1、酶的功能及作用,第二章 酶（ Enzyme ）,酶的功能及作用,主要內(nèi)容,第一節(jié) 酶的概況 第二節(jié) 酶促反應機制 第三節(jié) 酶促反應動力學 第四節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié)控制 第五節(jié) 酶活力測定、酶的制備,酶的功能及作用,第一節(jié) 酶的概況,一、酶的概念 酶是一類由活細胞產(chǎn)生的，對其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)或核酸分子。,酶的功能及作用,二、酶學研究簡史 公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。 一百余年前，Pasteur認為發(fā)酵是酵母細胞生命活動的結(jié)果。 1878年，Kuhne首次提出 Enzyme 一詞。 1897年，Buchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現(xiàn)了發(fā)酵。 1926年，Sumner首次從

2、刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。 1982年，Cech首次發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，提出核酶（ribozyme）的概念。 1995年，發(fā)現(xiàn)脫氧核酶。,酶的功能及作用,三、酶的化學本質(zhì) 1大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) 1926年美國Sumner得到脲酶的結(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，并進一步證明了酶是蛋白質(zhì)。,酶的功能及作用,證據(jù)： 引起蛋白質(zhì)變性的理化因素，可引起酶失活 兩性電解質(zhì) 水解產(chǎn)生氨基酸 受蛋白水解酶作用失活 具有膠體的性質(zhì) 化學反應,酶的功能及作用,2核酶 1982年美國T. Cech（切克）等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲的rRNA前體能在完全沒

3、有蛋白質(zhì)的情況下進行自我加工，發(fā)現(xiàn)RNA有催化活性。,Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA,Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA,Cech和Altman（阿爾特曼）各自獨立地發(fā)現(xiàn)了RNA的催化活性，并命名這一類酶為ribozyme（核酶）,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的功能及作用,3有些DNA也有催化活性 1995年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子亦具有催化活性。 4抗體酶（abzyme) 抗體酶：指具有催化功能的抗體分子，在抗體分子的可變區(qū)（即肽鏈的N端）是識別

4、抗原的活性區(qū)域，這部分區(qū)域被賦予了酶的屬性。 1986年美國Schultz和Lerner兩個實驗室同時在Science上發(fā)表論文，報道他們成功地得到了具有催化活性的抗體。,酶的功能及作用,四、酶促反應的特點,1.酶與一般催化劑的共同點 在反應前后沒有質(zhì)和量的變化； 只能催化熱力學允許的化學反應； 只能加速可逆反應的進程，而不改變反應的平衡點。,酶的功能及作用,酶促反應具有極高的效率 酶促反應具有高度的特異性 酶促反應的可調(diào)節(jié)性 酶促反應要求嚴格的環(huán)境條件 酶易失活,2.酶促反應的特點,酶的功能及作用,五、酶的專一性（特異性）,酶的專一性是指酶對它所催化的反應及其底物具有的嚴格的選擇性，通常一種

5、酶只能催化一種或一類化學反應。,酶的功能及作用,類型,酶的功能及作用,酶的專一性（特異性，specificity）,1、絕對專一性（absolute specificity）,例:,酶的功能及作用,（1）族專一性（基團專一性，group specificity）,相對專一性（relative specificity）,酶的功能及作用,（2）鍵專一性,A B,酶的功能及作用,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,酶的功能及作用,（3）酶能區(qū)分從有機化學觀點來看是屬于對稱分子中兩個等 同的基團，只催化其中的一個基團，而不催化另一

6、個。,例1：,若甘油激酶不能區(qū)分兩個CH2OH基團，則會生成 :,和,酶的功能及作用,例2：,酶的功能及作用,六、酶的分類,1.根據(jù)酶所作用的反應性質(zhì),酶的功能及作用,六大類酶催化反應的性質(zhì),氧化還原酶類（oxido-reductases）,催化氧化還原反應的酶，包括氧化酶類、脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶等。,酶的功能及作用,（1）氧化酶類：催化底物脫氫，并氧化生成H2O或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,酶的功能及作用,（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-

