生物化学与分子生物学课件：第3章 酶

1、第三章 酶(enzyme)酶的研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。1833年， Anselme Payen提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）。 1878年，Wilhelm Khne首次提出Enzyme一词。1894年， Emil Fischer证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系。1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1913年，Leonor Michaelis和Maud Menten推导出酶反应的动力学方程式。19261930年，James Sumner和John H. Northrop分别将脲酶和胃蛋白酶、胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。19

2、41年，George Beadle和Edward Tatum的“一个基因一个酶”假说首次将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，Jack W. Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。酶的概念： 目前将生物催化剂分为两类： 酶 、 核酶 酶（enzyme）是一类由活细胞产生的生物催化剂,对特异的底物(substrate)在温和条件下起着高效催化作用的蛋白质。第一节酶的分子结构与功能The Molecular S

3、tructure and Function of Enzyme单体酶（monomeric enzyme） 由一条多肽链组成，只具有三级结构的酶。 如核糖核酸酶、一些肠道蛋白水解酶、溶菌酶。 寡聚酶（oligomeric enzyme） 由多条相同或不同的亚基以非共价键连接组成的酶。 酶的分子组成多酶复合物（multienzyme complex）， 或称多酶体系（multienzyme system） 由催化不同化学反应的多种酶组成的寡聚酶。如：丙酮酸脱氢酶复合物 同工酶（isoenzyme，isozyme） 催化相同化学反应但亚基种类不尽相同的一组酶。 多功能酶（multifunctiona

4、l enzyme） 或称串联酶（tandem enzyme） 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，这类酶称为多功能酶。如：哺乳动物脂肪酸合成酶 Structure of the pyruvate dehydrogenase complex (a) Cryoelectron micrograph of PDH complexes isolated from bovine kidney.In cryoelectron microscopy (b) Threedimensional image of PDH complex, showing the subun

5、it structure: E1, pyruvate dehydrogenase; E2, dihydrolipoyl transacetylase; and E3, dihydrolipoyl dehydrogenase. This model was prepared by Z. H. Zhou et al. (2001); in another model, proposed by J. L. S. Milne et al. (2002), the E3 subunits are located more toward the periphery. (c) E2 consists of

6、three types of domains linked by short polypeptide linkers: a catalytic acyltransferase domain; a binding domain, involved in the binding of E2 to E1 and E3; and one or more (depending on the species) lipoyl domains.软脂酸合成酶 ACPSH大肠杆菌： 有7种酶蛋白 (脂肪酰基转移酶、 丙二酰CoA酰基转移酶、酮脂肪酰合成酶、酮脂肪酰还原酶、 羟脂酰基脱水酶、脂烯酰还原酶和硫酯酶)，

7、聚合在一起构成多酶体系。哺乳动物7种酶活性都在一条多肽链上，属多功能酶，由一个基因编码；有活性的酶为两相同亚基首尾相连组成的二聚体。（一）结构组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助因子。这类酶称为单纯酶（simple enzyme）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。一、酶的分子组成中常含有辅助因子（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨基酸组分的酶称为结合酶 结合酶（conjugated enzyme）是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分 蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子(cofactor) 金属离

8、子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)决定反应的特异性及其催化机制 决定反应的性质和反应类型 辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度） 辅酶 (coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。 辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。辅助因子多为小分子的有机化合物或金属离子。作为辅助因子的有机化合物多为B族维生素的衍生物或卟啉化合物它们在酶促反应中主要参与传递电子、质子（或基团）或起运载体作用 辅酶或辅基缩写转移的基团所含的维生素烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I）NAD+H+，电子烟酰胺（维生素PP）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷

9、酸（辅酶II）NADP+H+，电子烟酰胺（维生素PP）黄素腺嘌呤二核苷酸FAD氢原子维生素B2焦磷酸硫胺素TPP醛基维生素B1磷酸吡哆醛氨基维生素B6辅酶ACoA酰基泛酸生物素二氧化碳 生物素四氢叶酸FH4一碳单位叶酸辅酶B12氢原子，烷基维生素B12小分子有机化合物辅酶（辅基）的种类与作用 金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。 金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。 金属离子的作用稳定酶的构象、活性中心； 参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电

