生物化学I第9章 酶促反应动力学—第10章 酶的作用机制和酶的调节[可修改版ppt]
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《生物化学》酶的作用机制和酶的调节
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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(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。
第10章 酶的作用机制和酶的调节
某些酶活性部位的AA残基 酶 AA残基数 活性部位的AA残基 核糖核酸酶 124 His12, His119, Lys41
溶菌酶 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 木瓜蛋白酶 羧肽酶A 129 241 348 212 307 Asp52, Glu35 His57, Asp102, Ser195 Asp32, Asp215 Cys25, His159 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn 2+
（一）别构调控
1、别构酶的概念 别构酶也称变构酶，它是代谢过程中的关键酶。除了具有酶的 活性部位外，还有一个调节部位。通过效应物（调节物）和酶 的别构部位的结合来调节其活性，从而调节酶反应速度和代谢 过程。
2、别构效应（allosteric effect）：调节物或效应物
与酶分子上的别构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种 构象，使酶活性中心对底物的结合和催化作用受到影响，从而 调节酶反应速度及代谢过程，此效应即为酶的别构效应。 凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物或别构剂，通常为小 分子代谢物或辅因子。如因别构导致酶活性增加的物质称为正效应 物或别构激活剂。反之称为负效应物或别构抑制剂。
在非极性环境中两个带电基团之间的静电作用比在极性 环境中显著增高。当底物分子与酶的活性部位相结合， 就被埋没在疏水环境中，这里底物分子与催化基团之间 的作用力将比活性部位极性环境的作用力要强得多。这 一疏水的微环境大大有利于酶的催化作用。
三、
52
五、酶活性的调节控制
（三）研究酶活性部位的方法
1.酶分子侧链基团的化学修饰法
（1）非特异性共价修饰
某些化学试剂能和酶蛋白中氨基酸残基的侧链基团反应而 引起共价结合、氧化或还原等修饰反应，使基团的结构和 性质发生改变。如果某基团修饰后不引起酶活力的变化， 可以初步认为，此基团可能是非必需基团。反之，如修饰 后引起酶活力的降低或丧失，则此基团可能是酶的必需基 团。 修饰剂已和活性都位基团结合的鉴别标准有两个： ①酶活力的丧失速率和修饰剂浓度成正比。 ②底物或与活性部位结合的可逆抑制剂可保护共价修饰剂 的抑制作用。
溶菌酶 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 木瓜蛋白酶 羧肽酶A 129 241 348 212 307 Asp52, Glu35 His57, Asp102, Ser195 Asp32, Asp215 Cys25, His159 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn 2+
（一）别构调控
1、别构酶的概念 别构酶也称变构酶，它是代谢过程中的关键酶。除了具有酶的 活性部位外，还有一个调节部位。通过效应物（调节物）和酶 的别构部位的结合来调节其活性，从而调节酶反应速度和代谢 过程。
2、别构效应（allosteric effect）：调节物或效应物
与酶分子上的别构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种 构象，使酶活性中心对底物的结合和催化作用受到影响，从而 调节酶反应速度及代谢过程，此效应即为酶的别构效应。 凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物或别构剂，通常为小 分子代谢物或辅因子。如因别构导致酶活性增加的物质称为正效应 物或别构激活剂。反之称为负效应物或别构抑制剂。
在非极性环境中两个带电基团之间的静电作用比在极性 环境中显著增高。当底物分子与酶的活性部位相结合， 就被埋没在疏水环境中，这里底物分子与催化基团之间 的作用力将比活性部位极性环境的作用力要强得多。这 一疏水的微环境大大有利于酶的催化作用。
