第三章 酶与辅酶

1、 酶酶 目录：目录： 酶的基本性质 酶的命名和分类 酶反应动力学 酶的抑制作用 酶的作用机理 什么是酶？什么是酶？ l酶是生物体内具有催化活性的，有酶是生物体内具有催化活性的，有 特殊空间构像的生物大分子，包括特殊空间构像的生物大分子，包括 蛋白质和核酸。蛋白质和核酸。 l酶是生活细胞产生的以蛋白质为主酶是生活细胞产生的以蛋白质为主 要成分的要成分的生物生物催化剂催化剂。 酶和一般催化剂的共性酶和一般催化剂的共性 l1.1.用量少而催化效率高；用量少而催化效率高； l2.2.它能够改变化学反应的速度，但是它能够改变化学反应的速度，但是 不能改变化学反应平衡。不能改变化学反应平衡。 l3.3.只

2、能催化热力学允许的反应，在反只能催化热力学允许的反应，在反 映前后不发生改变。映前后不发生改变。 酶催化作用特性酶催化作用特性 l1 1高效性高效性 l2 2专一性专一性 l3 3反应条件温和反应条件温和 l4. 4. 酶的催化活性可调节控制酶的催化活性可调节控制 酶的催化特性酶的催化特性 l 高效性高效性 是化学催化剂的是化学催化剂的10107_ 7_10 1013 13倍 倍 例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解 2 2H H2 2O O2 2 2H 2H2 2O + OO + O2 2 v用用FeFe3+ 3+催化，效率为 催化，效率为6 61010-4 -4 mol/ mol/molm

3、olS S，而用过氧化而用过氧化 氢酶催化，效率为氢酶催化，效率为6 610106 6 mol/ mol/molmolS S。 v - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克结晶酶在克结晶酶在6565 C C条件下条件下 可催化可催化2 2吨淀粉水解。吨淀粉水解。 酶的催化特性酶的催化特性 l专一性专一性( (特异性特异性) ) v 酶的专一性酶的专一性是指酶在催化生化反应时对是指酶在催化生化反应时对底物底物的选择的选择 性，即一种酶只能作用于某性，即一种酶只能作用于某一类一类或或某一种某一种特定的物特定的物 质。亦即酶只能催化某一类或某一种化学反应质。亦即酶只能催化某一类或某一种

4、化学反应。 例如：例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水 解；核酸酶催化核酸的水解。解；核酸酶催化核酸的水解。 l 酶的专一性酶的专一性 Specificity又称为特异性，又称为特异性， 是指酶在催化生化反应时对底物的选择是指酶在催化生化反应时对底物的选择 性。根据专一性的不同又可分为：性。根据专一性的不同又可分为： l （1) 1) 绝对专一性绝对专一性 l （2 2）相对专一性）相对专一性 l （3 3）立体异构专一性）立体异构专一性 l 2 2专一性专一性 （1 1） 绝对专一性绝对专一性 l有些酶对底物的要求非常严格，只作有些酶对底

5、物的要求非常严格，只作 用于一个特定的底物。这种专一性称用于一个特定的底物。这种专一性称 为绝对专一性为绝对专一性（Absolute specificity)。 l有些酶的作用对象不是一种底物，而是有些酶的作用对象不是一种底物，而是 一类化合物或一类化学键。这种专一性一类化合物或一类化学键。这种专一性 称为相对专一性称为相对专一性(Relative Specificity)。 l包括包括族族(group)专一性。专一性。如如 -葡萄糖苷葡萄糖苷 酶，催化由酶，催化由 -葡萄糖所构成的糖苷水解，葡萄糖所构成的糖苷水解， 但对于糖苷的另一端没有严格要求。但对于糖苷的另一端没有严格要求。 l和键和键

6、(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水专一性。如酯酶催化酯的水 解，对于酯两端的基团没有严格的要求。解，对于酯两端的基团没有严格的要求。 （2）相对专一性）相对专一性 （3 3）立体化学专一性）立体化学专一性 l酶的一个重要特性是能专一性地与手酶的一个重要特性是能专一性地与手 性底物结合并催化这类底物发生反应。性底物结合并催化这类底物发生反应。 l例如，淀粉酶只能选择性地水解例如，淀粉酶只能选择性地水解D D 葡萄糖形成的葡萄糖形成的1 1，4 4糖苷键糖苷键 I, I, 光学专一性光学专一性 O Opticalptical Specificity Specificity Stereochemi

7、calStereochemical Specificity Specificity 几何专一性几何专一性 l有些酶只能选择性催化某种几何异构有些酶只能选择性催化某种几何异构 体底物的反应，而对另一种构型则无体底物的反应，而对另一种构型则无 催化作用。催化作用。 l如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸 水合生成苹果酸，对马来酸则不起作水合生成苹果酸，对马来酸则不起作 用。用。 geometrical specificitygeometrical specificity 酶的催化特性酶的催化特性 l反应条件温和反应条件温和 v酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 p

