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1、目目 录录第第 五五 章章 酶酶酶的概念酶的概念n目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类酶酶 、 核酶（核酶（脱氧核酶）脱氧核酶）n酶是一类由活细胞产生的，酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物对其特异底物具有高效催化作用的具有高效催化作用的蛋白质。蛋白质。酶学研究简史酶学研究简史n公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。n十十九九世世纪纪初初，Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活活动动的的结结果。果。n1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。n1897年年，Buchner兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵
2、母母提提取取液液，实实现现了了发酵。发酵。n1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。n1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提提出出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。n1995年年，Jack W.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连连接酶活性接酶活性DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。CrystalsofCrystalsofpyruvatepyruvate kinasekinase第一节第一节酶的分子结构酶的分子结构一、酶的活性中心一
3、、酶的活性中心必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中中，一些与酶活性密切相关的化学基团一些与酶活性密切相关的化学基团。目目 录录或称活性部位或称活性部位(active site)，指指必需基必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。转化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(active center) 活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团( (binding group) )
4、与底物相结合与底物相结合与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 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 二、酶的辅助因子二、酶的辅助因子三、单纯酶和结合酶三、单纯酶和结合酶蛋白质部分：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
5、有机化合物全酶全酶(holoenzyme)n结合酶结合酶 (conjugated enzyme)n n单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 (simple enzyme)各部分在催化反应中的作用各部分在催化反应中的作用q酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性q辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质n金属酶金属酶(metalloenzyme)q金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。 n金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme) q金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不
6、甚紧密。密。 金属离子的作用金属离子的作用稳定酶的构象；稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。n小分子有机化合物小分子有机化合物n其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。递电子、质子或一些基团。n辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。或维生素类物质。小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用 维生素简介维生素简介
7、n脂溶： A 视黄醛等，感光（夜盲症等） D 麦角钙化醇等，钙吸收（佝偻病等） E 生育酚，抗氧化、生殖、血红素代谢 K 凝血作用n水溶：B族（B1，B2，B6，B12，PP，泛酸，生物素， 叶酸） 硫辛酸 C 抗坏血酸，氧化还原反应 维生素维生素B2生化作用及缺乏症生化作用及缺乏症生化作用：生化作用：FMN及及FAD是体内氧化还原酶的辅基，是体内氧化还原酶的辅基，主要起氢传递体的作用。主要起氢传递体的作用。缺乏症：口角炎，唇炎等。缺乏症：口角炎，唇炎等。核黄素核黄素核黄素核黄素(riboflavin)(riboflavin)Vit B2FMNAMPFAD维生素维生素PP维生素维生素PP包括包
8、括尼克酸尼克酸(nicotinic acid)尼克酰胺尼克酰胺(nicotinamide)生化作用生化作用生化作用生化作用NAD+及及NADP+是是体体内内多多种种脱脱氢氢酶酶（如如苹苹果果酸酸脱脱氢氢酶酶、乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶）的的辅辅酶酶，起起传传递递氢氢的的作作用。用。缺乏症缺乏症缺乏症缺乏症癞皮病癞皮病n尼克酸缺乏患者在早期阶段临床表现可不明显，尼克酸缺乏患者在早期阶段临床表现可不明显，往往有食欲减退、倦怠乏力、体重下降、腹痛不往往有食欲减退、倦怠乏力、体重下降、腹痛不适、消化不良、容易兴奋、注意力不集中、失眠适、消化不良、容易兴奋、注意力不集中、失眠等非特异性病征。当病情进展时，可以
9、出现较典等非特异性病征。当病情进展时，可以出现较典型症状表现为夏秋季日光照射时发作，有时也可型症状表现为夏秋季日光照射时发作，有时也可因辐射及皮肤物理性损伤而诱发。因辐射及皮肤物理性损伤而诱发。 酵母、米糠中最多。豆类、蔬菜、茶、肝、肉等。酵母、米糠中最多。豆类、蔬菜、茶、肝、肉等。不过人体可自色氨酸少量合成之。不过人体可自色氨酸少量合成之。Photos of patients with Niacin deficiencyIndexNAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+ 叶酸叶酸生化作用：生化作用：FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一是一碳单位转移酶的辅
