第03章.酶-2009级临床医学本科

第三章

酶(Enzyme)南方医科大学基因工程研究所肖维威公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶，并指出酶是蛋白质

。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，JackW.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)。酶学研究简史2010.09公元前两千多年，我国已有酿酒记载酶学研究简史2010.09Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果2010.091897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。enzyme("inyeast")enzyme是希腊文en=in，zyme=yeast2010.091926年，Sumner从刀豆中提取出脲酶结晶，并证明是蛋白质。2010.09酶的化学本质是蛋白质①经酸碱水解终产物是AA②能被蛋白酶水解而失活③酶可变性失活④酶是两性电解质⑤具有不能通过半透膜等胶体性质⑥具有蛋白质的化学呈色反应酶是活细胞产生的对特异底物具有催化作用的蛋白质。2010.091982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶的概念。1995年，JackW.Szostak实验室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段,即脱氧核酶。2010.09酶是生物体内一类具有催化活性的生物大分子，包括蛋白质和核酸。什么是酶?催化作用存在于生物体内蛋白质或核酸核酶脱氧核酶2010.09

酶催化进行的化学反应：酶促反应S(substrate)P(product)底物产物E(enzyme)酶2010.09酶在机体中十分温和条件下的高效率催化作用，并在多种因素的影响下对代谢发挥着巧妙的调节作用，使得生物体内的物质代谢有条不紊地进行。酶的生物学意义：2010.09（一）酶与疾病的发生（二）酶与疾病的诊断（三）酶与疾病的治疗酶与医学关系密切2010.09（一）酶与疾病的发生

酶缺乏或异常引起的疾病

酶疾病苯丙氨酸羟化酶苯丙酮酸尿症6-磷酸葡萄糖脱氢酶蚕豆病酪氨酸酶白化病细胞色素氧化酶氰化物中毒胆碱酯酶有机磷中毒2010.09（二）酶与疾病的诊断——血清酶活性测定1.细胞破坏或细胞膜通透性增高时，细胞内的酶大量释放入血2.细胞的转换率增高或细胞的增殖增快，其特异的标志酶可释放入血3.酶的合成及诱导增加4.酶的清除受阻5.肝功能严重障碍时，某些酶的合成减少疾病时血液中酶活性异常的原因：2010.09酶活性测定酶的活性：是指酶催化化学反应的能力衡量的标准是酶促反应速率。酶促反应速率：在适宜的反应条件下，单位时间内底物的消耗或产物的生成量。2010.09在特定的条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。１催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量。kat与IU的换算：1IU=16.67×10-9kat国际单位(IU)催量单位(katal)酶活性单位2010.09用于诊断的部分血清酶酶主要来源主要临床应用淀粉酶唾液腺胰腺卵巢胰腺疾患碱性磷酸酶肝骨肠黏膜、肾、胎盘骨病、肝胆疾患酸性磷酸酶前列腺红细胞前列腺癌、骨病谷丙转氨酶肝心骨骼肌肝实质疾患谷草转氨酶肝骨骼肌心肾红细胞心肌梗塞肝实质疾患肌肉病肌酸激酶骨骼肌脑心平滑肌心肌梗塞、肌肉病乳酸脱氢酶心肝骨骼肌红细胞心肌梗塞溶血肝实质疾患血小板淋巴结胆碱脂酶肝有机磷中毒肝实质疾患2010.09（三）酶与疾病的治疗

替代治疗：消化不良--胃酶、胰酶

抗菌治疗：磺胺药

对症治疗：预防血栓形成--尿激酶、链激酶、纤溶酶

抗癌治疗：MTX抑制FH2还原酶2010.09酶的分子结构与功能1酶的调节4酶促反应动力学3

酶的工作原理2酶的命名与分类5本章内容2010.09第一节

酶的分子结构与功能

TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme

2010.09酶的不同结构形式寡聚酶由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。单体酶仅具有三级结构的酶。2010.09HSCoANAD+丙酮酸脱氢酶复合体多酶体系由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶或串联酶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。2010.09

