1、第三節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) The Kinetics of Enzymatic Reactions,概念 研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響，并加以定量的闡述。 影響因素包括有 酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。, 研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定。,單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)； 酶促反應(yīng)速率（velocity，V）一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示； 反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗量很?。ㄒ话阍?以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速率； 底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。,研究前提,一、采用酶促反應(yīng)初速率來研究酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué),（一）酶活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力,衡量酶活性的尺度

2、是酶促反應(yīng)速率的大小。 酶促反應(yīng)速率可用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的生成量來表示。 由于底物的消耗量不易測(cè)定，所以實(shí)際工作中經(jīng)常是測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量。,酶的活性: 以國(guó)際單位（international unit, IU）表示。 在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下（如溫度、pH的限定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為1個(gè)國(guó)際單位（IU）。,催量（Katal）,1IU16.67109 Kat,1催量是指在特定條件下，每秒鐘將1mol底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需的酶量,（二）酶促反應(yīng)初速率是反應(yīng)剛剛開始時(shí)測(cè)得的反應(yīng)速率,酶促反應(yīng)初速率是指反應(yīng)剛剛開始，各種影響因素尚未發(fā)揮作用時(shí)的

3、酶促反應(yīng)速率，即反應(yīng)時(shí)間進(jìn)程曲線為直線部分時(shí)的反應(yīng)速率。,（二）有三類方法對(duì)底物和產(chǎn)物的變化量進(jìn)行檢測(cè),1直接測(cè)定法是對(duì)底物或產(chǎn)物的含量變化進(jìn)行直接檢測(cè),有些酶促反應(yīng)可在反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，不用任何輔助反應(yīng)便可直接測(cè)定反應(yīng)液中底物或產(chǎn)物的濃度。這類測(cè)定方法稱為直接測(cè)定法（direct assay）。,還原型（Fe2+）細(xì)胞色素c在波長(zhǎng)550nm處有明顯的吸收峰，而氧化型（Fe3+）則無(wú)；細(xì)胞色素c氧化酶對(duì)細(xì)胞色素c的氧化反應(yīng)，可以直接在波長(zhǎng)550nm處檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)還原型細(xì)胞色素c的減少過程 。,有些酶促反應(yīng)的底物和產(chǎn)物不能直接進(jìn)行檢測(cè)，必須增加一些輔助試劑來達(dá)到檢測(cè)的目的，這種方法稱為間接測(cè)

4、定法（indirect assay）,2間接測(cè)定法利用非酶輔助反應(yīng)對(duì)底物或產(chǎn)物的變化進(jìn)行間接檢測(cè),3偶聯(lián)測(cè)定法不直接涉及原始反應(yīng)的底物或產(chǎn)物,許多酶促反應(yīng)的底物和產(chǎn)物雖然不能直接檢測(cè)，但可以與另外的酶反應(yīng)相偶聯(lián)，偶聯(lián)的酶以第一個(gè)酶的產(chǎn)物為底物，或以此類推，以最后的酶反應(yīng)產(chǎn)物可以直接檢測(cè)為目的。這種通過偶聯(lián)其他酶并對(duì)此酶促產(chǎn)物進(jìn)行直接檢測(cè)，間接地反映待測(cè)酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物變化量的方法稱為酶偶聯(lián)測(cè)定法（enzyme coupled assay）,外加的酶稱為工具酶或輔助酶（auxiliary enzyme）,產(chǎn)物可直接檢測(cè)的酶稱為指示酶（indicator enzyme）,丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶 丙氨酸 +

5、 -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸 乳酸脫氫酶 丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸 + NAD+ （在340nm處有吸收峰） （在340nm處無(wú)吸收峰）,二、酶促反應(yīng)速率受底物濃度的影響,（一）酶促反應(yīng)的底物濃度曲線是矩形雙曲線,在酶濃度和其他反應(yīng)條件不變的情況下，反應(yīng)速率V對(duì)底物濃度S作圖呈矩形雙曲線。,當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí),反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。,S,V,Vmax,目 錄,隨著底物濃度的增高,反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。,目 錄,當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度,酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。,目 錄,（二）底物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系可用

