第七版生物化学第三章-酶课件

第三章酶

Enzyme生化教研室酶的概念目前将生物催化剂分为两类酶核酶（脱氧核酶）酶(enzyme,E)

：是一类由活细胞产生的，对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。几个有关的名词：底物(substrate,S)：酶作用的物质产物(product,P)：反应生成的物质酶促反应：酶催化的反应酶活性：酶催化化学反应的能力第一节

酶的分子结构与功能

TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme

根据酶的分子结构分为：单体酶(monomericenzyme)

寡聚酶(oligomericenzyme)

多酶体系(multienzymesystem)

多功能酶或串联酶

(multifunctionalenzyme)多酶复合体(multienzymecomplex)多功能酶多酶复合体HS-ACP-酮脂肪酰合酶-SH-酮脂肪酰还原酶,-烯脂肪酰水化酶,-烯脂肪酰还原酶丙二酰单酰转移酶长链脂肪酰硫解酶脂肪酰转移酶一、酶的分子组成中常含有辅助因子结合酶

(conjugatedenzyme)单纯酶

(simpleenzyme)酶蛋白＋辅助因子＝全酶有活性无活性无活性蛋白质部分：酶蛋白

决定反应的特异性非蛋白质部分：辅助因子

(cofactor)

决定反应的种类与性质结合酶按组成分为（一）辅助因子分类

（按其与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶

(coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。

辅基

(prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。1、金属离子的作用稳定酶的构象参与催化反应，传递电子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金属酶(metalloenzyme)金属激活酶(metal-activatedenzyme)

（二）作为酶辅助因子的物质：2、小分子有机化合物多是一些化学稳定的小分子物质，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素或维生素类物质。转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称所含的维生素氢原子（质子）NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素PP）NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素PP）FMN（黄素单核苷酸）维生素B2（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素B2（核黄素）醛基TPP（焦磷酸硫胺素）维生素B1（硫胺素）酰基辅酶A（CoA）泛酸硫辛酸硫辛酸烷基钴胺素辅酶类维生素B12二氧化碳生物素生物素氨基磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素B6之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位四氢叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。必需基团(essentialgroup)有些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，集中形成具有特定空间结构的区域，此区域能与底物特异结合并将底物转变为产物。（二）酶的活性中心(activecenter)一级远，空间近；集中一起是区域；结合底物转产物；活性中心要牢记。丝氨酸组氨酸半胱氨酸氨酸谷氨酸底物

活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心

三、同工酶(isoenzyme)同工酶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至免疫学性质不同的一组酶。*定义HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1（H4）LDH2（H3M)

LDH3（H2M2)LDH4（HM3)LDH5（M4)乳酸脱氢酶的同工酶LDH1～

LDH5M型（骨骼肌型）、H型（心肌型）心肌肝脏意义：有助于对疾病的诊断

心肌LDH1肝LDH56756心肌梗死酶谱肝病酶谱1酶活性正常酶谱2345心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化+-临床意义：

可用于临床某些疾病的诊断肝脏病变：

LDH5↑心肌梗死：

LDH1>LDH2一般正常成人：LDH2>LDH1>LDH3>LDH4>LDH5部分正常儿童血中可见LDH1>LDH2第二节

酶的工作原理

TheMechanismofEnzymeAction酶与一般催化剂的共同点在反应前后酶的质量不变只能催化热力学允许的化学反应只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点一、酶促反应的特点（一）酶促反应具有极高的效率（二）酶促反应具有高度的特异性

1、绝对特异性

2、相对特异性

3、立体异构特异性（三）酶促反应的可调节性酶的催化不需要较高的反应温度。(activationenergy)酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。

举例：(二)具有高度特异性（或专一性）定义：酶对其所催化的底物一种酶具有较严格的选择性。即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。

分为：绝对特异性相对特异性立体异构特异性(absolutespecificity)(relativespecificity)(stereo

specificity)（三）酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等酶的催化效率可用酶的转换数(turnovernumber)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转化为产物的分子数。诱导契合假说(induced-fithypothesis)酶底物复合物

E+S

E+P

ES

（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率

(a)“三点结合”的催化理论（b）锁钥学说（c）诱导契合学说诱导契合作用使酶与底物密切结合(a)“三点结合”的催化理论认为酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。（b）锁钥学说：认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样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-底物结合的诱导契合(induced-fit)

。（c）诱导契合学说第三节酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

概念研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。影响因素包括有酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。※研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。一、底物浓度对反应速度的影响单底物、单产物反应酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）时的反应速度底物浓度远远大于酶浓度研究前提在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。一级反应：反应速度与反应物浓度的一次方成正比二级反应:

反应速度与反应物的浓度的二次方成正比零级反应：反应速度与反应物浓度无关预备知识：1、当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。[S]VVmax2、随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应[S]VVmax3、当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应[S]VVmax中间产物1913年米歇利斯和曼丁推导出单底物酶反应的动力学方程式，即米—曼氏方程（二）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数4.

Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比。当反应速率为最大反应速率一半时：

Km值的推导Km=[S]Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是mol/L。2=Km+[S]

Vmax

Vmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2当K2＞＞K3时，=K1

Km

K2+K3=K1

Km

K2近似于ES的解离常数这种情况下Km可以代表---酶和底物之间的亲和力（呈反比关系）

Km值越小，酶对底物的亲和力越大

Km值越大，酶对底物的亲和力越小

当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。对于生理性底物，大多数酶的转换数在1～104/秒之间意义：

可用来比较每单位酶的催化能力。

酶的转换数1、双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法V=Vmax[S]

Km+[S]两边同取倒数1V＝KmVmax.[S]1＋Vmax

1(三)Ｋm值与Ｖmax值可以通过作图法求取双倒数作图法当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比关系式为：V=K3[E]0V[E]当[S]>>[E]时，Vmax=k3[E]酶浓度对反应速度的影响

二、底物足够时酶浓度

对反应速率的影响呈直线关系双重影响一定温度范围内，T

ν超过一定温度范围

Tν

三、温度对反应速率的影响具有双重性酶活性0.51.02.01.50102030405060

温度ºC

温度对淀粉酶活性的影响

在最适温度前，每增高10℃，酶反应速度增加1-2倍(optimumpH)四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速度pH对某些酶活性的影响五、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂(inhibitor，I):

凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。根据结合紧密程度不同分为：1、不可逆性抑制(irreversibleinhibition)

2、可逆性抑制(reversibleinhibition)竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制

(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制

(uncompetitiveinhibition)1、不可逆性抑制I以共价键与酶活性中心必需基团结合，使酶失活,I不能用透析、超滤等方法去除。

2、可逆性抑制

I通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；I可用透析、超滤等方法除去。解毒--二巯基丙醇(BAL)

E定义: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的形成，使酶的活性降低。※1.竞争性抑制作用的抑制剂与底

物竞争结合酶的活性中心

（二）可逆性抑制剂与酶和（或）酶-底物复合物非共价结合+IEIE+

SE+PES结合方式：

+++EESIESEIEPKmVm[S]·=(1+[I]Ki）+[S]VVmax不变；表观Km值增大⑴I与S结构类似，竞争酶的活性中心⑵抑制程度取决于抑制剂、底物与酶的相对亲和力及抑制剂与底物浓度的相对比。⑶动力学参数：

表观Km值增大，Vm值不变。竞争性抑制的特点：百浪多息（桔红色）1932年格哈德·多马克人类第一种抑菌药百浪多息（磺胺药）服药最好不要超过5天切不可加大药量或延长疗程磺胺药在尿液中的溶解度很小—尿路结石

禁忌：巨幼细胞贫血;

不足2个月的婴儿健康小常识

－－磺胺药2、非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力*结合方式：E+SESE+P+

S－S+

S－S+ESIEIEESEP+IEI+S

EIS

+IVmax降低，表观Km不变⑴抑制剂与活性中心外的必需基团结合，与底物之间无竞争关系⑵抑制程度取决于抑制剂的浓度⑶动力学特点：Vmax降低，表观Km不变

非竞争性抑制的特点：３、反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶-底物复合物结合动画*结合方式：E+SE+P

ES+IESI++ESESESIEPVmax降低，表观Km降低⑴抑制剂只与ES结合⑵必须有底物存在，

抑制剂才能对酶产生抑制作用；

抑制程度取决于[I]与[S]的浓度⑶动力学特点：Vmax降低，表观Km降低

反竞争性抑制的特点：各种抑制作用的比较作用特征无抑竞争性非竞争反竞争制剂抑制性抑制性抑制与I结合的组分EE、ESES动力学参数表观KmKm增大不变减小最大速度Vmax

