生物化学课件：03 酶

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1、第四章第四章 酶与生物催化剂酶与生物催化剂新陈代谢新陈代谢: :活细胞中全部有序的化学变化的总称活细胞中全部有序的化学变化的总称, ,是一切生命活动的基础。是一切生命活动的基础。是一切生命活动的基础。是一切生命活动的基础。细胞内成千上万个化学反应为什么能在常温常压细胞内成千上万个化学反应为什么能在常温常压下高效有序的进行呢？下高效有序的进行呢？生物催化剂生物催化剂/ /酶酶目前将生物催化剂分为两类：目前将生物催化剂分为两类： 蛋白质类的酶蛋白质类的酶(天然酶天然酶、抗体酶、抗体酶、人工合成的酶人工合成的酶） 核酸类的酶（核酸类的酶（核酶核酶和和脱氧核酶脱氧核酶） 二、酶的概念二、酶的概念酶是活

2、细胞产生的，具有催化作用的蛋白质。酶是活细胞产生的，具有催化作用的蛋白质。一、一、 酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白( (apoenzyme) 辅助因子辅助因子 (cofactor) 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物结合酶（全酶结合酶（全酶) )(holoenzyme) 结合酶结合酶 ( (conjugated enzyme) ) 单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 ( (simple enzyme) )：决定反应的特异性及其催化机制决定反应的特异性及其催化机制 决定反应的性决定反应的性质和反应类型质和反应类型 辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋白结合

3、的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度） 辅酶辅酶 (coenzyme):(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松疏松，可用可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。 辅基辅基 (prosthetic group):(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密紧密，不能用不能用透析或超透析或超滤的方法除去滤的方法除去。一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合一种辅助因子可与多种酶蛋白结合成不同的全酶，一种辅助因子可与多种酶蛋白结合成不同的全酶，催化不同反应：催化不同反应： 如如NADNAD+ + L L乳酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、 L L谷氨

4、酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、 3 3磷酸甘油醛脱氢酶等磷酸甘油醛脱氢酶等全酶：全酶：酶蛋白辅助因子酶蛋白辅助因子 酶蛋白和辅助因子单独存在都不具有酶活性，酶蛋白和辅助因子单独存在都不具有酶活性，只有全酶具有酶活性。只有全酶具有酶活性。酶酶的的活活性性中中心心二、酶的活性中心二、酶的活性中心活性中心（活性中心（active center） 酶分子中必需基团在空酶分子中必需基团在空间位置上相对集中，构成间位置上相对集中，构成一定空间结构区域，与催一定空间结构区域，与催化作用直接相关化作用直接相关结合基团（底物结合部位）结合基团（底物结合部位）+ +催化基团催化基团 必需基团必需基团 （essentia

5、l group） 酶分子中与酶催化作用有关的化学基团酶分子中与酶催化作用有关的化学基团 活性中心内活性中心内的必需基团的必需基团 活性中心外活性中心外的必需基团的必需基团 维持酶分子的构象维持酶分子的构象常见：常见：His 咪唑基；咪唑基；Ser 羟基；羟基； Cys 巯基；巯基； Glu 羧基羧基底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 目目 录录3、同工酶、同工酶（isoenzyme）w具有相同的催化功能，但酶的分子结构、理化性质和具有相同的催化功能，但酶的分子结构、理化性质和免疫学性质都不同的一组酶称同工酶。免疫学性质都不

6、同的一组酶称同工酶。 一级结构不同一级结构不同, ,但三级结构相同或相似但三级结构相同或相似 H HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4) )LDHLDH2 2(H(H3 3M)M) LDH LDH3 3(H(H2 2MM2 2) )LDHLDH4 4(HM(HM3 3) )LDHLDH5 5 (M(M4 4) )乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶* * 举例：乳酸脱氢酶举例：乳酸脱氢酶举例：乳酸脱氢酶举例：乳酸脱氢酶(LDH(LDH1 1 LDHLDH5 5) )-+第二节第二节 酶的工作原理酶的

7、工作原理酶的性质酶的性质一般催化剂一般催化剂共性共性只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只起催化作用，本身不消耗只起催化作用，本身不消耗,反应前后没有质和量的反应前后没有质和量的变化变化一、一、 酶促反应的特点酶促反应的特点酶的性质酶的性质特性特性 高效性高效性 特异性特异性 酶活性的可调性酶活性的可调性 酶酶的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高10108 810102020倍倍，比一般催化剂高比一般催化剂高10107 710101313倍。倍。酶的催化不需要

