酶的作用机理.

1、第四章第四章 酶酶 教学基本目标教学基本目标通过本章学习，应该达到以下基本要求：通过本章学习，应该达到以下基本要求：1.1.掌握酶的基本概念及基本催化特点。掌握酶的基本概念及基本催化特点。2.2.了解酶的命名与分类方式及依据。了解酶的命名与分类方式及依据。3.3.掌握酶活性部位、必需基团的概念及酶活性部位掌握酶活性部位、必需基团的概念及酶活性部位的重要结构特点。的重要结构特点。4.4.掌握酶作用专一性概念、类型及生物学意义。掌握酶作用专一性概念、类型及生物学意义。5.5.理解酶催化反应的本质及酶加速化学反应速度机理解酶催化反应的本质及酶加速化学反应速度机制。制。6.6.掌握温度、掌握温度、pH

2、pH值等因素影响酶催化活性原因。值等因素影响酶催化活性原因。7.7.掌握变构酶的概念及活性调节机制。掌握变构酶的概念及活性调节机制。第一节第一节 酶的概念及作用特点酶的概念及作用特点一 、酶及生物催化剂概念的发展酶及生物催化剂概念的发展二、二、 酶作用的特点酶作用的特点 极高的催化效率极高的催化效率 高度的专一性高度的专一性 易失活易失活 活性可调控活性可调控 有的酶需辅助因子有的酶需辅助因子三、三、 酶专一性类型酶专一性类型四、四、 酶的化学本质酶的化学本质酶及生物催化剂概念的发展克隆酶、遗传修饰酶克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶蛋白质工程新酶生物催化剂生物催化剂（Biocatalyst）蛋

3、白质类：蛋白质类： Enzyme (天然酶、生物工程酶天然酶、生物工程酶)核酸类：核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme模拟生物催化剂模拟生物催化剂酶的化学本质酶的化学本质u长期以来，人们一直认为所有酶都是由蛋白质长期以来，人们一直认为所有酶都是由蛋白质或蛋白质与其它小分子物质构成，因为酶具有或蛋白质与其它小分子物质构成，因为酶具有蛋白质的所有理化性质。蛋白质的所有理化性质。19821982年美国科学家年美国科学家T.CechT.Cech发现四膜虫发现四膜虫rRNArRNA前体的加工过程，前体的加工过程，RNARNA有自我催化的功能，取名为有自我催化的功能，取名为“riboz

4、ymeribozyme”(”(核核酶酶) )，但这不是一个典型的催化剂，因为它在，但这不是一个典型的催化剂，因为它在催化的过程中自身发生了变化，随后，催化的过程中自身发生了变化，随后，S.AltmanS.Altman、N.R.PaceN.R.Pace、T.R.CechT.R.Cech等实验室发现等实验室发现了真正的了真正的RNARNA催化剂。催化剂。据酶分子据酶分子组成分类组成分类单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质酶蛋白质（决定酶催化反应的专一决定酶催化反应的专一性性）辅助因子辅助因子（决定酶催决定酶催化反应的性化反应的性质质）辅酶辅酶辅基辅基据酶蛋白据酶蛋白特征

5、分类特征分类单体酶单体酶寡聚酶寡聚酶多酶复合体多酶复合体酶的类别酶的类别第二节第二节 酶的命名和分类酶的命名和分类一、一、 命名命名：习惯命名；系统命名习惯命名；系统命名二、二、 国际系统分类法及编号国际系统分类法及编号 *国际生物化学会酶学委员会（国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion）将酶将酶分成六大类：分成六大类：1.氧还原酶类氧还原酶类，2.移换酶类移换酶类，3.水解酶类水解酶类，4.裂合裂合酶类酶类，5.异构酶类异构酶类，6.合成酶类合成酶类 * 每一种酶有一个编号每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢酶如乙醇脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27 大类大类 亚类亚类 亚亚类

6、亚亚类 序号序号u 一、酶的分类一、酶的分类u 1.1.氧化还原酶类（氧化还原酶类（OxidoreductasesOxidoreductases) ) 催化氧化还原反应的酶催化氧化还原反应的酶类，包括脱氢酶、氧化酶、还原酶、过氧化物酶、羟化酶。类，包括脱氢酶、氧化酶、还原酶、过氧化物酶、羟化酶。u A A2H + B A + B2H + B A + B2H2H u 2.2.转移酶类（转移酶类（TransferasesTransferases）催化分子间基团转移的酶类，谷）催化分子间基团转移的酶类，谷丙转氨酶、转甲基酶。丙转氨酶、转甲基酶。AB + CD AC + BDAB + CD AC +

