(药学专升本成教)第六章 酶3

1、目录目录Enzyme第六章第六章 酶目录目录第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme目录目录蛋白质部分：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)目录目录n小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶物质，称为辅酶 (coenzyme)。 其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、

2、质子或一些基团。传递电子、质子或一些基团。 辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。素或维生素类物质。目录目录n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prosthetic group)。n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。目录目录二、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分子中氨基酸残

3、酶分子中氨基酸残基基侧链侧链的化学基团中的化学基团中，一些与一些与酶活性酶活性密切相关密切相关的化学基团的化学基团。n必需基团必需基团(essential group)目录目录指必需基团在空间指必需基团在空间结构上结构上彼此靠近彼此靠近，组成，组成具有具有特定空间结构的区特定空间结构的区域域，能与底物特异，能与底物特异结合结合并将底物并将底物转化转化为产物。为产物。n酶的活性中心酶的活性中心 (active center)目录目录活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团位于活性中心以外，位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节间构象和（或）作为调节剂

4、的结合部位所必需。剂的结合部位所必需。 活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团目录目录HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶n举例举例同工酶同工酶 (isoenzyme)是指催化相同的化是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。至免疫学性质不同的一组酶。n定义定义目录目录第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action目录目录（一）（一）酶

5、促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率 酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的的活化能活化能。酶比一般催化剂更有效地降低反应。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。的活化能。目录目录n根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3种类型：种类型：绝对特异性绝对特异性(absol

6、ute specificity)：只能作用于：只能作用于特定结构的底物特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物一种特定结构的产物 。 相对特异性相对特异性(relative specificity)：作用于：作用于一类一类化合物或化合物或一种化学键一种化学键。立体结构特异性立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立：作用于立体异构体中的体异构体中的一种一种。（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性目录目录（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能反应总能量改变反应总能量

7、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 目录目录（二）酶（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态过渡态 酶底物复合物酶底物复合物E + SE + PES目录目录1. 诱导契合作用使酶与底物密切结诱导契合作用使酶与底物密切结合合酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形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。这一过程称为酶和相互适应，进而相互结合

8、。这一过程称为酶- -底物底物结合的结合的诱导契合诱导契合(induced-fit) 。目录目录酶的诱导契合动画酶的诱导契合动画目录目录2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心酶的活性中心 3.表面效应使底物分子去溶剂化表面效应使底物分子去溶剂化目录目录第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 目录目录n酶促反应动力学：酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反应研究各种因素对酶促反应速率速率的影响，并加以定量的阐述。的影响，并加以定量的阐述。n影响因素包括：影响因素包括：酶浓度

9、、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温、温度、抑制剂、激活剂等。度、抑制剂、激活剂等。目录目录一、底物浓度对反应速率影响的作图呈一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线矩形双曲线在其他因素不变在其他因素不变的情况下，底物浓度的情况下，底物浓度对反应速率的影响呈对反应速率的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。目录目录 米氏方程式米氏方程式S：底物浓度底物浓度; V：不同不同S时的反应速率时的反应速率; Vmax：最大反应速率最大反应速率;m：米氏常数米氏常数 VmaxS Km + S 2=Km + S Vmax VmaxSKm = S 目录目录n Km的意义的意义 定义：定义：Km等于酶促反

10、应速率为最大反应速率一等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。半时的底物浓度。 意义：意义：lKm是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强、离子强度）有关，度）有关，与酶的浓度无关与酶的浓度无关。lKm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；l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。目录目录当当SE，酶可被，酶可被底物饱和的情况下，反底物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。应速率与酶浓度成正比。0 VE酶浓度对反应速率的影响酶浓度对反应速率的影响目录

11、目录酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的促反应的最适温度最适温度(optimum temperature)。酶的活性虽然随温度的酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。升后，酶又恢复其活性。 目录目录四、四、pH通过改变酶和底物分子解离状态通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率影响反应速率酶催化活性最高时反应体系的酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应称为酶促反应的的最适最适pH (optimum pH)。 npH对某些酶对某些酶活性的影响活性的影响目录目录五

12、、抑制剂可逆地或不可逆地降低五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率酶促反应速率n酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)n酶的抑制区别于酶的变性：酶的抑制区别于酶的变性： 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 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凡能使酶的凡能使酶的催化活性下降催化活性下降而而不引起酶蛋白不引起酶蛋白 变性变性的物质称为酶的抑制剂。的物质称为酶的抑制剂。目录目录n抑制作用的类型抑制作用的类型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

13、争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：酶的抑制作用分为：目录目录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) n概念概念n举例举例抑制剂通常以共价键与酶活性中心的抑制

14、剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。必需基团相结合，使酶失活。目录目录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 n类型类型n概念概念抑制剂通常以抑制剂通常以非非共价键与酶或酶共价键与酶或酶- -底物底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。抑制剂可用透析、超滤等方法除去。目录目录有些抑制剂与底物的结构相似，能与底有些抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成。物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。这种

15、抑制作用称为竞争性抑制作用。+ESIESEIPEE动力学特点：动力学特点：Vmax不变，表观不变，表观Km增大。增大。 目录目录n举例举例丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸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延胡索酸延胡索酸目录目录磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶与对氨基苯甲酸竞争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

16、 胺胺 类类 药药 物物目录目录有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合，有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。但酶但酶-底物底物-抑制剂复合物抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产不能进一步释放出产物。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。物。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。+ S S+ S S+ESIEIEESEP动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表观降低，表观Km不变。不变。 目录目录抑制剂仅与酶和底物

17、形成的中间产物抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使结合，使中间产物中间产物ES的量下降。这样，既减少从中间产物转化的量下降。这样，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。底物的量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。3.3. 反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶- -底物复合物结合底物复合物结合 +ESESESIEP动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表观降低，表观Km降低。降低。 目录目录第四节第四节 酶的调节酶的调节The Regulati

18、on of Enzyme目录目录n调节方式调节方式n调节对象：关键酶调节对象：关键酶目录目录n 变构调节变构调节 一、调节酶对酶促反应速率的快速调节一、调节酶对酶促反应速率的快速调节目录目录n共价修饰共价修饰(covalent modification)目录目录n酶原酶原 (zymogen)n酶原的激活酶原的激活目录目录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胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程目录目录n 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义避免避免细胞产生的酶对细胞进行细胞产生的酶对细胞进行自身消化自身消化，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。目录目录二、二、 酶含量的调节包括对酶合成与分解酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节速率的调节诱导作用诱导作用(induction) 阻遏作用阻遏作用(repression)（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖溶