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1、第五章 酶,第1节 概述,一、酶的概念酶是由活细胞合成的、对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。,目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶）,酶所催化的反应称为酶促反应，反应中被酶作用的物质称为底物，生成的物质称为产物。酶所具有的催化能力称为酶活性，而酶失去催化能力称为酶的失活。,二、酶催化作用的特点1.酶促反应具有极高的催化效率 酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍。 酶的催化不需要较高的反应温度。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。,2.酶促反应的高
2、度特异性 （1）绝对特异性酶只能作用于一种底物，进行专一的反应，生成特定结构的反应产物。,（2）相对特异性酶作用于一类化合物或一种化学键。 （3）立体异构特异性有的化合物有立体异构体，一种酶仅作用于一种立体异构体， 3.酶促反应的可调性为适应机体不断变化的内外环境和生命活动的需要，酶促反应速度受多种因素的调控，,三、酶的命名和分类,一、酶的命名 1. 习惯命名法推荐名称 2. 系统命名法系统名称,一些酶的命名举例,2.酶的分类 （1）氧化还原酶类(oxidoreductases) （2）转移酶类(transferases) （3）水解酶类(hydrolases) （4）裂解酶类(或裂合酶类，l
3、yases) （5）异构酶类(isomerases) （6）合成酶类(或连接酶类，ligases),第2节 酶的分子结构和功能,一、酶的分子组成,单纯酶：仅由蛋白质部分组成； 结合酶(全酶)结合酶只有在二者共同存在时，酶才有活性。,辅助因子分类 （按其与酶蛋白结合的紧密程度）,辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。,辅基 (prosthetic group): 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。,二、酶的分子结构,酶的活性中心（active site）活性中心的必需基团必需基团活性中心以外的必需基团结合基团（与底物结合，决定专一性） 活性中心催化
4、基团（影响化学键稳定性,决定催化能力）,三、酶原及酶原激活,酶原与酶原的激活,酶原 (zymogen)有些酶在细胞内合成时或初分泌时是以无活性酶的前体形式存在，此前体物质称为酶原。,酶原的激活在一定条件下，由酶原向活性酶转化的过程。,酶原激活的生理意义,抵制机体的自消化作用； 保证酶的定位作用； 保证体内代谢正常进行； 可视为酶的储存形式。在需要时，酶原转变成活性酶，发挥其催化功能。,四、同工酶 (isoenzyme)同工酶:可催化相同化学反应的一组酶互称同工酶。但这些酶蛋白的分子结构、理化性质及其免疫学特性均不同。,举例： 乳酸脱氢酶同工酶（四亚基酶）的五种类型 (LDH1 LDH5),*L
5、DH的生理及临床意义,在代谢调节过程中起着重要的作用；可解释发育过程中各阶段特有的代谢特征；其酶谱的改变有助于对疾病的诊断；可作为遗传标志，用于遗传分析研究中。,五、酶的作用机理,1. 诱导契和学说,酶与底物相互接近时，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，此学说称诱导契合假说。,2邻近效应与定向排列,邻近效应(proximity effect)指E与S结合形成ES后，使各底物S1S2Sn之间、E的催化基团与S之间，结合为同一分子，使E活中心有效S大大提高，从而使反应速度加快的效应。由于将分子间反应变为分子内反应，因而使S有效浓度增加了，反应速度
6、也加大了。,邻近效应与定向排列,3.多元催化同一种酶常常兼有酸、碱双重催化作用。这种多功能基团的协同作用可极大地提高酶的催化效能。 4表面效应酶分子内部疏水性氨基酸较丰富，常形成疏水口袋以容纳并结合底物,防止在底物与酶之间形成水化膜，有利于酶与底物的密切接触。,第3节 影响酶促反应速度的因素,酶促反应速度在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示,酶促反应速度曲线,一、底物浓度,1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，被称为米曼氏方程式，简称米氏方程(Michaelis equation)。S：底物浓度v：反应速度 Vm：最大反应
