生物化学与分子生物学课件第3章酶

1、BiochemistryWei Yin PhDDepartment of BiochemistryZhongshan Medical School Sun Yat Sen University2014-10第三章第三章 酶酶(enzyme)酶的概念：酶的概念：单体酶单体酶（monomeric enzyme）由一条多肽链组成，只具有三级结构的酶。由一条多肽链组成，只具有三级结构的酶。如核糖核酸酶、一些肠道蛋白水解酶、溶菌酶。如核糖核酸酶、一些肠道蛋白水解酶、溶菌酶。寡聚酶寡聚酶（oligomeric enzyme）由多条相同或不同的由多条相同或不同的亚基亚基以非共价键连接以非共价键连接组成组成的

2、的酶。酶。一、一、 酶的分子组成酶的分子组成多酶复合物多酶复合物（multienzyme complex），）， 或称或称多酶体系多酶体系（multienzyme system）由催化不同化学反应的多种酶组成的寡聚酶。由催化不同化学反应的多种酶组成的寡聚酶。如：丙酮酸脱氢酶复合物如：丙酮酸脱氢酶复合物同工酶同工酶（isoenzyme，isozyme）催化相同化学反应但亚基种类不尽相同的一组酶。催化相同化学反应但亚基种类不尽相同的一组酶。多功能酶多功能酶（multifunctional enzyme） 或称或称串联酶串联酶（tandem enzyme）一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，一些

3、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，这类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。酶称为多功能酶。如：哺乳动物脂肪酸如：哺乳动物脂肪酸（一）结构组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶（一）结构组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅助因子。这类酶称为助因子。这类酶称为单纯酶单纯酶（simple enzyme）。）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。核酸酶等。一、酶的分子组成中常含有辅助因子一、酶的分子组成中常含有辅助因子（二）结构组

4、成中既含氨基酸组分又含非氨（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨基酸组分的酶称为结合酶基酸组分的酶称为结合酶结合酶结合酶（conjugated enzyme）是除了在其组）是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分非蛋白质部分蛋白质部分：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全酶全酶(holoenzyme)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

5、类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）（按其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，可用疏松，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):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超透析或超滤的方法除去滤的方法除去。一些化学稳定的小分子有机化合物是重一些化学稳定的小分子有机化合物是重要的辅酶或辅基。要的辅酶或辅基。辅酶在反应过程中可与多种酶蛋白结合，辅酶在反应过程中可与多种酶蛋白结合，作为底物在不同的酶之间作为底物在不同的酶之间传递电子、质子或化传递电子、质子或化学基团学基团。 辅基在反

6、应中不能离开与其结合的酶蛋白。辅基在反应中不能离开与其结合的酶蛋白。 辅酶或辅基辅酶或辅基缩写缩写转移的基团转移的基团所含的维生素所含的维生素烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶（辅酶I）NAD+H+，电子，电子烟酰胺（维生烟酰胺（维生素素PP）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶磷酸（辅酶II）NADP+H+，电子，电子烟酰胺（维生烟酰胺（维生素素PP）黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸FAD氢原子氢原子维生素维生素B2焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素TPP醛基醛基维生素维生素B1磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基氨基维生素维生素B6辅酶辅酶ACoA酰基酰基泛酸泛酸生物素生物素二氧化

7、碳二氧化碳 生物素生物素四氢叶酸四氢叶酸FH4一碳单位一碳单位叶酸叶酸辅酶辅酶B12氢原子，烷基氢原子，烷基维生素维生素B12小分子有机化合物辅酶（辅基）的种类与作用小分子有机化合物辅酶（辅基）的种类与作用 金属酶金属酶(metalloenzyme)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。 金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。紧密。 金属离子的作用金属离子的作用稳定酶的稳定酶的构象、活性中心；构象、活性中心； 参与催化反应，传递

8、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。金属酶和金属激活酶金属酶和金属激活酶 酶分子中能与酶分子中能与底物特异地结合并底物特异地结合并催化底物转化为产催化底物转化为产物的区域。物的区域。酶的活性中心酶的活性中心 （active center）溶菌酶的一级结构和空间结构溶菌酶的一级结构和空间结构二、酶的活性中心是酶分子中执行二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位其催化功能的部位酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域组成酶活性中组成

