环境微生物学第四章

（四）按照酶在生物体内存在的状况划分
可分成固有酶和诱导酶：
固有酶，也称为组成酶（constitutive enzyme），
无论培养基中有无它们的底物，这种酶都能形成。
诱导酶，也称为适应酶（adaptive emzyme），只有
在培养基中存在其底物时才能形成。如在E.coli中的利用 乳糖的酶就是适应酶。
竞争性抑制
(competitive inhibition) (non-competitive inhibition) (uncompetitive inhibition)
非竞争性抑制 反竞争性抑制
(一)
不可逆性抑制作用
* 概念
抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基 团相结合，使酶失活。
* 举例
4） pH对酶反应速度的影响 最适pH随酶的纯 度、种类、底物的 种类、性质而改变。
pH pH可影响必需基团和催化基团的解离程度， 也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与 底物的结合。
不同酶的最适pH不同
酶 的 活 性 胃蛋白酶 淀粉酶
胆碱酯酶
0
2
4
6
8
10 pH
温度和pH稳定性
温度稳定性——不同温度下保温一段时间 后，对酶活性的影响。 pH稳定性——不同pH缓冲液的条件下保温 一段时间后，对酶活性的影响。
酶的命名
1.习惯命名法
习惯命名比较简单，直观，但缺乏系统性，由于应用历史较长，现在还被继
续使用。
2.国际系统命名法
国际系统命名法的原则是以酶所催化的整体反应为基础的，规定每种酶的名 称应当明确表明酶的底物及催化反应的性质。
例如习惯名称为醇脱氢酶的系统名称为：
醇:NAD+氧化还原酶。
五、酶的催化特性
A.酰基供体
B.酰基受体
专性厌氧菌特有的辅酶：辅酶M、F420（辅酶420）、F430（辅酶430）等。
二、酶蛋白的结构
1.氨基酸
与所有的蛋白质一样，酶蛋白也是由氨基酸组成的。在生物体中的蛋白 质，由20种氨基酸组成： Ala（丙氨酸） Asp（天冬氨酸） Glu（谷氨酸） Arg（精氨酸） Asn（天冬酰胺）
Cys（半胱氨酸 ） Gln（谷氨酰胺) Gly（甘氨酸） His（组氨酸）
Ile（异亮氨酸*） Leu（亮氨酸* ）
Met（甲硫氨酸*） Ser（丝氨酸*）
Lys（赖氨酸* ）
Phe（苯丙氨酸*） Pro（脯氨酸） Thr（苏氨酸） Trp（色氨酸* ）
Tyr（酪氨酸）
Val（缬氨酸）
*为必需氨基酸；组氨酸为半必需氨基酸；其余为非必需氨基酸。
A
B
与ATP偶联，催化两分子底物合成一分子化合物
A+B+ATP
AB+ADP+Pi
（ 二 ） 存 在 部 位
胞内酶:在细胞内部起作用，催化细胞的合成 和呼吸 胞外酶 :能透过细胞，作用于细胞外的物质 （大分子）
细菌无摄食器官，遇到的是简单的溶解物质， (三)按作用底物不同分 通过胞内酶的作用；若遇到的是复杂的固体物质， 可把酶分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、 利用胞外酶将吸附在细胞周围的大分子物质水解为 纤维素酶、核糖核苷酶等（属于习惯性的 简单的小分子物质。 分类法）。
酶与一般催化剂的共同点
在反应前后没有质和量的变化； 只能催化热力学允许的化学反应；
只能加速可逆反应的进程，而不改变反
应的平衡点。
绝对专一性 一种酶作用于一种底物。如淀粉酶只能作用于 淀粉，而不作用于纤维素。 相对专一性
酶 催 化 作 用 的 专 一 性
催化具有相同化学键或基团的底物进行某种类型 O 的反应。如脂酶催化脂键，而对R基团没有严格 要求。 R C OR' 立体异构专一性 对底物的构象有特殊要求，往往只能催化 底物的一种立体化学结构。
k2 k3 Km k1
1）Km为酶的特征常数。只与酶的性质有关， 而与酶的浓度无关。 2）Km可表示酶与底物的亲和力。 Km越小， 酶与底物的亲和力越大。 同一种酶有几种底物就 有几个Km，其中Km最小的底物一般称为该酶的 天然底物或最适底物。
如：己糖激酶对葡萄糖的Km 1.5mmol/L 对果糖的Km 28mmol/L 所以葡萄糖为最适底物
能 量 非催化反应活化能 一般催化剂催 化反应的活化能 底物 反应总能量改变 产物 反 应 过 程 酶促反应 活化能
酶促反应活化能的改变
对环境敏感 容易发生变性、失活 。 反应条件温和 在常温、常压、接近中性的pH条件下发挥作用。
催化活性受调节控制
酶的活力在体内受到多方面因素的调控。 机体通过调节酶的活性和酶量，控制代谢 速度，以满足生命的各种需要和适应环境 的变化。
E+P
终产物
不稳定极易分解 酶的作用在于降低化学反应所需的活化能，而 中间产物ES的形成，使底物的活化能大大降低，从 而使反应加速。
2. 酶促反应动力学 并归纳为一个数学式：
V =Vmax[S]/（[S]+Km） 这一公式表示了底物浓度与反应速度的关系， 称为米氏方程，当底物浓度增加时，酶促反应速度 V趋近Vmax 。 Km被称为米氏常数,当V=1/2Vmax时，Km=[S]， 因 而Km是酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
有机磷化合物 羟基酶 巯基酶
解毒 -- -- -- 解磷定(PAM)
重金属离子及砷化合物
解毒 -- -- -- 二巯基丙醇(BAL)
（二） 可逆性抑制作用