10、酶，参与一碳单位的转移。碳单位的转移。缺乏症：巨幼红细胞贫血缺乏症：巨幼红细胞贫血生化作用及缺乏症生化作用及缺乏症叶酸叶酸叶酸叶酸(folic acid)又称蝶酰谷氨酸又称蝶酰谷氨酸又称蝶酰谷氨酸又称蝶酰谷氨酸叶酸叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+二氢叶酸二氢叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+四氢叶酸四氢叶酸5, 6, 7, 8-四氢叶酸四氢叶酸 泛酸泛酸泛酸泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸又名遍多酸生化作用生化作用 CoA及及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用。移作用。泛酸泛酸泛酰泛酰巯基乙胺巯基乙胺CoA的结构
11、式的结构式目目 录录辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度） 辅酶辅酶 (coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松疏松，可用透析或超滤的可用透析或超滤的方法除去。方法除去。 辅基辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，紧密，不能用透析或超不能用透析或超滤的方法除去滤的方法除去。四、单体酶、寡聚酶、多酶复合体和多功能酶四、单体酶、寡聚酶、多酶复合体和多功能酶n单体酶单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。n寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或
12、不同亚由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。基以非共价键连接组成的酶。n多酶体系（复合体）多酶体系（复合体）(multienzyme system)：由几种由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。n多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。类酶称为多功能酶。五、五、 同工酶同工酶 定义定义同工酶同工酶(is
13、oenzyme)是指催化相同的化学反应，而是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。组酶。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同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细胞结构中，它使不同的组织、器官一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。 COO- COO-C=O +NADH+H+ H C OH +NAD+CH3
14、 CH3LDH丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸LDH 举例：举例：举例：举例：乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH(LDH1 1 LDHLDH5 5) )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 心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1
15、酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断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u酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；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；只能加速可逆反应的进程，而不改变只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。反应的平衡点。一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点1 1、酶促反应高效性酶促反应高效性 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10
16、81020倍倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶酶的的催催化化效效率率可可用用酶酶的的转转换换数数 (turnover number) 来来表表示示。酶酶的的转转换换数数是是指指在在酶酶被被底底物物饱饱和和的的条条件件下下，每每个个酶酶分分子子每每秒秒钟钟将将底底物物转转化化为为产产物物的的分分子子数。数。 根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3 3种类型：种类型：n绝对特异性绝对特异性(absolute specificity
17、)：只能作用于特只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物特定结构的产物 。 n相对特异性相对特异性(relative specificity)：作用于一类化作用于一类化合物或一种化学键。合物或一种化学键。n立体结构特异性立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立体作用于立体异构体中的一种。异构体中的一种。COO- COO-C=O +NADH+H+ H C OH +NAD+CH3 CH3LDH丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸LDH3 3、不稳定性、不稳定性4 4、酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性对酶生成与降解量
18、的调节对酶生成与降解量的调节酶结构酶结构( (催化效力催化效力) )的调节的调节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、二、酶促反应机制酶促反应机制1、酶促反应高效性的机制、酶促反应高效性的机制酶和一般催化剂一样，加速反应的作酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的用都是通过降低反应的活化能活化能 (activation energy) 实现的。实现的。 活化能：活化能