9、酶活性中心的必需基团在心的必需基团在一一级结构上可能相距级结构上可能相距很远很远，但在形成，但在形成三三级结构时相互接近级结构时相互接近，形成具有三维结构形成具有三维结构的区域，且多是酶的区域，且多是酶分子中的裂隙或凹分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口陷所形成的疏水口袋。袋。溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心*必需基团必需基团（essential group ）：binding groupbinding groupcatalytic groupcatalytic group与酶活性密切相关的基团。与酶活性密切相关的基团。底底 物物活性中心以活性中心以外的必需基团外的必需基团结合基团结合基团催化基团

10、催化基团活性中心活性中心胰凝乳蛋白酶的空间结构胰凝乳蛋白酶的空间结构三、三、 同工酶同工酶(isoenzyme)根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同同mRNAmRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织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，它使不同的或同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组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特

11、征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。提供了理论依据。 乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异性同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异性同工酶同工酶存在于同一种属的不同个体，同一个体存在于同一种属的不同个体，同一个体的不同组织、同一细胞的不同亚细胞结构，以及同的不同组织、同一细胞的不同亚细胞结构，以及同一组织、细胞的不同发育阶段。一组织、细胞的不同发育阶段。LDH同工酶同工酶红细胞红细胞白细胞白细胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺肾肾肝肝脾脾LDH1 （H4）431227.10731443210LDH

12、2 （H3M）444934.70243444425LDH3（H2M2）123320.95335121110LDH4 （HM3）1611.7160512720LDH5 （M4）005.7790120565人体各组织器官人体各组织器官LDH同工酶谱（活性同工酶谱（活性%）检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义l在代谢调节上起着重在代谢调节上起着重要的作用；要的作用；l用于解释发育过程中用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；阶段特有的代谢特征；l同工酶谱的改变有助同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；于对疾病的诊断；l同工酶可以作为遗传同工酶可以作为遗传标志，用

13、于遗传分析研究。标志，用于遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDH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第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action一、一、 酶促反应的特点酶促反应的特点（二）（二） 酶作用的特点：酶作用的特点：1. 1.酶的效率：活化能的降低可使反应速率呈指数上升酶的效率：活化能的降低可使反应速率呈指数上升化学反应速率与自由能变化的关系化学反应速率与自由能变化的关系 dS kBT V = = S e G*/RT

14、dt hS代表底物（代表底物（substrate）浓度）浓度kB是玻尔茨曼常数（是玻尔茨曼常数（Boltzmann constant）（）（1.381 10 23JK-1）h是普朗克常数（是普朗克常数（Planck constant）（）（6.626 10 34J.s） G*代表反应的活化能代表反应的活化能在标准状态下反应活化能降低在标准状态下反应活化能降低1倍，反应速倍，反应速率可提高约率可提高约5000倍，呈现指数上升。倍，呈现指数上升。一般讲，酶的催化效率比非催化反应高一般讲，酶的催化效率比非催化反应高105 1017倍倍酶的催化效率可用酶的酶的催化效率可用酶的转换数转换数 (turno

15、ver number) 来表示。酶的转换数是指在酶被底来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟将底物物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。转化为产物的分子数。 2. 酶对底物有高度的选择性酶对底物有高度的选择性酶的酶的特异性或专一性特异性或专一性（specificity）酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化学键，催化一定的化学反应并产生一定结构的产学键，催化一定的化学反应并产生一定结构的产物的现象。物的现象。（一）有的酶对其底物和

16、反应类型具有极其（一）有的酶对其底物和反应类型具有极其严格的选择性严格的选择性有的酶仅对一种特定结构的底物起催化作有的酶仅对一种特定结构的底物起催化作用，产生具有特定结构的产物。酶对底物的这用，产生具有特定结构的产物。酶对底物的这种极其严格的选择性称为种极其严格的选择性称为绝对特异性（绝对特异性（absolute specificity）。）。脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。（二）多数酶具有相对特异性（二）多数酶具有相对特异性多数酶可对一类化合物或一种化学键起催多数酶可对一类化合物或一种化学键起催化作用，这种对底物分子不太严格的选择性称化作用，这种对底物

17、分子不太严格的选择性称为为相对特异性（相对特异性（relative specificity）。）。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）的羧基所形成的肽键。氨酸）的羧基所形成的肽键。 人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化（三）有些酶仅对底物分子的某种构型起（三）有些酶仅对底物分子的某种构型起催化作用催化作用酶对立体构型所具有的特异性要求称为酶对立体构型所具有的特