7、乳酸：NAD+氧化還原酶）,酶的功能及作用,轉(zhuǎn)移酶類（transferases）,催化基團的轉(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）,酶的功能及作用,水解酶類（hydrolases）,AB + H2O AOH + BH,酶的功能及作用,裂合酶類（lyases）,從底物移去一個基團而形成雙鍵或逆反應,AB A + B,例1：,酶的功能及作用,例2：,酶的功能及作用,異構(gòu)酶類（isomerase）,催化異構(gòu)化反應,例：,酶的功能及作用,連接酶類（ligases, 也稱synthetases合成酶類）,將兩個小分子合成一個大分子，通常需要ATP供能。,

8、例：,酶的功能及作用,（連接酶）,（異構(gòu)）,（裂合）,（水解）,酶的功能及作用,2.根據(jù)酶的分子組成,酶的功能及作用,結(jié)合酶各部分作用： 酶蛋白:決定反應特異性 輔助因子：決定反應種類和性質(zhì),酶的功能及作用,輔助因子-金屬離子,A.穩(wěn)定酶蛋白構(gòu)象：穩(wěn)定酶蛋白催化活性所必需的分子構(gòu)象 B.構(gòu)成酶的活性中心：作為酶的活性中心的組成成分，參與構(gòu)成酶的活性中心 C.連接作用：作為橋梁，將底物分子與酶蛋白螯合起來 D.傳遞電子、原子或基團 E.中和陰離子，降低反應中的靜電斥力,酶的功能及作用,酶的功能及作用,輔助因子-小分子有機化合物,主要作用是參與酶的催化作用，在催化中起著原子、電子或某些化學基團的傳

9、遞。 種類很多，分子結(jié)構(gòu)中常含有維生素或維生素類物質(zhì),酶的功能及作用,酶的功能及作用,（共價結(jié)合）,酶的功能及作用,3.根據(jù)酶的結(jié)構(gòu),單體酶 通常為一條多肽鏈，但也有由二硫鍵相連的多條多肽鏈的情況。 寡聚酶 兩個或兩個以上亞基組成的酶 多酶復合體有幾種功能相關(guān)的酶靠非共價鍵彼此嵌合形成的一個復合物稱為多酶復合體。 多酶體系 在完整細胞內(nèi)的某一代謝過程中，由幾個酶形成的反應體系。多酶體系的存在增加了整個代謝反應的催化效率，同時便于機體對酶的調(diào)控。,酶的功能及作用,七、酶的命名,根據(jù)國際酶學委員會的建議，每個酶允許有兩個名稱：習慣名和系統(tǒng)名。 1. 習慣命名法： 底物名 + “酶” 如淀粉酶 有時

10、在名字前加上酶的來源。 如胃蛋白酶 反應性質(zhì)+“酶” 如水解酶 習慣名一般比較簡短，使用方便；但缺乏系統(tǒng)性，不夠精確，有時會一酶數(shù)名或一名數(shù)酶的現(xiàn)象。,酶的功能及作用,2. 系統(tǒng)命名法,底物名 + 反應類型 + “酶” 若底物二個或二個以上，則所有底物都需寫出，各底物間以冒號隔開。若底物中有水，可省略。 所有底物的構(gòu)型都應標明。 反應類型指酶學委員會規(guī)定的六種。 例如 “乳酸脫氫酶”的系統(tǒng)名為“L-乳酸 : NAD+氧化還原酶”,酶的功能及作用,酶的標碼: 國際酶學委員會規(guī)定，每個酶都有唯一的特定標碼。 如乙醇脫氫酶的編碼是：EC1.1.1.1 第一個“1” 第1大類，即氧化還原酶類； 第二個