19、：底物分子从初态转变到活化底物分子从初态转变到活化态（过渡态）所需的能量态（过渡态）所需的能量。反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能：活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。H H2 2O O2 2H H2 2O O2 22H2H2 2O+O2O+O2无催化剂时：活化能为无催化剂时：活化能为75600J/mol胶体钯：活化能为胶体钯：活化能为
20、49000J/mol过氧化氢酶：过氧化氢酶：8400J/mol,反应速度增加百万倍以上。反应速度增加百万倍以上。酶底物复合物酶底物复合物 E+SE+PES 邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心 表面效应使底物分子去溶剂化表面效应使底物分子去溶剂化酶的活性中心多是酶分子内部的疏水酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋口袋”，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化脱溶剂化 (desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水
21、化膜分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为种现象称为表面效应表面效应(surface effect)。 酶的催化机制呈多元催化作用酶的催化机制呈多元催化作用1.一般酸一般酸-碱催化作用碱催化作用2.共价催化作用共价催化作用3.金属离子催化作用金属离子催化作用2、酶促反应特异性的机制、酶促反应特异性的机制诱导契合作用使酶与底物密切结合诱导契合作用使酶与底物密切结合酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、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。相互变形和相互适应，进而相
22、互结合。目目 录录羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物目目 录录第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学q概念概念 研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响，并加以定量的影响，并加以定量的阐述。的阐述。 酶促反应速度一般在规定的反应条件下，酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示间内底物的消耗量和产物的生成量来表示q影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。 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。一
23、、底物浓度对酶促反应速度的影响一、底物浓度对酶促反应速度的影响n在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈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；反应为一级反应。应为一级反应。SSV VVmaxVmax目目 录录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；反应为混合级反应。为混合级反应。SSV VVmaxVmax目目 录录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，达最大速度；反应速度不再增加，达
24、最大速度；反应为零级反应反应为零级反应SSV VVmaxVmax目目 录录1、单底物反应的米氏方程、单底物反应的米氏方程中间产物中间产物 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 + S k1k2k3ESE + P1913年年Michaelis和和Menten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，简称米氏方程式式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速度时的反应速度Vmax：最大反应速度最大反应速度(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(
25、Michaelis constant)VmaxS Km + S K2+K3 Km （米氏常数）米氏常数） K1E + S k1k2k3ESE + P2、Km值和值和Vmax值的意义值的意义nKm值的推导值的推导nKm与与Vmax的意义的意义当反应速度为最大反应速度一半时当反应速度为最大反应速度一半时Km值的推导值的推导KmS Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxSV VmaxmaxV VSSKKmmV Vmaxmax/2 /2 VmaxS Km + S n Km与与Vm
26、ax的意义的意义定义：定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。的底物浓度。意义：意义：nKm是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、物和反应环境（如，温度、pH、离子强度）有、离子强度）有关，与酶的浓度无关。关，与酶的浓度无关。 nKm可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；n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。Km值值E + S k1k2k3ESE + PK2+K3 KmK1K2 KmK1一些酶的一些酶的Km值值酶酶底物底物Km（mmo
27、l/L）过氧化氢酶过氧化氢酶H2O225己糖激酶己糖激酶葡萄糖葡萄糖0.15果糖果糖1.5乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸0.017丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸1.3葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖0.058半乳糖苷酶半乳糖苷酶乳糖乳糖4.0定定义义: : 当当酶酶被被底底物物充充分分饱饱和和时时，单单位位时时间间内内每每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。个酶分子催化底物转变为产物的分子数。意义意义: : 可用来比较每单位酶的催化能力。可用来比较每单位酶的催化能力。 n酶的转换数酶的转换数 (turnover number)例例: 10: 10-6 -
