酶2（临床3班）ppt课件

1 第三节第三节 酶促反应动力学酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 生物化学与分子生物学教研室 江 渝 Tel:752942(O); E-mail: 2014-09-23 第三章第三章 酶酶 2 细胞内的酶有多种存在形式细胞内的酶有多种存在形式: : 单体酶单体酶 寡聚酶寡聚酶 多酶体系多酶体系 多功能酶多功能酶 酶的分子组成酶的分子组成: : 蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme) 辅助因子 (cofactor) 金属离子 小分子有机化合物 全酶 (holoenzyme) 辅基 辅酶（coenzyme） （结合酶） Review 酶的概念酶的概念 3 结合基团结合底物 活性中心内必需基团 催化基团催化反应 活性中心外必需基团维持构象 必需基团 活性中心酶分子上与底物结合 并起催化作用的部位。 酶的必需基团是与其功能活性 密切相关的氨基酸残基侧链 酶的分子结构酶的分子结构: : 活性中 心内的 必需基 团 NH2 COOH Review 同同 工工 酶酶(isoenzyme)(isoenzyme) 4 （一）高效性 酶促反应的特点酶促反应的特点 （二）高度的特异性 （三）可调节性 酶通过促进底物形成酶通过促进底物形成过渡态过渡态而提高反应速率而提高反应速率 Review 有效地降低反应活化能 诱导契合作用。 5 一、底物浓度对反应速度影响的作图呈矩形双曲线一、底物浓度对反应速度影响的作图呈矩形双曲线 Km + S VmS =V Km值为酶促反应速度达到最大反 应速度(Vm)一半时的底物浓度， 单位为mol/L。 n n KmKm是酶的特征性常数是酶的特征性常数，Km可近似表示酶对底物的亲和力（ Km 与亲和力呈反比）； n同一酶对于不同底物有不同的Km值。 Km值的意义 酶促反应动力学酶促反应动力学 6 二、酶浓度对反应速度的影响呈直线关系（底物足够二、酶浓度对反应速度的影响呈直线关系（底物足够 ） SE时，反应速度与酶的浓度呈正比正比关系。 关系式为：V = K3 E SE E V 0 E E E E E E E 9 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 v抑制剂 ( inhibitor, I )： 能使酶的催化活性下降活性下降而酶蛋白不变性不变性的物质。 抑制原理：与酶活性中心内、外的必需基团结合必需基团结合，抑制酶 的催化活性。 移去抑制剂后酶的活性可恢复。 区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性 10 抑制作用 不可逆抑制 可逆性抑制 1. 竞争性抑制作用 (competitive inhibition) 2. 非竞争性抑制作用 (non-competitive inhibition) 3. 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition) 酶抑制作用的类型 (irreversible inhibition) (reversible inhibition) 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 11 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 （一）不可逆性抑制作用（一）不可逆性抑制作用 v 特点： 1. 以共价键共价键与酶活性中心上的必需基团活性中心上的必需基团相结合 2. 不能用透析、超滤等方法予以除掉。只能通过 化学的方法将被结合的基团置换置换出来。 有机磷化合物 羟基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 巯基酶 解毒 - - - 二巯基丙醇(BAL) n举例 12 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 （二）可逆性抑制作用（二）可逆性抑制作用 v特点： 这类抑制剂与酶以非共价键非共价键疏松地结合而引 起酶活性的降低或丧失。 结合是可逆可逆的，能迅速达到平衡。可用透析、超滤 等方法除去抑制剂，恢复酶活性。 n类型 1 1、竞争性抑制作用、竞争性抑制作用 2 2、非竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用 3 3、反竞争性抑制作用、反竞争性抑制作用 13 抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的 活性中心，从而阻碍底物与酶形成中间产物( 中间复合物)。这种抑制作用称为竞争性抑制 作用。 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 1 1、竞争性抑制作用竞争性抑制作用 14 n反应模式 + I I E EI I E + SE + SE + PE + PESES I I S S + + + ES I ES EI PE E 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 15 n特点 抑制程度取决于抑制 剂与酶的相对亲和力 及相对底物浓度； I与S结构类似，竞争 酶的活性中心； 动力学特点：Vmax不 变，表观Km增大。 