三、
52
五、酶活性的调节控制
（三）研究酶活性部位的方法
1.酶分子侧链基团的化学修饰法
（1）非特异性共价修饰
某些化学试剂能和酶蛋白中氨基酸残基的侧链基团反应而 引起共价结合、氧化或还原等修饰反应，使基团的结构和 性质发生改变。如果某基团修饰后不引起酶活力的变化， 可以初步认为，此基团可能是非必需基团。反之，如修饰 后引起酶活力的降低或丧失，则此基团可能是酶的必需基 团。 修饰剂已和活性都位基团结合的鉴别标准有两个： ①酶活力的丧失速率和修饰剂浓度成正比。 ②底物或与活性部位结合的可逆抑制剂可保护共价修饰剂 的抑制作用。
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胰蛋白酶
Gly216
Gly226
Asp189
有利于结合正电 荷的Lys,Arg,裂
解碱性AA
胰凝乳 蛋白酶
Ser189
疏水AA环绕的 口袋,大得足以容 纳一个芳香残基,
裂解芳香 AA(Phe,Tyr)
Val216
Thr226
弹性蛋白酶
Ser189
浅口袋,开口处有 大的Thr和Val,故
仅能容纳小的
活性中心内 必需基团
（活性中心）
结合基团 催化基团
活性中心外必需基团
(一)酶活性部位的特点
1、酶活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分(1-2%体积); 2、 ～是一个三维实体;并不是和底物的形状正好互补,而有个动态的
诱导契合过程; 3、 ～是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区); 4、底物通过次级键(较弱的力:氢键、盐键、范德华力和疏水相互作用)
别构酶的动力学
别构酶大都不遵循米氏动力学。 有正协同效应的别构酶其v-[S]
曲线具有S形,负协同则类似双 曲线,说明酶对底物浓度的敏感 性不同。 某些寡聚酶解离成单体后,失去 了别构调节能力,但仍保留活性, 其v-[S]曲线为米氏曲线。
别构效应物
别构效应物,也称别构调节物。依照他们对别构酶的动 力学过程的影响分为K系和V系。K系改变酶的K0、5, 不改变Vmax;V系改变Vmax ,不改变K0、5 。
AA
五、酶活性的调节控制
通过对酶的催化活性的调节,就能够达到调节代谢活动 的目的。
能够通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方 向发生改变的酶就称为限速酶或关键酶。
有些酶活性是能够自身调节的,这种酶称为调节酶 有两类调节酶,即别构调节酶和共价调节酶。
第10章酶的作用机制和酶的调节
第10章酶的作用机制和酶的调节第10章酶的作用机制和酶的调节教学目的：掌握酶的活性部位结构与功能、酶活性的别构调节、酶原激活，了解酶高效性原因教学重点：酶活性部位的结构与功能及酶的活性的别构调节教学难点：酶活性的别构调节教学方法：多媒体教学内容：一、酶的活性部位及确定方法（一）酶活性部位概念及特点1、酶的活性中心(活性部位):指酶分子中的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定空间结构的微小区域。
酶活性中心的基团,按其功能可分为结合基团和催化基团。
活性中心的基团都是维持酶活性的必需基团，2、酶活性部位的共同点：（1）酶活性部位仅占酶体积的很小一部分，通常只占整个酶分子体积的1~2%，酶分子是大分子物质，由很多氨基酸构成，而活性部位仅由几个氨基酸残基组成催化部位一般由2~3个氨基酸残基组成。
结合部位氨基酸残基数目，不同的酶有所不同。
可能是一个，也可能是多个。
（2）酶的活性部位具有三维结构，构成酶活性中心的基团，可位于同一条肽链上，也可位于不同的肽链上，在一级结构上可能相距甚远，但在空间结构上位置必须相互靠近；酶的空间结构受物理或化学因素影响时，酶的活性部位可能会遭破坏，酶会失活。
（3）活性中心的结合基团与底物专一性结合，这需要活性部位的基团精确排列。
活性部位具有一定的柔韧性,活性部位的结构并不是与底物的结构正好互补。
在酶与底物结合过程中，酶活性中心的构象在底物的诱导下可发生形变，然后嵌合互补形成中间产物，而底物在酶活性中心的诱导下也可发生形变，变的易与酶结合，有时是两者的构象同时发生变化后才互补契合（诱导契合学说）。
（4）酶活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内，底物分子或底物分子的一部分结合到裂缝中，裂缝内的非极性基团较多，形成一个疏水环境，提高与底物的结合能力，也有极性的氨基酸残基，以便与底物结合并催化底物发生反应。
