生物化学第十章酶的作用机制和酶的调节
生物化学之酶ppt课件
与酶活性中心以外的部位结合，改变酶的空间构象，使酶活性降低或 丧失，如磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的抑制。
酶抑制剂的应用
医学领域
用于治疗疾病，如酶抑制剂作为抗病毒药 物、抗肿瘤药物和抗菌药物等。
生物工程领域
用于改造和优化生物催化剂的性能，提高 生物催化过程的效率和选择性。
农业领域
用于研发新型农药和除草剂，提高农作物 产量和品质。
来调节细胞内酶的含量。
酶抑制剂的分类与作用
不可逆抑制剂
与酶共价结合，使酶永久失活，如有机磷农药对乙酰胆碱酯酶的抑制 。
可逆抑制剂
与酶非共价结合，可通过物理或化学方法去除抑制剂而恢复酶活性， 包括竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂和反竞争性抑制剂。
竞争性抑制剂
与底物竞争酶的活性中心，降低酶对底物的亲和力，如丙二酸对琥珀 酸脱氢酶的抑制。
环境领域
用于治理环境污染，如利用酶抑制剂降解 有毒有害物质。
04
酶在生物体内的代谢
酶与生物氧化
酶催化生物氧化反应
生物氧化是在生物体内进行的氧化反 应，酶作为生物催化剂能够加速这些 反应的进行。
酶与抗氧化系统
生物体内存在抗氧化系统以抵抗氧化 应激，酶如超氧化物歧化酶（SOD） 等在此系统中发挥重要作用。
酶的结构与功能
结构
酶分子通常具有复杂的四级结构，包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（ α-螺旋、β-折叠等）、三级结构（整体折叠形态）和四级结构（亚基组成）。
功能
酶通过降低化学反应的活化能来加速反应速率，具有高效性、专一性和可调节 性等特点。此外，酶还能参与信号传导、物质运输和能量转换等生物过程。
酶抑制剂筛选方法
基于活性的筛选
生物化学中的酶调控机制
生物化学中的酶调控机制酶是生物体内的一类催化剂，具有提高化学反应速率、降低活化能等特点。
在生物体内，酶参与了许多重要的代谢途径，因此它们的活性需要受到调控，以维持正常的代谢水平。
酶的调控机制涉及了许多因素，包括基因调控、转录后修饰、孢霉素调控、抑制剂等，其中最为重要的是后者。
下面将对酶的调控机制进行详细介绍。
一、抑制剂调控抑制剂是一类化学物质，可以抑制酶的催化活性。
在生物体内，抑制剂的作用可分为竞争性抑制和非竞争性抑制两种。
竞争性抑制是指抑制剂与底物互相竞争结合活性中心，从而降低酶的催化作用。
非竞争性抑制是指抑制剂不与底物竞争结合，而是结合在酶的其他部位上，从而影响酶的构象，降低其催化活性。
抑制剂可以分为四类：竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂、不可逆抑制剂和反式调节剂。
竞争性抑制剂的作用机理是通过与底物竞争结合酶的活性中心，降低酶催化的速率和效率。
例如，甲状腺素合成过程中的酪氨酸加氧酶就会受到碘离子的竞争性抑制。
碘离子与酶的活性中心结合，阻止了底物酪氨酸的结合，从而降低了酶的催化活性。
非竞争性抑制剂是指抑制剂不与底物竞争，而是结合在酶分子的其他部位上。
非竞争性抑制剂结合酶分子的特定部位会引起构象改变，从而影响酶的催化活性。
这种调控机制常见于代谢途径中的反馈抑制。
例如，异亮氨酸在合成过程中，苏氨酸通过非竞争性抑制作用，在酶的外侧结合，使酶构象发生改变，从而降低了酶的催化作用。
不可逆抑制剂是指抑制剂与酶结合后，不再与酶分离，从而形成永久性的抑制作用。
这种调控机制经常产生在毒性物质中。
例如，实验室中常用硝酸银作为环状核苷酸序列的植物病毒检测试剂，它可以与DNA中的鸟嘌呤结合形成永久性复合物，从而抑制DNA聚合酶的活性。
反式调节剂是指一种物质，与酶结合后改变酶的构象和催化特性，但与抑制剂不同的是，调节剂可以使酶的催化活性增强或者降低。
这种调控机制常见于代谢途径中的反馈激活。
例如，某些代谢途径中积累的底物，会通过反式调节作用激活之前被抑制的酶，从而加速代谢速率。
生物化学讲义第十章物质代谢的联系和调节
生物化学讲义第十章物质代谢的联系和调节 【目的与要求】1.熟悉三大营养物质氧化供能的通常规律与相互关系。
2．熟悉糖、脂、蛋白质、核酸代谢之间的相互联系。
3．熟悉代谢调节的三种方式。
掌握代谢途径、关键酶（调节酶）的概念；掌握关键酶（调节酶）所催化反应的特点。
熟悉细胞内酶隔离分布的意义。
熟悉酶活性调节的方式。
4．掌握变构调节、变构酶、变构效应剂、调节亚基、催化亚基的概念；5．掌握酶的化学修饰调节的概念及要紧方式。
6．熟悉激素种类及其调节物质代谢的特点。
7．熟悉饥饿与应激状态下的代谢改变。
【本章重难点】1.物质代谢的相互联系2．物质代谢的调节方式及意义3．酶的变构调节、化学修饰、阻遏与诱导4．作用于细胞膜受体与细胞内受体的激素学习内容第一节物质代谢的联系第二节物质代谢的调节第一节物质代谢的联系一、营养物质代谢的共同规律物质代谢：机体与环境之间不断进行的物质交换，即物质代谢。
物质代谢是生命的本质特征，是生命活动的物质基础。
二、三大营养物质代谢的相互联系糖、脂与蛋白质是人体内的要紧供能物质。
它们的分解代谢有共同的代谢通路—三羧酸循环。
三羧酸循环是联系糖、脂与氨基酸代谢的纽带。
通过一些枢纽性中间产物，能够联系及沟通几条不一致的代谢通路。
对糖、脂与蛋白质三大营养物质之间相互转变的关系作简要说明：㈠糖可转变生成甘油三酯等脂类物质（除必需脂肪酸外），甘油三酯分解生成脂肪酸，脂肪酸经β-氧化生成乙酰CoA，乙酰CoA或者进入三羧酸循环或者生成酮体，因此甘油三酯的脂肪酸成分不易生糖，但甘油部分能够转变为磷酸丙糖而生糖，但是甘油只有三个碳原子，只占甘油三酯的很小部分。
