1、Enzyme,第3章 酶,酶的概念,酶是一種生物催化劑。,酶是一類對(duì)其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)和核糖核酸。,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(tandem enzyme)：

2、一些多酶體系在進(jìn)化過(guò)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、酶的分子組成中常含有輔助因子,結(jié)合酶 (conjugated enzyme),單純酶 (simple enzyme),全酶分子中各部分在催化反應(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(guò)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。,金屬離子是最多見的輔助因子,金屬離子的作用： 參與催化反應(yīng)，傳遞電子； 在酶與底物間起橋梁作用；

3、 穩(wěn)定酶的構(gòu)象； 中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。,小分子有機(jī)化合物是一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子物質(zhì)，稱為輔酶 (coenzyme)。,其主要作用是參與酶的催化過(guò)程，在反應(yīng)中傳遞電子、質(zhì)子或一些基團(tuán)。 輔酶的種類不多，且分子結(jié)構(gòu)中常含有維生素或維生素類物質(zhì)。,某些輔酶（輔基）在催化中的作用,一、維生素B1形成輔酶焦磷酸硫胺素,（一）焦磷酸硫胺素是維生素B1的活性形式,焦磷酸硫胺素(thiamine pyrophosphate, TPP),TPP是-酮酸氧化脫羧酶的輔酶，也是轉(zhuǎn)酮酶的輔酶 在神經(jīng)傳導(dǎo)中起一定的作用，抑制膽堿酯酶的活性,1. 生化作用,腳氣病，末梢神經(jīng)炎,（二）維生素B1在糖代謝中具

4、有重要作用，缺乏可引起腳氣病,2.缺乏癥,二、維生素B2是FAD和FMN的組成成分,維生素B2又名核黃素(riboflavin) 體內(nèi)活性形式為黃素單核苷酸(FMN) 黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD),（一）FAD和FMN是維生素B2的是活性形式,Vit B2,FMN,AMP,FAD,生化作用：FMN及FAD是體內(nèi)氧化還原酶(如脂酰CoA脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、黃嘌呤氧化酶等）的輔基，主要起氫傳遞體的作用 . 缺乏癥：口角炎，唇炎，陰囊炎等,（二）FMN和FAD是體內(nèi)氧化還原酶的輔基,三、維生素PP又稱抗癩皮病維生素,維生素PP包括： 尼克酸(nicotinic acid) 尼克酰胺(nicotin

5、amide),體內(nèi)活性形式： 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+),（一）維生素PP是NAD+和NADP+的組成成分,NAD+：R為 H,NADP+：R為,尼克酰胺,1. 生化作用,（二）維生素PP缺乏可引起癩皮病,2. 缺乏癥: 癩皮病,3. 大量長(zhǎng)期服用會(huì)中毒,肝損傷,NAD+及NADP+是體內(nèi)多種不需氧脫氫酶（如蘋果酸脫氫酶、乳酸脫氫酶）的輔酶，起傳遞氫的作用。,四、泛酸主要參與?；D(zhuǎn)移反應(yīng),泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸 體內(nèi)活性形式為輔酶A(CoA)、?；d體蛋白(ACP),（一）泛酸在輔酶A和?；d體蛋白分子中發(fā)揮作用,（

6、二）泛酸參與?；D(zhuǎn)移反應(yīng),CoA及ACP是酰基轉(zhuǎn)移酶的輔酶，參與酰基的轉(zhuǎn)移作用。,泛酸,4-磷酸泛酰 巰基乙胺,CoA的結(jié)構(gòu)式,五、生物素參與CO2固定反應(yīng),（一）生物素(biotin)的來(lái)源廣泛,（二）生物素是多種羧化酶的輔基,生物素是體內(nèi)多種羧化酶(如丙酮酸羧化酶、乙酰CoA羧化酶)的輔基，與羧化酶蛋白中賴氨酸殘基的-氨基以酰胺鍵共價(jià)結(jié)合，形成生物胞素殘基，參與CO2固定過(guò)程。,（三）生物素參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá),生物素還可使組蛋白生物素化，從而影響細(xì)胞周期、轉(zhuǎn)錄和DNA損傷的修復(fù)。,六、維生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺,（一）維生素B6的磷酸酯是其活性形式,維生素B6包括吡哆醇(

