生物化学酶化学课件.ppt

1、第第4 4章章 酶化学酶化学 本章要求本章要求 掌握酶的概念、酶的命名分类及催化作用的特点。掌握酶的概念、酶的命名分类及催化作用的特点。了解几种重要辅酶的结构与功能。了解几种重要辅酶的结构与功能。了解酶促反应动力学。了解酶促反应动力学。掌握各因素对酶促反应速度的影响。掌握各因素对酶促反应速度的影响。掌握酶活性中心的测定方法、酶的催化机制。掌握酶活性中心的测定方法、酶的催化机制。了解酶与化学相关学科的关系了解酶与化学相关学科的关系酶的发现酶的发现1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼（年，意大利科学家斯帕兰扎尼（L.Spallanzani,1729-1799）设）设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧

2、的金属笼中，然后让鹰吞下去。计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。于是，他推断胃液中一过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。于是，他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚。定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚。1836年，德国科学家施旺（年，德国科学家施旺（T.Schwann,1810-1882）从胃液中提取）从胃液中提取出了消化蛋白质的物质。解开胃的消化之谜。出了消化蛋白质的物质。解开胃的消化之谜。1926年，美国科学家萨姆钠（年，美国科学家萨姆钠（J.B.Sumner,1887-1955）从刀豆种子）从刀豆

3、种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。20世纪世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。20世纪世纪80年代，美国科学家切赫（年代，美国科学家切赫（T.R.Cech,1947-）和奥特曼）和奥特曼（S.Altman,1939-）发现少数）发现少数RNA也具有生物催化作用。也具有生物催化作用。4.1 4.1 酶酶生物催化剂生物催化剂n酶酶是生物催化剂，是一类具有催化活性和特定空间构象是生

4、物催化剂，是一类具有催化活性和特定空间构象 的生物大分子，包括蛋白质和核酸（的生物大分子，包括蛋白质和核酸（RNA,Ribozyme RNA,Ribozyme）。）。n酶酶是维持生命体内正常的生理活动和新陈代谢的基本条件。是维持生命体内正常的生理活动和新陈代谢的基本条件。n酶催化的生物化学反应酶催化的生物化学反应酶促反应酶促反应。n酶酶能稳定能稳定底物底物的过渡态，降低反应的活化能，加速反应的进的过渡态，降低反应的活化能，加速反应的进行。行。n底物底物:在酶的催化下发生化学反应的物质在酶的催化下发生化学反应的物质4.1.1 4.1.1 酶的概念酶的概念+NAD+NADH+H+CH3CH2-OH

5、CH3CHO醇脱氢酶底物辅酶产物4.1.2 4.1.2 酶的命名及分类酶的命名及分类n(1)(1)习惯命名法习惯命名法:n根据其催化底物来命名根据其催化底物来命名；如；如催化水解淀粉的酶催化水解淀粉的酶淀淀粉酶粉酶；催化水解蛋白质的酶催化水解蛋白质的酶蛋白酶蛋白酶；n根据所催化反应的性质来命名根据所催化反应的性质来命名；谷氨酸谷氨酸丙氨酸：丙氨酸：谷丙转氨酶；谷丙转氨酶；n结合上述两个原则来命名结合上述两个原则来命名，n有时在这些命名基础上有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点加上酶的来源或其它特点。1.1.酶的命名酶的命名(2)(2)国际系统命名法国际系统命名法n系统名称包括底物名称、构

6、型、反应性系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字质，最后加一个酶字。n例如：例如：n习惯名称习惯名称:谷丙转氨酶谷丙转氨酶n系统名称系统名称:丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶n酶催化的反应酶催化的反应:n谷氨酸谷氨酸 +丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸 (2)(2)国际系统命名法国际系统命名法例如：例如：n习惯名称习惯名称:乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶n系统名称系统名称:乳酸乳酸:NAD+氧化还原酶氧化还原酶 催化的反应催化的反应 乳酸乳酸+NAD+NAD+丙酮酸丙酮酸+NADH+H+NADH+H+n繁琐繁琐 A.A.根据酶蛋白结构特点分类根据酶蛋白