18、异性要求称为立体异构特异性立体异构特异性（stereospecificity）延胡索酸酶仅对延胡索酸延胡索酸酶仅对延胡索酸( (反丁烯二酸反丁烯二酸) )起起催化作用，将其加水生成苹果酸，对顺丁烯催化作用，将其加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸则无作用二酸则无作用二、二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率降低反应的活化能降低反应的活化能 (activation energy) 活化能活化能: 底物分子从底物分子从初态转变到活化态所初态转变到活化态所需的能量。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

19、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 酶的活性中心对底物具有高度的特异性酶的活性中心对底物具有高度的特异性 酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，相互诱导契合，增加与底物的互补性相互诱导契合，增加与底物的互补性大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合是非共价大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合是非共价性的性的氢键氢键离子键离子键疏水键疏水键van der Waalsvan der Waals力力1 1酶与底物结合时相互诱导发生构象改变酶与底物

20、结合时相互诱导发生构象改变诱导契合假说（诱导契合假说（induced-fit hypothesis）酶酶-底物复合物底物复合物 E + S E + P ES 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。这一过相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶程称为酶- -底物结合的诱导契合假说底物结合的诱导契合假说羧肽酶的诱导契合模式羧肽酶的诱导契合模式底物底物Induced fit in hexokinase.(a)Hexokinase has a U-shaped structure (PDB ID 2YHX). (b)The e

21、nds pinch toward each other in a conformational change induced by binding of D-glucose (red) (derived from PDB ID 1HKG and PDB ID 1GLK).形成酶形成酶- -底物过渡态复合物过程中释放结合能底物过渡态复合物过程中释放结合能底物与酶的活性中心相互诱导契合形成过渡态底物与酶的活性中心相互诱导契合形成过渡态化合物，过渡态与酶的活性中心以次级键化合物，过渡态与酶的活性中心以次级键( (氢键、离氢键、离子键、疏水键子键、疏水键) )相结合，这一过程是释能反应，所释相结合，这

22、一过程是释能反应，所释放的能量称为放的能量称为结合能结合能( (binding energy) )。结合能可以抵消一部分活化能，是酶反应降低结合能可以抵消一部分活化能，是酶反应降低活化能的主要能量来源。活化能的主要能量来源。 酶不能使底物形成过渡态，则没有结合能的释酶不能使底物形成过渡态，则没有结合能的释放，也就不能催化反应的进行。放，也就不能催化反应的进行。 2 2、邻近效应、邻近效应、定向排列和表面效应有利于底物、定向排列和表面效应有利于底物形成过渡态形成过渡态邻近效应邻近效应（proximity effect）和）和定向排列定向排列（orientation arrange）将分子间的反应

23、变成类）将分子间的反应变成类似分子内的反应，使反应速率显著提高。似分子内的反应，使反应速率显著提高。在疏水环境中进行酶反应有很大的优越性，此在疏水环境中进行酶反应有很大的优越性，此现象称为现象称为表面效应表面效应（surface effect）。）。酶的活性中心多位于其分子内部的疏水酶的活性中心多位于其分子内部的疏水“口袋口袋”中，酶反应在酶分子内部的疏水环境中进行。疏水中，酶反应在酶分子内部的疏水环境中进行。疏水环境可使底物分子脱溶剂化（环境可使底物分子脱溶剂化（desolvationdesolvation），排除周），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围大量水分子对酶和底物

24、分子中功能基团的干扰性吸引或排斥，防止二者之间形成水化膜，利于底物吸引或排斥，防止二者之间形成水化膜，利于底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。3 3、 表面效应表面效应（surface effect）The Kinetics of Enzymatic Reactionsq概念：研究各种因素对概念：研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响，的影响， 并加以定量的阐述。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

25、定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。一、一、底物浓度对反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响 研究前提：研究前提：v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈反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；反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。反应为一级反应。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；反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。反应为混合级反应。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