8、H 5-8 水溶液中进行，反应温水溶液中进行，反应温 度范围为度范围为20-4020-40 C C 。 v高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的 失活。失活。 酶的催化特性酶的催化特性 l酶易失活酶易失活 v凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱 高温等条件都能使酶破坏而完全失去活高温等条件都能使酶破坏而完全失去活 性。性。 v所以酶作用一般都要求比较温和的条件所以酶作用一般都要求比较温和的条件 如常温、常压和接近中性的酸碱度。如常温、常压和接近中性的酸碱度。 酶的催化特性酶的催化特性 l 酶活力可调节控制酶活力可调节

9、控制 v如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及 激素控制等激素控制等. . v某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关. 酶的组成酶的组成 l单纯蛋白酶单纯蛋白酶：它们的组成为单一蛋白质：它们的组成为单一蛋白质. . l 结合蛋白酶结合蛋白酶： 酶蛋白酶蛋白+ +辅因子辅因子( (辅酶和辅基辅酶和辅基) ) l 酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为 全酶。单纯的酶蛋白无催化功能全酶。单纯的酶蛋白无催化功能. . 全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 辅助因子辅助因子 辅助

10、因子辅助因子 与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物 与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。 金属离子作为辅助因子。金属离子作为辅助因子。金属离子金属离子 辅酶辅酶 辅基辅基 酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有 催化活性。催化活性。 酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、原子或某些化酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、原子或某些化 学基团的载体决定反应的性质。学基团的载体决定反应的性质。 酶的组成酶的组成 辅酶在酶促反应中的作用特点

11、辅酶在酶促反应中的作用特点 l 辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。 l 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定 地地 催某一类型的反应。催某一类型的反应。 l 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合 形成不同的全酶。形成不同的全酶。 l 一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化 的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了 所催化的底物类型（底物专一性）。所催化的底物类型（底物专一性）。 酶分子中的金属离子酶分子中的金属离

12、子 l 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类： 金属酶和金属激酶。金属酶和金属激酶。 l 在金属酶中在金属酶中, ,酶蛋白与金属离子结合紧密。如酶蛋白与金属离子结合紧密。如 FeFe2+ 2+/ Fe / Fe3+ 3+ 、 、CuCu+ +/Cu/Cu3 3 、ZnZn2+ 2+ 、 、MnMn2+ 2+、 、CoCo2 2 等。等。 l 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶 促反应中传递电子，原子或功能团。促反应中传递电子，原子或功能团。 金属酶中的金属离子与配体金属酶中的金属离子与配体 l金属离子金

13、属离子 配体配体 酶或蛋白酶或蛋白 l MnMn2 2 咪唑咪唑 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 lFeFe2+ 2+/Fe /Fe3+ 3+ 卟啉环，咪唑，卟啉环，咪唑， 血红素，血红素， l 含硫配体含硫配体 氧化氧化- -还原酶，还原酶， l 过氧化氢酶过氧化氢酶 lCuCu+ +/Cu/Cu2+ 2+ 咪唑，酰胺咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 lCoCo2+ 2+ 卟啉环卟啉环 变位酶变位酶 lZnZn2+ 2+ -NH -NH3 3，咪唑，（，咪唑，（-RS-RS）2 2 碳酸酐酶，醇脱氢酶碳酸酐酶，醇脱氢酶 lPbPb2 2 -SH d- -SH d-氨基氨基- g- g-酮戊

14、二酸脱水酶酮戊二酸脱水酶 lNiNi2 2 -SH -SH 尿酶尿酶 金属激酶中的金属离子金属激酶中的金属离子 l 激酶是一种磷酸化酶类，在激酶是一种磷酸化酶类，在ATPATP存在下存在下催催 化葡萄糖，甘油等磷酸化。化葡萄糖，甘油等磷酸化。 l 其中的金属离子与酶的结合一般较松散。其中的金属离子与酶的结合一般较松散。 在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。 l 如如NaNa+ + 、 、K K+ +、 MgMg2+ 2+、 、 CaCa2+ 2+ 等。金属离子对 等。金属离子对 酶有一定的选择性酶有一定的选择性, ,某种金属只对某一种或某种金属只对某一种或

15、几种酶有激活作用。几种酶有激活作用。 水溶性维生素与辅酶水溶性维生素与辅酶 l辅酶是一类具有特殊化学结构和功能辅酶是一类具有特殊化学结构和功能 的小分子化合物。参与的酶促反应主的小分子化合物。参与的酶促反应主 要为氧化要为氧化- -还原反应或基团转移反应。还原反应或基团转移反应。 l大多数辅酶的前体主要是大多数辅酶的前体主要是水溶性水溶性B B族族 维生素维生素。许多维生素的生理功能与辅。许多维生素的生理功能与辅 酶的作用密切相关。酶的作用密切相关。 维生素维生素 l 维生素是机体维持正常生命活动所必不维生素是机体维持正常生命活动所必不 可少的一类有机物质。可少的一类有机物质。 l 维生素一般

