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1、第六章第六章 酶酶Enzyme酶的概念：酶的概念：n酶酶是是生生物物体体内内由由活活细细胞胞产产生生的的，具具有有催催化化活活性性和和特特定定空空间间构构象象的的生生物物大大分分子子，包包括括蛋蛋白白质质和和核核酸酸，又又称称为为生生物物催化剂催化剂。（E） 概述概述酶学研究简史酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一一百百余余年年前前，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果。结果。1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Buchner兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提
2、提取取液液，实实现现了发酵。了发酵。1926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。1982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。1995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连连接酶活性的接酶活性的DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。1、催化剂、催化剂 加快化学反应的速度。加快化学反应的速度。2、化学本质、化学本质 生物大分子物质，绝大多数生物大分子物质，绝大多数是蛋白质，少数是是蛋白质，少
3、数是RNA或或DNA。将具有酶活性的核酸及脱氧核酸称为将具有酶活性的核酸及脱氧核酸称为核酶核酶或或脱氧核酶。脱氧核酶。专一作用于抗原，有催化活性的蛋白质称专一作用于抗原，有催化活性的蛋白质称 为为抗体酶抗体酶（Abzyme）。 酶所催化的体内化学反应称为酶所催化的体内化学反应称为酶促反应；酶促反应；被酶催化的物质叫被酶催化的物质叫底物底物（Substrate, S）；）；催化所产生的物质叫催化所产生的物质叫产物产物（Product, P）一、酶的生物学意义一、酶的生物学意义1、酶与一般催化剂的相同点：、酶与一般催化剂的相同点： *在化学反应前后没有质与量的改变；在化学反应前后没有质与量的改变；
4、 *只催化在热力学允许的化学反应；只催化在热力学允许的化学反应； *只加速可逆反应的进程，而不能改变反应的平衡点。只加速可逆反应的进程，而不能改变反应的平衡点。第一节第一节 酶是生物催化剂酶是生物催化剂 （1）不稳定性：不稳定性：酶是蛋白质，对外界环境极敏感。酶是蛋白质，对外界环境极敏感。 任何导致蛋白质变性的因素都会使酶发生变性。任何导致蛋白质变性的因素都会使酶发生变性。 （2）高度催化效率：高度催化效率：使反应加快使反应加快1031017倍倍 （3）高度专一性：高度专一性：酶对所催化的底物有严格的选择性酶对所催化的底物有严格的选择性 2、主要特点、主要特点（4）可调控性：可调控性： （5）
5、酶催化体内某些重要的）酶催化体内某些重要的合成反应。合成反应。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二、酶的专一性二、酶的专一性 （酶对（酶对S的严格选择性）的严格选择性） 一种酶只能作用于一种酶只能作用于一类化合物一类化合物或或一型一型化学键化学键，发生一定的化学反应，生成，发生一定的化学反应，生成 一定一定的产物。这种酶对的产物。这种酶对S的特异要求，即对的特异要求，即对S的的严格选择，称之为严格选择，称之为酶的专一性。酶的专一性。一概念：一概念：二分类：二分类：1、立体化学专一性、立体化学专
6、一性（1）立体异构专一性）立体异构专一性作用于某种旋光异构体（作用于某种旋光异构体（D或或L型其中一种型其中一种）丙酮酸丙酮酸L-乳酸乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（2）几何异构专一性）几何异构专一性酶只能作用于顺反异构体的一种，这种专酶只能作用于顺反异构体的一种，这种专一性称为几何异构专一性。一性称为几何异构专一性。延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸（反丁烯二酸（反丁烯二酸)L（+）苹果酸苹果酸2、非立体化学专一性、非立体化学专一性（1）键专一性：键专一性：作用于一类化学键作用于一类化学键（2）基团专一性：基团专一性：作用于一种基团作用于一种基团各种水解酶类：磷酸酶各种水解酶类：磷酸酶 ROP
7、 酯酶酯酶 R1COOR2 蛋白酶蛋白酶 肽键肽键如胰蛋白酶作用于赖或精氨酸的羧基形成的肽键如胰蛋白酶作用于赖或精氨酸的羧基形成的肽键（3）绝对专一性：绝对专一性：作用一种底物作用一种底物 脲酶脲酶尿素尿素 锁钥学说锁钥学说（Fisher）及及诱导契合学说诱导契合学说（Koshland） 酶酶活活性性中中心心的的某某些些AA残残基基或或基基团团可可在在S诱诱导导下，其下，其空间构象发生变化空间构象发生变化，以使有利于，以使有利于ES的生成。的生成。3、酶作用专一性的机理、酶作用专一性的机理 三、酶的分类与命名三、酶的分类与命名一、酶的分类一、酶的分类 IEC（国际酶学委员会）国际酶学委员会）1
8、961年制定：年制定： 氧化还原氧化还原、转移、水解、裂合、异构、合成、转移、水解、裂合、异构、合成 1 2 3 4 5 6 1、氧化还原酶类：氧化还原酶类： 脱氢或加氢；加氧或脱脱氢或加氢；加氧或脱 氧；电子得失氧；电子得失 2、转移酶类：转移酶类：基团从一个化合物转移到另一个基团从一个化合物转移到另一个 化合物化合物3、水解酶类：水解酶类：水解某类化学键水解某类化学键 4、裂合酶类：裂合酶类：从双键上去掉基团或将基团从双键上去掉基团或将基团 加至双键上；包括加至双键上；包括“裂裂”及及“合合” 5、异构酶类：异构酶类：分子基团重排分子基团重排 6、合成酶类：合成酶类：使二分子缔合使二分子缔
9、合二、酶的命名、酶的命名 一习惯命名法一习惯命名法 酶的来源或特点酶的来源或特点+底物名称底物名称+反应性质反应性质+“酶酶” 水解酶类，用底物名或来源加底物名来命名。水解酶类，用底物名或来源加底物名来命名。 如：蛋白酶（胃蛋白酶，胰蛋白酶）如：蛋白酶（胃蛋白酶，胰蛋白酶） 淀粉酶（唾液淀粉酶，胰淀粉酶）淀粉酶（唾液淀粉酶，胰淀粉酶） 磷酸酶（酸性、碱性磷酸酶）磷酸酶（酸性、碱性磷酸酶）二系统命名法二系统命名法1、一酶一名：、一酶一名：S（S1：S2）+反应类型反应类型 例：醇脱氢酶例：醇脱氢酶 醇：醇：NAD+氧化还原酶氧化还原酶 2、EC（酶号）酶号） 四码分类编号（如四码分类编号（如EC
10、.1.1.1.1） EC . . . 类类 亚类亚类 亚亚类亚亚类 序号序号底物底物底物底物反应的性质反应的性质反应的性质反应的性质 一、酶的化学本质与分子组成一、酶的化学本质与分子组成 单纯酶单纯酶 = 蛋白质蛋白质 结合酶结合酶 = 蛋白质蛋白质+非蛋白质非蛋白质 （全酶）（全酶） （酶蛋白）（辅助因子）（酶蛋白）（辅助因子） 按组成按组成分类分类(holoenzyme) (apoenzyme) (cofactor)第二节第二节 酶的化学本质、结构与功能酶的化学本质、结构与功能 辅酶：辅酶：非共价非共价松散结合，可用透析除去。松散结合，可用透析除去。 辅助因子辅助因子 辅基：辅基：共价牢固
