生物化学与分子生物学1.酶概述

第四创求严勤新实谨 本章主要内酶的概Generalof酶的分子结构MolecularStructureof酶促反应动力学Enzyme酶与医学的Enzymesand3学时创求严3学时新实谨 新实谨新实谨NAmoleculesallenzymesare3第一的概酶酶催化特定化学反应的蛋白质、——《生物化学与分子生物学名词（2008）酶酶的化学本创求严Withtheexceptionofasmallgroupof新实谨新实谨奋PAGE7酶的研究巴斯德（LouisPasteur）创求严勤

Louis无细胞发酵的"forhisbiochemical"forhisbiochemicalresearchesandhisdiscoveryofcell-freefermentation".

生物学家，1897年《无细胞的发酵》，发现用不含酵母细胞的提取液亦可催化糖发酵产生和CO2，证大贡献，他被授予1907年化学酶是蛋白质的 Sumner），生物化学家，首次证明酶诺思罗普（J.H.Northrop），生物化学家，在结晶出来，并发现它们是蛋白质，从而结束了有关酶的化斯坦利（W.M.Stanley），生物化学家，主要究 蛋白酶由于他们对酶学研究的突出贡创求严 获得1946年的化学奖新实谨 7创求严创求严勤新实谨奋 tonesintheDevelopmentofBiochemistryWohler’ssynthesisofBuchners’fermentationofsugarfromyeastextractsSumner’scrystallizationofureaseFlemming’sdiscoveryofchromosomesMendel’scharacterizationofgenesMiescher’sisolationofnucleicacidsWatsonandCrick’sstructureofDNAGenomicsandproteomics核酶（Ribozyme） 剪接作用(1982)

S.Altman发现RNase的加工(1983)"fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesof蛋白质或(WiththeexceptionofasmallgroupofcatalyticRNAmolecules,allenzymesareproteins) Hammerhead新实谨新实谨奋酶的重要创求严勤

体内化学反应必不可很多疾病与酶的缺陷有Inheritablegenetic临床应用科学研究RestrictionDNA例糖原合成过程

己糖激葡萄糖激酶（肝

6-磷酸G6-磷酸 变位 1-磷酸1-磷酸G+ UDPG焦磷酸化酶UDPG+PPi（焦磷酸 UDP+糖原创求严勤酶的重要体内化学反应必不可很多疾病与酶的缺陷有Inheritablegenetic创求严勤

临床应用科学研究RestrictionDNA创求严创求严勤新实谨奋酶的作用高效酶活性的可酶催化反应的能力比一般催化剂高107~机理：大大降低反应所需的活化能(activation二、高度专一性一种酶只能催化一类化合物或一定的化学键一定的化学反应，生成一定的CO尿素CO2+CO尿素CO2+OO磷酸ROPOOOPO大多数酶的化学本质是蛋白质，易变性，使酶活性丧酶的合成与降受底物浓度和产物浓度变化的受激素、神经系统信息分子的肾上腺素＋受肾上腺素·受体复物激活Gs蛋

磷酸化酶激酶磷蛋白磷酸磷酸化酶激酶b-激活

磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶磷蛋白磷酸肾上腺素参与分解，升高血

抑制剂-

磷蛋白磷酸抑制 创求严创求严勤新实谨奋酶的作用酶的活性中心酸-碱催化；共价催化；亲人卫8版，P61-诱导-契合学Inducedfit己糖激酶的诱导契合（Inducedfitin小 —酶的概高效特异性（专一性不稳定第二节酶的分子一、酶的分类（按分子组成（一）单纯酶simple仅含氨基酸组（二）结合酶（conjugated或称全酶新实谨新实谨奋全酶的全

酶蛋无机离辅因与酶蛋与酶蛋紧密结

(inorganic或辅创求严勤

辅(prosthetic酶蛋白和辅因子单独存在均无创求严创求严勤新实谨奋SomeInorganicIonsThatServeasCofactorsforSomeCoenzymesThatServeasTransientCarriersofSpecificAtomesorFunctionalGroups活性中心activecenter（activeessential酶分子中与催化作用直接相关、不可缺少的化学基团活性中心以 底的必需催化基活性中

