化：

–酶的活性部位中可做为广义酸碱的功能基主要有氨基、羧基、硫氢基、酚羟基及咪唑基。

•影响酸碱催化反应速度的因素（P391）：

酸碱的强度以及供出和接受质子的速度。

4、共价催化（亲核催化或亲电子催化）

•酶中参与共价催化的基团主要包括：

His的咪唑基，Cys的硫基，Asp的羧基，Ser的羟基

Fig.4共价催化的机理

5、金属离子催化作用

需金属的酶分类：

金属酶；

金属激活酶；

金属离子参加催化作用途径（1,2，3）

6、多元催化和协同效应

7、活性部位微环境的影响

非极性、低介电环境利于酶促反应

第四节酶促反应动力学

一、化学反应的基础

1.反应分子数：

在反应中真正相互作用的分子数目。

仅有1个反应的分子参加的反应称为单分子反应，有2个反应物分子参加的反应称为双分子反应，依此类推。

即：

AP属于单分子反应，动力学方程（速率方程）为：

υ＝-dc/dt＝kc

（式中c代表反应物浓度）

A+Bp+Q属于双分子反应，动力学方程为：

υ＝-dc/dt＝kc1c2

（式中c1c2分别代表两种反应物浓度）

2.反应级数及特征

•反应级数：

指整个化学反应的速率服从哪种分子的反应速率方程式，则这个反应即为几级反应。

若总反应的速率与浓度关系能以单分子反应的速率方程式表示，即为一级反应，若能以双分子反应的速率方程式表示，则为二级反应，依此类推，把反应速率与反应物浓度无关的反应称为零级反应。

二、底物浓度对酶反应速率的影响

（一）“中间产物”假说

•酶与底物先络合成一个中间产物，然后中间产物进一步分解成产物和游离的酶。

Fig.1底物浓度与酶反应速率的关系

中间产物假说证据（P356）

（1）竞争性抑制实验

（2）底物保护酶不变性

（3）结晶ES复合物的获得。

（二）酶促反应的动力学方程式（P357）

1.米氏方程

引入了三个假设：

•在反应初期阶段　E＋PES可忽略

•[S]>

>

[E]，则[S]－[ES]约等于[S]

•反应处于动态平衡时，ES的生成速度与分解速度相等。

2.动力学参数的意义

（1）Km值的物理意义：

•Km是酶的一个特性常数与酶的性质有关，与酶浓度无关，只是对一定底物、一定的pH、一定的温度条件而言。

•Km值可以判断酶的专一性和天然底物：

有的酶可作用于几种底物，因此就有几个Km值，其中Km值最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。

Km值随不同底物而异的现象可以帮助判断酶的专一性；

•若已知某个酶的Km值，可以计算出在某一底物浓度时的反应速率相当Vmax的比例；

•Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径：

同一种底物往往可以被几种酶作用，催化不同的反应走不同的途径，究竟走哪一条途径决定于Km值最小的酶，只有Km值小的酶反应较占优势。

Km值与米氏方程的实际用途：

可帮助推断某一代谢反应的方向和途径和限速步骤

当[S]=3Km时，反应速率相当于Vmax的百分数？

酶1，2，3分别催化A—B—C—D

Km分别为10-2,10-3,10-4，A，B，C浓度均为10-4限速步骤？

（2）Vmax和k3（kcat）的意义

•在一定的酶浓度下，Vmax是一个常数，它只与底物的种类及反应条件有关。

•K3代表酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，称为转换数（或催化常数，Kcat），表明酶的最大催化效率。

Kcat值越大，表示酶的催化效率越高。

（3）Kcat/km的意义

3.利用作图法测定km和Vmax

（1）双倒数作图法（Lineweaver-Burkplot）

（2）Eadie-Hofstee作图法

（3）Vmax对Km作图法

（4）Hanes-Woolf作图法

三、酶浓度对酶催化反应的影响

•在一定温度和pH下，酶促反应在底物浓度大大超过酶浓度时，速度与酶的浓度呈正比。

•酶浓度对速度的影响机理：

酶浓度增加，[ES]也增加，而V0=k3[ES]，故反应速度增加。

四、温度对酶反应速度的影响

1.温度对酶促反应速度的影响有两个方面：

•提高温度，加快反应速度。

•提高温度，酶变性失活。

2.温度系数Q10：

温度升高10℃，反应速度与原来的反应速度之比，大多数酶的Q10一般为1~2。

3.最适温度：

温血动物一般在35℃-40℃;

植物酶稍高在40℃-50℃.

4.酶的保藏：

低温下，以固体保存为好。

五、pH对酶促反应速度的影响

1.pH影响酶活力的原因

•过酸、过碱都会使酶蛋白的构象发生改变。

•pH的改变能影响酶分子活性部位上有关基团的解离。

2.最适pH：

使酶促反应速度达到最大时的介质pH。

最适pH与底物种类、浓度及缓冲液成分有关。

3.虽然大部分酶的pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。

六、激活剂对酶反应速度的影响

•激活剂：

凡能提高酶活性的物质。

•激活剂的类型：

•无机离子：

Cl-、Br-、PO43-等

•金属离子：

K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+等

•中等大小的有机分子，如：

一些还原剂（半胱氨酸、谷胱甘肽）；

EDTA（乙二胺四乙酸）

•具有蛋白质性质的大分子物质（蛋白酶）　

七、酶的抑制作用

•酶的抑制：

酶主要是蛋白质，使酶蛋白变性而导致酶活力丧失的作用称为失活作用；

若由于酶的必需基团化学性质的改变，但酶并未变性，而引起酶活力的降低或丧失称为抑制作用。

引起抑制作用的物质称为抑制剂。

（一）抑制程度的表示方法

1.相对活力

•相对活力分数：

•相对活力百分数：

2.抑制率

•抑制分数：

•抑制百分数：

（二）抑制作用的类型

1.不可逆的抑制作用

•抑制剂与酶活性中心（外）的必需基团共价结合，使酶的活性下降，无法用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。

2.可逆的抑制作用

•抑制剂与酶蛋白非共价键结合，可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。

•竞争性抑制：

•非竞争性抑制：

•反竞争性抑制：

（三）可逆抑制作用与不可逆抑制作用的鉴别

•用透析、超滤或凝胶过滤方法

•采用动力学方法

（四）可逆抑制作用的动力学

1.竞争性抑制

作