11、共价牢固结合，不能用透析除去。结合，不能用透析除去。 小分子有机物：维生素、铁卟啉小分子有机物：维生素、铁卟啉无机金属离子：无机金属离子：Zn2+、Mn2+、Fe2+ 、Cu2+蛋白质辅酶蛋白质辅酶 化学本质化学本质丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸NADH+ H+NAD+ 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶例如：例如：异柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H+结合酶的酶蛋白或辅助因子单独存在时结合酶的酶蛋白或辅助因子单独存在时无催无催化活性化活性;只有当它们结合为全酶时才具只有当它们结合为全酶时才具有催化活性有催化活性。酶蛋白酶蛋白决定酶的专一性决定酶的专一性，辅助因子，辅助因
12、子决定反应决定反应类型类型。根据酶蛋白特点和分子大小分为：根据酶蛋白特点和分子大小分为：单体酶单体酶只由一条多肽链构成的酶，称为单体酶。只由一条多肽链构成的酶，称为单体酶。(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶由多个相同或不同多肽链亚基以非共价键连由多个相同或不同多肽链亚基以非共价键连接的酶。接的酶。 (oligomeric enzyme)多酶复合体多酶复合体即多酶体系（即多酶体系（multienzyme system), 是是在细胞内由几种不同功能的酶彼此聚合形成。在细胞内由几种不同功能的酶彼此聚合形成。多功能酶多功能酶即由一条多肽链组成却具有多种不同催化即由一条多肽链组成却具有多
13、种不同催化功能的酶。（功能的酶。（P137） (multifunctional enzyme) 二、酶蛋白的结构二、酶蛋白的结构 （一）酶的活性中心和必需基团（一）酶的活性中心和必需基团1、活性中心活性中心酶分子中（表面的局部区域）酶分子中（表面的局部区域） 由必需基团构成的，能直接与底物由必需基团构成的，能直接与底物结合结合并并 发挥发挥催化催化作用的部位。作用的部位。2、活性中心位于酶分子表面，呈口袋或裂缝状。、活性中心位于酶分子表面，呈口袋或裂缝状。 酶酶的的活活性性中中心心3.必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中侧链的化
14、学基团中，一些一些与酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学基团基团。结合基团结合基团活性中心内活性中心内 催化基团催化基团 -COOH、-NH2、 -OH、-SH、咪唑基。咪唑基。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团 SS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) )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
15、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 一些酶活性中心的氨基酸残基一些酶活性中心的氨基酸残基 酶酶 残基总数残基总数 活性中心残基活性中心残基牛胰核糖核酸酶牛胰核糖核酸酶 124 His12, His119, Lys41溶菌酶溶菌酶 129 Asp52, Glu35牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶 238 His46, Asp90, Ser183木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 212 Cys25, His159 弹性蛋白酶弹性蛋白酶 240 His45, Asp93, Ser188枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶 275 His46, Ser2
16、21碳酸酐酶碳酸酐酶 258 His93-Zn-His95 His117 酶活性中心的几点说明酶活性中心的几点说明所占体积小，所占体积小，1%2%；活性中心是个三维实体；活性中心是个三维实体；活性中心可发生空间结构活性中心可发生空间结构的变化的变化诱导契合；诱导契合；位于酶分子表面的裂缝内，位于酶分子表面的裂缝内，内部疏水，有利于催化。内部疏水，有利于催化。 二、酶的辅助因子二、酶的辅助因子（一）无机金属离子对酶的作用。（一）无机金属离子对酶的作用。 1、稳定酶构象，参与组成酶的活性中心、稳定酶构象，参与组成酶的活性中心 2、传递电子：、传递电子： 各种细胞色素（各种细胞色素（Cyt） 3、结
17、合底物（桥梁作用）、结合底物（桥梁作用） EM+S 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ，EMg2+ATP，使丙酮酸磷酸化使丙酮酸磷酸化 4、中和电荷、中和电荷金属酶：金属酶：金属离子和酶蛋白结合牢固金属离子和酶蛋白结合牢固金属活化酶：金属活化酶：酶蛋白不和金属离子结合，但发挥活酶蛋白不和金属离子结合，但发挥活 性时离不开金属离子的存在。性时离不开金属离子的存在。 1、维维生生素素（Vit）概概念念：维维持持细细胞胞正正常常功功能能所所必必需需、但但需需要要量量极极少少、许许多多动动物物体体内内不不能能合合成成而而必必须须由由食食物物提提供的一类低分子有机化合物。供的一类低分子有机化合物。 2、分类：分类：
18、（公认为（公认为13种）种） 脂溶性（脂溶性（4种）：种）：A、D、E、K 水溶性水溶性（9种）种）（二）维生素与辅酶的关系（二）维生素与辅酶的关系B族：族：B1、B2、PP、B6、泛酸、泛酸、 生物素（生物素（H）、）、叶酸、叶酸、 B12 VitC 脂溶性脂溶性维生素的主要生理功用维生素的主要生理功用 VitA 视蛋白的辅基视蛋白的辅基 感光（暗视光）感光（暗视光）（抗干眼病（抗干眼病V） 组织发育和分化组织发育和分化 VitD 1,25(OH)2D3 促进促进Ca、P的吸收的吸收 （抗佝偻病（抗佝偻病V） 与成骨与成骨 VitE 抗氧化，避免脂质过氧抗氧化，避免脂质过氧( (-生生育育酚
19、酚) ) 化化物物的的产产生生，保护生物膜保护生物膜 抗不育（动物）抗不育（动物） VitK 谷氨酸谷氨酸羧化酶的辅羧化酶的辅(凝血凝血V) 助因子，维持凝血因子助因子，维持凝血因子 、的正常水平的正常水平维生素维生素B1维生素维生素B1又名又名硫胺素硫胺素(thiamine)体内活性形式为体内活性形式为焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)（一）化学本质及性质（一）化学本质及性质3、水溶性维生素与辅酶、水溶性维生素与辅酶TPP是是-酮酮酸酸氧氧化化脱脱羧羧酶酶的的辅辅酶酶，也也是转酮醇酶的辅酶。是转酮醇酶的辅酶。在在神神经经传传导导中中起起一一定定的的作作用用，抑抑制制胆胆碱酯酶的活性。碱酯酶的
