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1、第二章第二章 酶酶第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能第二节第二节酶促反应的特点和机制酶促反应的特点和机制第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学第四节第四节酶的调节酶的调节第五节第五节多酶体系多酶体系第六节第六节酶的分类与命名酶的分类与命名第七节第七节酶与医学的关系酶与医学的关系医学生物化学(8)酶的研究历史酶的研究历史1878年，年，Kuhne提出提出Enzyme.1897年，德国科学家年，德国科学家HansBuchner和和EduardBuchner成功地用不含细胞的酵成功地用不含细胞的酵母提取液实现了发酵母提取液实现了发酵.1926年，美国生化学家年，美国生化学家Sumne
2、r第一次从刀第一次从刀豆分离到脲酶结晶，提出酶是蛋白质豆分离到脲酶结晶，提出酶是蛋白质.1978年，年，Altman提出提出RNA有催化功能有催化功能.1982年，年，Cech证实证实RNA有催化功能有催化功能.医学生物化学(8)酶（酶（enzyme）是由活细胞合成的，对其特是由活细胞合成的，对其特异底物（异底物（substrate）起高效催化作用的）起高效催化作用的蛋白质，是机体内催化各种代谢反应最蛋白质，是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。主要的催化剂。核酶（核酶（ribozyme）是具有高效、特异催化是具有高效、特异催化作用的核酸，主要作用参与作用的核酸，主要作用参与RNA的剪接。的
3、剪接。医学生物化学(8)催化反应的原理催化反应的原理一一个个化化学学反反应应体体系系中中的的各各个个分分子子所所含含的的能能量量高高低低不不同同，只只有有那那些些具具有有较较高高能能量量、处处于于活活化化态态的的活活化化分分子子才才能能在在分分子子碰碰撞撞中中发发生生化化学学反反应应。反反应应物物中中活化分子越多，反应速度越快。活化分子越多，反应速度越快。活活化化分分子子比比一一般般分分子子高高出出一一定定的的能能量量称称为为活活化化能能：在在一一定定温温度度下下1摩摩尔尔底底物物全全部部进进入入活活化化态态所所需需要的自由能（要的自由能（kJ/mol）。）。催化剂能瞬时地与反应物结合成过渡态
4、，因而催化剂能瞬时地与反应物结合成过渡态，因而降低了反应所需的活化能。降低了反应所需的活化能。第一节第一节 酶的分子结构与功酶的分子结构与功能能医学生物化学(8)医学生物化学(8)化学反应速率依赖三个因素：碰撞频率、能量因素、概率因素化学反应速率依赖三个因素：碰撞频率、能量因素、概率因素从初态转化为过渡态需要能量，即为从初态转化为过渡态需要能量，即为活化能活化能（Energyofactivation，EACT），形成过渡态所需的活化能越大，中间产），形成过渡态所需的活化能越大，中间产物越难形成，反应越难进行。物越难形成，反应越难进行。医学生物化学(8)一、一、 酶的分子组成酶的分子组成酶的化学
5、本质就是蛋白质。酶的化学本质就是蛋白质。单纯酶单纯酶（simpleenzyme）：仅由氨基酸残基构成的酶）：仅由氨基酸残基构成的酶，如脲酶，淀粉酶，脂酶。如脲酶，淀粉酶，脂酶。结合酶结合酶（conjugatedenzyme）：）：酶蛋白（酶蛋白（apoenzyme）+辅助因子（辅助因子（cofactor）。辅助因）。辅助因子是金属离子或小分子有机化合物。子是金属离子或小分子有机化合物。辅酶辅酶（coenzyme）非共价键与酶蛋白疏松结合非共价键与酶蛋白疏松结合,可用透析、可用透析、超滤分离超滤分离辅基（辅基（prostheticgroup）：）：共价键与酶蛋白牢固结合，共价键与酶蛋白牢固结合，
6、不易分离。不易分离。金属离子多为酶的辅基，小分子有机化合物有的属辅酶，金属离子多为酶的辅基，小分子有机化合物有的属辅酶，有的属辅基。有的属辅基。酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶全酶，只有全，只有全酶有催化作用。酶有催化作用。医学生物化学(8)1 1、金属离子的作用、金属离子的作用: :v金属酶（金属酶（metalloenzyme）：金属离子与酶蛋白：金属离子与酶蛋白结合紧密，成为酶结构中不可缺少的组成成分。结合紧密，成为酶结构中不可缺少的组成成分。如碳酸酐酶含如碳酸酐酶含Zn；谷胱甘肽过氧化物酶含硒；谷胱甘肽过氧化物酶含硒；碱性磷酸酶含碱性磷酸酶含Z
7、n，羧肽酶，羧肽酶A含含Zn。v金属激活酶（金属激活酶（metalactivatedenzyme）：金属：金属离子与酶结合疏松，但需金属离子活化，故金离子与酶结合疏松，但需金属离子活化，故金属实际上是酶的激活剂。如激酶需属实际上是酶的激活剂。如激酶需Mg和和Mn。v有的酶类兼含有机辅基和金属。如琥珀酸脱氢有的酶类兼含有机辅基和金属。如琥珀酸脱氢酶含黄素腺嘌呤二核苷酸酶含黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和和Fe。医学生物化学(8)v金属离子能与酶、底物形成各种形式的三元络金属离子能与酶、底物形成各种形式的三元络合物，保证了酶与底物的正确定向结合，而且合物，保证了酶与底物的正确定向结合，而且还可作为催
8、化基团。还可作为催化基团。vFe、Cu及及Mo等金属离子可以通过氧化还原而等金属离子可以通过氧化还原而传递电子完成多种物质的氧化还原传递电子完成多种物质的氧化还原。如铁卟。如铁卟啉是很多血红素蛋白的辅基。啉是很多血红素蛋白的辅基。医学生物化学(8)2、小分子有机化合物：、小分子有机化合物：小分子有机化合物小分子有机化合物主要参与酶的催化过程，在反主要参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团，多为维生素。应中传递电子、质子或一些基团，多为维生素。维生素维生素：维持细胞正常功能所必需，但需要量很：维持细胞正常功能所必需，但需要量很少，动物体内不能合成，必须由食物供给的一类少，动物体内不能
9、合成，必须由食物供给的一类有机化合物。有机化合物。水溶性维生素：水溶性维生素：VB1、VB2、Vpp、VB6、VC、VB12、泛酸、叶酸、肌醇、泛酸、叶酸、肌醇脂溶性维生素：脂溶性维生素：VA、VD、VE、VK医学生物化学(8)医学生物化学(8)酶的种类：酶的种类：单体酶单体酶（monomericenzyme）：只有一条多）：只有一条多肽链构成的酶。肽链构成的酶。寡聚酶寡聚酶（oligomericenzyme）：由多个相同或）：由多个相同或不同亚基以非共价键连接的酶。不同亚基以非共价键连接的酶。多酶体系多酶体系（multienzymesystem）：细胞内存）：细胞内存在着许多由几种不同功能的
10、酶彼此聚合形成的在着许多由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多酶复合物。多功能酶（多功能酶（multifunctionalenzyme）：一些）：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，形成多酶体系在进化过程中由于基因的融合，形成由一条多肽链组成却具有多种不同催化功能的由一条多肽链组成却具有多种不同催化功能的酶。酶。医学生物化学(8)第二节第二节 酶促反应的特点和机酶促反应的特点和机制制一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点1、酶促反应具有极高的催化效率、酶促反应具有极高的催化效率酶促反应速度比非催化反应高酶促反应速度比非催化反应高1081020倍，比一般催倍，比一般催化反应高化反应高1
11、071013。从初态转化为过渡态需要能量，即为从初态转化为过渡态需要能量，即为活化能活化能（Energyofactivation，EACT），活化能越大，中），活化能越大，中间产物越难形成，反应越难进行。间产物越难形成，反应越难进行。n降低活化能、升高温度可以加速化学反应。降低活化能、升高温度可以加速化学反应。酶的催酶的催化作用有赖于降低反应的活化能。化作用有赖于降低反应的活化能。活化能稍有降低，活化能稍有降低，速度会显著增大。速度会显著增大。医学生物化学(8)初态终态自由能活化过程催化反应活化能活化能阈非催化反应活化能自由能变化分子数分子的动能0Eact-2Eact-1活化能与有效碰撞有效碰
12、撞百分数=e-Eact/RT活化能医学生物化学(8)2 2、酶促反应有高度的特异性或专一性、酶促反应有高度的特异性或专一性（specificityspecificity）一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。v底物专一性底物专一性1、结构专一性：、结构专一性：（1）绝对专一性：只作用于一个底物。与底物结构类似）绝对专一性：只作用于一个底物。与底物结构类似的化合物只能成为竞争性抑制剂或无影响。的化合物只能成为竞争性抑制剂或无影响。（2）相对专一性：作用对象不只一种底物，要求略低一）相对专一性：作用对象不只一种底物，要求略低一些。可分：些。可分：（1）
13、基团专一性：对键两端的基团要求程度不同，）基团专一性：对键两端的基团要求程度不同，一个要求严，另一个不严；一个要求严，另一个不严；（2）键专一性：只作用于键，对键两端的基团无严）键专一性：只作用于键，对键两端的基团无严格要求。格要求。医学生物化学(8)2、立体异构专一性：、立体异构专一性：底物的立体构型影响酶和底物的结合与催化。底物的立体构型影响酶和底物的结合与催化。（1）旋光异构专一性：当底物具有旋光异构体时，酶只）旋光异构专一性：当底物具有旋光异构体时，酶只作作用用于于其其中中的的一一种种。如如精精氨氨酸酸酶酶只只能能催催化化L-精精氨氨酸酸水水解解,对对D-精精氨氨酸酸则则无无作作用用,