结合酶：由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。

单纯酶：仅由氨基酸构成的酶。一、酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白（apoenzyme)非蛋白质部分：辅助因子(cofactor)全酶holoenzyme2010.09全酶的结构与分子组成2010.09（无催化活性）（无催化活性）（有催化活性）酶蛋白＋辅助因子全酶对于结合酶来说，单独酶蛋白或辅助因子没有催化活性，只有全酶才有催化作用。2010.09结合酶各部分在催化反应中的作用酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质例：脱氢酶(NADH)苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶……..一种酶蛋白一般只与一种辅助因子结合同种辅助因子可与不同的酶蛋白结合2010.091.金属离子：最多见的辅助因子，常见的金属离子为

K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Cu+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等。辅助因子分类1（按其化学本质）

金属离子对酶的作用稳定酶的构象；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，降低反应中的静电斥力等。2010.09金属酶金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。

金属激活酶

金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。2010.09一些金属酶和金属激活酶类金属酶

金属离子金属激活酶金属离子碳酸酐酶 Zn2+柠檬酸合成酶K+羧基肽酶 Zn2+丙酮酸激酶K+Mg2+

过氧化物酶 Fe2+ 丙酮酸羧化酶Mn2+Zn2+

过氧化氢酶 Fe2+精氨酸酶Mn2+

己糖激酶 Mg2+磷酸水解酶类Mg2+

磷酸转移酶 Mg2+蛋白激酶Mg2+，Mn2+

锰超氧化物歧化酶Mn2+磷脂酶CCa2+

谷胱甘肽过氧化物酶Se磷脂酶A2Ca2+2010.09

小分子有机化合物对酶的作用在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。2.小分子有机化合物：种类不多，常含有维生素或维生素类物质，尤其是B族维生素。2010.09名称 缩写名 转移基团 所含维生素辅酶Ⅰ/辅酶ⅡNAD+/NADP+ H+、电子尼克酰胺黄素腺嘌呤二核苷酸FAD 氢原子 B2焦硫酸硫胺素 TPP 醛基 B1磷酸吡哆醛 氨基 B6辅酶A CoASH 酰基 泛酸生物素 CO2 生物素四氢叶酸 FH4 一碳单位叶酸辅酶B12 氢原子、烷基B12小分子有机化合物在催化中的作用

2010.09辅助因子分类2（按其与酶蛋白结合的紧密程度）

辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合疏松(不形成共价键)，可用透析或超滤的方法除去。

辅基(prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密(形成共价键)，不能用透析或超滤的方法除去。2010.09酶分子中能与底物特异结合并将底物转化为产物的部位称为酶的活性中心或称活性部位(activesite)

。二、酶的活性中心2010.09酶的活性中心2010.09必需基团(essentialgroup)酶分子氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。2010.09活性中心常见必需基团：Ser残基的羟基Cys残基的巯基His残基的咪唑基Glu残基的γ-羧基2010.09一些酶活性中心的必需基团

名称 活性中心的必需基团胰蛋白酶His42 Ser180Asp87 弹性蛋白酶His57Asp102Ser195Asp194Ile16羧基肽酶Arg145Tyr248Glu270溶菌酶Glu35Asp52乳酸脱氢酶Asp30Asp53Lys58Tyr85Arg101Glu140Arg171His195Lys250α－胰糜蛋白酶His57Asp102Asp194Ser195Ile162010.09溶菌酶的活性中心组成酶活性中心的必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。2010.09632010.09活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)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。活性中心以外的必需基团2010.09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

活性中心的构象特点：在酶分子整个体积中只占比较小的一部分，是一个三维实体，或为裂缝，或为凹陷。多为氨基酸残基的疏水基团组成的疏水环境，形成疏水“口袋”。2010.09酶活性中心的特点1、几个残基+辅助因子（单纯/结合）2、在空间构象上集中到一起（单体/寡聚）3、疏水空穴5、通过次级键与底物结合7、活性中心构象具有柔韧性和可塑性6、与底物诱导契合4、在酶分子整个体积中只占比较小的一部分，是一个三维实体，或为裂缝，或为凹陷。2010.092010.09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vanderwaals力。2010.09*定义同工酶(isoenzyme)是指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。三、同工酶2010.09特点：1、都是寡聚酶2、不同的亚基组成3、不同亚基的活性中心非常相似4、组织分布部位不同5、所催化的反应有侧重点2010.09*举例：乳酸脱氢酶(LDH1～