㈡多数氨基酸是生糖或者生糖兼生酮氨基酸。
因此氨基酸转变成糖较为容易。
糖代谢的中间产物只能转变成非必需氨基酸，不能转变成必需氨基酸。
㈢少数氨基酸能够生酮，生糖氨基酸生糖后，也可转变为脂肪酸（除必需脂肪酸外），因此氨基酸转变成脂类较为容易。
脂肪酸经β-氧化生成乙酰CoA进入三羧酸循环后，即以CO2形式被分解。
生物化学 酶的作用机制与调节
研究酶活性部位的方法
化学修饰法
用某些化学试剂与酶分子侧链基团以共价键结合,观察酶的 活性改变,以确定活性中心的氨基酸残基
如果共价修饰后酶活性不受影响,则修饰的氨基酸残基不是 活性中心内的;如果酶活性丧失或降低,则修饰的氨基酸残基 可能位于活性中心内
2.广义酸碱催化
由广泛的质子供体(酸)和质子受体 (碱)参与的酸碱催化
生理条件不是强酸强碱而是近于中性 的环境,因此高反应性的H+和OH-环境 不存在
因此广义酸碱催化指的是细胞内的弱 酸弱碱参与的接受H+和提供H+的催化
①专一酸碱催化只与pH相关, 与缓冲液浓度无关
②广义酸碱催化与pH和缓冲 液浓度都相关
(NAG-NAM)n
5 4
3
1 2
N-乙酰氨基葡萄糖 NAG
①溶菌酶水解断开 NAM-NAG间的 β1,4-糖苷键
②溶菌酶不能水解
×
NAG-NAM间的
β1,4-糖苷键
③溶菌酶也能水解几丁 质(NAG多聚糖) NAG-NAG间的 β1,4-糖苷键
CH3 | R= -CH | COOH
乳酸基
酶的催化实例
酸嘧啶核苷 ③2’,3’-环磷酸核苷水解释放3’-磷酸核苷
酶的催化实例
胰核糖核酸酶A
酶活性中心的研究确定 A.酶切法
① 用枯草杆菌蛋白酶限制性水解20-21氨基酸残基间肽键,得到S 肽(20肽)和S蛋白(104肽),二者均无活性
② S肽与S蛋白在中性pH共育,可完全恢复活性 ③ 人工合成S肽氨基端的13个氨基酸与S蛋白共育,可恢复70%活性 ④ 去除人工肽His12和Met13的S肽,共育不能恢复活性
10第十章 酶的作用机制和酶的调节
第十章酶的作用机制和酶的调节目的和要求：理解、掌握酶活性部位的相关概念和特点；掌握酶催化高效性的相关机理；了解几种酶的催化机制，理解结构和功能的适应性；了解酶活性的调节方式，掌握酶活性的别构调节、可逆共价调节和酶原激活调节方式及生物代谢中的作用。
一、酶的活性部位㈠酶的活性部位的特点1、概念：三维结构上比较接近的少数特异的氨基酸残基参与底物的结合与催化作用，这一与酶活力直接相关的区域称酶的活性部位。
结合部位：专一性催化部位：催化能力，对需要辅酶的酶分子，辅酶或其一部分就是活性中心的组成部分；组成酶活性部位的氨基酸数目对不同酶而言存在差异，占整个酶氨基酸残基小部分酶活性部位的基团：亲核性基团，丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。
酸碱性基团：天冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。
2、特点⑴活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分（1%～2%）⑵酶的活性部位是一个三维实体⑶酶的活性部位并不是和底物的形状互补的⑷酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂隙内⑸底物通过次级键结合到酶上⑹酶活性部位具有柔性㈡研究酶活性部位的方法1、酶分子基团的侧链化学修饰⑴非特异性共价修饰：活力丧失程度与修饰剂浓度有正比关系；底物或可逆的抑制剂可保护共价修饰剂的修饰作用。
⑵特异性共价修饰：分离标记肽段，可判断活性部位的氨基酸残基，如二异丙基氟磷酸（DFP）专一性与胰凝乳蛋白酶活性部位丝氨酸残基的羟基结合。
⑶亲和标记：利用底物类似物和酶活性部位的特殊亲和力将酶加以修饰标记来研究酶活性部位的方法。
修饰剂的特点：①结构与底物类似，能专一性引入到酶活性部位；②具活泼化学基团，能与活性部位某一氨基酸共价结合，相应的试剂称“活性部位指示剂”。
胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶，TPE是酶的底物，TPCK是酶的亲和试剂，当酶与TPCK温浴后，酶活性丧失，这种结合具有空间结构的需求，同时也阻止其他试剂如DFP结合。
《生物化学》酶的作用机制和酶的调节
side view
胃蛋白酶原
在pH5.0以下断裂 切去44个氨基酸片断
胃蛋白酶
溶菌酶
必需基团
酶的活性中心往往只是包括酶蛋白的几个氨基酸残 基，而对于活性中心以外的氨基酸残基，并非是可有可无 的，有些氨基酸残基也是酶表现催化活性所必需的，称为 必需基团。因此酶的活性中心属于必需基团的一部分，必 需基团还包括其它一些对酶活性必需的氨基酸残基。
(五)金属离子催化
1、需要金属的酶分类 （1）金属酶 含紧密结合的金属离子，多属于过渡金 属离子如，Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、 Mn2+或Co3+。 （2）金属-激活酶 含松散结合的金属离子，通常为碱和碱 土金属离子，如Na+、K+、Mg2+或Ca2+。
(五)金属离子催化
2、金属离子以三种主要途径参加催化过程： （1）通过结合底物为反应定向 （2）通过可逆的改变金属离子的氧化态调 节氧化还原反应 （3）通过静电稳定或屏蔽负电荷
（一）酶活性部位的特点