7、BD u 3.3.水解酶类（水解酶类（HydrolasesHydrolases）催化底物的加水分解反应的酶类，）催化底物的加水分解反应的酶类，包括酯酶、磷酸酯酶、蛋白酶等。包括酯酶、磷酸酯酶、蛋白酶等。AB + HOH AOH + BHAB + HOH AOH + BH u 4.4.裂解酶类（裂解酶类（LyasesLyases）催化非水解性地从底物中移去一个基团）催化非水解性地从底物中移去一个基团或其逆反应的酶类，包括脱羧酶、脱水酶、水合酶、脱氨酶等。或其逆反应的酶类，包括脱羧酶、脱水酶、水合酶、脱氨酶等。 5.5.异构酶类（异构酶类（IsomerasesIsomerases）A BA B u

8、 6.6.合成酶类（合成酶类（LigasesLigases）催化有）催化有ATPATP参与的合成反应的酶类。参与的合成反应的酶类。u A+B+ATP A+B+ATP AB+ADP+PiAB+ADP+Pi u二、酶的命名二、酶的命名u（一）酶的习惯命名法（一）酶的习惯命名法u1.1.根据酶作用底物的种类来命名如淀粉酶、根据酶作用底物的种类来命名如淀粉酶、核糖核酸酶、脂酶等。核糖核酸酶、脂酶等。u2.2.根据催化的反应性质来命名如水解酶、脱根据催化的反应性质来命名如水解酶、脱氢酶等。氢酶等。u3.3.根据酶催化底物、化学性质及来源等命名根据酶催化底物、化学性质及来源等命名如碱性磷酸脂酶、酸性磷酸脂

9、酶等。如碱性磷酸脂酶、酸性磷酸脂酶等。u( (二二) ) 国际系统命名法国际系统命名法u国际系统命名法要求一个酶必须有两个名称，国际系统命名法要求一个酶必须有两个名称，一个是习惯名，另一个是国际系统名。一个是习惯名，另一个是国际系统名。（1 1）习惯名称）习惯名称 简便易用。简便易用。（2 2）国际系统名称）国际系统名称 要求能够准确地反映出酶作用的底物名称及酶要求能够准确地反映出酶作用的底物名称及酶所催化的反应类型；若催化的底物种类有两种所催化的反应类型；若催化的底物种类有两种以上，则在底物名称之间用以上，则在底物名称之间用“：”彼此隔开，彼此隔开，最后再在底物名称之后加上酶所催化的反应类最

10、后再在底物名称之后加上酶所催化的反应类型。型。如：乙醇脱氢酶如：乙醇脱氢酶u 乙醇：乙醇：NADNAD+ + 脱氢酶脱氢酶u 乙酰辅酶乙酰辅酶A A水解酶水解酶u 乙酰辅酶乙酰辅酶A A：H H2 2 O O水解酶。水解酶。u （三）国际系统分类法（三）国际系统分类法u 酶根据其所催化反应性质的不同而分成六大酶根据其所催化反应性质的不同而分成六大类，分别用类，分别用1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6来编号，每一大类来编号，每一大类再根据底物分子上被作用的化学基团或化学键的再根据底物分子上被作用的化学基团或化学键的不同分成为亚类、亚亚类，并加上该酶在同类酶不同分成为亚类、亚亚类，并加

11、上该酶在同类酶中的编号，每一酶都具有一个由四位数字组成的中的编号，每一酶都具有一个由四位数字组成的系统编号。系统编号。 乙醇脱氢酶（乙醇脱氢酶（EC 1. 1. 1. 1EC 1. 1. 1. 1） 氧化还原酶类氧化还原酶类 氧化基团氧化基团CHCH2 2OHOH 氢载体氢载体 NADNAD+ + 序序 号号 酶专一性类型酶专一性类型1 结构专一性结构专一性 概念概念：酶对所催化的分子（底物，酶对所催化的分子（底物，Substrate）化化学结构的特殊要求和选择学结构的特殊要求和选择 类别类别：绝对专一性绝对专一性和和相对专一性相对专一性2 立体异构专一性立体异构专一性 概念概念：酶除了对底物

