生化-第3章-酶(已看)

1、第第 三三 章章 酶酶(Chapter 3 Enzyme)第一节第一节 酶的分子结构酶的分子结构第二节第二节 酶促反应的特点酶促反应的特点第三节第三节 酶促反应机制酶促反应机制第四节第四节 酶促反应的动力学酶促反应的动力学第五节第五节 酶活性调节酶活性调节第六节第六节 酶活性的测定酶活性的测定（自学）（自学）第七节第七节 酶的命名和分类酶的命名和分类（自学）（自学）第八节第八节 其他具有催化作用的生物大分子其他具有催化作用的生物大分子第九节第九节 酶与医学的关系酶与医学的关系（自学）（自学）本章主要内容本章主要内容 什么是酶？什么是酶？ 酶是一类由酶是一类由活细胞活细胞产生，对其产生，对其特特

2、异性底物异性底物具有具有高效催化高效催化作用的作用的蛋白质蛋白质。 生命活动离不开酶生命活动离不开酶 酶对体内的代谢发挥着巧妙的调节作用酶对体内的代谢发挥着巧妙的调节作用 人体的许多疾病与酶的异常密切相关人体的许多疾病与酶的异常密切相关酶的生物学意义酶的生物学意义第一节第一节 酶的分子结构酶的分子结构一、酶的分子组成一、酶的分子组成 l单纯酶单纯酶 （simple enzyme)l结合酶结合酶 （conjugated enzyme) 全酶（holoenzyme)蛋白质部分：蛋白质部分：酶蛋白酶蛋白（apoenzyme) 辅因子(cofactor)小分子有机化合物金属离子 金属离子金属离子金属酶

3、金属酶金属活化酶金属活化酶结合紧密，不易丢失结合紧密，不易丢失结合疏松，但是酶活性所必须结合疏松，但是酶活性所必须金属离子的作用金属离子的作用 稳定酶蛋白的构象。稳定酶蛋白的构象。 参与催化反应，传递电子。参与催化反应，传递电子。 酶和底物之间发挥桥梁作用。酶和底物之间发挥桥梁作用。 中和负电荷，降低静电斥力。中和负电荷，降低静电斥力。（一）金属离子作为辅因子（一）金属离子作为辅因子B族维生素、血红素等。族维生素、血红素等。小分子有机化合物的作用小分子有机化合物的作用载体的作用，传递电子、质子及其他基团。载体的作用，传递电子、质子及其他基团。（二）小分子有机化合物作为辅因子（二）小分子有机化合

4、物作为辅因子（三）（三） 辅因子的分类辅因子的分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度不同）（按其与酶蛋白结合的紧密程度不同）辅酶（辅酶（coenzyme) 与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤的方法除去。与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤的方法除去。 辅基（辅基（prosthetic group) 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。维生素维生素B2核黄素（核黄素（RiboflavinRiboflavin）活性形式活性形式 FAD(FAD(黄素黄素- -腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸) ) FMN( FMN(黄素单核苷酸黄素单核苷酸) )NCCNH

5、NNOOCH2CHCHCHCH2OPOHOHOHOHOOHCH3CH3H许多氧化还原酶的辅基。起着氢的传递体作用许多氧化还原酶的辅基。起着氢的传递体作用 CH3CH3NCCNHNNOOCH2CHCHCHCH2OPOOHOHOHOOHOCH2OHOHNNNH2NNFMN FAD维生素维生素PP尼可酸尼可酸（nicotinic acidnicotinic acid ），）， 尼可酰胺尼可酰胺（nicotinamidenicotinamide ），），活性形式活性形式 NADNAD+ + ( (尼可尼可酰胺酰胺- -腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I) I) 和和NADPNADP

6、+ +( (尼尼可可酰胺酰胺- -腺嘌呤二核苷酸磷酸腺嘌呤二核苷酸磷酸, ,又称为辅酶又称为辅酶II )II )NCOOHNCONH2许多不需氧脱氢酶的辅酶。起着氢的传递体作用许多不需氧脱氢酶的辅酶。起着氢的传递体作用OCH2OPOPOCH2OHOHO OO-O-N+CONH2OOHOH(OPO3H2)NNNH2NN（一）必需基团（一）必需基团 酶分子中与酶活性密切相关的化学基团。酶分子中与酶活性密切相关的化学基团。 常见的必需基团：常见的必需基团：Ser OHHis 咪唑基咪唑基Cys SHAsp - COOH二、酶的活性中心二、酶的活性中心（二）酶的活性中心（二）酶的活性中心 (activ