20、活性。（二）生化作用及缺乏症（二）生化作用及缺乏症1. 生化作用生化作用2. 缺乏症缺乏症脚气病，末梢神经炎脚气病，末梢神经炎维生素维生素B2（二）生化作用及缺乏症（二）生化作用及缺乏症生化作用：生化作用：FMN及及FAD是体内氧化还原是体内氧化还原酶的辅基，主要起氢传递体的作用。酶的辅基，主要起氢传递体的作用。缺乏症：口角炎，唇炎，阴囊炎等。缺乏症：口角炎，唇炎，阴囊炎等。（一）化学本质及性质（一）化学本质及性质维生素维生素B2又名又名核黄素核黄素(riboflavin)体内活性形式为体内活性形式为黄素单核苷酸黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)维生素维生素P
21、P维生素维生素PPPP包括：包括： 尼克酸尼克酸(nicotinic acid) 尼克酰胺尼克酰胺(nicotinamide)体内活性形式：体内活性形式： 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)（一）维生素（一）维生素PP是是NAD+和和NADP+的组成成分的组成成分1.1.生化作用生化作用 NAD+及及NADP+是体内多种是体内多种不需氧脱氢酶不需氧脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶， 起起传传 递氢递氢的作用。的作用。 （二）维生素（二）维生素PP的作用的作用
22、2. 2. 2. 2. 缺乏症缺乏症缺乏症缺乏症: : : : 癞皮病癞皮病泛酸泛酸（一）化学本质及性质（一）化学本质及性质泛酸泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸又名遍多酸体内活性形式为体内活性形式为辅酶辅酶A(CoA) 酰基载体蛋白酰基载体蛋白(ACP)（二）生化作用及缺乏症（二）生化作用及缺乏症CoA及及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与是酰基转移酶的辅酶，参与酰酰基基的转移作用。的转移作用。生物素生物素生化作用生化作用生物素生物素(biotin)是多种是多种羧化酶羧化酶（如丙酮酸（如丙酮酸羧化酶）的辅酶，参与羧化酶）的辅酶，参与CO2的羧化过程。的羧化过程。与羧基结合生与羧基
23、结合生成羧基生物素成羧基生物素与赖氨酸残基与赖氨酸残基- -氨基结合成生物胞氨基结合成生物胞素素维生素维生素B6（一）化学本质及性质（一）化学本质及性质维生素维生素B6包括包括吡哆醇，吡哆醛及吡哆胺吡哆醇，吡哆醛及吡哆胺体内活性形式为体内活性形式为磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛和和磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺（二）生化作用及缺乏症（二）生化作用及缺乏症磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，也是酶，也是 -氨基氨基 -酮戊酸酮戊酸合酶合酶（ALA合酶）合酶）的辅酶。的辅酶。叶酸叶酸生化作用：生化作用：FH4是一碳单位转移酶的辅酶，是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。参
24、与一碳单位的转移。缺乏症：巨幼红细胞贫血缺乏症：巨幼红细胞贫血（一）化学本质及性质（一）化学本质及性质（二）生化作用及缺乏症（二）生化作用及缺乏症叶酸叶酸(folic acid)又称蝶酰谷氨酸又称蝶酰谷氨酸体内活性形式为体内活性形式为四氢叶酸四氢叶酸(FH4)叶酸叶酸二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶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 维生素维生素B12生化作用：生化作用：参与体内甲基转移作用参与体内甲基转移作用缺乏症：巨幼红细胞贫血、神经疾患缺乏症：巨幼红细胞贫血、神经疾患（一）化学
25、本质及性质（一）化学本质及性质维生素维生素B12又称又称钴胺素钴胺素(coholamine)体内活性形式为体内活性形式为甲基钴胺素甲基钴胺素5 -脱氧腺苷钴胺素脱氧腺苷钴胺素（二）生化作用及缺乏症（二）生化作用及缺乏症学名学名 别别 名名辅酶（辅基）形辅酶（辅基）形式式 主要功能主要功能B1硫胺素、抗脚气维硫胺素、抗脚气维生素生素TPP（焦磷酸硫焦磷酸硫胺素胺素）1、a-酮酸脱氢酶酮酸脱氢酶系辅酶系辅酶2、转酮基酶辅酶、转酮基酶辅酶B2核黄素核黄素FMN（黄素单核黄素单核苷酸）、苷酸）、FAD（黄黄素腺嘌吟二核苷酸）素腺嘌吟二核苷酸）递氢体、脱氢递氢体、脱氢酶辅基酶辅基B6吡哆醇、吡哆醛吡哆醇
26、、吡哆醛、吡哆胺吡哆胺P-CHO（磷酸吡磷酸吡哆醛）哆醛）P-CH2NH2（磷酸磷酸吡哆胺）吡哆胺）AA转氨酶转氨酶AA脱羧酶辅酶脱羧酶辅酶泛酸泛酸遍多酸遍多酸CoA（辅酶辅酶A）ACP（酰基载体酰基载体蛋白）蛋白）酰基转移酶辅酶酰基转移酶辅酶参与参与FA合成合成学名学名别名别名辅酶（辅基）辅酶（辅基）形式形式主要功能主要功能PP尼克酸、尼克酸、尼克酰胺尼克酰胺NAD+（Co，尼尼克酰胺腺嘌吟二克酰胺腺嘌吟二核苷酸）核苷酸）NADP+（Co，尼克酰胺腺嘌吟尼克酰胺腺嘌吟二核苷酸磷酸）二核苷酸磷酸）不需氧脱氢酶辅不需氧脱氢酶辅酶酶生物素生物素（生物胞素）（生物胞素）羧化酶辅酶、羧化酶辅酶、CO2
27、载体载体叶酸叶酸FH4(四氢叶酸四氢叶酸)一碳单位代谢辅酶一碳单位代谢辅酶B12钴胺素钴胺素甲基钴胺素甲基钴胺素5-脱氧腺苷钴脱氧腺苷钴胺素胺素氰钴胺素氰钴胺素羟钴胺素羟钴胺素转甲基酶辅酶转甲基酶辅酶参与相邻基团的参与相邻基团的转移反应转移反应 分子较小，有更高的热稳定性。分子较小，有更高的热稳定性。 金属离子、铁硫复合体和血红素是存在于这金属离子、铁硫复合体和血红素是存在于这些蛋白质类辅酶中的反应中心。些蛋白质类辅酶中的反应中心。如：细胞色素是含有血红素辅基的蛋白质类辅酶如：细胞色素是含有血红素辅基的蛋白质类辅酶（三）蛋白质类辅酶（三）蛋白质类辅酶 某些蛋白质起辅酶作用，它们自身不起催化某些
28、蛋白质起辅酶作用，它们自身不起催化作用，但为某些酶所必需，这些酶称作用，但为某些酶所必需，这些酶称基团转移蛋基团转移蛋白白或或蛋白质类辅酶蛋白质类辅酶。（一）酶的活性中心与酶作用的专一性（一）酶的活性中心与酶作用的专一性酶催化的高效率及其对底物的高度专一性的基酶催化的高效率及其对底物的高度专一性的基础是：础是：酶的特殊分子结构。酶的特殊分子结构。酶活性中心的空间结构决定了酶活性中心的空间结构决定了酶的专一性酶的专一性。四、酶的结构与功能四、酶的结构与功能 不同酶的活性中心是不同的，它只能结合并催不同酶的活性中心是不同的，它只能结合并催 化那些与之相适应的底物。化那些与之相适应的底物。（这也说明
29、了酶为什（这也说明了酶为什 么具有专一性）么具有专一性）酶酶底物底物（二）空间结构与催化活性（二）空间结构与催化活性保持活性中心的结构是保持活性中心的结构是维持酶活性必需的维持酶活性必需的。酶原酶原酶原酶原 (zymogen)(zymogen)有些酶有些酶有些酶有些酶( ( ( (大多数是蛋白酶大多数是蛋白酶大多数是蛋白酶大多数是蛋白酶) ) ) )在细胞内合在细胞内合在细胞内合在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。体物质称为酶原。体物质称为酶原。体物质称为酶原。