7、结构特点分类单体酶：单体酶：由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。一般为水解酶。一般为水解酶。寡聚酶寡聚酶：由两条或多条肽链组成的酶分子。由两条或多条肽链组成的酶分子。为大多数为大多数酶。酶。多酶复合体：多酶复合体：由多种酶彼此镶嵌成的复合体由多种酶彼此镶嵌成的复合体,它们相它们相互配合依次进行互配合依次进行，催化，催化连续的连续的 一系列一系列相关相关反应。反应。如丙如丙酮酸脱氢酶复合体。酮酸脱氢酶复合体。多功能酶：多功能酶：一条多肽链上含有两种或两种以上催化活一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，往往是基因融合的产物。性的酶，往往是基因融合的

8、产物。如如脂肪酸合成酶脂肪酸合成酶。2.2.酶的分类酶的分类B.B.据酶所催化的反应类型据酶所催化的反应类型n水解酶水解酶 催化底物的加水分解反应。催化底物的加水分解反应。n主要包括主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。等。n例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHn氧化氧化-还原酶还原酶:催化氧化催化氧化-还原反应。还原反应。n主要包括主要包括脱氢酶脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase(Oxid

9、ase)。n如，乳酸脱氢酶如，乳酸脱氢酶(Lactatase(Lactatase)催化乳酸的脱氢反应。催化乳酸的脱氢反应。CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADHn转移酶转移酶:催化基团转移反应，即将一个底物分子的基催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，谷丙转谷丙转氨酶氨酶催化的氨基转移反应。催化的氨基转移反应。CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHOn裂合酶裂合酶:催化从底物分子中移去一个基团催化从底物分子中移去一个基团或

10、原子形成双键的反应及其逆反应。或原子形成双键的反应及其逆反应。n主要包括主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。等。n例如，例如，延胡索酸水合酶催化延胡索酸水合酶催化的反应。的反应。HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOHn异构酶异构酶：催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。团或原子的重排过程。例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。OOHOHOHOHCH2OPO32-OCH2OHOHOHOHCH2OPO32-6-磷酸葡萄糖异构酶6-磷酸葡萄糖6-磷酸

11、果糖n合成酶，又称为连接酶合成酶，又称为连接酶：能够催化：能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。键的形成反应。这类反应在热力学上都是这类反应在热力学上都是非自发进行的反应，必须与非自发进行的反应，必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。nA+B+ATP+H-O-H AA+B+ATP+H-O-H A-B+ADP+PiB+ADP+Pi n例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。n核酸酶核酸酶：唯一的非蛋白酶。：唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的它是一类特殊的RNARNA，能够催化能够催化RNARNA分子中的分子中的磷

12、酸酯键的水解磷酸酯键的水解及其逆反及其逆反应。应。33333333335555555555BBBBBPPP+POHPPBBBBPPPPPBP4.1.3 4.1.3 酶催化作用的特性酶催化作用的特性 酶是自然界催化活性最高的一类催化剂。可使酶是自然界催化活性最高的一类催化剂。可使反应速率提高反应速率提高1061012倍，比普通催化剂效能倍，比普通催化剂效能至少高几倍以上至少高几倍以上。例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O +O2 用用Fe（）催化，效率为催化，效率为610-4 mol/molS，用过氧化氢酶催化，效率为用过氧化氢酶催化，效率为6 106 mol/molS。用

13、用-淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1克克结晶酶在结晶酶在65 C条件下可催条件下可催化化2吨吨淀粉水解。淀粉水解。1.高效性高效性（1）反应专一性：）反应专一性：酶一般只能选择性地催化一种或一类相同类酶一般只能选择性地催化一种或一类相同类型的化学反应，且无副产物生成。型的化学反应，且无副产物生成。如蛋白质水解酶只能选择水解蛋白质或肽中特如蛋白质水解酶只能选择水解蛋白质或肽中特定的肽键定的肽键。2.选择性选择性（2）底物专一性）底物专一性n一种酶只能作用于某一种或某一类结构、性质相似的物质。一种酶只能作用于某一种或某一类结构、性质相似的物质。n据酶对底物专一性的程度和类型，可分为：据酶

