第三章酶生物化学酶学

1、目目 录录enzyme第第 三三 章章 酶酶目目 录录酶的概念酶的概念n酶是一类由活细胞产生的，酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物对其特异底物具有高效催化作用的具有高效催化作用的蛋白质。蛋白质。目目 录录目目 录录酶目目 录录目目 录录一、一、 酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 ( (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor) 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)(simple enzyme)目目 录录* *各部分在催化反应中的作用各部分在催化反应中的作用目目 录录辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋

2、白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度） 辅酶辅酶 (coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。 辅基辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超透析或超滤的方法除去滤的方法除去。目目 录录 金属离子的作用金属离子的作用稳定酶的构象；稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。小分子有机化合物小分子有机化合物的作用的作用在反应中起运载体

3、的作用，传递电子、在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。质子或其它基团。目目 录录小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素pp之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素pp之一）之一）维生素维生素b2（核黄素）（核黄素）维生素维生素b2（核黄素）（核黄素）维生素维生素b1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素b12生物素生物素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素b6之一）之一）叶酸叶酸nad+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶i）nadp+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸

4、磷酸，辅酶ii）fmn （黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）fad（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）tpp（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶a（coa）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含的维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素pp之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素pp

5、之一）之一）维生素维生素b2（核黄素）（核黄素）维生素维生素b2（核黄素）（核黄素）维生素维生素b1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素b12生物素生物素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素b6之一）之一）叶酸叶酸nad+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶i）nadp+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶ii）fmn （黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）fad（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）tpp（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶a（coa）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶

6、酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含的维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团。的化学基团。目目 录录目目 录录或称活性部位或称活性部位(active site)，指必需基团指必需基团在空间结构上

7、彼此靠近，组成具有特定空间在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)目目 录录结合基团结合基团binding group催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心

8、活性中心 目目 录录目目 录录溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心* 谷氨酸谷氨酸35和天和天冬氨酸冬氨酸52是催化是催化基团；基团；* 色氨酸色氨酸62和和83、天冬氨酸天冬氨酸101和和色氨酸色氨酸108是结是结合基团；合基团；* af为底物多为底物多糖链的糖基，位糖链的糖基，位于酶的活性中心于酶的活性中心形成的裂隙中。形成的裂隙中。目目 录录酶活性的调节酶活性的调节目目 录录 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定

9、条件下在特定条件下目目 录录赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝目目 录录 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。化作用。目目 录录 同工酶同工酶* * 定义定义同工酶同工酶(isoenzyme)是指催

10、化相同的是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性化学反应，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。质乃至免疫学性质不同的一组酶。目目 录录乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶目目 录录* *生理及临床意义生理及临床意义在代谢调节上起在代谢调节上起着重要的作用；着重要的作用；用于解释发育过用于解释发育过程中阶段特有的代谢程中阶段特有的代谢特征；特征；同工酶谱的改变同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为同工酶可以作为遗传标志，用于遗传遗传标志，用于遗传分析研究。分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清ldhldh同工酶谱的变化同工酶

11、谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5目目 录录 第二节第二节 酶促反应的特点与机理酶促反应的特点与机理目目 录录一、一、 酶促反应的特点酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的 活化能活化能(activation energy)。酶比一般催化剂。酶比一般催化剂 更有效地降低反应

12、的活化能。更有效地降低反应的活化能。目目 录录一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性或专一性。* 酶的特异性酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性目目 录录 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。目目 录录一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响研究前提研究前提v 在其他因素不变的情况下，底物

13、浓度对反应在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。目目 录录随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。目目 录录当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应反应为零级反应目目 录录目目 录录二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响0 v e 当当se时，时，vma

14、x = k3 e 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 目目 录录三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度 (optimum temperature)：酶促反应速度最快时的酶促反应速度最快时的环境温度。环境温度。* * 低温的应用低温的应用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 c 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 目目 录录四、四、 ph对反应速度的影响对反应速度的影响q最适最适ph (optimum ph)：酶催化活性最大酶催化活性最大时的环境时的环境ph。0酶酶活活性性 ph ph对某些酶活性的影

15、响对某些酶活性的影响 246810目目 录录五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响 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引起变性的因素对酶没有选择性目目 录录 抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (un

16、competitive inhibition)目目 录录(一一) 目目 录录essaschchcl+ch2shchshch2oheshsh+ch2schsch2ohaschchclroropox+hoeroropooe+hxclasclchchcl+ eshshesasschchcl+2hcl有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸bal巯基酶巯基酶bal与砷剂结合物与砷剂结合物目目 录录竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 目目 录录. 竞争性抑制作用竞争性抑制作用+反应模式反应模

17、式目目 录录目目 录录 * * 特点特点b)b) 抑制程度取决抑制程度取决于抑制剂与酶于抑制剂与酶的相对亲和力的相对亲和力及底物浓度；及底物浓度；a) i与与s结构类似，结构类似，竞争酶的活性竞争酶的活性中心；中心；c) 动力学特点：动力学特点：vmax不变，表不变，表观观km增大。增大。 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/v 1/s vsmaxvik(1) smkiiki111m(1)vvksvmaxmax目目 录录* * 举例举例 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶cooh ch2 ch2cooh cooh cooh ch2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶

18、琥珀酸脱氢酶fadfadh2延胡索酸延胡索酸目目 录录 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸cooh h2n so2nhr h2n 磺磺 胺胺 类类 药药 物物目目 录录2. 2. 非竞争性抑制非竞争性抑制目目 录录* * 特点特点a) a) 抑制剂与酶活性抑制剂与酶活性中心外的必需基中心外的必需基团结合，底物与团结合，底物与抑制剂之间无竞抑制剂之间无竞争关系；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：动力学特点