12、分子的化学结构有要求外，：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求对其立体异构也有一定的要求 类别类别：旋光异构专一性旋光异构专一性和和几何异构专一性几何异构专一性绝对专一性和相对专一性绝对专一性和相对专一性 绝对专一性绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格，有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。 相对专一性相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。化

13、学键。 1） 键专一性键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求两端的基团并无严格要求(酯酶酯酶)。 2）基团专一性基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（芳香）（芳香）（硷性）（硷性）（丙）（丙）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白

14、酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶消化道蛋白酶作用的专一性消化道蛋白酶作用的专一性 酶作用专一性机理酶作用专一性机理 1、锁钥学说锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。 2、 诱导契合学说诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使，这样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行

15、。之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。酶专一性的酶专一性的“锁钥学说锁钥学说”酶专一性的酶专一性的“诱导契合学说诱导契合学说”3.3.三点附着学说三点附着学说u 该学说认为：该学说认为：底物与酶分子活底物与酶分子活性部位两者之间，性部位两者之间，至少有三个基团至少有三个基团在空间上具有互在空间上具有互补对应关系，只补对应关系，只有满足这种条件有满足这种条件的底物才能被酶的底物才能被酶催化。催化。图图3-5 3-5 三点附着学说示意图三点附着学说示意图 第三节第三节 酶的作用机理酶的作用机理一、一、 酶催化的中间产物理论酶催化的中间产物理论二、二、 酶的活性中心和必需基团酶的活性中心和必

16、需基团三、三、 酶作用专一性机理酶作用专一性机理四、四、 与酶的高效率有关的主要因素与酶的高效率有关的主要因素酶催化的中间产物理论酶催化的中间产物理论1kSE 1kES 2kEP E+SP+ EES能能量量水水平平反应过程反应过程 G E1 E2 酶（酶（E）与底物（与底物（S）结合生成不稳定的中间结合生成不稳定的中间物（物（ES），），再分解成产再分解成产物（物（P）并释放出酶，使并释放出酶，使反应沿一个低活化能的反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快反应速度。反应速度。酶的活性中心和必需基团酶的活性中心和必需基团 酶分子中直接与

17、底物结合，并和酶催化作用直接酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性部或活性部位（位（active site），），参与构成酶的活性中心和维持酶的参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。实例实例；胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin） 羧肽酶羧肽酶（ribonuclease）酶活性中心示意图AspHisSer胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶的的活活性性中中心心活性中心重要基团活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Se

18、r195为为Tyr 248为为Arg 145为为Glu 270为底物为底物Zn羧肽酶活性中心示意图羧肽酶活性中心示意图四、四、与酶的高效率有关的主要因素与酶的高效率有关的主要因素 1、邻近与定向效应、邻近与定向效应 2、电子张力电子张力 3、 共价催化共价催化 4、 酸碱催化酸碱催化 5、微环境影响、微环境影响实例实例: 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 （ chymotrypsin）u1.1.邻近效应与定向效应邻近效应与定向效应u 邻近是指由于酶分子结构变化所导致的底邻近是指由于酶分子结构变化所导致的底物与底物分子之间以及底物与酶分子之间相互物与底物分子之间以及底物与酶分子之间相互靠近的现象。邻近效

19、应可以增加一定区域内底靠近的现象。邻近效应可以增加一定区域内底物分子的浓度，加速化学反应进行的速度。物分子的浓度，加速化学反应进行的速度。u 定向则是指由于酶分子结构的变化所导致定向则是指由于酶分子结构的变化所导致的底物分子上反应基团与酶分子上催化基团之的底物分子上反应基团与酶分子上催化基团之间的精确定位作用。定位则可以加强酶催化基间的精确定位作用。定位则可以加强酶催化基团对反应部位的催化作用，使反应速度加快。团对反应部位的催化作用，使反应速度加快。 图图3-9酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团胰凝乳蛋白酶分子胰凝乳蛋白酶分子中催化三联体构象中

20、催化三联体构象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的电荷中继网酶分子中的电荷中继网B.加上底物后，从加上底物后，从Ser转移一个质子给转移一个质子给His，带正电荷的咪唑基通过带负电荷的带正电荷的咪唑基通过带负电荷的Asp静电静电相互作用被稳定相互作用被稳定Ser195102AspHis57底物底物2.胰凝乳蛋白酶的电荷接力网胰凝乳蛋白酶的电荷接力网2. 胰凝乳蛋白酶的催化过程胰凝乳蛋白酶的催化过程A.酶与底物结合，形成复合物（ES）B.形成四联体过度态中间物胰凝乳蛋白酶的催化过程胰凝乳蛋白酶的催化过程胰凝乳蛋白酶的