LDH5)乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+

LDH2010.09举例:

肌酸激酶(CK1～CK3)BBBMMMCK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑心肌骨骼肌肌酸+ATP磷酸肌酸+ADPCK2010.09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。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。

2010.09同工酶的生理意义1.是体内代谢调节的一种方式2.同工酶谱的改变有助于疾病的诊断2010.092010.09人体各组织器官中LDH同工酶的分布组织器官LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5

（占总LDH活性的百分比）

心

67294<1<1

肾5228164<1

肝24112756

骨骼肌47212741

红细胞423615522010.09临床意义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23452010.09第一节酶的分子结构酶的分子组成酶的活性中心同工酶单纯酶结合酶酶蛋白辅助因子结合基团催化基团必需基团辅酶辅基金属离子小分子有机化合物全酶2010.09第二节

酶的工作原理

TheMechanismofEnzymeAction2010.09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。2010.09（一）酶促反应具有极高的效率

酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。一、酶促反应的特点底物催化剂反应温度反应速度常数尿素

H+627.4

10-7脲酶215.0

106过氧化氢Fe2+226.0

10-4过氧化氢酶225.0

1062010.09酶的催化效率可用酶的转换数(turnovernumber)

来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。2010.09一种酶只能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产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。*酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性2010.09根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：绝对特异性(absolutespecificity)

相对特异性(relativespecificity)立体结构特异性(stereospecificity)2010.09绝对特异性

酶只作用于一种底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。2010.09相对特异性酶只作用于一类化合物或一种化学键。2010.09立体结构特异性酶仅作用于立体异构体中的一种。例：L-乳酸脱氢酶，作用于L-乳酸2010.09（三）酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节（活性的调节）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。2010.09（一）决定酶高效性的作用机制——二、酶促反应的机制降低反应的活化能2010.09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活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。2010.092010.091.邻近效应(proximityeffect)与定向排列(orientationarrange)

决定酶高效性的其它作用机制2.表面效应(surfaceeffect)3.多元催化(multielementcatalysis)2010.09（二）决定酶特异性的作用机制——Lockandkeymodel——1890byEmilFischer2010.09Inducedfitmodel——1958byDanielKoshland2010.09*诱导契合假说(induced-fithypothesis)酶分子构象与作用物结构并不一定完全吻合，而是当两者在相互接近时，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。

2010.09诱导契合假说2010.09酶促反应的特点高效性高度特异性可调节性酶促反应的机制酶高效性作用机制—降低反应活化能酶特异性作用机制---诱导契合假说第二节酶的工作原理

2010.09第三节酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

2010.09影响因素包括有：酶促反应动力学研究各种因素对酶促反应速度的影响底物浓度酶浓度pH温度抑制剂激活剂2010.09酶促反应速度的测定：用单位时间内底物(substrate)减少或产物增加的量来表示。反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）时的反应速度。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。2010.09VmaxV[S]KmVmax/2矩形双曲线关系一、底物浓度对反应速度的影响2010.09V[S]

Vmax2010.09当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比V[S]

Vmax2010.09随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速V[S]

Vmax2010.09当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度V[S]

Vmax2010.09酶促反应模式——中间产物学说E+Sk1k2k3

ESE+PES:酶-底物复合物中间产物2010.09※1913年Michaelis和Menten推导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。（一）米－曼氏方程式2010.09[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常数(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──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，反应速率取决于慢反应即V=k3[ES]。(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。米－曼氏方程式推导基于两个假设：2010.09米－曼氏方程式推导过程：ES的生成速率=ES的分解速率(1)=([E]－[ES])[S]k2+k3[ES]k1整理得：k1([E]－[ES])[S]=

k2[ES]+k3[ES]当反应处于稳态时：k1[游离酶][S]=

k2[ES]+k3[ES]k2+k3=Km（米氏常数）

k1令：则(1)变为:([E]－[ES])[S]=

Km[ES]k2+k3=Km（米氏常数）

k1令：则(1)变为:([E]－[ES])[S]=

Km[ES]k2+k3=Km（米氏常数）

k1令：则(1)变为:([E]－[ES])[S]=

Km[ES]2010.09当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即[E]=[ES]，反应达最大速率Vmax=

k3[ES]=

k3[E](4)[ES]=

───[E][S]Km+[S](2)