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 16 磺胺类药物的抑菌机制 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶 二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸 二氢叶酸二氢叶酸 合成酶合成酶 二氢叶酸 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 细菌繁殖 17 2 2、非竞争性抑制非竞争性抑制 概念： 与酶活性中心以外活性中心以外的部位可逆地可逆地结合 不影响酶与底物的结合 而酶与底物的结合，也不影响酶与抑制剂的结合 底物与抑制剂之间无竞争关系无竞争关系 但是，酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步变成产物 这种抑制作用称做非竞争性抑制作用。 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 18 n反应模式 + S S + S S + ESI EI E ES E P E+SE+SESESE+PE+P + + I I E EI I+S +S E EI IS S + + I I 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 2 2、非竞争性抑制非竞争性抑制 19 20 * 特点 a) 抑制剂与酶活性中 心外的必需基团结 合，底物与抑制剂 之间无竞争关系； b)b) 抑制程度取决于抑制程度取决于 抑制剂的浓度；抑制剂的浓度； c) 动力学特点： Vmax降低，表观 Km不变。 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 21 概念： 抑制剂仅与酶抑制剂仅与酶- -底物复合物（底物复合物（ESES）结合）结合，使ES 的量下降，既减少从中间产物转化为产物的量 ，也同时减少解离出酶和底物的量。这种抑制 作用称为反竞争性抑制作用。 3 3、反竞争性抑制、反竞争性抑制 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 22 n反应模式 E+SE+SE+P E+P ESES + + I I ESESI I + ES ES ESI EP 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 3 3、反竞争性抑制、反竞争性抑制 23 * 特点： a) 抑制剂只与酶底 物复合物结合； b) 抑制程度取决与 抑制剂的浓度及 底物的浓度； c) 动力学特点： Vmax降低，表 观Km降低。 五、抑制剂可降低酶促反应速度五、抑制剂可降低酶促反应速度 24 无抑制剂时的情况 25 各种可逆性抑制作用的比较 作用特征 竞争性 抑制 非竞争性 抑制 反竞争 性抑制 与I结合的组分EE、ESES Km增大不变减小 Vmax不变降低降低 26 六、激活剂可加快酶促反应速度六、激活剂可加快酶促反应速度 vv激活剂（激活剂（activatoractivator）： 能使酶由无活性变为有活性或活性 增加的物质。 v必需激活剂：使酶由无活性变为有活性。 v非必需激活剂：使酶由低活性变为高活性。 27 v常见激活剂： 无机离子： 金属和非金属离子 如K+，Na+，Mg2+，Zn2+，Fe2+，Ca2+，H+，Cl-等。 小分子：一些化合物分子 如胆汁酸盐、谷胱甘肽等。 蛋白质： 如使酶原激活的蛋白酶（详见后） 六、激活剂可加快反应速度六、激活剂可加快反应速度 28 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素 v 底物底物 v 酶的浓度 v 温度 v 酸碱度 v 抑制剂抑制剂 v 激活剂 环境因素 Km + S VmS =V 小 结 29 抑制作用 不可逆抑制 可逆性抑制 1. 竞争性抑制作用 (competitive inhibition) 2. 非竞争性抑制作用 (non-competitive inhibition) 3. 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition) 酶抑制作用的类型酶抑制作用的类型 (irreversible inhibition) (reversible inhibition) 30 第四节 酶的调节 The Regulation of Enzyme 31 调调 节节 方方 式式 酶活性活性的调节 酶含量含量的调节 变构调节变构调节 酶的共价修饰酶的共价修饰 酶原的激活酶原的激活 酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白合成的诱导与阻遏 酶降解的调控酶降解的调控 酶分布的区域性酶分布的区域性: :同工酶同工酶 快速调节 慢速调节 n调节对象：关键酶（限速酶） 酶的调节酶的调节 32 变构调节变构调节 (allosteric regulation)(allosteric regulation) 一些代谢物通过与酶分子一些代谢物通过与酶分子活性中心外活性中心外 的部分可逆地结合，使的部分可逆地结合，使酶活性中心的构酶活性中心的构 象改变象改变，从而改变酶的催化活性，此种，从而改变酶的催化活性，此种 调节方式称变构调节。