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六、酶促反应动力学
酶促反应动力学研究的是酶促反应速度及其影响因素，这些因素包括酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活物等。
注意酶促反应动力学中的反应速度一般指反应刚开始的速度，即初速度。 (一)底物浓度对反应速度的影响 1.在其他因素不变情况下，底物浓度的变化对反应速度(统一用初速度来比较)的影响的作图呈矩形双曲线。在底物浓度较低时，V随〔S〕的增加而急剧上升，两者呈正比关系，因为此时尚有大量游离酶分子可被利用。随着底物浓度的增加，反应速度不再呈正比加速，因为此时酶已大部分与底物结合，所含游离酶不多，故随底物浓度的增加，可再利用的酶量有限，故反应速度增加的幅度下降。若继续增加底物浓度，反应速度不再上升，此时酶的活性中心已被底物饱和。
为解释酶促反应〔S〕与V的关系，提出了著名的米氏方程式，即：V=Vmax[S]/Km+[S] 当底物浓度很低时， Km＞〔S〕，分母〔S〕可不计，此时 V=Vmax[S]/Km,Vmax、Km对同一底物、同一酶、相同反应环境来说是一常数，故反应速度与底物浓度成正比。 当底物浓度很高时， Km＜〔S〕，Km可不计，V=Vmax，反应速度达最大速度，再增加〔S〕，也不影响反应速度。
故从米氏方程中，即可看出底物浓度对反应速度的影响。 2.Km的含义：
①Km是酶的特征常数，它只与酶的结构、酶所催化的底物和反应环境有关，与酶浓度无关。对于同一底物，不同两酶有不同的Km值，对于同一酶，不同底物也有不同的Km值。 ②由米氏方程，当V=1/2 Vmax时，可得Km=〔S〕，由此可见，Km值表示酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
③1/Km可近似表示酶对底物亲和力的大小，1/Ｋm越大表示二者亲和力越大，表示不需要很高的底物浓度，便可得到最大反应速度，要注意的是只有在中间产物解离成反应物的速度大大超过其分解成产物速度时才适用。
3.要求Km、Vmax，根据底物浓度对速度的矩形曲线求有很大难度，故将米氏方程要采取适当变换，作出直线图，方可更容易准确地求出Km、Vmax值，双倒数作图法是最常用的方法。将米氏方程取倒数：1/V=Km/Vmax*1/[S]+1/Vmax
（二）酶浓度对反应速度的影响。
在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，使酶被底物饱和时，反应速度与酶的浓度变化成正比。很显然若底物浓度很小，酶的浓度本来就很大，再增加酶浓度，对促进反应没什么意义。所以我们研究酶浓度对反应速度的影响，一般不考虑这种情况。 （三）温度对反应速度的影响
酶是蛋白质，温度对酶促反应速度具有双重影响，温度升高一方面可加快反应速度，同时也增加酶的变性。故当温度升高到一定程度时，酶开始变性，反应速度也开始下降低。温度一般会使酶活性破坏，故生化实验中，要保持酶活性，常采用低温贮存，一些菌种也须低温保存。酶促反应速度最快时的环境温度称为酶促反应的最适温度。
（四）pH对反应速度的影响
酶活性受其反应环境的pH影响因为酶活性中心某些基团必须在某一解离状态，酶才会发挥最大催化活性，此外，底物也一样，在某一解离状态，才会与酶有最大亲和力，故需一定pH值，且不同的酶对pH有不同要求。酶活性最大时的pH为酶的最适pH值。 （五）抑制剂对反应速度的影响
能减弱或停止酶作用的物质称为酶的抑制剂。要注意的是必须不引起酶蛋白变性才可，某种物质使酶发生变性失活不属于抑制剂范畴。若抑制剂与酶结合牢固不能用简单的透析或超滤法去除，此类抑制剂为不可逆抑制剂；若用简单的透析和超滤法去除抑制剂，酶又重新表现原有活性的抑制剂称为可逆性抑制。 1．不可逆抑制作用
此类抑制剂通常以共价健与酶的活性中心上的必需基团相结合，使酶失活，根据抑制剂与酶结合的专一性，可分为专一性抑制剂和非专一性抑制剂。 2．可逆抑制作用
此类抑制剂通常以非共价键与酶或酶—底物复合物可逆性结合，使酶活性降低或消失。可逆性抑制作用的类型可分为以下三种：
（1）竞争性抑制作用：竞争性抑制是在酶作用体系中有与酶的底物结构相似的物质存在，能与底物竞