30、 酶原的激活酶原的激活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。的过程。的过程。（三）酶原的激活（三）酶原的激活 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 S464618183 3甘甘异异缬缬组
31、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。 第三节
32、第三节 酶的作用机制酶的作用机制一、酶能显著降低反应活化能一、酶能显著降低反应活化能 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：底物分子从底物分子从初态初态转变到转变到过渡过渡态态所需的能量。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 中
33、间产物学说中间产物学说 E + SESE + PE + P S 底物（受酶催化的物质）底物（受酶催化的物质） ES酶与底物形成的中间复合物，酶与底物形成的中间复合物，ES 结合为结合为非共价结合非共价结合,中间产物的产中间产物的产 生生降低了反应的活化能降低了反应的活化能，加快了，加快了 反应的速度。反应的速度。二、中间复合物学说和酶作用的过渡态二、中间复合物学说和酶作用的过渡态反应历程：反应历程： A + B AB C+D 反应产物反应产物 中间产物中间产物 产物产物 （初态）（初态） （过渡态）（过渡态） （终态）（终态）酶底物复合物酶底物复合物E+SE+PES( (过渡态过渡态过渡态过渡
34、态) ) E + S ES E + PES E + P 诱导契合诱导契合 趋近效应趋近效应 定向效应定向效应 张力作用张力作用 酸碱催化酸碱催化 共价催化共价催化三、酶作用高效率的机制三、酶作用高效率的机制（一）趋近和定向效应（一）趋近和定向效应（见图）（见图） 当当A、B两两底底物物分分子子结结合合于于酶酶分分子子表表面面的的某某一一区区域域，其其反反应应基基团团互互相相靠靠近近，降降低低了了活活化化能能，称为称为趋近效应。趋近效应。 酶酶可可以以使使反反应应物物在在其其表表面面对对着着特特定定的的基基团团几何地定向，即具有几何地定向，即具有定向效应。定向效应。趋近和定向效应趋近和定向效应（
35、二）底物变形与张力作用：（二）底物变形与张力作用： （见图）（见图） 底物与酶结合后，酶的活性中心的某些基团底物与酶结合后，酶的活性中心的某些基团 可以作用于底物的某些敏感键，从而使底物可以作用于底物的某些敏感键，从而使底物 分子内部产生张力，分子内部产生张力，底物扭曲底物扭曲,键易断裂键易断裂， 促进化学反应的进行促进化学反应的进行。底物变形与张力作用底物变形与张力作用3、共价催化作用、共价催化作用 E与与S形成共价复合物。（不稳定的中间复合形成共价复合物。（不稳定的中间复合 物）亲核催化，亲电子催化物）亲核催化，亲电子催化4、酸碱催化作用、酸碱催化作用 酶可以作为质子供体（酶可以作为质子供
36、体（H，如如ECOOH） 或质子受体（或质子受体（ENH2）或二者或二者 兼之而发挥兼之而发挥 作用。作用。 第四节第四节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 研究反应动力学的原因研究反应动力学的原因为研究酶的结构与功能的关系提供证据；为研究酶的结构与功能的关系提供证据；为研究酶的作用机制提供证据；为研究酶的作用机制提供证据；寻找最有利的反应条件；寻找最有利的反应条件；了解酶在代谢中的作用。了解酶在代谢中的作用。q概念概念研究酶催化反应的速度及各种因素对研究酶催化反应的速度及各种因素对酶促酶促反应速度反应速度的影响，并加以定量的
37、阐述。的影响，并加以定量的阐述。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。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底物物的的消消耗耗量量和和产产物物的的生生成成量量来来表示表示：V=S / t; 或或=P / t研究前提研究前提v 在其他因素不变的情况下，底物浓度在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈对反应速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。一、底物浓度对酶反应速
38、度的影响一、底物浓度对酶反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响是一种底物浓度对反应速度的影响是一种特殊特殊的的饱饱和现象。和现象。E+P酶底物复合物酶底物复合物 E+SES 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，达最大速度；反应为零级反应反应为零级反应S
39、SV VVmaxVmax（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式中间产物中间产物 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 + P 1913年年Michaelis和和Menten推导了米氏方程推导了米氏方程 19131913年年年年MichaelisMichaelis和和和和MentenMenten提提提提出出出出反反反反应应应应速速速速度度度度与与与与底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度关关关关系系系系的的的的数数数数学学学学方方方方程程程程式式式式，即即即即米米米米曼曼曼曼氏氏氏氏方方方方程程程程式，简称米氏方程式式，简称米氏方程式式，简称米氏方程式式，简称米
40、氏方程式(Michaelis equation)(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(Michaelis constant)VmaxS Km + S 米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，的反应为慢反应，反应速度取决于反应速度取决于慢反应慢反应即即 Vk3ES。 (1)S的总浓度远远大于的总浓度远远大于
41、E的总浓度，因此在反应的初始的总浓度，因此在反应的初始阶段，阶段，S的浓度可认为不变的浓度可认为不变。 米曼氏方程只适用于单底物、单产物的酶体系。米曼氏方程只适用于单底物、单产物的酶体系。推导过程推导过程稳态：稳态：是指是指ES的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即 ES恒定。恒定。 K1 (EES) SK2 ES + K3 ESK2+K3 Km （米氏常数）（米氏常数） K1令：令：则则(2)(2)变为变为: : (EES) S Km ES(2)(EES)SK2+K3ES K1整理得：整理得：当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时
42、，即即EES，反应达最大速度反应达最大速度VmaxK3ESK3E (5)ES ESKm + S(3) 整理得整理得: :将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：VmaxS Km + S V 将将(3)(3)代入代入(1) (1) 得得K3ES Km + S (4) V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v Km值的推导值的推导KmS Km值值等于酶促反应速度为最大反应速度一半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 V