16、习惯分为维生素一般习惯分为脂溶性脂溶性和和水溶性水溶性两两 大类。其中脂溶性维生素在体内可直接大类。其中脂溶性维生素在体内可直接 参与代谢的调节作用，参与代谢的调节作用，而水溶性维生素而水溶性维生素 是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。 (1) (1) 维生素维生素PPPP l 菸酸和菸酰胺，在体内转变为辅酶菸酸和菸酰胺，在体内转变为辅酶I I和和 辅酶辅酶IIII。 l能维持神经组织的健康。缺乏时表现出能维持神经组织的健康。缺乏时表现出 神经营养障碍，出现皮炎。神经营养障碍，出现皮炎。 N COOH N CONH2 (1) (1) 维生素维生素PPPP和和NA

17、DNAD 和和NADPNADP l NADNAD ( (烟酰胺烟酰胺- -腺嘌呤二核苷酸，又称为腺嘌呤二核苷酸，又称为辅辅 酶酶I I) ) 和和NADPNADP ( (烟酰胺烟酰胺- -腺嘌呤磷酸二核苷酸腺嘌呤磷酸二核苷酸, , 又称为又称为辅酶辅酶IIII ) )是维生素烟酰胺的衍生物，是维生素烟酰胺的衍生物， O CH2OPOPOCH2 OHOH O O O-O- N+ CONH2 O OHOH(OPO3H2) N N NH2 N N 是多种重要脱氢酶的辅酶。是多种重要脱氢酶的辅酶。 (2)(2)核黄素（核黄素（VB2)VB2) l核黄素核黄素( (维生素维生素B2)B2)由核糖醇和由核

18、糖醇和6 6，7-7-二甲基异咯嗪两二甲基异咯嗪两 部分组成。部分组成。 l缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口 腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。 N C C NH N N O O CH2CHCHCHCH2OPOH OHOHOHO OH CH3 CH3 (2)(2)核黄素和核黄素和 FADFAD和和FMNFMN lFAD(FAD(黄素黄素- -腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸) )和和FMN(FMN(黄素单核苷黄素单核苷 酸酸) )是核黄素是核黄素( (维生素维生素B2)B2)的衍生物，的衍生物， CH3 CH3

19、N C C NH N N O O CH2CHCHCHCH2OPO OHOHOHO OH O CH2 OHOH N N NH2 N N FMN FAD 功能：在脱氢酶催化的氧化在脱氢酶催化的氧化- - 还原反应中，起着电子和质子还原反应中，起着电子和质子 的传递体作用。的传递体作用。 (3) (3) 泛酸和辅酶泛酸和辅酶A(CoAA(CoA) ) l维生素维生素(B3)-(B3)-泛酸是由泛酸是由 ， - -二羟基二羟基- - - -二甲基丁二甲基丁 酸和一分子酸和一分子 - - 丙氨酸缩合而成丙氨酸缩合而成。 CH2C CH3 CH3 CH OH C O NHCH2CH2C OH COOH O

20、 (3) (3) 泛酸和辅酶泛酸和辅酶A(CoAA(CoA) ) l辅酶辅酶A A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶， 它的前体是维生素它的前体是维生素(B3)(B3)泛酸。泛酸。 CH2C CH3 CH3 CH OH C O NHCH2CH2CNHCH2CH2SH O O OOHP O OH HO N N NH2 N N O P O OOH POO OH CH2 功能：是传递酰基，是形成代谢功能：是传递酰基，是形成代谢 中间产物的重要辅酶。中间产物的重要辅酶。 (4) (4) 叶酸和四氢叶酸叶酸和四氢叶酸(FH(FH4 4或或THFA)THFA) l四氢叶

21、酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸四氢叶酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸( (又称为蝶酰又称为蝶酰 谷氨酸，维生素谷氨酸，维生素B11)B11)。 N N H2N OH N N H H CH2 H H H NHC O NHCHCOOH CH2 CH2 COOH n四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH-CH3 3, -CH, -CH2 2-, -, -CHO -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。等的载体，参与多种生物合成过程。 (5) (5) 硫胺素硫胺素 l硫胺素硫胺素( (维生素维生素B1)B1)在体内以在体内以焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)(T

22、PP)形形 式存在式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、 心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。 Cl- N+ S CH3 CH2CH2OH N N NH2 H3C CH2 (5) (5) 硫胺素和焦磷酸硫胺素硫胺素和焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP) l焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶，它的前体是硫胺焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶，它的前体是硫胺 素素( (维生素维生素B1)B1)。 N N NH2 H3C CH2N+ S CH3 CH2CH2OPO O P OH OH O OH Cl- 功能：催化酮酸的脱羧反应功能：催化酮酸的脱羧反应

23、(6)(6)吡哆素吡哆素 l吡多素吡多素( (维生素维生素B6B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺) )。 N H3C HO CH2NH2 CH2OH N H3C HO CHO CH2OH (6)(6)吡哆素和磷酸吡哆素吡哆素和磷酸吡哆素 l磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。 N H3C HO CHO CH2OPOH O OH N H3C HO CH2NH2 CH2OPOH O OH 磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺 n磷酸吡多素是磷酸吡多素是转氨酶转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和 磷酸吡多胺的相

