酶2临床3班

1,第三节 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 酶,2,细胞内的酶有多种存在形式:,单体酶 寡聚酶 多酶体系 多功能酶,酶的分子组成:,Review,酶的概念,3,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:,Review,同 工 酶(isoenzyme),4,（一）高效性,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过渡态而提高反应速率,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,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。,Km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）；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,6,二、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关系。关系式为：V = K3 E,SE,E,V,0,7,酶的最适温度不是酶的特征性常数，受反应时间的影响。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。,三、温度对反应速度的影响具有双重性,酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度(optimum temperature)。,温度对淀粉酶活性的影响,8,四、 pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速度,pH影响底物、酶和辅酶的解离状态，从而影响它们相互间的亲和力。酶催化活性最大时的环境pH为最适pH (optimum pH),9,五、抑制剂可降低酶促反应速度,抑制剂 ( inhibitor, I )： 能使酶的催化活性下降而酶蛋白不变性的物质。 抑制原理：与酶活性中心内、外的必需基团结合，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,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,11,五、抑制剂可降低酶促反应速度,（一）不可逆性抑制作用,特点：1. 以共价键与酶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),举例,12,五、抑制剂可降低酶促反应速度,（二）可逆性抑制作用,特点： 这类抑制剂与酶以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。,类型,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,1、竞争性抑制作用,14,反应模式,五、抑制剂可降低酶促反应速度,15,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,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,五、抑制剂可降低酶促反应速度,细菌繁殖,17,2、非竞争性抑制,概念： 与酶活性中心以外的部位可逆地结合 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,18,反应模式,五、抑制剂可降低酶促反应速度,2、非竞争性抑制,19,20,* 特点,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；,抑制程度取决于抑制剂的浓度；,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,21,概念： 抑制剂仅与酶-底物复合物（ES）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、反竞争性抑制,五、抑制剂可降低酶促反应速度,22,反应模式,五、抑制剂可降低酶促反应速度,3、反竞争性抑制,23,* 特点：,抑制剂只与酶底物复合物结合；,抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；,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,24,无抑制剂时的情况,25,各种可逆性抑制作用的比较,26,六、激活剂可加快酶促反应速度,激活剂（activator）： 能使酶由无活性变为有活性或活性增加的物质。必需激活剂：使酶由无活性变为有活性。非必需激活剂：使酶由低活性变为高活性。,27,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,28,影响酶促反应速度的因素,底物 酶的浓度 温度 酸碱度 抑制剂 激活剂,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,(irreversible inhibition),(reversible inhibition),30,第四节 酶的调节,The Regulation of Enzyme,31,调节方式,酶活性的调节,酶含量的调节,变构调节 酶的共价修饰酶原的激活,酶蛋白合成的诱导与阻遏酶降解的调控 酶分布的区域性:同工酶,快速调节慢速调节,调节对象：关键酶（限速酶）,酶的调节,32,变构调节 (allosteric regulation),一些代谢物通过与酶分子活性中心外的部分可逆地结合，使酶活性中心的构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。,酶的调节,酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。,33,血红蛋白与氧的结合,34,变构效应剂 (allosteric effector),变构酶 (allosteric enzyme),变构部位 (allosteric site),酶的调节,几个概念：,35,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）,变构酶的形曲线,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，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。,共价修饰(covalent modification),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。,常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见，含羟基氨基酸的修饰）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化SH与SS互变,37,有些酶以没有催化活性的前体在细胞内合成并分泌到细胞外，这种无活性的酶的前体称为酶原。在特定的条件下，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。,酶的调节,酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶,酶原 (zymogen),酶原的激活,38,酶的调节,酶原激活的机理,酶原激活的实质：活性中心形成或暴露的过程。,39,例: 肠激酶启动的酶原激活过程,肠激酶胰蛋白酶原 胰蛋白酶+六肽 或胰蛋白酶 胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原A -胰凝乳蛋白酶+两个二肽 或胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶+几个碎片 胰蛋白酶 羧基肽酶原 羧基肽酶A+几个碎片,酶的调节,40,酶原激活的生理意义： 1. 对机体组织的保护作用。 2. 保证特定的酶在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,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,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）,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,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,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,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）酶作为试剂用于临床检验和科学研究（二）酶的分子工程是方兴未艾的酶工程学,酶分子工程主要是利用物理、化学或分子生物学方法对酶分子进行改造，包括对酶分子中功能基团进行化学修饰、酶的固定化、抗体酶等等，以适应医药业、工业、农业等的某种需要。,48,全 章 小 结,名词概念：,辅酶酶的活性中心与必需基团同工酶米氏方程和Km酶的竞争性抑制作用酶原与酶原激活,Enzyme, co-enzyme, isoenzyme, competitive inhibition,49,知识点 酶促反应的特点及机制