1、活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分。 2、酶的活性部位是一个三维实体。 3、酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而 是在酶和底物结合的过程中，底物分子或酶分子, 有 时是二者构象同时发生变化后才互补的。 （诱导 契合学说）。 4、酶的活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内，底物 分子结合到裂缝内并发生催化作用。 5、底物通过次级键较弱的的力结合到酶上。 6、酶活性部位具有柔性或可运动性。
广义酸基团 （质子供体） 广义碱基团（质子受体）
(四)共价催化(covalent catalysis)
共价催化又称亲核催化或亲电子催化,在催化时, 亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或汲 取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心,迅 速形成不稳定的共价中间复合物,降低反应活化能, 使反应加速。
生物化学酶促反应动力学酶的作用机制和酶的调节讲课文档
初速度
产 酶促反应速度逐渐降低
物
0
时间
酶促反应的时间进展曲线
第十二页，共165页。
v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的 影响呈矩形双曲线关系。
V
反 应 初 速 度
0
底 物 浓 度 [S]
反应初速度随底物浓度变化曲线
第十三页，共165页。
V Vmax
[S] 当底物浓度较低时
反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。
活性部位基团）
第五十六页，共165页。
（1） 非专一性不可逆抑制剂
①重金属离子 Ag+ 、 Cu2+ 、 Hg2+ 、 Pb2+ 、 Fe3+
高浓度时可使酶蛋白变性失活； 低浓度时对酶活性产生抑制。
——通过加入EDTA解除
第五十七页，共165页。
②烷化剂（多为卤素化合物）
H2N-CH-COOH CH2 SH
单分子反应：A P
双分子反应：A+B P+Q
第四页，共165页。
• 单分子反应
v = kc
• 双分子反应
v = kc1c2 c 、c1、c2 ：反应物浓度（mol/l） k：比例常数/反应速率常数
第五页，共165页。
2.反应级数
能以v = kc表示，为一级反应； 能以v = kc1c2表示，则为二级反应； v 与反应物浓度无关，则为零级反应。
数。
[S]很大时， Vmax＝ k3[E] 。
k3表示当酶被底物饱和时，每秒钟每个酶分子转 换底物的分子数，
——又称为转换数、催化常数kcat kcat越大，酶的催化效率越高
第三十一页，共165页。
生物化学(第三版)第十章 酶的作用机制和酶的调节课后习题详细解答_ 复习重点
第十章酶的作用机制和酶的调节提要酶的活性部位对于不需要辅酶的酶来说，就是指酶分子中在三维结构上比较靠近的几个氨基酸残基负责与底物的结合与催化作用的部位，对于需要辅酶的酶来说，辅酶分子或辅酶分子上的某一部分结构，往往也是酶活性部位的组成部分。
酶活性部位有6个共同特点。
研究酶活性部位的方法有：酶分子侧链基团的化学修饰法，动力学参数测定法，X射线晶体结构分析法和定点诱变法，这些方法可互相配合以判断某个酶的活性部位。
酶是催化效率很高的生物催化剂，这是由酶分子的特殊结构所决定的。
经研究与酶催化效率的有关因素有7个，即底物和酶的邻近效应与定向效应，底物的形变与诱导契合，酸碱催化，共价催化，金属离子催化，多元催化和协同效应，活性部位微环境的影响。
但这些因素不是同时在一个酶中其作用，也不是一种因素在所有的酶中起作用，对于某一种酶来说，可能分别主要受一种或几种因素的影响。
研究酶催化的反应机制，始终是酶学研究的一个重点，通过大量的研究工作，已经对一些酶的作用机制有深入了解，该章对溶解酶、胰核糖核酸酶A、羧肽酶A、丝氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶等的催化作用机制进行了详尽的讨论。
酶活性是受各种因素调节控制的，除了在第8章中已介绍的几种因素外，主要还有①别构调节，例如ATCase。
②酶原的激活，如消化系统蛋白酶原的激活及凝血系统酶原的激活。
③可逆共价修饰调控，如蛋白质的磷酸化，一系列蛋白激酶的作用。
通过以上作用，使酶能在准确的时间和正确的地点表现出它们的活性。
别构酶一般都是寡聚酶，有催化部位和调节部位，别构酶往往催化多酶体系的第一步反应，受反应序列的终产物抑制，终产物与别构酶的调节部位相结合，由此调节多酶体系的反应速率。
别构酶有协同效应，[S]对υ的动力学曲线呈S形曲线（正协同）或表现双曲线（负协同），两者均不符合米氏方程。
ATCase作为别构酶的典型代表，已经测定了其三维结构，详细研究了别构机制和催化作用机制。
为了解释别构酶协同效应的机制，有两种分子模型受到人们重视，即协同模型和序变模型。
酶的活性调节机制
酶的活性调节机制酶是生物体内进行化学反应的催化剂，是维持生命活动所必需的蛋白质分子。
它们通过加速化学反应速度来促进代谢。
酶的活性非常关键，因为它们的反应速率直接影响着细胞的生长发育、代谢及其他生物学过程。
然而，一些因素，例如温度、pH值、离子浓度以及化学物质的存在，都可能会影响酶的活性水平。
为此，生物体内运用了多重机制来调节酶的活性，以保证其正常运作。
酶活性的基本原理酶在催化化学反应时，会使化学反应的能垒降低，从而降低反应的激活能，加速反应的发生。
换言之，酶活性的发挥取决于它与底物的相对亲和力以及结合的密切程度。