14、这这种种立立体体异异构构专专一一性性是是由由于于酶酶活活性性中中心心与与相相应应底底物物的的结结合合必必须须是是二二者者在在构构型型或或构构象象上上彼彼此此匹配才能建立。匹配才能建立。（2）几何异构专一性：当底物具有顺反几何异构体时，）几何异构专一性：当底物具有顺反几何异构体时，酶只作用于其中的一种。酶只作用于其中的一种。延胡索酸(反丁烯二酸)L(+)苹果酸医学生物化学(8)v酶作用专一性的假说酶作用专一性的假说1、锁锁与与钥钥匙匙学学说说：EmilFisher提提出出，认认为为底底物物分分子子或或其其中中的的部部分分专专一一地地楔楔入入到到酶酶的的活活性性中中心心部部位位，即即底底物物分分子
15、子的的化学部位与酶分子催化基团间有紧密互补的关系。化学部位与酶分子催化基团间有紧密互补的关系。医学生物化学(8)2、三点附着学说：认为立体对映的一对底物虽然基团相同，、三点附着学说：认为立体对映的一对底物虽然基团相同，但空间排列不同，这样就存在这些基团与酶分子活性中心的但空间排列不同，这样就存在这些基团与酶分子活性中心的结合基团是否匹配的问题，只有三点都互补匹配时，酶才作结合基团是否匹配的问题，只有三点都互补匹配时，酶才作用于这个底物。用于这个底物。医学生物化学(8)3、诱导楔合学说：、诱导楔合学说：Koshland提出，认为当酶分子与底物提出，认为当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的
16、诱导，其构象发生有分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应。进行反应。医学生物化学(8)3、酶易失活、酶易失活凡易使蛋白质变性的因素都能使酶失去催化活性。凡易使蛋白质变性的因素都能使酶失去催化活性。4、酶的活性调控、酶的活性调控有抑制调控、共价修饰调控、反馈调控、酶原有抑制调控、共价修饰调控、反馈调控、酶原调控、激素调控等。调控、激素调控等。5、催化活力与辅酶、辅基、及金属离子有关。催化活力与辅酶、辅基、及金属离子有关。医学生物化学(8)二、酶的活性中心二、酶的活性中心（active
17、center）（一）概念：（一）概念：1、对对于于不不需需要要辅辅酶酶的的酶酶来来说说，活活性性中中心心就就是是酶酶分分子子在在三三维维结结构构上上比比较较靠靠近近的的少少数数几几个个氨氨基基酸酸残残基基或或是是这这些些残残基基上上的的某某些些基基团团，它它们们在在一一级级结结构构上上可可能能相相距距甚甚远远，甚甚至至位位于于不不同同的的肽肽链链上上，通通过过肽肽链链的的盘盘绕绕，折折叠叠而而在在空空间间构构象象上上相相互互靠靠近；近；2、对对于于需需要要辅辅酶酶的的酶酶来来说说，辅辅酶酶分分子子或或其其某某一一部部分往往就是活性中心的组成部分。分往往就是活性中心的组成部分。医学生物化学(8)
18、（二）功能部位：（二）功能部位：活性中心有两个功活性中心有两个功能部位：能部位：1、结合部位：一定的、结合部位：一定的底物靠此部位结合底物靠此部位结合到酶分子上；到酶分子上；2、催化部位：底物的、催化部位：底物的键在此部位被打断键在此部位被打断或形成新的键，或形成新的键，从从而发生一定的化学而发生一定的化学变化。变化。医学生物化学(8)（三）酶活性中心的特点：（三）酶活性中心的特点：1、活活性性部部位位在在酶酶分分子子的的总总体体中中只只占占相相当当小小的的部部分分：往往往只由几个氨基酸残基组成（往只由几个氨基酸残基组成（p.384，表，表10-1）；）；2、酶酶的的活活性性部部位位是是一一个
19、个三三维维实实体体：活活性性部部位位的的三三维维结结构构是是由由酶酶的的一一级级结结构构所所决决定定的的。活活性性部部位位的的氨氨基基酸酸残残基基在在一一级级结结构构上上可可能能相相距距甚甚远远，但但在在肽肽链链的的盘盘绕绕、折叠而在空间结构上相互靠近；折叠而在空间结构上相互靠近；3、酶酶活活性性部部位位的的诱诱导导契契合合：酶酶的的活活性性部部位位并并不不是是和和底底物物的的形形状状正正好好互互补补的的，而而是是在在酶酶和和底底物物结结合合过过程程中中，底底物物分分子子或或/和和酶酶分分子子构构象象发发生生一一定定变变化化后后才才互互补补的，即的，即“诱导契合诱导契合”；医学生物化学(8)4
20、、酶活性部位是一个疏水区域：酶的活性部位是、酶活性部位是一个疏水区域：酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内，这是相当疏水位于酶分子表面的一个裂缝内，这是相当疏水区域，非极性基团较多，产生一个微环境，提区域，非极性基团较多，产生一个微环境，提高与底物的结合能力；而其内少量的极性氨基高与底物的结合能力；而其内少量的极性氨基酸残基可与底物结合而发生催化作用；酸残基可与底物结合而发生催化作用；5、底物通过次级键较弱的力结合到酶上：酶与底、底物通过次级键较弱的力结合到酶上：酶与底物结合成物结合成ES复合物主要靠次级键：氢键、盐复合物主要靠次级键：氢键、盐键、范德华力和疏水相互作用；键、范德华力和疏水
21、相互作用；6、酶活性部位具有柔性或可运动性。、酶活性部位具有柔性或可运动性。医学生物化学(8)三、酶促反应机制三、酶促反应机制1、趋近效应和定向效应、趋近效应和定向效应趋近效应：指两个反应的分子，它们反应的基团需趋近效应：指两个反应的分子，它们反应的基团需要互相靠近，才能反应。要互相靠近，才能反应。酶促反应速度与底物浓度成正比。在反应系统酶促反应速度与底物浓度成正比。在反应系统的关键区域底物浓度增高，反应速度也增加。因此，的关键区域底物浓度增高，反应速度也增加。因此，底物与酶活性中心的靠近，提高活性中心的底物有底物与酶活性中心的靠近，提高活性中心的底物有效浓度能大大提高酶促反应速度。效浓度能大
22、大提高酶促反应速度。医学生物化学(8)定向效应定向效应:指酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确定指酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确定向。向。除了除了“靠近靠近”效率外，当底物与活性中心结合时，酶蛋效率外，当底物与活性中心结合时，酶蛋白经诱导而发生构象变化，底物反应部位（基团或键）与酶白经诱导而发生构象变化，底物反应部位（基团或键）与酶的催化部位发生楔合，即的催化部位发生楔合，即“定向定向”作用，从而造成活性中心作用，从而造成活性中心局部的底物浓度大大提高。局部的底物浓度大大提高。医学生物化学(8)医学生物化学(8)2、酶使底物分子的敏感键发生、酶使底物分子的敏感键发生“变形变形”（张力
23、），使其易断裂（张力），使其易断裂底物分子受酶的作用也发生构象变化，使其敏感键中底物分子受酶的作用也发生构象变化，使其敏感键中的某些基团的电子云密度发生变化，产生的某些基团的电子云密度发生变化，产生“电子张力电子张力”而而引起敏感键的一端更加敏感，发生反应（引起敏感键的一端更加敏感，发生反应（p.390，图，图10-3）。）。医学生物化学(8)3、共价催化作用、共价催化作用底物与酶形成一个反应活性很高的共价中间物，反应活底物与酶形成一个反应活性很高的共价中间物，反应活化能由此大大降低。化能由此大大降低。酶的亲核基团（如羟基、巯基和咪唑基）对底物的亲电酶的亲核基团（如羟基、巯基和咪唑基）对底物的
24、亲电子中心进行攻击。亲核基团含有可提供电子的原子，向底物子中心进行攻击。亲核基团含有可提供电子的原子，向底物亲电子的原子提供电子，由此形成不稳定的共价中间物。但亲电子的原子提供电子，由此形成不稳定的共价中间物。但酶的亲核基团易变，所形成的共价中间物不稳定，在随后步酶的亲核基团易变，所形成的共价中间物不稳定，在随后步骤中会被水分子或第二种底物攻击而给出所需的产物，由此骤中会被水分子或第二种底物攻击而给出所需的产物，由此可加快中间物的分解而释放出产物（可加快中间物的分解而释放出产物（p.392，图，图10-7）。）。酶蛋白分子上的主要亲核基团：丝氨酸的羟基、半胱氨酸的酶蛋白分子上的主要亲核基团：丝
25、氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基。巯基、组氨酸的咪唑基。医学生物化学(8)4 4、酸碱催化作用、酸碱催化作用酶活性中心上有的基团是质子供体，有的为质子酶活性中心上有的基团是质子供体，有的为质子受体，均可进行催化作用。受体，均可进行催化作用。医学生物化学(8)（1）狭义酸碱催化剂：通过水分子的）狭义酸碱催化剂：通过水分子的H+与与OH-离离子进行的催化。由于酶反应的最适子进行的催化。由于酶反应的最适pH接近中接近中性，故作用不大；性，故作用不大；（2）广义酸碱催化剂：即质子供体和质子受体。）广义酸碱催化剂：即质子供体和质子受体。在酶反应中有重要作用。在酶反应中有重要作用。v酶蛋白中起广
26、义酸碱催化作用的功能基：氨基、酶蛋白中起广义酸碱催化作用的功能基：氨基、羰基、羧基、硫氢基、酚羟基和咪唑基。羰基、羧基、硫氢基、酚羟基和咪唑基。医学生物化学(8)v组氨酸的咪唑基：既是很强的亲核基团，又是有组氨酸的咪唑基：既是很强的亲核基团，又是有效的广义酸碱功能基。效的广义酸碱功能基。1）其解离常数约）其解离常数约6.0，即其解离下来的质子浓度与，即其解离下来的质子浓度与水中的水中的H+相近，所以在中性条件下，有一半以酸相近，所以在中性条件下，有一半以酸形式存在，另一半以碱形式存在，即可作为质子供形式存在，另一半以碱形式存在，即可作为质子供体，又可作质子受体而在酶反应中起催化作用；体，又可作