43、maxSV VmaxmaxV VSSKKmmV Vmaxmax/2 /2 （二）（二）Km的意义和应用的意义和应用Km的意义的意义 a) Km是酶的特征性常数之一；是酶的特征性常数之一； b) Km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； 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。 （三）（三）m m值的测定值的测定1. 双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)，又，又称为称为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver- Burk)作图法作图法-1/Km 1/V1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V V Vmaxm
44、axS 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 2. Hanes作图法作图法S S S/V S/V -Km KKmm/V/Vm m 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/Vmax max + S/V+ S/Vmax max 20052005年硕士研究生入学考试西医综合科目试题年硕士研究生入学考试西医综合科目试题年
45、硕士研究生入学考试西医综合科目试题年硕士研究生入学考试西医综合科目试题一个简单的酶促反应，当一个简单的酶促反应，当一个简单的酶促反应，当一个简单的酶促反应，当S S KKmm时，出现的现时，出现的现时，出现的现时，出现的现象是：象是：象是：象是：A. A. 反应速度最大反应速度最大反应速度最大反应速度最大 B. B. 反应速度太慢难以测定反应速度太慢难以测定反应速度太慢难以测定反应速度太慢难以测定C. C. 反应速度与底物浓度成正比反应速度与底物浓度成正比反应速度与底物浓度成正比反应速度与底物浓度成正比D. D. 增加底物浓度反应速度不变增加底物浓度反应速度不变增加底物浓度反应速度不变增加底物
46、浓度反应速度不变E. E. 增加底物浓度反应速度降低增加底物浓度反应速度降低增加底物浓度反应速度降低增加底物浓度反应速度降低血糖浓度低时，脑仍能摄取葡萄糖而肝不能是因为：血糖浓度低时，脑仍能摄取葡萄糖而肝不能是因为：血糖浓度低时，脑仍能摄取葡萄糖而肝不能是因为：血糖浓度低时，脑仍能摄取葡萄糖而肝不能是因为：A. A. 脑细胞膜葡萄糖载体易将葡萄糖转运入细胞脑细胞膜葡萄糖载体易将葡萄糖转运入细胞脑细胞膜葡萄糖载体易将葡萄糖转运入细胞脑细胞膜葡萄糖载体易将葡萄糖转运入细胞 B. B. 脑己糖激酶的脑己糖激酶的脑己糖激酶的脑己糖激酶的KmKm值低值低值低值低C. C. 肝葡萄糖激酶的肝葡萄糖激酶的肝
47、葡萄糖激酶的肝葡萄糖激酶的KmKm值低值低值低值低D.D.葡萄糖激酶具有特异性葡萄糖激酶具有特异性葡萄糖激酶具有特异性葡萄糖激酶具有特异性E. E. 血脑屏障在血糖低时不起作用血脑屏障在血糖低时不起作用血脑屏障在血糖低时不起作用血脑屏障在血糖低时不起作用 pH对对V的关系曲线：的关系曲线：V0714pH二、二、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响二、二、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响q最适最适pH (optimum pH)：酶催化活性最酶催化活性最大时的环境大时的环境pH0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
48、酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶 246810应用应用最适最适pHpH不是酶的特征性常数不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓，它受底物浓度、缓冲液的种类与浓度、以及酶的纯度等因素的影响。冲液的种类与浓度、以及酶的纯度等因素的影响。除少数例外，体内多数酶的最适除少数例外，体内多数酶的最适pHpH接近中性。接近中性。pHpH影影响响酶酶蛋蛋白白、辅辅酶酶及及底底物物的的解解离离，最最终终影影响响酶蛋白与辅酶的结合及酶与底物的结合。酶蛋白与辅酶的结合及酶与底物的结合。过高、过低的过高、过低的pHpH导致酶蛋白变性。导致酶蛋白变性。q双重影响双重影响温温度度升升高高，酶酶促促反反应应速速度度
49、升升高高；由由于于酶酶的的本本质质是是蛋蛋白白质质，温温度度升升高高，可可引引起起酶酶的的变变性性，从从而而反反应应速速度度降降低低 。 三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响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温度对温度对V影响的表现影响的表现（1）温度较低时，）温度较低时，V随温度升高而增大。随温度升高而增大。（2）使酶促反应）使酶促反应V达到最大时的反应温度称
50、为达到最大时的反应温度称为 酶的最适温度（不是酶的特征性常数）酶的最适温度（不是酶的特征性常数）。 (3) 反应温度达到或超过最适温度后反应温度达到或超过最适温度后,随着反应随着反应 温度的升高温度的升高,V 下降。下降。* * 低温的应用低温的应用一般的酶在低温下活性降低，但酶本身不一般的酶在低温下活性降低，但酶本身不被破坏，其活性可随温度的回升而恢复。被破坏，其活性可随温度的回升而恢复。 四、酶浓度对反应速度的影响四、酶浓度对反应速度的影响当当SE，酶酶可可被被底底物物饱饱和和的的情情况况下下，反反应速度与酶浓度成正比。应速度与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：V = K3 E0 V E
51、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 酶的激活剂（酶的激活剂（activator） 使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质 必需激活剂（必需激活剂（essential activator）为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性。为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性。 MgMg2+2+为为己糖激酶己糖激酶的必需激活剂的必需激活剂 非必需激活剂（非必需激活剂（non-essential activator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的。可以提高酶的催化活性，但不是必需的。 ClCl- -对对唾
