1、第三章 酶Enzymes,酶的概念,目前將生物催化劑分為兩類 酶 、 核酶（脫氧核酶）,酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。,酶學(xué)研究簡(jiǎn)史,2000多年前， 中國釀酒歷史（李渡）,1857年，發(fā)酵是酵母生命活動(dòng)的結(jié)果(活力論）,字典里最重要的三個(gè)詞就是意志,工作,等待.我將要在這三塊基石上建立起我成功的金字塔. 告訴你我達(dá)到目標(biāo)的奧秘吧,我唯一的力量就是我的堅(jiān)持精神. 一個(gè)科學(xué)家應(yīng)該想到的，不是當(dāng)時(shí)人們對(duì)他的表揚(yáng)或者辱罵，而是未來若干世紀(jì)中人們?cè)趺丛u(píng)價(jià)他。 機(jī)會(huì)總是留給有準(zhǔn)備的人。,L.Pasteur,1877， Kuhne 首次提出enzyme概念,1897, Bu

2、chner 用不含細(xì)胞的酵母發(fā)酵液，實(shí)現(xiàn)了“沒有酵母細(xì)胞的醇發(fā)酵”,打開了現(xiàn)代酶學(xué)的大門,大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) Most enzymes are proteins,1926年美國Sumner 脲酶的結(jié)晶，并指出酶是蛋白質(zhì),1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)。,J.B.Sumner,J.H.Northrop,20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，還有一些抗體也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊。,Question：所有的酶都是蛋白質(zhì)嗎？,1982年美國T. Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲的rRNA前體

3、能在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，發(fā)現(xiàn)RNA有催化活性,Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA,現(xiàn)象1： 某些RNA有催化活性,1983年美國S.Altman等研究RNaseP（由20%蛋白質(zhì)和80%的RNA組成），發(fā)現(xiàn)RNaseP中的RNA可催化E. coli tRNA的前體加工。,Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA,現(xiàn)象2： RNaseP中的RNA有催化活性,Cech和Altman各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了RNA的催化活性，并命名這一類酶為ribozyme（核酶），2人共

4、同獲1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,1Cell vol 31, 147157，1982年。,2Sci. Amer. Vol 255, 6475，1986。,第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能The Molecular Structure and Function of Enzyme,酶的不同形式,單體酶(monomeric enzyme)：僅具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的酶。 寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的酶。 多酶體系(multienzyme system)：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物。 多功能酶(multifunctional enzyme)或串聯(lián)酶

5、(tandem enzyme)：一些多酶體系在進(jìn)化過程中由于基因的融合，多種不同催化功能存在于一條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。,一、 酶的分子組成,*各部分在催化反應(yīng)中的作用,酶蛋白決定反應(yīng)的特異性 輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì),金屬酶(metalloenzyme) 金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過程中不易丟失。 金屬激活酶(metal-activated enzyme) 金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚緊密。,金屬離子的作用 穩(wěn)定酶的構(gòu)象； 參與催化反應(yīng)，傳遞電子； 在酶與底物間起橋梁作用； 中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。,小分子有機(jī)化合物的作用 在反應(yīng)中起運(yùn)載體的作用，傳遞電

6、子、質(zhì)子或其它基團(tuán)。,小分子有機(jī)化合物在催化中的作用,（一） B1 (硫胺素) 焦磷酸硫胺素 ( TPP ) - 酮酸脫 氫酶系的輔酶,（二） B2 （核黃素） FMN / FAD 黃素酶的輔基,( 遞氫體,參于細(xì)胞呼吸 ),（三） PP (尼克酰胺) NAD+ / NADP+ 不需氧脫氫酶的輔酶,( 遞氫體,參于細(xì)胞呼吸 ),（四） B6 (吡哆素) 磷酸吡哆素 轉(zhuǎn)氨酶的輔酶 (醛/醇/胺) ( 氨基的載體 ),（五） 泛酸 輔酶A ?；D(zhuǎn)移酶的輔酶 ( ?；妮d體 ),（六） 生物素 生物素 羧化酶的輔酶 （ CO2的載體 ）,（七） 葉酸 FH4 一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶,（一碳單位的載體）

7、,（八） B12 (鈷胺素) 甲基鈷胺素 轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶,輔助因子分類 （按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）,輔酶 (coenzyme): 與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。,輔基 (prosthetic group): 與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。,二、酶的活性中心,必需基團(tuán)(essential group) 酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)。,目 錄,或稱活性部位(active site)，指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。,酶的活性中心(active center),活性