10、斥力等。 金属酶金属离子金属激活酶金属离子过氧化氢酶Fe2+丙酮酸激酶K+，Mg2+过氧化物酶Fe2+丙酮酸羧化酶Mn2+，Zn2+谷胱苷肽过氧化物酶Se蛋白激酶Mg2+,Mn2+己糖激酶Mg2+精氨酸酶Mn2+固氮酶Mo2+磷脂酶CCa2+核糖核苷酸还原酶Mn2+细胞色素氧化酶Cu2+羧基肽酶Zn2+脲酶Ni2+碳酸酐酶Zn2+柠檬酸合酶K+金属酶和金属激活酶 酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转化为产物的区域。酶的活性中心 （active center）溶菌酶的一级结构和空间结构二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域 组成酶活性中心的必

11、需基团在一级结构上可能相距很远，但在形成三级结构时相互接近，形成具有三维结构的区域，且多是酶分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口袋。 溶菌酶的活性中心 *必需基团（essential group ）：活性中心内的必需基团：活性中心外的必需基团： 结合基团（binding group） 与底物相结合 催化基团（catalytic group）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的空间构象所必需。与酶活性密切相关的基团。底 物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心是一裂隙，可以容纳肽多糖的6个单糖基（A，B，C，D，E，F），并与之形成氢键和

12、van derwaals力。催化基团是35位Glu，52位Asp；101位Asp和108位Trp是结合基团。胰凝乳蛋白酶的空间结构三、 同工酶(isoenzyme)* 临床意义： * 定义： 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。* 举例： 乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5) 肌酸激酶(CK1CK3)根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来

13、诊断不同器官的疾病提供了理论依据。 HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脱氢酶的同工酶* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5)同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异性 同工酶存在于同一种属的不同个体，同一个体的不同组织、同一细胞的不同亚细胞结构，以及同一组织、细胞的不同发育阶段。 LDH同工酶红细胞白细胞血清骨骼肌心肌肺肾肝脾LDH1 （H4）431227.10731443210LDH2 （H3M）444934.70243444425LDH3（H2M2）123320.95335121110

14、LDH4 （HM3）1611.7160512720LDH5 （M4）005.7790120565人体各组织器官LDH同工酶谱（活性%） 检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义 在代谢调节上起着重要的作用；用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化1酶活性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱2345举例 2BBBMMM CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM)脑 心肌 骨骼肌肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶CK2常作为临床早期诊断心肌梗死的一项生化指标 第

15、二节 酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action一、 酶促反应的特点（一）酶与一般催化剂的共同点：在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。（二） 酶作用的特点：酶促反应具有极高的效率；酶促反应具有高度的特异性；酶促反应的可调节性；酶促反应要求严格的环境条件, 酶具有不稳定性；（一）.酶的效率：活化能的降低可使反应速率呈指数上升 化学反应速率与自由能变化的关系 dS kBT V = = S e G*/RT dt hS代表底物（substrate）浓度kB是玻尔茨曼常数（Boltzmann constan

16、t）（1.3811023JK-1）h是普朗克常数（Planck constant）（6.626 1034J.s）G*代表反应的活化能 在标准状态下反应活化能降低1倍，反应速率可提高约5000倍，呈现指数上升。 一般讲，酶的催化效率比非催化反应高1051017倍 底物催化剂反应温度（）速率常数苯酰胺H+522.410-6OH-538.510-6-胰凝乳蛋白酶2514.9尿素H+627.410-7脲酶215.0106H2O2Fe2+5622某些酶与一般催化剂催化效率的比较 酶的催化效率可用酶的转换数 (turnover number) 来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟

17、将底物转化为产物的分子数。 （二）. 酶对底物有高度的选择性酶的特异性或专一性（specificity） 酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化学键，催化一定的化学反应并产生一定结构的产物的现象。 （1）有的酶对其底物和反应类型具有极其严格的选择性 有的酶仅对一种特定结构的底物起催化作用，产生具有特定结构的产物。酶对底物的这种极其严格的选择性称为绝对特异性（absolute specificity）。 脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。 有些具有绝对专一性的酶可以区分光学异构体和立体异构体，只能催化一种光学异构体或立体异构体进行反应。例如乳酸脱氢酶仅

18、催化L-乳酸脱氢生成丙酮酸，而对D-乳酸无作用。 （2）多数酶具有相对特异性 多数酶可对一类化合物或一种化学键起催化作用，这种对底物分子不太严格的选择性称为相对特异性（relative specificity）。 脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。 胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）的羧基所形成的肽键。 胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）的羧基所形成的肽键。 人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化 蛋白激酶共有序列蛋白激酶A-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-蛋白激酶C-X-(R/K1-3,X0-2)-(S/T)-(X0-2,R