通常来讲，酶活性的强度可以通过测量催化剂的转化率来评估。
酶活性的调节机制几个关键的调节机制可以影响酶的活性，调节酶活性的机制的主要作用就是在正确的时间和地点对酶进行调节，以确保其正常的功能。
这些调节机制包括以下几种。
1. 反馈抑制反馈抑制是生物体内最常用的酶活性调节机制之一。
这种机制中，酶的反应产物会在合适的时间内抑制其自身。
例如，在细胞合成一定量的某种蛋白质时，产生的大量蛋白质会与酶反应底物结合，降低酶的活性，从而阻止进一步的蛋白质合成。
2. 磷酸化磷酸化是一种重要的酶活性调节机制，即通过加入磷酸分子改变蛋白质结构以及其功能。
磷酸化通常是通过酶的激酶来完成，激酶可以在复杂的信号转导通路中通过传递信号分子来反应一系列的生理和生化过程。
正如其名字所暗示的那样，磷酸化机制在蛋白质结构中加入磷酸分子，从而调节酶的活性。
3. 辅酶结合辅酶结合又称非蛋白质质子结合。
除蛋白质外，辅酶也能与酶结合形成活性，从而影响酶的催化反应。
辅酶能够影响酶活性的原因在于它们可以改变酶的构象，即蛋白质的三维结构，从而影响酶催化化学反应的位置和速率。
4. 竞争性抑制竞争性抑制是一种机制，即某些小分子物质会和酶底物竞争活性位点。
这类抑制物质的自身结构与底物相似，能够与酶在特定区域发生相互作用，从而影响酶活性。
竞争性抑制一般通过结合酶的活性位点来阻止底物的结合，从而抑制酶的正常催化反应。
生物化学学习题酶的催化作用和调控机制
生物化学学习题酶的催化作用和调控机制酶是生物体内的一类特殊蛋白质，它在生物化学过程中起着催化和调控作用。
酶的催化作用和调控机制是生物化学学习中的重要内容。
本文将通过解答一些生物化学学习题，来探讨酶的催化作用和调控机制的原理和应用。
1. 什么是酶的催化作用？酶的催化作用是指酶作为催化剂，在生物化学反应中加速反应速率而本身不参与反应的过程。
酶能够降低活化能，使反应更容易发生。
酶与底物结合形成酶-底物复合物，通过调整底物分子的构象，提供合适的反应环境或为反应过程提供必要的功能基团，从而促进和加速生物化学反应。
2. 酶的催化过程中发生了哪些重要事件？酶的催化过程中，发生了以下几个重要事件：（1）底物与酶结合：酶通过底物识别位点与底物结合，形成酶-底物复合物。
（2）底物结构改变：酶可以通过改变底物分子的构象，使之更有利于反应发生。
（3）催化反应：酶通过提供功能基团、调节反应环境等方式催化底物的转化，包括底物的分解、合成、转移等。
（4）生成产物：反应发生后，产生新的物质，酶释放产物，恢复到催化循环中。
3. 酶的活性如何被调控？酶的活性可以通过多种方式被调控，包括：（1）温度：酶的活性随着温度的变化而变化。
适宜的温度范围内，酶的活性增加，但过高或过低的温度会使酶的活性降低甚至失活。
（2）pH值：酶对pH值也非常敏感，适宜的pH值范围内酶的活性最高，但过高或过低的pH值会影响酶的构象和功能基团的离子化状态，从而影响酶的活性。
（3）底物浓度：酶的活性受底物浓度调控。
在底物浓度适宜时，酶的催化作用展现最佳效果，但当底物浓度过高时，酶的活性可能受到抑制。
（4）辅因子：某些酶活性依赖于辅助因子的存在，例如金属离子、辅酶等。
这些辅因子能够与酶结合，形成活性辅因子-酶复合物，从而激活酶的催化作用。
4. 酶在生物体内的调控机制有哪些？酶在生物体内的调控机制有多种，包括：（1）底物浓度反馈抑制：当底物浓度过高时，产物可以通过反馈抑制的方式抑制酶的活性，从而保持底物的代谢平衡。
生物化学之酶篇
一、酶1、活化能：在一定温度下1mol底物全部进入活化态所需要的自由能，单位为kJ/mol.2、酶作为生物催化剂的特点：(1)酶易失活（酶所催化反应都是在比较温和的常温、常压和接近中性酸碱条件下进行）。
(2)酶具有很高的催化效率。
用酶的转换数（TN,等于催化常数k cat)来表示酶的催化效率，是指在一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物分子数，或每秒钟每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数。
转换数变化范围为1到104。
(3)酶具有高度专一性所谓高度专一性是指酶对催化反应和反应物有严格的选择性。
酶往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质。
(4)酶活性受到调节和控制a、调节酶的浓度一种是诱导或抑制酶的合成；一种是调节酶的降解。
b、通过激素调节酶活性激素通过与细胞膜或细胞受体相结合一起一系列生物学效应，以此来调节酶活性。
c、反馈抑制调节酶活性许多小分子物质的合成是由一连串的反应组成的，催化物质生产的第一步的酶，往往被它的终产物抑制——反馈抑制。
d、抑制剂和激活剂对酶活性的调节e、其他调节方式通过别构调控、酶原激活、酶的可逆共价修饰和同工酶来调节酶活性。
3、酶的化学本质：除有催化活性的RNA之外几乎都是蛋白质。
注：酶的催化活性依赖于它们天然蛋白质构象的完整性，假若一种酶被变性或解离成亚基就失活。
因此，蛋白质酶的空间结构对它们的催化活性是必需的。
4、酶的化学组成a、按化学组成分为单纯蛋白质和、缀合蛋白质两类。
单纯蛋白质酶类，除了蛋白质外，不含其他物质，如脲酶、蛋白酶、脂肪酶和核糖核酸酶等。
缀合蛋白质酶类，除了蛋白质外，还要结合一些对热稳定的非蛋白质小分子物质或金属离子。
前者称为脱辅酶，后者称为辅因子。
即全酶=脱辅酶+辅因子。
b、根据辅因子与脱辅酶结合的松紧程度可分为辅酶和辅基。