11、“1” 第1亞類，供氫體為CHOH； 第三個“1” 第1亞亞類，受氫體為NAD+； 第四個“1” 在亞亞類中的順序號 又如乳酸脫氫酶的編碼是：EC1.1.1.27,酶的功能及作用,酶的功能及作用,第二節(jié) 酶促反應機制,酶的功能及作用,活性中心的基團均屬必需基團，但必需基團還包括活性中心以外的其他一些基團，它們在維持酶的空間結(jié)構(gòu)、酶活性的調(diào)節(jié)、免疫等方面起著重要的作用。,一、 酶的活性部位,1. 酶的活性中心,有必需基團組成的，具有一定空間結(jié)構(gòu)的，直接與底物結(jié)合，并與酶催化作用直接有關(guān)的結(jié)構(gòu)區(qū)域（微區(qū)）稱為酶的活性中心.,酶的功能及作用,2.必需基團,與酶活性有關(guān)的基團叫必需基團（essenti

12、al group ） 酶分子中氨基酸側(cè)鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學基團,酶的功能及作用,活性中心（active center）外的必需基團 必需基團 結(jié)合基團：與底物相結(jié)合 活性中心內(nèi)的必需基團 催化基團：催化底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物,活性中心外的必須基團維持酶活性中心應有的空間構(gòu)象或作為調(diào)節(jié)劑的結(jié)合部位所必需。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,例：胰凝乳蛋白酶的肽鏈折疊（示活性中心）,酶的功能及作用,酶的功能及作用,結(jié)合部位：底物在此與酶分子結(jié)合。一個酶的結(jié)合部位又可以分為各種亞位點，分別與底物的不同部位結(jié)合。 催化部位：底物的敏感鍵在此被打斷或形成新的鍵，從而發(fā)生一定的化學反應。一個酶

13、的催化部位可以不止一個。,酶的功能及作用,3.酶的活性中心的特點 都是酶分子表面的一個凹穴，有一定的大小和形狀，但它們不是剛性的，在與底物接觸時表現(xiàn)一定的柔性。 活性部位為非極性的微環(huán)境，這有利于與底物的結(jié)合。在活性中心內(nèi)還含有少數(shù)極性基團直接與底物相作用。,酶的功能及作用,溶菌酶,活性中心為一裂縫，可以容納肽多糖的六個單糖基，并與之形成氫鍵和范德華力。 結(jié)合基團是101位的天冬氨酸和108位的色氨酸 催化基團是35位的谷氨酸和52位的天冬氨酸。,酶的功能及作用,二、酶促反應機理 活化分子：反應中能量較高的、能發(fā)生有效碰撞的分子，叫做活化分子 活化能：在一定溫度下，1摩爾底物全部進入活化態(tài)所需

14、要的自由能。單位kJ/mol,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的催化機理是降低活化能,酶的功能及作用,例 2H2O22H2O+O2,酶的功能及作用,三、中間產(chǎn)物學說,酶催化時，酶活性中心首先與底物結(jié)合生成一種酶-底物復合物（ES），此復合物再分解釋放出酶，并生成產(chǎn)物。,一般化學反應歷程： S P 酶促反應歷程： S + E ES E + P,酶的功能及作用,四、 誘導契合學說（INDUCED-FIT HYPOTHESIS）,1958年Koshland提出“誘導契合學說”： 酶分子活性中心的結(jié)構(gòu)原來并非和底物的結(jié)構(gòu)互相吻合，但酶的活性中心是柔性的而非剛性的。當?shù)孜锱c酶相遇時，可誘導酶活性中心的