6、米氏方程式表示,1米氏方程式可以很好地解釋底物濃度曲線,1913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米-曼氏方程式，簡(jiǎn)稱米氏方程式(Michaelis equation)。,S：底物濃度 V：不同S時(shí)的反應(yīng)速率 Vmax：最大反應(yīng)速率(maximum velocity) m：米氏常數(shù)(Michaelis constant),米-曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)： E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速率取決于慢反應(yīng)。即 Vk3ES (1) S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即SSt

7、。,2穩(wěn)態(tài)的概念介入米氏方程式的推導(dǎo)過程,穩(wěn)態(tài)：是指ES的生成速率與分解速率相等，即 ES恒定。 k1 (EtES) Sk2 ES + k3 ES,則(2)變?yōu)? (EtES) S Km ES,當(dāng)?shù)孜餄舛群芨?，將酶的活性中心全部飽和時(shí)，即EtES，反應(yīng)達(dá)最大速率 Vmaxk3ESk3Et (5),將(5)代入(4)得米氏方程式：,KmS,Km值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。,（三）動(dòng)力學(xué)參數(shù)可用來比較酶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)與活性,1Km值相當(dāng)于V為Vmax一半時(shí)的S,2Km是酶的特征性常數(shù),在酶的結(jié)構(gòu)、溶液pH、溫度等條件不變的情 況下，酶促反應(yīng)底物的Km不因反應(yīng)中

8、酶濃度的改 變而不同。,同一酶對(duì)其所催化的不同底物有不同的Km； 不同酶對(duì)同一底物也有其各自的Km 。,Km的范圍多在10-610-2mol/L之間。,Km只與酶和底物的種類以及反應(yīng)環(huán)境（ pH、溫 度、離子強(qiáng)度）有關(guān)，而與酶濃度無(wú)關(guān)。,一些酶對(duì)底物的Km,3Km在一定條件下可表示酶對(duì)底物的親和力,當(dāng)k3 k2時(shí)，Km k2/k1。即相當(dāng)于ES分解為E + S 的解離常數(shù)（dissociation constant, Ks）。此時(shí)，Km代表酶對(duì)底物的親和力。,Km越大，表示酶對(duì)底物的親和力越??； Km越小，表示酶對(duì)底物的親和力越大。,4kcat代表酶的轉(zhuǎn)換數(shù),kcat = Vmax /Et,k

9、cat表示酶被底物完全飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的分子數(shù)。,一些酶的轉(zhuǎn)換數(shù),5在低底物濃度時(shí)，kcat/Km代表酶的催化效率,kcat/Km是此二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)，也稱特異性常數(shù)，其單位是Lmol1 S1 。,反應(yīng)速率的大小取決于E和S由于相互滲透而相互碰撞的速率。.這種被滲透控制的碰撞速率(diffusion-controlled rate of encounter，DCRE)的上限是108109Lmol1s1。kcat/Km越接近此數(shù)據(jù)，酶的催化效率越高。,一些kcat/Km值接近DCRE的酶,（四）酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)可用作圖法求得,1雙倒數(shù)作圖法是求取V

10、max和Km的最常用方法,林-貝方程式（Lineweaver-Burk equation）,將米氏方程式兩邊取倒數(shù)，并加以整理，則得出米氏方程式的雙倒數(shù)形式 ：,直線在縱軸的截距等于1/Vmax，而在橫軸上的截距為1/Km,2其他一些作圖法也可較準(zhǔn)確地求取Vmax和Km,直線的斜率等于1/Vmax，橫軸截距為-Km,伊迪-霍夫斯蒂作圖法（Eadie-Hofstee plot）,米氏方程式兩邊均除以S,直線的斜率為-Km，直線的縱軸截距為Vmax,三、酶促反應(yīng)速率與酶的濃度相關(guān),當(dāng)SE，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比。 關(guān)系式為：V = k3 E,A：底物濃度曲線，其中，E1 E