14、对底物专一性的程度和类型，可分为：结构专一性结构专一性:有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一种有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一种特定的底物特定的底物绝对专一性绝对专一性；有些酶的作用对象是一类化合物或一类化学键有些酶的作用对象是一类化合物或一类化学键相对专相对专一性。一性。H2NCNH2O+H2O脲酶2NH3+CO2NHCNHCHCPheOR2OTyrTrp胰凝乳蛋白酶（2）底物专一性）底物专一性n手性专一性：手性专一性：酶能专一地与手性底物结合并催酶能专一地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。化这类底物发生反应。n如胰蛋白酶只能水解如胰蛋白酶只能水解L-氨基酸形成的肽键；氨基酸形成

15、的肽键；而不而不影响影响D-氨基酸形成的肽键氨基酸形成的肽键n淀粉酶只能选择性地水解淀粉酶只能选择性地水解D-葡萄糖形成的葡萄糖形成的1,4-糖糖苷键，而不影响苷键，而不影响L-葡萄糖形成的葡萄糖形成的1,4-糖苷键。糖苷键。（2）底物专一性）底物专一性n几何专一性：几何专一性：有些酶只能选择性地催化某种几何异有些酶只能选择性地催化某种几何异构底物的反应，而对另一种构型则无催化作用。构底物的反应，而对另一种构型则无催化作用。n如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成苹果酸，如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成苹果酸，对马来酸则不起作用：对马来酸则不起作用：COOHHOOC+H2O延胡索酸水

16、合酶COOHCOOH+H2OxCH2CHCOOHCOOHHO3.反应条件温和反应条件温和n酶促反应一般在酶促反应一般在pH=58的水溶液中进行，的水溶液中进行，反应温度在反应温度在2040。n由于反应条件温和，使某些不希望的副反应如由于反应条件温和，使某些不希望的副反应如分解反应、异构化反应和消旋化反应等尽可能分解反应、异构化反应和消旋化反应等尽可能减少。减少。n由于酶本身是蛋白质，高温或其它苛刻的物理由于酶本身是蛋白质，高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活或化学条件，将引起酶的失活。4.2 4.2 酶的非蛋白组分酶的非蛋白组分辅酶（辅酶（coenzymecoenzyme）和金属离子

17、）和金属离子n根据酶的组成情况，可以将酶分为两大类：根据酶的组成情况，可以将酶分为两大类：n单纯蛋白酶单纯蛋白酶：如核酸水解酶，它们的组成为单一蛋白质，其：如核酸水解酶，它们的组成为单一蛋白质，其本身的氨基酸残基即可形成催化活性中心，并能有效的实施本身的氨基酸残基即可形成催化活性中心，并能有效的实施催化功能。催化功能。n结合蛋白酶结合蛋白酶：某些酶，例如氧化：某些酶，例如氧化-还原酶等，其分子中除了蛋还原酶等，其分子中除了蛋白质外，还含有非蛋白组分白质外，还含有非蛋白组分.n结合蛋白酶的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分包括辅结合蛋白酶的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分包括辅酶及金属离子酶及

18、金属离子(或辅因子或辅因子cofactorcofactor)。n酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为全酶。酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为全酶。n全酶全酶 =酶蛋白酶蛋白 +辅助成分（辅酶或金属离子）辅助成分（辅酶或金属离子）n单纯的酶蛋白无催化功能，只有全酶具有催化作用单纯的酶蛋白无催化功能，只有全酶具有催化作用.4.2.1 4.2.1 辅酶辅酶n小分子有机化合物，与酶蛋白结合在一起并小分子有机化合物，与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用。协同实施催化作用。n是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。n是多种酶不可缺少的辅助部分。是多种酶不可缺少的辅助部分。

19、1.1.辅酶的结构特点与功能辅酶的结构特点与功能n大多具有大多具有氧化还原性质或基团转移能力氧化还原性质或基团转移能力n参与的酶促反应主要为参与的酶促反应主要为氧化氧化-还原反应或基团还原反应或基团转移反应。转移反应。n大多数辅酶的前体主要是水溶性大多数辅酶的前体主要是水溶性B B族维生素。族维生素。n维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。(1)(1)维生素维生素PPPP（维生素（维生素B B3 3）n烟酸和烟酰胺烟酸和烟酰胺n能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。养障碍，出现皮炎。NCOOHNC