26、大速度；反应为零级反应反应为零级反应（一）米曼氏方程式的推导（一）米曼氏方程式的推导v推导基于两个假设：推导基于两个假设：1. 1.E E与与S S形成形成ESES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ESES分解为分解为E E及及P P的反应为慢反应，反应速度取决于的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即慢反应即 Vk3ES (1)2. 2.S S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E E的总浓度，因此在反应的的总浓度，因此在反应的初始阶段，初始阶段，S S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt 推导过程：推导过程：Km值等于酶促反应速度为最大反应速度值等于酶促反应速度为最大

27、反应速度一半时的底物浓度，单位是一半时的底物浓度，单位是mol/L。2Km是酶的特征性常数是酶的特征性常数 在酶的结构、溶液在酶的结构、溶液pH、温度等条件不变的情、温度等条件不变的情况下，酶促反应底物的况下，酶促反应底物的Km不因反应中酶浓度的改不因反应中酶浓度的改变而不同。变而不同。 同一酶对其所催化的不同底物有不同的同一酶对其所催化的不同底物有不同的Km；不同酶对同一底物也有其各自的不同酶对同一底物也有其各自的KmKm的范围多在的范围多在10-610-2mol/L之间。之间。 6.0 10 3己己-N-乙酰乙酰2葡萄糖胺葡萄糖胺溶菌酶溶菌酶 2.5 10 2H2O2过氧化氢酶过氧化氢酶

28、4.0 10 3D-乳糖乳糖 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 2.5 10 3N-苯甲酰酪氨酰胺苯甲酰酪氨酰胺 1.08 10 1甘氨酰酪氨酰甘氨酸甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 2.6 10 2HCO3 碳酸酐酶碳酸酐酶 1.5 10 3D-D-果糖果糖 5 10 5D-D-葡萄糖葡萄糖 4 10 4ATP己糖激酶（脑）己糖激酶（脑） Km（mol/L） 底物底物 酶酶一些酶的底物的一些酶的底物的Km3Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力在一定条件下可表示酶对底物的亲和力k1Km =k2 + k3当当k3 E2 E3。从图中可。从图中可知，知， E的变化不影响酶促反应的的变化不影响酶促

29、反应的Km。B：反应速率对酶浓度作图，：反应速率对酶浓度作图，V与与E呈直线关系。呈直线关系。三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q双重影响：双重影响： 温度升高，酶促反应速度升高；温度升高，酶促反应速度升高； 酶的本质是蛋白质酶的本质是蛋白质,温度升高，可引起酶的变性，从温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低而反应速度降低 。 q 最适温度最适温度 （optimum temperatureoptimum temperature）：）： 酶促反应速度最快时酶促反应速度最快时的环境温度的环境温度l哺乳动物组织中酶的最适温度哺乳动物组织中酶的最适温度多在多在35354040之间之间

30、lTaqTaq DNA DNA聚合酶最适温度为聚合酶最适温度为7272* * 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。低温保存酶和菌种等生物制品低温保存酶和菌种等生物制品低温麻醉低温麻醉四、四、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响q最适最适pH：酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶胆碱酯酶胆碱酯酶体内酶的最适体内酶的最适pH多在多在6.58之间。之间。胃蛋白酶的最适胃蛋白酶的最适pH为为1.8精氨酸酶的最适精氨酸酶的最适pH为为9

31、.8五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响 区别于酶的变性：区别于酶的变性：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；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) 不能通过透析、超滤或稀释不能通过透析、超滤或稀释等方法将其除去。等方法将其除去。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

32、) 一些酶活性中心的催化基团是丝氨酸残基上一些酶活性中心的催化基团是丝氨酸残基上的的羟基羟基，这些酶称为，这些酶称为羟基酶羟基酶。如胆碱酯酶和丝氨酸蛋白酶如胆碱酯酶和丝氨酸蛋白酶ROROPOX+HOEROROPOOE+HX有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸CH3CHN+HONROPROOOE+NROPROOOCHCH3N+EOH解磷定解磷定 失活的酶失活的酶 有机磷有机磷- -解磷定复合物解磷定复合物 活化的酶活化的酶半胱氨酸残基上的半胱氨酸残基上的巯基巯基是许多酶的必需基团。是许多酶的必需基团。低浓度的重金属离子低浓度的重金属离子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等等)及及

33、As3+等可与等可与巯基酶巯基酶分子中的巯基结合，使酶失活。分子中的巯基结合，使酶失活。ClAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl路易士气路易士气巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAsCHCHCl失活的酶失活的酶BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物1 1竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心有竞争性抑制剂存在的米氏方程式有竞争性抑制剂存在的米氏方程式V =Vmax S Km+ S(1 + I ki)双倒数方程式是双倒数方程式是VmaxKm