11、2 E3。從圖中可知， E的變化不影響酶促反應(yīng)的Km。,B：反應(yīng)速率對(duì)酶濃度作圖，V與E呈直線關(guān)系。,四、酶促反應(yīng)速率受反應(yīng)系統(tǒng)溫度的影響,雙重影響 溫度升高，酶促反應(yīng)速率升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速率降低 。,最適溫度 (optimum temperature)： 酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的環(huán)境溫度。,哺乳動(dòng)物組織中酶的最適溫度多在3540之間,Taq DNA聚合酶最適溫度為72,* 低溫的應(yīng)用,一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復(fù)。,低溫保存酶和菌種等生物制品,低溫麻醉,五、酶的活性依賴于反應(yīng)系統(tǒng)的pH,最適pH (optim

12、um pH)： 酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。,體內(nèi)酶的最適pH多在6.58之間。,胃蛋白酶的最適pH為1.8,精氨酸酶的最適pH為9.8,pH對(duì)幾種酶活性的影響,六、激活劑可加速酶促反應(yīng)速率,必需激活劑（essential activator） 為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測(cè)不到酶的活性。,Mg2+為己糖激酶的必需激活劑,非必需激活劑（non-essential activator） 可以提高酶的催化活性，但不是必需的。,Cl-對(duì)唾液淀粉酶的激活作用,七、酶活性可被許多抑制劑可逆地或不可逆地抑制,（一）可逆性抑制劑與酶非共價(jià)結(jié)合,酶的抑制劑(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶

13、蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。,區(qū)別于酶的變性,抑制劑對(duì)酶有一定選擇性 引起變性的因素對(duì)酶沒有選擇性,可逆性抑制劑,抑制劑與酶的調(diào)節(jié)部位結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)，從而對(duì)酶發(fā)揮抑制作用（別構(gòu)抑制作用）。,抑制劑通過與游離酶或/和酶-底物復(fù)合物可逆地結(jié)合而影響酶的催化活性。,可逆性抑制作用的抑制劑可以與游離酶結(jié)合，形成二元復(fù)合物EI；也可以與ES結(jié)合，形成三元復(fù)合物ESI。,1競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心,定義： 抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似或部分相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶-底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。,競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用V對(duì)S的雙倒數(shù)作圖,* 特點(diǎn),抑

14、制程度取決于抑制劑與酶的相對(duì)親和力及底物濃度；,I與S結(jié)構(gòu)類似，或部分相似，競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心；,動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀Km增大。,* 舉例,丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶,磺胺類藥物的抑菌機(jī)制 與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶,2非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑不影響酶對(duì)底物的親和力,* 反應(yīng)模式,非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的米氏方程式的雙倒數(shù)形式,* 特點(diǎn),抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；,抑制程度取決于抑制劑的濃度；,動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀Km不變。,3反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合,* 反應(yīng)模式,反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的米氏方程式的雙倒數(shù)形式,* 特點(diǎn)：,抑制劑只與酶-底

15、物復(fù)合物結(jié)合；,抑制程度取決于抑制劑的濃度及底物的濃度；,動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀Km降低。,各種可逆性抑制作用的比較,（二）不可逆性抑制劑與酶共價(jià)結(jié)合,不可逆性抑制作用的抑制劑,基團(tuán)特異性抑制劑（group-specific inhibitor） 底物類似物（substrate analog） 自殺性抑制劑（suicide inhibitor）,1基團(tuán)特異性抑制劑與酶分子中特異的基團(tuán)共價(jià)結(jié)合,半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需基團(tuán)。低濃度的重金屬離子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等)及As3+等可與巰基酶分子中的巰基結(jié)合，使酶失活。,2底物類似物可共價(jià)地修飾酶的活性中心,與基團(tuán)特異性抑

16、制劑不同，底物類似物與底物的結(jié)構(gòu)相似，可特異地與酶的活性中心共價(jià)結(jié)合，不可逆地抑制酶的活性。此類抑制劑可作為親和標(biāo)記物，用來定性酶活性中心的功能基團(tuán)。,TPCK對(duì)胰凝乳蛋白酶活性中心組氨酸咪唑環(huán)的親和標(biāo)記,酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活性 中心相結(jié)合，生成酶-底物復(fù)合物，并接受酶的催化 作用。然而，經(jīng)催化后的中間產(chǎn)物不游離出產(chǎn)物， 而是轉(zhuǎn)化為酶的抑制劑，進(jìn)一步與酶活性中心共價(jià) 結(jié)合，對(duì)酶產(chǎn)生抑制作用。,3自殺性抑制劑是經(jīng)過修飾的酶的底物,+,酶-底物復(fù)合物 無(wú)活性酶中 被修飾的FAD,N，N-二甲基丙炔酰胺,自殺性抑制劑N,N-二甲基丙炔酰胺在被單胺氧化酶氧化后，由于填加1個(gè)質(zhì)子，使之