15、構(gòu)象發(fā)生相應的變化，其上有關(guān)的各個基團達到正確的排列和定向，因而使底物和酶能完全契合，結(jié)合成中間絡合物，并有利于催化反應的進行。當反應結(jié)束后產(chǎn)物從酶上脫落下來后，酶的活性中心又恢復了原來的構(gòu)象。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的功能及作用,五、與酶的高效率催化有關(guān)的因素,1鄰近效應與定向效應 鄰近效應：指酶和底物結(jié)合形成中間復合物時，底物分子之間，酶的催化基團與底物之間結(jié)合與同一分子，使有效濃度增加，從而使反應速率增加的效應（兩個反應的分子，它們反應的基團需要互相靠近，才能反應）。 定向效應: 指酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確定向。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,

16、2張力效應和底物的形變,酶的功能及作用,3廣義的酸堿催化,酸堿催化：瞬時向反應物中提供質(zhì)子或從反應物中提供質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，加速反應。 狹義的酸堿催化：在水溶液中通過高反應性的H+離子或OH -離子對化學反應速度表現(xiàn)出的催化作用。 廣義的酸堿催化：通過H+離子或OH -離子及能提供H+離子或OH -離子的供體進行的催化 組成酶活性中心的極性基團，在底物的變化中起質(zhì)子的供體或受體的作用。,酶的功能及作用,酶活性中心處可以提供質(zhì)子或接受質(zhì)子而起廣義酸堿催化作用的功能基團有： 谷氨酸、天冬氨酸側(cè)鏈上的羧基 絲氨酸、酪氨酸中的羥基 半胱氨酸中的巰基 賴氨酸側(cè)鏈上的氨基 精氨酸中的胍基 組氨酸中的咪唑基

17、,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的功能及作用,4共價催化 它是指酶活性中心處的極性基團，在催化時，能分別放出電子或汲取電子并作用于底物的缺電子中心或負電中心，迅速形成不穩(wěn)定的共價中間復合物，降低反應活化能，使反應加劇。 根據(jù)活性中心處極性基團對底物進攻的方式不同，共價催化可分為親電催化與親核催化兩種。,酶的功能及作用,活性中心處的親核基團有： 絲氨酸的羥基 半胱氨酸的巰基 組氨酸的咪唑基 底物上典型的親電中心：磷酰基、?；?、糖基,酶的功能及作用,特別注意：組氨酸的咪唑基既是很強的親核基團，又是有效的廣義酸堿功能基團。,影響酸堿催化反應速度的因素有兩個 第一個是酸堿的強度：在這些功能基團中，

18、組氨酸的咪唑基的解離情況pK值為6.0，在生理pH條件下，既可以作質(zhì)子的供體又可作質(zhì)子的受體。因此，咪唑基是催化中最有效最活潑的一個催化功能基團； 第二個是這些功能基團供出質(zhì)子或接受質(zhì)子的速度，其中的咪唑基的情況特別突出，它供出或接受質(zhì)子的速度十分迅速，其半衰期小于10-10秒。而且，供出或接受質(zhì)子的速度幾乎相等。由于咪唑基有如此的優(yōu)點，所以雖然組氨酸在大多數(shù)蛋白質(zhì)中含量很少，卻很重要，在許多酶的活性中心處都含有組氨酸。推測很可能在生物進化過程中，它不是作為一般的結(jié)構(gòu)蛋白成分，而是被選擇作為酶分子中的催化結(jié)構(gòu)而存在下來的。具有酸堿催化特征的酶促反應，酶與底物結(jié)合成的中間產(chǎn)物是離子型絡合物。,酶

19、的功能及作用,酶的功能及作用,5. 金屬離子催化 6. 多元催化和協(xié)同效應 7. 活性部位微環(huán)境的影響,酶的功能及作用,注意： 一種酶的催化反應常常是多種催化機制的綜合作用，這是酶促反應高效率的重要原因,酶的功能及作用,第三節(jié) 酶促反應動力學KINETICS OF ENZYME-CATALYZED REACTION,酶促反應動力學:研究各種因素對酶促反應速率的影響，并加以定量的闡述。,酶的功能及作用,酶促反應速度的測定,酶的功能及作用,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，其余各因素均恒定。,酶的功能及作用,一、酶濃度對反應速度的影響,當反應