8、较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation (activation energy)energy)。酶酶比比一一般般催催化化剂剂更有效地降低反应的活化能。更有效地降低反应的活化能。 高效性高效性一般催化剂一般催化剂一般催化剂一般催化剂反应活化能反应活化能反应活化能反应活化能反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能初初初初 态态态态终终终终 态

9、态态态能能能能 量量量量 改改改改 变变变变活活活活 化化化化 过过过过 程程程程酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变过渡态过渡态w高度专一性高度专一性 （特异性）（特异性）: :绝对特异性绝对特异性: : 尿素尿素 脲酶脲酶 COCO2 2 + NH+ NH3 3相对特异性相对特异性: :甘油磷酸酯甘油磷酸酯 葡萄糖葡萄糖磷酸酯磷酸酯 磷酸酶磷酸酶 酚酚磷酸酯磷酸酯 立体结构特异性立体结构特异性: : 氨基酸氨基酸 L L型型, D, D型型一一种种酶酶仅仅作作用用于于一一种种或或一一类类化化合合物物，或或一一定定的的化化学学键键，催催化化一一定定的的化化学学反反应应并并生生成成一一定定

10、的的产产物物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。w酶活性可调性酶活性可调性: :对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节（酶催化效力的调节（T T，pHpH）通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。括三方面的调节。二、酶的作用机理二、酶的作用机理 2 2、邻近效应与定向排列、邻近效应与定向排列(Proximity and orientation)

11、 3 3、表面效应（低价电子区域）、表面效应（低价电子区域）( (Surface effect) ) 排除水分子干扰排除水分子干扰 4 4、多元催化、多元催化 一般酸碱催化作用（一般酸碱催化作用（general acid-base catalysis） 共价催化作用（共价催化作用（covalent catalysis） 亲核催化作用（亲核催化作用（nucleophilic catalysis）1、中间复合物形成与诱导契合学说、中间复合物形成与诱导契合学说(Induced fit)酶与底物结合特点：酶与底物结合特点：（1 1 1 1）可逆的、非共价的结合；）可逆的、非共价的结合；）可逆的、非共价

12、的结合；）可逆的、非共价的结合；（2 2 2 2）底物只与）底物只与）底物只与）底物只与酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心结合；结合；结合；结合；（3 3 3 3）酶与底物结合是通过一种称为）酶与底物结合是通过一种称为）酶与底物结合是通过一种称为）酶与底物结合是通过一种称为诱导契诱导契诱导契诱导契合模式合模式合模式合模式进行的。进行的。进行的。进行的。w诱导契合机制诱导契合机制wA.靠近靠近定向定向 酶与底物靠近酶与底物靠近酶与底物靠近酶与底物靠近 定向定向定向定向 酶与底物相互诱导变形酶与底物相互诱导变形酶与底物相互诱导变形酶与底物相互诱导变形 契合形成中间产物契合形成中间产物

13、契合形成中间产物契合形成中间产物 产物脱离产物脱离产物脱离产物脱离靠近靠近电性吸引、疏水作用定定定定向向向向底物底物底物底物酶酶酶酶wB.B.诱导诱导契合契合诱导诱导诱导诱导互补性结互补性结构变化构变化契合契合契合契合活性中心催化基活性中心催化基团进行催化团进行催化能否契合能否契合专一性的由来专一性的由来wC.产物脱离物脱离酶复原酶复原催化剂催化剂酶促反应动力学酶促反应动力学研究研究酶促反应速度及其影响因素。酶促反应速度及其影响因素。酶反应速度酶反应速度单位时间内底物减少或产物增加的速度，常用单位时间内底物减少或产物增加的速度，常用单位时间内底物减少或产物增加的速度，常用单位时间内底物减少或产

14、物增加的速度，常用初速初速初速初速度度度度来衡量。来衡量。来衡量。来衡量。酶促反应动力学酶促反应动力学影响因素影响因素 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。底物浓度底物浓度SS酶浓度酶浓度EE反应温度反应温度pH pH 值值 激活剂激活剂A A抑制剂抑制剂I I单底物、单产物反应单底物、单产物反应酶酶促促反反应应速速度度一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时时间间内内底物的消耗量底物的消耗量和和产物的生成量产物的生成量来表示来表示反应速度取其反应速度取其初速度初速度研究前提研究前提E + SE + S k k1 1k k2 2k