19、/K1-3)-X蛋白激酶G-X-(R/K)2-3-X-(S/T)-X-Ca2+/钙调素蛋白激酶H-X-R-X-X-(S/T)-X-（三）. 酶促反应的可调节性酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的别构激活，而受ATP的别构抑制。胰岛素诱导HMG-CoA还原酶的合成，而胆固醇则阻遏该酶合成。 例:（四）酶具有不稳定性酶的化学本质主要是蛋白质。在某些理化因素（如高温、强酸、强碱等）的作用下，酶会发生变性而失去催化活性。因此，酶促反应往往都是在常温、常压和接近中性的条件下进行的。二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率降低反应的活

20、化能 (activation energy) 活化能: 底物分子从初态转变到活化态所需的能量。反应总能量改变 非催化反应活化能 酶促反应 活化能 一般催化剂催化反应的活化能 能量 反 应 过 程 底物 产物 酶促反应活化能的改变 结合能酶的活性中心对底物具有高度的特异性 酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，相互诱导契合，增加与底物的互补性 大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合是非共价性的 氢键离子键疏水键van der Waals力 酶与底物结合的力1酶与底物结合时相互诱导发生构象改变 诱导契合假说（induced-fit hypothesis） 酶-底物复合物 E + S E + P E

21、S 酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说 。（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态 羧肽酶的诱导契合模式底物Induced fit in hexokinase.Hexokinase has a U-shaped structure (PDB ID 2YHX). The ends pinch toward each other in a conformational change induced by binding of D-glucose (red) (derived from PDB ID 1HKG and

22、PDB ID 1GLK).形成酶-底物过渡态复合物过程中释放结合能 底物与酶的活性中心相互诱导契合形成过渡态化合物，过渡态与酶的活性中心以次级键(氢键、离子键、疏水键)相结合，这一过程是释能反应，所释放的能量称为结合能(binding energy)。结合能可以抵消一部分活化能，是酶反应降低活化能的主要能量来源。 酶不能使底物形成过渡态，则没有结合能的释放，也就不能催化反应的进行。 2、邻近效应、定向排列和表面效应有利于底物形成过渡态酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种邻近效应(proximity effect)与定向排列(orientati

23、on arrange)实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。 邻近效应（proximity effect）和定向排列（orientation arrange）将分子间的反应变成类似分子内的反应，使反应速率显著提高。 在疏水环境中进行酶反应有很大的优越性，此现象称为表面效应（surface effect）。 酶的活性中心多位于其分子内部的疏水“口袋”中，酶反应在酶分子内部的疏水环境中进行。疏水环境可使底物分子脱溶剂化（desolvation），排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引或排斥，防止二者之间形成水化膜，利于底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结

24、合。 3、 表面效应（surface effect）胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心“口袋” （三）酶的催化机制呈多元催化作用一般酸-碱催化作用(general acid-base catalysis) 共价催化作用(covalent catalysis) 亲核催化作用(nucleophilic catalysis)亲电催化（electrophilic catalysis） 胰凝乳蛋白酶的共价催化和酸-碱催化机制 第三节 酶 促 反 应 动 力 学The Kinetics of Enzymatic Reactions概念：研究各种因素对酶促反应速度的影响， 并加以定量的阐述。影响因素

25、包括有： 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。一、底物浓度对反应速度的影响单底物、单产物反应酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示反应速度取其初速度，即底物的消耗量在5以内的反应速度底物浓度远远大于酶浓度 研究前提： 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速率的影响呈矩形双曲线关系。当底物浓度较低时：反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。SVVmax随着底物浓度的增高：反应速度不再成正比例

26、加速；反应为混合级反应。SVVmax当底物浓度高达一定程度：反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应SVVmax1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式。S: 底物浓度V: 不同S时的反应速度Vmax: 最大反应速度m: 米氏常数 VmaxSKm+S（一）米曼氏方程式的推导推导基于两个假设：E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应而ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即 Vk3ES (1)S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始阶段，S的浓度可认为不变即SSt 酶促反应模式：E+S ES E+P

27、k1k2k3推导过程：稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即ES恒定。 K1 ( EtES) SK2 ES + K3 ESK2+K3 Km (米氏常数)K1 令:则(2)变为: （EtES）S Km ES(2) （EtES）SK2+K3ESK1整理得：ES EtSKm+S(3)整理得:VmaxSKm+SV 将(3)代入(1) 得 V K3EtSKm+S(4) 当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即EtES,反应达最大速度 VmaxK3ESK3Et (5)将(5)代入(4)得米氏方程式:当反应速度为最大反应速度一半时:1. Km值的推导：KmSKm值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时