7、e center)(active center)的概念的概念 必需基团在一级结构上可能相隔甚远，必需基团在一级结构上可能相隔甚远，但在空间结构上十分接近，构成特定的与但在空间结构上十分接近，构成特定的与酶催化活性密切相关的区域，即能与底物酶催化活性密切相关的区域，即能与底物结合并催化底物转化为产物的空间结构，结合并催化底物转化为产物的空间结构，称为酶的活性中心称为酶的活性中心(active center)(active center)或活或活性部位（性部位（active siteactive site）。）。 l 活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团（binding group)与

8、底物结合催化基团（catalytic group)催化底物转变为产物l 活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性应位于活性中心以外，维持酶活性应有的空间构象所必需。有的空间构象所必需。举例：己糖激酶催化G生成G-6-P的过程 己糖激酶己糖激酶 或葡萄糖激酶（肝）或葡萄糖激酶（肝） G + ATP G-6-P + ADP 第二节第二节 酶促反应特点酶促反应特点一、一、 高效性高效性 10 105 510101717倍倍 降低活化能降低活化能二、高度特异性二、高度特异性1 1）定义）定义 一种酶只作用于一种酶只作用于一种或一类一种或一类化合物化合物，进行一种类型的化学

9、反应，以得到一进行一种类型的化学反应，以得到一定结构的产物，这种现象称为酶的定结构的产物，这种现象称为酶的特特异性（异性（specificity)。 三种类型：三种类型：2） 分类分类 立体异构特异性（立体异构特异性（stereo spcificity)绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)相对特异性相对特异性(relative specificity) 结构特异性（结构特异性（structure specificity) 立体异构特异性（立体异构特异性（stereo spcificity)一种酶只能作用于立体异构体中的一种。一种酶只能作用于立体异构体中的一种。L -

10、 乳酸乳酸LDH丙酮酸丙酮酸NADH+H+NAD+ 绝对专一性绝对专一性(absolute specificity)(absolute specificity)一种酶只对一种化合物有催化活性。一种酶只对一种化合物有催化活性。尿素尿素脲酶脲酶NH3+ CO2 相对特异性相对特异性(relative specificity)(relative specificity) 一种酶可以催化一类底物一种酶可以催化一类底物( (结构相似的物质结构相似的物质或一种化学键或一种化学键) )。磷脂酶A2催化取代基X不同的磷脂水解相同的2-位酯酰键第三节第三节 酶促反应的机制酶促反应的机制一、酶一、酶- -底物复合

11、物形成和诱导契合学说底物复合物形成和诱导契合学说 酶与底物分子结合时，酶与底物的结构酶与底物分子结合时，酶与底物的结构相互诱导、相互形变、相互适应，使酶活性相互诱导、相互形变、相互适应，使酶活性中心与底物密切结合，这就是诱导契合中心与底物密切结合，这就是诱导契合 (induced-fit)(induced-fit)学说学说 。productsenzymeenzymeSSenzymeSSSSenzyme图图3-3 3-3 酶与底物的诱导契合模型酶与底物的诱导契合模型二、邻近效应和定向排列二、邻近效应和定向排列三、酸碱催化三、酸碱催化四、表面效应四、表面效应第四节第四节 酶促反应的动力学酶促反应的

12、动力学（Kinetics of Enzyme-catalyzed Reaction) 概概 述述l 酶动力学酶动力学研究酶促反应速率及影响因素的科学。研究酶促反应速率及影响因素的科学。l 研究意义研究意义 为研究酶结构和功能的关系提供实验为研究酶结构和功能的关系提供实验依据；探索酶催化的有利条件依据；探索酶催化的有利条件, ,有利于了有利于了解酶在物质代谢中的作用和了解部分药物解酶在物质代谢中的作用和了解部分药物的作用机制。的作用机制。l反应速率（反应速率（Velocity, V )单位时间内产物的增加量或反应物的减少量。单位时间内产物的增加量或反应物的减少量。l反应初速率（反应初速率（Ini

13、tial velocity) 反应刚开始时的反应速率。反应刚开始时的反应速率。 下述所提及的反应速率均为反应初速率。下述所提及的反应速率均为反应初速率。研究某一因素时，其他因素均固定不变。研究某一因素时，其他因素均固定不变。底物浓度底物浓度酶浓度酶浓度pHpH温度温度抑制剂抑制剂l影响酶促反应速率的因素影响酶促反应速率的因素一、底物浓度对酶促反应速率的影响一、底物浓度对酶促反应速率的影响（一）酶促反应速率对底物浓度作图呈矩形双曲线（一）酶促反应速率对底物浓度作图呈矩形双曲线 S较低时，较低时，V与与S成成正比；正比； S 逐渐增加，反应速逐渐增加，反应速率不再成正比例加速；率不再成正比例加速；