27、质子受体而在酶反应中起催化作用；2）其供出和接受质子的速度十分迅速，且供出和）其供出和接受质子的速度十分迅速，且供出和接受的速度相等。接受的速度相等。 医学生物化学(8)五、酶活性中心是低介电区域五、酶活性中心是低介电区域某些酶的活性中心穴内相对是非极性的，催某些酶的活性中心穴内相对是非极性的，催化基团被低介电环境包围，并排除高极性的水分化基团被低介电环境包围，并排除高极性的水分子。这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团之子。这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团之间就会有很大的反应力。间就会有很大的反应力。水会减弱极性基团间的相互作用。水的极性水会减弱极性基团间的相互作用。水的极性和形成氢键的能
28、力很大，水的介电常数极高。这和形成氢键的能力很大，水的介电常数极高。这种高极性使它在离子外形成定向的溶剂层，产生种高极性使它在离子外形成定向的溶剂层，产生自身的电场，从而大大减少了它所所包围的离子自身的电场，从而大大减少了它所所包围的离子间的静电作用或氢键作用。间的静电作用或氢键作用。医学生物化学(8)六、金属离子催化六、金属离子催化（1）通过结合底物为反应定向；）通过结合底物为反应定向；（2）通过可逆地改变金属离子的氧化态调节）通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应；氧化还原反应；（3）通过静电稳定或屏蔽负电荷。）通过静电稳定或屏蔽负电荷。医学生物化学(8)四、酶催化反应机制的实例四
29、、酶催化反应机制的实例一、溶菌酶一、溶菌酶溶菌酶的生物学功能是催化细菌细胞壁多糖的水解。溶菌酶的生物学功能是催化细菌细胞壁多糖的水解。这种细胞壁多糖是这种细胞壁多糖是N-乙酰氨基葡萄糖（乙酰氨基葡萄糖（NAG）-N-乙酰氨基乙酰氨基葡萄糖乳酸（葡萄糖乳酸（NAM）的共聚物，）的共聚物，NAG与与NAM以以-1,4糖苷键交替糖苷键交替排列：排列：溶菌酶的最适小分子底物为溶菌酶的最适小分子底物为NAG-NAM交替的六糖，以交替的六糖，以A，B，C，D，E，F表示，其中表示，其中D是是NAM。医学生物化学(8)医学生物化学(8)溶菌酶溶菌酶分子中有一个狭长的凹穴，正适合于小分子底分子中有一个狭长的凹
30、穴，正适合于小分子底物的嵌合。凹穴中的物的嵌合。凹穴中的Glu35和和Asp52是活性中心的氨基酸残是活性中心的氨基酸残基（见下图）。基（见下图）。医学生物化学(8)作用原理：作用原理：v当酶与细胞壁接触时，与六个暴露在外的氨基糖残当酶与细胞壁接触时，与六个暴露在外的氨基糖残基结合。此时酶的构象发生变化，基结合。此时酶的构象发生变化，Glu35和和Asp52相相互靠近，并与底物的互靠近，并与底物的D糖起糖起“靠近靠近”和和“定向定向”效效应：应：Asp52羧基上的一个氧原子距离羧基上的一个氧原子距离D环上的环上的C1及及D环上的氧原子只有环上的氧原子只有0.3nm，Glu35羧基上的一个氧原羧
31、基上的一个氧原子距离子距离D糖的糖苷键上的氧原子也只有糖的糖苷键上的氧原子也只有0.3nm；同时，；同时，在酶的作用下，在酶的作用下，D糖构象也发生变形，由正常的椅糖构象也发生变形，由正常的椅式变成能量较高的半椅式或船式构象。式变成能量较高的半椅式或船式构象。医学生物化学(8)医学生物化学(8)v结合后，结合后，Glu35由于处于非极性区，呈不解离状态由于处于非极性区，呈不解离状态-COOH，这样它可以起着广义酸碱催化作用，提供，这样它可以起着广义酸碱催化作用，提供一个质子给糖苷键的氧原子，使得氧原子与一个质子给糖苷键的氧原子，使得氧原子与D环环C1间的糖苷键断开，而间的糖苷键断开，而C1带上
32、正电荷，成为正碳原子带上正电荷，成为正碳原子C1+。 v处于极性区的处于极性区的Asp52在通常情况下呈离子化状态在通常情况下呈离子化状态-COO-，这样它就起着稳定，这样它就起着稳定C1+的作用，协调的作用，协调C1-O间间糖苷键的断裂，直到环境中水分子的糖苷键的断裂，直到环境中水分子的OH-与与C1+结合，结合，H+与与Glu35结合，使两者恢复非离子化形式。由此完结合，使两者恢复非离子化形式。由此完成一次水解反应成一次水解反应。医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)二、胰凝乳蛋白酶二、胰凝乳蛋白酶该酶的活性中心由该酶的活性中心由Ser1
33、95，His57和和Asp102组成，其中组成，其中Ser195是酶活性中心的底物结合部位，是酶活性中心的底物结合部位，His57是活性中心内的催是活性中心内的催化部位。在三维结构中这三个氨基酸残基是十分靠近的。化部位。在三维结构中这三个氨基酸残基是十分靠近的。作用原理：作用原理：活性中心的活性中心的Ser195、His57及及Asp102构成一个氢键体系，使构成一个氢键体系，使His57的咪唑基成为的咪唑基成为Asp102羧基及羧基及Ser195羟基间的桥梁：羟基间的桥梁：Ser195由于由于His57及及Asp102的影响而成为很强的亲核基团，的影响而成为很强的亲核基团，易于提供电子。这个
34、氢键体系称为易于提供电子。这个氢键体系称为“电荷中继网电荷中继网”。医学生物化学(8)在大部分情况下，网中在大部分情况下，网中Asp102以离子化形式以离子化形式-COO-，Ser195以非离子化形式以非离子化形式-CH2OH存在。但也有存在。但也有另一种情况，即由于另一种情况，即由于Asp102从从Ser195吸引一个质子所造吸引一个质子所造成，想接力赛跑那样，质子先从成，想接力赛跑那样，质子先从Ser195传递到传递到His57上，上，再由再由His57传递到传递到Asp102上。上。医学生物化学(8)在此酶促反应中，在此酶促反应中，His57咪唑基起着广义酸碱催化咪唑基起着广义酸碱催化作
35、用：先促进作用：先促进Ser195的羟基亲核地附着到底物敏感肽的羟基亲核地附着到底物敏感肽键的羰基碳原子上，形成共价的酰化中间物，再促进键的羰基碳原子上，形成共价的酰化中间物，再促进酰化的酰化的ES中间物上的酰基转移到水或其他的酰基受中间物上的酰基转移到水或其他的酰基受体（如醇，氨基酸等）上。其对多肽底物水解可分两体（如醇，氨基酸等）上。其对多肽底物水解可分两个阶段：个阶段：医学生物化学(8)1、水解反应的酰化阶段：、水解反应的酰化阶段：Ser195羟基的氧原子对底物敏感键的羰基碳原羟基的氧原子对底物敏感键的羰基碳原子进行亲核攻击，形成了一个为时暂短的四联体子进行亲核攻击，形成了一个为时暂短的
36、四联体过渡态。在这过渡态中，底物的酰基部分与过渡态。在这过渡态中，底物的酰基部分与Ser195的羟基、氨基部分与的羟基、氨基部分与His57的咪唑基相连接。在此的咪唑基相连接。在此过程中，通过电荷中继网（丝氨酸向组氨酸提供过程中，通过电荷中继网（丝氨酸向组氨酸提供质子）发生反应，敏感肽键断裂，底物中的胺成质子）发生反应，敏感肽键断裂，底物中的胺成分通过氢键与分通过氢键与His57咪唑基相连，底物的羧基部分咪唑基相连，底物的羧基部分通过酯键与通过酯键与Ser195的羟基相连。的羟基相连。医学生物化学(8)医学生物化学(8)2、水解反应的脱酰阶段：、水解反应的脱酰阶段：首先胺从酶上释放出来，这样底
37、物的羧基部首先胺从酶上释放出来，这样底物的羧基部分与酶就成了酰化酶，这是中间复合物。接着水分与酶就成了酰化酶，这是中间复合物。接着水分子进入活性中心，电荷中继网从水中吸收一个分子进入活性中心，电荷中继网从水中吸收一个质子，结果质子，结果OH-立即攻击已连在立即攻击已连在Ser195上的底物上的底物羧基碳原子，也形成一个短暂的四联体过渡态。羧基碳原子，也形成一个短暂的四联体过渡态。然后然后His57供出一个质子到供出一个质子到Ser195的氧原子上，结的氧原子上，结果底物中的酸成分从果底物中的酸成分从Ser195上释放出来，酶又恢上释放出来，酶又恢复自由状态。复自由状态。医学生物化学(8)医学生
38、物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)三、羧肽酶三、羧肽酶此酶是单链蛋白质，其中紧密地结合着一个此酶是单链蛋白质，其中紧密地结合着一个Zn2+离子。这个离子对酶的活性很重要。该酶是离子。这个离子对酶的活性很重要。该酶是一个外肽酶，催化肽链一个外肽酶，催化肽链C-末端的肽键水解。末端的肽键水解。医学生物化学(8)在酶的三维结构中，在酶的三维结构中，Zn2+离子处于接近酶表面离子处于接近酶表面的沟槽中，它与两个组氨酸（的沟槽中，它与两个组氨酸（His196,69）侧链和一）侧链和一个谷氨酸（个谷氨酸（Glu72）及一
39、个水分子形成一个四面体，）及一个水分子形成一个四面体，Zn2+离子在此四面体中与这三个氨基酸以配价键相离子在此四面体中与这三个氨基酸以配价键相连。连。医学生物化学(8)医学生物化学(8)离离Zn2+离子不远有一个离子不远有一个“裂缝裂缝”（见下图），（见下图），允许底物允许底物C-末端伸入。裂缝顶部还有一个口袋，可末端伸入。裂缝顶部还有一个口袋，可以接受以接受C-末端的末端的R基团，酶的基团，酶的Tyr248（黄）、（黄）、Arg145（蓝）、（蓝）、Glu270（绿）及（绿）及Zn2+将底物分子适当地定位将底物分子适当地定位于活性中心中。于活性中心中。医学生物化学(8)医学生物化学(8)作用
40、原理：作用原理：1、在底物诱导下，酶活性中心的结构发生巨大改变，、在底物诱导下，酶活性中心的结构发生巨大改变，底物的底物的“靠近靠近”和和“定向定向”效应十分显著；效应十分显著；2、酶的、酶的Glu270使底物的敏感肽键发生电子张力，使使底物的敏感肽键发生电子张力，使敏感肽键变得极易断裂。敏感肽键变得极易断裂。底物结合的过程分五步：底物结合的过程分五步：1、酶酶侧侧链链中中Arg145上上的的正正电电荷荷与与底底物物C-末末端端氨氨基基酸酸残基上羧基的负电荷发生静电吸引作用；残基上羧基的负电荷发生静电吸引作用；2、该氨基酸残基进入酶的非极性口袋中；、该氨基酸残基进入酶的非极性口袋中；3、底物敏
