第三章 酶(12医本)

1、1第三章第三章 酶酶EnzymeEnzyme（E E）EEEE2蛋白质（蛋白质（E E）核酸类（核酶、脱氧核酶）核酸类（核酶、脱氧核酶）l生物催化剂生物催化剂是活细胞合成的一类蛋白质是活细胞合成的一类蛋白质具有高度特异性和高度催化具有高度特异性和高度催化效率的生物催化剂。效率的生物催化剂。l何谓酶？何谓酶？3目录目录单体酶单体酶(monomeric enzyme)：单一亚基构成的酶单一亚基构成的酶 。寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或不同亚基由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。以非共价键连接组成的酶。多酶体系多酶体系(multienzyme system)

2、：由几种不同功能的酶由几种不同功能的酶彼此聚合形成彼此聚合形成多酶体系多酶体系或称多酶复合物。或称多酶复合物。多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。称为多功能酶。5一、一、 E E的分子组成常含有辅助因子的分子组成常含有辅助因子单纯单纯E (simple enzyme)E (simple enzyme)结合结合E (conjugated enzy

3、me)E (conjugated enzyme)结合结合E E 蛋白部分：蛋白部分：辅助因子辅助因子E E蛋白蛋白 ( (apoenzymeapoenzyme) )小分子有机化合物小分子有机化合物金属离子金属离子全全E E( (holoenzymeholoenzyme) )决定反应的决定反应的特异性特异性决定反应的决定反应的种类与性质种类与性质6二、二、E E的活性中心是酶分子中执行其催的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位化功能的部位l必需基团必需基团(essential group)lE的活性中心的活性中心(active center)/活性部位活性部位(active site）l活性中

4、心内的必需基团活性中心内的必需基团l活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团 结合基团结合基团催化基团催化基团几个名词：几个名词：7三、同工酶是催化相同化学反应三、同工酶是催化相同化学反应 但一级结构不同的一组酶但一级结构不同的一组酶l( (临床临床) )举例：举例：l什么是？什么是？l人人LDH同工酶谱：同工酶谱：l意义：意义：（一同三不同）（一同三不同）指催化指催化相同的相同的化学反应，而酶蛋化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫白的分子结构理化性质乃至免疫学性质学性质不同不同的一组酶。的一组酶。8第第 二二 节节酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme

5、 Action9问题：全酶的组成及其作用名词：活性中心 同工酶10（一）（一）极高的催化效率极高的催化效率（二）高度的特异性（二）高度的特异性（三）（三）可调节性可调节性（四）不稳定性（四）不稳定性一、一、 酶反应的特点酶反应的特点11二、酶通过促进底物形成过渡态二、酶通过促进底物形成过渡态 而提高反应速率而提高反应速率（一）酶比一般催化剂更能有效地降低反应的活化能（一）酶比一般催化剂更能有效地降低反应的活化能 12（二）酶与底物结合形成中间产物（二）酶与底物结合形成中间产物 q其它机制其它机制n诱导契合作用使酶与底物密切结合诱导契合作用使酶与底物密切结合13第第 三三 节节酶促反应动力学酶促

6、反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed ReactionKinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction14l研究某一因素的影响时，其余各因素均恒定。研究某一因素的影响时，其余各因素均恒定。l何谓酶促反应动力学何谓酶促反应动力学? ?研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度V的影响，的影响，并加以定量的阐述。并加以定量的阐述。l影响因素有影响因素有: :酶浓度酶浓度EE、底物浓度、底物浓度SS、pHpH、温度、温度T T、抑制剂抑制剂I I及激活剂等。及激活剂等。l采用反应的采用反应的初速度初速度（initial velocit

7、yinitial velocity）15一、一、S对对V的影响的作图呈矩形双曲线的影响的作图呈矩形双曲线lS对对V的影响呈矩形双曲线关系的影响呈矩形双曲线关系:l研究条件研究条件: :l此矩形双曲线可用米此矩形双曲线可用米- -曼氏方程表示曼氏方程表示16bcal矩形双曲线和米矩形双曲线和米- -氏方程的对应关系氏方程的对应关系VmaxS Km + S V与与S成正比为一级反应成正比为一级反应Vmax KmS V不成正比例加速不成正比例加速, ,介于介于a a、c c之间之间, , 为混合级反应。为混合级反应。达达Vmax,V不再增加为零级反应不再增加为零级反应Vmaxa、b、c、S Km时时

8、,S Km时，时，初初速速度度VV Vmaxmax底物浓度底物浓度S1/2VmaxKm17（一）米曼氏方程式推导米曼氏方程式推导l米曼氏方程式推导的条件米曼氏方程式推导的条件：l推导过程：推导过程：（二）（二）Km与与Vmax的意义的意义（三）（三）m值与值与max值的测定值的测定18二、底物足够时二、底物足够时E对对V的影响呈直线关系的影响呈直线关系l当当SE，酶可被酶可被底物饱和的情况下，底物饱和的情况下，V与与E成正比。成正比。l关系式：关系式：V = K3 E0 V E 当当SE时，时，Vmax = k3 E E对对V的影响的影响 19三、三、T对对V的影响具有双重性的影响具有双重性四