辅酶：指与脱辅酶结合比较松弛的小分子有机物，通过透析方法可以除去，如辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ等。
辅基：指以共价键和脱辅酶结合，不能通过透析除去，需要经过一定的化学处理才能与蛋白质分开，如细胞色素氧化酶中的铁卟啉等。
酶的功能与调节
酶的功能与调节酶是生物体内一类特殊的蛋白质，它在生物化学反应中起到催化剂的作用。
酶能够降低反应的活化能，从而加速反应速率。
酶的功能与调节是生物体内许多生化过程的关键，对于维持生命活动具有重要意义。
一、酶的功能酶作为生物体内的催化剂，具有多种功能。
首先，酶能够促进化学反应的进行。
在生物体内，许多反应需要花费较高的能量才能达到活化能，而酶的存在可以降低这一活化能，使反应更容易发生。
例如，消化系统中的消化酶能够加速食物的分解，使其更容易被吸收和利用。
其次，酶还能够选择性地催化特定的反应。
酶具有高度特异性，只对特定的底物反应。
这种特异性使得酶能够在复杂的生物体内选择性地催化特定的反应，从而实现生物体内多样化的代谢过程。
此外，酶还能够调节反应速率。
酶的活性可以受到多种因素的调节，包括温度、pH值、底物浓度等。
通过这些调节，生物体能够根据需要调整酶的活性，从而适应不同的环境条件。
二、酶的调节酶的活性可以受到多种调节机制的影响。
其中，最常见的调节机制包括底物浓度调节、反馈抑制和酶的磷酸化。
底物浓度调节是指当底物浓度增加时，酶的活性也会增加。
这是因为酶与底物结合形成酶-底物复合物，而这种复合物有利于酶的活化。
当底物浓度增加时，酶-底物复合物的形成增多，从而增加了酶的活性。
反馈抑制是指当产物浓度增加时，酶的活性会受到抑制。
这是一种负反馈调节机制，通过抑制酶的活性来避免产物过量积累。
例如，生物体内的代谢途径中，当某一产物浓度过高时，它会与酶结合形成抑制复合物，从而抑制酶的活性，减少产物的生成。
酶的磷酸化是一种常见的调节机制。
磷酸化是指酶分子上的磷酸基团的添加或去除。
这种修饰可以改变酶的构象和活性，从而调节酶的功能。
例如，蛋白激酶可以通过磷酸化作用来激活或抑制特定的酶，从而调节细胞的信号传导和代谢过程。
三、酶的重要性酶作为生物体内的催化剂，对于维持生命活动具有重要意义。
首先，酶能够加速生物体内的代谢反应，从而促进物质的转化和能量的释放。
生物化学中酶的作用及其机制
生物化学中酶的作用及其机制酶是一种生物大分子催化剂，是生物体内普遍存在的重要蛋白质。
生物化学中酶的作用及其机制是一个常见的研究方向。
本文将从酶的定义、作用及其机制三个方面进行探讨。
一、酶的定义酶是一种特殊的生物大分子催化剂，可以加速生物体内化学反应的速率，但不参与反应本身的化学变化。
酶是一种蛋白质，在生物体内广泛存在于细胞质、膜、线粒体、溶酶体、叶绿体等细胞器中，对生物体内代谢、增长、分裂、运动等生命过程起着极为重要的作用。
二、酶的作用酶能够通过催化化学反应中活化能的降低，使反应速率显著提高。
在化学反应中，反应物先与酶的活性中心结合，形成一个反应物—酶的复合体，复合体经历一系列中间态，最终形成产物—酶的复合体，产物则与酶解离，继续进行下一个反应。
酶能够降低到达反应中间态的能量，从而加速反应速率。
酶的作用具有以下特点：1、酶的作用具有高效性。
在细胞内，反应物通过酶的作用加速反应速度，其速度约可提高100倍至10万倍。
2、酶的作用具有高度的选择性。
酶能够针对特定的反应物特异性地催化化学反应，即只能催化特定的底物，而不能催化其他底物的反应。
3、酶的活性受影响较大。
酶的活性受到环境、温度、pH值等多种因素的影响，因此在生物体内酶能够响应细胞内环境及需求的变化。
三、酶的机制酶的催化机制涉及多种类型，例如，酸碱催化、共价互变催化、金属离子催化、共价势能调控、亲近作用等。
以下是一些常见的酶催化机制的简单介绍。
1、酸碱催化在这种机制中，酶的催化作用是由于催化剂中存在可离子化的基团，如羧基（-COOH）、羟基（—OH）等，这些基团可以给底物提供质子或者从底物中脱去质子，从而加速反应或者变化反应过渡状态能量。
2、共价互变催化在这种机制中，催化剂与底物发生给电子捐赠或接受的反应，从而形成中间体，中间体经历水分解、氧化还原等反应，最终产生新的底物和催化剂。
3、金属离子催化在这种机制中，催化剂与底物中的可交换离子通过协同作用，促进反应继续进行，例如，酶中的铝离子、锌离子、铁离子、钾离子等都可以在催化转化过程中发挥作用。
11 酶的作用机制和调节-王镜岩生物化学(全)
三、酸碱催化
• 酸碱催化是通过瞬时的向反应物提供质子或从反 应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的一类催 化机制。
• 组氨酸的咪唑基的重要意义（许多酶的活性中心都有组 氨酸残基）
四、共价催化
• 共价催化：在催 化时，亲核基团 或亲电基团发生 亲核取代和亲电 加成反应， 通过共
价键与底物形成不 稳定的共价酶 - 底物 复合物 ， 降低反应 ：
糖原磷酸化酶
各种类型可逆的共价修饰
ATP结构式
ATP的形成
尿苷酸结构式
第四节 同 工 酶
1. 同工酶定义
• 同工酶是指催化相同的化学反应，但其 蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能 等方面都存在明显差异的一组酶。 • 存在部位：同工酶不仅存在于同一个体 的不同组织中，甚至同一组织、同一细 胞的不同亚细胞结构中。
6、底物通过次级键结合到酶上。
酶与底物结成ES复合物主要靠次级键： 氢键、盐键、范德华力和疏水相互作用
7、 酶活性部位相对于整个酶分子来
说更敏感 (变性时首先失活)
二、研究酶活性部位的方法