15、 k3 3ESESE + PE + P一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈应速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为应为一级反应一级反应。SSV VVmaxVmax随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应反应速度不再成正比例加速；反应为为混合级反应混合级反应。SSV VVmaxVmax当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加反应速度不再增加, ,达

16、最大速度达最大速度; ;反应为反应为零级反应零级反应SSV VVmaxVmax酶酶 被被 底底 物物 饱饱 和和（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式 1913 中中间产物物 酶促反应模式酶促反应模式中间产物学说中间产物学说E + SE + S k k1 1k k2 2k k3 3ESESE + PE + P19131913年年MichaelisMichaelis和和MentenMenten提提出出反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米曼曼氏氏方方程程式，简称式，简称米氏方程式米氏方程式(Michaelis equation)(Michaelis equa

17、tion)。S：底物浓度 V：不同S时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant) V= VmaxSKm + SKm?wKm = SV= VmaxSKm + S若若 VVmax/2V2V SKm + S1Km + S = 2S二、米氏常数二、米氏常数(Km)概念及意义概念及意义Km值值为酶促反应速度达到最大反应速度一半为酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。单位：时的底物浓度。单位：mol/Lmol/L。a) Km是酶的特征性常数之一；是酶的特征性常数之一； 只与酶的性质有关只与酶的性质有关, 与酶的浓度无关

18、与酶的浓度无关b) Km表示酶对底物的亲和力表示酶对底物的亲和力（反比）（反比）c) 同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的Km值。值。 确定最合适底物或天然底物确定最合适底物或天然底物uKm最小的底物大多数是此酶的天然底物最小的底物大多数是此酶的天然底物 如：己糖激酶对葡萄糖的如：己糖激酶对葡萄糖的Km 1.5mmol/L 对果糖的对果糖的Km 28mmol/L 所以葡萄糖为最适底物所以葡萄糖为最适底物u一种酶对每一种底物都各有一个特定的一种酶对每一种底物都各有一个特定的Km（三）（三）m m值与值与maxmax值的测定值的测定1. 1. 双倒数作图法双倒数作图法(double

19、 reciprocal plot)，又称为，又称为 林林- -贝贝氏氏( (Lineweaver- Burk)作图法作图法 V VmaxmaxS S KKmm+S+SV = V = （林贝氏方程）（林贝氏方程） + + 1/V=1/V=KKmmV Vmax max 1/V1/Vmax max 1/S 1/S 两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数 -1/Km 1/V 1/Vmax max 1/S1/S 1/V 1/V 1 V1/S1/Vmax斜率=Km/ Vmax-1/Km横轴截距增大（如-3变为-2），Km增大。纵轴截距增大，Vmax减小。 2 1 0 1 2 3 4 5 6二、酶

20、浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响当底物浓度当底物浓度 酶浓度，并且无抑制剂存在时，酶浓度，并且无抑制剂存在时，酶反应速度与酶浓度成正比。酶反应速度与酶浓度成正比。三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响酶的最适温度酶的最适温度酶的最适温度酶的最适温度: : : : 酶活性最高时的温度酶活性最高时的温度酶活性最高时的温度酶活性最高时的温度, , , , 也即酶的催化效率也即酶的催化效率也即酶的催化效率也即酶的催化效率最高最高最高最高, , , , 酶促反应速度最大时的温度。酶促反应速度最大时的温度。酶促反应速度最大时的温度。酶促反应速度最大时的温度。T 最适温度：最适温度：

21、T增高，反应速度减小增高，反应速度减小 (酶变性酶变性)恒温动物：恒温动物：3740 oC三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响Taq DNA聚合酶聚合酶：7075 可耐受可耐受100高温高温此酶是从水生栖热菌此酶是从水生栖热菌 Thermus Aquaticus（Taq）中分离出的热稳定性中分离出的热稳定性DNA聚聚合酶，用于合酶，用于PCR反应。反应。 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 2.02.01.51.51.01.00.50.5温温度度对对唾唾液液淀淀粉粉酶酶活活性性的的影影响响产产物物麦麦芽芽糖糖的的毫毫克克数数低温的作用低温