41、感键上羰基中的氧与、底物敏感键上羰基中的氧与Zn2+离子相接近；离子相接近；4、底底物物的的末末端端氨氨基基通通过过一一个个插插入入的的水水分分子子与与酶酶中中Glu270的侧链建立氢键。的侧链建立氢键。医学生物化学(8)构象变化结果：构象变化结果：1、Arg145的胍基和的胍基和Glu270的羧基相向移动了的羧基相向移动了0.2nm；2、Arg145的结合，使底物末端从口袋中推走了的结合，使底物末端从口袋中推走了4个个水分子，并将结合在水分子，并将结合在Zn2+离子上的水分子推开离子上的水分子推开（但留在附近）（但留在附近） ，底物自身结合到，底物自身结合到Zn2+离子上；离子上；3、由于、
42、由于Arg145的移动带动了的移动带动了Tyr248的羟基移动的羟基移动1.2nm，从酶表面移到底物肽键附近，由此关，从酶表面移到底物肽键附近，由此关闭了活性中心的凹道，活性中心从充满水的状闭了活性中心的凹道，活性中心从充满水的状态转变为疏水区。态转变为疏水区。 医学生物化学(8)医学生物化学(8)酶与底物结合后，酶与底物结合后，Zn2+离子、离子、Glu270和和Tyr248的作用：的作用：（1）Zn2+离子：使敏感肽键产生电子张力。酶与底物靠近时，离子：使敏感肽键产生电子张力。酶与底物靠近时，敏感肽键指向敏感肽键指向Zn2+离子，在该离子作用下，底物羰基碳原子离子，在该离子作用下，底物羰基
43、碳原子的电子云密度降低，呈正电性，这样羰基碳原子在亲核攻击的电子云密度降低，呈正电性，这样羰基碳原子在亲核攻击下更加脆弱。同时，下更加脆弱。同时，Glu270负电荷靠近肽键加大了这种偶极矩。负电荷靠近肽键加大了这种偶极矩。因此因此Zn2+离子对底物造成的电子张力大大地促进了底物的水离子对底物造成的电子张力大大地促进了底物的水解。解。（2）Glu270和和Tyr248：第一种说法：第一种说法：Glu270首先激活水分子，使其释放出首先激活水分子，使其释放出OH-，由由OH-直接攻击底物敏感肽键的羰基碳原子，同时直接攻击底物敏感肽键的羰基碳原子，同时Tyr248提供提供一个质子，由此底物的肽键直接
44、水解；一个质子，由此底物的肽键直接水解；第二种说法：第二种说法：Glu270直接攻击羰基碳原子，并且直接攻击羰基碳原子，并且Tyr248向向该肽键的该肽键的-NH-提供一个质子，肽键断开，生成一个胺和一个提供一个质子，肽键断开，生成一个胺和一个Glu270与底物羰基相连的酸酐，最后水分子使酸酐水解，生成与底物羰基相连的酸酐，最后水分子使酸酐水解，生成一个酸和复原的酶。一个酸和复原的酶。医学生物化学(8)注意：注意：（1）Tyr248参与底物与酶的结合过程，而在催化参与底物与酶的结合过程，而在催化过程中仅仅是起提供质子的作用，并不是催化所过程中仅仅是起提供质子的作用，并不是催化所必需的；必需的；
45、（2）在羧肽酶）在羧肽酶A中，底物有末端羧基，就能与中，底物有末端羧基，就能与Arg145的正离子基团形成盐键，触发的正离子基团形成盐键，触发Tyr248移至移至酶活性中心。如果底物没有末端羧基，就不发生酶活性中心。如果底物没有末端羧基，就不发生这种结合和移动，酶则不表现活性。这种结合和移动，酶则不表现活性。 医学生物化学(8)第三节第三节 酶酶的活力的活力酶酶的的活活力力是是指指其其在在一一定定条条件件下下催催化化某某一特定反应的能力。一特定反应的能力。一、酶活力与酶反应速度一、酶活力与酶反应速度酶酶活活力力：一一定定条条件件下下催催化化某某一一化化学学反反应的反应速度。应的反应速度。反反应
46、应速速度度（v）的的单单位位：浓浓度度/单单位位时时间间，即即单单位位时时间间内内单单位位体体积积中中底底物物的的减减少少量或产物的增加量。量或产物的增加量。产物浓度对反应时间作图，其曲线的产物浓度对反应时间作图，其曲线的斜率就是反应速度。反应速度只在最初一斜率就是反应速度。反应速度只在最初一段时间内保持恒定，随反应时间延长，反段时间内保持恒定，随反应时间延长，反应速度逐渐下降。因此研究酶反应速度应应速度逐渐下降。因此研究酶反应速度应该以初速度为准（通常以底物的变化在起该以初速度为准（通常以底物的变化在起始浓度的始浓度的5%以内的速度为初速率）。以内的速度为初速率）。医学生物化学(8)二、酶的
47、活力单位二、酶的活力单位1个个酶酶活活力力单单位位：指指在在特特定定条条件件（温温度度25，pH和和底底物物浓浓度度等等均均最最适适）下下，在在1分分钟钟内内能能转转化化1mol底底物物的的酶酶量量，或或是转化底物中是转化底物中1mol的有关基团的酶量。的有关基团的酶量。习习惯惯用用法法：如如淀淀粉粉酶酶，以以每每小小时时催催化化1g可可溶溶性性淀淀粉粉液液化化所所需需的的酶酶量量为为1个个酶酶活活力力单单位位；也也可可以以每每小小时时催催化化1ml2%可可溶溶性淀粉液化所需的酶量表示。性淀粉液化所需的酶量表示。三、酶的比活力三、酶的比活力每每mg酶蛋白所具有的酶活力。酶蛋白所具有的酶活力。单
48、位：单位单位：单位/毫克蛋白（毫克蛋白（U/mg蛋白质）蛋白质）也可：单位也可：单位/克克或或单位单位/毫升毫升比活力可用来比较每单位重量酶蛋白的催化活力。比活力可用来比较每单位重量酶蛋白的催化活力。四、酶的转换数四、酶的转换数kcat为每秒钟每个酶分子转换底物的微摩尔数（为每秒钟每个酶分子转换底物的微摩尔数（mol）。相）。相当于一旦底物当于一旦底物-酶中间物酶中间物ES形成后，酶将底物转换为产物的形成后，酶将底物转换为产物的效率（相当于米氏方程中的效率（相当于米氏方程中的k3）。）。医学生物化学(8)第四节第四节 酶促反应动力学酶促反应动力学v研究酶催化反应过程与速率及各种影响酶催化研究酶
49、催化反应过程与速率及各种影响酶催化速率的因素的关系速率的因素的关系.v酶促反应速度：单位时间内反应物的消耗或产酶促反应速度：单位时间内反应物的消耗或产物的增加（取其初速度）。物的增加（取其初速度）。医学生物化学(8)一、底物浓度的影响一、底物浓度的影响1、“中间产物中间产物”假说与米氏方程假说与米氏方程在一定的酶浓度下将初速度（在一定的酶浓度下将初速度（v）对底物浓度）对底物浓度S作图时：作图时：一一级级反反应应：当当底底物物浓浓度度较较低低时时，反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度呈呈正正比比关系；关系；混混合合级级反反应应：随随着着底底物物浓浓度度的的增增加加，反反应应速速度度不不再再按按
50、正正比比升升高；高；零级反应：继续增大底物浓度，反应速度递增为零，这时反零级反应：继续增大底物浓度，反应速度递增为零，这时反应速度已趋向一个极限，说明酶已被底物饱和。应速度已趋向一个极限，说明酶已被底物饱和。Vmax底物浓度初速度Km 底物浓度对反应速度的影响医学生物化学(8)解解释释这这种种现现象象的的是是“中中间间产产物物”假假说说：酶酶与与底底物物先先络络合合成成一一个个络络合合物物，它它是是作作为为过过渡渡态态物物质质，然然后络合物进一步分解，成为产物和游离态酶。后络合物进一步分解，成为产物和游离态酶。这这个个假假说说的的前前提提是是酶酶与与底底物物反反应应的的“快快速速平平衡衡”，即
51、即在在反反应应的的开开始始阶阶段段，两两者者反反应应速速度度很很快快，迅迅速建立平衡关系。速建立平衡关系。按按“稳态平衡稳态平衡”假说，酶促反应分两步进行：假说，酶促反应分两步进行：第第一一步步：酶酶（E）与与底底物物（S）作作用用，形形成成酶酶-底底物物中间产物中间产物E+SES第第二二步步：中中间间产产物物分分解解，形形成成产产物物（P），释释放放出出游离酶游离酶(E)：ESP+E医学生物化学(8)反应初期，V=K3ESK1K2K3稳态：ES生成=ES分解K1ES=K2ES+K3ESES=ES/KmE=ET-ESES=（ET-ES）S/KmES=ETS/（S+Km）V=K3ES=K3ETS
52、/（S+Km） =VmaxS/（S+Km）医学生物化学(8)1913年，年，Michaelis与与Menten：米孟式方程：米孟式方程v=VmaxS/(S+Km)v=酶酶促促反反应应的的速速度度，Vmax=在在E与与ES相相等等时时的的酶酶促促反反应应达达到的最大速度，到的最大速度，Km=(k2+k3)/k1医学生物化学(8)Km、Vmax意义意义（1）v=1/2Vmax时，时，Km=S。Km不依赖于酶浓度，不依赖于酶浓度，Km就是酶促反应速度为最大速度一半时底物浓度。就是酶促反应速度为最大速度一半时底物浓度。Km的单位是的单位是mol/L.（2）Vmax=K3ET，Vmax与加入的酶量成正比
53、。与加入的酶量成正比。（3）Km为酶的特征常数。每种酶都有其为酶的特征常数。每种酶都有其Km值，值，Km只与只与酶的结构和酶的底物有关，与酶的浓度无关酶的结构和酶的底物有关，与酶的浓度无关.（4）Km可表示酶与底物的亲和力。可表示酶与底物的亲和力。Km越大，酶与底物越大，酶与底物的亲和力越小的亲和力越小。（5）一种酶催化几种底物时有不同的）一种酶催化几种底物时有不同的Km，其中，其中Km最小的最小的底物为该酶的天然底物或最适底物。多底物反应的酶底物为该酶的天然底物或最适底物。多底物反应的酶对于不同的底物有不同的对于不同的底物有不同的Km。（6）酶的转换数（）酶的转换数（K3）：当酶被底物充分饱