20、ONH2n在体内转变为辅酶在体内转变为辅酶I和辅酶和辅酶II。(1)(1)维生素维生素PPPP和和NADNAD+和和NADPNADP+n NADNAD+(烟酰胺烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶酶I)I)和和NADPNADP+(烟酰胺烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶又称为辅酶II)II)是维生素烟酰胺的衍生物，是维生素烟酰胺的衍生物，OCH2OPOPOCH2OHOHO OO-O-N+CONH2OOHOH(OPO3H2)NNNH2NN功能：在脱氢酶催化的氧化在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。的传递

21、体作用。NADNAD+分子的功能部分是烟酰胺环分子的功能部分是烟酰胺环N+HRCONH2N:HRCONH2+4H3CCOHHHH3CC+O:HH:H3CCOH+H+N:RCONH24HH氧化型还原 型N+HRCONH2H3CCOHDHH3CCOH+H3O+N:RCONH24HDNAD+(R)-(-)-1-氘代乙醇+H2O酶+乙醛N+HRCONH2H3CCOHHDH3CCOD+H3O+N:RCONH24HHNAD+(S)-(-)-1-氘代乙醇+H2O酶+1-氘代乙醛手性选择性手性选择性(2)(2)核黄素（核黄素（VBVB2 2)n核黄素核黄素(维生素维生素B B2 2)由核糖醇由核糖醇和和6 6

22、，7-7-二甲基异吡咯嗪两二甲基异吡咯嗪两部分组成。部分组成。n缺乏时组织呼吸减弱，代谢缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。等。(2)(2)核黄素和核黄素和FADFAD、FMNFMNnFAD(FAD(黄素黄素-腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸)和和FMN(FMN(黄素单核苷黄素单核苷酸酸)是核黄素是核黄素(维生素维生素B B2 2)的衍生物，的衍生物，CH3CH3NCCNHNNOOCH2CHCHCHCH2OPOOHOHOHOOHOCH2OHOHNNNH2NNFMN FAD功能：在脱氢酶催化的氧化在脱氢酶催化的氧

23、化-还原反应中，起着电子和质子还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。的传递体作用。与酶分子共价键相连接，称为辅基COO-COO-+EFADCOO-COO-+EFADH2琥珀酸脱氢酶延胡羧酸脱氢酶氧化型还原型NNNHNH3CH3CROO+2H-2H110NNNHHNH3CH3CROOHHFAD or FMNFADH2 or FMNH2FAD和和FMN 分子的功能部分是异吡咯嗪环分子的功能部分是异吡咯嗪环(3)(3)泛酸（泛酸（VB5VB5）n维生素维生素(B5)-(B5)-泛酸是由泛酸是由，-二羟基二羟基-二甲基丁二甲基丁酸和一分子酸和一分子-丙氨酸缩合而成丙氨酸缩合而成。n辅酶辅酶A A是生

24、物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是泛酸。它的前体是泛酸。CH2CCH3CH3CHOHCONHCH2CH2CNHCH2CH2SHOOOOHPOOHHONNNH2NNOPOOOHPOOOHCH2功能：传递酰基功能：传递酰基(3)(3)泛酸和辅酶泛酸和辅酶A(CoA)A(CoA)乙酸与辅酶乙酸与辅酶A A的的-SH-SH结合形成乙酰辅酶结合形成乙酰辅酶A A，是，是糖代谢的重要中间体。糖代谢的重要中间体。CH3COOH+HS CoA +ATPCH3COS-CoA +ADP+Pi硫激酶(4)(4)叶酸（叶酸（Flolic acid）n叶酸，叶酸，又称为蝶酰谷