调节方式称变构调节。 酶的调节酶的调节 酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节 方式之一。方式之一。 33 血红蛋白与氧的结合血红蛋白与氧的结合 34 变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)(allosteric effector) 变构激活剂变构激活剂(A)(A) 变构抑制剂变构抑制剂(I)(I) 变构酶变构酶 (allosteric enzyme)(allosteric enzyme) 变构部位变构部位 (allosteric site)(allosteric site) 酶的调节酶的调节 几个概念：几个概念： A A A I I 35 变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有 协同效应（亚基的构象改变可以相互影响）协同效应（亚基的构象改变可以相互影响） 变构酶的形曲线变构酶的形曲线 变构激活变构激活 变构抑制变构抑制 S S V V 无变构效应剂无变构效应剂 酶活性的快速调节 别构酶的动力学特性不遵守米-曼氏动力学 36 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上 的一些基团可与某种化学基团发生的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合可逆的共价结合 ，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。 共价修饰共价修饰(covalent modification)(covalent modification) 酶的调节酶的调节 酶的共价修饰是体内快速调节的另一种重要方式。酶的共价修饰是体内快速调节的另一种重要方式。 常见类型常见类型 磷酸化与脱磷酸化磷酸化与脱磷酸化（最常见，含羟基氨基酸的修饰） 乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化 SHSH与与S SS S互变互变 37 v有些酶以没有催化活性的前体没有催化活性的前体在细胞内合成并 分泌到细胞外，这种无活性无活性的酶的前体酶的前体称为酶酶 原原。 v在特定的条件特定的条件下，酶原可转变成有催化活性的 酶，这一转化的过程叫酶原激活酶原激活。 酶的调节酶的调节 酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化 活性的酶活性的酶 n n 酶原酶原 (zymogen)(zymogen) n n 酶原的激活酶原的激活 38 酶的调节酶的调节 n酶原激活的机理 v 酶原激活的实质：活性中心活性中心形成或暴露形成或暴露的过程。 39 例: 肠激酶启动的酶原激活过程 肠激酶肠激酶 胰蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶+六肽 或胰蛋白酶胰蛋白酶 胰蛋白酶胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶原A -胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶+两个二肽 或胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶胰蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶弹性蛋白酶+几个碎片 胰蛋白酶胰蛋白酶 羧基肽酶原 羧基肽酶羧基肽酶A A+几个碎片 酶的调节酶的调节 40 v酶原激活的生理意义： 1. 对机体组织的保护保护作用。 2. 保证特定的酶在特定的部位和环境特定的部位和环境发挥 催化作用。 3. 酶原也是酶的一种储存形式储存形式 酶的调节酶的调节 41 第五节 酶的命名与分类 The Naming and Classification of Enzyme 42 一、酶可根据其催化的反应类型予以分类一、酶可根据其催化的反应类型予以分类 1.氧化还原酶类（oxidoreductases） 2.转移酶类（transferases） 3.水解酶类（hydrolases） 4.裂解酶类（lyases） 5.异构酶类（isomerases） 6.合成酶类（synthetases，ligases） n根据酶反应的类型，酶可分为六大类，其排序如下: 43 二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称 系统名称（systematic name） 推荐名称（recommended name） 44 第六节 酶与医学的关系 The Relation of Enzyme and Medicine 45 一、酶和疾病密切相关 （一）酶的量与活性的异常均可引起某些 疾病 （二）酶的测定有助于对许多疾病的诊断 n国际单位（IU） 在特定的条件下，每分钟催化1mol底物 转化为产物所需的酶量为一个国际单位。 46 （三）酶和某些疾病的治疗关系密切（三）酶和某些疾病的治疗关系密切 许多药物可通过抑制生物体内的某些酶活性来达 到治疗目的。 通过阻断相应的酶活性，以达到遏制肿瘤生长的 目的。 酶还可以直接用于治疗目的。 47 二、酶在医学上的应用领域广泛 （一）酶作为试剂用于临