52、液淀粉酶唾液淀粉酶的激活作用的激活作用 五、激活剂对反应速度的影响五、激活剂对反应速度的影响六、抑制剂对反应速度的影响六、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 抑制剂对酶有一定抑制剂对酶有一定选择性选择性 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抑制作用抑制作用分类分类不可逆抑制不可逆抑制可逆性抑制可逆性抑制非专一性非专一性 如：巯基酶的抑制如：巯基酶的抑制专一性专一性 如如: 羟基酶的抑制羟基酶
53、的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(一一) 不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用* * 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基团团相相结结合合，使使酶酶失失活活。不不能能用用透透析析、超超滤滤等等方法去除抑制剂使酶恢复活性。方法去除抑制剂使酶恢复活性。 1.1.非专一性不可逆抑制：非专一性不可逆抑制：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) 失活的酶BAL巯基酶BAL与砷剂结合物路易士气巯基酶失活的酶酸有机磷化合物羟基酶失活的酶酸E-O
54、-P +解磷定解磷定E-OH解磷定解磷定+P解救方法：加入解救方法：加入解磷定（PAM） 2. 专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制胆碱酯酶（羟基酶）作用胆碱酯酶（羟基酶）作用:乙酰胆碱乙酰胆碱 乙酸乙酸 + 胆碱胆碱胆碱酯酶胆碱酯酶 乙酰胆碱是神经递质，当胆碱酯酶失活，乙酰胆碱是神经递质，当胆碱酯酶失活，乙酰胆碱在体内堆积，引起胆碱能神经兴奋乙酰胆碱在体内堆积，引起胆碱能神经兴奋性增强的中毒症状。性增强的中毒症状。（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
55、降低低或或丧丧失失；抑抑制剂可用透析、超滤等方法除去。制剂可用透析、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，使使酶酶的的活活性性降降低低。这这种种抑抑制制作作用用称称为为竞争性抑制作用。竞争性抑制作用。Competitive inhibition+E EE ES SI IESESEI
56、EIEPEP * * 特点特点2 2、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；1、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；3、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/S* * 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 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸
57、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四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸核酸核酸核酸核酸2. 2. 非竞争性抑制非竞争性抑制* * 反应模式反应模式E+SE+SESESE+PE+P+ S S S S+ S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P+ +I IE EI I+S +S E EI IS S + +I Inoncompetitive inhibition* * 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
58、制剂的浓度；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 . 反竞争性抑制反竞争性抑制* * 反应模式反应模式E+SE+SE+P E+P ESES+ +I IESESI I+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 各
59、种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 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与与I结合的组分结合的组分EE、ESES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第五节第五节 酶的分离、提纯及活性测定酶的分离、提纯及活性测定1选材：选择含酶最丰富的材料选材：选择含酶最丰富的材料2破碎细胞：
60、破碎细胞： 细胞外酶细胞外酶用水或缓冲液浸泡，得粗抽提液用水或缓冲液浸泡，得粗抽提液 细胞内酶细胞内酶研磨（动物细胞）等研磨（动物细胞）等 超声波（细菌细胞）等超声波（细菌细胞）等 一、酶的分离、提纯一、酶的分离、提纯3抽提：抽提： 用稀盐、稀酸、稀碱溶液；在合适的用稀盐、稀酸、稀碱溶液；在合适的pH范围内，远离范围内，远离pI，温度，温度04；4去核酸、去多糖：去核酸、去多糖： 鱼精蛋白或氯化锰去除核酸，鱼精蛋白或氯化锰去除核酸， 醋酸铅去除粘多糖；醋酸铅去除粘多糖；5纯化：纯化： 去除杂蛋白，利用溶解度，分子大小，去除杂蛋白，利用溶解度，分子大小，电荷性质等的不同，进行分离纯化；电荷性质等
61、的不同，进行分离纯化；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。 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-巯基乙醇。巯基乙醇。 4在分离提纯过程中要不断测定酶活力和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，还要计算蛋白质浓度，从而求得比活力，还要计算总活力。总活力。酶的纯度用比活力表示酶的纯度用比活力表示比活力比活力=活力单位活力单位毫克蛋白毫克蛋白总活力总活力酶的活性酶的活性是指酶催化
62、化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。酶促反应速度酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时可在适宜的反应条件下，用单位时间内间内底物的消耗底物的消耗或或产物的生成量产物的生成量来表示。来表示。 二、酶的活力测定二、酶的活力测定用酶活力测定来定性、定量的原因用酶活力测定来定性、定量的原因酶蛋白含量低；酶蛋白含量低；与多种蛋白混杂，提纯困难，难以直接定量。酶活力与多种蛋白混杂，提纯困难，难以直接定量。酶活力测定更能反映酶的功能状态
63、。测定更能反映酶的功能状态。酶的活力单位酶的活力单位在最适条件下，单位时间内酶催在最适条件下，单位时间内酶催化底物的减少量或产物生成量。化底物的减少量或产物生成量。1961年国际酶学会议规定：年国际酶学会议规定：1个酶活力的个酶活力的国际单位（国际单位（IU）=特定条件下，一特定条件下，一分钟内生成分钟内生成1微摩尔产物的酶量。微摩尔产物的酶量。(1mol/min)1972年国际酶学委员会又推荐年国际酶学委员会又推荐催量催量(Katal, Kat)单位单位:1个个Katal=最适条件下，每秒钟催化最适条件下，每秒钟催化1摩尔底物摩尔底物 的酶量。的酶量。(1mol/sec)1 Kat=6 10
