【導(dǎo)讀】本章是《生物化學(xué)》課程的第一章，主要目的是要讓學(xué)生了解生物化學(xué)的定。義、發(fā)展歷史、總體內(nèi)涵、在生命科學(xué)中所其的作用、以及目前所取得的最新進(jìn)。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的工作所起的歷史性作用，爭(zhēng)取體起學(xué)生學(xué)習(xí)《生物化學(xué)》的興。趣，介紹重要雜志和國(guó)內(nèi)外的教材。生物化學(xué)的基本定義。生物化學(xué)隨物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)的發(fā)展而創(chuàng)生和發(fā)展。著名生物化學(xué)家的作用。生物化學(xué)技術(shù)的改進(jìn)。性、非極性、特殊氨基酸的特性、和兩羧基一氨基、兩氨基一羧集氨基酸的等電點(diǎn)。堿水解得色氨酸，其余氨基酸消旋破壞。酶水解不消旋破壞，但水解不徹底。生物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)氨基酸180種，常見氨基酸20種。每個(gè)氨基酸可用三個(gè)字母或單字母簡(jiǎn)寫表示。氨基酸或其它帶電顆粒處于凈電荷為零的兼性離子狀態(tài)時(shí)介質(zhì)的pH值，用pI表示，系等；4、蛋白質(zhì)測(cè)序的基本思路；5、蛋白質(zhì)

　　

【正文】 61 年訂立）， 1IU = 1μ mol/min。 酶活力國(guó)際單位，即 Katal（簡(jiǎn)稱 Kat）單位。在最適條件下，每秒鐘能催化 1mol 底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，定為 1Kat 單位。 1 Kat = 1 = 60 106 IU （ 1972 年定）。 酶活力習(xí)慣沿用單位：每小時(shí)催化 1g 或 1mL 底物所需要的酶量。表示不夠嚴(yán)格，但方便。 （三） 酶的比活力： 每 mg 酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)。對(duì)同一種酶，比活力越大，酶的純度越高，一般用 U/mg 蛋白表示；對(duì)酶制劑為 U/g 酶制劑或 U/mL 酶制劑（表示酶含量）。 比活力大小表示單位蛋白質(zhì)的催化能力。 （四） 酶活力測(cè)定方法： 1. 分光光度法：底物和產(chǎn)物在紫外或可見光部分光吸收不同。 2. 熒光法：靈敏度高。 3. 同位素法：靈敏度極高，用 3H、 14C、 32P、 131I 等標(biāo)記化合物。 167。 2． 6 酶工程簡(jiǎn)介： P344 研究酶制劑在工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用，分為化學(xué)酶工程和生物酶工程。 （一） 天然酶已被廣泛應(yīng)用： 加酶洗衣粉（蛋白酶），食品飲料防腐（溶菌酶），紡織布褪漿（淀粉酶），皮革軟化脫毛（蛋白酶），澄清果汁（果膠酶）等；醫(yī)療上用 L門冬酰胺酶抗腫瘤，脲酶治尿毒癥等。 （二） 化學(xué)修飾酶： 對(duì)酶分子進(jìn)行化學(xué)修飾，改善酶的性能。如抗白血病藥物 L門冬酰胺酶游離氨基用HNO2 脫氨基或?；墒姑阜€(wěn)定性有很大提高；用葡聚糖修飾超氧化歧化酶 SOD，可使其半衰期幾十倍增長(zhǎng)，抗原性消失，耐熱性提高。 （三） 固定化 酶： 將水溶性酶用物理或化學(xué)方法處理，使之成為不溶于水，但仍具有酶活性的制劑稱為固定化酶。 （ 1） 吸附法：將酶蛋白吸附在不溶性載體上，如活性炭，硅膠，分子篩，微孔玻璃，纖維素和離子交換樹脂上。 如用葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶制備的固定化酶已大規(guī)模用于從淀粉經(jīng)葡萄糖制備果糖，用于替代蔗糖。 （ 2） 共價(jià)偶聯(lián)法：將酶蛋白上的非必需側(cè)鏈基團(tuán)與載體上的基團(tuán)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵結(jié)合。載體可用天然和合成高分子聚合物，將載體官能團(tuán)活化連接上間隔臂后，再在溫和條件下與酶偶聯(lián)，間隔臂使酶分子與載體骨架有一定距離，使底物與酶易接近。 （ 3） 交聯(lián) 法：用雙功能試劑，如戊二醛等將酶分子交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為不溶性酶。 常與吸附法或包埋法結(jié)合使用。 （ 4） 包埋法：將酶包裹在凝膠的細(xì)微格子中或被半透性聚合膜所包圍。