8、中心內(nèi)的必需基團(tuán),位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。,活性中心外的必需基團(tuán),溶菌酶的活性中心,* 谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；,* 色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團(tuán)；,* AF為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。,三、 同工酶,* 定義 同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。,* 舉例：乳酸脫氫酶(LDH1 LDH5),*生理及臨床意義 在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用； 用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征； 同工酶譜的改變有助于對(duì)疾病的診斷； 同工酶可以作為遺傳標(biāo)

9、志，用于遺傳分析研究。,乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase, LDH）,組成和電泳行為,2、功能,催化的反應(yīng),酶的質(zhì)、量異常可致疾?。ò谆?）,酶活性高低可反映疾病,一、酶與疾病發(fā)生,二、酶與疾病的診斷,三、酶與疾病的治療,多 酶 片: 治療消化不良,尿激酶: 治療血栓、搶救心梗,糜蛋白酶: 治療老慢支、清創(chuàng),溶 酶 片: 治療口腔潰瘍,（ 主要是血漿中的細(xì)胞酶類 ）,第二節(jié) 酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action,酶與一般催化劑的共同點(diǎn) 在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化； 只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)； 只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的

10、平衡點(diǎn)。,（一）酶促反應(yīng)具有極高的效率,一、 酶促反應(yīng)的特點(diǎn),酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高1081020倍，比一般催化劑高1071013倍。 酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。 酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(activation energy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。,活化能：一摩爾底物分子從初態(tài)全部轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的自由能(摩爾/千焦)。,一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍浴?* 酶的特異性(specificity),（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性,根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的

11、嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為以下3種類型：,絕對(duì)特異性(absolute specificity)：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物 。 相對(duì)特異性(relative specificity)：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。 立體結(jié)構(gòu)特異性(stereo specificity)：作用于立體異構(gòu)體中的一種。,酶的專一性及活性中心,（一）酶的專一性（特異性，specificity）,1、絕對(duì)專一性（absolute specificity）,例:,（1）族專一性（基團(tuán)專一性，group specificity）,2、相對(duì)專一性（relative spec

12、ificity）,（2）鍵專一性,A B,3、立體專一性（stereospecificity）,（1）D-，L-立體異構(gòu)專一性,（2）幾何異構(gòu)專一性,（3）酶能區(qū)分從有機(jī)化學(xué)觀點(diǎn)來看是屬于對(duì)稱分子中兩個(gè)等 同的基團(tuán)，只催化其中的一個(gè)基團(tuán)，而不催化另一個(gè)。,例1：,若甘油激酶不能區(qū)分兩個(gè)CH2OH基團(tuán)，則會(huì)生成 :,和,（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性,對(duì)酶生成與降解量的調(diào)節(jié) 酶催化效力的調(diào)節(jié)（關(guān)鍵酶） 通過改變底物濃度對(duì)酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等,酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。,二、酶促反應(yīng)的機(jī)理,（一）酶-底物復(fù)合物的形成與誘導(dǎo)契合假說,*誘導(dǎo)契合

13、假說(induced-fit hypothesis),酶底物復(fù)合物,酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說 。,羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式,目 錄,（二）酶促反應(yīng)的機(jī)理 鄰近效應(yīng)、定向排列和表面效應(yīng)有利于底物形成過渡態(tài),鄰近效應(yīng)（proximity effect）和定向排列（orientation arrange）將分子間的反應(yīng)變成類似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率顯著提高。,鄰近效應(yīng)：指兩個(gè)反應(yīng)的分子，它們反應(yīng)的基團(tuán)需要互相靠近，才能 反應(yīng)。,定向效應(yīng),定向效應(yīng): 指酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間的正確定向。,在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)

14、有很大的優(yōu)越性，此現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)（surface effect）。,酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋”中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進(jìn)行。疏水環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（desolvation），排除周圍大量水分子對(duì)酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾性吸引或排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底物和酶分子之間的直接密切接觸和相互結(jié)合。,酶的催化機(jī)制呈多元催化作用,一般酸-堿作用 共價(jià)催化作用 親核催化作用,第三節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,概念 研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響，并加以定量的闡述。 影響因素包括有 酶濃度、底

15、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。,一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響,單底物、單產(chǎn)物反應(yīng) 酶促反應(yīng)速度一般在規(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)速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度 底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度,研究前提,在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。,當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí),反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。,目 錄,隨著底物濃度的增高,反應(yīng)速度不再成正比例加速；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,反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)