整理得:将(4)代入(3)得米氏方程式：Vmax[S]

Km+[S]

V=

────

V=k3[ES]得k3[E][S]Km+[S](3)

V=

────当[S]<<Km时，V=Vmax[S]/Km，反应速度与[S]呈正比。当[S]>>Km时，V≌Vmax，反应速度达最大速度，[S]再增高也不影响反应速度。VmaxV[S]ＶVmax[S]Km+[S]＝──Km值的意义①Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L

。当反应速度为最大反应速度一半时VmaxV[S]KmVmax/22＝Km+[S]VmaxVmax[S]Km＝[S]（二）Km与Vmax的意义②Km值是酶的特征性常数之一

a)只与酶的性质有关，与其浓度无关b)不同的酶，其Km值不同，测定Km可以作为鉴别酶的一种手段c)Km值：10-6~10-2mol/L2010.09③

Km可反应酶对底物的亲和力

Km值愈小，酶对底物的亲和力愈大Km值愈大，酶对底物的亲和力愈小一种酶有几种不同的Km值时，Km值最小的底物是天然底物或是最适底物。2010.09某些酶的Km值酶名称底物Km（mmol/L）

过氧化氢酶H2O2 25碳酸酐酶 H2CO3 9胰糜蛋白酶 甘氨酰酪氨酰甘氨酸 108β半乳糖苷酶 D-乳糖 4.0己糖激酶 D-果糖 1.5 D-葡萄糖 0.0152010.09Vmax的意义定义：Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。Vmax

=k3[E]意义：如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转换数(turnovernumber)

，即动力学常数k3。2010.09意义—可用来比较每单位酶的催化能力。

酶的转换数定义—当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。2010.09酶底物转换数（s

1）过氧化氢酶H2O240000000碳酸酐酶HCO3

400000乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱14000

-内酰胺酶苄青霉素2000延胡索酸酶延胡索酸800RecA蛋白ATP0.4一些酶的转换数

2010.09Km值与米氏方程的应用

——计算底物浓度和相对速度可由所要求的反应速度(应到达Vmax的百分数)，求出应当加入底物的合理浓度。反过来，也可以根据已知的底物浓度，求出该条件下的反应速度。2010.090.04mol/L0.05mol/L0.1mol/L0.2mol/L0.8mol/L已知某酶Km值为0.05mol/L，欲使其所催化的反应速率达最大反应速率的80%时，底物浓度应是多少？2010.091.双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法Vmax[S]Km+[S]V=（林－贝氏方程）+

1/V=KmVmax

1/Vmax1/[S]

两边同取倒数1VmaxKmVmax斜率＝1Km－01V1[S]（三）Ｋm值与Ｖmax值的测定-1/Km1/Vmax

Km/Vmax2.Hanes作图法[S]

[S]/V

-Km

1/Vmax(斜率）

在林－贝氏方程基础上，两边同乘[S]+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S][S]/V=Km/Vmax+[S]/Vmax两边同乘[S]当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。关系式为：V=K3[E]0V[E]当[S]>>[E]时，Vmax=k3[E]

酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响双重影响最适温度(optimumtemperature)：酶促反应速度最快时的环境温度。低温的应用:

临床低温麻醉低温保存菌种酶活性0.51.02.01.50102030405060温度ºC温度对淀粉酶活性的影响

三、温度对反应速度的影响最适pH(optimumpH)：酶催化活性最大时的环境pH。610pH最适pH酶活性

pH与酶活性的关系四、pH对反应速度的影响0酶活性pHpH对某些酶活性的影响胃蛋白酶

淀粉酶

胆碱酯酶

2468102010.09人体部分酶的最适pH

值

酶最适pH胃蛋白酶1.8过氧化氢酶7.6胰蛋白酶7.7延胡索酸酶7.8核糖核酸酶7.8精氨酸酶9.82010.09酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降或丧失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变性剂对酶没有选择性五、抑制剂对反应速度的影响2010.09