7、pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)和吡哆胺(pyridoxamine)。 活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶及脫羧酶的輔酶，用于治療小兒驚厥、妊娠嘔吐和精神焦慮。 磷酸吡哆醛也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的輔酶。缺乏導(dǎo)致低血色素小細(xì)胞性貧血和血清鐵增高。 磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代謝酶的輔酶，缺乏引起高同型半胱氨酸血癥。,（二）磷酸吡哆醛的輔酶作用多種多樣,1磷酸吡哆醛是多種酶的輔酶,2磷酸吡哆醛可終止類固醇激素的作用,作用機(jī)制：將類固醇激素-受體復(fù)合物從DNA中移去，終止這些激素的作用。 維生素B6缺乏：可增加人體對(duì)雌激素、雄激素、皮質(zhì)激素

8、和維生素D作用的敏感性。,3維生素B6缺乏不多見，而過(guò)量可引起中毒,日攝入量超過(guò)200mg可引起神經(jīng)損傷，表現(xiàn)為周圍感覺神經(jīng)病。,葉酸(folic acid)又稱蝶酰谷氨酸 體內(nèi)活性形式為四氫葉酸(FH4),七、葉酸以四氫葉酸形式參與一碳單位代謝,（一）四氫葉酸是葉酸的活性形式,（二）四氫葉酸是一碳單位的載體,FH4是一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶，參與一碳單位的轉(zhuǎn)移。N5、N10 是一碳單位的結(jié)合位點(diǎn)。,缺乏癥：巨幼紅細(xì)胞貧血 高同型半胱氨酸血癥和DNA低甲基化,葉酸,二氫葉酸還原酶,NADPH+H+,NADP+,二氫葉酸,二氫葉酸還原酶,NADPH+H+,NADP+,四氫葉酸,5, 6, 7, 8-

9、四氫葉酸,維生素B12又稱鈷胺素(coholamine) 體內(nèi)活性形式為甲基鈷胺素 5 -脫氧腺苷鈷胺素,八、維生素B12是含鈷維生素,（一）維生素B12的吸收需要內(nèi)因子,R：5-脫氧腺苷 5-脫氧腺苷鈷胺素,Vit B12是N5-CH3-FH4轉(zhuǎn)甲基酶（甲硫氨酸合成酶）的輔酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸。,Vit B12 缺乏：,相應(yīng)缺乏癥：巨幼紅細(xì)胞貧血 高同型半胱氨酸血癥,（二）維生素B12影響一碳單位的代謝和脂肪酸的合成,一是引起甲硫氨酸合成減少； 二是影響四氫葉酸的再生。,5-脫氧腺苷鈷胺素是L-甲基丙二酰CoA變位酶的輔酶，催化琥珀酰CoA的生成。,B12缺乏時(shí)，L-甲基丙

10、二酰CoA大量堆積，影響脂肪酸的正常合成。 相應(yīng)缺乏癥：神經(jīng)疾患,輔酶中與酶蛋白共價(jià)結(jié)合的輔酶又稱為輔基(prosthetic group)。,輔基和酶蛋白結(jié)合緊密，不能通過(guò)透析或超濾等方法將其除去，在反應(yīng)中不能離開酶蛋白，如FAD、FMN、生物素等。,二、酶的活性中心是酶分子中執(zhí)行其催化功能的部位,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)。,必需基團(tuán)(essential group),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),活性中心內(nèi)的必需基團(tuán),位于活性中心以外，