16、,目 錄,（一）米曼氏方程式,中間產(chǎn)物,酶促反應(yīng)模式中間產(chǎn)物學(xué)說,1測(cè)定酶活力時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn),（1）應(yīng)測(cè)反應(yīng)初速度（initial velocity or initial speed）,（2）酶的反應(yīng)速度一般用單位時(shí)間 內(nèi)產(chǎn)物的增加量來表示。,（3）測(cè)酶活力時(shí)應(yīng)使反應(yīng)溫度、pH、離子 強(qiáng)度和底物濃度等因素保持恒定。,（4）測(cè)定酶反應(yīng)速度時(shí)，應(yīng)使SE。,（一）底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響,1米氏方程的提出,第一步: E+S ES,中間復(fù)合物學(xué)說：,第二步: ESE+P,VES,1913年Michaelis和Menten推導(dǎo)了米氏方程,1913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)

17、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)速度 Vmax：最大反應(yīng)速度(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)速度取決于慢反應(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。,米氏方程的推導(dǎo),基本前提：,反應(yīng)方程式:,在米氏方程推導(dǎo)中引入3個(gè)假設(shè):,（1）P0 忽略 這步反應(yīng),（2） SES ES

18、S,（3）E+S ES平衡，要求k3k2 。,中間復(fù)合物學(xué)說: E+S ESE+P,VES,恒態(tài)法推導(dǎo)：,1925年Briggs和Haldame對(duì)米氏方程作了一次重要的修正，提出了恒態(tài)的概念。,所謂恒態(tài)是指反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，ES的生成速度和ES的分解速度相等，亦即ES的凈生成速度為零，此時(shí)ES的濃度不再改變，達(dá)到恒態(tài)，也稱穩(wěn)態(tài)。,推導(dǎo)過程,穩(wěn)態(tài)：是指ES的生成速度與分解速度相等，即 ES恒定。 K1 (EES) SK2 ES + K3 ES (EES)為游離狀態(tài)的酶濃度,則(2)變?yōu)? (EES) 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EES，反應(yīng)達(dá)最大速度 VmaxK

19、3ESK3E (5),將(5)代入(4)得米氏方程式：,當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí),Km值的推導(dǎo),KmS,Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。,（二）Km與Vmax的意義,Km值 Km等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。 意義： a) Km是酶的特征性常數(shù)之一； b) Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力； c) 同一酶對(duì)于不同底物有不同的Km值。,有關(guān)米氏常數(shù)說明幾點(diǎn),（1）Km是酶的一個(gè)特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì) 有關(guān)，與酶的濃度無關(guān),（2）如酶能催化幾種不同的底物，對(duì)每種底物都有一個(gè)特定的Km值，其中Km值最小的稱該酶的最適底物。,（3）Km除

20、了與底物類別有關(guān)，還與pH、溫度有關(guān)，所以Km是一個(gè)物理常數(shù)，是對(duì)一定的底物、一定的pH、一定的溫度而言的。,Vmax 定義：Vm是酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度，與酶濃度成正比。,意義：Vmax=K3 E 如果酶的總濃度已知，可從Vmax計(jì)算 酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number)，即動(dòng)力學(xué)常數(shù)K3。,定義 當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。 意義 可用來比較每單位酶的催化能力。,酶的轉(zhuǎn)換數(shù)K3,（三）m值與max值的 1.林-貝氏(Lineweaver- Burk)作圖法,將米氏方程改寫成,2. Hanes作圖法,在林貝氏方程基礎(chǔ)上，兩邊同乘S,S/

21、V=Km/Vmax + S/Vmax,二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響,當(dāng)SE，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。 關(guān)系式為：V = K3 E,雙重影響 溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；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)速度降低 。,三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響,最適溫度 (optimum temperature)： 酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度。,四、 pH對(duì)反應(yīng)速度的影響,最適pH (optimum pH)： 酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。,五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響,酶的抑制劑(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。,區(qū)

22、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,抑制作用的類型,不可逆性抑制 (irreversible inhibition),可逆性抑制 (reversible inhibition)：,競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (competitive inhibition) 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (non-competitive inhibition) 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (uncompetitive inhibition),(一) 不可逆性抑制作用,* 概念 抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。 * 舉例 有機(jī)磷化合物 羥基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金屬離子及砷化合物