34、S V1=1Vm ax1+(1 + Ik i)反应模式反应模式+E + S ESE + PIEIkik1k2k3竞争性抑制作用竞争性抑制作用V对对S的双倒数作图的双倒数作图 * * 特点特点b)b) 抑制程度取决抑制程度取决于抑制剂与酶于抑制剂与酶的相对亲和力的相对亲和力及底物浓度；及底物浓度；a) I与与S结构类似，结构类似，或部分相似，或部分相似，竞争酶的活性竞争酶的活性中心；中心；c) 动力学特点：动力学特点：Vmax不变，表不变，表观观Km增大。增大。 I1V1S0Km1Km1(1+ )IkiVmax1* * 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COO

35、H 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 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Viagra 抑制抑制cGMP- 蛋蛋 白白 激激 酶酶 途途 径径 受体，鸟苷酸环化酶受体，鸟苷酸环化酶（guanylate, GC )， cGMP, PKG1、组成：、组成： 2、c

36、GMP的合成和降解的合成和降解GTPGMg2+PPicGMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶H2OCa2+ 或或 Mg2+5- GMPNOGCPKG 蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化使有关蛋白或酶类的使有关蛋白或酶类的丝、苏丝、苏氨酸残基磷酸化氨酸残基磷酸化3、PKG的功能的功能GCG蛋白蛋白GTPcGMP激激 素素R胞 膜*生理效应：如心钠素、生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。舒张血管平滑肌。乙酰胆碱乙酰胆碱 2、非竞争性抑制、非竞争性抑制非竞争性抑制的米氏方程式的双倒数形式非竞争性抑制的米氏方程式的双倒数形式VmaxKm S V1=1Vmax1+(1 + I ki)(1 + I ki)* * 特点特点

37、a) a) 抑制剂与酶活性中抑制剂与酶活性中心外的必需基团结心外的必需基团结合，底物与抑制剂合，底物与抑制剂之间无竞争关系；之间无竞争关系；b)b) 抑制程度取决于抑抑制程度取决于抑制剂的浓度；制剂的浓度；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。 I1V1SKm1(1+ )IkiVmax1Vmax0非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用V V对对SS的双倒数作图的双倒数作图、反竞争性抑制、反竞争性抑制反竞争性抑制作用的米氏方程式的双倒数形式反竞争性抑制作用的米氏方程式的双倒数形式VmaxKm SV1=1Vmax1+(1 +Iki)I1V1SKm1(1+ )IkiVm

38、ax1Vmax0(1+ )IkiKm反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用V V对对SS的双倒数作图的双倒数作图* * 特点：特点： a) a) 抑制剂只与酶抑制剂只与酶- -底底物复合物结合；物复合物结合；b)b) 抑制程度取决于抑抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物制剂的浓度及底物的浓度；的浓度；c) 动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表观降低，表观Km降低。降低。 各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K Kmm K Kmm增大增大不变不变减小减小最大速度最大速度V Vmaxmax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K Kmm/ /

39、V Vmaxmax增大增大增大增大不变不变纵轴截距纵轴截距1/1/V Vmaxmax不变不变增大增大增大增大横轴截距横轴截距- -1/1/K Kmm增大增大不变不变减小减小与与I I结合的组分结合的组分E EE E、ESESESES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

40、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- -对对唾液淀粉酶唾液淀粉酶的激活作用的激活作用酶活性测定酶活性测定 ? ? 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，酶原向有活性酶转在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。化的过程。一些酶只有通过对其前一些酶只有

41、通过对其前体剪切后才有活性体剪切后才有活性 酶原激活的原理酶原激活的原理酶酶 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甘甘异异缬缬组组丝丝肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程酶原酶原激活因子激活因子激活途径激活途径胃蛋白酶原胃蛋白酶原H H+ +或胃蛋白酶或胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 + + 六肽六肽胰蛋白酶原胰蛋白酶原肠激酶、胰蛋白酶肠

42、激酶、胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶 + + 六肽六肽胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 + 2+ 2个二肽个二肽弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶 + + 几个肽段几个肽段羧基肽酶原羧基肽酶原胰蛋白酶胰蛋白酶羧基肽酶羧基肽酶 + + 几个肽段几个肽段消化蛋白酶原的激活消化蛋白酶原的激活 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

