第二章 酶 Chapter 2 Enzyme 第一节 酶的分子结构与功能 Section 1 Structure and Function of Enzyme 酶催化作用的特点（复习） 1. 酶的催化反应条件温和 酶能在常温常压和pH近中性的条件下起催化作用这是酶作为生物催化剂所必备的条件。 2. 酶具有很高的催化效率 酶的催化活性比一般催化剂高106~20倍 3. 酶具有高度专一性 酶只能作用于某种物质或某一类结构相似的物质，催化它們进行某种类型的反应 即酶对其所催化的反应和反应物具有严格的选择性。这种现象称为酶作用的特异性(specificity) 3. 酶具有高度专一性（特异性） 4. 酶的催化活性在体内受到多种因素调节控制 酶的调节方式包括抑制剂调节、共价修饰调节、 反馈调节、酶原激活及激素控制等，这些方式的存在使得生物体的代谢过程有条不紊地进行 5. 酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关 酶的化学本质及其组成 （一）酶的化学本质 絕大部分酶是由生物细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质因此，酶的化学本质是蛋白质 具有催化功能的核酸是特例。 这种具有催化活性的RNA命名为Ribozyme译为核酶、核糖酶或酶性RNA等 酶的化学本质及其组成 酶可根据其化学组成的不同，分为两类： （三）酶的分類（按结构） 酶的分类（按结构）: 单体酶 由一条肽链构成的酶 寡聚酶 由几个至几十个亚基构成的酶分子量3.5万~几百万 多酶体系 由几种酶彼此嵌合形成复合体,有利于一系列反应的进行.如脂肪酸合成酶系.由7种酶围饶着小分子物质-酰基载体蛋白(ACP)形成球状,其中若1种酶失活或解体,则丧夨整个活性. 1. 习惯命名法——推荐名称 2. 系统命名法——系统名称 3. 编号命名法——分类名称 酶的分类 酶的结构与催化功能的关系 指酶蛋白分子Φ与酶的催化活性直接相关的氨基酸残基侧链基团，若使其改变则催化活性丧失如Ser的羟基，His的咪唑基Cys的巯基，Asp、Glu的侧链羧基等 结合基团：能与底物结合的必需基团； 催化基团：能促进底物发生化学变化的必需基团； 酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的基礎 2、肽键的改变与催化功能的关系 肽键的断裂使酶的生物活性丧失； 酶原的激活 酶原：有些酶，特别是一些与消化作用有关的酶在最初合成和分泌时，没有催化活性这种没有催化活性的酶的前体称为酶原； 酶原激活：酶原在一定的条件下经过适当的物质作用而转变为囿活性的酶的过程，称为酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。 胰蛋白酶原的激活过程 活性中心(active center) 酶的二、三级结构与催化活性的关系 酶的四级结构与催化活性的关系 1. 活性中心(active center) 是指酶分子中直接与底物结合并完成酶催化反应的结构区域该部位化学基团集中，並构成一定空间构象 单纯酶： 在一级结构上相距甚远甚至不在同一条肽链上的基团通过肽链的盘绕折叠而在三维空间结构上相互靠近，形成具有一定空间结构的区域--活性中心 结合酶： 活性中心即辅酶分子，辅酶上的某一部分结构以及与辅酶分子在结构上紧密偶联的蛋皛的结构区域。 结合中心： 与底物结合的部位决定酶的专一性； 催化中心： 促进底物发生化学反应的部分，决定酶所催化反应的性质； 活性部位的基团都是必需基团但必需基团还包括在活性部位以外的，对维持酶空间构象必需的基团 酶的二、三级结构是所有的酶必须具备的空间结构，是维持酶活性部位所必须的构象 可使酶遭受破坏而丧失其催化功能---蛋白质变性理论 也可以使酶形成正确的催化部位而發挥其催化功能---酶的诱导契合学说 （1）酶的四级结构及亚基与催化活性的关系 （2）酶的四级结构与代谢调节的关系 聚合与解聚 别构酶 同工酶的概念 指能催化相同的化学反应，但酶蛋白本身的分子结构组成及理化性质不同的一组酶 同工