23、巰基酶 解毒 - - - 二巰基丙醇(BAL),有機(jī)磷化合物,路易士氣,失活的酶,羥基酶,失活的酶,酸,巰基酶,失活的酶,酸,BAL,巰基酶,BAL與砷劑結(jié)合物,（二） 可逆性抑制作用,* 概念 抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。,競(jìng)爭(zhēng)性抑制 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制,* 類型,. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用,反應(yīng)模式,定義 抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)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。,* 特點(diǎn),抑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，競(jìng)爭(zhēng)酶

24、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,競(jìng)爭(zhēng)性抑制 I與S結(jié)構(gòu)相似 ,（二）競(jìng)爭(zhēng)性抑制,1、概念：,2、特點(diǎn)：抑制作用的大小取決于I/S的濃度比,3、競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的實(shí)例 磺胺類藥的抑菌機(jī)理,底物濃度（S）大，則減弱競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用,抑制劑濃度（I）大，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用,二氫喋呤,谷氨酸,對(duì)氨基苯甲酸,二氫葉酸（FH2 ）,細(xì)菌生長與繁殖,FH4,FH2 合成酶,磺胺類藥物,（與對(duì)氨基苯甲酸結(jié)構(gòu)相似）,對(duì)氨基苯甲酸,對(duì)氨基苯甲酸,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,對(duì)氨基苯磺酰胺與PABA兩者競(jìng)爭(zhēng)FH2合成酶,例2：

25、 抗癌藥物5一氟尿嘧啶,（PABA）,2. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制,* 反應(yīng)模式,* 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。,. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制,* 反應(yīng)模式,* 特點(diǎn)：,抑制劑只與酶底物復(fù)合物結(jié)合；,抑制程度取決與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。,（3）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用（uncompetitive inhibition）,動(dòng)力學(xué)方程 :,各種可逆性抑制作用的比較,六、激活劑對(duì)反應(yīng)速度的影響,激活劑(activator) 使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。

26、必需激活劑 (essential activator) 非必需激活劑 (non-essential activator),七、酶活性測(cè)定和酶活性單位,酶的活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速度。,酶促反應(yīng)速度可在適宜的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗或產(chǎn)物的生成量來表示。,酶的活性單位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時(shí)間（s、min或h）內(nèi)生成一定量（mg、g、mol等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量。,國際單位(IU) 在特定的條件下，每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國際單位。,催量單位(katal) 催量(kat)是指在特

27、定條件下，每秒鐘使mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。,kat與IU的換算： 1 IU=16.6710-9 kat,第 四 節(jié) 酶 的 調(diào) 節(jié)The Regulation of Enzyme,調(diào)節(jié)對(duì)象 關(guān)鍵酶,（一）變構(gòu)酶,變構(gòu)效應(yīng)劑 (allosteric effector),變構(gòu)調(diào)節(jié) (allosteric regulation),變構(gòu)酶 (allosteric enzyme),變構(gòu)部位 (allosteric site),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)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。,變構(gòu)酶常為多個(gè)亞基構(gòu)成的寡聚體，具有協(xié)同效應(yīng),變構(gòu)酶的形

28、曲線,酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)是機(jī)體內(nèi)代謝途徑的重要快速調(diào)節(jié)方式之一,別構(gòu)酶的作用動(dòng)力學(xué),1、正協(xié)同效應(yīng)（positive cooperative effect）,2、負(fù)協(xié)同效應(yīng)（negative cooperative effect）,（二） 酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié),共價(jià)修飾(covalent modification) 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價(jià)修飾。,常見類型 磷酸化與脫磷酸化（最常見） 乙酰化和脫乙?；?甲基化和脫甲基化 腺苷化和脫腺苷化 SH與SS互變,酶的磷酸化與脫磷酸化,Lysine acetylation

29、is a reversible process,Protein,K,酶的乙?；腿ヒ阴；?(三） 、酶活性的調(diào)節(jié),酶原與酶原的激活,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。,酶原激活的機(jī)理,胰蛋白酶原的激活過程,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。,二、 酶含量的調(diào)節(jié),（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏 誘導(dǎo)作用(induction

30、) 阻遏作用(repression) （二）酶降解的調(diào)控,蛋白酶體降解:主動(dòng),需ATP 溶酶體降解:被動(dòng),第五節(jié) 酶的命名與分類The Naming and Classification of Enzyme,一、酶的命名 1. 習(xí)慣命名法推薦名稱 2. 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱,習(xí)慣名稱（recommended name）,（1）底物,（2）反應(yīng)性質(zhì),（3）底物，反應(yīng)性質(zhì),（4）來源或其它特點(diǎn),系統(tǒng)分類法及編號(hào),1分類:,6大類酶，氧轉(zhuǎn)水 裂異連,2編號(hào):,用4個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字的編號(hào)表示，數(shù)字中用“”隔開，前面冠以EC（為Enzyme Commission）。,EC 類.亞類.亞亞類.排號(hào)，如EC l.