（5）底物通过较弱的次级键与酶结合。
组成酶活性中心的氨基酸残基，常见的有：组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、半胱氨酸和酪氨酸3、研究酶活性部位的方法（1）共价修饰（2）亲和标记法（3）切除法（4）X射线晶体结构分析法二、酶促反应机制（一）基元催化的分子机制：酶的催化作用包括若干基元催化。
生物化学第10章酶的作用机制和酶的调节
溶菌酶的催化机制
Glu35酸催化
Asp52 的 负电荷稳 定正碳离 子
丝氨酸蛋白酶
丝氨酸蛋白酶是一个蛋白酶家族，这个家族 包 括 胰 蛋 白 酶 （ trypsin ） 、 胰 凝 乳 蛋 白 酶 （chymotrypsin）、弹性蛋白酶（elastase）、凝 血 酶 （ thrombin ） 、 枯 草 杆 菌 蛋 白 酶 （ subtilisin ） 、 纤 溶 酶 （ plasmin ） 、 组 织 纤 溶 酶原激活剂（tissue plasminogen activator，tPA） 等。它们的共同特征是活性部位有一个必需的丝 氨酸残基。
特异性共价修饰
此类修饰剂特异性地修饰酶活性部位的残基， 同时使酶失活。此类修饰剂与酶的活性部位特异 性结合，同时修饰酶活性部位的基团。例如二异 丙基氟磷酸（DFP）能特异性地与许多酶的活性 部位的Ser残基共价结合，使酶活力丧失，而不修 饰非活性部位的Ser残基。当用DFP修饰酶后，部 分水解酶蛋白，得到含有二异丙基磷酰基的肽段， 分析此肽段的氨基酸序列，可得到活性部位Ser附 近的肽链序列。
研究胰凝乳蛋白酶的人工底物
乙酸-p-硝基苯酯
苯甲酰丙氨酸甲酯
甲酰苯丙氨酸甲酯
乙酰苯丙氨酸甲酯
胰凝乳蛋白酶催化机制的 动力学研究
当大量胰凝乳蛋白酶用乙酸-p-硝基苯酯为底物 进行动力学研究时，反应分两个不同的阶段，反应 开始时以突发的速率生成p-硝基苯酚，随后出现一个 较慢的稳态速率。这是因为反应的第一步是底物与 酶结合后，反应释放出p-硝基苯酚，另一个产物乙酸 以乙酰基的形式结合在酶活性部位的Ser195上。第二 步是水分子攻击乙酰－酶复合物，释放出乙酸根离 子。第二步较缓慢，是限速步骤。
酶活性部位的特点Ⅰ
生物化学 第10章 酶作用机制和酶调节-精品文档
1、侧链基团化学修饰 2、动力学参数测定法
3、X射线晶体结构分析法
二、影响酶催化效率的有关因素
ห้องสมุดไป่ตู้
底物和酶的邻近效应与定向效应 底物的形变和诱导契合 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
（一）底物和酶的邻近效应与定向效应
邻近效应：在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的 亲和性，底物分子向酶的活性中心靠近，最终结合到 酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大 增加的效应。 定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱 导酶分子构象发生改变，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，同时使反应基团之间 的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进 行。
Chapter10 酶的作用机制和酶的调节
一、酶的活性部位
（一）酶活性部位的特点 在酶蛋白中只有少数特异的氨基酸残基参与底物结合及催化作用， 这些特异的氨基酸残基比较集中的区域，即与酶活力直接相关的区域 称为酶的活性部位或活性中心（通常将酶的结合部位和催化部位总称 为酶的活性部位或活性中心）。
（二）研究酶活性部位（活性中心）的方法
2. 掌握别构酶、同工酶的概念 3. 了解酶工程的含义及酶的应用
ATP
ADP
Thr Ser -OH
蛋白激酶
Thr Ser -O-PO32-
Tyr
蛋白磷酸酶 酶蛋白
Pi H2O
Tyr
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
四、同工酶
•
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，
而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学
性质不同的一组酶。
同工酶主要由于基因倍增（duplication）和 趋异（divergence）所致。
3、X射线晶体结构分析法
二、影响酶催化效率的有关因素