21、催化过程胰凝乳蛋白酶的催化过程E.形成包括水分子的四联体过度中间物F.羰基产物形成，酶游离溶菌酶的催化机制溶菌酶的催化机制1922年的一天，正在感冒的英国细菌学家Alexander Fleming发现，把一些鼻粘液加入细菌的培养基后会引起细胞的溶解。而这种存在于鼻粘液中的能杀死细菌的重要物质被认为是一种酶， Fleming命名其为溶菌酶（ Lysozyme ）。 酶酶 原原 的的 激激 活活 在体内处于无活性状态的酶前身物（酶原，在体内处于无活性状态的酶前身物（酶原，zymogenzymogen）在一定条件下被修饰转变成有活性的酶在一定条件下被修饰转变成有活性的酶的过程称酶原的激活。其实质是酶

22、原被修饰时形成的过程称酶原的激活。其实质是酶原被修饰时形成了正确的分子构象和活性中心，由此可见酶分子的了正确的分子构象和活性中心，由此可见酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保证。活性的基本保证。实例实例：胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活示意图胰蛋白酶原的激活示意图第四节第四节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素 （酶促反应动力学）（酶促反应动力学）一一、酶促反应速度的测定与酶的活力单位酶促反应速度的测定与酶的活力单位二、二、影

23、响影响酶反应速度的酶反应速度的因素因素酶促反应速度的测定与酶的活力单位酶促反应速度的测定与酶的活力单位1、酶促反应速度的测定、酶促反应速度的测定 初速度初速度的概念的概念2、酶活力、酶活力3、酶活力的表示方法酶活力的表示方法4、酶活力测定方法酶活力测定方法：终点法终点法 动力学法动力学法 检测酶含量及存在，很难直接用酶的检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量量”（质量、体积、（质量、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量酶量，即用酶的活力表示。即用酶的活力表示。 酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条酶催化一定

24、化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。件下酶所催化的化学反应的速度来确定。酶活力测定方法酶活力测定方法 终点法终点法: 酶反应进行到一定时间后终止其反应，酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。 动力学法动力学法:连续测定反应过程中产物连续测定反应过程中产物底物或辅酶底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。的变化量，直接测定出酶反应的初速度。 酶活力的表示方法酶活力的表示方法活力单位活力单位（active unit） 习惯单位（习惯单位（U）: 底物底物(或产物或产物

25、)变化量变化量 / 单位时间单位时间 国际单位（国际单位（IU）: 1moL变化量变化量 / 分钟分钟 Katal（Kat）：）：1moL变化量变化量 / 秒秒比活力比活力=总活力单位总活力单位总蛋白总蛋白mg数数= U(或或IU) mg蛋白蛋白量度酶催化能力大小量度酶催化能力大小转换系数转换系数（Kcat） 底物（底物（ moL）/ 秒秒每个酶分子每个酶分子量度酶纯度量度酶纯度比活力比活力（specific activity）量度转换效率量度转换效率影响对酶反应速度的因素影响对酶反应速度的因素2、底物浓度底物浓度3、pH （最适最适 pH的概念）的概念）4、 温度温度 （最适温度的概念）（最

26、适温度的概念）5、激活剂激活剂6、抑制剂抑制剂1、酶浓度、酶浓度当当S足够过量，其它条件固定且无不利因素时，足够过量，其它条件固定且无不利因素时，v=kE底物浓度对酶反应速度的影响底物浓度对酶反应速度的影响1、酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线 （MichaelisMenten曲线）曲线）2、米氏方程的提出及推导米氏方程的提出及推导3、米氏常数的意义米氏常数的意义4、米氏常数的测定米氏常数的测定单分子酶促反应的米氏方程及单分子酶促反应的米氏方程及Km推导推导原则原则：从酶被底物饱和的现象出发，按照从酶被底物饱和的现象出发，按照 “稳态平稳态平 衡衡”假说的设想进行推导