11、維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象和（或）作為調(diào)節(jié)劑的結(jié)合部位所必需。,活性中心外的必需基團(tuán),底 物,活性中心以外的必需基團(tuán),結(jié)合基團(tuán),催化基團(tuán),活性中心,三、同工酶,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。,定義,根據(jù)國(guó)際生化學(xué)會(huì)的建議，同工酶是由不同基因編碼的多肽鏈，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不同mRNA所翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。 同工酶存在于同一種屬或同一個(gè)體的不同組織或同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，它使不同的組織、器官和不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有不同的代謝特征。這為同工酶用來(lái)診斷不同器官的疾病提供了理論依據(jù)。,乳酸脫氫酶的同工酶,

12、舉例 1,舉例 2,B,B,M,M,M,CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM),腦 心肌 骨骼肌,肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶,B,B,*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(guò)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)志，用于遺傳分析研究。,第二節(jié) 酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action,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)的平衡點(diǎn)。,酶與一般催化劑的共同點(diǎn)：,（一）酶促反應(yīng)具有極高的效率,一、酶促

13、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。,酶的催化效率可用酶的轉(zhuǎn)換數(shù) (turnover number) 來(lái)表示。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是指在酶被底物飽和的條件下，每個(gè)酶分子每秒鐘將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的分子數(shù)。,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

14、性,根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(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(stereospecificity)：作用于立體異構(gòu)體中的一種。,（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性,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。包含三個(gè)方面的調(diào)節(jié),對(duì)酶生成與降解量的調(diào)節(jié) 酶催化效力的調(diào)節(jié) 通過(guò)改變底物濃度對(duì)酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等,二、酶通過(guò)促進(jìn)底物形成過(guò)渡態(tài)

15、而提高反應(yīng)速率,（一）酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)活化能,酶和一般催化劑一樣，加速反應(yīng)的作用都是通過(guò)降低反應(yīng)的活化能 (activation energy) 實(shí)現(xiàn)的。,活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。,（二）酶-底物復(fù)合物的形成有利于底物轉(zhuǎn)變成過(guò)渡態(tài),酶底物復(fù)合物,(過(guò)渡態(tài)),誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)合,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(guò)程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合(induced-fit) 。,酶的誘導(dǎo)契合動(dòng)畫,2.鄰近效應(yīng)與定向排列使諸底物正確定位于酶的活性中心,酶在反應(yīng)中將諸底物結(jié)合到酶的活性中心，使它們相互接近并形成有利于反

16、應(yīng)的正確定向關(guān)系。 這種鄰近效應(yīng)(proximity effect)與定向排列(orientation arrange)實(shí)際上是將分子間的反應(yīng)變成類似于分子內(nèi)的反應(yīng)，從而提高反應(yīng)速率。,鄰近效應(yīng)與定向排列：,酶的活性中心多是酶分子內(nèi)部的疏水“口袋”，酶反應(yīng)在此疏水環(huán)境中進(jìn)行，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)的干擾性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物與酶分子的密切接觸和結(jié)合。這種現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)(surface effect)。,3.表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化,（三）酶的催化機(jī)制呈多元催化作用,一般酸-堿催化作用(general ac

17、id-base catalysis) 共價(jià)催化作用(covalent catalysis) 親核催化作用(nucleophilic catalysis),第三節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：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：酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。,一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速率影響的作圖呈矩形雙曲線,在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。,單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)； 酶促反應(yīng)速率一般在規(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(lái)

18、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：,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)。,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)。,當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度：,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),中間產(chǎn)物,解釋酶促反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速率關(guān)系的最合理學(xué)說(shuō)是中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：,（一）米曼氏方程式揭示單底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性,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

19、：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),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 V = k3ES。 (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S =St。,米曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)：,米曼氏方程式推導(dǎo)過(guò)程：,ES的生成速率 = ES的分解速率,則(2)變?yōu)? (EtES) S = Km ES,整理得：,k1 (EtES) S = k2 ES + k3 ES,當(dāng)反應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)：,當(dāng)?shù)孜餄?/p>