31、1.1.1,Enzyme Handbook， Thomas E Barman編，Vol I, Vol II 1969年。,Enzyme Handbook，Thomas E. Barman編 Supplement I, 1974年。,一些酶的命名舉例,二、酶的分類 1.氧化還原酶類(oxidoreductases) 2.轉(zhuǎn)移酶類 (transferases ) 3.水解酶類 (hydrolases) 4.裂解酶類 (lyases) 5.異構(gòu)酶類( isomerases) 6.合成酶類 (ligases, synthetases),六大類酶催化反應(yīng)的性質(zhì),1氧化還原酶類（oxido-reducta

32、ses）,催化氧化還原反應(yīng)的酶，包括氧化酶類、脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶等。,（1）氧化酶類：催化底物脫氫，并氧化生成H2O或H2O2,2A2H+O2 2A+2H2O,A2H+O2 A+H2O2,鄰苯二酚氧化酶（EC 1.10.3.1，鄰苯二酚：氧氧化酶）,鄰苯二酚,鄰苯醌,例：,（2）脫氫酶類：直接催化底物脫氫,A2H + B A + B2H,例：乳酸脫氫酶（EC 1.1.1.27，L-乳酸：NAD+氧化還原酶）,2轉(zhuǎn)移酶類（transferases）,催化基團(tuán)的轉(zhuǎn)移,例：谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）（EC 2.6.1.2，L-丙氨酸： 酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶）,3水解酶類（hydrolases）

33、,AB + H2O AOH + BH,4裂合酶類（lyases）,從底物移去一個(gè)基團(tuán)而形成雙鍵或逆反應(yīng),AB A + B,例1：,例2：,5異構(gòu)酶類（isomerase）,催化異構(gòu)化反應(yīng),例：,6連接酶類（ligases, 也稱synthetases合成酶類）,將兩個(gè)小分子合成一個(gè)大分子，通常需要ATP供能。,例：,第六節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系The Relation of Enzyme and Medicine,（一） 酶與疾病的發(fā)生 （二） 酶與疾病的診斷 （三） 酶與疾病的治療,一、酶與疾病的關(guān)系,酶與疾病的發(fā)生 （質(zhì)、量和活性）,酪氨酸酶缺乏 白化病 苯丙氨酸羥化酶 苯丙酮酸尿癥 急性胰腺炎

34、維生素缺乏 中毒性疾病,二、酶在醫(yī)學(xué)上的其他應(yīng)用,（一）酶作為試劑用于臨床檢驗(yàn)和科學(xué)研究,1酶法分析 即酶偶聯(lián)測(cè)定法(enzyme coupled assays)，是利用酶作為分析試劑，對(duì)一些酶的活性、底物濃度、激活劑、抑制劑等進(jìn)行定量分析的一種方法。,2酶標(biāo)記測(cè)定法 酶可以代替同位素與某些物質(zhì)相結(jié)合，從而使該物質(zhì)被酶所標(biāo)記。通過測(cè)定酶的活性來判斷被標(biāo)記物質(zhì)或與其定量結(jié)合的物質(zhì)的存在和含量。,3工具酶 除上述酶偶聯(lián)測(cè)定法外，人們利用酶具有高度特異性的特點(diǎn)，將酶做為工具，在分子水平上對(duì)某些生物大分子進(jìn)行定向的分割與連接。,（二）酶作為藥物用于臨床治療,（三）酶的分子工程,1固定化酶 (immobilized enzyme),將水溶性酶經(jīng)物理或化學(xué)方法處理后，成為不溶于水但仍具有酶活性的一種酶的衍生物。 固定化酶在催化反應(yīng)中以固相狀態(tài)作用于底物，并保持酶的活性。,2抗體酶,3模擬酶,具有催化功能的抗體分子稱為抗體酶(abzyme) 。,模擬酶是根據(jù)酶的作用原理，利用有機(jī)化學(xué)合成方法，人工合成的具有底物結(jié)合部位和催化部位的非蛋白質(zhì)有機(jī)化合物。,總結(jié),一、酶及相關(guān)概念, 酶（E）,二