27、。假说的设想进行推导。1kSE 1kES2kEP SKSVvmmax121kkkKm米氏方程米氏方程:米氏常数米氏常数:酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线米米氏氏方方程程的的推推导导 121kkkESSESSEt令令：Kmkkk121将将（4）代入代入（3），则，则： SKSVvmmax1kES 1kES2kEP ESEt SESES生成速度生成速度： SESEkvt11，ES分解速度分解速度：ESkESkv212即即： ESkESkSESEkt211则则： SSESESKmtE(1)经整理得经整理得： SKSEmtES由于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即

28、决定，即ESkv22kvES，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得： SKSEkvmt2 SKSEkmt2v(3)当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：21vv 当当Et=ES时时，mVv tmEkV2(4)所以所以 米氏常数的意义米氏常数的意义* 当当v=Vmax/2时，时，Km=S（ Km的单位为浓度单位）的单位为浓度单位）* 是酶在一定条件下的是酶在一定条件下的特征物理常数特征物理常数，通过测定，通过测定Km的的数值，可鉴别酶。数值，可鉴别酶。* 可近似表示酶和底物亲合力，可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，愈小，E对对S的亲合的亲合力愈大，力愈大，Km愈大，愈大，E对对S

29、的亲合力愈小的亲合力愈小。*在已知在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意的情况下，应用米氏方程可计算任意s时的时的v，或任何或任何v下的下的s。（。（用用Km的倍数表示）的倍数表示） 米氏常数的测定米氏常数的测定基本原则基本原则： 将米氏方程变化成相当于将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，的直线方程，再用作图法求出再用作图法求出Km。 例：例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法） 米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 酶动力学的双倒数图线酶动力学的双倒数图线酶促反应初速度的概念酶促反

30、应初速度的概念斜率斜率=P/ t = V（初速度初速度）PtpH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 过酸过碱过酸过碱导致酶蛋白变性导致酶蛋白变性 影响底物分子解离状态影响底物分子解离状态 影响酶分子解离状态影响酶分子解离状态 影响酶的活性中心构象影响酶的活性中心构象pH最适最适 pHv温度与酶反应速度的关系温度与酶反应速度的关系 在达到最适温度以前，反在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快应速度随温度升高而加快 酶是蛋白质，其变性速度酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升而加快亦随温度上升而加快 酶的最适温度不是一个固酶的最适温度不是一个固定不变的常数定不变的常数v温度温度激活剂激活剂对酶

31、作用的影响对酶作用的影响类别类别 金属离子：金属离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+ 阴离子：阴离子： Cl-、Br- 有机分子有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂：金属螯合剂：EDTA凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator） 抑制剂对酶作用的影响抑制剂对酶作用的影响 凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基团凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失的化学性质改变而降低酶活力甚至使

32、酶完全丧失活性的物质，叫酶的抑制剂（活性的物质，叫酶的抑制剂（inhibitor） 。 类型类型：不可逆抑制剂不可逆抑制剂 可逆抑制剂可逆抑制剂 应用应用：研制杀虫剂、药物研制杀虫剂、药物 研究酶的作用机理，确定代谢途径研究酶的作用机理，确定代谢途径抑制剂类型和特点抑制剂类型和特点 竞争性抑制剂竞争性抑制剂可逆可逆抑制剂抑制剂 非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂 非专一性不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂不可逆抑制剂不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂 （1） 非专一性不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂 重金属离子重金属离子 Ag+ 、 Cu2+ 、 Hg2+ 、 Pb2+ 、 Fe3+

33、高浓度时可使酶蛋白变性失活；高浓度时可使酶蛋白变性失活； 低浓度时对酶活性产生抑制。低浓度时对酶活性产生抑制。 通过加入通过加入EDTA解除解除 有机磷化合物（敌百虫、沙林）有机磷化合物（敌百虫、沙林）胆碱胆碱酯酶酯酶OHPOC2H5OC2H5S有机磷农药部分+(CH3)3N+CH2CH2OCOCH3(CH3)3N+CH2CH2OH +CH3COOHH2O胆碱乙酰化酶胆碱乙酰化酶胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱胆碱乙酰胆碱乙酰胆碱积累导致神经中毒症状积累导致神经中毒症状如何紧急救治？如何紧急救治？排毒排毒u洗胃、喝鸡蛋清、牛奶洗胃、喝鸡蛋清、牛奶u导泄、利尿导泄、利尿 u血液透析（清除游离状态毒物）血液透