54、和时，单位时）：当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。K3=Vmax/E医学生物化学(8)Km及Vmax的测定法1、双倒数作图法2、Hanes作图法1/V1/Vmax-1/KmK=Km/Vmax1/S-KmSS/VKm/VmaxK=1/Vmax医学生物化学(8)2、多种底物的反应、多种底物的反应大多数酶反应包含一种以上的底物，至少是双底物反应：大多数酶反应包含一种以上的底物，至少是双底物反应：A+BP+Q双底物反应的三种机理：双底物反应的三种机理：1)依次反应机理：依次反应机理：BPE+AEAEABEPQEQE+Q需要需
55、要NAD+或或NADH+的脱氢酶的反应属于这类型。的脱氢酶的反应属于这类型。2)随机机理：随机机理：E+AEABQEPE+PEABEPQE+BEBAPEQE+Q3)乒乓反应机理：乒乓反应机理：APBQEE转氨酶的反应属于这类型。转氨酶的反应属于这类型。医学生物化学(8)医学生物化学(8)二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响在酶促反应体系中，当底物浓度大大超过酶的浓在酶促反应体系中，当底物浓度大大超过酶的浓度，使酶被底物饱和时，反应速度与酶的浓度变度，使酶被底物饱和时，反应速度与酶的浓度变化成正比关系。化成正比关系。V=K3E。VE医学生物化学(8)三、温度对反应速度的影响三、温
56、度对反应速度的影响v温度较低时，反应速度随温度升高而加快，温度超过一定数温度较低时，反应速度随温度升高而加快，温度超过一定数值后，酶受热变性，反应速度反而减慢，形成倒值后，酶受热变性，反应速度反而减慢，形成倒V型曲线，型曲线，在此曲线顶点所代表的温度时反应速度最大，称为最适温度在此曲线顶点所代表的温度时反应速度最大，称为最适温度（optimumtemperature）。）。v酶的最适温度不是酶的特征常数，它与反应进行的时间有关。酶的最适温度不是酶的特征常数，它与反应进行的时间有关。v低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶可以恢复活性。低温低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶可以恢复活性。低温麻醉、低
57、温保存菌种、低温保存酶制剂。麻醉、低温保存菌种、低温保存酶制剂。v温温度度系系数数：在在达达到到最最适适温温度度之之前前提提高高温温度度，可可增增加加反反应应速速度度。反反应应温温度度提提高高10，其其反反应应速速度度与与原原来来的的反反应应速速度度之之比比称称为为反应的温度系数（反应的温度系数（Q10）。）。酶活性温度医学生物化学(8)vpH可影响酶分子尤其是活性中心上必需基团和催化基可影响酶分子尤其是活性中心上必需基团和催化基团的解离程度，也可影响底物和辅酶的解离程度，从团的解离程度，也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底物的结合。在特定而影响酶与底物的结合。在特定pH条件下，酶、底
58、物条件下，酶、底物和辅酶的解离情况适宜于相互结合，使酶反应速度达和辅酶的解离情况适宜于相互结合，使酶反应速度达到最大值，这个到最大值，这个pH称为最适称为最适pH（optimumpH）。）。v动物体内多数酶的最适动物体内多数酶的最适pH接近中性。接近中性。v最适最适pH不是酶的特征常不是酶的特征常数，它受底物浓度、缓数，它受底物浓度、缓冲溶液的种类、浓度及冲溶液的种类、浓度及酶的纯度影响。酶的纯度影响。四、四、 pH pH对反应速度的影响对反应速度的影响医学生物化学(8)医学生物化学(8)五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂酶的抑制剂（inhibitor）：）：凡能使
59、酶的催化活性下降凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质而不引起酶蛋白变性的物质1、不可逆性抑制（、不可逆性抑制（irreversibleinhibition）抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合，从而使抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合，从而使酶活丧失，不能用透析、超滤等去除抑制剂。酶活丧失，不能用透析、超滤等去除抑制剂。如低浓度的重金属离子如低浓度的重金属离子Hg2+、Ag+、As3+可与酶分子可与酶分子SH结合，使酶活抑制。结合，使酶活抑制。又可分：又可分：（1）专一性的不可逆抑制：抑制剂仅仅和酶活性部位的）专一性的不可逆抑制：抑制剂仅仅和酶活性部位的有关基团反应；有关基团反
60、应；（2）非专一性的不可逆抑制：抑制剂可和一类或几类基）非专一性的不可逆抑制：抑制剂可和一类或几类基团反应。团反应。医学生物化学(8)路易士气（砷）巯基酶失活的酶医学生物化学(8)v重金属盐引起的巯基酶中毒可用二巯基重金属盐引起的巯基酶中毒可用二巯基丙醇（丙醇（BAL）解毒。）解毒。BAL医学生物化学(8)v农药敌百虫、敌敌畏、农药敌百虫、敌敌畏、1059等有机磷化等有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶（合物能特异地与胆碱酯酶（Cholineesterase）活性中心丝氨酸残基的羟基结）活性中心丝氨酸残基的羟基结合，使酶失活。合，使酶失活。+ROPOOXRHOEROPOOOREHX有机磷化合物羟基酶
61、失活的酶医学生物化学(8)敌百虫敌敌畏有机磷杀虫剂医学生物化学(8)胆碱乙酰化酶胆碱酯酶胆碱乙酰胆碱乙酰胆碱为生物体内传递神经冲动的重要物质。胆碱酯酶乙酰胆碱为生物体内传递神经冲动的重要物质。胆碱酯酶为羟基酶，有机磷杀虫剂中毒时，此酶活受抑制，结果造为羟基酶，有机磷杀虫剂中毒时，此酶活受抑制，结果造成乙酰胆碱的堆积，造成神经过度兴奋直至抽搐而死。可成乙酰胆碱的堆积，造成神经过度兴奋直至抽搐而死。可用用解磷定解磷定来治疗。来治疗。医学生物化学(8)2 2、可逆性抑制、可逆性抑制（1）竞争性抑制）竞争性抑制特点特点：抑制剂与底物结构相似；抑制剂与底物结构相似；抑制剂与底物结合在酶的同一位点；抑制剂
62、与底物结合在酶的同一位点；抑制作用可被高浓度的底物减低以至消除；抑制作用可被高浓度的底物减低以至消除；Km增大，增大，Vmax不变。不变。医学生物化学(8)医学生物化学(8)1/V1/S1/Vmax-1/Km(1+I/Ki)竞争性抑制无抑制剂抑制剂 斜率=Km/Vm(1+I/Ki)医学生物化学(8)丙二酸、苹果酸、草酰丙二酸、苹果酸、草酰乙酸为琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。乙酸为琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。医学生物化学(8)GluPABA（对氨基苯甲酸）喋呤 HHNHCHCH2COOHCH2COOHNNNNCH2NHCOOHH2NSO2NHRH2N磺胺药PABA+二氢喋呤+GluFH2FH4磺胺
63、药与磺胺药与PABA结构相似，可与结构相似，可与PABA竞争竞争FH2合成酶合成酶的活性中的活性中心，心，FH2合成受抑制，合成受抑制，FH4随之减少，使核酸合成障碍，细菌随之减少，使核酸合成障碍，细菌生长繁殖受到抑制。生长繁殖受到抑制。FH2还原酶FH2合成酶四氢叶酸四氢叶酸FH4医学生物化学(8)氨甲喋呤（氨甲喋呤（MTX）是）是FH2还原酶的竞争性抑制剂，抑制人体还原酶的竞争性抑制剂，抑制人体内内FH4的合成，以致抑制肿瘤的生长。的合成，以致抑制肿瘤的生长。FAFH2还原酶FH2FH2还原酶FH4叶酸二氢叶酸四氢叶酸医学生物化学(8)（2 2）非竞争性抑制）非竞争性抑制 酶可同时与底物及
64、抑制剂结合：酶可同时与底物及抑制剂结合：EI+SESI或或ES+IESI，但中间物但中间物ESI不能进一步分解为产物。不能进一步分解为产物。这类抑制剂是与酶活性中心以外的基团结合；这类抑制剂是与酶活性中心以外的基团结合；若若Ki=Ki，则，则Vmax减小而减小而Km不变不变，称非竞争性抑制。，称非竞争性抑制。医学生物化学(8)医学生物化学(8)1/V1/S-1/Km(1+I/Ki)/Vmax非竞争性抑制医学生物化学(8)3 3、反竞争性抑制、反竞争性抑制特点：特点：S、I结构不相似，结合位点不同，增加结构不相似，结合位点不同，增加S反而加强抑制，反而加强抑制，Km减小，减小，Vmax减小。减小
65、。酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合：酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合：ES+IESI，而而ESI不能进一步分解为产物。不能进一步分解为产物。医学生物化学(8)医学生物化学(8)1/S1/V(1+I/Ki)/Vmax无I反竞争性抑制斜率=Km/Vm医学生物化学(8)各种类型抑制的表观各种类型抑制的表观KmKm及及VmaxVmax医学生物化学(8)六、激活剂对反应速度的影响六、激活剂对反应速度的影响v使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂（称为酶的激活剂（activator）。大多为金属离子，）。大多为金属离子，如如Mg2+、
66、K+、Mn2+，少数为阴离子如，少数为阴离子如Cl-，也有，也有的为有机化合物，如胆汁酸盐。的为有机化合物，如胆汁酸盐。v必需激活剂（必需激活剂（essentialactivator）：对酶促反应）：对酶促反应不可少。与酶、底物结合参加反应。不可少。与酶、底物结合参加反应。v非必需激活剂（非必需激活剂（non-essentialactivator）：）：有些有些激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性。激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性。医学生物化学(8)第四节第四节 酶的活性调节方式酶的活性调节方式一、别构调节一、别构调节别构酶：当代谢物分子可逆地结合到酶的某一别构酶：当代谢物分子可逆地结合到