ห้องสมุดไป่ตู้
底物和酶的邻近效应与定向效应 底物的形变和诱导契合 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
（一）底物和酶的邻近效应与定向效应
邻近效应：在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的 亲和性，底物分子向酶的活性中心靠近，最终结合到 酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大 增加的效应。 定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱 导酶分子构象发生改变，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，同时使反应基团之间 的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进 行。
Chapter10 酶的作用机制和酶的调节
一、酶的活性部位
（一）酶活性部位的特点 在酶蛋白中只有少数特异的氨基酸残基参与底物结合及催化作用， 这些特异的氨基酸残基比较集中的区域，即与酶活力直接相关的区域 称为酶的活性部位或活性中心（通常将酶的结合部位和催化部位总称 为酶的活性部位或活性中心）。
（二）研究酶活性部位（活性中心）的方法
2. 掌握别构酶、同工酶的概念 3. 了解酶工程的含义及酶的应用
ATP
ADP
Thr Ser -OH
蛋白激酶
Thr Ser -O-PO32-
Tyr
蛋白磷酸酶 酶蛋白
Pi H2O
Tyr
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
四、同工酶
•
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，
而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学
性质不同的一组酶。
同工酶主要由于基因倍增（duplication）和 趋异（divergence）所致。
《生物化学》酶促反应动力学
k4
[ES]
(3)推导过程-1 由中间产物学说可知，酶促反应分两步进行
在稳态下,ES的生成速率与分解速率相等,达到动态平衡即:
VES生成 = VES分解
k1([E]- [ES]) [S]=(k2+ k3) [ES] 令Km = (k2+ k3)/ k1,则
([E]- [ES]) [S]/ [ES]= (k2+ k3)/ k1= Km
第二单元 酶化学
第8章 酶通论 第9章 酶促反应动力学 第10章 酶的作用机制和酶的调节
第9章 酶促反应动力学
一、化学动力学基础(P351) 二、底物浓度对酶反应速率的影响(P355) 三、酶的抑制作用(P368) 四、温度对酶反应的影响(P378) 五、pH对酶反应的影响(P379) 六、激活剂对酶反应的影响(P380)
1、不可逆的抑制作用
抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活力丧失， 不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活，称 为不可逆抑制（irreversible inhibition）。
2、可逆抑制作用
抑制剂与酶的必需基团以非共价键结合而引起酶活力丧 失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活， 称为可逆抑制（reversible inhibition）
4、抑制百分数：
i%= （1- a） × 100% = （1-vi/ v0）× 100%
（二）抑制作用的类型
抑制剂： 凡使酶的必需基团或酶的活性部位中的基团的化学
性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质， 称为抑制剂，用I表示，其作用称为抑制作用。
抑制作用一般分为: 不可逆抑制作用和可逆抑制作用两类。
的速率方程称为本征动力学方程，有具体的物理
王镜岩-生物化学I-第9章 酶促反应动力学—第10章 酶的作用机制和酶的调节
V 反 应 初 速 度
V=
V[S] Km + [S]
0
底 物 浓 度 [S]
反应初速度随底物浓度变化曲线
最 大 反 应 速 率
V
V
b.当[S]很大时 V=V[S]/[S]=V
0 级反应
V/2
a.当[S]很小时 V=V[S]/Km 一级反应
0 Km （米氏常数） [S]
混合级
米氏曲线
Km=?