14、 当当S增加到一定程度时，增加到一定程度时，反应速率不再增加，达到反应速率不再增加，达到最大反应速率。最大反应速率。1913年，年，Michaelis and Menten 提出提出V与与S关系的数学方程式。关系的数学方程式。即著名的即著名的Michaelis-Menten 方方程（程（米氏方程）。米氏方程）。（二）米氏方程（二）米氏方程S:S:底物浓度。底物浓度。V:V:不同底物浓度下的反应速不同底物浓度下的反应速率。率。 V Vmaxmax：最大反应速率：最大反应速率 （Maximum velocity)Maximum velocity)。K Km m：米氏常数（：米氏常数（Michael

15、is Michaelis constant)constant)。1. Michaelis-Menten 方程方程V=Vmax SKm + S2. 米氏常数（ Km）的意义）的意义1 1） Km值是酶的特征性常数值是酶的特征性常数与酶结构、底物种类、外界环境有关；与酶结构、底物种类、外界环境有关；与酶浓度无关。与酶浓度无关。己糖激酶己糖激酶GG-6-PKm=0.4 10-3GG-6-P葡萄糖激酶葡萄糖激酶Km =12 10-31/2Vmax底物浓度底物浓度KmVmax初速率初速率maxmSSVKV+图图3 - 4 底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响 Km=S，即，即K Km

16、 m表示反应速率表示反应速率为最大反应速率一半时的为最大反应速率一半时的SS。其单位为其单位为 mmol/L。 Vmax2=Vmax SKm+ S2）Km值表示反应速率为最大反应值表示反应速率为最大反应 速率一半时的速率一半时的S。3 3）KmKm值反映了酶对底物亲和力的大小值反映了酶对底物亲和力的大小Km亲和力愈大亲和力愈大；Km亲和力愈小亲和力愈小己糖激酶己糖激酶GG-6-PKm=0.4 10-3GG-6-P葡萄糖激酶葡萄糖激酶Km =12 10-3二、酶浓度对酶促反应速率的影晌二、酶浓度对酶促反应速率的影晌 在酶促反应体系中，底物的浓度又足够大，酶全部被底物饱和时，则反应速率与酶浓度成正

17、比 。初速率初速率酶浓度酶浓度三、三、pHpH对酶促反应速率的影晌对酶促反应速率的影晌 酶的最适pH（optimum pH） 在某一pH环境下，使各必需基团的解离情况得到统筹兼顾，相互协调，使酶可以发挥最大活性。这种酶催化活性最高时反应系统的pH称为酶的最适pH。268104酶酶的的相相对对活活性性pH胃蛋白酶胰蛋白酶碱性磷酸酶图图3-7 pH对三种不同酶活性的对三种不同酶活性的影响影响四、温度对酶促反应速率的影晌四、温度对酶促反应速率的影晌l最适温度（optimum temperature） 酶促反应速率最大时的反应系统温度，称为酶促反应的最适温度。恒温动物组织中，酶的最适温度一般在3740

18、图图3-8 温度对唾液淀粉酶活性的影响温度对唾液淀粉酶活性的影响五、抑制剂对酶促反应速率的影晌五、抑制剂对酶促反应速率的影晌l 酶的抑制剂(inhibitor，I) 与酶结合使酶催化活性降低或丧失，而不引起酶蛋白变性的一类化合物。l 抑制作用的类型抑制作用的类型可逆性抑制可逆性抑制（reversible inhibition）不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)（一）（一） 不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibition) l 定义定义 抑制剂与酶的必需基团以抑制剂与酶的必需基团以共价键共价键结合而引结合而引起酶活力丧失，起酶活

19、力丧失，不能不能用物理方法除去抑制剂而用物理方法除去抑制剂而使使酶复活酶复活，称为不可逆性抑制。，称为不可逆性抑制。有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶I：敌敌畏、美曲膦酯等农药：敌敌畏、美曲膦酯等农药E：蛋白酶、：蛋白酶、 酯酶（胆碱酯酶）酯酶（胆碱酯酶）XPOROOR+ HO 丝丝酶酶POROOOR酶酶+ HX( (二）可逆性抑制二）可逆性抑制（Reversible Inhibition）l 概念：概念： 抑制剂与酶非共价疏松结合而引起酶活性抑制剂与酶非共价疏松结合而引起酶活性降低或丧失，称为可逆性抑制。降低或丧失，称为可逆性抑制。 l 特点特点a. a. 结合可逆，除去抑制剂，酶活性可以