28、6mol/Lmol/L的碳酸酐酶溶液在的碳酸酐酶溶液在1 1秒钟内催化生成秒钟内催化生成 0.6mol/L H0.6mol/L H2 2COCO3 3, ,则每秒钟每则每秒钟每1 1分子酶可催化生成分子酶可催化生成6X106X105 5个分子个分子的的H H2 2COCO3 3 V Vmaxmax 0.6mol/LS 0.6mol/LS K3= = = 6X10 K3= = = 6X105 5 S S-1 -1 E 10 E 10-6 -6mol/L mol/L 3、m值和值和max值的测定值的测定双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称又称为为 林林-贝
29、氏贝氏(Lineweaver- Burk)作图法作图法-1/Km V VmaxmaxSS KKmm+S+SV = V = （林贝氏方程）（林贝氏方程） + + 1/V=1/V=KKmmV Vmaxmax 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/V1/Vmaxmax1 1V V1 1S SHanes作图法作图法S S S/V S/V -Km 在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘SSSSS/V=KS/V=Kmm/ /V Vmaxmax + S/+ S/V Vmaxm
30、ax KKmm/ /V Vmaxmax二、酶浓度对反应速率的影响二、酶浓度对反应速率的影响当当SE，酶酶可可被被底底物物饱饱和和的的情情况况下下，反反应应速速度与酶浓度成正比。度与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：V = K3 E0 V E 当当SE时，时，Vmax = k3 E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 VmaxK3ESK3En双重影响双重影响q温度升高，酶促反应速温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低性，从而反应速度降低 。 三、温度对反应速率的影响三、温度对反应速
31、率的影响q最适温度最适温度 (optimum temperature)：酶促反应速度最快时的酶促反应速度最快时的环境温度。环境温度。酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响四、四、pH值对反应速率的影响值对反应速率的影响0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶 246810酶催化活性酶催化活性最高时反应体最高时反应体系的系的pH称为酶称为酶促反应的促反应的最适最适pH (optimum
32、pH)。 五、抑制剂对酶促反应速率的影响五、抑制剂对酶促反应速率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 使必需基团化学性质改变使必需基团化学性质改变不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (compet
33、itive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)（一）不可逆性抑制（剂）（一）不可逆性抑制（剂） 概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以共共价价键键与与酶酶活活性性中中心心的的必必需需基团相结合，使酶失活。基团相结合，使酶失活。 有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒 - - - - - - 解磷定解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒 - - - - - - 二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL) n举例举例有机磷
34、化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BALBAL巯基酶巯基酶BALBAL与砷剂结合物与砷剂结合物（二）（二） 可逆性抑制作用可逆性抑制作用概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶- -底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧丧失失；抑抑制制剂剂可可用用透透析析、超滤等方法除去。超滤等方法除去。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 类型类型类型类型.竞争性抑制作用竞争性抑制作用+IEIE + SE + PES反应模式反应模式定义
35、定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，从从而而阻阻碍碍酶酶底底物物复复合合物物的的形形成成，使使酶酶的活性降低。的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 +E EE ES SI IESESEIEIEPEP 特点特点b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和和力力及底物浓度；及底物浓度；a)I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶酶的的活活性性中心；中心；c)动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km增大。增大。 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V1/SNo
36、inhibitorCompetitiveinhibitorpresent 举例举例 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸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 磺胺类药物的抑菌机制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与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶啶二氢蝶啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸2. 2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 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 抑制剂与抑制剂与酶活