22、的作用 : :贮存生物制品、菌种等贮存生物制品、菌种等 v低低温温时时由由于于活活化化分分子子数数目目减减少少，反反应应速速度度降降低低，但温度升高后，酶活性又可恢复。但温度升高后，酶活性又可恢复。临床上的低温麻醉临床上的低温麻醉v减减少少组组织织细细胞胞的的代代谢谢程程度度，使使机机体体耐耐受受手手术术时时氧和营养物质的缺乏氧和营养物质的缺乏 温度过高和过低对酶活性的影响其本质相同吗？温度过高和过低对酶活性的影响其本质相同吗？w w解离状态：解离状态：解离状态：解离状态： 蛋白质的极性基团蛋白质的极性基团( (活性中心活性中心) ) 辅助因子的荷电状态辅助因子的荷电状态 底物的解离状态底物的

23、解离状态 而不同的解离状态或直接影响酶与底而不同的解离状态或直接影响酶与底物的结合物的结合, ,或影响酶的空间结构或影响酶的空间结构, ,从而改变酶从而改变酶的活力的活力四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响pH v胃蛋白酶胃蛋白酶pH1.5,精氨酸酶精氨酸酶9.8最适最适pH1.57.09.8酶的最适酶的最适酶的最适酶的最适pHpHpHpH: : : : 酶催化活性最高时的酶催化活性最高时的酶催化活性最高时的酶催化活性最高时的pHpHpHpH。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)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡能使酶的催化

24、活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。变性的物质称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性w抑制剂抑制剂多与酶催化中心的内、外必需基团结合，抑制酶的多与酶催化中心的内、外必需基团结合，抑制酶的催化活性；去除抑制剂，酶活性可以恢复。催化活性；去除抑制剂，酶活性可以恢复。不可逆性抑制不可逆性抑制竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制抑制剂抑制剂可逆性抑制可逆性抑制w抑制作用的类型：抑制作用的类型：能否能否用透析、超滤等物理方法除去用透析、超滤等物理方法

25、除去 抑制剂，使酶复活抑制剂，使酶复活共价结合非共价结合 不可逆性抑制（不可逆性抑制（irreversible inhibition）抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合, , 使酶丧失活使酶丧失活性性, , 不能用透析超滤等物理方法除去抑制剂使酶恢复活性不能用透析超滤等物理方法除去抑制剂使酶恢复活性. .w均为均为剧毒剧毒物质物质w重金属、有机磷、有机汞、有机砷、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机砷、氰化物、青霉素、毒鼠强青霉素、毒鼠强等等。等等。定义：定义：这类抑制剂以非共价键与酶结合，使酶活性降低或丧这类抑制剂以非共价键与酶结合，使酶活性降低或丧

26、失。采用透析或超滤等方法可以去除，由它引起的抑失。采用透析或超滤等方法可以去除，由它引起的抑制作用称可逆抑制作用。制作用称可逆抑制作用。分类：分类：w竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)w非竞争性抑制非竞争性抑制（non-competitive inhibitionnon-competitive inhibition）w反竞争性抑制反竞争性抑制（uncompetitive inhibitionuncompetitive inhibition） 可逆性抑制可逆性抑制 reversible inhibitionKi：E

27、I的解离常数，抑制常数EI不能转变成产物. . 竞争性抑制作用竞争性抑制作用定定义义: :抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，阻阻碍碍酶酶底底物物复复合合物物的的形形成成，使酶的活性降低使酶的活性降低。+IEIE + SE + PES反应模式反应模式 竞争性抑制的动力学方程竞争性抑制的动力学方程: :v= =VmaxSVmaxSKm(Km(1+I/Ki1+I/Ki)+S)+S1 1v v= =Km Km VmaxVmax( (1+1+ ) ) + +IIKiKi1 1 SS 1 1 VmaxVmax 竞争性抑制的特征曲线：竞争性抑制的

28、特征曲线： I I 正常正常正常正常1 1v v1 1 SS 1 1 VmaxVmax-1-1KmKm( (1+1+ ) )I I KiKi-1 -1 KmKmVmax Vmax 不变，不变，不变，不变，表观表观表观表观KmKm增大增大增大增大竞争性抑制的特点：竞争性抑制的特点：w wI I I I与与与与S S S S分子结构相似，分子结构相似，分子结构相似，分子结构相似，竞争酶的活性中心竞争酶的活性中心；w wVmax Vmax Vmax Vmax 不变，表观不变，表观不变，表观不变，表观KmKmKmKm增大；增大；增大；增大；w w抑制程度取决于抑制程度取决于抑制程度取决于抑制程度取决于