V=
V[S] Km + [S]
②可以判断酶的专一性和天然底物
Km值最小的底物——最适底物/天然底物
1/Km近似表示酶对底物的亲和力： 1/Km越大、亲和力越大
k2>>k3时
Km= k2 + k3 k1
Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）
E+S k1 k2 ES k3 P+E
Km越小，亲和力越强。
[S]很小时，反应速度就能达到很大。
若 V＝V/2
• Km = [S]
V V [S] 1 ＝ 2 Km + [S]
Km + [S] = 2[S]
2、动力学参数的意义
（1）米氏常数Km的意义
V Vmax Vmax/2
Vmax 2
Km
[S]
Vmax[S] ＝ Km + [S]
Km＝[S]
∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
依据： 能否用透析、超滤等物理方法 除去抑制剂，使酶复活。
1、不可逆抑制作用 ：
不 可 逆 抑 制
抑制剂与酶必需基团以牢固的共价键相连 很多为剧毒物质
重金属、有机磷、有机汞、有机砷、
生物化学第9章 酶的作用机制和酶活性调节
（二）酶活性部位的特点
1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，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。 3.酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的， 而是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶 分子、有时是两者的构象同时发生了一定的变 化后才互补的，此时催化基团的位臵正好处在 所催化底物键的断裂和即将生成键的适当位臵， 这个动态辨认过程称为诱导契合（inducedfit）.
第4个糖残基D 环因空间原因 必须由正常的 椅式变形为能 量较高的半椅 式构象。因此 糖苷键的稳定 性降低，键容 易从此断裂。
3、电荷极化和多元催化
酶催化反应时常常是几个功能团适当排列共同 作用。如胰凝乳蛋白酶活性中心处三个氨基酸 残基组成“电荷中继网”，催化肽键水解；核 糖核酸酶催化水解时，His12起广义碱催化作 用，接受一个质子，而His119起广义酸作用， 和磷酸的氧原子形成氢键。
第9章 酶的作用机制和酶 的调节
主要内容
酶的活性部位及其确定方法 酶促反应机制 酶活性的别构调节 酶活性的共价调节 同工酶
11.1、酶的活性部位
（一）基本概念：酶的活性中心（active center） 是指结合底物和将底物转化为产物的区域，通 常是一级结构相隔很远，而三维结构比较靠近 的氨基酸残基形成的三维实体。酶的活性中心 包括两个功能部位：结合部位和催化部位。 1．结合部位（ Binding site） 酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结 合部位。此部位决定酶的专一性。 2．催化部位（ catalytic site ） 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催 化部位。此部位决定酶所催化反应的性质。
2）金属离子的催化作用：
酶的作用机制和酶的调节ppt课件
〔底1〕物T蛋h白r、质S被er磷、酸Ty化r、的A氨sp基、酸G残lu┉基P有-O两键类衔：接 〔2〕Lys、Arg、His┉P-N键衔接
主 要 是
Ser
Thr
Ca2+ 依赖性 蛋白激酶〔PKC)
六、同工酶〔isoenzyme〕
〔一〕定义： 催化一样的化学反响，但其
蛋白质分子构造、理化性质和免 疫性能等方面都存在明显差别的 一组酶。
〔二〕酶原的激活
酶原(zymogen)：酶的无活性的前体
酶原的激活：由无活性的酶原转变为有活 性的酶的过程。
酶原激活的意义：在特定的环境和条件下 发扬作用；防止细胞本身消化；有的酶原可 以视为酶的储存方式。
酶原激活的机理:
酶原 在特定条件下
一个或几个特定的肽键断裂，水解 掉一个或几个短肽
CTP反馈抑制ATCase
O HN
O
COON
H
ATP 别构激活剂 CTP 别构抑制剂
NH2
N
CTP（嘧啶生物合成的终端产物)
O
O
O
O
N
O- P O O-
PO O-
P O H2C O
-
OOH OH
调理亚基 催化亚基
② 3－磷酸甘油醛脱氢酶 具有负协同效应的别构酶代表
〔2〕别构酶的动力学
S形曲线〔正协同〕 表观双曲线〔负协同效应〕
——与酶的催化活性直接相关的化学基团 常见：His咪唑基、Ser-OH、
Gluγ-COOH、Cys-SH、Asp-OH 位于活性中心
必需基团 活性中心以外， 稳定分子构象
非必需基团
活性中心以外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
〔二〕 酶活性部位的特点
主 要 是
Ser
Thr
Ca2+ 依赖性 蛋白激酶〔PKC)
六、同工酶〔isoenzyme〕
〔一〕定义： 催化一样的化学反响，但其
蛋白质分子构造、理化性质和免 疫性能等方面都存在明显差别的 一组酶。
〔二〕酶原的激活