24、互转换，起转移氨基的作用。磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。 (7) (7) 生物素生物素 l生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种B B族维生素族维生素B7B7。 HNNH C O CHH2C S (CH2)4COOH 生物素的功能是作为生物素的功能是作为COCO2 2的递体，在生物合成中起传递和的递体，在生物合成中起传递和 固定固定COCO2 2的作用。的作用。 (8) (8) 维生素维生素B B12 12辅酶 辅酶 l维生素维生素B B12 12又称为钴胺素。 又称为钴胺素。 维生素维生素B B12 12分子中与 分子中与Co+Co+ 相连的相连的

25、CNCN基被基被5-5-脱氧脱氧 腺苷所取代，形成维生腺苷所取代，形成维生 素素B B12 12辅酶。 辅酶。 l维生素维生素B B12 12辅酶的主要功 辅酶的主要功 能是作为能是作为变位酶变位酶的辅酶，的辅酶， 催化底物分子内基团催化底物分子内基团 ( (主要为甲基主要为甲基) )的变位反的变位反 应。应。 (9) (9) 辅酶辅酶Q(CoQQ(CoQ) ) l辅酶辅酶Q Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的 线粒体中，其结构为：线粒体中，其结构为： O O CH3O CH3O CH3 (CH2CH CCH2)nH CH3 n=6-10 n辅酶辅酶Q Q的

26、活性部分是它的醌环结构，主要功能是的活性部分是它的醌环结构，主要功能是 作为线粒体呼吸链作为线粒体呼吸链氧化氧化- -还原酶还原酶的辅酶，在酶与的辅酶，在酶与 底物分子之间传递电子。底物分子之间传递电子。 酶的命名及分类酶的命名及分类 l(1)(1)习惯命名法习惯命名法: : l1,1,根据其催化底物来命名；根据其催化底物来命名； l2,2,根据所催化反应的性质来命名；根据所催化反应的性质来命名； l3,3,结合上述两个原则来命名，结合上述两个原则来命名， l4,4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它 特点。特点。 1.1.酶的命名酶的命名 (2)(2

27、)国际系统命名法国际系统命名法 l系统名称包括底物名称、构型、反应性质，系统名称包括底物名称、构型、反应性质， 最后加一个酶字最后加一个酶字。 l例如：例如： l习惯名称习惯名称: :谷丙转氨酶谷丙转氨酶 l系统名称系统名称: :丙氨酸：丙氨酸： - -酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 l酶催化的反应酶催化的反应: : l谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 + + 丙氨酸丙氨酸 酶的命名及分类酶的命名及分类 1. 1. 氧化还原酶类氧化还原酶类 OxidoreductasesOxidoreductases 2. 2. 转移酶类转移酶类 TransgerasesTra

28、nsgerases 3. 3. 水解酶类水解酶类 HydrolasesHydrolases 4. 4. 裂合酶类裂合酶类 LyasesLyases 5. 5. 异构酶类异构酶类 IsomerasesIsomerases 6. 6. 连接酶类连接酶类 LigasesLigases 2. 2. 酶的分类酶的分类 l氧化氧化- -还原酶催化氧化还原酶催化氧化- -还原反应。还原反应。 l主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase(dehydrogenase) )和氧化酶和氧化酶 (Oxidase(Oxidase) )。 l如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳

29、酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。 CH3CHCOOH OH NAD+H+CH3CCOOH O NADH 1 氧化氧化-还原酶还原酶 Oxidoreductase AH2 + B（O2） + BH2（H2O2，H2O） A l转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的 基团或原子转移到另一个底物的分子上。基团或原子转移到另一个底物的分子上。 例如，例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。 CH3CHCOOH NH2 HOOCCH2CH2CCOOH O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 CH3CCOOH O 2

30、转移酶转移酶 Transferase vAX + B A +BX l水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。 l主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 l例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应： 3 3 水解酶水解酶 hydrolasehydrolase H2O COOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH AOH + BH AB + H2O l裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或 原子形成双键的反应及其逆反应。原子形成双键的反应及其逆反应

31、。 l主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。 l例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。 HOOCCH=CHCOOHH2O HOOCCH2CHCOOH OH 4 裂合酶裂合酶 Lyase ABA+B l异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即 底物分子内基团或原子的重排过程。底物分子内基团或原子的重排过程。 l例如，例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。 O CH2OH OH OH OH OH O CH2OHCH2OH OH OH OH 5 异构酶异构酶 Isomerase A

32、B 常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。 l合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、 C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须键的形成反应。这类反应必须 与与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。 lA + B + ATP + H-O-H =A A + B + ATP + H-O-H =A B + ADP B + ADP +Pi+Pi l例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 l 丙酮酸丙酮酸 + CO+ CO2 2 草酰乙酸草

33、酰乙酸 6 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase l核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNARNA， 能够催化能够催化RNARNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反分子中的磷酸酯键的水解及其逆反 应。应。 33 33 3 33 3 33 55 555 555 55 BB BBB PPP + POHPP BBB B PP PP P B P 7核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸） ribozyme 例：例：醇脱氢酶醇脱氢酶（EC 1.EC 1.1 1. .1 1. .1 1) ) lECEC：Enzyme CommissionEnzyme C

