第四部分_酶动力学分析及活性调节

第四部分：酶动力学分析及活性调节（赵武玲老师） ---橄榄枝整理

第一章 酶的化学本质

1. 酶的化学本质：绝大多数的酶是具有催化活性的蛋白质，有些RNA也具有催化活性（称为核酶）。

2. 酶与其它催化剂的共性：

a催化效率高；b只改变化学反应的速度，不改变化学反应的平衡；c降低反应所需的活化能 酶作为催化剂的特性：

a比非酶催化剂效率高；b作用条件温和；c具有高度专一性；d受严格调控

3. 酶的分类：

根据结构特点分：3种

单体酶（只含一条多肽链）；寡聚酶（含2条或2条以上）；多酶体系（几种酶比此嵌合形成的体系）。 根据酶的化学组成可以分为：2种

单成分酶；

双成分酶：酶蛋白和辅因子（辅酶和辅基），同时含有酶蛋白质和辅因子的双成分酶叫作全酶。

4. 双成分酶中：

酶蛋白决定反应的专一性，辅因子co-factor决定反应的性质：

辅基：与酶蛋白结合较为牢固，不易分离；辅酶：与酶蛋白结合较为松弛，易分离。其无严格界限

5. 酶的活性中心：（三个要点：定义、组成/结构、共同特征）

a定义：酶的活性中心是酶分子上直接与底物结合，并进行催化作用的部位。包括两个部位：结合部位：酶与底物结合的部位，决定酶的专一性；催化部位：参加催化的部位，决定酶的催化能力。 b组成/结构: 单成分酶的活性中心由酶蛋白上的少数几个氨基酸组成。

双成分酶中，除了酶蛋白上的几个氨基酸，辅基或辅酶分子上的某一部分往往也参与活性中心的组成。活性中心的基团都是必需基团。

c. 酶活性中心的共同特征:

(1)活性中心只占酶分子中很小的一部分;(2)活性中心具有三维结构;

(3)活性中心由疏水氨基酸形成口袋，极性氨基酸参与反应;(4)底物靠弱键与酶结合。

6. 酶的命名与分类：国际分类编号系统（六大类，顺序不可颠倒）

1.氧化还原酶类2.转移酶类3.水解酶类4.裂合酶类5.异构酶类6.连接酶类

国际分类编号方案：第一个数字：酶的类别；第二个数字：酶的亚类；第三个数字：酶的亚-亚类 第四个数字：酶在亚-亚类中的排序；编号前冠以EC，是国际酶学会缩写，如EC 4.1.1.1 7. 合酶与合成酶：合酶是催化加成反应的裂合酶；合成酶是反应需要ATP的参与，属于连接酶类。

8.酶作用的专一性：

结构专一性：键专一性、基团专一性、绝对专一性；

立体异构专一性：旋光异构专一性、几何异构专一性。

9. 酶作用专一性的假说--诱导契合学说：酶与底物在相互作用过程中，底物诱导酶活性中心发生构象变化，底物分子中的敏感键产生张力并“变形”。

10. 酶活力是酶催化一定化学反应的能力。表示方法：酶促反应速度、酶的活力单位

酶促反应速度：单位时间内，底物的消耗量或是产物的生成量。通常是测定反应的初速度。 1个酶活力单位，是指在特定条件下，在1min内转化1μmol底物的酶量，或是转化1μmol底物的有关基团的酶量。1 IU = 1μmol min-1

1个Kat是指在特定条件下每秒钟催化1mol底物所需的酶量。1 Kat = 1 mol s-1

酶的比活力Specific activity 反映了酶的纯度。单位：U /mg U-酶的活力单位，mg-蛋白质含量 酶的分离纯化方法与蛋白质的分离纯化方法相似，在分离纯化过程中，要注意：

必须保持酶的活力，必须随时跟踪酶的活力。

第二章 酶促反应动力学

1.米氏方程

KM ： 米氏常数，即酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。 V=1/2Vmax时，Km=[S]