29、I I I I与与与与E E E E的亲和力的亲和力的亲和力的亲和力 ，以及，以及，以及，以及IIII和和和和SSSS的相对浓度比例。的相对浓度比例。的相对浓度比例。的相对浓度比例。可通过可通过增大底物浓度增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。，即提高底物的竞争能力来消除。* * 举例举例 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸应用：磺胺类药物作用机理应用：磺胺类药物作用机理NH2SO2 NHRNH2COOH（对氨基苯甲酸，合成（对氨基苯甲酸，合成 二氢叶酸的底物）二氢叶酸的底物）（磺胺类药物）（磺胺

30、类药物）细菌细菌对氨基对氨基苯甲酸苯甲酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶叶酸叶酸核苷酸核苷酸磺胺类药物磺胺类药物人体人体可从食物摄取叶酸，核酸的合成不受磺胺药物影响可从食物摄取叶酸，核酸的合成不受磺胺药物影响2. 2. 非竞争性抑制非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）* * 反应模式反应模式E+SE+SESESE+PE+P+ +I IE EI I+S +S E EI IS S + +I I非竞争性抑制的动力学方程非竞争性抑制的动力学方程: :1 1v v= =Km Km VmaxVmax(1+ ) +(1+ ) +IIKiKi1 1 SS 1 1 VmaxVmax（1

31、+ 1+ ）IIKiKi非竞争性抑制的特征曲线：非竞争性抑制的特征曲线：1 1v v正正正正常常常常 II1 1 SS-1 -1 KmKm1 1 VmaxVmax(1+ (1+ ) )IIKiKiVmax Vmax KmKm不变不变不变不变a)a)抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团结结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；合，底物与抑制剂之间无竞争关系；b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂的的浓浓度度；与与底底物物浓浓度无关度无关c)动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表观降低，表观Km不变。不变。 非竞争性抑制的特点：非竞争性抑制的特点：. . 反竞争性抑制

32、反竞争性抑制* * 反应模式反应模式E+SE+P ES+IESI 反竞争性抑制的动力学方程反竞争性抑制的动力学方程: :v=v=VmaxSVmaxSKm +(Km +(1+I/Ki1+I/Ki) S) S1 1v v= =Km Km VmaxVmax( (1+1+ ) )IIKiKi1 1 SS 1 1 VmaxVmax 反竞争性抑制的特征曲线：反竞争性抑制的特征曲线： I I 正常正常正常正常1 1v v1 1 SS 1 1 VmaxVmax-1-1KmKmI I KiKi+ +( (1+1+ ) )-1 -1 KmKm1 1 VmaxVmax( (1+1+ ) )I I KiKiVmax

33、Km 1 1、I I与与与与S S分子结构不同分子结构不同分子结构不同分子结构不同, , I只能结合ES，不结合E ，S与E的结合有利于I的结合。 ESI不能生成产物， I 存在时ES，V。2、I存在增加E与S的亲和力（Km）3、抑制作用只与I成正比而与底物浓度无关（Vmax）4 4、Vmax Vmax 和表观和表观和表观和表观KmKm都减小都减小都减小都减小反竞争性抑制的特点：反竞争性抑制的特点： 各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较作用特征作用特征 无抑制剂无抑制剂 竞争性抑制竞争性抑制 非竞争性抑制非竞争性抑制 反竞争性抑制反竞争性抑制与与I 结合的组分结合的组分 E E、E

34、S ES动力学参数动力学参数 表观表观Km Km 增大增大 不变不变 减小减小 最大速度最大速度 Vmax 不变不变 降低降低 降低降低林林-贝氏作图贝氏作图 斜率斜率 Km/Vmax 增大增大 增大增大 不变不变 纵轴截距纵轴截距 1/Vmax 不变不变 增大增大 增大增大 横轴截距横轴截距 -1/Km 增大增大 不变不变 减小减小激活剂激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。的物质。 如金属离子、氯离子等如金属离子、氯离子等六、激活剂对反应速度的影响六、激活剂对反应速度的影响 n作用机理：作用机理： 1 1、与酶、作用物结