25、氨酸，维生素又称为蝶酰谷氨酸，维生素B11B11。n最早从植物叶子中提取而得名最早从植物叶子中提取而得名 n缺乏叶酸可引起巨红细胞性贫血以及白细胞减少症，对缺乏叶酸可引起巨红细胞性贫血以及白细胞减少症，对孕妇尤其重要孕妇尤其重要 NNNNH2NOHCH2NHCOHNCHCOOH(CH2)2CH312345678喋啶对氨基苯甲酸叶酸 F谷氨酸(4)(4)叶酸和四氢叶酸叶酸和四氢叶酸(FH(FH4 4或或THFA)THFA)n四氢叶酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸。四氢叶酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸。NNH2NOHNNHHCH2HHHNHCONHCHCOOHCH2CH2COOHn四氢叶酸的主要作用

26、是作为碳基团，如四氢叶酸的主要作用是作为碳基团，如-CH-CH3 3,-CH,-CH2 2-,-,-CHO CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。等的载体，参与多种生物合成过程。(5)(5)硫胺素（硫胺素（VB1VB1）n缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。肢无力、下肢水肿。Cl-N+SCH3CH2CH2OHNNNH2H3CCH2硫胺素盐酸盐硫胺素盐酸盐n在体内以在体内以焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在形式存在(5)VB1(5)VB1和焦磷酸硫胺素和焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)n焦磷酸硫胺素是脱羧酶的

27、辅酶，它的前体是硫胺素焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶，它的前体是硫胺素(维生素维生素B1)B1)。NNNH2H3CCH2N+SCH3CH2CH2OPOOPOHOHOOHCl-功能：是催化酮酸的脱羧反应功能：是催化酮酸的脱羧反应H3CCCOO-+H2O+E-TPPOHCO3-H3CCHTPPOHE-H+H3CCH+EOTPP2 2-羟羟乙乙基基焦焦磷磷酸酸硫硫胺胺素素(6)(6)吡哆素吡哆素n吡哆素吡哆素(维生素维生素B6B6，包括，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。NH3CHOCH2NH2CH2OHNH3CHOCHOCH2OH缺乏维生素缺乏维生素B6的症状为皮炎、痉挛、贫血等。单

28、纯的维生的症状为皮炎、痉挛、贫血等。单纯的维生素素B6缺乏症在人类极少见。临床上应用维生素缺乏症在人类极少见。临床上应用维生素B6制剂防治制剂防治妊娠呕吐和放射病呕吐。妊娠呕吐和放射病呕吐。(6)(6)吡哆素和磷酸吡哆素吡哆素和磷酸吡哆素n磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。NH3CHOCHOCH2OPOHOOHNH3CHOCH2NH2CH2OPOHOOH磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺n磷酸吡哆素是转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡哆素是转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的

29、作用。CHNH2(CH2)2COOHCOOHC(CH2)2COOHCOOHOCHOHOH3CCH2OPOOHOHCH2NH2HOH3CCH2OPOOHOHCHNH2CH3COOHCCH3COOHO谷氨酸a-酮戊二酸磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺丙氨酸丙酮酸(7)(7)生物素生物素n生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种B B族维生素族维生素B7B7。HNNHCOCHH2CS(CH2)4COOH缺乏的症状：毛发变细，失去光泽，皮肤鳞片状和红色皮疹，缺乏的症状：毛发变细，失去光泽，皮肤鳞片状和红色皮疹，抑郁，嗜睡症，幻觉，极端感觉异常抑郁，嗜睡症，幻觉，极端感觉异常生物素的

30、功能是作为生物素的功能是作为COCO2 2的递体，在生物合成中起传递和的递体，在生物合成中起传递和固定固定COCO2 2的作用。的作用。E-生物素复合物的形成生物素复合物的形成丙酮酸的羧化丙酮酸的羧化E+ATP+生物素E-生物素+AMP+PPiE-生物素+HCO3-+ATPE-生物素-CO2-+ADP+PiE-生物素-CO2-+CH3COCOO-E-生物素+-OOCCH2COCOO-(8)(8)维生素维生素B B1212辅酶辅酶 n维生素维生素B B1212又称为钴胺素。又称为钴胺素。n蔬菜中几乎完全找不到，只有紫菜及海藻类蕴涵蔬菜中几乎完全找不到，只有紫菜及海藻类蕴涵，是，是素食者最容易缺乏