34、析（清除游离状态毒物）u解毒药：解磷定解毒药：解磷定NCH3CHNOHRO O RO ORO X RO OE P + EOH P + HX有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶 磷酰化酶磷酰化酶( (失活失活) ) 酸酸RO ORO OE P + -CHNOH磷酰化酶磷酰化酶( (失活失活) )NN+ +CH3 -CHNNN+ +CH3O ORO OR +EOH P解磷定解磷定解毒解毒 - - - - - - 解磷定解磷定(PAM)(PAM)：有机汞、有机砷化合物有机汞、有机砷化合物与酶分子中与酶分子中-SH作用；作用； 可通过加入过量巯基化合物解除。可通过加入过量巯基化合物解除。氰化物、硫化

35、物和氰化物、硫化物和COCO 与酶与酶中金属离子形成稳定的络合物中金属离子形成稳定的络合物 如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧化酶结合如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧化酶结合青霉素（青霉素（penicillinpenicillin） 与细菌糖肽转肽酶与细菌糖肽转肽酶Ser-OHSer-OH活性，活性， 影响细胞壁合成。影响细胞壁合成。竞争性抑制作用竞争性抑制作用+IEIESP+ EE+S竞争性抑制作用竞争性抑制作用 实例：磺胺药物的药用机理实例：磺胺药物的药用机理H2N- -SO2NH2对氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺H2N- -COOH对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤叶

36、酸叶酸【举例举例】G 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COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸G 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COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物利用竞争性抑制是药物设计主要思路利用竞争性抑制是药物设计主要思路磺胺类药磺胺类药

37、抗菌机理：抗菌机理： （与对氨基苯甲（与对氨基苯甲酸是结构类似物）酸是结构类似物）竞争性抑制细菌叶酸形成，抑制细菌繁竞争性抑制细菌叶酸形成，抑制细菌繁殖殖人通过食物直接补充叶酸，对人无毒害。人通过食物直接补充叶酸，对人无毒害。生物碱麻醉生物碱麻醉竞争性替代竞争性替代u生物碱吗啡、海洛因、可卡因、尼古丁 吗啡吗啡 海洛因海洛因非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用+IEI+SESIESP+ EE+S+I实例：重金属离子（实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金属络合剂（金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用ESIESP+ EE+S+I竞争性抑制

38、曲线竞争性抑制曲线非竞争性抑制曲线非竞争性抑制曲线反竞争性抑制曲线反竞争性抑制曲线各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 作用特征作用特征竞争性竞争性抑制抑制非竞争性非竞争性抑制抑制反竞争性反竞争性抑制抑制与与I I结合的组分结合的组分E EE E、ESESESES表观表观K Km m增大增大不变不变减小减小V Vmaxmax不变不变降低降低降低降低第五节第五节 酶的活性调节酶的活性调节一、一、 别构酶及别构酶及酶的别构（变构）效应酶的别构（变构）效应二、二、 酶的多种分子形式酶的多种分子形式 同工酶同工酶（isoenzyme）三、三、 酶原的激活酶原的激活酶的别构（变构）效应酶的别

39、构（变构）效应概念概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称为调节位点（或变构位点）的调节物特异结合位点，调节物为调节位点（或变构位点）的调节物特异结合位点，调节物结合到调节位点上引起酶的构象发生变化，导致酶的活性提结合到调节位点上引起酶的构象发生变化，导致酶的活性提高或下降，这种现象称为高或下降，这种现象称为别构效应别构效应（allosteric effect）,具有具有上述特点的酶称别构酶（上述特点的酶称别构酶（allosteric enzyme）。）。实例实例：天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶 （anspartate transca

40、rbamoylase，ATCase）别构酶活性调节机理别构酶活性调节机理：序变模型序变模型和和齐变模型齐变模型酶的别构（变构）效应示意图酶的别构（变构）效应示意图效应剂效应剂别别构构中中心心活性活性中心中心别构激活剂别构激活剂别构抑制剂别构抑制剂2、 别构酶的特点别构酶的特点a-非调节酶非调节酶 b-正协同别构酶正协同别构酶 的的S形曲线形曲线 别构酶的动力学曲线别构酶的动力学曲线ATCase的结构及其催的结构及其催化链的别构过度作用化链的别构过度作用无催化活性构象无催化活性构象(T-型型)CCCCC C T T T T T T有催化活性构象有催化活性构象(R-型型) CC CCC CR R