34、ommission（酶学委员会）（酶学委员会） l1 1：氧化还原酶类氧化还原酶类 l1: 1: 以以CHCHOHOH基为供体的酶类基为供体的酶类 l1 1：代表代表NADNAD或或NADPNADP为受体为受体 l1 1：同一类酶的顺序编号与发现的先后一致同一类酶的顺序编号与发现的先后一致 酶的编号酶的编号 酶的编码 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27 第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的流水编号 每个酶都有一个有四个数字组成的编码 酶活力酶活力即酶促反应速度，指在规定条件下单即酶促反应速度，指在规定条件下单 位时间内

35、底物的减少量或产物的生成量。位时间内底物的减少量或产物的生成量。 注：在实际测定酶促反应速度时，以测定单位时间内产注：在实际测定酶促反应速度时，以测定单位时间内产 物的生成量为好。物的生成量为好。 v =-dS/dt 或或 v =dP/dt。 底物浓度为底物浓度为S S, ,产物浓度为产物浓度为P P, ,时间为时间为t t，反应速度为，反应速度为v v n 定义：定义：指在一定条件下使酶促反应达到某一速度时所需指在一定条件下使酶促反应达到某一速度时所需 要的酶量。酶活性单位是一个人为规定的标准。要的酶量。酶活性单位是一个人为规定的标准。 l惯用单位：惯用单位：酶活性测定方法的建立者所规定的单

36、位。酶活性测定方法的建立者所规定的单位。 l国际单位国际单位 ：1IU指在规定条件（最适指在规定条件（最适pH，最适底物浓度），最适底物浓度） 下，每分钟转化下，每分钟转化1 mol底物的酶量。单位为底物的酶量。单位为IU 。 lKatal单位单位：1Katal指在规定条件下，每秒钟转化指在规定条件下，每秒钟转化1mol底底 物的酶量，物的酶量，1Katal=60106IU。 P 0 X 时时 间间 T V V0 0 V VX X 产产 物物 浓浓 度度 l引起酶促反应速率降低的原因引起酶促反应速率降低的原因 l(1)底物浓度的降低； l(2)产物浓度增加加速了逆反应的进行； l(3)产物对酶

37、的抑制或激活作用 l(4)随着时间的延长引起酶本身部分分子失 活等。 l因此测定酶活力，应测定酶促反应的初速率， 反应初速率与酶量呈线性关系，因此可以用 初速率来测定制剂中酶的含量。 酶活力测定酶活力测定 l初速度法初速度法 在一个反应体系中，加入一定量的酶液，开始计时反应，经一定时间在一个反应体系中，加入一定量的酶液，开始计时反应，经一定时间 反应后，终止反应，测定在这一时间间隔内发生的化学反应量（终止反应后，终止反应，测定在这一时间间隔内发生的化学反应量（终止 时与起始时的浓度差），这时测得的是时与起始时的浓度差），这时测得的是初速度初速度。 l平均速度法：平均速度法： 在一定条件下，加入

38、一定量底物（规定），再加入合适量的酶液，测在一定条件下，加入一定量底物（规定），再加入合适量的酶液，测 定完成该反应（底物反应完）所需的时间，（定完成该反应（底物反应完）所需的时间，（非初速度非初速度，为一，为一平均速平均速 度度）。）。 l 动态连续测定法动态连续测定法： 在反应体系中，加入酶，用仪器连续监测整个酶促反应过程中底物在反应体系中，加入酶，用仪器连续监测整个酶促反应过程中底物 的消耗或产物的生成。的消耗或产物的生成。 l 快速反应追踪法快速反应追踪法： 近年来，追踪极短时间近年来，追踪极短时间（1010-3 -3s s以下）内反应过程的方法和装置已经应 以下）内反应过程的方法和装

39、置已经应 用。用。 酶活力的测定方法技术酶活力的测定方法技术 酶活力测定实例酶活力测定实例 l首先首先 确定反应条件确定反应条件 20、pH=7，底物浓度，底物浓度 6g/l（过量），加（过量），加 入入2mg固体脂肪酶固体脂肪酶 l第二第二 确定活力单位确定活力单位 如每小时催化如每小时催化1 1克底物克底物 1u= 1g/h l第三第三 测算反应初速度测算反应初速度 作产物甘油随时间增加的曲线，量出反作产物甘油随时间增加的曲线，量出反 应初速度值应初速度值 ，换算为脂肪的消耗速度，换算为脂肪的消耗速度 如如 8g/h l第四第四 换算活力换算活力 8g/h 1g/h=8u l第五第五 计算

40、比活计算比活 8u/2mg酶蛋白酶蛋白=4u/mg酶蛋白酶蛋白 脂肪酶脂肪酶 活性活性 部位部位 确定反应条件时应考虑确定反应条件时应考虑： （1）底物）底物 选用的底物在物理化学性质上和产物不同。选用的底物在物理化学性质上和产物不同。 一般选用底物的浓度一般选用底物的浓度S=100 Km ， 一般选择一般选择Km小的作测定的底物。小的作测定的底物。 （2）pH值值 注意选择适宜的反应注意选择适宜的反应pH值，并将反应维持在这一值，并将反应维持在这一pH值。值。 （3）温度）温度 实验中温度变动应控制在实验中温度变动应控制在0.1以内。酶反应的温度通常选用以内。酶反应的温度通常选用25、30、