20、系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時，酶促反應速度與酶濃度成正比，即=kE。,酶的功能及作用,二、溫度對反應速度的影響,一般來說，酶促反應速度隨溫度的增高而加快。但當溫度增加達到某一點后，由于酶蛋白的熱變性作用，反應速度迅速下降，直到完全失活。 酶促反應速度隨溫度升高而達到一最大值時的溫度就稱為酶的最適溫度。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,三、PH對反應速度的影響,觀察pH對酶促反應速度的影響，通常為一“鐘形”曲線，即pH過高或過低均可導致酶催化活性的下降。 酶催化活性最高時溶液的pH值就稱為酶的最適pH。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,最適pH (optimum pH)： 酶催化活性最大時的環(huán)境pH

21、。,0,酶 活 性,pH,胃蛋白酶,淀粉酶,膽堿酯酶,2,4,6,8,10,酶的功能及作用,（一）底物對酶促反應的飽和現(xiàn)象： 研究前提： 單底物、單產(chǎn)物反應 酶促反應速度一般在規(guī)定的反應條件下，用單位時間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示 反應速度取其初速度，即底物的消耗量在5以內(nèi)的反應速度 底物濃度遠遠大于酶濃度,四、底物濃度對反應速度的影響,酶的功能及作用,當?shù)孜餄舛容^低時： 反應速率與底物濃度呈正比； 反應為一級反應,隨底物濃度增加： 反應速率不再呈正比例增加 反應為混合級反應,當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度： 反應速率不再增加； 反應為零級反應,在其他因素不變的條件下，底物濃度對反應速率的影響

22、呈矩形雙曲線型,酶的功能及作用,酶的功能及作用,（二）米氏方程式的推導,Michaelis & Menten 于1913年推導出了上述矩形雙曲線的數(shù)學表達式，即著名的米氏方程(Michaelis equation) 。,V 不同的底物濃度時的反應速率； S 底物濃度； Vmax 最大反應速率； Km 米氏常數(shù),酶的功能及作用,Michaelis-Menten的三個假設： (1)推導的v為反應初速度 產(chǎn)物的生成量很少 k2的反應忽略不計。 (2)反應體系處于穩(wěn)態(tài) 即ES不變 ES的生成量 = ES的分解量 (3)S E S ES,酶的功能及作用,ES生成速度：,，ES分解速度：,當酶反應體系處于

23、恒態(tài)時：,即：,令：,則：,由于酶促反應速度由ES決定，即,將（2）代入（1）得：,(3),當Et=ES時，,將（4）代入（3），則：,米氏方程的推導,恒態(tài)法,酶的功能及作用,（三）KM的意義：,1. Km值等于酶促反應速度為最大反應速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。即當=Vmax/2時，Km=S。,酶的功能及作用,2. Km值的大小可以近似反應酶與底物親和力的大小。Km越小，酶與底物的親和力越大。 3.可用于判斷反應級數(shù)：當S100Km時，=Vmax，反應為零級反應；當0.01KmS100Km時，為混合級反應。,酶的功能及作用,4. Km是酶的特征性常數(shù)：只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無

24、關(guān) 。 5. Km可用來判斷酶的最適底物：如酶能催化幾種不同的底物，對每種底物都有一個特定的Km值，其中Km值最小的稱該酶的最適底物。,酶的功能及作用,雙倒數(shù)作圖法 LINEWEAVER- BURK ：,（四）Km和Vmax的測定：,酶的功能及作用,（五）雙底物雙產(chǎn)物反應,A+BP+Q,雙底物雙產(chǎn)物的反應按動力學機制可分為兩大類 :,雙底物 雙產(chǎn)物的反應,序列反應 （sequential reactions）,乒乓反應 （ping pong reactions）,有序序列反應 （orderd reactions）,隨機序列反應 （random reactions）,酶的功能及作用,1有序序列反