20、度很高，將酶的活性中心全部飽和時(shí)，即Et =ES，反應(yīng)達(dá)最大速率 Vmax = k3ES = k3Et (5),將(5)代入(4)得米氏方程式：,（二）Km與Vm是有意義的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù),Km值的推導(dǎo) Km與Vmax的意義,當(dāng)反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時(shí)：,Km值的推導(dǎo),Km = S,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。,Km與Vmax的意義,定義：Km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。 意義： Km是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的結(jié)構(gòu)、底物和反應(yīng)環(huán)境（如，溫度、pH、離子強(qiáng)度）有關(guān)，與酶的濃度無(wú)關(guān)。 Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力； 同一酶

21、對(duì)于不同底物有不同的Km值。,Km值,Vmax,意義：Vmax=k3 E,定義：Vm是酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速率，與酶濃度成正比。,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(lái)比較每單位酶的催化能力。,酶的轉(zhuǎn)換數(shù) (turnover number),1. 雙倒數(shù)作圖法(double reciprocal plot)，又稱為 林-貝氏(Lineweaver- Burk)作圖法,（三）m值與max值可以通過(guò)作圖法求取,2. Hanes作圖法,在林

22、貝氏方程基礎(chǔ)上，兩邊同乘S,S/V=Km/Vmax + S/Vmax,二、底物足夠時(shí)酶濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響呈直線關(guān)系,在酶促反應(yīng)系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^(guò)酶的濃度，酶被底物飽和時(shí)，反應(yīng)速率達(dá)最大速率。此時(shí)，反應(yīng)速率和酶濃度變化呈正比關(guān)系。,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,當(dāng)SE時(shí)，Vmax = k3 E,酶濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,三、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響具有雙重性,溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率具有雙重影響。 溫度升高加快化學(xué)反應(yīng)速度，同時(shí)增加酶變性的機(jī)會(huì) 酶促反應(yīng)速率最快時(shí)反應(yīng)體系的溫度稱為酶促反應(yīng)的最適溫度(optimum temperature)。

23、,溫度對(duì)淀粉酶活性的影響,最適溫度： 酶發(fā)揮最大催化活性時(shí)反應(yīng)體系的溫度,酶的最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，它與反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)。 酶的活性雖然隨溫度的下降而降低，但低溫一般不使酶破壞。溫度回升后，酶又恢復(fù)其活性。 臨床應(yīng)用：低溫麻醉,四、pH通過(guò)改變酶和底物分子解離狀態(tài)影響反應(yīng)速率,酶催化活性最高時(shí)反應(yīng)體系的pH稱為酶促反應(yīng)的最適pH (optimum pH)。,pH對(duì)某些酶活性的影響,最適pH不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度、緩沖液種類與濃度、以及酶純度等因素的影響。,五、抑制劑可逆地或不可逆地降低酶促反應(yīng)速率,酶的抑制劑(inhibitor),酶的抑制區(qū)別于酶的變性：,抑制劑對(duì)酶有一定選

24、擇性 引起變性的因素對(duì)酶沒有選擇性,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。,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),根據(jù)抑制劑和酶結(jié)合的緊密程度不同，酶的抑制作用分為：,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 巰基酶 解毒 - -

25、 - 二巰基丙醇(BAL),概念,舉例,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。,（一）不可逆性抑制劑主要與酶共價(jià)結(jié)合,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,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,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)性抑制作用的抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性中心,有些抑制劑與底物的結(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。這種抑制作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。

26、,定義,反應(yīng)模式,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,有些抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)相結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，酶和底物的結(jié)合也不影響酶與抑制劑的結(jié)合。底物和抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。但酶-底物-抑制劑復(fù)合物(ESI)不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。這種抑制作用稱作非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。,非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的抑制劑不改變酶對(duì)底物的親和力,定義,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(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)