67、酶的某一非催化部位时，可改变酶的构象，进而改变酶非催化部位时，可改变酶的构象，进而改变酶的活性，这种调节称别构调节，受别构调节的的活性，这种调节称别构调节，受别构调节的酶称别构酶酶称别构酶。特点：特点：1、常含有多个亚基（有四级结构）；、常含有多个亚基（有四级结构）；2、除催化部位外，还有调节部位；除催化部位外，还有调节部位；3、酶分子的催、酶分子的催化部位和调节部位有的在同一亚基上，也有的化部位和调节部位有的在同一亚基上，也有的不在同一亚基上；不在同一亚基上；4、不符合米氏方程，存在协、不符合米氏方程，存在协同效应。同效应。别构激活：因别构而导致酶活性增加别构激活：因别构而导致酶活性增加别构
68、抑制：因别构而导致酶活性降低别构抑制：因别构而导致酶活性降低医学生物化学(8)v别构酶结构：除有结合底物和起催化作用的活性中别构酶结构：除有结合底物和起催化作用的活性中心外，还有可结合调节物的别构中心。前者负责对心外，还有可结合调节物的别构中心。前者负责对底物的结合和催化，后者负责调节反应速度。两个底物的结合和催化，后者负责调节反应速度。两个中心位于酶蛋白的不同部位上（或不同亚基上，或中心位于酶蛋白的不同部位上（或不同亚基上，或同一亚基不同部位上）。同一亚基不同部位上）。1、调节物：、调节物：1）同促效应：调节物是底物。酶分子）同促效应：调节物是底物。酶分子上有两个以上的底物结合上有两个以上的
69、底物结合中心，调节作用取决于酶中心，调节作用取决于酶上有多少个底物结合中心上有多少个底物结合中心被结合；被结合；2）异促效应：调节物不是底物，而是）异促效应：调节物不是底物，而是其他代谢分子。其他代谢分子。医学生物化学(8)天冬氨酸转氨甲酰酶（天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）为例（）为例（p.413）：）：底物底物N-氨甲酰磷酸和天冬氨酸促进氨甲酰磷酸和天冬氨酸促进ATCase活性，为活性，为同促效同促效应应；CTP为最终产物，降低了酶与底物的亲和性，抑制为最终产物，降低了酶与底物的亲和性，抑制ATCase活性；活性；ATP为非底物分子，但可增强酶与底物的亲和为非底物分子，但可增强酶与底物的
70、亲和性而激活性而激活ATCase，所以起到了，所以起到了异促效应异促效应。医学生物化学(8)2、别构酶的性质：、别构酶的性质：（1）别构酶一般是）别构酶一般是寡聚酶寡聚酶，通过次级键由多亚基构成：别构，通过次级键由多亚基构成：别构酶的活性中心（活性部位）和别构中心（调节部位）可酶的活性中心（活性部位）和别构中心（调节部位）可能在同一亚基上，也可能分别在不同的亚基上；每个别能在同一亚基上，也可能分别在不同的亚基上；每个别构酶分子可以有一个以上的活性部位和调节部位。构酶分子可以有一个以上的活性部位和调节部位。（2）别构酶的动力学：因别构酶有协同效应，所以其）别构酶的动力学：因别构酶有协同效应，所以
71、其S对对v的动力学曲线不是双曲线，而是的动力学曲线不是双曲线，而是S形曲线（形曲线（正协同正协同）或）或表观双曲线（表观双曲线（负协同负协同）。）。医学生物化学(8)S形曲线形曲线：表明酶结合一分子底物（或调节物）后，：表明酶结合一分子底物（或调节物）后，酶的构象发生变化，从而大大酶的构象发生变化，从而大大增加对后增加对后续底物分子的亲和性续底物分子的亲和性，促进后续分子与，促进后续分子与酶的结合，表现为正协同性，这种酶称酶的结合，表现为正协同性，这种酶称为具有为具有正协同效应正协同效应的别构酶；的别构酶；表观双曲线表观双曲线：在底物浓度较低范围内酶的活力上升：在底物浓度较低范围内酶的活力上升
72、很快，但随后底物浓度虽有较大的提很快，但随后底物浓度虽有较大的提高，但反应速度升高却很小，表现为高，但反应速度升高却很小，表现为负协同性，这种酶称为具有负协同性，这种酶称为具有负协同效负协同效应应的别构酶。的别构酶。医学生物化学(8)怎么区分米氏酶与别构酶？怎么区分米氏酶与别构酶？ koshland建议用饱和比值（建议用饱和比值（saturation ratio, Rs） 典型的米氏酶典型的米氏酶 RS=81 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶 RS81 医学生物化学(8)（3）K型效应物和型效应物和V型效应物：能改变底物型效应物：能改变底物的的K0.5而不改变反应而不改变反应Vma
73、x的效应物称为的效应物称为K型效应物；能改变型效应物；能改变Vmax而不改变而不改变K0.5的效应物称为的效应物称为V型效应物（型效应物（p.419，图，图10-58）。）。（4）别构酶的脱敏作用：别构酶经加热或化）别构酶的脱敏作用：别构酶经加热或化学试剂处理，可引起别构酶解离，失去学试剂处理，可引起别构酶解离，失去调节活性调节活性，称为脱敏作用。脱敏后的酶，称为脱敏作用。脱敏后的酶表现为米氏酶的动力学双曲线（表现为米氏酶的动力学双曲线（p.420，图图10-59）。）。医学生物化学(8)4、别构模型：、别构模型：1）协同模型（对称模型，）协同模型（对称模型，WMC模型）：模型）：特点：特点：
74、（1）别构酶是由确定数目的亚基组成，各亚基占有相等的地位，因此每）别构酶是由确定数目的亚基组成，各亚基占有相等的地位，因此每个别构酶都有一个对称轴；个别构酶都有一个对称轴；（2）每个亚基相对一种调节物只有一个结合位点；）每个亚基相对一种调节物只有一个结合位点；（3）每种亚基有两种构象，一种为有利于结合底物或调节物的松弛型构）每种亚基有两种构象，一种为有利于结合底物或调节物的松弛型构象（象（R型），另一种为不利于底物或调节物结合的紧张型构象（型），另一种为不利于底物或调节物结合的紧张型构象（T型）。这两种构象可以互变：采取同步协同方式转变（型）。这两种构象可以互变：采取同步协同方式转变（齐变方式
75、齐变方式），即各亚基在同一时间内均处于相同的构象状态。如果一个亚），即各亚基在同一时间内均处于相同的构象状态。如果一个亚基从基从T态变为态变为R态，则其他亚基也几乎同时转变成态，则其他亚基也几乎同时转变成R态；态；（4）当蛋白质由一构象状态转变至另一构象状态时，其分子对称性保持）当蛋白质由一构象状态转变至另一构象状态时，其分子对称性保持不变。不变。医学生物化学(8)2）序变模型（）序变模型（KNF模型）：模型）：特点：特点：（1）当调节物不存在时，别构酶只有一种构象存在（）当调节物不存在时，别构酶只有一种构象存在（T），而不是处于），而不是处于R=T的平衡状态，只有当调节物与之结合后才诱导的平
76、衡状态，只有当调节物与之结合后才诱导T态向态向R态转变；态转变；（2）别构酶的构象是以序变方式进行的，而不是齐变。当调节物与一个）别构酶的构象是以序变方式进行的，而不是齐变。当调节物与一个亚基结合后，可引起该亚基构象发生变化，并使邻近亚基易于发生亚基结合后，可引起该亚基构象发生变化，并使邻近亚基易于发生同样的构象变化，即影响对下一个调节物的亲和力；同样的构象变化，即影响对下一个调节物的亲和力；（3）亚基间的相互作用可能是正协同效应，也可能是负协同效应，前者）亚基间的相互作用可能是正协同效应，也可能是负协同效应，前者导致下一亚基对调节物有更大的亲和力，后者则降低亲和力。导致下一亚基对调节物有更大
77、的亲和力，后者则降低亲和力。医学生物化学(8)二、酶的共价修饰（二、酶的共价修饰（covalent covalent modificationmodification）v酶蛋白肽链上的某些残基侧链在另一组酶的催酶蛋白肽链上的某些残基侧链在另一组酶的催化下发生可逆的共价修饰化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性改，从而引起酶活性改变，调节酶的活性：磷酸化、乙酰化、甲基化、变，调节酶的活性：磷酸化、乙酰化、甲基化、腺苷化。腺苷化。v磷酸化修饰磷酸化修饰：通过各种蛋白激酶的催化可使酶：通过各种蛋白激酶的催化可使酶蛋白中丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基进行磷蛋白中丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基进行磷酸化修饰
78、，又可通过各种蛋白磷酸酶催化使此酸化修饰，又可通过各种蛋白磷酸酶催化使此类磷酸基团水解出来，从而形成可逆的共价修类磷酸基团水解出来，从而形成可逆的共价修饰来改变酶的构象，调节酶的活性。饰来改变酶的构象，调节酶的活性。医学生物化学(8)磷酸化修饰特点：磷酸化修饰特点：1、磷酸化及脱磷酸化分别由蛋白激酶及蛋白、磷酸化及脱磷酸化分别由蛋白激酶及蛋白磷酸酶催化。磷酸酶催化。2、可连锁进行，逐级磷酸化或脱磷酸化，出、可连锁进行，逐级磷酸化或脱磷酸化，出现级联放大。现级联放大。3、磷酸化仅需以、磷酸化仅需以ATP供给磷酸基团，耗能远小供给磷酸基团，耗能远小于合成酶蛋白，作用快速。于合成酶蛋白，作用快速。4
79、、磷酸化修饰常与别构调节相互协作。、磷酸化修饰常与别构调节相互协作。医学生物化学(8)医学生物化学(8)三、酶原的激活三、酶原的激活v酶原（酶原（Zymogen）：有些酶（绝大多数为蛋白酶）：有些酶（绝大多数为蛋白酶）在细胞内合成及初分泌时，没有活性在细胞内合成及初分泌时，没有活性v酶原的激活酶原的激活：在一定条件下，酶原可转化成有活性：在一定条件下，酶原可转化成有活性的酶。酶原激活的机制是分子内肽键一处或多处断的酶。酶原激活的机制是分子内肽键一处或多处断裂，使分子构象发生一定程度改变，从而形成酶的裂，使分子构象发生一定程度改变，从而形成酶的活性中心。活性中心。v酶原激活也存在级联反应。酶原激