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争与酶活性中心的结合，使有活性的酶数量减少。如磺胺类药物通过竞争性抑制二氢叶酸还原酶，干扰核酸合成，从而影响细菌生长繁殖，发挥其抑菌作用。只要［S］足够高，Vmax仍可达到，但此时需较高的［S］。故竞争性抑制使Km增加，Vmax不变。
（2）非竞争性抑制作用：非竞争性抑制不影响底物与酶的结合，两者在酶分子上结合的位点不同，故酶与底物的亲和力不受影响，Km值不变，同样道理再增加［S］，也消除不了抑制剂与酶的结合，相当于减少了酶分子，故Vmax降低。
（3）反竞争性抑制作用：此类抑制剂仅与底物和酶形
成的中间产物结合，使中间产物的量下降，反竞争性抑制使中间产物不易转化为产物，因而酶与底物的亲和力增加，Km减小，Vmax减小。要熟记三类抑制剂对酶反应Km、Vmax影响，可通过双倒数曲线来更直观的表现出来。 （六）激活剂的影响
使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂。激活剂可分为必需激活剂和非必需激活剂。必需激活剂对酶促反应是不可缺少的，否则酶将无活性。非必活激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性，酶促反应仍可以进行。 （七）酶活性测定
要测定生物组织中酶蛋白含量会很难，故通常我们通过测定酶活性来确定酶量，而酶活性用酶反应速度来表示。测定时要求影响酶促反应速度的各种因素保持恒定，如①底物量要够多，使酶可被饱和②根据反应时间使酶处于反应最适温度条件下③根据缓冲液性质使酶处于最适pH条件下④在反应体系中含有适当的辅助因子，激活剂，去除抑制剂。⑤若无连续监测装置，要能及时使反应终止⑥反应体系做处理，防止其他酶类干扰待测酶的活性。上述各种条件都是为了使酶发挥最大催化活性，以充分反应待测酶活力。 七、酶的调节
主要通过改变酶活性和含量来实现 （一）酶活性的调节 1．酶原与酶原的激活
酶原是指无活性的酶的前体。酶原激活后转化为酶，即具有催化活性。酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程，常通过水解掉一个或几个短肽而实现。酶原的激活有重要的生理意义：保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用。此外，酶原还可视为酶的贮存方式，但需要使酶原转化为有活性的酶，发挥对机体的保护作用。 2变构酶
体内一些代谢物可以与某些酶分子活性中心以外的某一部位可逆地结合，使酶发生变构并改变其催化活性，这种调节方式叫变构调节。受变构调节的酶叫变构酶。
根据对反应速度的影响分为变构激活剂、变构抑制剂。变构酶常由多亚基构成，包括催化亚基和调节亚基。有多个亚基的酶存在协同效应，若底物即为效应剂，则效应剂对酶的影响与O.2对血红蛋白携氧力的影响相似。变构酶的〔S〕对反应速度的影响曲线为S形曲线，不符合米氏方程。 3．酶的共价修饰调节
酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，改变酶的活性，这一过程称为酶的共价修饰或化学修饰。如磷酸化与去磷酸化，化与去乙酰化、甲基化与去甲基化等。酶的共价修饰是体内快速调节的一种重要方式。 （二）酶含量的调节
1．酶蛋白合成的诱导和阻遏：指在酶蛋白合成过程中，在转录水平上，促进或减少酶的生物合成。与前面变构、共价修饰调节不同，酶的诱导与阻遏作用是对代谢缓慢而长效的调节。 2．酶降解的调控
酶是蛋白质，也在不断的自我更新，可以通过改变酶分子的降解速度来调节细胞内酶的含量。 （三）同工酶
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。同工酶一般指在基因水平上，由不同基因编码的多肽链或同一基因，不同mRNA翻译的多肽链组成的pr。翻译后经修饰生成的多种不同形式的pr分子不属于同工酶。同工酶催化相同的化学反应，但对同底物表现不同的Km值。乳酸脱氢酶有五种同工酶，肌酸激酶有三种同工酶，它们在不同组织器官中的含量与分布不同，由于此使不同的组织细胞有不同的代谢特点，也可根据此对疾病做出早期诊断。 八、酶的分类
根据酶促反应的性质，酶可分为六大类：①氧化还原酶类。②转移酶类。③水解酶类。④裂解酶类。⑤异构酶类。⑥合成酶类。