37、性中心以外酶活性中心以外的必需基团结合，不影响酶与底物的必需基团结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物与的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物与抑制剂之间无竞争关系。但酶抑制剂之间无竞争关系。但酶- -底物底物- -抑制剂的复合物不能释放抑制剂的复合物不能释放出产物。出产物。 + S S S S+ S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P 特点特点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合，底底物物与与抑抑制制剂剂之之间间无无竞竞争关系；争关系；b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑制剂的
38、浓度；抑制剂的浓度；c)动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km不变。不变。 抑制剂抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂无抑制剂 别嘌呤醇对黄嘌呤氧化酶有竞争性抑制作用，而别嘌别嘌呤醇对黄嘌呤氧化酶有竞争性抑制作用，而别嘌呤醇在黄嘌呤氧化酶作用下可生成氧嘌呤也即别黄嘌呤对黄呤醇在黄嘌呤氧化酶作用下可生成氧嘌呤也即别黄嘌呤对黄嘌呤氧化酶是非竞争性抑制作用。嘌呤氧化酶是非竞争性抑制作用。黄嘌呤氧黄嘌呤氧化酶化酶黄嘌呤氧黄嘌呤氧化酶化酶黄嘌呤氧黄嘌呤氧化酶化酶别嘌呤醇别嘌呤醇别黄嘌呤别黄嘌呤黄嘌呤氧黄嘌呤氧化酶化酶.反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 反应模式反应模式E+SE+SE+P E
39、+P ESES+ +I IESESI I 抑制剂仅与抑制剂仅与酶与底物形成的中间产物酶与底物形成的中间产物结合，结合，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。从中间产物解离出游离酶和底物的量。+E ES SESESESIESIE EP P 特点：特点：a) a)抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物物复复合物结合；合物结合；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及及底底物的浓度；物的浓度；c)动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km降低。降低。 抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂
40、 如双底物的反应如双底物的反应,任何一个底物的竞争性抑制剂也是另任何一个底物的竞争性抑制剂也是另一底物的反竞争性抑制剂。一底物的反竞争性抑制剂。 各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 六、六、激活剂对酶促反应速率的影响激活剂对酶促反应速率的影响激活剂激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。物质。 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)七、酶活性单位与酶活性的测定七、酶活性单位与酶活性的测定酶活性测定和酶活性单位
41、是定量酶的基础酶活性测定和酶活性单位是定量酶的基础 酶酶的的活活性性是是指指酶酶催催化化化化学学反反应应的的能能力力，其其衡衡量量的标准是酶促反应速率。的标准是酶促反应速率。酶酶促促反反应应速速率率可可在在适适宜宜的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。酶酶的的活活性性单单位位是是衡衡量量酶酶活活力力大大小小的的尺尺度度，它它反反映映在在规规定定条条件件下下，酶酶促促反反应应在在单单位位时时间间（s、min或或h）内内生生成成一一定定量量（mg、g、mol等等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。的产物或消耗一定数量的
42、底物所需的酶量。 在特定的条件下，每分钟催化在特定的条件下，每分钟催化1mol底物底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。转化为产物所需的酶量为一个国际单位。 催量催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使是指在特定条件下，每秒钟使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。 kat与与IU的换算：的换算： 1 IU=16.6710-9 katn国际单位国际单位(IU)n催量单位催量单位(katal)第第 四四 节节 酶酶 的的 调调 节节酶酶(结构结构)活性的调节（快速调节）活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节） 调节方式调节方式 调节对象调节对象
43、 关键酶关键酶一、酶的结构调节一、酶的结构调节1、变构调节、变构调节n变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂n 变构调节变构调节n变构酶变构酶 (allosteric enzyme)n变构部位变构部位 (allosteric site)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变变酶的催化活性，此种调节方式称酶的催化活性，此种调节方式称变构调节变构调节。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，具有协同效应
44、具有协同效应 变构激活变构激活变构激活变构激活变构抑制变构抑制变构抑制变构抑制 变构酶的形曲线变构酶的形曲线S S S S V V V V 变构酶变构酶变构酶变构酶酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。RRCCRRR RC CC C酶活性增加酶活性增加/ /降低降低-生理小分子物质：代谢产物、底物等生理小分子物质：代谢产物、底物等 酶分子酶分子2、化学修饰调节、化学修饰调节化学修饰化学修饰在在其其他他酶酶的的催催化化作作用用下下，某某些些酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上的的一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆的的