• 1．侧链基团的化学修饰法 • 可以被化学修饰的基团很多，如巯基、 羟基、咪唑基、氨基、羧基和胍基等。
• 2．定点诱变法
大增加了底物的有效浓度）
•定向效应是指反应物的反应 基团之间或酶的催化基团与底 物的反应基团之间的正确取位。
二、底物的形变和诱导契合
• 当酶遇到其专一性底 物时，酶中某些基团 或离子可以使底物分 子内敏感键的某些基 团的电子云密度增高 或降低，使敏感键的 一端更加敏感，底物 分子发生形变，底物 比较接近它的过渡态， 降低了反应活化能， 使反应易于发生。
酶催化机理的实例
胰凝乳蛋白酶（电荷中继网） 催化三联体 Asp---His---Ser
酶的结构和功能调控机制
酶的结构和功能调控机制酶是一种生物催化剂，它能够加速生物化学反应的进行，提高反应速率。
酶的结构和功能调控机制是研究酶学领域中的热点问题，其深入探究有重要的理论和实际应用价值。
一、酶的结构酶由蛋白质或核酸构成，具有特定的空间结构。
酶的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指酶分子的氨基酸序列，由蛋白质基因所决定。
二级结构是指氨基酸在空间中的排列方式，通常有α-螺旋和β-折叠。
三级结构是指酶分子的整体空间形态，主要由氨基酸残基之间的作用力决定。
四级结构是指由两个或多个蛋白质亚基组成的酶分子的整体空间结构。
酶的结构对其功能至关重要，因为酶分子的结构决定了其活性中心的空间和化学特性。
二、酶的功能酶的主要功能是催化生物化学反应，其反应速率比非催化情况下的速率要快得多。
酶催化反应的速率受多种因素的影响，包括物理条件（温度、pH值等）和化学条件（反应物浓度、反应物结构等）。
酶的催化机理多种多样，可以分为两类：酸碱催化和亲合催化。
酸碱催化是指酶分子中存在酸性或碱性氨基酸残基，它们能够提供或吸收质子以促使反应进行。
亲合催化是指酶分子通过与反应物间的氢键、非共价键等作用力相互结合，从而达到提高反应速率的效果。
三、酶的调控机制酶的调控机制主要包括底物浓度调控、信号调控和结构调控等。
底物浓度调控是指底物浓度对酶催化反应速率的调控作用。
当底物浓度增加时，酶催化反应速率也随之增加，直到反应达到饱和状态。
信号调控是指外源性信号分子（如激素、细胞因子等）对酶的活性进行调节。
这种调节方式通常通过在酶的结构上引入相互作用来实现。
结构调控是指酶分子在空间构型上的调节，通过与辅助分子的相互作用来实现酶催化功能的启动和终止。
四、酶的应用酶在生物工程、食品科学、医药化学等领域有广泛的应用。
例如，酶在面包和奶酪制作中被广泛使用，可以提高产品的质量和产量；酶在医学中的应用，如DNA酶和RNA酶，可以用于分析基因序列和研究生物分子的功能等。
生物化学中的酶催化机理和反应调节
生物化学中的酶催化机理和反应调节生物化学是研究生命体系中各种化学反应的科学，其中重要的一部分就是酶催化机理和反应调节。
酶是一种催化剂，能够加速化学反应的速率，而且是高度选择性的，只作用于特定的底物分子。
酶催化机理的探究历史可以追溯到19世纪末，后来发现酶是种蛋白质，酶的催化反应具有活性位点，并且与底物特异性相关。
酶的运转机理是很复杂的，但一般可以分为酶的底物结合、酶催化底物转化、产品的释放三个方面。
酶与底物结合的过程可以通过酶底物复合物能量来描述，ΔG反映的是酶底物复合物的稳定程度。
当ΔG<0时，说明反应向前进行，能够释放自由能，反之，如果ΔG>0，则说明反应不利于放能反应。
酶与底物结合形成的酶底物复合物会经历过渡态，然后变成反应物中间体，最后输出产物。
酶的催化底物转化过程是多种因素相互作用的结果，其中最重要的因素是亲合力和底物取向。
酶的亲合力强，底物容易结合，因此可以有效地提高反应速率。
底物的取向是酶催化过程中的关键因素之一，因为酶只能作用于特定的底物分子，因此底物的取向也会影响酶与底物的结合程度。
此外，科学家们还研究了许多不同类型的酶，如氧化酶、羧化酶、水解酶等，它们的催化机理也不会完全相同。
反应调节是指在反应过程中调节反应速率的过程，常见的为反馈抑制和激活。
反馈抑制是指高浓度的产物能够抑制酶催化反应的速率，而激活则是指诸如激素、离子等会增强酶的活性。
我们可以以糖元代谢途径为例，这是一套复杂的反应过程，其中磷酸果糖激酶就是一个被调节的酶，如果磷酸果糖浓度过高，就会导致反馈抑制，从而降低底物的反应速率，这也是人体内糖分代谢调节的一种常见方式。
总的来说，生物化学的酶催化机理和反应调节是一个极为复杂的过程，涉及多个因素相互作用的结果。
在未来的研究中，我们需要更深入地探究酶催化反应的机理，加深我们对生命体系内化学反应的理解。
生物化学第10章 酶的作用机理和酶的调节
别够调节可发生在底物-底物、调节物-底物、调节物-调节 物之间，可以是正协同也可以是负协同。
2.别构酶的动力学
别构酶的[S]对V0的动力学曲线不是双曲线，而是S形曲线（正协 同）或表观双曲线（负协同），二者均不符合米氏方程。
定向效应: 底物会诱导酶分子构象改变，使酶活性中心的相 关基团和底物的反应基团正确定向排列，使反应基团之间 的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。
2. 底物的形变(distortion)与诱导契合
当酶遇到其底物时，酶中某些基团或离子可以使底物分子 内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，产生“电子 张力”，使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变，底物 比较接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生。