7、速度(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant),Km反应速度为最大反应速度一半时的S。单位是浓度单位：mol/L。,Km的意义,1.Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 2.Km可近似表示酶对底物的亲和力。Km越大，酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度则越大，亲和力越小，反应越不易进行； 3. Km是酶的特征常数之一,同一酶对于不同底物有不同的Km值。,二、酶浓度,当SE，几乎所有的酶均被S饱和ES的情况下， 则有： vE 关系式为：v = K2 Et,三、pH,最适pH(pH最适)酶促催化活性最大时的环境pH。各种酶均有其
8、各自的pH最适 注： pH最适不一定是pI,0,酶 活 性,pH,pH对某些酶活性的影响,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,pH最适,pH最适,pH最适,四、温度,双重影响低温状态下，温度升高，体系能量增高，酶促速度也升高； 酶的本质是蛋白质，体系温度过高，可使酶空间结构发生变化，导致变性，从而酶促速度降低。 最适温度 酶促活性达最大时的环境温度。（37） 低温可降低酶活性，但保护酶分子结构。如：低温保鲜及冬眠。,温度,五、激活剂,激活剂(activator，A)使酶由无活性变为有活性或由低活性变为高活性的物质。 必需激活剂A不存在时，酶无活性。 如：金属离子可与E、ES结合，
9、使酶激活； 非必需激活剂无A时酶也具有低活性，A可提高酶的催化活性。 如：Cl-是淀粉酶的非必需激活剂，,六、抑制剂,抑制作用的类型,1.不可逆抑制作用:竞争性抑制2.可逆抑制作用： 非竞争性抑制 反竞争性抑制,1.不可逆抑制作用,* 概念 抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。 * 举例有机磷化合物 使羟基酶失活解毒物质解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 使巯基酶失活解毒物质 二巯基丙醇(BAL),2.可逆性抑制作用,*抑制剂通常以非共价键与E或ES复合物可逆结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。 竞争性抑制* 类型 非竞争性抑制反竞争性抑制,（1）
10、竞争性抑制作用,* 特点,a) I与S结构相似，竞争酶的活性中心；,b)抑制程度取决于I、S与E的相对亲和力及I和S；,c)动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。,* 举例,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶活性中心,结构相似,琥珀酸脱氢酶,*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的活性中心,(2)非竞争性抑制,* 特点,抑制剂与酶活性中心以外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系； 抑制程度取决于I； c) 动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。,(3)反竞争性抑制,* 反应模式,* 特点：,a) 抑制剂只与ES复合物结合,不与酶结合； 抑制程度：取决于I及S ； c) 动
11、力学特点：Vmax降低，表观Km降低。,第四节 酶与医学的关系,一、酶与疾病的发生 （一）酶与疾病的发生 体内酶的异常可引起多种代谢障碍，导致疾病发生； （二）酶与疾病的诊断 疾病产生后会产生各种临床症状，同时也发生一些生化指标的异常，各种环境中酶的种类及含量的异常，即可说明某些疾病的的状态； （三）酶与疾病的治疗 根据需要添加某种酶，可缓解机体不足的矛盾，缓解病症。,二、酶的应用,(一)酶学方法用于临床检验1酶法分析（即酶偶联测定法）：是以酶为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。,2酶标记测定法 酶可以代替同位素与某些物质相结合，从而使该物质被酶所标记
12、。通过测定酶的活性来判断被标记物质或与其定量结合的物质的存在和含量。,3工具酶 利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向、定位分割与连接。,小 结,酶是由活细胞合成的对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。酶促反应具有高效率性、高度特异性和可调节性的特点。酶分子中的必需基团组成具有特定空间结构的酶活性中心；在体内有些酶是以无活性的酶原形式存在，只有在需要发挥作用时才转化为有活性的酶；同工酶在不同的组织与细胞中具有不同的代谢特点。 酶的催化机制是酶与底物诱导契合形成酶-底物复合物，通过邻近效应、定向排列、多元催化及表面效应等使酶发挥高度催化效率。底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂和抑制剂等因素可影响酶促反应速度，酶与疾病发生、诊断、治疗关系密切，同时，酶在医学上应用十分广泛。,