35、合形成复合物而起促进作用。、与酶、作用物结合形成复合物而起促进作用。 2 2、参与酶活性中心的构成。、参与酶活性中心的构成。 必需激活剂必需激活剂 (essential activator) 非必需激活剂非必需激活剂 (non-essential activator) 第四节第四节 酶的调节酶的调节 1 别构酶（变构酶别构酶（变构酶-allosteric enzyme） 一些小分子物质能够与酶的调节部位或亚基以非共一些小分子物质能够与酶的调节部位或亚基以非共价键形式结合，使酶的构象发生改变，使酶的活性增强价键形式结合，使酶的构象发生改变，使酶的活性增强或减弱，从而调控代谢反应，这种现象称为变构

36、调节，或减弱，从而调控代谢反应，这种现象称为变构调节，受变构调节的酶称为受变构调节的酶称为别构酶别构酶。意义意义快速调节酶活性，快速调节酶活性，在代谢调节中具有在代谢调节中具有重要意义。重要意义。酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性。称为生可逆的共价结合，从而改变酶的活性。称为酶的化学修饰（酶的化学修饰（Chemical modification）或共）或共价修饰价修饰(covalent modification)磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化乙酰化乙酰化/去乙酰化去乙酰化甲基化甲基化

37、/去甲基化。去甲基化。三、酶原与酶三、酶原与酶酶原酶原(zymogen or proenzyme)(zymogen or proenzyme)：无活性的酶前体称无活性的酶前体称 。如胰蛋白酶原、。如胰蛋白酶原、 凝血酶原凝血酶原酶原激活酶原激活：由无活性酶原转变为有活性酶的过程：由无活性酶原转变为有活性酶的过程 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心由专一蛋白酶加工剪切由专一蛋白酶加工剪切, , 水解掉一水解掉一个或几个短肽个或几个短肽, ,重新折叠，重新折叠，在特定条件下在特定条件下赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异

38、异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰胰胰胰蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶原原原原胰胰胰胰蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶为什么不直接以酶形式存在呢？为什么不直接以酶形式存在呢？ 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化避免细胞产生的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，保证并使酶在特定的部位和环境中发

39、挥作用，保证体内代谢正常进行。体内代谢正常进行。例如：急性胰腺炎例如：急性胰腺炎胰腺分泌的胰蛋白酶原被就地激活胰腺分泌的胰蛋白酶原被就地激活酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节 酶蛋白合成可被诱导（酶蛋白合成可被诱导（induction）或阻遏）或阻遏（repression） 酶的降解与一般蛋白质降解途径相同酶的降解与一般蛋白质降解途径相同第六节第六节 酶与医学的关系酶与医学的关系v酶与疾病的发生酶与疾病的发生v酶与疾病的诊断酶与疾病的诊断v酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗一、酶与疾病的关系一、酶与疾病的关系酶与疾病的发生酶与疾病的发生有些疾病的发病机制

40、与酶的缺乏或异常有关有些疾病的发病机制与酶的缺乏或异常有关酶酶酶酶疾病疾病疾病疾病苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶苯丙酮酸尿症苯丙酮酸尿症6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶蚕豆病蚕豆病酪氨酸酶酪氨酸酶白化病白化病细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶氰化物中毒氰化物中毒胆碱酯酶胆碱酯酶有机磷中毒有机磷中毒白化病（缺乏酪 氨酸酶）,不能转化成黑色素皮肤乳白色，毛发淡皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色半透明视网膜缺乏色素。素。苯丙氨酸羟化酶缺陷苯丙酮酸尿症智力低下，智力低下，60%60%患儿患儿有脑电图异常，头发有脑电图异常，头

41、发细黄，皮肤色淡和虹细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿膜淡黄色，惊厥，尿有有“发霉发霉”臭味或鼠臭味或鼠尿味。尿味。胱硫醚合成酶缺陷同型胱氨酸尿症多发性血栓形成，晶多发性血栓形成，晶体脱位，身体瘦长，体脱位，身体瘦长，蜘蛛样指（趾），轻蜘蛛样指（趾），轻中度智力低下中度智力低下酶与疾病的诊断酶与疾病的诊断血清酶活性测定血清酶活性测定 辅助诊断、观察预后辅助诊断、观察预后临床上许多组织器官的疾病表现为血液等体液中酶活性异常临床上许多组织器官的疾病表现为血液等体液中酶活性异常ALT（GPT）肝脏疾患肝脏疾患LDH同工酶谱同工酶谱心肌梗塞、肝癌等心肌梗塞、肝癌等碱性磷酸酶碱性磷酸酶骨与肝脏疾患骨与