抑制作用的类型不可逆性抑制(irreversibleinhibition):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；抑制剂不能用透析、超滤等方法除去。可逆性抑制(reversibleinhibition)：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。2010.09(一)不可逆性抑制作用举例有机磷化合物

羟基酶解毒------解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物

巯基酶（Hg2+、Ag+

、Pb2+）解毒------二巯基丙醇(BAL)

2010.09有机磷化合物对羟基酶的抑制DFP有机磷中毒机理：抑制乙酰胆碱酯酶→乙酰胆碱蓄积→胆碱能神经受到持续冲动，导致先兴奋后衰竭的一系列症状。临床表现：毒蕈碱样（副交感神经末梢兴奋）：平滑肌痉挛和腺体分泌增加烟碱样（横纹肌：面、眼睑、舌、四肢和全身）中枢神经系统症状严重患者可因昏迷和呼吸衰竭而死亡诊断：中毒史、中毒表现、全血胆碱酯酶测定、有机磷测定、阿托品试验

如何紧急救治呢？排毒洗胃导泄、利尿血液灌流（“大换血”）血液透析（清除游离状态毒物）解毒药：胆碱酯酶复活

抗胆碱药：阿托品

（阻断乙酰胆碱对副交感神经和中枢神经系统毒蕈碱受体的作用）胆碱酯酶（羟基酶）被有机磷杀虫剂抑制后，胆碱能神经末稍分泌的乙酰胆碱不能及时分解，过多的乙酰胆碱会导致胆碱能神经过度兴奋的症状:心跳变慢、瞳孔缩小、流口水、多汗和呼吸困难，进而影响神经传导，失去知觉而死亡。2010.09路易士气失活的酶巯基酶失活的酶酸BAL巯基酶BAL与砷剂结合物有机磷化合物：能专一地与活性中心的必需基团羟基结合专一性抑制剂非专一性抑制剂重金属离子及砷化合物：此类抑制剂所结合的巯基不局限于必需基团有机磷化合物：能专一地与活性中心的必需基团羟基结合2010.09据不完全统计侵华战争时期的日本在中国共发动毒气战1312次，伤害了36968人（其中2086人死亡）包括毒气DFP、路易士气、二苯氰砷、三氰化砷等等…….2010.09*类型（二）可逆性抑制作用竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)2010.09定义抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶-底物复合物的形成，使酶的活性降低。１.竞争性抑制作用2010.09+++EESIESEIEP+IEIE+SE+PES*反应模式*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，竞争酶的活性中心；Vmax不变表观Km增大

抑制剂↑

无抑制剂1/V1/[S]竞争性抑制双倒数曲线动力学特点：*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延胡索酸一些药物如抗菌素、抗肿瘤药物等是通过竞争性抑制机理发挥作用的。竞争性抑制在医学临床中的应用：2010.09

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磺胺类药抗菌机理：

⑴磺胺类药物与对氨基苯甲酸化学结构相似.⑵对氨基苯甲酸竞争与二氢叶酸合成酶的活性中心结合.⑶抑制酶的活性，使FH4合成受阻，导致DNA不能合成，使细菌繁殖停止，起到抑菌作用。人通过食物中的叶酸直接补充，对人无毒害。2010.092.非竞争性抑制抑制剂与活性中心外的必需基团结合2010.09反应模式+S－S+S－S+ESIEIEESEPE+SESE+P+IEI+SEIS+I*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。抑制剂↑

1/V1/[S]无抑制剂非竞争性抑制双倒数曲线３.反竞争性抑制抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合2010.09反应模式E+SE+PES+IESI++ESESESIEP*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。抑制剂↑

1/V1/[S]无抑制剂•反竞争性抑制双倒数曲线酶的抑制机制竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制EE另一结合区竞争结合区抑制剂底物图解抑制机理及说明[I]