28、的底物浓度，单位是mol/L。2Km+S Vmax VmaxSVmaxVSKmVmax /2 2Km是酶的特征性常数 在酶的结构、溶液pH、温度等条件不变的情况下，酶促反应底物的Km不因反应中酶浓度的改变而不同。 同一酶对其所催化的不同底物有不同的Km；不同酶对同一底物也有其各自的Km 。Km的范围多在10-610-2mol/L之间。 6.0 103己-N-乙酰2葡萄糖胺溶菌酶 2.5 102H2O2过氧化氢酶 4.0 103D-乳糖-半乳糖苷酶 2.5 103N-苯甲酰酪氨酰胺 1.08 101甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶 2.6 102HCO3碳酸酐酶 1.5 103D-果糖 5 105

29、D-葡萄糖 4 104ATP己糖激酶（脑） Km（mol/L） 底物 酶 一些酶的底物的Km 3Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力 k1Km =k2 + k3当k3 E2 E3。从图中可知， E的变化不影响酶促反应的Km。B：反应速率对酶浓度作图，V与E呈直线关系。 三、温度对反应速度的影响双重影响： 温度升高，酶促反应速度升高； 酶的本质是蛋白质,温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 。 最适温度 （optimum temperature）： 酶促反应速度最快时的环境温度哺乳动物组织中酶的最适温度多在3540之间 Taq DNA聚合酶最适温度为72 * 低温的应用一般的酶在低温下活

30、性降低，但酶本身不被破坏，其活性可随温度的回升而恢复。 低温保存酶和菌种等生物制品 低温麻醉 四、 pH对反应速度的影响最适pH：酶催化活性最大时的环境pH胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶体内酶的最适pH多在6.58之间。 胃蛋白酶的最适pH为1.8 精氨酸酶的最适pH为9.8 五、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂(inhibitor)： 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。 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 抑制作用的类型：不可逆性抑制（irreversible inhibition ）可逆性抑制（reversible inhibiti

31、on）：竞争性抑制；非竞争性抑制；反竞争性抑制；(一) 不可逆性抑制作用概念： 抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活, 不能通过透析、超滤或稀释等方法将其除去。 。 举例： 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) 专一性抑制剂一些酶活性中心的催化基团是丝氨酸残基上的羟基，这些酶称为羟基酶。 如胆碱酯酶和丝氨酸蛋白酶 有机磷化合物羟基酶失活的酶酸CH3CHN+HONROPROOOE+NROPROOOCHCH3N+EOH 解磷定 失活的酶 有机磷-解磷定复合物 活化的酶 半胱氨酸残基上的巯基

32、是许多酶的必需基团。低浓度的重金属离子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等)及As3+等可与巯基酶分子中的巯基结合，使酶失活。 路易士气巯基酶失活的酶酸失活的酶BAL巯基酶BAL与砷剂结合物非专一性抑制剂（二） 可逆性抑制作用* 概念： 抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合,使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。 竞争性抑制 (competitive inhibition) 非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)* 类型：1竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心 定义：抑制

33、剂与底物的结构相似或部分相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶-底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 +EESIESEIE P有竞争性抑制剂存在的米氏方程式 V =VmaxSKm+ S(1 +Iki)双倒数方程式是 VmaxKmSV1=1Vmax1+(1 +Ik i)反应模式+E + S ESE + PIEIkik1k2k3竞争性抑制作用V对S的双倒数作图 * 特点抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；I与S结构类似，或部分相似，竞争酶的活性中心；动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。 I1V1S0Km1Km1(1+ )IkiVmax1-无抑制剂*

34、 举例 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸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 谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸Viagra 抑制cGMP- 蛋 白 激 酶 途 径 受体，鸟苷酸环化酶（guanylate, GC )， cGMP, PKG1、组成： 2、cGMP的合成和降解GTPGMg2+PPicGMP 磷酸二酯酶H2OCa2+ 或 Mg2+5- GMPNOGCPKG 蛋白质磷酸化使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化3、PKG的功能GCG蛋白GTPcGMP激 素R胞 膜*生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。乙酰胆碱

35、 cGMP Viagra 2、非竞争性抑制* 反应模式：E+SESE+P+ + I IEI+SEIS+ S S+ S S+ESIEIEESEP非竞争性抑制的米氏方程式的双倒数形式 VmaxKmSV1=1Vmax1+(1 +Iki)(1 +Iki)* 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。 I1V1SKm1(1+ )IkiVmax1Vmax0非竞争性抑制作用V对S的双倒数作图 、反竞争性抑制* 反应模式： E+SE+PES +IESI+ESESESIEP反竞争性抑制作用的米氏方程式的双倒数形式 Vm