42、肝脏疾患酸性磷酸酶酸性磷酸酶前列腺转移癌前列腺转移癌肌酸激酶肌酸激酶心肌梗塞、肌肉疾患心肌梗塞、肌肉疾患替代治疗：替代治疗：消化不良：胃蛋白酶、胰蛋白酶、消化不良：胃蛋白酶、胰蛋白酶、 淀粉酶淀粉酶抗菌治疗：抗菌治疗：磺胺类药物：磺胺类药物： 竞争抑制二氢叶酸合成酶。竞争抑制二氢叶酸合成酶。抗癌治疗：抗癌治疗：氨甲碟啶：竞争抑制二氢叶酸还原酶。氨甲碟啶：竞争抑制二氢叶酸还原酶。对症治疗对症治疗：链激酶、尿激酶链激酶、尿激酶促血栓溶解促血栓溶解调整代谢，纠正紊乱：调整代谢，纠正紊乱： 精神抑郁症患者精神抑郁症患者单胺氧化酶抑制剂单胺氧化酶抑制剂增加兴奋增加兴奋性神经递质。维持平衡。性神经递质。维

43、持平衡。酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗核酶和抗体酶的应用核酶和抗体酶的应用一、核酶一、核酶(ribozyme) 具有生物催化功能的RNA 其他具有催化功能的生物分子其他具有催化功能的生物分子 大多数核酶通过催化大多数核酶通过催化转磷酸酯转磷酸酯和和磷酸二酯键水解反应磷酸二酯键水解反应参与参与RNA自身剪切、加工过自身剪切、加工过程。程。 1981年切赫（年切赫（T.Cech）最先发现的。）最先发现的。 最早发现大肠杆菌大肠杆菌RNaseP的蛋白质部分除去后，在体外高浓度Mg2+存在下，留下的RNA部分（MIRNA）具有与全酶相同的催化活性。 后来发现四膜虫L19RNA在一定条件下能专一地催化寡聚

44、核苷酸底物的切割 与连接，具有核糖核酸酶和RNA聚合酶的活性。 和酶（蛋白质催化剂）相比，细胞内的和酶（蛋白质催化剂）相比，细胞内的RNA催化剂是极少的。催化剂是极少的。 现在已知的几十种天然现在已知的几十种天然RNA催化剂的绝大部分参与催化剂的绝大部分参与RNA的加工和成熟。的加工和成熟。 切赫和阿尔特曼（切赫和阿尔特曼（S.Altman）因对）因对RNA催化剂研究的突出贡献，共获催化剂研究的突出贡献，共获1989年度诺年度诺贝尔化学奖贝尔化学奖 核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了挑战。核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了挑战。 按它们的作用方式可分为按它们的作用方式可

45、分为剪切型剪切型（把（把RNA前体的多余部分切除），和前体的多余部分切除），和剪接型剪接型（把（把RNA前体的内含子部分切除并把不连续的外显子部分连接起来）。前体的内含子部分切除并把不连续的外显子部分连接起来）。 根据所作用的底物不同，又可分成自体催化和异体催化两类。绝大多数根据所作用的底物不同，又可分成自体催化和异体催化两类。绝大多数RNA 催化剂以自身为底物进行自体催化，可以是自我剪切，也可以是自我剪接。催化剂以自身为底物进行自体催化，可以是自我剪切，也可以是自我剪接。 RNA催化剂比酶的催化效率低，有的催化剂比酶的催化效率低，有的RNA催化剂具有多种酶的功能。催化剂具有多种酶的功能。 如

46、原生动物四膜虫的如原生动物四膜虫的rRNA前体的内含子序列具有核糖核酸酶等前体的内含子序列具有核糖核酸酶等5种酶的活性种酶的活性.(核苷酸转移酶活性核苷酸转移酶活性; 磷酸二酯酶活性磷酸二酯酶活性; 磷酸转移酶活性磷酸转移酶活性; RNA限制性内切酶活性限制性内切酶活性;RNA聚合酶活性聚合酶活性 ) 2 2抗体酶：具有催化功能的抗体分子称为抗体酶：具有催化功能的抗体分子称为抗体酶抗体酶(abzyme) (abzyme) 。 通过抗体酶途径可生产新的酶种，催化通过抗体酶途径可生产新的酶种，催化特殊反应。特殊反应。3 3模拟酶：模拟酶：根据酶的作用原理，利用有机化根据酶的作用原理，利用有机化学合