小分子底物和產(chǎn)物可自由通過(guò)，而酶固定其中。 包埋法還可包埋固定化細(xì)胞、細(xì)胞器、菌體等。 （四） 人工模擬酶： 根據(jù)酶的結(jié)構(gòu)、功能以及催化機(jī)制，用化學(xué)合成法合成具有酶催化活性的人工酶制劑。如環(huán)糊精模擬酶，見 P347 圖 817。 有的模擬酶作用方式，有的模擬酶的活性中心。 第 9 章、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（ P351） 本章是酶學(xué)中的重點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)必須掌握酶的動(dòng)力學(xué)參數(shù) 、米氏方程、酶和底物之間的關(guān)系等。講授的主要內(nèi)容是： （一） 底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響 用反應(yīng)初速度 v 對(duì)底物濃度 [S]作圖得 P355 圖 96。 曲線分以下幾段： （ 1） OA 段：反應(yīng)底物濃度較低時(shí) v 與 [S]成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)， v = k[S]。 根據(jù)酶底物中間絡(luò)合物學(xué)說(shuō)，酶催化反應(yīng)時(shí)，首先和底物結(jié)合生成中間復(fù)合物 ES，然后再生成產(chǎn)物 P，并釋放出 E。 E + S = ES → P + E OA 段上，底物濃度小，酶未被底物飽和，有剩余酶，反應(yīng)速率取決于 ES 濃度，與[S]呈線性關(guān)系， v 正比于 [S]。 （ 2） AB 段：反應(yīng)速度不再按正比升高，表現(xiàn)為混合級(jí)反應(yīng)。此時(shí)酶漸漸為底物飽和，[ES]慢慢增加， v 也慢慢增加，為分?jǐn)?shù)級(jí)反應(yīng)。 （ 3） BC 段：反應(yīng)速度趨于 Vmax，為零級(jí)反應(yīng)，酶促反應(yīng)表現(xiàn)出飽和現(xiàn)象。此時(shí)底物過(guò)量 [S][E], [E]已全部轉(zhuǎn)為 [ES]而恒定，因此反應(yīng)速率也恒定，為最大反應(yīng)速率，Vmax為 [E]所決定。 非催化反應(yīng)無(wú)此飽和現(xiàn)象。 酶與底物形成中間復(fù)合物已得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。 （二） 酶促反應(yīng)力學(xué)方程式 （ 1） 米氏方程推導(dǎo) 1913 年 Michaelis 和 Menten 提出并推導(dǎo)出表示 [S]與 v之間定量關(guān)系的米氏方程 Vmax[S] V = Km + [S] Km：米氏常數(shù)，物理意義為反應(yīng)速率為最大速率 Vmax 一半時(shí)底物的濃度，單位與底物濃度同。 推導(dǎo)：酶促反應(yīng)分兩步進(jìn)行。 k1 k3 E + S ES → P + E k2 v = k3 [ES] 一般 k3 為限速步驟 v = k3 [ES] ? ① 1. [ES] 生成速率： d[ES]/dt = k1([E] [ES]) [S] 2. [ES]分解速率： d[ES] / dt = k2 [ES] + k3 [ES] = (k2 + k3) [ES] 3. 穩(wěn)態(tài)下 [ES]不變， ES 生成速率和分解速率相等： k1 ([E] [ES]) [S] = (k2+k3) [ES] 4. 引入 Km： 令 Km = k2+k3 / k1 代入 Km = ([E] [ES]) [S] / [ES] , Km [ES] = [E] [S] [S] [ES], [ES] (Km + S) = [E] [S], [ES] = [E] [S] / Km+[S], 5. 代入 ① 式： v = k3 [ES] = k3 [E] [S] / Km + [S] ? ② 6. 引入 Vmax：為所有酶都被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速率，即此時(shí) [E]= [ES] Vmax = k3 [ES] = k3 [E] 代入 ② 式： v = Vmax [S] / Km + [S] 米氏方程表示 Km及 Vmax已知時(shí)， v~[S]的定量關(guān)系。 （ 2） 米氏常數(shù)的意義 1. Km是酶的一個(gè)特性常數(shù)， Km大 小只與酶性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無(wú)關(guān)。