36、axKmSV1=1Vmax1+(1 +Iki)I1V1SKm1(1+ )IkiVmax1Vmax0(1+ )IkiKm反竞争性抑制作用V对S的双倒数作图 * 特点：抑制剂只与酶-底物复合物结合；抑制程度取决于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。 各种可逆性抑制作用的比较 动力学参数表观Km Km增大不变减小最大速度Vmax不变降低降低林-贝氏作图斜率Km/Vmax增大增大不变纵轴截距1/Vmax不变增大增大横轴截距-1/Km增大不变减小与I结合的组分EE、ESES作用特征无抑制剂竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制六、激活剂可加速酶促反应速率 酶的激活剂（activ

37、ator） 使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质 必需激活剂（essential activator）为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性。 Mg2+为己糖激酶的必需激活剂 非必需激活剂（non-essential activator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的。 Cl-对唾液淀粉酶的激活作用 七、酶活性测定和酶活性的单位什么是酶活性测定 ? 在一定条件下,可通过测定酶促反应速度的快慢来算出酶浓度.1) 酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。2)酶活力大小的衡量尺度是酶的活性单位国际单位(IU)： 在特定的条件下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需的

38、酶量为一个国际单位。 催量单位(katal)： 催量是指在特定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。 kat与IU的换算： 1IU=16.6710-9 kat第四节 酶的调节酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）调节方式：调节对象：关键酶酶原 (zymogen)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。 酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。一 、酶活性的调节（一）酶原与酶原的激活一些酶只有通过对其前体剪切后才有活性 酶原激活的原理酶 原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下

39、赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰凝乳蛋白酶原的激活酶原激活因子激活途径胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶胃蛋白酶 + 六肽胰蛋白酶原肠激酶、胰蛋白酶胰蛋白酶 + 六肽胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶 + 2个二肽弹性蛋白酶原胰蛋白酶弹性蛋白酶 + 几个肽段羧基肽酶原胰蛋白酶羧基肽酶 + 几个肽段消化蛋白酶原的激活 血液的凝固途径 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，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。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，发挥其催化作用

40、。（二） 酶的变构调节变构效应剂 (allosteric effector)变构激活剂变构抑制剂 变构调节 (allosteric regulation): 变构酶 (allosteric enzyme) 变构部位 (allosteric sit)一些代谢物可与某些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，此种调节方式称变构调节。变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应： 变构酶的形曲线正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线 负协同效应的底物-速率曲线外形类似矩形双曲线，但不是矩形双曲线 （三） 酶的共价修饰调节共价修饰(covalent modific

41、ation)或化学修饰(chemical modification) ： 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或化学修饰。常见类型：磷酸化与脱磷酸化（最常见） 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 酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白二、 酶含量的调节（一）酶合成的诱导和阻遏 诱导作用(induction) 阻遏作用(repression)（二）酶降解的调控溶酶体的功能一是与食物泡融合，将细胞吞噬进的食

42、物或致病菌等大颗粒物质消化成生物大分子，残渣通过外排作用排出细胞；二是在细胞分化过程中，某些衰老细胞器和生物大分子等陷入溶酶体内并被消化掉，这是机体自身重新组织的需要。 有很多寿命很短的蛋白，其降解是通过“泛素蛋白酶体”路径实现的。一个蛋白会通过共价键与多个分子组成的泛素多酶系统（UPP系统）结合而被标记为“待降解蛋白”，UPP系统由泛素激活酶（E1），泛素交联酶（E2）及泛素连接酶（E3）组成，UPP的主要成分为泛素，分子量为8.6kDa。酶E1可以通过给泛素的C-端半胱氨酸加一个高能硫酯键而将泛素激活，而被激活的泛素通过此高能硫酯键与酶E2结合。酶E3最后将泛素转运至底物蛋白的活化的赖氨酸

43、残基的-氨基上，泛素化的蛋白被运送到26S的蛋白酶体而被最终降解，同时泛素被释出并被重新利用。第五节 酶的命名与分类一、 酶的命名： 习惯命名法，一般是按酶所催化的底物命名，在其底物英文名词上加后缀“ase” 作为酶的名称。 如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（phosphatase） 系统命名法根据酶所催化的整体反应，按酶的分类对酶命名，每个酶都有一个名称和一个编号 。 编号中4个数字中第1个数字是酶的分类号，第2个数字代表在此类中的亚类，第3个数字表示亚-亚类，第4个数字表示该酶在亚-亚类中的序号。 推荐名称简便而常用 由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会还同时为每一个酶从常用的习惯名称