80、活也存在级联反应。胰蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶+六肽胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶-凝乳蛋白酶+两个二肽羧基肽酶原胰蛋白酶羧 基肽酶 A+几个碎片医学生物化学(8)医学生物化学(8)1、胃蛋白酶原（、胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活）的激活 2、胰蛋白酶原（、胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活）的激活 医学生物化学(8)医学生物化学(8)3、胰凝乳蛋白酶原（、胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活）的激活 医学生物化学(8)v除消化道的蛋白酶外，血液中有关凝血和纤维除消化道的蛋白酶外，血液中有关凝血和纤维蛋白溶解的酶类也以酶原的形式存在，且存在蛋白溶解的酶类也以酶原的形式
81、存在，且存在级联反应。级联反应。意义意义：消化：消化道内蛋白酶以酶原的形式分泌，避免道内蛋白酶以酶原的形式分泌，避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并使细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用；酶在特定的部位和环境中发挥作用；此外，酶原可视为酶的贮存形式。如凝血此外，酶原可视为酶的贮存形式。如凝血和纤维蛋白溶解酶类以酶原的形式在血液循环和纤维蛋白溶解酶类以酶原的形式在血液循环中运行，一旦需要便转化为有活性的酶。中运行，一旦需要便转化为有活性的酶。医学生物化学(8)四、激促蛋白质或抑制蛋白质的调控四、激促蛋白质或抑制蛋白质的调控某些酶结合了专一性的激促蛋白质或抑
82、制蛋白某些酶结合了专一性的激促蛋白质或抑制蛋白质，从而使其活性受到调控。质，从而使其活性受到调控。例：钙调蛋白例：钙调蛋白-当细胞外的钙离子浓度升当细胞外的钙离子浓度升高时，钙离子与钙调蛋白结合，而带有结合态钙高时，钙离子与钙调蛋白结合，而带有结合态钙离子的钙调蛋白会结合到许多酶上，激活许多酶。离子的钙调蛋白会结合到许多酶上，激活许多酶。医学生物化学(8)同工酶同工酶(isoenzyme)(isoenzyme)v同工酶：同工酶：指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。由不同基因或理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。
83、由不同基因或等位基因编码的多肽链所组成，或由同一基因转录生成等位基因编码的多肽链所组成，或由同一基因转录生成的的mRNA翻译成不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在翻译成不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。细胞结构中。医学生物化学(8)乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH):由由H或或M两种亚基组成的四聚体。五种同两种亚基组成的四聚体。五种同工酶工酶LDH1（H4）、）、LDH2（H3M）、）、LDH3（H2M2）、）、LDH4（HM3）、）、LDH5（M4），它们向正极泳动的速度由），它们向正极泳动
84、的速度由LDH1LDH5依次递减，可藉此分离。依次递减，可藉此分离。乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 心肌心肌:LDH1乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 LDH5骨骼肌骨骼肌:医学生物化学(8)v同工酶虽然催化相同的反应，但可有不同的功能同工酶虽然催化相同的反应，但可有不同的功能。心肌中含量最多的是心肌中含量最多的是LDH1（H4）对）对NAD+有较大的有较大的亲和力，易受丙酮酸抑制，它的作用主要是催化乳亲和力，易受丙酮酸抑制，它的作用主要是催化乳酸脱氢生成丙酮酸，有利于心肌利用乳酸氧化供能。酸脱氢生成丙酮酸，有利于心肌利用乳酸氧化供能。骨胳肌中含量多的骨胳肌中含量多的LDH5，对，对NAD+亲和力低，不受亲和力
85、低，不受丙酮酸的抑制，其作用是催化丙酮酸加氢生成乳酸，丙酮酸的抑制，其作用是催化丙酮酸加氢生成乳酸，有利于骨胳肌生成乳酸。有利于骨胳肌生成乳酸。医学生物化学(8)第五节第五节 多酶体系多酶体系一、概念和分类一、概念和分类细胞中的许多酶常在一个连续的反应链中相互联系在一细胞中的许多酶常在一个连续的反应链中相互联系在一起，这种由几个酶形成的反应链称为起，这种由几个酶形成的反应链称为“多酶体系多酶体系”。1、可溶性类型：多酶体系中的各种酶在细胞质中以可溶性、可溶性类型：多酶体系中的各种酶在细胞质中以可溶性形式各自独立存在，没有结构上的联系；形式各自独立存在，没有结构上的联系；2、结构化类型：多酶体系
86、中的各种酶彼此有机地组合在一、结构化类型：多酶体系中的各种酶彼此有机地组合在一起，形成多酶复合体。如丙酮酸脱氢酶复合体（起，形成多酶复合体。如丙酮酸脱氢酶复合体（p297）3、定位于细胞器结构的类型：如呼吸链中的酶定位于线粒、定位于细胞器结构的类型：如呼吸链中的酶定位于线粒体的内膜上。体的内膜上。HSCoAHSCoAE E3 3：二氢硫辛酸脱氢酶：二氢硫辛酸脱氢酶E E2 2：转乙酰化酶：转乙酰化酶E E1 1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E E3 3E E2 2E E1 1N N A A D D+ +NADH+HNADH+H+ +F F A A D D H H2 2F F A A D DC C
87、 H H3 3C C 珆珆S S C C o o A AO OH H S SL LH H S SS SL LS S珆珆 S SL LH H S SC C H H3 3C CO OC C H H3 3C CT T P P P PO O H HH HT T P P P PC C O O2 2C C H H3 3C CC C O O O O H HO O医学生物化学(8)二、自我调节二、自我调节1、酶促反应序列：、酶促反应序列：1）直线式；）直线式；2）分枝式；）分枝式；3）循环式。）循环式。2、限速步骤：多酶体系的总速度决定于其中反应速度最慢的一、限速步骤：多酶体系的总速度决定于其中反应速度最慢的
88、一个反应，这个速度最慢的酶限制着全部反应序列的速度，称个反应，这个速度最慢的酶限制着全部反应序列的速度，称为限速步骤。大部分具有自我调节能力的多酶体系的为限速步骤。大部分具有自我调节能力的多酶体系的第一步第一步反应就是限速步骤反应就是限速步骤。3、反馈作用：第一步反应的酶被全部反应序列的最终产物或反、反馈作用：第一步反应的酶被全部反应序列的最终产物或反应序列分叉处的酶被最终产物所抑制，这种过程称为反馈作应序列分叉处的酶被最终产物所抑制，这种过程称为反馈作用。用。4、受反馈调控的酶往往是别构酶。、受反馈调控的酶往往是别构酶。有的别构酶有有的别构酶有“正调节物正调节物”，酶活性被激活（底物）；，酶
89、活性被激活（底物）；有的别构酶有有的别构酶有“负调节物负调节物”，酶活性被抑制（最终产物）；，酶活性被抑制（最终产物）；有的别构酶则正负调节物兼而有之。有的别构酶则正负调节物兼而有之。有的别构酶只有一个专一性的调节物，称之为有的别构酶只有一个专一性的调节物，称之为单价别构酶单价别构酶；有的别构酶有两个或更多的专一性调节物，称之为有的别构酶有两个或更多的专一性调节物，称之为多价别构多价别构酶酶。医学生物化学(8)第六节第六节 酶的分类与命名酶的分类与命名一、酶的分类一、酶的分类1、氧化还原酶类、氧化还原酶类2、转移酶类、转移酶类3、水解酶类、水解酶类4、裂合酶类、裂合酶类5、异构酶类、异构酶类6
90、、合成酶类、合成酶类注意顺序不能变！注意顺序不能变！二、酶的命名二、酶的命名习惯命名法：底物习惯命名法：底物+反应类型：乳酸脱氢酶反应类型：乳酸脱氢酶底物名称：蛋白酶、核糖核酸酶底物名称：蛋白酶、核糖核酸酶来源来源+底物：胃蛋白酶、唾液淀粉酶底物：胃蛋白酶、唾液淀粉酶医学生物化学(8)（1）标明底物，催化反应的性质）标明底物，催化反应的性质 例例: G-6-PF-6-P G-6-P异构酶异构酶（2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:）分开。）分开。 如其中一个底物为水时，水可略去。如其中一个底物为水时，水可略去。 例例1： 丙氨酸丙氨酸+-
91、酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸 丙氨酸丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 例例2： 脂肪脂肪+H2O 脂酸脂酸+甘油甘油 脂肪水解酶脂肪水解酶系统命名法：系统命名法：E.C(1.1.1.1)（醇（醇:NAD+氧化还原酶）氧化还原酶）医学生物化学(8)1编号编号: 用用4个阿拉伯数字的编号表示，数字中用个阿拉伯数字的编号表示，数字中用“”隔开，前面冠隔开，前面冠以以EC（为（为Enzyme Commission）。）。EC 类类.亚类亚类.亚亚类亚亚类.排号，如排号，如EC 1.1.1.1Enzyme Handbook， Thomas E Barman编，编，Vol I