25、應（ordered reactions 寫作 ordered Bi Bi）,酶的功能及作用,2隨機序列反應（random reactions， 寫作Random Bi Bi）,酶的功能及作用,3乒乓反應（ping pong reactions，寫作uni ping pong or Ping Pong Bi Bi）,酶的功能及作用,五、抑制劑對反應速度的影響,凡是能降低酶促反應速度，但不引起酶分子變性失活的物質(zhì)統(tǒng)稱為酶的抑制劑(inhibitor)。 按照抑制劑的抑制作用，可將其分為不可逆抑制作用(irreversible inhibition) 和可逆抑制作用(reversible inhib

26、ition)兩大類。,酶的功能及作用,（一）不可逆抑制作用： 抑制劑與酶分子的某些基團共價結(jié)合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等簡單方法使酶活性恢復的抑制作用就是不可逆抑制作用。 * 舉例 有機磷化合物 羥基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金屬離子及砷化合物 巰基酶 解毒 - - - 二巰基丙醇(BAL),酶的功能及作用,有機磷化合物對羥基酶的抑制,酶的功能及作用,路易士氣,失活的酶,巰基酶,失活的酶,酸,BAL,巰基酶,BAL與砷劑結(jié)合物,酶的功能及作用,（二）可逆性抑制作用： 抑制劑以非共價鍵與酶分子可逆性結(jié)合造成酶活性的抑制，且可采用透析等簡單方法去除抑制劑而使酶活性完全恢復的

27、抑制作用就是可逆抑制作用。 可逆抑制作用包括競爭性、反競爭性、和非競爭性抑制幾種類型。,酶的功能及作用,1.競爭性抑制（competitive inhibi-tion)： （1）概念： 抑制劑與底物競爭與酶的某一部位結(jié)合，從而干擾了酶與底物的結(jié)合，使酶的催化活性降低，稱為競爭性抑制作用。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,競爭性抑制,酶的功能及作用,競爭性抑制的速度方程與圖形特征,酶的功能及作用,競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征,酶的功能及作用,（2）競爭性抑制的特點： 競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應產(chǎn)物； 抑制劑同酶的結(jié)合部位與底物同酶的結(jié)合部位相同或不同； 抑制劑濃度越大，則抑制作用越大；

28、但增加底物濃度可使抑制程度減小； 動力學參數(shù)：Km值增大，Vm值不變。,酶的功能及作用,* 舉例,1.丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制,酶的功能及作用,2. 磺胺藥對細菌FH2合成酶的抑制,酶的功能及作用,2反競爭性抑制： （1）概念 抑制劑不能與游離酶結(jié)合，但可與ES復合物結(jié)合并阻止產(chǎn)物生成，使酶的催化活性降低，此抑制作用稱酶的反競爭性抑制。,酶的功能及作用,抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物結(jié)合，使ES的量下降。,酶的功能及作用,反競爭性抑制,酶的功能及作用,反競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征,酶的功能及作用,（2）反競爭性抑制的特點： 反競爭性抑制劑的化學結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似； 抑制劑與底物

29、可同時與酶的不同部位結(jié)合； 必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加； 動力學參數(shù)：Km減小，Vm降低。,酶的功能及作用,3非競爭性抑制： （1）概念 抑制劑既可以與游離酶結(jié)合，也可以與ES復合物結(jié)合，使酶的催化活性降低，稱為非競爭性抑制。,酶的功能及作用,抑制劑與酶活性中心外的必需基團結(jié)合，底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系。,酶的功能及作用,非競爭性抑制,酶的功能及作用,非競爭性抑制的雙倒數(shù)圖形特征,酶的功能及作用,（2）非競爭性抑制的特點： 非競爭性抑制劑的化學結(jié)構(gòu)不一定與底物的分子結(jié)構(gòu)類似； 底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相結(jié)合； 抑制劑對酶與底物的結(jié)合