20、恢复结合可逆，除去抑制剂，酶活性可以恢复 ；b. b. 酶活性降低而非丧失。酶活性降低而非丧失。l 类型类型 竞争性抑制竞争性抑制 （competitive inhibition ）反竞争性抑制反竞争性抑制 （uncompetitive inhibition）混合性抑制混合性抑制 （mixed inhibition )非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition）根据根据I I与与E E结合的方式不同，可以分为四种结合的方式不同，可以分为四种 ：1. 1. 竟争性抑制竟争性抑制l某些抑制剂的化学结构与作用物相似，因某些抑制剂的化学结构与作用物相似，因而能与作

21、用物竟争并与酶活性中心结合。而能与作用物竟争并与酶活性中心结合。使有活性的酶的数量减少，酶促反应被抑使有活性的酶的数量减少，酶促反应被抑制了。制了。l竟争性抑制通常可以通过增大作用物浓度竟争性抑制通常可以通过增大作用物浓度，即提高作用物的竞争能力来消除。，即提高作用物的竞争能力来消除。竟争性抑制* * 举例举例l 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2COOHCH2CH2COOHCOOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸丙二酸丙二酸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，最大大，最大反应速度反应速度不变不变-4-202468100.00.20.

22、40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v竞争性抑制作用的动力学特征竞争性抑制作用的动力学特征无抑制剂竞争性抑制剂1/Vmax2. 非竟争性抑制l酶可同时与作用物及抑制剂结合，引酶可同时与作用物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与作用物竞降。由于这类物质并不是与作用物竞争并与活性中心结合，因此称为非竞争并与活性中心结合，因此称为非竞争性抑制剂。争性抑制剂。非非竟竟争争性性抑抑制制l加入非竞加入非竞争性抑制争性抑制剂后，剂后，K Km m 虽然不变虽然不变，但，但V Vmaxmax减小。减小。非竞争性抑制作用的动力

23、学特征非竞争性抑制作用的动力学特征-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v无抑制剂非竞争性抑制剂-1/km3.3. 反竟争性抑制反竟争性抑制l此类抑制剂只能与酶与作用物的复合体此类抑制剂只能与酶与作用物的复合体结合，当结合，当ESES与与I I结合后，酶活性被抑制结合后，酶活性被抑制。l动力学特征为动力学特征为KmKm值变小，最大反应速度值变小，最大反应速度降低。降低。作用特点作用特点无抑制无抑制剂剂竞争性抑竞争性抑制剂制剂非竞争性非竞争性抑制剂抑制剂反竞争性反竞争性抑制剂抑制剂I I的结合部位的结合部位EE、ESES酶促动力酶促动力学特点

24、学特点表观表观K Km mK Km m增大增大不变不变减小减小V VmaxmaxV Vmaxmax不变不变降低降低降低降低三种可逆性抑制作用的比较三种可逆性抑制作用的比较 第五节 酶活性的调节 因环境因素的作用表现出催化活性变化，进而调整代谢途径反应速率的酶，统称为调节酶。l 调节酶（regulatory enzyme）别构酶同工酶酶原l 定义定义 一、别构酶（一、别构酶（allosteric enzyme) 细胞内有些酶活性中心以外的某个部位可与一些代谢物分子可逆结合，引起酶的空间构象发生改变，进而影响酶的催化活性。这些通过构象改变而影响其活性的酶称为别构酶。2. 别构效应剂别构效应剂 引起别构效应的物质称为别构效引起别构效应的物质称为别构效应剂。使酶活性升高的物质称为别构应剂。使酶活性升高的物质称为别构激活剂，使酶活性下降的物质称为别激活剂，使酶活性下降的物质称为别构抑制剂。构抑制剂。3. 3. 别构部位别构部位别构效应剂与酶结合的部位。别构效应剂与酶结合的部位。二、酶原二、酶原（一）酶原与酶原激活 有些酶在细胞内刚合成或初分泌时并无活性，这类无活性的酶的前体，称为酶原 。 l 酶原(zymogen /proenzyme）l 酶原激活 无活性的酶前体转变成有活性的酶的过程称为酶原激活。 149 24514814716 1461514 1 13糜蛋白酶在Arg15,Ile