43、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。一些代谢物可与某些酶分子一些代谢物可与某些酶分子活性中心外活性中心外的的某部分可逆地结合，使某部分可逆地结合，使酶构象改变酶构象改变，从而改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。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，具有变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应：协同效应： 正协同效应的底正协同效应的底物浓度物浓度- -反应速率曲反应速率曲线为线为S S形曲线形曲线负协同效应的底负协同效应的底物物- -速率曲线外形

44、类速率曲线外形类似矩形双曲线，但不似矩形双曲线，但不是矩形双曲线是矩形双曲线（三）（三） 酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节n共价修饰共价修饰(covalent modification)或化学修饰或化学修饰(chemical modification) ：或化学修饰或化学修饰 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ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白溶酶体的功能溶酶体的功能一是与食物泡融合，将细胞吞噬进的食物或致病菌等大颗粒物质消化成生物大分子，残渣通过外排作用排出细胞；二是在细胞

45、分化过程中，某些衰老细胞器和生物大分子等陷入溶酶体内并被消化掉，这是机体自身重新组织的需要。有很多寿命很短的蛋白，其降解是通过“泛素蛋白酶体”路径实现的。一个蛋白会通过共价键与多个分子组成的泛素多酶系统（UPP系统）结合而被标记为“待降解蛋白”，UPP系统由泛素激活酶（E1），泛素交联酶（E2）及泛素连接酶（E3）组成，UPP的主要成分为泛素，分子量为8.6kDa。酶E1可以通过给泛素的C-端半胱氨酸加一个高能硫酯键而将泛素激活，而被激活的泛素通过此高能硫酯键与酶E2结合。酶E3最后将泛素转运至底物蛋白的活化的赖氨酸残基的-氨基上，泛素化的蛋白被运送到26S的蛋白酶体而被最终降解，同时泛素被释

46、出并被重新利用。第五节第五节 酶的命名与分类酶的命名与分类习惯命名法习惯命名法，一般是按酶所催化的底物命名，在，一般是按酶所催化的底物命名，在其底物英文名词上加后缀其底物英文名词上加后缀“ase” ase” 作为酶的名称。作为酶的名称。如：蛋白酶（如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatase）系统命名法系统命名法根据酶所催化的整体反应，按酶的分根据酶所催化的整体反应，按酶的分类对酶命名类对酶命名每个酶都有一个名称和一个编号每个酶都有一个名称和一个编号 编号中编号中4 4个数字中第个数字中第1 1个数字是酶的分类号，第个数字是酶的分类号，第2 2个数字代表个数字代表

47、在此类中的亚类，第在此类中的亚类，第3 3个数字表示亚个数字表示亚- -亚类，第亚类，第4 4个数字表示该酶个数字表示该酶在亚在亚- -亚类中的序号。亚类中的序号。推荐名称简便而常用推荐名称简便而常用由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会还由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会还同时为每一个酶从常用的习惯名称中挑选出一同时为每一个酶从常用的习惯名称中挑选出一个推荐名称（个推荐名称（recommended name）系统名称：系统名称：L-乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶氧化还原酶推荐名称：乳酸脱氢酶推荐名称：乳酸脱氢酶酶的分类与命名举例酶的分类与命名举例一、一、 酶与疾病的发生酶与疾病的发生二、二、 酶

48、与疾病的诊断酶与疾病的诊断三、三、 酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗一、酶与疾病的发生、临床诊断与治疗一、酶与疾病的发生、临床诊断与治疗密切相关密切相关（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关1 1酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。2 2酶活性改变可引起疾病酶活性改变可引起疾病胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。3 3一些疾病可以引起酶活性的改变一些疾病可以引起酶活性的改变严

49、重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而严重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而影响血液凝固。影响血液凝固。（二）体液中酶的活性可作为某些疾病的诊（二）体液中酶的活性可作为某些疾病的诊断指标断指标2. 2. 恶性肿瘤可因肿瘤组织的增殖加快，其标志酶释恶性肿瘤可因肿瘤组织的增殖加快，其标志酶释放入血增多，有助于对该组织肿瘤的诊断。放入血增多，有助于对该组织肿瘤的诊断。前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。1. 1. 组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入血，有助于对此组织器官疾病的诊断。血，有助于对此组织器官疾病的诊断。急性肝炎时，血