27、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。,抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物(ES)結(jié)合，使中間產(chǎn)物ES的量下降。這樣，既減少?gòu)闹虚g產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時(shí)減少?gòu)闹虚g產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作用稱為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。,定義,反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的抑制劑僅與酶-底物復(fù)合物結(jié)合,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。,各種可逆性抑制作用的比較,六、激活劑可加快酶促反應(yīng)速率,定義,使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為激活劑(activator)。,種類,必

28、需激活劑 (essential activator) 非必需激活劑 (non-essential activator),第四節(jié) 酶的調(diào)節(jié)The Regulation of Enzyme,酶活性的調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)）,酶含量的調(diào)節(jié)（緩慢調(diào)節(jié)）,調(diào)節(jié)方式,調(diào)節(jié)對(duì)象：關(guān)鍵酶,變構(gòu)調(diào)節(jié),化學(xué)修飾,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

29、構(gòu)調(diào)節(jié)。,（一）變構(gòu)酶通過(guò)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的活性,一、調(diào)節(jié)酶實(shí)現(xiàn)對(duì)酶促反應(yīng)速率的快速調(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)。,酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)是體內(nèi)代謝途徑的重要快速調(diào)節(jié)方式之一。,（二）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)是通過(guò)某些化學(xué)基團(tuán)與酶的共價(jià)結(jié)合與分離實(shí)現(xiàn)的,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(guò)程稱為共價(jià)修飾。,共價(jià)修飾(covalent modification),磷酸化與脫磷酸化（最常見） 乙?；兔撘阴；?甲基化和脫甲基化 腺苷化和脫腺苷化 SH與SS互變,常見類型,酶的化學(xué)修飾是體內(nèi)快速調(diào)節(jié)的另一種重要方式。,酶的磷酸化與脫

30、磷酸化,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。,在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過(guò)程。,（三）酶原的激活使無(wú)活性的酶原轉(zhuǎn)變成有催化活性的酶,酶原 (zymogen),酶原的激活,酶原激活的機(jī)理,胰蛋白酶原的激活過(guò)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。,酶原激活的本質(zhì) 酶活性中心形成或暴露的過(guò)程,二、 酶含量的調(diào)節(jié)包括對(duì)酶合成與分解速率的調(diào)節(jié),誘導(dǎo)作用(induction) 阻遏作用(repressi

31、on),（一）酶蛋白合成可被誘導(dǎo)或阻遏,溶酶體蛋白酶降解途徑（不依賴ATP的降解途徑） 非溶酶體蛋白酶降解途徑（又稱依賴ATP和泛素的降解途徑）,（二）酶降解的調(diào)控與一般蛋白質(zhì)降解途徑相同,第五節(jié) 酶的命名與分類The Naming and Classification of Enzyme,一、酶可根據(jù)其催化的反應(yīng)類型予以分類,氧化還原酶類 (oxidoreductases) 轉(zhuǎn)移酶類 (transferases ) 水解酶類 (hydrolases) 裂解酶類 (lyases) 異構(gòu)酶類 (isomerases) 合成酶類 (synthetases, ligases),根據(jù)酶反應(yīng)的類型，酶可

32、分為六大類，其排序如下:,二、每一種酶均有其系統(tǒng)名稱和推薦名稱,系統(tǒng)名稱 (systematic name) 推薦名稱 (recommended name),一些酶的分類與命名,第六節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系The Relation of Enzyme and Medicine,一、酶和疾病密切相關(guān),（一）酶的質(zhì)、量與活性的異常均可引起某些疾病,有些疾病的發(fā)病機(jī)理直接或間接和酶的異?；蛎富钚允艿揭种葡嚓P(guān)。 許多疾病也可引起酶的異常，這種異常又使病情加重。 激素代謝障礙或維生素缺乏可引起某些酶的異常。 酶活性受到抑制多見于中毒性疾病。,（二）酶的測(cè)定有助于對(duì)許多疾病的診斷,1酶活性測(cè)定和酶活性單位是定量酶的基礎(chǔ),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)速率。 酶促反應(yīng)速率可在適宜的反應(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(lái)表