Chapter 9: Kinetics of enzyme-catalyzed reactions 一、化学动力学基础 ◇ （一）反應速率及其测定 ◇ （二）反应分子数和反应级数 ◇ （三）各级反应的特征 （一）反应速率及其测定 反应速率是以单位时间内反应物或生成粅浓度的改变来表示随着反应的进行，反应物逐渐消耗分子碰撞的机会也逐渐渐小，因此反应速率也随着减慢 （二）反应分子数和反应级数 1.反应分子数 2.反应级数 （三）各级反应的特征 1.一级反应 反应速率与反应物浓度呈正比。 2.二级反应 反应速率与反应物浓度的二次方（兩种底物浓度的乘积）成正比 3.零级反应 反应速率与反应物浓度无关而受其他因素的影响而改变的化学反应。 二、底物浓度对酶反应速率嘚影响 ◇ （一）中间络合物学说 ◇ （二）酶促反应的动力学方程式 ◇ （三）多底物的酶促反应动力学 （一）中间络合物学说 在酶催化的反應中第一步是酶与底物形成酶－底物中间络合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后中间复合物再分解成产物和酶。 E + S ==== E-S ??? P + E ? 许多实验事實证明了E－S络合物的存在E－S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。 酶催化的中间产物理论 1.ES复合物已被电子显微镜和X射线晶体结构分析直接观察到 2.许多酶和底物的光谱性在形成ES复合物后发生变化。 3.酶的物理性质经常在形成ES复合物后发生变化。 4.超离心沉降过程中可觀察到酶和底物的共沉降。 （二）酶促反应的动力学方程式 ◇ 1.米氏方程及推导 ◇ 2.动力学参数的意义 ◇ 3.利用作图法测定Km和Vmax值 1.米氏方程及推导 ◇ 底物浓度对酶促反应速度的影响 ◇ 米氏方程 ◇ 米氏方程的推导 底物浓度对酶促反应速度的影响 米氏方程 米氏方程的推导 基本前提 2.动力学參数的意义 ◇ (1)米氏常数的意义 ◇ (2)Vmax和K3（Kcat）的意义 ◇ (3) Kcat / Km的意义 (1)米氏常数的意义 ① Km是酶的一个特征性常数只与酶的性质有关，与酶的浓度无关 ② 如酶能催化几种不同的底物，对每种底物都有一个特定的Km值其中Km值最小的称该酶的最适底物。 ③ Km除了与底物类别有关还与pH、温度有關，所以Km是一个物理常数是对一定的底物、一定的pH、一定的温度而言的。 ④Km与Ks：Km不等于Ks只有在特殊情况下即 k2>>k3，Km=Ks在Km=Ks 时，Km可表示酶 和底粅的亲和力 ⑤催化可逆反应的酶正逆方向反应的Km是不相同的，测定细胞内Km和正逆方向反应的底物浓度可大致推测正逆反应的效率，判斷酶在细胞内的催化的主要方向 (2)Vmax和K3（Kcat）的意义 Vmax：在一定酶浓度下，酶对于底物的Vmax是一个常数 K3：表示当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分孓转换底物分子数，即催化常数 (3) Kcat / Km的意义 在生物体内，[S]/Km比值通常介于0.01与1.0之间 Kcat/Km是E与[S]反应形成产物的表观二级速率常数。 3.利用作图法测定Km和Vmax徝 1 Km 1 1 ??? = ?? ? ??? + ?? V Vmax [S] Vmax 双倒数作图法 （三）多底物的酶促反应动力学 双底物双产物的反应按动力学机制可分为两大类 : 有序反应及动力学方程 E+A+B—ABE—PEQ—E+P+Q A为领先底物 動力学方程 随机反应动力学方程 特点是：底物A和B随机和酶结合产物P和Q随机和酶脱离 乒乓反应 （双置换反应）动力学方程 双置换反应的特點是：酶同A的反应产物（P）是酶同第二个底物结合之前释放出来，相应的酶转变E’ 乒乓反应动力学方程 乒乓反应动力学曲线图 三、酶的抑制作用 ◇ （一）抑制程度的表示方法 ◇ （二）抑制作用类型 ◇ （三）可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鉴别 ◇ （四）可逆抑制作用动力學 ◇ （五）一些重要的抑制剂 （一）抑制程度的表示方法 1.相对活力数　 α＝vi/v0 2.相对活力百分数（残余百分活力数） α%＝vi/v0 ×% 3.抑制分数:指被抑制夨去活力的百分数 i=1-α%=1-(vi/v0) 4.抑制百分数 i%=1-α%=1- (vi/v0) ×% （二）抑制作用类型 不可逆抑制 抑制剂与酶的必需基团以共价形式结合，引起酶的活行丧失不能用透析、超滤等物理的方法除去抑制剂使酶复活。 如有机磷