[S] (10-4molL-1)
(NAG)2 (NAG)3 (NAG)4 (NAG)5 (NAG)6 (NAG)8
相对水解率
0 1 8 4000 30000 30000
××
ABCDEF
NAG-NAM-NAG-NAM-NAG-NAM
××
NAG-NAG-NAG
NAG-NAG-NAG-NAG NAG-NAG-NAG-NAG-NAG NAG-NAM-NAG-NAM-NAG-NAM
酶与底物给合时构象变化的示意图
3.多元催化和协同效应
在酶催化反应中，几个基元催化反应配合在一起起作用， 如：胰凝乳蛋白酶是通过Asp102, His57,Ser195组成电荷中继网 催化肽键水解，包括亲核和酸碱共同催化共同作用。
4. 活性部位微环境的影响
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上海大学生命科学学院
（四）共价催化
酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性 很高的共价中间物。 催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物， 使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共 价催化。
酶亲核基团：Ser-OH，Cys-SH， His-N、Asp-COOH； 底物亲电中心：磷酰基（-P=O）， 酰基（-C=O），糖基（Glu-C-OH） 某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷 酸吡哆醛等也可以参与共价催化 作用。
2006-1-7
上海大学生命科学学院
ATCase变构效应的动力学特征
Vmax
1/2Vmax Km
C CC
RR RR RR
C CC
低催化活性构象
T(tense) - 态
ATP（正效应剂） CTP（负效应剂）
CCC
RR RR RR
CCC
高催化活性构象
R(relax) -态
别构酶的齐变模型
T状态（对称亚基）
要的生物学意义。
2006-1-7
上海大学生命科学学院
A--非调节酶 B-正协同别构酶
的S形曲线
当底物浓度发生很小 的变化时，别构酶就 极大地控制着反应速 度。 在正协同效应中使得 酶反应速度对底物浓 度的变化极为敏感。
别构酶与米氏酶的动力学曲线比较
区分酶的类型有两种标准
a. Koshland标准：CI（cooperativity index）协同 指数：酶分子中的结合位点被底物饱和90%和10%时底 物浓度的比值。亦称饱和比值Rs(saturation ratio)
（三）酸碱催化
酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体的作用。
影响酸碱催化反应速 度的两个因素 ⑴酸碱强度(pK值）。 组氨酸咪唑基的解离 常 数 为 6 ， 在 pH6 附 近 给出质子和结合质子 能力相同，是最活泼 的催化基团。 ⑵给出质子或结合质 子的速度。咪唑基最 快 ， 半 寿 期 小 于 10-10 秒 2006-1-7
2006用-1-7。
上海大学生命科学学院
酶活性部位的特点：
（1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分， 往往只占整个酶分子体积的1%-2% ；
（2）酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结 构。 活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物接触 时表现出一定的柔性和运动性。（邹承鲁研究酶变性的 工作）
（2）辅助残基：不与底物接触，辅助酶与底物结合，协助
接触残基。
上述两类残基构成酶活性中心。
（3）结构残基：维持酶分子三维构象，与酶活性相关，但
不在酶活性中心范围内，属于酶活性中心以外的必需残基。
上述三类残基统称酶的必需基团
（4）非贡献残基（非必需基团）
可能在免疫，酶活性调节，运输转移，防止降解等方面起作
频率最高的活性中心的氨基酸残基：Ser、His、Cys、 Tyr、Asp、Glu、Lys。
不需要辅酶的酶：活性中心是酶分子在三维结构上比较 靠近的少数几个氨基酸残基或是这些残基的某些基团。
需要辅酶的酶：辅酶分子或辅酶分子的某一部分结构往
往就是活性中心的组成部分。
2006-1-7
上海大学生命科学学院
2006-1-7
导 致 酶 活 性 增 加 的 物 质 称 为 正 效 应 物 (positive
effector) 或 别 构 激 活 剂 ， 反 之 称 负 效 应 物 (negative
effector)或别构抑制剂。
别构调节普遍存在于生物界，许多代谢途径的关键酶利用
别构调节来控制代谢途径之间的平衡，研究别构调控有重
2006-1-7
上海大学生命科学学院
（六）多元催化和协同效应
在酶催化反应中，常常是几个基元催化反应配合在一 起共同起作用。
2006-1-7
上海大学生命科学学院
（七）活性部位微环境的影响
⑴ 疏水环境 介电常数低，加强极性基团间的作用。
⑵电荷环境 在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡 态的离子
（广义酸碱催化）
溶菌酶催化反应机理
HO - E环
H2O
C1+
极性区
（二）RNase A
2006-1-7
RNase-底物复合物
上海大学生命科学学院