41、 37。 （4）辅助因子辅助因子 为了提高酶在反应系统中的稳定性，有些也需要某些相应的物质。为了提高酶在反应系统中的稳定性，有些也需要某些相应的物质。 （5）空白和对照空白和对照 空白：指杂质反应和自发反应引起的变化量，提供未知因素的影响空白：指杂质反应和自发反应引起的变化量，提供未知因素的影响 对照对照：作为比较或标定的标准。作为比较或标定的标准。 酶促反应进程酶促反应进程 酶促反应进程曲线酶促反应进程曲线 n 中间产物学说：中间产物学说： 酶促反应进行时，酶首先与底物结合为中间产物，然后再催酶促反应进行时，酶首先与底物结合为中间产物，然后再催 化底物反应生成产物。化底物反应生成产物。E +

42、 S ES E + P 酶促反应底物动力酶促反应底物动力 学学 n米米- -曼氏方程：曼氏方程： VmaxS v = S+ Km v v代表反应速度代表反应速度 VmaxVmax代表最大反应速度代表最大反应速度 S S代表底物浓度代表底物浓度 KmKm称为米氏常数称为米氏常数 酶促反应底物动力学酶促反应底物动力学 米氏常数米氏常数 由米由米- -曼氏方程可以导出：曼氏方程可以导出： （Vmax-v）S Km = v 当当v = 1/2Vmaxv = 1/2Vmax时，时，Km =Km =S S。 KmKm值为反应速度相当于最大反应速度一半时的底物浓度。值为反应速度相当于最大反应速度一半时的底物

43、浓度。 具有重要的应用价值。具有重要的应用价值。 Km值的应用值的应用 1.鉴定酶的种类鉴定酶的种类 Km值是酶的特征常数，可在规定的条件下测值是酶的特征常数，可在规定的条件下测 定其定其Km值加以鉴定。值加以鉴定。 2.反映酶与底物的亲合力反映酶与底物的亲合力 KmKm值越大，酶与底物亲合力越小，值越大，酶与底物亲合力越小， KmKm值越小，酶与底物亲合力越大。值越小，酶与底物亲合力越大。 5.5.设计适宜的底物浓度设计适宜的底物浓度 酶促反应进程曲线表明，只有酶促反应进程曲线表明，只有初速度初速度才能真正代表酶才能真正代表酶 活性，活性，一般要求初速度达到最大速度的一般要求初速度达到最大速

44、度的90%90%95%95%、底物、底物 消耗率为消耗率为1%1%5%5%。这样既可以近似地表示酶活性，又不。这样既可以近似地表示酶活性，又不 致于使底物浓度过高而造成浪费。致于使底物浓度过高而造成浪费。 3.3.选择酶的最适底物选择酶的最适底物 在酶一定时，不同底物有不同的在酶一定时，不同底物有不同的KmKm值。酶活值。酶活 力测定时，应优先选择酶的最适底物，使酶力测定时，应优先选择酶的最适底物，使酶 促反应容易进行，并节省底物用量。促反应容易进行，并节省底物用量。 Km值的应用值的应用 Km和和Vmax的测定的测定 1Linweaver-Burk作图法作图法,又称为双倒数作图法又称为双倒数

45、作图法 1 Km +S Km 1 1 = = + v VmaxS Vmax S Vmax 酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响 pH浓度对酶促反应速度的影响浓度对酶促反应速度的影响 l在一定的在一定的pH pH 下下, , 酶具有最大的催化活性酶具有最大的催化活性, ,通常称此通常称此pH pH 为最适为最适pHpH。 l胃蛋白酶胃蛋白酶 (Pepsin) (Pepsin) 最适最适pH=1.8-2.0pH=1.8-2.0 l唾液淀粉酶唾液淀粉酶 (salivary amylase) (salivary amylase) 最适最适pH=6.8-7.0pH=6.8-7.0 l精氨

46、酸酶精氨酸酶(Arginase(Arginase) ) 最适最适pH=9.8pH=9.8 温度浓度对酶促反应速度的影响温度浓度对酶促反应速度的影响 l一方面一方面, ,温度升高温度升高, ,酶促反酶促反 应速度加快。应速度加快。 l另一方面另一方面, ,温度升高温度升高, ,酶的酶的 高级结构将发生变化或变高级结构将发生变化或变 性，导致酶活性降低甚至性，导致酶活性降低甚至 丧失。丧失。 l因此大多数酶都有一个最因此大多数酶都有一个最 适温度。在最适温度条件适温度。在最适温度条件 下下, ,反应速度最大。反应速度最大。 对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 l使酶的活性降低或丧失的现象，称

47、为酶的使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的 抑制作用。抑制作用。 l能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑 制剂。制剂。 对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 la. a. 不可逆抑制不可逆抑制 抑制剂与酶反应中心的活性抑制剂与酶反应中心的活性 基团以共价形式结合，引起基团以共价形式结合，引起 酶的永久性失活。如有机磷酶的永久性失活。如有机磷 毒剂二异丙基氟磷酸酯。毒剂二异丙基氟磷酸酯。 对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 b. 可逆抑制可逆抑制 n 抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活 性暂时性丧失。性暂

48、时性丧失。 n 抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部 分或全部恢复酶的活性。分或全部恢复酶的活性。 根椐抑制剂与酶结合的情况，主要分为两类：根椐抑制剂与酶结合的情况，主要分为两类： 竟争性抑制、反竟争性抑制、非竟争性抑制竟争性抑制、反竟争性抑制、非竟争性抑制。 对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 l某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而 能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制 剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应 中心之外，其结果是酶促反应被

49、抑制了。中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。 l竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度， 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。 竞争性可逆抑制图示竞争性可逆抑制图示 l加入竞争加入竞争 性抑制剂性抑制剂 后，后，K Km m 变变 大，酶促大，酶促 反应速度反应速度 不变。不变。 -4-20246810 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/S(1/mmol.L-1） 1/v 无抑制剂无抑制剂 竞争性抑制剂竞争性抑制剂 1/Vmax （2）、反竞争性抑制作用）、反竞争性抑制作用 酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，酶只有在与

50、底物结合后，才能与抑制剂结合， 引起酶活性下降。引起酶活性下降。 ESI ES P+ E E+S + I 反竞争性抑制特点：反竞争性抑制特点： 1 1）抑制剂与酶和底物的复合物结合。）抑制剂与酶和底物的复合物结合。 2 2）KmKm和和VmVm下降下降 3 3）底物浓度增加，抑制作用加强）底物浓度增加，抑制作用加强。 2 2）、反竞争性抑制作用）、反竞争性抑制作用 l酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象 变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是 与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争与底物竞争与活性

51、中心的结合，所以称为非竞争 性抑制剂。性抑制剂。 l如某些金属离子（如某些金属离子（CuCu2+ 2+、 、AgAg+ +、HgHg2+ 2+）以及 ）以及EDTAEDTA等，等， 通常能与酶分子的调控部位中的通常能与酶分子的调控部位中的-SH-SH基团作用，基团作用， 改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。 非竟争性抑制非竟争性抑制 n E + S = E-S = P + E E + S = E-S = P + E + I EI + I ESI S 非竞争性可逆抑制图示非竞争性可逆抑制图示 l加入非竞争性加入非竞争性 抑制剂后，抑制剂后，K Km m 虽然不

52、变，但虽然不变，但 由于由于V Vmaxmax减小，减小， 所以酶促反应所以酶促反应 速度也下降了。速度也下降了。 -4-20246810 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/v 抑制剂抑制剂 非非竞争性抑制剂竞争性抑制剂 -1/km 1/S(1/mmol.L-1） 有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程 酶抑制剂的应用酶抑制剂的应用 为酶的催化提供信息为酶的催化提供信息 抑制剂在药物上的应用抑制剂在药物上的应用 乌苯美司 姜黄色素 肉桂酰天冬氨酸类衍生物 氨肽酶抑制剂抗肿瘤药物氨肽酶抑制剂抗肿瘤药物 UbenimexUbenimex的发现及发

53、展的发现及发展 1976 1987 1975 日本学者梅泽滨夫日本学者梅泽滨夫 从橄榄网状链霉菌的从橄榄网状链霉菌的 培养液中分离得到具培养液中分离得到具 有氨肽酶抑制活性的有氨肽酶抑制活性的 低分子二肽化合物。低分子二肽化合物。 化 学 名 为化 学 名 为 N - (2S,3R)-3-氨基氨基-2- 羟基羟基-4-苯丁酰苯丁酰-L-亮亮 氨酸。氨酸。 由日本学者由日本学者 采用苯丙氨酸采用苯丙氨酸 为起始原料成为起始原料成 功地进行了化功地进行了化 学合成学合成. 该化合物作为该化合物作为 抗癌新药在日本抗癌新药在日本 正式上市正式上市,商品商品 名为名为Bestatin 后由后由 WHO

54、 统一命名为统一命名为 Ubenimex (乌苯美司乌苯美司) 由四川抗生由四川抗生 素工业研究所素工业研究所 研制成功，浙研制成功，浙 江普洛康裕制江普洛康裕制 药有限公司生药有限公司生 产。产。 国内情况国内情况 商品名百士商品名百士 欣欣(乌苯美司乌苯美司 胶囊胶囊) ，并于，并于 1998年上市，年上市， 为国家二类为国家二类 抗肿瘤新药。抗肿瘤新药。 Ubenimex的发现及发展的发现及发展 UbenimexUbenimex的结构和性质的结构和性质 乌苯美司的分子式乌苯美司的分子式: C16H24N2O4 式量式量: 308.38 化学名为化学名为 N-(2S,3R)-3-氨基氨基-