不变降低降低六、激活剂对反应速度的影响激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。

•必需激活剂

(essentialactivator)

•非必需激活剂

(non-essentialactivator)

第四节

酶的调节

TheRegulationofEnzyme酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）

调节方式

调节对象

关键酶

变构调节

(allostericregulation)一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节（一）变构酶通过变构调节酶的活性

变构效应剂(allosteric

effector)变构激活剂变构抑制剂

变构酶

(allostericenzyme)

变构部位

(allostericsite)

变构调节

(allostericregulation)变构调节举例：RRCRRCCC变构酶的特点：①

通常具有四级结构；②含有催化亚基和调节亚基（或催化部位和调节部位）③变构剂与酶非共价键连接④[S]-v关系曲线为S形变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应

变构激活变构抑制

变构酶的Ｓ形曲线[S]V无变构效应剂

（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价结合与分离实现的在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。共价修饰(covalentmodification)磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化－SH与－S－S互变

常见类型酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。

酶的磷酸化与脱磷酸化

-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶

ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白共价修饰的特点：1.共价修饰的酶存在有（高）活性和无（低）活性两种形式；2.共价键修饰3.放大效应（有瀑布或级联效应）；4.磷酸化消耗ATP5.是体内经济、有效的快速调节方式。酶原(zymogen)酶原的激活

在一定条件下，酶原酶。无活性状态的酶的前体（三）酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶酶原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下

酶原激活的机理赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽+弹性蛋白酶原弹性蛋白酶+碎片胰凝乳蛋白酶原α-胰凝乳蛋白酶+二肽羧基肽酶原A羧基肽酶A+碎片肠激酶自身催化肠激酶启动的酶原激活

酶原激活的生理意义2、有的酶原可以视为酶的储存形式。1、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，保证体内代谢正常进行。

（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏二、酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节1、诱导作用(induction)在转录水平上促进酶生物合成的作用。2、阻遏作用(repression)在转录水平上减少酶生物合成的作用。溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖ATP的降解途径）非溶酶体蛋白酶降解途径（又称依赖ATP和泛素的降解途径）

（二）酶降解的调控与一般蛋白质

降解途径相同

第五节

酶的命名与分类

TheNamingandClassificationofEnzyme一、酶可根据其催化的反应类型予以分类氧化还原酶类(oxidoreductases)转移酶类(transferases)水解酶类(hydrolases)裂解酶类(lyases)异构酶类(isomerases)合成酶类(synthetases,ligases)根据酶反应的类型，酶可分为六大类

二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称EC编号：2.6.1.1

三、酶活性测定和酶活性单位是定量酶的基础

(见教材p83）在特定的条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。

１催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量。

kat与IU的换算：1IU=16.67×10-9kat国际单位(IU)催量单位(katal)

第六节

酶与医学的关系

TheRelationofEnzymeandMedicine

（一）酶与疾病的发生（二）酶与疾病的诊断（三）酶与疾病的治疗一、酶和疾病密切相关

（一）酶的质、量与活性的异常均可引起某些疾病苯酮酸尿症(phenylkeronuria,PKU)体内苯丙氨酸羟化酶（phenylalaninehydroxylase，PAH）缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏苯酮酸尿症(PKU)对中枢神经系统有毒患儿智力发育障碍发病机制：临床表现：

1、皮肤白皙，头发淡黄；

2、虹膜、瞳孔淡红色或

淡兰色；

3、视网膜无色素，羞明，

视物模糊

4、尿液有霉味

5、智力低下血清酶对某些疾病的诊断具有更重要的价值血清酶酶水平的改变病毒性肝炎胆管阻塞肌营养不良急性心肌梗死急性胰腺炎肿瘤转移到其他肝骨胆碱酶酯

或

有机磷化合物中毒

丙氨酸转氨酶

或

或

天冬氨酸转氨酶

碱性磷酸酶

骨疾病，骨折酸性磷酸酶

或前列腺癌（二）酶的测定有助于对许多疾病的诊断血清酶酶水平的改变病毒性肝炎胆管阻塞肌营养不良急性心肌梗死急性胰腺炎肿瘤转移到其他肝骨乳酸脱氢酶

或巨幼红细胞性贫血肌酸激酶

脂酶

小肠穿孔小肠穿孔淀粉酶

-谷氨酰转移酶