九、血清酶的变化与疾病诊断
临床上常通过测定血清中某些酶的活性来协助诊断某些疾病，如急性心肌炎时血清转氨酶活性升高，前列腺癌患者有大量酸性磷酸酶释放入血。许多药物可通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗的目的，如前述的磺胺药。
十、维生素与辅酶
全酶由酶蛋白和辅酶或辅基组成，辅酶与酶蛋白结合疏松，可以用透析、超滤的方法进行分离。酶辅基则常以共价健与酶蛋白结合，也可以是非共价键牢固结合，均不易与酶蛋白分离。维生素是体内重要的
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辅酶组成表3-1部分，常见的维生素见表: 维生素 辅酶 酶 VitB1 TPP 丙酮酸脱氢酶，α-酮酸氧化脱羧酶、转酮醇酶 VitB2 FAD、FMN 氧化还原酶类 ++VitPP NAD、NADP 不需氧脱氢酶 VitB6 磷酸吡哆醛 转氨酶、氨基酸脱羧酶 泛酸 辅酶A 酰基转移酶 生物素 生物素 羧化酶 叶酸 四氢叶酸 一碳单位的活性载体 VitB12 钴胺素 甲硫氨酸合成酶 一、概述 (一)糖的生理功能
糖的主要生理功能是提供能量，还可提供碳源，参与组成机体组织，组成具有特殊生理功能的糖蛋白。 (二)糖的消化吸收
食物中糖主要在小肠消化，吸收是一个依赖于特定载体转运的，主动耗能的过程，同时伴有Na+的转运。
二、糖的无氧分解
(一)糖酵解的过程和调节
指在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程，全部反应都在胞浆中进行，其基本过程如下（见原书） 由整个过程，可以得出如下结论：
1.反应过程中有三步不可逆反应：A、C、I过程，其他均为可逆反应，故催化这三步反应的酶为整个过程的限速酶，是葡萄糖无氧酵解的三个调节点，因为可逆反应的酶活性改变，并不能决定反应方向，其反应方向由底物\\产物浓度控制。
2.1mol葡萄糖无氧酵解，可生成4molATP，但在第A、C步骤中消耗2molATP，故净生成2molATP。糖酵解生成ATP的过程全靠底物水平磷酸化生成，要与后面的氧化磷酸化相区别，前者将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP，而后者ATP的生成伴有电子传递给氧生成H2O的过程。
3最后一步丙酮酸生成乳酸需要的NADH+H+来自于第E步，这是在缺氧条件下，若是在有氧条件下，丙酮酸不变成乳酸，而是进入线粒体进行有氧氧化，这时第E步生成的NADH+H+也要进入线粒体进行氧化磷酸化生成ATP，若经α-磷酸甘油穿梭，生成2molATP，若经苹果酸天冬氨酸穿梭，1molNADH+H+生成3molATP，这也就是1mol葡萄糖有氧氧化可生成38或36molATP的原因。
4第一步中己糖激酶存在于肝细胞中的也称为葡萄糖激酶，其Km值远大于其他几种己糖激酶同工酶，且受激素调控，这些特性使其在糖代谢中起着重要的生理作用。
5要记得催化三步不可逆反应的关键酶：己糖激酶，6-磷酸果糖激酶-1，丙酮酸激酶，两步能量生成的过程是第F、I步，催化这两步的酶是磷酸甘油酸激酶，丙酮酸激酶，机体对糖酵解的调节主要是对三个关键酶的调节，主要调节特点如下： 变构激活剂 变构抑制剂 共价修饰 AMP、ADP、1，6-双磷 6-磷酸果糖激酶-1 酸果糖、2，6-双磷酸果ATP、柠檬酸 糖 胰高血糖素通过依赖丙酮酸激酶 1，6-双磷酸果糖 ATP，肝内还有丙氨酸 cAMP的蛋白激酶途径使其磷酸化而失活。 6-磷酸葡萄糖、长链脂酰已糖激酶 coA 需要说明的是：①1，6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1反应产物，这种产物正反馈作用较少见，一般来说，产物皆起抑制作用，而在此是为便利于糖的分解。
②2，6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂，可与AMP一起解除ATP柠檬酸的变构抑制作用。 ③2，6-双磷酸果糖也是通过激酶催化6-磷酸果糖生成，胰高血糖素可通过共价修饰使此激酶活性降低，减少2，6-二磷酸果糖的含量，从而抑制糖酵解，升高血糖。
④葡萄糖激酶不受6-磷酸葡萄糖的影响，因为不存在其变构部位，但胰岛素可通过转录途径促进此酶的合成。