酶原(zymogen)：酶的无活性的前体
酶原的激活：由无活性的酶原转变为有活 性的酶的过程。
酶原激活的意义：在特定的环境和条件下 发扬作用；防止细胞本身消化；有的酶原可 以视为酶的储存方式。
酶原激活的机理:
酶原 在特定条件下
一个或几个特定的肽键断裂，水解 掉一个或几个短肽
CTP反馈抑制ATCase
O HN
O
COON
H
ATP 别构激活剂 CTP 别构抑制剂
NH2
N
CTP（嘧啶生物合成的终端产物)
O
O
O
O
N
O- P O O-
PO O-
P O H2C O
-
OOH OH
调理亚基 催化亚基
② 3－磷酸甘油醛脱氢酶 具有负协同效应的别构酶代表
〔2〕别构酶的动力学
S形曲线〔正协同〕 表观双曲线〔负协同效应〕
——与酶的催化活性直接相关的化学基团 常见：His咪唑基、Ser-OH、
Gluγ-COOH、Cys-SH、Asp-OH 位于活性中心
必需基团 活性中心以外， 稳定分子构象
非必需基团
活性中心以外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
〔二〕 酶活性部位的特点
生物化学第10章 酶的作用机理和酶的调节
在异促效应（heteroropic effect)中，调节部位与活性部位虽 然在空间上是分开的，但这两个部位可相互影响，通过构象的 变化，产生协同效应。
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
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
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V Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应
为混合级反应。
V Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度；
反应为零级反应
（一）中间络合物学说
k1 k3 E + S ES P + E
k2 k4
三个假设：
（1）E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而 ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于 慢反应即 V＝k3[ES]。
v = kc
C0
C0/2
0
t½
产物的增加
[P]
C 反应物的消耗
t
半衰期t1/2：有一半反应物转化为产物所需的时间
lnC0
k
lnC0/2
C
0
t½
t
当t=t½ 时，c=1/2c0,则t½＝0.693／k,即半衰期与反应
物的初浓度无关。
2.二级反应：
v = k（a- x）（b – x） a 、b：反应物A、B的初浓度 x：t时已发生反应的物质浓度 （a- x）、（b – x）： t时后A、B的浓度
生物化学I第9章 酶 促反应动力学—第 10章 酶的作用机制
和酶的调节
（一）反应速率及其测定
——以单位时间内反应物或生成物 浓度的改变来表示。
（二）反应分子数和反应级数
1.反应分子数：
——反应中真正相互作用的分子的数目 单分子反应：A P 双分子反应：A+B P+Q
• 单分子反应
v = kc
• 双分子反应
一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一 个常数。 [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
（3） kcat + [S]
∵Vmax=kcat[Et] ∴
k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES]
(Ⅰ)
E的质量平衡方程
[E]=[Et] - [ES]
(Ⅱ)
k1 E+S
k2
稳态时ES浓度不变
反应速度
k3
ES
P+E
V=k3[ES]
ES的生成速度=消耗速度
k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES]
E的质量平衡方程
米氏方程
[E]=[Et] - [ES]
V[S] V=
Km + [S]
V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et]
k2 + k3 Km=
k1
米氏常数
V 反 应
V[S] V=
初
Km + [S]
速
度
0
底 物 浓 度 [S]
反应初速度随底物浓度变化曲线
b.当[S]很大时
最V
大
V=V[S]/[S]=V
反V
应
速
率
混合级
V/2 a.当[S]很小时
➢ 底物浓度远远大于酶浓度。（[S] 》[E]）
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
❖ 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
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。
V=V[S]/Km 一级反应
0 Km （米氏常数）
[S]
米氏曲线
0 级反应
Km=?