44、中挑选出一个推荐名称（recommended name） 系统名称：L-乳酸：NAD+氧化还原酶推荐名称：乳酸脱氢酶 酶的分类系统名称编号催化的反应推荐名称1.氧化还原酶类(S)-乳酸：NAD+-氧化还原酶EC1.1.1.27(S)-乳酸+NAD+ 丙酮酸+NADH+H+L-乳酸脱氢酶2.转移酶类L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶EC2.6.1.2L-丙氨酸+-酮戊二酸 丙酮酸+L-谷氨酸丙氨酸转氨酶3.水解酶类1,4-D-葡聚糖-聚糖水解酶EC3.2.1.1水解有3个以上1,4-D-葡萄糖基的多糖中1,4-D-葡糖苷键-淀粉酶4.裂合酶类D-果糖-1,6-二磷酸D-甘油醛-3-磷酸裂合酶EC4

45、.1.2.13D-果糖-1,6-二磷酸 磷酸二羟丙酮+D-甘油醛-3-磷酸果糖二磷酸醛缩酶5.异构酶类D-甘油醛-3-磷酸醛-酮-异构酶EC5.3.1.1D-甘油醛-3-磷酸磷酸二羟丙酮丙糖磷酸异构酶6.连接酶类L-谷氨酸：氨连接酶（生成ADP）EC6.3.1.2ATP+L-谷氨酸+NH3 ADP+Pi+L-谷氨酰胺谷氨酸-氨连接酶 酶的分类与命名举例 二、 酶的分类： 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

46、酶类 （ligases ）第六节 酶与医学的关系一、 酶与疾病的发生二、 酶与疾病的诊断三、 酶与疾病的治疗一、酶与疾病的发生、临床诊断与治疗密切相关 （一）许多疾病与酶的质和量的异常相关1酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一 酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。 2酶活性改变可引起疾病 胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。 3一些疾病可以引起酶活性的改变 严重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而影响血液凝固。 （二）体液中酶的活性可作为某些疾病的诊断指标 2. 恶性肿瘤可因肿瘤组织的增殖加快，其标志酶释放入血增多，有助于对该组织肿瘤的诊断。 前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量

47、增高。 组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入血，有助于对此组织器官疾病的诊断。 急性肝炎时，血清中丙氨酸转氨酶活性升高。 3. 有些酶的清除和排泄障碍也可造成血清含量升高。 肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。 4. 酶的诱导合成增多也可以从血清中检测出来，用于协助诊断和预后判断。 胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。 偶联测定法不直接涉及原始反应的底物或产物 许多酶促反应的底物和产物虽然不能直接检测，但可以与另外的酶反应相偶联，偶联的酶以第一个酶的产物为底物，或以此类推，以最后的酶反应产物可以直接检测为目的。这种通过偶联其他酶并对此酶促产物进行直接检测，间接地反映待测酶反应的底物或产

48、物变化量的方法称为酶偶联测定法（enzyme coupled assay） 外加的酶称为工具酶或辅助酶（auxiliary enzyme） 产物可直接检测的酶称为指示酶（indicator enzyme） 丙氨酸转氨酶丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸乳酸脱氢酶丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸 + NAD+ （在340nm处有吸收峰） （在340nm处无吸收峰）酶联免疫分析测定蛋白质是酶分析的发展 酶联免疫分析又称酶联免疫吸附测定 （enzyme-linked immunosorbent assays, ELISA） 是利用酶的快速、灵敏、可定量检测的优点和免疫学方法中抗原-抗体特异性结合的优点，将指示酶与抗体偶连，对抗原进行检测的一种方法 。常用的方法 将辣根过氧化物酶与抗体偶联，通过显色测定酶的活性，进而计算出与酶偶联抗体所结合的抗原的量。 （1）将特异性抗原与固相载体连接，形成固相抗原：洗涤除去未结合的抗原及杂质。（2）加稀释的受检血清：其中的特异抗体与抗原结合，形成固相抗原抗体复合物。经洗涤后，固相载体上只留下特异性抗体。其他免疫球蛋白及血清中的杂质由于不能与固相抗原结合，在洗涤过程中被洗去。（3）加酶标抗抗体：与固相复合物中的抗体结合，从而使该