17、與酶的輔基FAD結(jié)合生成穩(wěn)定的烷化物，從而酶被抑制。,單胺氧化酶通過其輔基FAD氧化N,N-二甲基丙炔酰胺(N,N-dimethylpropargyl amine)：,第四節(jié) 多底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) Kinetics of Multisubstrate Reactions,一、多底物反應(yīng)有其特定的表示法,雙底物和多底物反應(yīng)的表示法與前述的單底物反應(yīng)不同，用A、B、C表示底物，用P、Q、R表示產(chǎn)物。雙底物和多底物反應(yīng)用單(uni)、雙(bi)、三(ter)等表示底物和產(chǎn)物的數(shù)量。,酶促反應(yīng)的一般名稱舉例,二、雙雙反應(yīng)可按底物與酶結(jié)合和產(chǎn)物釋放的順序進(jìn)行分類,（一）有序序列雙雙反應(yīng)中底物結(jié)合和產(chǎn)物釋放

18、有嚴(yán)格的先后次序,有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶的結(jié)合和兩產(chǎn)物從酶-底物復(fù)合物中的釋放有其嚴(yán)格次序，這類雙雙反應(yīng)稱為有序序列雙雙反應(yīng)(compulsory ordered bi bi reaction)，或稱有序序列機(jī)制(compulsory ordered mechanism)。,乳酸脫氫酶催化的反應(yīng),丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸 + NAD+,（二）隨機(jī)序列雙雙反應(yīng)的底物結(jié)合和產(chǎn)物釋放沒有嚴(yán)格的先后次序,有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶結(jié)合和兩產(chǎn)物釋放的次序是隨機(jī)的，這類雙雙反應(yīng)稱為隨機(jī)序列雙雙反應(yīng)(random ordered bi bi reaction)，或稱隨機(jī)序列機(jī)制(ra

19、ndom ordered mechanism)。,（三）乒-乓雙雙反應(yīng)的兩底物尚未全部與酶結(jié)合便有產(chǎn)物釋放,有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶的結(jié)合和兩產(chǎn)物從酶-底物復(fù)合物的釋放是交替進(jìn)行的，這類雙雙反應(yīng)稱為乒-乓雙雙反應(yīng)(Ping-Pong bi bi reaction)，或雙置換機(jī)制(double displacement mechanism)。,第五節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié) Regulation of Enzyme Activities,一、調(diào)節(jié)酶的催化活性隨著對(duì)環(huán)境信號(hào)的 反應(yīng)而變化,機(jī)體通過改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導(dǎo)、阻遏酶的生物合成，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞代謝水平的調(diào)節(jié)；物質(zhì)代謝的整體調(diào)節(jié)和激素水平的調(diào)節(jié)最終

20、也都是通過影響酶促反應(yīng)速率實(shí)現(xiàn)的。,酶的調(diào)節(jié),抑制 抑制劑 激活 激活劑 雙重調(diào)節(jié) 別構(gòu)調(diào)節(jié) 共價(jià)修飾 多形性調(diào)節(jié) 酶原的激活 同工酶,酶含量調(diào)節(jié)：,調(diào)節(jié)合成：誘導(dǎo)、阻遏 調(diào)節(jié)降解,酶活性調(diào)節(jié)：,二、別構(gòu)酶通過構(gòu)象的改變影響酶促反應(yīng)速率,（一）別構(gòu)效應(yīng)劑與別構(gòu)酶結(jié)合引發(fā)酶的構(gòu)象改變,別構(gòu)調(diào)節(jié) (allosteric regulation),一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱別構(gòu)調(diào)節(jié)。,別構(gòu)酶（allosteric enzyme）：能發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)的酶,別構(gòu)效應(yīng)劑（allosteric effector） ： 能引起酶發(fā)生構(gòu)象改