64、7 IU酶活力的习惯单位酶活力的习惯单位一、寡聚酶一、寡聚酶 由由两两个个或或两两个个以以上上，乃乃至至多多达达数数十十个个亚亚基基组组成成的的酶酶称称为为寡寡聚聚酶酶。其其分分子子量量从从3500035000到几百万，可分为几种到几百万，可分为几种不同的类型不同的类型：1 1 含相同亚基的寡聚酶含相同亚基的寡聚酶2 2 含不同亚基的寡聚酶含不同亚基的寡聚酶第六节第六节 重要的酶类重要的酶类1.含相同亚基的寡聚酶目目前前，带带倾倾向向性性的的认认为为单单体体酶酶（仅仅含含一一条条肽肽链链，如如一一些些蛋蛋白白水水解解酶酶、核核糖糖核核酸酸酶酶等等）比比较较少少见见，而而更更普普遍遍的的是是以以
65、寡寡聚聚酶酶的的形形式式存存在在。例例如如，在在糖糖酵酵解解（糖糖的的无无氧氧分分解解代代谢谢）中中的的许许多多酶酶都都是是寡寡聚聚酶酶，各有不同数目的亚基各有不同数目的亚基。2.含不同亚基的寡聚酶双功能寡聚酶双功能寡聚酶具有底物载体亚基的寡聚酶具有底物载体亚基的寡聚酶（1）双功能寡聚酶有的寡聚酶所含的亚基结构不同，每种有的寡聚酶所含的亚基结构不同，每种亚基表现不同的功能，因而亚基表现不同的功能，因而整个酶分子整个酶分子催化两个相关的反应催化两个相关的反应，这种寡聚酶称为，这种寡聚酶称为双功能寡聚酶双功能寡聚酶。 （2）具有底物载体亚基的寡聚酶 在某些寡聚酶中，亚基作为底物载在某些寡聚酶中，亚
66、基作为底物载体而起作用。这种寡聚酶可以看作是由体而起作用。这种寡聚酶可以看作是由具有具有酶活性的蛋白部分酶活性的蛋白部分和作为和作为底物载体底物载体的蛋白部分的蛋白部分组成。组成。 3. 寡聚酶的意义寡聚酶的意义亚基之间互相配合，完成功能；亚基之间互相配合，完成功能；通过亚基之间的聚合与解聚进行活性调节。通过亚基之间的聚合与解聚进行活性调节。二、同工酶二、同工酶(Isoenzyme) 一概念一概念 能催化相同的化学反应，但酶的分子结构、能催化相同的化学反应，但酶的分子结构、 理化性质、免疫学性质乃至生物学功能有所理化性质、免疫学性质乃至生物学功能有所 不同的一组酶。不同的一组酶。 二分布二分布
67、 同工酶可以存在于同一机体的不同组织中，同工酶可以存在于同一机体的不同组织中， 亦存在于同一细胞的不同亚细胞结构中。亦存在于同一细胞的不同亚细胞结构中。n n同工酶是基因分化的产物。同工酶是基因分化的产物。同工酶是基因分化的产物。同工酶是基因分化的产物。n n同工不同功。同工不同功。同工不同功。同工不同功。 n n不同的同工酶其专一性、与底物亲和力及动不同的同工酶其专一性、与底物亲和力及动不同的同工酶其专一性、与底物亲和力及动不同的同工酶其专一性、与底物亲和力及动 力学不同。力学不同。力学不同。力学不同。* * 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
68、 1 LDHLDH5 5) ) NAD+ NADH + H+ OH CH3-CH-COOH CH3-CO-COOH 乳酸乳酸 LDH 丙酮酸丙酮酸每个酶分子有四个亚基；每个酶分子有四个亚基；亚基有两种：亚基有两种：心脏亚基（心脏亚基（H）；）；肌肉亚基（肌肉亚基（M）H HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4) )LDHLDH2 2(H(H3 3M)M) LDHLDH3 3(H(H2 2MM2 2) )LDHLDH4 4(HM(HM3 3) )LDHLDH5 5 (M(M4 4) )乳酸脱氢酶的同工酶
69、乳酸脱氢酶的同工酶乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 LDH5骨骼肌骨骼肌:乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 心肌心肌:LDH1人体各组织器官中人体各组织器官中LDH同工酶的分布同工酶的分布同工酶百分比同工酶百分比组织器官组织器官 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5心肌心肌 67 29 4 1 1肾肾 52 28 16 4 1肝肝 2 4 11 27 56骨骼肌骨骼肌 4 7 21 27 41红细胞红细胞 42 36 15 5 2肺肺 10 20 30 25 15胰腺胰腺 30 15 50 - 5脾脾 10 25 40 25 5子宫子宫 5 25 44 22 4* *生理及临床意义生理及临床意义在代谢
70、调节上起在代谢调节上起着重要的作用；着重要的作用；用于解释发育过用于解释发育过程中阶段特有的代谢程中阶段特有的代谢特征；特征；同工酶谱的改变同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为同工酶可以作为遗传标志，用于遗传遗传标志，用于遗传分析研究。分析研究。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 5三、诱导酶三、诱导酶诱导酶（诱导酶（induced enzyme）：当细胞中）：当细胞中加入特定诱导物质而诱导产生的酶。加入特定诱导物质而诱
71、导产生的酶。诱导物往往是该酶底物的类似物或底物诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。本身。例如：大肠杆菌利用乳糖例如：大肠杆菌利用乳糖共价修饰调节共价修饰调节变构调节变构调节 调节方式调节方式 调节对象调节对象 关键酶关键酶 四、四、 调节酶调节酶 限速反应、限速酶与关键酶限速反应、限速酶与关键酶 概念：概念：在多酶体系催化的代谢途径中，各步酶促在多酶体系催化的代谢途径中，各步酶促 反应的速度不一样。其中，反应速度最慢，决定着反应的速度不一样。其中，反应速度最慢，决定着 整个代谢途径速率的少数一、二步反应，称整个代谢途径速率的少数一、二步反应，称为限速为限速 反应。反应。催化限速反应的酶称为
72、催化限速反应的酶称为限速酶限速酶。限速酶是催化单。限速酶是催化单向反应的酶，其活力大小决定了代谢途径的速率向反应的酶，其活力大小决定了代谢途径的速率乃至代谢方向，故又称为乃至代谢方向，故又称为关键酶关键酶。 限速酶（关键酶）的限速酶（关键酶）的特点特点： 控制整个代谢途径的速率与方向。控制整个代谢途径的速率与方向。 往往在代谢途径的起始反应或分叉点起作往往在代谢途径的起始反应或分叉点起作 用。用。 多受代谢途径终产物的反馈抑制。多受代谢途径终产物的反馈抑制。（一）（一） 酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节共价修饰共价修饰(covalent modification)在在其其他他酶酶的的催催化化作
73、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共共价价结结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。 常见类型常见类型常见类型常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（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