31、的维生素，也是红血球生成不可缺素食者最容易缺乏的维生素，也是红血球生成不可缺少的重要元素，如果严重缺乏，将导致恶性贫血少的重要元素，如果严重缺乏，将导致恶性贫血 n维生素维生素B B1212分子中与分子中与Co+Co+相连的相连的CNCN基被基被5-5-脱氧腺苷所取脱氧腺苷所取代，形成维生素代，形成维生素B B1212辅酶。辅酶。n维生素维生素B B1212辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团底物分子内基团(主要为甲基主要为甲基)的变位反应。的变位反应。结构结构（9 9）硫辛酸）硫辛酸n硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是少数不属于维生

32、素的辅酶。n6,8-6,8-二硫辛酸二硫辛酸n有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）酸（还原型）.SCHSCHCH2CH2CH2CH2CH2COOH氧化型氧化型是丙酮酸脱氢酶系的辅酶，传递氢和转移乙酰基是丙酮酸脱氢酶系的辅酶，传递氢和转移乙酰基(10)(10)辅酶辅酶Q(CoQQ(CoQ)n辅酶辅酶Q Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的线粒体中，其结构为：线粒体中，其结构为：OOCH3OCH3OCH3(CH2CH CCH2)nHCH3n=6-10n辅酶辅酶Q Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是的活性部

33、分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。底物分子之间传递电子。2.2.辅酶在酶促反应中的作用特点辅酶在酶促反应中的作用特点n辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。n每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一类型的反应。化某一类型的反应。n同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。不同的全酶。n一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型

34、（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。的底物类型（底物专一性）。4.2.2 4.2.2 酶分子中的金属离子酶分子中的金属离子n根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶金属酶和金属激酶。n1.1.金属酶金属酶n在金属酶中在金属酶中,酶蛋白与金属离子结合紧密。如酶蛋白与金属离子结合紧密。如 FeFe2+2+/Fe/Fe3+3+、CuCu+/Cu/Cu2 2+、ZnZn2+2+、MnMn2+2+、CoCo2 2+等。等。n这些金属离子通常以配键的形式与氨基酸残基这些金属离子通

35、常以配键的形式与氨基酸残基的侧链相连，有时也与酶蛋白中的辅基，如血的侧链相连，有时也与酶蛋白中的辅基，如血红素的卟啉环相连。红素的卟啉环相连。n金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应中传递电子、原子或官能团促反应中传递电子、原子或官能团。2.2.金属激酶金属激酶n金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。酶与这类离子结合而被激活。n如如NaNa+、K K+、MgMg2+2+、CaCa2+2+等。等。n金属离子对酶有一定的选择性金属离子对酶有一定的选择性,某种金属只对某种金属只对某一种

36、或几种酶有激活作用。某一种或几种酶有激活作用。nDNADNA聚合酶只有在聚合酶只有在MgMg2+2+的存在下，才会有催化作的存在下，才会有催化作用用据酶分子据酶分子组成分类组成分类单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质酶蛋白质辅助因子辅助因子小分子有机物小分子有机物金属离子金属离子 酶的化学组成酶的化学组成全酶全酶(holoenzyme)酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子 酶促反应的专一性及高效率取决于酶蛋白部分，而辅助因子决定酶酶促反应的专一性及高效率取决于酶蛋白部分，而辅助因子决定酶促反应的性质。促反应的性质。酶的辅助因子酶的辅助因子（决定酶促反应的类型）（决定酶促反

37、应的类型）根据与酶蛋白结合牢固程度划分根据与酶蛋白结合牢固程度划分：辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析法除去辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析法除去辅助因子辅助因子 辅基：与酶蛋白结合紧密，用透析法不能除去辅基：与酶蛋白结合紧密，用透析法不能除去从化学本质上划分从化学本质上划分：金属离子金属离子：稳定酶分子构象；参与传递电子；：稳定酶分子构象；参与传递电子；辅助因子辅助因子 在酶与底物间起连接作用；降低反应的静电斥力在酶与底物间起连接作用；降低反应的静电斥力 维生素维生素B族衍生物族衍生物4.3 4.3 酶促反应的速度和影响因素酶促反应的速度和影响因素 酶促反应动力学是研究酶促反应动力学是研究酶促