V[S] V=
Km + [S]
若 V＝V/2
•Km = [S]
V1 ＝ V [S] 2 Km + [S] Km + [S] = 2[S]
2、动力学参数的意义
（1）米氏常数Km的意义
V
Vmax Vmax/2
Vmax 2
（2）S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初 始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。
（3）P→0 忽略 E+Pk4 ES 这步反应
E +S E S E +P
（二）酶促反应的动力学方程式 1、米氏方程的推导
❖ 1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底 物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程 式，简称米氏方程(Michaelis equation)。
1/Km近似表示酶对底物的亲和力： 1/Km越大、亲和力越大
k2>>k3时
k2 + k3 Km=
k1
Km≈k2（分离能力）/k1（亲合能力）
k1
k3
E+S
ES
P+E
k2
Km越小，亲和力越强。
[S]很小时，反应速度就能达到很大。
性能优，代谢中这类酶更为重要
③根据Km：
判断某[s]时v与Vmax的关系 判断抑制剂的类型
v = kc1c2 c 、c1、c2 ：反应物浓度（mol/l）
k：比例常数/反应速率常数
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。
双分子反应、一级反应
（三）各级反应的特征
1.一级反应：
反应速率与反应物浓度的一次方成正比。
Ｖ ── ＝ Vmax[S] Km + [S]
[S]：底物浓度 V：不同[S]时的反应速度 Vmax：最大反应速度(maximum velocity) Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
k1
k3
E+S
ES
P+E
k2
稳态时ES浓度不变
反应速度
(Ⅲ) V=k3[ES]
ES的生成速度=消耗速度
Km
[S]
＝ Vmax[S] Km + [S]
Km＝[S]
∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
①Km是酶的特性常数：
与pH 、温度、离子强度、酶及底物种类有关，与酶浓度无 关，可以鉴定酶。
②可以判断酶的专一性和天然底物
Km值最小的底物——最适底物/天然底物
3.零级反应： v = k
一级反应：半衰期与反应物的初浓度无关 二级反应：半衰期与反应物的初浓度成反比 零级反应：半衰期与反应物的初浓度成正比
二、底物浓度对酶反应速率的影响
研究前提
➢ 单底物、单产物反应；
➢ 酶促反应速度一般在规定的反应条件下， 用单位时间内底物的消耗量和产物的生成 量来表示；
➢ 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很 小（一般在5﹪以内）时的反应速度；
④ Km可帮助判断某代谢反应的方向和途径 催化可逆反应的酶对正/逆两向底物Km不同 —— Km较小者为主要底物
一底物多酶反应
乳酸脱氢酶
（1.7×10-5）
乳酸
丙酮酸
丙酮酸脱羧酶
（1.0×10-3）
丙酮酸脱氢酶
（1.3×10-3）
乙醛 乙酰CoA
丙酮酸浓度较低时： 代谢哪条途径决定于Km最小的酶
（2）Vmax和k3（kcat)的意义