92、, Vol II 1969年。年。 Enzyme Handbook，Thomas E. Barman编编 Supplement I, 1974年。年。 系统命名法：系统命名法：E.C(1.1.1.1)（醇（醇:NAD+氧化还原酶）氧化还原酶）医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)医学生物化学(8)（一）酶的分离纯化（一）酶的分离纯化1选材选材2破碎细胞破碎细胞3抽提抽提4去核酸、去多糖去核酸、去多糖5纯化纯化6保存保存由于酶的特殊性，在提纯过程中要注意由于酶的特殊性，在提纯过程中要注意 :1全部操作在低温全部操作在低温04。
93、 2在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌。在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌。3在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量EDTA、少量、少量-巯基乙巯基乙醇。醇。 4在分离提纯过程中要不断测定酶活力和蛋白质浓度，从而在分离提纯过程中要不断测定酶活力和蛋白质浓度，从而求得比活力，还要计算总活力。求得比活力，还要计算总活力。 第七节第七节 酶的分离、纯化及活力测酶的分离、纯化及活力测定定医学生物化学(8)比活力比活力酶活力酶活力蛋白质浓度蛋白质浓度总活力单位体积的酶活力总活力单位体积的酶活力(U/ml)分离溶液总体积分离溶液总体积(ml)医学生物化学(8)（二）酶活力的测定（二）酶活
94、力的测定 酶活力（酶活力（enzyme activity, 也也称酶活性）称酶活性）酶活力的测定酶活力的测定 1测定酶活力时应注意几点测定酶活力时应注意几点（1）应测反应初速度（）应测反应初速度（initial velocity or initial speed）（2）酶的反应速度一般用单位时间）酶的反应速度一般用单位时间内产物的增加量来表示。内产物的增加量来表示。 （3）测酶活力时应使反应温度、）测酶活力时应使反应温度、pH、离子强度和底物浓度等因素保、离子强度和底物浓度等因素保持恒定。持恒定。（4）测定酶反应速度时，应使）测定酶反应速度时，应使SE。 产产物物浓浓度度P(t)医学生物化学(
95、8)2酶活力和比活力表示方式酶活力和比活力表示方式 （1）酶活力（）酶活力（enzyme activity） 1 IU=1 mol/min 每分钟内催化每分钟内催化1 mol底物转化为产物所需的酶量底物转化为产物所需的酶量（2）酶的比活力（）酶的比活力（specific activity，也称比活性），也称比活性）比活力：比活力：指每指每mg蛋白质所具有的酶活力蛋白质所具有的酶活力，一般用，一般用U/mg蛋白质蛋白质来表示，来表示，比活力说明酶的纯度。比活力说明酶的纯度。 比活力比活力= 酶活力（酶活力（U/ml）/蛋白质浓度（蛋白质浓度（mg/ml）（3）转换数（）转换数（kat): 1 K
96、at=1 mol/sKat单位与单位与IU单位之间的换算关系：单位之间的换算关系： 1 IU=1/60 Kat医学生物化学(8)3. 酶活力的测定方法酶活力的测定方法 （1）分光光度法（）分光光度法（spectrophotometry） 该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分光吸收不同。该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分光吸收不同。 优点：优点：简便、迅速、准确。简便、迅速、准确。一个样品可多次测定，有利于动力学研究。一个样品可多次测定，有利于动力学研究。可检测到可检测到10-9mol/L水平的变化。水平的变化。医学生物化学(8)（2）荧光法（）荧光法（fluorometry） 该法要
97、求酶反应的底物或产物有荧光变化。该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。主要的优点：灵敏度很高，可以检测主要的优点：灵敏度很高，可以检测10-12mol/L的样品。的样品。酶蛋白分子中的酶蛋白分子中的Tyr、Trp、Phe残基以及一些辅酶、辅基，如残基以及一些辅酶、辅基，如NADH、NADPH、FMN、FAD等都能发出荧光。等都能发出荧光。 （3）酶偶联分析法）酶偶联分析法(enzyme coupling assay) 第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个酶系统在一起第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个酶系统在一起反应。反应。 （4）电化学法（）电化学法（electrochemical me
98、thod） 医学生物化学(8)第八节第八节 酶与医学的关系酶与医学的关系一、酶与疾病的发生一、酶与疾病的发生有的疾病的发病机制直接或间接与酶的异常或有的疾病的发病机制直接或间接与酶的异常或酶活受抑制有关。酪氨酸酶缺乏引起白化病；酶活受抑制有关。酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏产生苯酮酸尿症；急性胰苯丙氨酸羟化酶缺乏产生苯酮酸尿症；急性胰腺炎与胰蛋白酶原在胰腺中被激活有关。腺炎与胰蛋白酶原在胰腺中被激活有关。激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。如常。如VK缺乏缺乏酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。如有机磷酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。如有
99、机磷农药中毒、重金属盐中毒。农药中毒、重金属盐中毒。医学生物化学(8)二、酶与疾病的诊断二、酶与疾病的诊断某些组织器官受到损伤造成细胞破坏或细胞通某些组织器官受到损伤造成细胞破坏或细胞通透性增加，细胞内的某些酶透性增加，细胞内的某些酶可大量释放入血。可大量释放入血。如急性胰腺炎时血清和尿中的淀粉酶活性升高；如急性胰腺炎时血清和尿中的淀粉酶活性升高；急性肝炎或心肌炎时血清转氨酶活性升高。急性肝炎或心肌炎时血清转氨酶活性升高。细胞的转换率增高或细胞的增殖增快，其特异细胞的转换率增高或细胞的增殖增快，其特异的标志酶可释放入血。如前列腺癌病人可有大的标志酶可释放入血。如前列腺癌病人可有大量酸性磷酸酶释
100、放入血量酸性磷酸酶释放入血酶的合成或诱导增强。如胆管堵塞时胆汁的反酶的合成或诱导增强。如胆管堵塞时胆汁的反流可诱导肝合成大量的碱性磷酸酶；巴比妥盐流可诱导肝合成大量的碱性磷酸酶；巴比妥盐类或酒精可诱导肝中的谷氨酰转移酶生成增多。类或酒精可诱导肝中的谷氨酰转移酶生成增多。医学生物化学(8)三、三、酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗许多药物可通过抑制生物体内的某些酶许多药物可通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗的目的。如磺胺类药物，氯来达到治疗的目的。如磺胺类药物，氯霉素，氨甲喋呤等等。霉素，氨甲喋呤等等。医学生物化学(8)1、酶能加速化学反应的进行是由于哪一种效应 A、向反应体系提供能量 B、降低反应的
101、自由能变化 C、降低反应的活化能 D、降低底物的能量水平 E、提高产物的能量水平2、已知某种酶Km值为0.05mol/L，试问要使此酶所催化的反应速度达最大反应速度的80%时底物浓度应是多少 A、0.04mol/L D、0.05 mol/L B、0.8 mol/L E、0.1 mol/L C、0.2 mol/L习 题医学生物化学(8)3、向酶促反应体系中增加酶的浓度时，可出现下列哪一种效应 A、不增加反应速度 B、1/S对1/V作图所得直线的斜率减少 C、Vmax保持不变 D、v达到Vmax/2时的底物浓度增大 习 题医学生物化学(8)习 题4、一个酶作用于多种底物时，其天然底物Km值应是 A
102、、增大 B、与其他底物相同 C、最小 D、居中间 E、与Km相同5、丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制效应是 A、Vmax降低，Km值不变 B、Vmax降低，Km值降低 C、Vmax不变，Km值增加 D、Vmax不变，Km值降低 E、Vmax降低，Km值增加医学生物化学(8)习 题6、酶的非竞争性抑制剂对酶促反应的影响是 A、有活性的酶浓度减少 B、有活性的酶浓度无改变 C、Vmax增加 D、使表观Km值增加 E、使表观Km值变小7、下列哪一个维生素能被氨喋呤及氨甲喋呤所拮抗 A、维生素B6 B、叶酸 C、维生素B2 D、维生素B1 E、遍多酸医学生物化学(8)8、反应速度为最大反应速度的80%时，Km等于 A、S B、1/2S C、1/4S D、0.4S E、0.8S 答案：1、C 2、C 3、B 4、C 5、C 6、A 7、B 8、C 习 题医学生物化学(8)习 题A、丙二酸B、敌百虫C、路易士气D、二巯基丙醇E、琥珀酸1、琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂是2、巯基酶中毒的解毒剂为3、胆碱酯酶的抑制剂为4、有毒的砷化物之一为医学生物化学(8)习 题名词解释别构调节 酶的活性中心同工酶 酶原简答题： 磺胺药的作用机制，并解释为什么磺胺药在体内必须达到一定的浓度。医学生物化学(8)医学生物化学(8)