9、、四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响通过改变酶和底物分子解离状态影响Vl最适温度最适温度 (optimum temperature)： 酶促反应速度最快时的环境温度酶促反应速度最快时的环境温度l低温的应用低温的应用l最适最适pH (optimum pH) 酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH。20l类型类型不可逆性抑制不可逆性抑制可逆性抑制可逆性抑制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 (uncompetitive inhibition)

10、五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率l酶的抑制剂酶的抑制剂( inhibitor/I ) 使酶的使酶的催化活性下降催化活性下降而而不引起酶蛋白变性不引起酶蛋白变性的物质的物质21( (一一) ) l什么是？什么是？ 抑制剂以抑制剂以共价键共价键与与酶活性中心酶活性中心的必需基团相的必需基团相结合，使酶失活；不能用物理方法去除抑制结合，使酶失活；不能用物理方法去除抑制剂。剂。l举例：举例：22l什么是？什么是？抑制剂通常以抑制剂通常以非共价键非共价键与酶或酶与酶或酶-底物复合物底物复合物可逆性可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制结合，使酶的活性降

11、低或丧失；抑制剂剂可用透析、超滤可用透析、超滤等方法除去。等方法除去。231、竞争性抑制、竞争性抑制l什么是？什么是？l竞争性抑制竞争性抑制的具体情形：的具体情形：l举例举例: :I与与E的的S结构相似共同竞争结构相似共同竞争E的活性中心，的活性中心，防碍防碍E与与S的结合。的结合。242、非竞争性抑制、非竞争性抑制l什么是？什么是？l非竞争性抑制非竞争性抑制的具体情形：的具体情形： I与与E活性中心活性中心以外以外的必需基团结合，的必需基团结合，不防碍不防碍E与与S的结合，的结合， I与与S之间无竞争之间无竞争 。253、反竞争性抑制、反竞争性抑制l什么是？什么是？l反竞争性抑制反竞争性抑制

12、的具体情形：的具体情形：I 只与只与ES结合结合成成EIS，使，使ES的量减少，的量减少，影响产物的生成和影响产物的生成和E的释放。的释放。26与与I结合的成分结合的成分 E E、ES ES动力学参数动力学参数表观表观Km Km 增大增大 不变不变 减小减小最大速度最大速度 Vmax 不变不变 林林-贝氏作图贝氏作图 斜率斜率 Km/Vmax 增大增大 增大增大 不变不变 纵轴截距纵轴截距 1/Vmax 不变不变 增大增大 增大增大 横轴截距横轴截距 -1/Km 增大增大 不变不变 减小减小作用特征作用特征 无无I 竞竞 非非 反反III27六、激活剂可加快酶促反应速率六、激活剂可加快酶促反应

13、速率l激活剂激活剂(activator)(activator) 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质l分为分为 l激活剂大多数为金属离子如激活剂大多数为金属离子如MgMg2+2+、K K+ +、MnMn2+2+等，等， 少数阴离子也有激活作用。少数阴离子也有激活作用。必需激活剂必需激活剂 (essential activator)非必需激活剂非必需激活剂 (non-essential activator)l 一些金属酶和金属激活酶类：一些金属酶和金属激活酶类：28第第 四四 节节 酶酶 的的 调调 节节The Regulation of Enzy

14、meThe Regulation of Enzyme29 关键酶关键酶30问题如何描述S对V的影响简述Km和Vmax的意义解释最适温度和PH值试述竞争性抑制作用特点，举例说说其在临床药学上的应用试比较竞争性抑制与非竞争性抑制区别31代谢物与酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，代谢物与酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性。使酶构象改变，从而改变酶的催化活性。别构效应剂别构效应剂 (allosteric effector)l变构酶的变构酶的S S形曲线形曲线l几个名词：几个名词：一一 、酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节、酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节

15、32（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团 与酶的共价结合与分离实现的与酶的共价结合与分离实现的l举例：举例：l何谓共价修饰何谓共价修饰(covalent modification)？l共价修饰的类型：共价修饰的类型：33l举例举例l酶原、酶原激活及酶原激活的本质酶原、酶原激活及酶原激活的本质l酶原激活的意义酶原激活的意义l某些酶原的激活某些酶原的激活34酶蛋白合成的调节酶蛋白合成的调节酶降解的调节酶降解的调节诱导作用诱导作用(induction)(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)(repression)溶酶体蛋白酶降解途径溶酶体蛋白酶降解途径非溶酶体蛋白酶降解途径非溶酶体蛋白酶降解途径35第第 五五 节节核核 酸酸 酶酶（NucleaseNuclease）指所有可以水解核酸的酶指所有可以水解核酸的酶36l依据底物不同分类：依据底物不同分类： l功能：