30、無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響； 動力學參數(shù)：Km值不變，Vm值降低。,酶的功能及作用,各種可逆性抑制作用的比較,酶的功能及作用,六、激活劑對反應速度的影響,1.必需激活劑: 對酶促反應是不可缺少的,使酶從無活性變?yōu)橛谢钚?必須激活劑常常是金屬離子,例如:Mg 2+ 對己糖激酶 2.非必需激活劑:在非必需激活劑不存在時,酶仍然有一定的催化活性,但催化效率較低,加入激活劑后酶的催化活性顯著升高,許多有機化合物類激活劑都屬于此類 ,如膽汁酸對脂肪酶的激活，Cl- 對唾液淀粉酶的激活。,酶的功能及作用,第四節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié)控制,The Regulation of Enzyme,酶的功能及作

31、用,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)對象 關(guān)鍵酶,酶原激活 別構(gòu)調(diào)節(jié) 共價修飾調(diào)節(jié),酶的功能及作用,一、酶原的激活,1.酶原 (zymogen/proenzyme)： 有些酶在細胞內(nèi)合成或初分泌時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，酶原轉(zhuǎn)化為有活性酶的過程。酶原的激活過程不可逆。,酶的功能及作用,2. 酶原激活的機理,酶的功能及作用,3、舉例 （1） 消化酶的激活 A）胰蛋白酶原的激活,酶的功能及作用,胰蛋白酶原的激活過程,酶的功能及作用,B）胰凝乳蛋白酶原（CHYMOTRYPSINOGEN）的激活,酶的功能及作用,C）胃蛋白酶

32、原的激活,酶的功能及作用,胃蛋白酶原的激活過程,酶的功能及作用,酶原激活的本質(zhì)就是酶的活性部位形成或暴露的過程。,酶的功能及作用,（2）凝血機制被傷害的血管收縮血小板粘聚血液凝集,酶的功能及作用,酶的功能及作用,4.酶原激活的生理意義,避免細胞產(chǎn)生的酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進行。 有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,二、變構(gòu)調(diào)節(jié)(ALLOSTERIC REGULATION),變構(gòu)效應劑 (allosteric effector),變構(gòu)激活劑,變構(gòu)抑制劑,變構(gòu)調(diào)節(jié),

33、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以外的部位可逆地結(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)。,酶的功能及作用,（二）變構(gòu)酶的性質(zhì)及作用特點,1.變構(gòu)酶多為寡聚酶，含多個亞基。 2.通常具有四級結(jié)構(gòu)，存在協(xié)同效應 3.含有催化亞基和調(diào)節(jié)亞基（或催化部位和調(diào)節(jié)部位）。 4.變構(gòu)酶的動力學 正協(xié)同效應的變構(gòu)酶其速度-底物濃度曲線呈S形，負協(xié)同效應的變構(gòu)酶其速度-底物濃度曲線為類似雙曲線。 由于變構(gòu)酶動力學不符合米氏酶的動力學，所以當反應速度達到最大速度一半時的底物的濃度，不能用Km表示

34、，而代之以K0.5S表示。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的功能及作用,5.變構(gòu)劑與調(diào)節(jié)亞基以非共價鍵特異結(jié)合，可以改變調(diào)節(jié)亞基的構(gòu)象，進而改變催化亞基的構(gòu)象，從而改變酶活性。凡使酶活性增強的變構(gòu)劑稱變構(gòu)激活劑(allosteric activitor)，它能使上述S型曲線左移，飽和量的變構(gòu)激活劑可將S形曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦坞p曲線。凡使酶活性減弱的變構(gòu)劑稱變構(gòu)抑制劑(allosteric inhibitor)，能使S形曲線右移。,酶的功能及作用,變構(gòu)激活劑使S型曲線左移，變構(gòu)抑制劑使S形曲線右移。,酶的功能及作用,6.當一個效應物分子與酶結(jié)合之后，影響另一相同的效應物分子與酶的另一部位結(jié)合稱為同