47、成方法，学合成方法，人工合成的具有底物结合部人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。位和催化部位的非蛋白质有机化合物。重要内容：重要内容：1、重要名词：、重要名词：prosthetic group；coenzyme；apoenzyme；active site；isoenzyme；Km；allosteric enzymeallosteric enzyme；zymogen/proenzymezymogen/proenzyme2、适应功能的结构特点、适应功能的结构特点n组成：全酶；辅酶组成：全酶；辅酶/辅基辅基n结构特点：活性中心结构特点：活性中心n调节酶的特点：变构酶；同工酶；酶

48、原激活调节酶的特点：变构酶；同工酶；酶原激活3、重要性质、重要性质n米氏方程与米氏方程与Km n可逆性抑制剂的动力学特点可逆性抑制剂的动力学特点 w易失活易失活: :多数酶的化学本质是蛋白质，故在各种理化因多数酶的化学本质是蛋白质，故在各种理化因素作用下可发生变性，酶丧失催化能力，称为素作用下可发生变性，酶丧失催化能力，称为酶失活。酶失活。酶促反应条件温和酶促反应条件温和（一）酶底物复合物（中间产物学说（一）酶底物复合物（中间产物学说（一）酶底物复合物（中间产物学说（一）酶底物复合物（中间产物学说, , 过渡态）过渡态）过渡态）过渡态）1 1、中间产物学说、中间产物学说、中间产物学说、中间产物

49、学说： E E+S +S E ES S E E+ +P P k1 k2k3ES ES 中间产物中间产物中间产物的催化机理中间产物的催化机理中间产物的催化机理中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述可由诱导契合机制描述可由诱导契合机制描述可由诱导契合机制描述与酶的专一性有关的机制：与酶的专一性有关的机制：利用竞争性抑制是药物设计主要思路蛋白激酶蛋白激酶A (无活性无活性)蛋白激酶蛋白激酶A (有活性有活性)cAMPCCCCRRRR蛋白激酶蛋白激酶A的激活的激活变构酶与变构调节变构酶与变构调节变构酶常为多个亚基构成的寡聚体。变构酶常为多个亚基构成的寡聚体。 第六节第六节第六节第六节 酶活性测定酶活性

50、测定酶活性测定酶活性测定酶的活性酶的活性: : : :指酶催化化学反应的能力指酶催化化学反应的能力指酶催化化学反应的能力指酶催化化学反应的能力; ; ; ;反应速度。反应速度。反应速度。反应速度。酶促反应速度酶促反应速度: :单位时间内底物的消耗或产物单位时间内底物的消耗或产物的生成量来。的生成量来。 酶的活性单位酶的活性单位: :是衡量酶活力大小的尺度。是衡量酶活力大小的尺度。 国际单位国际单位(IU)(IU)：在特定的条件下，每分钟催化在特定的条件下，每分钟催化1 1molmol底物底物转化为产物所需的酶量。转化为产物所需的酶量。 美国一位美国一位4岁小女孩岁小女孩Ashanti DiSi

51、lva,她患了一种严重联她患了一种严重联合免疫缺陷征（合免疫缺陷征（SCID）的疾病，机体对任何微生物都）的疾病，机体对任何微生物都缺乏抵抗力，她只能呼吸过滤了的空气，饮用严格消毒缺乏抵抗力，她只能呼吸过滤了的空气，饮用严格消毒的水和吃严格消毒的食物。的水和吃严格消毒的食物。病因：腺苷酸脱氨酶（病因：腺苷酸脱氨酶（ADA）基因先天遗传缺陷。）基因先天遗传缺陷。 Dr.W.French Anderson 和他的同事在和他的同事在 小女小女 孩的孩的T细胞中插入一个正常的细胞中插入一个正常的 ADA基因，将其注入她的血液系统。基因，将其注入她的血液系统。 正常的正常的T细胞以每月增长细胞以每月增长25%的速度生的速度生 长，改善了她的免疫功能长，改善了她的免疫功能19901990年首次基因疗法年首次基因疗法