38、反应的速度酶促反应的速度以及以及影响影响酶促反应速度的各种因素酶促反应速度的各种因素的科学。的科学。影响酶促反应速度的因素有：影响酶促反应速度的因素有：底物浓度、酶浓度、温度、底物浓度、酶浓度、温度、pHpH值、激活剂、抑制剂等值、激活剂、抑制剂等。n在低底物浓度时在低底物浓度时,反应速度反应速度与底物浓度成正比，为与底物浓度成正比，为一级一级反应反应。n底物浓度增大与速度的增加底物浓度增大与速度的增加不成正比不成正比,为为混合级反应混合级反应。n当底物浓度达到一定值，几当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（反应速度达到最大值（V V

39、maxmax），此时再增加底物浓），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表度，反应速度不再增加，表现为现为零级反应零级反应。4.3.14.3.1、底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响 V-S V-S曲线曲线底物浓度对酶促反应初速度的影响底物浓度对酶促反应初速度的影响V 初初V max低低米米氏氏方方程程的的推推导导 121kkkESSESSEt+令令：Kmkkk+121将将（4）代入代入（3），则，则：SKSVvm+max1kES+1kES2kEP+ESEt SESES生成速度生成速度：SESEkvt11，ES分解速度分解速度：ESkESkv212+即即：ESkESkSE

40、SEkt211+则则：SSESESKmtE+(1)经整理得经整理得：SKSEmt+ES由于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即决定，即ESkv22kvES，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得：SKSEkvmt+2 SKSEkmt+2v(3)当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：21vv 当当Et=ES时时，mVv tmEkV2(4)所以所以 米氏方程米氏方程V=Vmax SKm+Sn当反应速度等于最大速度当反应速度等于最大速度一半时一半时,即即V V=1/2=1/2 V Vmax,max,K Km=S m=S n上式表示上式表示,米氏常数是反应米氏常数是反应速度为最大值

41、一半时的底物速度为最大值一半时的底物浓度。浓度。n因此因此,米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。（三）米氏常数的意义及测定（三）米氏常数的意义及测定K Km m 米氏常数米氏常数V Vmax max 最大反应速度最大反应速度 米氏常数的测定米氏常数的测定基本原则基本原则：将米氏方程变化成相当于将米氏方程变化成相当于y=ax+b的的直线方程，再用作图法求出直线方程，再用作图法求出Km。例：例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法）米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式：1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax-4-202468100.

42、00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km 1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax 酶的酶的Km在实际应用中的意义在实际应用中的意义nKm 是酶的特征性常数，是酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的底物只与酶的性质，酶所催化的底物和反应条件和反应条件(温度、温度、pH、有无抑制剂等、有无抑制剂等)有关，与酶的浓有关，与酶的浓度无关。度无关。n 各种酶的各种酶的 Km 值大致在值大致在 10-110-6 M 之间。之间。Kmkkk+1211、酶浓度对酶反应速度的影响、酶浓度对酶反应速度的影响 在有足够底物和

43、其他条件不变的情况下，反应速在有足够底物和其他条件不变的情况下，反应速度与酶浓度成正比度与酶浓度成正比 。当SE时，V=K2E 0 0酶酶浓浓度度反反应应速速度度4.3.2 影响酶促反应速率的其它因素影响酶促反应速率的其它因素2、温度对酶反应速度的影响、温度对酶反应速度的影响 一方面是温度升高一方面是温度升高,酶酶促反应速度加快。促反应速度加快。另一方面另一方面,温度升高温度升高,酶的高级结构将发生酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。活性降低甚至丧失。因此大多数酶都有一因此大多数酶都有一个最适温度。个最适温度。在最适在最适温度条件下温度条件下,反应速度反应速

44、度最大最大。最适温度不是一个固定的常数最适温度不是一个固定的常数，它随底物的种，它随底物的种类、浓度、溶液的离子强度、类、浓度、溶液的离子强度、pHpH、反应时间等的影、反应时间等的影响。响。一般一般:反应时间短，最适温度高。反应时间短，最适温度高。反应时间长，最适温度低。反应时间长，最适温度低。3、pH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响(1)酶反应的最适酶反应的最适pH（optimum pH）反反应应速速度度pH最最适适p pH H68100 酶的最适酶的最适pHpH也不是一个固定的常数也不是一个固定的常数，它受到，它受到底物的种类、浓度底物的种类、浓度;缓冲液的种类、浓度缓冲液的种类、浓