當(dāng)?shù)孜锎_定，反應(yīng)溫 度， pH 及離子強(qiáng)度一定時(shí)， Km 值為常數(shù)，可用來(lái)鑒別酶。 P359 表91 列出一些酶的 Km值。一般 Km在 1 106~101mol/L 之間。 不同的酶 Km值不同，測(cè)定 Km要在相同測(cè)定條件（ pH、溫度、離子強(qiáng)度）下進(jìn)行。 2. Km 值可用于判斷酶的專一性和天然產(chǎn)物，若一個(gè)酶有幾種底物就有幾個(gè) Km值，其中 Km值最小的底物稱為該酶的最適底物，又稱天然底物。 3. 1 / Km可近似表示酶與底物親和力的大小。 真正表示酶與底物親和力為 Ks=k2 / k1 ,(注 Km= k2+k3 / k1)。 4. 已知 Km可由 [S]計(jì)算 v，或 由 v 計(jì)算 [S]。 5. Km可幫助推斷某一代謝反應(yīng)的方向和途徑。 Km小的為主要催化方向（正、逆兩方向反應(yīng) Km不同）。 （ 3） Vmax和 k3(kcat)的意義： 酶濃度 [E]一定，則對(duì)特定底物 Vmax為一常數(shù)。催化常數(shù) kcat 又稱酶的轉(zhuǎn)化數(shù)，數(shù)值上與 k3 同，為酶被底物飽和時(shí)，每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)。 大多數(shù)酶的 kcat 為 1~104/sec，見 P322 表 82，為每秒鐘酶促反應(yīng)每微摩爾酶分子轉(zhuǎn)換底物的微摩爾數(shù)。 kcat 越大，酶催化效率越高。 （ 4） kcat / Km的意義： 生理?xiàng)l件下 S Km， Vmax = kcat [E] 代入米氏方程 v = kcat [E] [S] / Km + [S] = kcat [E] [S] / Km 得出： v = kcat / Km[E][S] kcat / Km為 [E]和 [S]反應(yīng)形成產(chǎn)物的表觀二級(jí)速度常數(shù)，單位： L/mol s?？梢员容^不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率，見 P362 表 94。 kcat / Km大小可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率。 （三） 米氏常數(shù)求法： （ 1） 雙倒數(shù)法： 1 / v = Km / Vmax 1 /[S] + 1 / Vmax 以 1 / v ~ 1 / [S]作圖，見 P363 圖 910 縱軸截距： 1 / Vmax；橫軸截距： 1 / Km；斜率： Km / Vmax。 （ 2） v ~ v / [S]法 （ EadicHofstee）： v = Km v / [S] +Vmax 以 v ~ v / [S]作圖，見 P363 圖 911。 斜率： Km；縱軸截距： Vmax；橫軸截距： Vmax / Km。 （ 3） [S] / v ~ [S]法 （ HanesWoolf）： [S] / v = Km / Vmax + 1 / Vmax [S] 以 [S] / v ~ [S]作圖，見 P363 圖 912 斜率： 1 / Vmax；縱軸截距： Km / Vmax；橫軸截距： Km。 167。 酶的抑制作用 失活作用：使酶蛋白變性而引起酶活力喪失。 抑制作用：酶的必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)改變而引起酶活力降低或喪失，但不引起酶蛋白變性。 引起抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑。研究酶的抑制劑，可以研究酶的結(jié)構(gòu)與功能、酶催化機(jī)制，進(jìn)行藥物、農(nóng)藥的設(shè)計(jì)與篩選。 （一） 抑制作用的類型： （ 1） 不可逆抑制作用： 抑 制劑與酶必需基團(tuán)以共價(jià)鍵結(jié)合而引起酶活力喪失，不能用透析、超過(guò)濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活，酶被化學(xué)修飾。 （ 2） 可逆抑制作用： 抑制劑與酶以非共價(jià)鍵結(jié)合而使酶活力降低或喪失，能用物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。 可逆抑制又分為三種類型，如 P369 圖 917 所示。 1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制：抑制劑（ I）和底物（ S）競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合部位，從而影響了底物與酶的正常結(jié)合。 