45、共共价价结结合合，从而改变酶的活性，此过程称为化学从而改变酶的活性，此过程称为化学( (共价共价) )修饰。修饰。 常见类型常见类型磷酸化与脱磷酸化磷酸化与脱磷酸化（最常见）（最常见）乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化SHSHSHSH与与与与S S S SS S S S互变互变互变互变 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSer
46、Tyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白由磷酸化诱发的级联反应由磷酸化诱发的级联反应CascadenSnP1 Enzyme3、酶原的激活、酶原的激活酶原酶原 (zymogen)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。 酶原的激活酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。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 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几
47、个短肽掉一个或几个短肽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异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S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 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挥作用，保证体内代谢正常进行。体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存
48、形式。在需要有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。化作用。二、二、酶含量的调节酶含量的调节1、酶蛋白合成、酶蛋白合成诱导作用诱导作用(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)2、酶降解的调控、酶降解的调控 溶酶体蛋白酶水解途径溶酶体蛋白酶水解途径 非溶酶体蛋白酶水解途径非溶酶体蛋白酶水解途径第五节第五节 酶的命名与分类酶的命名与分类一、酶可根据其催化的反应类型予以分类一、酶可根据其催化的反应类型予以分类1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类转移酶类 (t
49、ransferases )3.水解酶类水解酶类 (hydrolases)4.裂解酶类裂解酶类 (lyases)5.异构酶类异构酶类( isomerases)6.合成酶类合成酶类 (ligases, synthetases)二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称系统名称系统名称 (systematic name)推荐名称推荐名称 (recommended name) 一些酶的命名举例一些酶的命名举例第六节第六节酶与医学的关系酶与医学的关系一、一、酶和疾病发生的关系酶和疾病发生的关系 酶的质、量与活性的异常均可引起某些疾病酶的质、量与活性的异常均可引起某些疾病有些
50、疾病的发病机理直接或间接和酶的异常或酶活性受有些疾病的发病机理直接或间接和酶的异常或酶活性受到抑制相关。到抑制相关。 许多疾病也可引起酶的异常，这种异常又使病情加重。许多疾病也可引起酶的异常，这种异常又使病情加重。 激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。 酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。 二、酶在疾病的诊断中的应用二、酶在疾病的诊断中的应用1、酶作为诊断指标、酶作为诊断指标2、酶作为诊断工具、酶作为诊断工具三、酶在疾病的治疗中的应用三、酶在疾病的治疗中的应用 血清酶对某些疾病的诊断具有更重要的价值血清酶对某些疾病
51、的诊断具有更重要的价值血清酶血清酶酶水平的改变酶水平的改变病毒性病毒性肝炎肝炎胆管胆管阻塞阻塞肌营养肌营养不良不良急性心急性心肌梗死肌梗死急性胰急性胰腺炎腺炎肿瘤转移到肿瘤转移到其他其他肝肝骨骨胆碱酶酯胆碱酶酯 或或 有机磷化合有机磷化合物中毒物中毒 丙氨酸转氨酶丙氨酸转氨酶 或或 或或 天冬氨酸转氨酶天冬氨酸转氨酶 碱性磷酸酶碱性磷酸酶 骨疾病，骨骨疾病，骨折折酸性磷酸酶酸性磷酸酶 或或 前列腺癌前列腺癌乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 或或 巨幼红细胞巨幼红细胞性贫血性贫血肌酸激酶肌酸激酶 脂酶脂酶 小肠穿孔小小肠穿孔小肠穿孔肠穿孔淀粉酶淀粉酶 -谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶 酶和某些疾病的治疗关系密切酶
52、和某些疾病的治疗关系密切许多药物可通过抑制生物体内的某些酶来达到许多药物可通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗目的。治疗目的。 通过阻断相应的酶活性，以达到遏制肿瘤生长通过阻断相应的酶活性，以达到遏制肿瘤生长的目的。的目的。 酶还可以直接用于治疗目的。酶还可以直接用于治疗目的。 酶作为试剂用于临床检验和科学研究酶作为试剂用于临床检验和科学研究酶酶法法分分析析即即酶酶偶偶联联测测定定法法(enzyme coupled assays)，是是利利用用酶酶作作为为分分析析试试剂剂，对对一一些些酶酶的的活活性性、底底物物浓浓度度、激激活活剂剂、抑抑制制剂剂等等进进行行定量分析的一种方法。定量分析的一种方法
53、。 酶法分析是以酶作为工具对化合物和酶活酶法分析是以酶作为工具对化合物和酶活性进行定量分析的一种方法性进行定量分析的一种方法 小结小结酶的定义酶的定义 酶的分子组成酶的分子组成 酶酶的的活活性性中中心心的的定定义义；必必需需基基团团、结结合合基基团团、催催化化基基团团、活活性性中中心外的必需基团及各种基团的功能。心外的必需基团及各种基团的功能。酶促反应特点酶促反应特点酶促反应具有高效性的原因酶促反应具有高效性的原因底物浓度对反应速度的影响：底物浓度对反应速度的影响：米氏方程式、米氏方程式、Km与与Vmax的的意义意义 酶浓度、温度、酶浓度、温度、pH、抑制剂对反应速度的影响抑制剂对反应速度的影响可逆性抑制作用中的：可逆性抑制作用中的： 竞竞争争性性抑抑制制、非非竞竞争争性性抑抑制制、反反竞竞争争性性抑抑制制的的定定义义；对对Km和和Vmax的的影响；酶竞争性抑制在医学上的应用。影响；酶竞争性抑制在医学上的应用。酶原与酶原的激活；酶原与酶原的激活；变构调节和变构酶；变构调节和变构酶；酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节 同工酶同工酶 酶的分类酶的分类