总之，糖酵解是葡萄糖分解供能的一条重要途径，当消耗能量多，细胞内ATP/AMP的比例下降，6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶均被激活，加速糖的分解以供能。 (二)糖酵解的生理意义
其最重要的生理意义在于迅速提供能量，这对于肌肉收缩更为重要，肌肉内ATP只要收缩几秒即可耗尽，此时即使不缺氧，葡萄糖有氧氧化反应时间长，来不及满足需要，而通过糖酵解则可迅速获得能量。此外成熟红细胞全靠糖酵解供能，神经细胞、白细胞等不缺氧依赖其提供部分能量。 三、糖的有氧氧化
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葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成H2O和CO２的过程即有氧氧化。是葡萄糖分解代谢的主要途径。 (一)过程
分为三个阶段：第一阶段，葡萄糖循糖酵解途径分解成丙酮酸，在胞浆中进行。第二阶段，丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧成乙酰CoA，第二阶段，乙酰CoA进行三羧酸循环及氧化磷酸化，反应也在线粒体中进行。
1第一阶段：如糖酵解生成丙酮酸的过程。 2第二阶段：
此过程为不可逆反应，1mol丙酮酸生成1molNADH+H+，酶复合体由丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转乙酰酶、二氢硫辛酰胺脱氢酶，相应的辅酶分别是TPP、硫辛酸、FAD及NAD+。 3第三阶段：氧化磷酸化以后再讲，三羧酸循环主要过程如下：
从反应过程，有如下结论：
①有三步不可逆反应：1，3，4步，催化这三步的酶分别是柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶复合体，是三羧酸循环的限速酶，也是反应的调节点。
②有一步底物水平磷酸化，第5步，生成GTP，这也是三羧酸循环中唯一一个直接生成高能磷酸键的反应。
③1mol乙酰CoA三羧酸循环可生成3molNADH+H+和1molFADH２，而NADH+H+和FADH２需将电子传递给氧时才生成ATP，故循环本身意义主要并不是释放能量，而在于通过4次脱氢，为氧化磷酸化生成ATP提供还原当量。
④因为草酰乙酸是循环利用，故草酰乙酸连同其他循环中的中间产物只起催化剂作用，本身并无量的变化，虽然其间通过原子置换，生成的CO2并不来自于乙酰CoA，但三羧酸循环一周，实际上氧化了1分子乙酰CoA，这些中间产物不能直接在循环中被氧化成CO２，也不能从乙酰CoA通过循环合成中间产物。
(二)有氧氧化ATP合成的计算。
1分子葡萄糖糖酵解成丙酮酸，生成2分子ATP，2分子NADH+H+（ ——>氧化磷酸化生成6分子或4分子ATP），2分子丙酮酸 2分子乙酰CoA，2分子NADH+H+（——> 氧化磷酸化生成6分子ATP），2分子乙酰CoA三羧酸循环：底物水平磷酸化2分子ATP 6分子NADH+H+ ——>氧化磷酸化生成6×3＝18分子ATP 2分子FADH２ ——>氧化磷酸化生成2×2＝4分子ATP 故一共为2+6或4+6+2+18+4＝38或36分子ATP (三)有氧氧化的调节
1糖酵解调节前面已述。 2 变构激活体 变构抑制剂 共价修饰 + 乙酰CoA，NADH+H增强2++ 丙酮酸脱氢酶复合 AMP，Ca 乙酰CoA;NADH+H ATP 蛋白激酶的活性使其磷酸化而失活 2+异柠檬酸脱氢酶 ADP，Ca NADH、ATP a-酮二酸脱氢酶复合体 NADH、ATP 氧化磷酸化速度对三羧酸循环起重要作用。若前者能有效进行，NADH+H+、FADH２能及时转化为NAD+、FAD，则会促进三羧酸循环而进行。
3当机体处于饥饿状态时，大量脂肪酸被动员利用，乙酰CoA/CoA和NADH/NAD+比例升高，抑制糖的有氧氧化，大多数器官组织利用脂肪酸供能以确保大脑对葡萄糖的需要。
4细胞消耗ATP时，ATP降低，ADP、AMP含量升高，有氧氧化过程中的多种限速酶均被激活，加速有氧氧化，补充ATP。
5巴斯德效应：指糖的有氧氧化抑制糖酵解的现象。
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