抑制劑結(jié)構(gòu)大多與底物類似，許多底物過(guò)渡態(tài)類似物為抑制劑。抑制劑與酶活性部位結(jié)合形成 EI 復(fù)合物，抑制酶與底物的結(jié)合。競(jìng)爭(zhēng)性抑制可以通過(guò)增加底物濃度而解除，如丙二酸或 戊二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制。 2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：底物和抑制劑同時(shí)和酶結(jié)合，兩者無(wú)競(jìng)爭(zhēng)作用。 I 與 S 結(jié)構(gòu)無(wú)共同之處，酶活性降低或被抑制，不能用增加底物濃度來(lái)解除抑制，如 Leu 是精氨酸酶非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 3. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：酶只有與底物結(jié)合后才能與抑制劑結(jié)合。常見于多底物反應(yīng)中，如肼類化合物抑制胃蛋白酶。 （二） 可逆抑制作用和不可逆抑制作用動(dòng)力學(xué)鑒別 加入一定量抑制劑，以 v 與酶濃度 [E]作圖，見 P370 圖 98。 加不可逆抑制劑使直線原點(diǎn)右移，斜率不變，加入酶使?jié)舛却笥诓豢赡嬉种苿?，才表現(xiàn)酶活力；加可逆抑制劑，直線原點(diǎn)不動(dòng)，斜 率變小。 （三） 可逆抑制作用動(dòng)力學(xué) （ 1） 競(jìng)爭(zhēng)性抑制： 1 /v ~ 1 /[S]作圖見 P371 圖 920， Vmax不變， Km變大。 縱軸截距： 1 /Vmax不變， Vmax不變，底物濃度足夠高，可克服抑制作用；橫軸截距： 1 /Km變小， Km變大；斜率： Km / Vmax變大。 （ 2） 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制： 1 /v ~ 1 /[S]作圖見 P372 圖 921， Vmax變小， Km不變。 縱軸截距： 1 /Vmax變大， Vmax變小；橫軸截距： 1 /Km不變， Km不變；斜率：Km / Vmax變大。 （ 3） 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制： 1 /v ~ 1 /[S]作圖見 P373 圖 922， Km， Vmax都變小。 （四） 一些重要的抑制劑： （ 1） 不可逆抑制劑： 1. 有機(jī)磷化合物：與脂酶活性部位 Ser–OH 共價(jià)結(jié)合，如抑制膽堿酯酶，使乙酰膽堿不能分解而積累，使一些以乙酰膽堿為傳導(dǎo)介質(zhì)的神經(jīng)系統(tǒng)處于過(guò)于興奮狀態(tài)，引起神經(jīng)中毒。 如神經(jīng)毒劑和有機(jī)磷農(nóng)藥，結(jié)構(gòu)式見 P374。 可用能與磷酸根有更強(qiáng)結(jié)合力的化合物將酶游離出，從而解毒，如用肟類化合物解磷定，結(jié)構(gòu)式見 P374。 2. 有機(jī)砷化合物：與酶中 CysSH 作用使人畜中毒。如有機(jī)砷化合物路易斯毒氣（結(jié)構(gòu)式見 P375），可用含 SH 的化合物作解 毒劑，使酶恢復(fù)活性。 3. 氰化物、 CO、 H2S 與含鐵卟啉的酶，如細(xì)胞色素氧化酶中的 Fe2+絡(luò)合，使酶失活，阻止呼吸。 4. 青霉素：與糖肽轉(zhuǎn)肽酶活性部位 SerOH 共價(jià)結(jié)合，使酶失活，（ P375 圖 924）抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成。青霉素與轉(zhuǎn)肽酶的底物之一的酰基 DAlaDAla 結(jié)構(gòu)類似，見 P546。 5. TLCK：根據(jù)底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專一性不可逆抑制劑。以胰蛋白酶底物對(duì)甲苯磺酰 L賴氨酰甲酯（ TLME）為模板，設(shè)計(jì)底物結(jié)構(gòu)類似物對(duì)甲苯磺酰 L賴氨酰氯甲酮（ TLCK）（結(jié)構(gòu)見 P376 圖 925），與胰蛋白酶活性 部位 His57共價(jià)結(jié)合，引起不可逆失活。 （ 2） 可逆抑制劑： 磺胺藥：四氫葉酸（ THF）是合成核酸和蛋白質(zhì)酶的必需物質(zhì)（輔酶）。根