21、變的化合物,調(diào)節(jié)部位（regulatory site） ： 別構(gòu)效應(yīng)劑與酶結(jié)合的部位,別構(gòu)酶也有兩種構(gòu)象形式，緊縮態(tài)(tense state, T state)和松馳態(tài)(relaxed state, R state)。T態(tài)和R態(tài)對(duì)底物的親和力或催化活性不同，別構(gòu)效應(yīng)劑就是通過引起酶R態(tài)與T態(tài)的互變，改變酶的催化速率。,（二）別構(gòu)效應(yīng)劑可引起別構(gòu)酶分子中各亞基間的協(xié)同作用,亞基的構(gòu)象改變可以相互影響，發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。（cooperativity）,同種協(xié)同效應(yīng)（homotropic cooperativity）,別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變?cè)黾踊蚪档秃罄m(xù)亞基對(duì)同種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。,別構(gòu)效應(yīng)劑引起的

22、構(gòu)象改變?cè)黾用笇?duì)底物的親和力，這種現(xiàn)象（屬于異種正協(xié)同效應(yīng)）稱為別構(gòu)激活作用（allosteric activation）。此別構(gòu)效應(yīng)劑稱為別構(gòu)激活劑（allosteric activator）,（三）別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)特性不遵守米-曼氏動(dòng)力學(xué),正協(xié)同效應(yīng)的底物濃度-反應(yīng)速率曲線為S形曲線,負(fù)協(xié)同效應(yīng)的底物-速率曲線外形類似矩形雙曲線，但不是矩形雙曲線,三、一些調(diào)節(jié)酶可在催化方向相反的兩種酶的作用下發(fā)生共價(jià)修飾,（一）磷酸化與去磷酸化是最多見的共價(jià)修飾方式,共價(jià)修飾(covalent modification)或 化學(xué)修飾(chemical modification),酶分子中的某些基團(tuán)可在其他酶

23、的催化下，共價(jià)結(jié)合某些化學(xué)基團(tuán)；同時(shí)又可在另一種酶的催化下，將此結(jié)合上的化學(xué)基團(tuán)去掉，從而影響酶的活性。,酶的共價(jià)修飾種類：,1. 磷酸化（phosphorylation） 和去磷酸化（dephosphorylation）,2. 甲基化（methylation） 和去甲基化（demethylation）,3. 腺苷化（adenylation） 和去腺苷化（deadenylation）,4. 尿苷化(uridylation) 和去尿苷化（deuridylation）,磷酸化和去磷酸化修飾是最常見的共價(jià)修飾,酶的磷酸化與脫磷酸化,（二）共價(jià)修飾可引起級(jí)聯(lián)放大效應(yīng),在一個(gè)連鎖反應(yīng)中，一個(gè)酶被磷酸化或

24、去磷酸化激活后，后續(xù)的其他酶可同樣的依次被其上游的酶共價(jià)修飾而激活，引起原始信號(hào)的放大，這種多重共價(jià)修飾的連鎖反應(yīng)稱為級(jí)聯(lián)反應(yīng)（cascade reaction）。,級(jí)聯(lián)反應(yīng)的主要作用是產(chǎn)生快速、高效的放大效應(yīng)。,四、一些酶只有通過對(duì)其前體剪切后才有活性,酶原 (zymogen) 有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是酶的無(wú)活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。,酶原的激活 在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程。,酶原激活的原理,胰蛋白酶原的激活過程,消化蛋白酶原的激活,胰腺,胰蛋白酶,1 13 16,245,S S S S,Ser14-Arg15，Thr147-Asn148,酶原,-胰凝乳蛋白酶, -胰

25、凝乳蛋白酶,-胰凝乳蛋白酶, -胰凝乳蛋白酶,194,Ile16轉(zhuǎn)180Asp194 Met192內(nèi)表，Gly193伸長(zhǎng) Ser195，His57移位Asp192,146 149,-胰凝乳蛋白酶,胰蛋白酶,Asp102 C-C=O H2 O H- N N H-O-CH2,Ser195,Asp102 C-C=O H2 O H- N N H- O-CH2,Ser195,His57 CH2,His57 CH2,His57 Ser195 親核攻擊 Asp102 穩(wěn)定His57, -胰凝乳蛋白酶活性中心,專一性： -胰凝乳蛋白酶： Leu13-Ser14,Tyr146-Thr147,Asn148-Ala