45、度;酶的纯度酶的纯度;反应的温度、时间等的影响。反应的温度、时间等的影响。例例:碱性磷酸酶催化磷酸苯酯水解时碱性磷酸酶催化磷酸苯酯水解时 SS为为2.5x102.5x10-5-5 M M，最适，最适pHpH为为8.3 8.3 S S为为2.5x102.5x10-2-2 M M，最适，最适pHpH为为10.0 10.0(2)(2)pHpH影响反应速度的原因影响反应速度的原因 (1)pH(1)pH影响了酶分子、底物分子和影响了酶分子、底物分子和ESES复合物复合物的解离状态。的解离状态。(2)(2)过高、过低的过高、过低的pHpH导致酶蛋白活性降低。导致酶蛋白活性降低。4、激活剂对酶反应速度的影响

46、、激活剂对酶反应速度的影响 酶的激活剂酶的激活剂1.无机离子无机离子（1）一些金属离子，如）一些金属离子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等。等。（2）阴离子：如）阴离子：如Cl-、Br-、I-、CN-等等（3）氢离子）氢离子 凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。2.有机分子有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂：金属螯合剂：EDTA 激活酶原的酶激活酶原的酶 4.4 4.4 酶的结构及酶的结构及催化作用机制催化作用机制 1 1结合部位结合部位 Binding siteB

47、inding site 酶分子中与底物结合的部位或区域一般酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。称为结合部位。4.4.1 4.4.1 酶分子的结构特点酶分子的结构特点 酶基本上都是复杂的蛋白质分子。不同酶除有酶基本上都是复杂的蛋白质分子。不同酶除有一级结构外，还有通过肽链的折叠、螺旋或缠绕一级结构外，还有通过肽链的折叠、螺旋或缠绕形成特殊的空间结构，即酶的活性部位。形成特殊的空间结构，即酶的活性部位。酶的催化作用是一个非常复杂的过程，它的催化作用主要取决于酶分子酶的催化作用是一个非常复杂的过程，它的催化作用主要取决于酶分子的特殊结构的特殊结构n酶分子中促使底物发生化学变化的部酶分子中

48、促使底物发生化学变化的部位称为位称为催化部位催化部位。n通常将酶的结合部位和催化部位总称通常将酶的结合部位和催化部位总称为为酶的活性部位或活性中心。酶的活性部位或活性中心。n结合部位决定酶的专一性。结合部位决定酶的专一性。n催化部位决定酶所催化反应的性质。催化部位决定酶所催化反应的性质。2 2催化部位催化部位 catalytic sitecatalytic siten酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。的变化，对酶起激活或抑制作用。3 3调控

49、部位调控部位 Regulatory siteRegulatory siten主要包括：主要包括：n亲核性基团亲核性基团：丝氨酸的：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。和组氨酸的咪唑基。H2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH4.4.2 4.4.2 酶活性中心的测定方法酶活性中心的测定方法1.1.酶活性中心的必需基团酶活性中心的必需基团n酸碱性基团酸碱性基团：门冬：门冬氨酸和谷氨酸的羧氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和组氨酸的咪唑基和半胱氨酸

50、的巯基半胱氨酸的巯基等。等。H2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCOHOCOOHH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2NH2H2NCHCCH2OHOOHOH2.酶活性中心的测定方法酶活性中心的测定方法(1)(1)切除法：切除法：应用专一性蛋白水解酶将酶分子的肽链切除一部分，应用专一性蛋白水解酶将酶分子的肽链切除一部分，然后测定剩余部分的活性。若能有活性，则表示被切除的部分然后测定剩余部分的活性。若能有活性，则表示被切除的部分中，不包括活性中心。这样多次的排除法，可以推断出活性中中，不包括活性中心。这样多次的排除法，可以推断出活性中心的可能位置。心的可能位置。