35、促效應； 若一分子效應物和酶結(jié)合之后，影響到另一不同的效應物分子與酶的另一部位結(jié)合則稱為異促效應,酶的功能及作用,變構(gòu)調(diào)節(jié)舉例,酶的功能及作用,（三）生理意義 1.在正協(xié)同效應的變構(gòu)酶的S形曲線中段，底物濃度稍有降低，酶的活性明顯下降，多酶體系催化的代謝通路可因此而被關(guān)閉；反之，底物濃度稍有升高，則酶活性迅速上升，代謝通路又被打開，因此可以通過細胞內(nèi)底物濃度的變化來靈敏地控制代謝速度。 2.變構(gòu)抑制劑常是代謝通路的終產(chǎn)物，變構(gòu)酶常處于代謝通路的入口，通過反饋抑制，可以及早地調(diào)節(jié)整個代謝通路，減少不必要的底物消耗。,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的功能及作用,（三） 酶的共價修飾調(diào)節(jié),共價修

36、飾(covalent modification) 在其他酶的催化下，酶蛋白肽鏈上的一些基團可與某種化學基團發(fā)生可逆的共價結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。,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,酶的功能及作用,酶的功能及作用,酶的磷酸化與脫磷酸化,酶蛋白,Ser Thr Tyr,O,P,ATP,ADP,Pi,H2O,蛋白激酶,蛋白磷酸酶,酶的功能及作用,酶的功能及作用,共價修飾調(diào)節(jié)的特點,受共價修飾的酶存在有（高）活性和無（低）活性兩種形式； 具有級聯(lián)效應； 是體內(nèi)經(jīng)濟、有效的快速調(diào)節(jié)方式。,酶的功能及作用,共價修

37、飾酶通常有活性與非活性兩種形式，兩種形式之間轉(zhuǎn)換的正、逆反應是由不同的酶催化產(chǎn)生。如骨骼肌中的糖原磷酸化酶有高活性的磷酸化形式與低活性的脫磷酸化形式兩種，從脫磷酸化形式轉(zhuǎn)化成磷酸化形式是由磷酸化酶b激酶催化，反之，則是有由磷酸化酶磷酸酶催化。,目前已發(fā)現(xiàn)有幾百種酶被翻譯后都需要進行共價修飾，其中一部分處于分支途徑，對其代謝流量起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶，屬于這種酶促共價修飾系統(tǒng)。由于這種調(diào)節(jié)的生理意義廣泛，反應靈敏，節(jié)約能源，機制多樣，在體內(nèi)顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導致級聯(lián)放大反應，所以日益引人注目。,酶的功能及作用,級聯(lián)效應,酶的功能及作用,第五節(jié) 酶的活力測定、酶的制備及 應

38、用,一、酶活力的測定 1.概念 指酶催化一定化學反應的能力，通常用最適條件下酶所催化的化學反應的速度來衡量。 酶促反應的速度越快，表示酶的活力越高。反之，則低。,酶的功能及作用,2. 酶活力的表示法 酶活力的大小用酶活力單位來表示。 常用的酶活力單位有三種： （1）. 國際單位： 在標準條件（25、最適pH、最適底物濃度）下，酶在1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1umol底物所需的酶量叫做1個酶的活力單位 （IU）。 這種單位是由國際酶學委員會規(guī)定的。,酶的功能及作用,(2). Kat單位： 在最適條件下，酶在1秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1mol底物所需的酶量叫做1個酶的活力單位（1個Kat）。 1 Kat = 60106 IU這是1972年由國際酶學委員會規(guī)定的一種新單位。,酶的功能及作用,（3）自定義的活力單位： 把酶習慣上或測定時使用的反應速度的單位定義為酶的活力單位。有的甚至直接用測得的物理量，如以單位時間內(nèi)消光值的變化