74、 -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ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白（二）变构酶（二）变构酶变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂 变构调节变构调节变构调节变构调节 (allosteric regulation)(allosteric regulation) 变构酶变构酶变构酶变构酶 (allosteric enzyme)(allosteric enzyme) 变构部位变构部位变构部位变构部位 (alloste
75、ric site)(allosteric site)代代谢谢物物可可与与酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的部部位位（变变构构中中心心）可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。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变构酶的形曲线变构酶的形曲线S S S S V V V V 无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂 变构调节的机制变构调节的机制变
76、构酶变构酶催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基变构效应剂：变构效应剂：底物、终产物底物、终产物其他小分子代谢物其他小分子代谢物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 变构效应剂变构效应剂 + + 酶的调节亚基酶的调节亚基酶的构象改变酶的构象改变酶的活性改变酶的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合亚基聚合紧密紧密亚基解聚亚基解聚酶分子多聚化酶分子多聚化 *协同作用协同作用 变变构构酶酶为为多多亚亚基基组组成成，当当一一个个配配体体（调调节节物物或或底底物物分分子子）与与酶酶蛋蛋白白结结合合后后，可可以以影影响响另另一一配配体体与与酶酶的的结合，亚基之间的这种互相
77、影响，称为结合，亚基之间的这种互相影响，称为协同效应协同效应。 同种效应：影响与同一物质（配体）的结合，同种效应：影响与同一物质（配体）的结合， 异种效应：影响与另一物质（配体）的结合异种效应：影响与另一物质（配体）的结合 正协同效应正协同效应 （变构激活）（变构激活） 负协同效应负协同效应 （变构抑制）（变构抑制）影影响响的的方方式式影影响响的的效效果果四、核酶与抗体酶四、核酶与抗体酶 研究发现研究发现RNA分子具有酶的活性，称为核酶，又称为分子具有酶的活性，称为核酶，又称为核糖酶、类酶核糖酶、类酶、酶性酶性RNA。 1、核酶（核酶（ribozyme）：）：具有生物催化活性的具有生物催化活性
78、的RNA。 主要参与主要参与RNA的自我剪接过程。的自我剪接过程。 (一一)核酶核酶 (ribozyme) 1982年美国年美国T. Cech等人发现四膜虫的等人发现四膜虫的rRNA前前体能在完全体能在完全没有蛋白质没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现的情况下进行自我加工，发现RNA有催化活性有催化活性 Thomas Cech, University of Colorado at Boulder, USA 1983年美国年美国S.Altman等研究等研究RNaseP（由（由20%蛋白质和蛋白质和80%的的RNA组成），发现组成），发现RNaseP中的中的RNA可催化可催化E. coli tRN
79、A的前体加工。的前体加工。 Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA Cech和和Altman各自独立地发现了各自独立地发现了RNA的催化活性，并的催化活性，并命名这一类酶为命名这一类酶为ribozyme（核酶），（核酶），2人共同获人共同获1989年诺贝年诺贝尔化学奖。尔化学奖。 3、核酶发现的意义：、核酶发现的意义： 1对研究生命起源和进化有重大意义：对研究生命起源和进化有重大意义：核核 酶大多在古老生物中发现，或许是现代酶大多在古老生物中发现，或许是现代 生物物种内存在的生物物种内存在的“活化石活化石”。 2人工核酶：人工核酶：可用
80、人工合成的核酶连接于可用人工合成的核酶连接于 病原体（如病原体（如RNA病毒）、有害基因（如病毒）、有害基因（如 癌细胞基因）的癌细胞基因）的RNA或或DNA并使其破坏。并使其破坏。（二）抗体酶（二）抗体酶（Catalysis antibody）既有酶活性又有抗体活性的既有酶活性又有抗体活性的模拟酶模拟酶称为抗体酶称为抗体酶抗体酶催化的反应：抗体酶催化的反应：酰基转移反应酰基转移反应水解反应水解反应氨基酸的活化反应氨基酸的活化反应酯水解酯水解酰胺水解酰胺水解第七节第七节 酶在医药学上的应用酶在医药学上的应用一、酶在疾病诊断上的应用一、酶在疾病诊断上的应用（一）血清酶测定应用于肝胆疾病（一）血清
81、酶测定应用于肝胆疾病1、转氨酶、转氨酶2、卵磷脂、卵磷脂-胆固醇转酰基酶（胆固醇转酰基酶（LCAT）3、-谷氨酰转肽酶（谷氨酰转肽酶（ -GT）（二）血清酶测定应用于急性心肌梗塞的诊断（二）血清酶测定应用于急性心肌梗塞的诊断1、LDH同工酶同工酶2、CK同工酶同工酶（三）血清酶测定应用于诊断肿瘤（三）血清酶测定应用于诊断肿瘤1、 GT2、半乳糖基转移酶（、半乳糖基转移酶（Gal T）同工酶同工酶二、酶在疾病治疗上的应用二、酶在疾病治疗上的应用1、帮助消化的酶、帮助消化的酶2、消炎酶、消炎酶3、治疗冠心病用酶、治疗冠心病用酶4、止血酶和抗血栓酶、止血酶和抗血栓酶5、抗肿瘤酶、抗肿瘤酶6、其他酶类
82、药物、其他酶类药物胰弹性蛋白酶等胰弹性蛋白酶等凝血酶及溶栓酶凝血酶及溶栓酶三、固定化酶及其在医药上的应用三、固定化酶及其在医药上的应用（一）（一）概念概念借助于物理和化学的方法把借助于物理和化学的方法把酶束缚在一定空间内并仍具有催化活性的酶酶束缚在一定空间内并仍具有催化活性的酶制剂称为固定化酶。制剂称为固定化酶。 （immobilized enzyme）（二）优点（二）优点1、稳定性提高、稳定性提高2、可反复使用，提高效率，降低成本、可反复使用，提高效率，降低成本3、有一定机械强度，适合现代规模生产、有一定机械强度，适合现代规模生产4、极易和产物分离，可简化产品纯化工艺、极易和产物分离，可简化产品纯化工艺（三）固定化酶的制备方法（三）固定化酶的制备方法1、吸附法、吸附法2、共价结合法、共价结合法3、交联法、交联法4、包埋法、包埋法R-NH2 R-N=N-ENaNO2，HClE如：戊二醛与酶蛋白的交联如：戊二醛与酶蛋白的交联物理吸附：高岭土、磷酸钙凝胶物理吸附：高岭土、磷酸钙凝胶离子吸附：离子吸附：CM-纤维素等载体纤维素等载体（四）固定化酶在医药上的应用（四）固定化酶在医药上的应用1、药物生产中的应用、药物生产中的应用2、亲和层析中的应用、亲和层析中的应用3、医疗上的应用：人工肾、医疗上的应用：人工肾