RNase活性中心的酸碱催化机理
核糖核酸链受Rnase水解的位点
（三）羧肽酶 A
2006-1-7
羧肽酶活性中心Zn2+的中心作用
上海大学生命科学学院
量起调节作用的关键酶或限速酶。
由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样，在体 内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应 ，所以日益引人注目。
A Ea-b B
Ec-d D C
E
P1
Ec-g G
（3）通过诱导契合酶和底物结合；
（4）酶的活性部位是位于酶表面的一个裂隙内，裂隙 内是一个相当疏水的环境，从而有利于同底物的结合；
（5）底物通过次级键较弱的力结合到酶上。
2006-1-7
上海大学生命科学学院
（二）研究酶活性部位的方法
（1）通过酶的专一性：研究酶的专一性底物的结构特 点、酶的竞争性抑制剂结构特点等。 （2）酶的化学修饰法：例如1.用共价修饰的试剂作用 于酶，查明保持酶活力的必需基团；2.亲和标记（合成 底物类似物）；3.—SH保护剂的使用。 （3）X射线晶体衍射法 （4）分子生物学的方法
2006-1-7
上海大学生命科学学院
四、酶催化反应机制的实例
（一）溶菌酶（lysozyme）
NAG:N-乙酰氨基葡萄糖 NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸
2006-1-7
上海大学生命科学学院
酶切位点
溶菌酶-底物复合物
Asp52
（极性区）
Glu35
（非极性区）
溶菌酶活性中心与底物结合示意图
非极性区
第十章 酶的作用机制和酶的调节
一、酶的活性部位 二、酶催化反应的独特性质 三、影响酶催化效率的有关因素 四、酶催化反应机制的实例 五、酶活性的调节控制 六、同工酶
2006-1-7
上海大学生命科学学院
一、酶的活性部位
（一）酶活性部位的特点
活性中心：酶分子中结合底物并起催化作用的少数氨基 酸残基，包括底物结合部位（决定酶的专一性）、催化 部位（决定酶所催化反应的性质）。
c3r3)
ATCase
上海大学生命科学学院
ATCase的别构过渡作用
C CC
RR RR RR
2006-1-7
C CC
低催化活性构象
T(tense) - 态
PALA
CCC
RR RR RR
上海大学生命科学学院
CCC
高催化活性构象
R(relax) -态
PALA(N-磷乙酰-L-天冬氨酸)结合到ATCase活性中心的模型
2006-1-7
上海大学生命科学学院
邻近效应与定向效应对反应速度的影响： ①使底物浓度在活性中心附近很高 ②酶对底物分子的电子轨道具有导向作用 ③酶使分子间反应转变成分子内反应 ④邻近效应和定向效应对底物起固定作用
2006-1-7
上海大学生命科学学院
（二）底物的形变和诱导契合
酶中某些基团可使底物分子的敏感键中某些基团的电子云 密度变化，产生电子张力，降低了底物的活化能。
2006-1-7
羧肽酶活性中心必需基团与底物 间的结合
上海大学生命科学学院
羧 肽 酶 结 合 底 物 前 后 构 象 变 化
2006-1-7
Zn
Zn 上海大学生命科学学院
2006-1-7
145
羧肽酶活性中心的共价催化机理
上海大学生命科学学院
（四）丝氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）
Ser195 His57 Asp102
合后导致酶分子发生构象改变，进而改变酶的活性状态，
称为酶的别构调节(allosteric regulation)，具有这种
调节作用的酶称别构酶(allosteric enzyme)。别构酶促
反应底物浓度和反应速度的关系不符合米氏方程，呈S型
曲线。
凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物
(effector)，通常为小分子代谢物或辅因子。如因别构
酶与底物结合达90%饱和度时底物浓度
Rs=
酶与底物结合达10%饱和度时底物浓度
Rs=81 米氏类型酶 Rs81 具有正协同效应的别构酶 Rs81 具有负协同效应的别构酶
b.Hill系数：
Hill系数=1 米氏类型酶 Hill系数1 具有正协同效应的别构酶 Hill系数1 具有负协同效应的别构酶
SS
R状态（对称亚基）
S SS S
SS S SS
S
SS
对称亚基
齐步变化
对称亚基
2006-1-7
上海大学生命科学学院
（二）酶的共价修饰
某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共
价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性
。这类酶称为共价修饰酶。目前发现有数百种酶被翻译后都要
进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流
2006-1-7
上海大学生命科学学院
二、酶催化反应的独特性质
（1）酶反应分为两类：仅涉及电子转移和涉及电子和 质子两者或者其他基团的转移。 （2）催化作用是以氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为 媒介。 （3）酶催化反应的最适pH范围通常狭小。 （4）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些， 一个巨大的酶结构对稳定活性部位的构象是必要的。 （5）酶具有复杂的折叠结构。
氨甲酰磷酸
ATCase
天冬氨酸
+-
ATP