* 概念
抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合 物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制 剂可用透析、超滤等方法除去。
活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合 活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象所必需。 催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
四、酶的分类和命名
（一）按照酶所催化的的化学反应，分为六大类： 1．水解酶：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等
结构元件构建成的总三维结构。蛋白质特定的空间构象是由氢键、 离子键、偶极与偶极间的相互作用、疏水作用等作用力维持的，疏 水作用是主要的作用力。有些蛋白质还涉及二硫键。
RNase结构
胰岛素的三级结构
磷酸丙糖异构酶
丙酮酸激酶
溶菌酶分子的三级结构
磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三 级结构
四级结构（quaternary structure）
亚基是由一条或几条多肽链在三级结构基础上形成的小单位。 四级结构是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为 有序排列的特定的空间结构。四级结构不是所有的蛋白质都具有。
血红蛋白
三、酶的活性中心
在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构 上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，与 酶催化作用直接有关的部位称为酶的活性中心。 活性部位包括：结合基团、催化基团
酶 被底 物饱 和
3） 温度
双重影响
温度升高，酶促反应速度 升高；温度升高10oC, 反应速 度增加一倍 由于酶的本质是蛋白质， 温度升高，可引起酶的变性， 从而反应速度降低 。

酶 活 性
温度
最适温度
最适反应温度：能形成 最大反应速度的温度.
低温的作用 : 贮存生物制品、菌种等 低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低， 但温度升高后，酶活性又可恢复。
5）激活剂对反应速度的影响 凡是能提高酶活性的物质都称为酶的激活剂。 其中大多为金属离子，如Mg2+、K+、Mn2+ ，少数 为阴离子如Cl- ，也有的为有机化合物，如维生素。 必需激活剂：对酶促反应不可缺少，与酶、 底物结合参加反应。 非必需激活剂： 有些激活剂不存在时，酶仍 有一定的催化活性。
高效性 催化效率比普通催化剂高出107～1013倍，如 1克结晶的α—淀粉酶，在65℃时，15分钟可使2 吨淀粉水解为糊精。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低 反应的活化能(activation energy)。酶比一般催 化剂更有效地降低反应的活化能。
活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
二级结构（secondary structure）
二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象， 是多肽链局部的空间结构（构象），主要有α －螺旋、β －折叠、β －转角等几 种形式，它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。
三级结构（tertiary structure）
三级结构主要针对球状蛋白质而言的，是指整条多肽链由二级
6）抑制剂对酶反应速度的影响
凡能使酶的催化活性下降甚至完全丧失，但 不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性 • 抑制剂对酶有一定选择性 • 引起变性的因素对酶没有选择性
抑制作用的类型
不可逆性抑制(irreversible inhibition) 可逆性抑制 (reversible inhibition)：
酶活性专一性的假说
锁-钥学说——刚性模式
酶的构型与底物刚好相吻合，底物分子刚好嵌 入酶的活性中心，与酶的构象互补，就和锁、钥一 样。酶、底物是刚性的，其形状不会改变，它不能 解释一种酶催化两个反应的现象。
诱导契合学说——柔性学说 酶的构型与底物并不吻合，当底物和酶接触时， 刚 柔 性 性 诱导酶分子的构象变化，使活性部位上的有关基团正 结 结 确排列和定向，进而使酶和底物契合而结合成中间产 合 合 物，引起底物发生反应。
六、影响酶反应速率的因素
概念 研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定 量的阐述。 影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。
1、酶促反应模式--中间产物学说: 1913年前后 Michaelis和Menten提出酶促反应动力学的基 本原理