2.kcat表示当酶被底物饱和时，每秒每摩尔酶分子将底物转换成产物的摩尔数。Kcat=Vmax/[E]T

3.米氏方程应用：

(1)要求反应速度v达到Vmax的99%，其底物浓度应为：

v= Vmax[S] /（KM+[S]） 99% Vmax = Vmax[S] /（KM+[S] ）99% × （KM+[S]）= [S] [S]=99 KM

(2) 已知某个酶的[S]=3KM，求反应速度v相当于Vmax的百分率。

v = Vmax[S]/ (KM + [S]) v = Vmax· 3 KM / (KM + 3 KM ) v = ¾ Vmax v = 75% Vmax

(3)双倒数作图法

例：一个酶促反应中，反应速度与底物浓度的值如下：

[S] (mmol· L-1): 2.0 3.3 5.0 10.0

v (mmol· L-1 min-1): 2.5 3.1 3.6 4.2

（1）请用双倒数作图法计算KM和Vmax并画图。

（2）如果酶的浓度为4×10-5 mmol· L-1，请计算kcat（提示：kcat是每秒每个活性中心的反应速度，单位是s-1）。

3.三种可逆的抑制作用比较：竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用、反竞争性抑制作用

不可逆抑制作用：有机磷化合物、有机汞、有机砷化合物、氰化物、烷化剂

4. 温度对反应速度的影响：最适温度；温度升高使酶促反应速度加快，但温度升高也可使酶变性 pH影响酶活性的原因：pH影响酶蛋白氨基酸侧链的解离；过酸、过碱影响酶蛋白的构象；pH影响底物的解离（这种情况比较少见）

第三章 酶的催化机制

1.过渡态学说：反应中，酶E与底物S形成不稳定的过渡态ES 复合物，ES 再分解成产物P和酶E。

2.过渡态：反应物的化学键处于即将生成或断裂的过程中；

活化能：反应物从基态达到过渡态所需的能量。

酶能短暂地与反应物结合形成过渡态，从而降低了活化能，活化能（ΔG ）与反应的速度有关。 但没有改变ΔG。反应体系的自由能变化（ΔG ）与反应的平衡有关。

3. 酶降低反应活化能的原因：

（1）关键原因是过渡态稳定作用：一个酶的活性中心应在形状和化学性质上与底物的过渡态互补。

（2）酶与底物的结合：临近效应与定向效应；酶与底物地结合是弱键；底物敏感键变形；酶的活性中心是疏水的口袋。

（3）酶对底物的催化：酸碱催化，共价催化，金属离子催化

（4）综合作用

4. 酶原激活：从酶无活性的前体转变为有活性的酶的过程。这个过程是不可逆的。

5.核酶是具有催化活性的RNA；抗体酶是具有催化活性的特殊抗体。

第四章 调节酶

1.别构酶：以构象变化影响催化活性的酶。别构酶都是寡聚酶

2. 别构效应：调节物与酶的别构中心结合后，引起酶蛋白构象的变化，影响酶的活性中心与底物结合，从而调节酶促反应的速度及代谢过程。

3.别构酶的特点：

（1）别构酶都是寡聚酶，分子中包括活性中心和别构中心；

（2）别构酶的亚基具有R、T两种构象，R型对底物亲和力高； T型对底物亲和力低。

（3）别构酶具有别构效应，通过酶分子本身的构象变化来改变酶的活性；

正、负别构调节剂：ATP是酶的激活剂，CTP是酶的抑制剂

（4）别构酶动力学曲线不符合典型的米氏方程，不呈双曲线而呈“S”形 ；

（5）别构酶大多处于代谢的关键位置。

作用机理：齐变模型、序变模型

4. 同工酶：催化的化学反应相同，而酶蛋白本身的结构和化学组成(亚基组成、氨基酸组成、理化性质和免疫性能）不同的酶；

酶分子的共价修饰: 在特殊酶的作用下，将一化学基团可逆地结合于酶的表面，使酶在有活性和无活性或高活性与低活性形式间转换，借以控制代谢的方向和速度。

诱导酶: 在细胞中加入特定的诱导物后，诱导产生的酶。其合成受到诱导物和遗传基因的双重调控。

第五章 维生素与辅酶

维生素是一类小分子有机化合物，是生物生长发育和代谢所必需的。

酶的分类：单成分酶；双成分酶：酶蛋白和辅因子（辅酶和辅基）。大多数水溶性维生素及其衍生物是辅酶或辅基的组成成分，如NADH、FADH2、CoA

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