55、2-羟基羟基-4-苯丁酰苯丁酰- -L-亮氨酸。亮氨酸。 化学结构式化学结构式: 存在多个异构存在多个异构 体体,及一系列及一系列 衍生物衍生物 Ubenimex的立体异构体的立体异构体 l乌苯美司分子结构具有两个手性乌苯美司分子结构具有两个手性C原子，加上原子，加上 亮氨酸的构型亮氨酸的构型,因此有因此有8个立体异构体。个立体异构体。 l到目前为止到目前为止,乌苯美司及其所有立体异构体都已乌苯美司及其所有立体异构体都已 被合成被合成,并且测定了它们对氨肽酶并且测定了它们对氨肽酶B和亮氨酸氨和亮氨酸氨 肽酶的抑制活性。肽酶的抑制活性。 C3 C2 Ubenimex的立体异构体的立体异构体 l乌

56、苯美司分子结构具有两个手性乌苯美司分子结构具有两个手性C原子，加上原子，加上 亮氨酸的构型亮氨酸的构型,因此有因此有8个立体异构体。个立体异构体。 l到目前为止到目前为止,乌苯美司及其所有立体异构体都已乌苯美司及其所有立体异构体都已 被合成被合成,并且测定了它们对氨肽酶并且测定了它们对氨肽酶B和亮氨酸氨和亮氨酸氨 肽酶的抑制活性。肽酶的抑制活性。 C3 C2 Ubenimex的衍生物的衍生物 l将乌苯美司将乌苯美司R端的氨基酸（端的氨基酸（L-Leu）用其他氨基酸、）用其他氨基酸、 肽、胺类代替，或将其肽、胺类代替，或将其R端的苄基用氢、烷基、端的苄基用氢、烷基、 取代苄基代替，得到衍生物取代

57、苄基代替，得到衍生物: l进一步考察不同衍生物对氨肽酶进一步考察不同衍生物对氨肽酶B的活性的活性 Ubenimex的衍生物的衍生物 l-氨基酸都显示较强的的酶抑氨基酸都显示较强的的酶抑 制活性氨基和羰基之间的制活性氨基和羰基之间的 距离至关重要距离至关重要 l脱去羧基的衍生物活性很低脱去羧基的衍生物活性很低 游离的羧基在抑制活性中起游离的羧基在抑制活性中起 促进作用促进作用 l苄基对位上引入羟基、硝基、苄基对位上引入羟基、硝基、 和甲基后活性明显增强。和甲基后活性明显增强。 l邻位引入氯后的活性仅为乌苯邻位引入氯后的活性仅为乌苯 美司的美司的1/10,而对位引入氯后活而对位引入氯后活 性与乌苯

58、美司相近。性与乌苯美司相近。 表表2 v其中乌苯美司的对羟基衍其中乌苯美司的对羟基衍 生物就是其活性代谢产物之生物就是其活性代谢产物之 一。一般认为乌苯美司的疗一。一般认为乌苯美司的疗 效与口服给药后经体内代谢效与口服给药后经体内代谢 转化为这一活性代谢产物有转化为这一活性代谢产物有 关。关。 Ubenimex的功能的功能 功能功能功能功能应用应用 乌苯美司具有乌苯美司具有 抑制肿瘤细胞表抑制肿瘤细胞表 面氨基肽酶面氨基肽酶B和和 亮氨酸氨基肽酶亮氨酸氨基肽酶 作用作用 增强增强T细胞的细胞的 功能，使功能，使NK细细 胞的杀伤力增强胞的杀伤力增强 在化疗、放疗的辅助治在化疗、放疗的辅助治 疗

59、的应用不断扩大：疗的应用不断扩大： 治疗白血病治疗白血病 多发性骨髓瘤，多发性骨髓瘤， 骨髓增生异常骨髓增生异常 综合症综合症 治疗实体瘤治疗实体瘤 且 可 使 集 落且 可 使 集 落 刺激因子合成刺激因子合成 增加而刺激骨增加而刺激骨 髓细胞的再生髓细胞的再生 及分化及分化 诱 导 肿 瘤 细诱 导 肿 瘤 细 胞调亡和促进胞调亡和促进 宿主免疫功能宿主免疫功能。 Ubenimex的作用机制的作用机制 1 作用靶点：作用靶点： 亮氨酸氨肽亮氨酸氨肽 酶和氨肽酶酶和氨肽酶B 位于免位于免 疫细胞表面疫细胞表面 的水解蛋白。的水解蛋白。 图图1 Leu-AP 图图2 AP-B 2 氨肽酶是一种

60、双功氨肽酶是一种双功 能金属锌变构酶，立能金属锌变构酶，立 体结构中有一个疏水体结构中有一个疏水 性腔穴和一个起催化性腔穴和一个起催化 作用的二价作用的二价锌离子锌离子。 乌苯美司对氨肽酶乌苯美司对氨肽酶 的抑制作用正是由于的抑制作用正是由于 其空间构型和电荷分其空间构型和电荷分 布基本适合于氨肽酶布基本适合于氨肽酶 的立体结构要求。的立体结构要求。 Ubenimex的作用机制的作用机制 图图3 氨肽酶的锌位点及与氨肽酶的锌位点及与 Ubenimex的结合的结合 3 分子中的氨基、羧基分子中的氨基、羧基 和羟基与氨肽酶中的和羟基与氨肽酶中的 锌离子发生鳌合，从锌离子发生鳌合，从 而破坏该酶催化