41、R R R RATP（正效应剂）正效应剂）CTP（负效应剂）负效应剂）别构酶的序变模型别构酶的序变模型SS SS SSSSSSSSSS亚基全部亚基全部处于处于R型型亚基全部亚基全部处于处于T型型依次序变化依次序变化别构酶的齐变模型别构酶的齐变模型S SSSS SSS SST状态（对称亚基）状态（对称亚基）T状态（对称亚基）状态（对称亚基）SSSS对称亚基对称亚基对称亚基对称亚基齐步变化齐步变化酶的多种分子形式酶的多种分子形式同工酶同工酶 概念概念：存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞，具有不同分子形式但却能催组织或同一组织、同

42、一细胞，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶（isoenzymeisoenzyme） 类别类别：原级同工酶；次级同工酶：原级同工酶；次级同工酶 实例：实例：乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 研究意义研究意义：作为遗传的标志；作为临床诊断指标；研究：作为遗传的标志；作为临床诊断指标；研究某些代谢调节机制某些代谢调节机制乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因a b乳酸脱氢酶同乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4点样线点样线不同组织中不同组织中LDH同工

43、酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原点原点第六节第六节 酶工程简介酶工程简介一、化学酶工程一、化学酶工程 天然酶天然酶 固定化酶固定化酶 化学修饰酶化学修饰酶 人工模拟酶人工模拟酶二、生物酶工程二、生物酶工程 克隆酶克隆酶 突变酶突变酶 新酶新酶 将酶学和工程学相结将酶学和工程学相结合，产生了酶工程合，产生了酶工程(enzyme engineering)这这样一个新的领域。酶工样一个新的领域。酶工程主要研究酶的生产、程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶纯化、固定

44、化技术、酶分子结构的修饰和改造分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的生和理论研究等方面的应用应用。固定化酶固定化酶 将水溶性酶用物理或化学方法处理，固定于高分子支持物将水溶性酶用物理或化学方法处理，固定于高分子支持物(或载体或载体)上而成为不溶于水，但仍有酶活性的一种酶制剂形上而成为不溶于水，但仍有酶活性的一种酶制剂形式，称固定化酶式，称固定化酶(immobilized enzyme)。包埋法包埋法 吸附法吸附法共价偶联法共价偶联法交联法交联法酶的改造和模拟酶的改造和模拟 酶的改造酶的改造：功能基团的化学修饰酶功能基团的化学修饰酶 酶蛋白侧链的化学修饰

45、酶蛋白侧链的化学修饰 酶分子内或间的交联反应酶分子内或间的交联反应酶的模拟酶的模拟：根据酶作用的原理摸拟酶的活性中心：根据酶作用的原理摸拟酶的活性中心和催化机理，用化学方法制备结构较简单和催化机理，用化学方法制备结构较简单,高效、高效、高选择性、稳定性能好的新型催化剂高选择性、稳定性能好的新型催化剂,可以是无机可以是无机化合物、有机化合物或小肽。化合物、有机化合物或小肽。人工模拟酶人工模拟酶 -benzyme环糊精环糊精催催化化侧侧链链催化侧链连接到环糊精上，催化侧链连接到环糊精上，可模拟胰凝乳蛋白酶可模拟胰凝乳蛋白酶环糊精分子环糊精分子结构结构环糊精结构环糊精结构模型模型生物酶工程示意图生物

46、酶工程示意图酶的蛋白质结构功能酶的蛋白质结构功能新酶分子蓝图新酶分子蓝图选择性修饰方案选择性修饰方案突变酶突变酶 新酶新酶克隆酶克隆酶产品产品效用效用发发展展酶基因酶基因遗传设计遗传设计遗传修饰遗传修饰DNA重组重组技术技术DNA重组重组技术技术第七节第七节 维生素和辅酶维生素和辅酶一、一、 维生素及其与辅酶的关系维生素及其与辅酶的关系 维生素（维生素（vitamin）维持机体正常生命活动不可缺少维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从食物中摄取。维生素可分为脂溶性（食物中摄取。维生素可分为脂溶性（A，D，K，E）和水溶和水溶性两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代谢受阻，出性两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代谢受阻，出现维生素缺乏症。现维生素缺乏症。 多数水溶性维生素作为辅酶的主要成分多数水溶性维生素作为辅酶的主要成分，或本身就是辅，或本身就是辅酶参与体