只与自由的[E]結合，会与[S]竞争；[S]↑可克服[I]

的抑制。[I]可与自由的[E]或已占据有[S]的[ES]结合，[S]↑不能克服[I]的抑制。[I]只能与[ES]結合，[S]↑反而有利[I]的抑制。E+S

→

ES

→

E+P+

I↓EI

←

↑E+S

→

ES

→

E+P++

I

I↓↓EI

+

S

→EIS

←

↑

↑E+S

→

ES

→

E+P+

I↓EIS

←

↑XJuangRH(2004)BCbasics2010.09Km酶的抑制机制（作图）竞争性抑制非竞争性抑制

反竞争性抑制直接作图双倒数作图VmaxVmaxKmKm’[S],mMv[S],mMvIIKm[S],mMVmaxIKm’Vmax’Vmax’Vmax

不变；Km变大Vmax变小；Km

不变Vmax

及Km

均变小I1/[S]1/Km1/v1/

VmaxI两条平行线I交于X轴1/v1/

Vmax1/[S]1/Km1/[S]1/Km1/

Vmax1/v交于Y轴=

Km’JuangRH(2004)BCbasics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表观Km增大不变减小Vmax不变降低降低2010.09

抑制剂↑

1/V1/[S]无抑制剂

1/V

1/[S]无抑制剂

抑制剂↑

无抑制剂

1/V

1/[S]

非竞争性抑制抑制剂1/V1/[S]

无抑制剂

↑反竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制剂存在时，酶促反应动力学的特点是：Km值增大，Vmax不变Km值降低，Vmax不变Km值不变，Vmax增大Km值不变，Vmax降低Km值和Vmax均降低2010.09激活剂(activator)

使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质•必需激活剂(essentialactivator)

Mg2+对于已糖激酶•非必需激活剂(non-essentialactivator)

Cl-对于唾液淀粉酶六、激活剂对反应速度的影响2010.09第三节酶促反应动力学底物浓度酶浓度温度pH抑制剂激活剂VmaxV[S]KmVmax/2

0V

[E]

610pH最适pH酶活性

pH与酶活性的关系酶活性0.51.02.01.50102030405060

温度与酶活性的关系第四节

酶的调节

TheRegulationofEnzyme

2010.09调节对象：调节酶（关键酶）代谢途径实质上是一系列酶催化的化学反应，其速度和方向不是由这条途径中每一个酶而是其中一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定能影响和调节反应途径反应速率的酶称为调节酶(regulatoryenzymes)和/或关键酶(keyenzymes)。2010.09调节酶或关键酶的特点一般位于代谢途径的起始或分支处催化单向不可逆反应活性较低可受多种因素调节2010.09酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）

调节方式2010.09（一）变构调节(allostericregulation)变构效应剂(allosteric

effector)变构激活剂变构抑制剂

变构酶(allostericenzyme)变构部位(allostericsite)一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部位可逆地结合，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。一、酶活性的调节2010.09变构酶的特点①