50、清中丙氨酸转氨酶活性升高。急性肝炎时，血清中丙氨酸转氨酶活性升高。3. 3. 有些酶的清除和排泄障碍也可造成血清含量升高。有些酶的清除和排泄障碍也可造成血清含量升高。肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。4. 4. 酶的诱导合成增多也可以从血清中检测出来，用酶的诱导合成增多也可以从血清中检测出来，用于协助诊断和预后判断。于协助诊断和预后判断。胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。偶联测定法不直接涉及原始反应的底物或产物偶联测定法不直接涉及原始反应的底物或产物许多酶促反应的底物和产物虽然不能直接检测，但可许多酶促反应

51、的底物和产物虽然不能直接检测，但可以与另外的酶反应相偶联，偶联的酶以第一个酶的产物为底以与另外的酶反应相偶联，偶联的酶以第一个酶的产物为底物，或以此类推，以最后的酶反应产物可以直接检测为目的。物，或以此类推，以最后的酶反应产物可以直接检测为目的。这种通过偶联其他酶并对此酶促产物进行直接检测，间接地这种通过偶联其他酶并对此酶促产物进行直接检测，间接地反映待测酶反应的底物或产物变化量的方法称为反映待测酶反应的底物或产物变化量的方法称为酶偶联测定酶偶联测定法法（enzyme coupled assay）外加的酶称为外加的酶称为工具酶或辅助酶工具酶或辅助酶（auxiliary enzyme）产物可直接

52、检测的酶称为产物可直接检测的酶称为指示酶指示酶（indicator enzyme）丙氨酸转氨酶丙氨酸转氨酶丙氨酸丙氨酸 + + - -酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸 + + 谷氨酸谷氨酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸 + NADH + H+ NADH + H+ + 乳酸乳酸 + NAD+ NAD+ + （在（在340nm340nm处有吸收峰）处有吸收峰） （在（在340nm340nm处无吸收峰）处无吸收峰）酶联免疫分析测定蛋白质是酶分析的发展酶联免疫分析测定蛋白质是酶分析的发展酶联免疫分析酶联免疫分析又称又称酶联免疫吸附测定酶联免疫吸附测定 （enzyme-linked immunosorb

53、ent assays, ELISA）是利用酶的快速、灵敏、可定量检测的优点和是利用酶的快速、灵敏、可定量检测的优点和免疫学方法中抗原免疫学方法中抗原- -抗体特异性结合的优点，将指示抗体特异性结合的优点，将指示酶与抗体偶连，对抗原进行检测的一种方法酶与抗体偶连，对抗原进行检测的一种方法常用的方法常用的方法将辣根过氧化物酶与抗体偶联，通过显色测定将辣根过氧化物酶与抗体偶联，通过显色测定酶的活性，进而计算出与酶偶联抗体所结合的抗原酶的活性，进而计算出与酶偶联抗体所结合的抗原的量。的量。（三）酶与临床治疗有着密切关系（三）酶与临床治疗有着密切关系1 1酶作为药物用于补充机体某种酶的不足酶作为药物用于

54、补充机体某种酶的不足消化腺分泌功能不良所致的消化不良可消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以纠正。粉酶等予以纠正。2 2利用酶的催化作用对某些疾病进行针对性的治疗利用酶的催化作用对某些疾病进行针对性的治疗链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，用于治疗心、脑血管栓塞等。用于治疗心、脑血管栓塞等。3 3许多化学药物通过抑制或激活体内某种酶的活性许多化学药物通过抑制或激活体内某种酶的活性对疾病进行治疗对疾病进行治疗许多抗代谢药是按照对酶的竞争性抑制原理许多抗代谢药是按照对酶的竞争性抑制原理设计的。设计的。4 4许多抗菌药物通过抑制细菌的某些酶发挥抑菌作用许多抗菌药物通过抑制细菌的某些酶发挥抑菌作用青霉素通过阻断细菌细胞壁合成过程中糖肽青霉素通过阻断细菌细胞壁合成过程中糖肽转肽酶的活性而破坏细菌细胞壁的合成，产生杀转肽酶的活性而破坏细菌细胞壁的合成，产生杀菌作用。菌作用。二、酶工程是对酶进行改造