26、149 -胰凝乳蛋白酶： 芳香族：Phe，Tyr，Trp,酶原激活的生理意義,避免細(xì)胞產(chǎn)生的酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)行。 有的酶原可以視為酶的儲(chǔ)存形式。在需要時(shí)，酶原適時(shí)地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。,第五節(jié) 酶與醫(yī)學(xué) Enzymes and Medical Sciences,一、酶與疾病的發(fā)生、臨床診斷與治療密切相關(guān),（一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān),（二）體液中酶的活性可作為疾病的診斷指標(biāo),2. 惡性腫瘤可因腫瘤組織的增殖加快，其標(biāo)志酶釋放入血增多，有助于對(duì)該組織腫瘤的診斷。,前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。,組織器官損傷可

27、使其組織特異性的酶釋放入血，有助于對(duì)此組織器官疾病的診斷。,急性肝炎時(shí)，血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性升高。,3. 有些酶的清除和排泄障礙也可造成血清含量升高。,肝硬化時(shí)血清堿性磷酸酶活性升高。,4. 酶的誘導(dǎo)合成增多也可以從血清中檢測(cè)出來，用于協(xié)助診斷和預(yù)后判斷。,膽管阻塞時(shí)膽汁返流可刺激肝合成堿性磷酸酶增多。,（三）酶作為藥物可用于疾病的治療,胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等可加強(qiáng)傷口的凈化、抗炎和防止?jié){膜粘連等。在某些外敷藥中加入透明質(zhì)酸酶可以增強(qiáng)藥物的擴(kuò)散作用。,2.有些酶用于清潔傷口和抗炎,（四）有些藥物通過抑制或激活體內(nèi)某種酶的活性起治療作用,一些藥物通過抑制某些酶的活性，糾正體

28、內(nèi)代謝紊亂。如抗抑郁藥通過抑制單胺氧化酶而減少兒茶酚胺的滅活，治療抑郁癥。洛伐他汀通過競(jìng)爭(zhēng)性抑制HMG-CoA還原酶的活性，抑制膽固醇的生物合成，降低血膽固醇。給新生兒服用苯巴比妥可誘導(dǎo)肝細(xì)胞UDP-葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶的生物合成，減輕新生兒黃疸，防止出現(xiàn)膽紅素腦病。,二、酶作為試劑可用于生物化學(xué)分析,（一）有些酶可作為酶偶聯(lián)測(cè)定法中的指示酶或輔助酶,當(dāng)有些酶促反應(yīng)的底物或產(chǎn)物不能被直接測(cè)定時(shí)，可偶聯(lián)另一種或兩種酶，使初始反應(yīng)產(chǎn)物定量地轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的某種產(chǎn)物，從而測(cè)定初始反應(yīng)的底物、產(chǎn)物或初始酶活性。這種方法稱為酶偶聯(lián)測(cè)定法。,若偶聯(lián)一種酶，這個(gè)酶即為指示酶（indicator enzyme）；若偶聯(lián)兩種酶，則前一種酶為輔助酶（auxiliary enzyme），后一種酶為指示酶。,葡糖氧化酶法測(cè)定血糖時(shí)，過氧化物酶為指示酶。,（二）有些酶可作為酶標(biāo)記測(cè)定法中的標(biāo)記酶,常用的標(biāo)記酶：辣根過氧化物酶,堿性磷酸酶,葡萄糖氧化酶,-半乳糖苷酶,（三）多種酶成為基因工程常用的工具酶,多種酶已常規(guī)用于基因工程操作過程中。例如，型限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶、逆轉(zhuǎn)錄酶、DNA聚合酶等。,三、酶工程是對(duì)酶進(jìn)行改造的新型應(yīng)用技術(shù),酶工程（enzyme engineering）是利用化學(xué)的和基因工程方法對(duì)酶的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)進(jìn)行改造，或研發(fā)新的酶分子，使之具有更高的催化效