变构酶常为多个亚基构成的寡聚体；②含有催化亚基和调节亚基（或催化部位和调节部位）；③具有协同效应，[S]-v关系曲线为S形。

2010.09调节亚基催化亚基变构酶结构特点：多亚基构成催化亚基有活性中心调节亚基有变构部位2010.09别构激活剂别构抑制剂2010.09变构激活变构抑制

变构酶的Ｓ形曲线[S]V无变构效应剂

米氏酶2010.09变构调节举例

蛋白激酶A的激活2010.092010.09变构效应剂+酶的调节亚基酶的构象改变酶的活性改变（激活或抑制）疏松亚基聚合紧密亚基解聚酶分子多聚化变构调节原理2010.09共价修饰(covalentmodification)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。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－S－S互变（二）酶的共价修饰调节2010.09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2010.09酶促共价修饰对酶活性的调节酶共价修饰类型酶活性改变糖原磷酸化酶磷酸化酶b激酶糖原合成酶丙酮酸脱羧酶磷酸果糖激酶丙酮酸脱氢酶HMG-CoA还原酶HMG-CoA还原酶激酶乙酰CoA羧化酶脂肪细胞甘油三脂脂肪酶磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化磷酸化/脱磷酸化激活/抑制激活/抑制抑制/激活抑制/激活抑制/激活抑制/激活抑制/激活激活/抑制抑制/激活激活/抑制2010.09共价修饰调节的特点①受共价修饰的酶存在有（高）活性和无（低）活性两种形式；②受激素的调节；③具有瀑布效应（级联效应）。2010.09瀑布效应（级联放大效应）2010.09（三）酶原与酶原的激活酶原(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，酶原向有活性的酶转化的过程。2010.09胰蛋白酶原的激活过程2010.09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2010.09胰蛋白酶的结构2010.092010.092010.09

酶原激活的机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2010.09某些酶原的激活过程酶原激活条件活化的酶水解掉的肽段胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶胃蛋白酶六个多肽片段胰蛋白酶原肠激酶或胰蛋白酶胰蛋白酶六肽糜蛋白酶原A胰蛋白酶或糜蛋白酶α-糜蛋白酶两个二肽羧基肽酶原A胰蛋白酶羧基肽酶A几个碎片弹性蛋白酶原胰蛋白酶弹性蛋白酶几个碎片2010.09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。急性胰腺炎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。2010.09（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用(induction)：底物、激素、药物阻遏作用(repression)：产物二、酶含量的调节溶酶体蛋白酶降解途径非溶酶体蛋白酶降解途径（二）酶降解的调控耐药性2010.09酶活性的调节酶含量的调节酶的变构调节酶的共价修饰调节酶原与酶原激活酶蛋白合成的诱导与阻遏酶降解的调控第四节酶的调节2010.09第五节

酶的分类与命名

TheClassificationandNamingClassificationofEnzyme2010.091.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类(transferases)3.水解酶类(hydrolases)4.裂合酶类(lyases)5.异构酶类(isomerases)6.合成酶类(ligases,synthetases)一、酶的分类1961年国际酶学委员会（EnzymeCommittee,EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：2010.09催化氧化-还原反应，催化氢的转移或电子传递以及需氧参加的反应。B-H2+1/2O2

←→B+H2O主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。例如：乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1、氧化还原酶OxidoreductaseAH2+BA+BH22010.09（1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应AH2+BA+BH2（需辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ）（2）氧化酶类①催化底物脱氢，氧化生成H2O2：AH2+O2A+H2O2（需FAD或FMN）②催化底物脱氢，氧化生成H2O：2AH2+O22A+2H2O2010.09（4）加氧酶（双加氧酶和加单氧酶）O2+OHOHC=OC=OOHOH（顺，顺-已二烯二酸）RH+O2+还原型辅助因子ROH+H2O+氧化型辅助因子（又称羟化酶）（3）过氧化物酶ROO+H2O2RO+H2O+O22010.09催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。根据X分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。例如：谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。2、转移酶TransferaseA·X+BA+B·X2010.09催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：3、水解酶hydrolaseAB+H2OAOH+BH2010.09水解酶类（hydrolases）

按其所水解的底物不同根据它们的作用部位

蛋白酶、酯酶、磷酸酶、糖苷酶、核酸酶外切酶、内切酶2010.09催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。主要包括脱水酶、脱羧酶及醛缩酶等。例如，延胡索酸酶催化的反应。4、裂合酶Lyase合酶（synthases）

催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与另一底物结合形成一个分子的酶。2010.09催化分子异构体的互变：分子内部基团的位置互变、几何或光学异构体互变、以及醛酮互变

包括：变位酶、表构酶、异构酶例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应5、异构酶IsomeraseAB2010.09又称为合成酶（Synthetase）催化两分子结合成一分子并偶联有高能键的水解供能包括：DNA连接酶、氨基酰-rRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶例如：丙酮酸羧化酶催化的反应丙酮酸+CO2

草酰乙酸6、连接酶LigaseA+B+ATPA·B+ADP+Pi2010.09二、酶的命名1.习惯命名法——推荐名称2.系统命名法——系统名称2010.091、底物＋酶：如淀粉酶、蛋