结合基创求严创求严勤新实谨奋糜蛋白酶的活性中心与底物结三、酶原、酶原的激酶原(zymogen在细胞内合成或初时没有活性的酶的前体分酶原激由无活性酶原转变为有活性的酶的过酶原激活的酶原分子一个或多个肽键断裂引起分子构象改变，从而或形成酶的活性中心胰蛋白酶原糜蛋糜蛋白酶原的激新实谨新实谨奋酶原存在及激活的意例1：急性胰腺炎的发病机胰腺的胰蛋白酶原被就地激例2：凝血酶原的激块，大失血。适适当的创求严勤酶原存在及激活的意防止组织自身消酶在特定环境和部位发生作用a1胰a1胰蛋白肠激胰蛋白弹性蛋白酶弹性蛋羧基肽羧基四、同工酶isoenzyme催化相同的化学反应，但分子结构、理化性质和免性质不同的一组DifferentDifferentproteinsthatcatalyzethesame乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenaseC=O+NADH+H酸

CHOH+乳创求严勤创求严创求严勤新实谨奋乳酸脱氢酶的同酸

乳心肌中LDH1(H4)L1对乳酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化乳酸转变为酸再进一步氧化分，以供应心肌骨骼肌中LDH5(M4)含量意临床LDH5对酸的亲和力较高，因此它的主要作用是意临床酸酸 乳酸Figure4.3Normalandpathologicpatternsoflactatedehydrogenase(LDH)isozymesinhumanserum.LDHisozymesofserumwereseparatedoncelluloseacetateatpH8.6andstainedforenzyme.Thephotometerscanshowstherelativepropotionoftheisozymes.PatternAisserumfromapatientwithamyocardialinfarct,Bisnormalserum,andCisserumfromapatientwithliverdisease.LDH五、变构酶（别构酶）allostericHb与O2结合导致空间构象T（非氧合状态变R（氧合状态五、变构酶（别构酶）allosteric（意创求严勤新实谨 创求创求严勤新实谨奋小 —酶的分子结创求严创求严勤新实谨奋第三节酶促反应动酶促反应（enzyme研究各种因素对酶促反应速度的影响及影响底物浓度、酶浓度、温度、pH、激动剂、酶促反应反应开始时的速度，即初速度，其大小可反映酶的Initialrate(initial一、底物浓度对反应速度的影Substrate当其它条件不变③②③②①[S]较低时,v与[S]呈正比,即呈直线关②当[S]增加至一定程度时,v随[S]增加而提高③[S]再增加，v达到 VV反应速度与底物浓度成正V

反应速度不再成正比例加V

③当底物浓度高达一定程反应速度不再增加，达最大（一）米-曼氏方程式(米氏方程E+E+LeonorVmax

mV +mKm：米氏常创求严勤新实谨奋

1913

Maud(1879-谢晓亮

，世界首例经MALBAC组扩增高通量进行单遗传病筛查的在第三医院诞生，这标志着我国胚胎植入前遗传技术已处于世界领先水平。入选“2014年度中国科学十大进展创求严勤新实谨 1、Km是当1、Km是当酶促反应速度为最大反应速度一半时V

创求严创求严勤新实谨奋2、Km值是酶的特征性常 Km值只与酶的结构、底物的类别和反应环境（温pH、离子强度）有关，与酶的浓度无33、Km值可以Km值越小，酶与底物的亲和力越44、可根据Km值 谢途径的关键酶、酶的最适底

B

C

D E（三）Km和Vmax的测1/21/2如何精确测定Km和双倒数作图（Lineweaver-Burk作图法，林-贝氏作图法DescribedbyHansLineweaverandDeanBurkin-

VVmaxKmVVmaxKm+1V=11纵轴截 Km• 纵轴截

x=0时y=ax+

1/V=y0时1/[S]=--

S创求严勤S新实谨 创求严创求严勤新实谨奋V酶的活性单国际单位（）：μm底物IU，9）催量单位（katal）：在特定条件下，每秒钟使1mol转化为产物所需的酶量。（国际生化学会1kat1kat=6107三、pH对反应速度的影最适pH（optimumT最适温度：T增高，反应速T>最适温度：T增高，反应速度减小（酶变性恒温动物：37~40 TaqDNA聚合酶：70～75℃可耐受100℃高温此酶是从水生栖热菌Thermus最适温

Optimum温度对酶反应速度影响的应低温酶制临的低温麻和营养物质缺乏的耐受性。患者心脏骤停亚低温治疗抢回一晨 创求严勤新实谨 五、酶的激活剂使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物多多数激活剂为金属离子有些是小分子有机化合物（胆汁酸盐必需激活剂——酶促反应雪中送非必需激活剂——提高酶反应锦上添创求严勤新实谨

Havea 酶的抑制剂（人卫8版Enzymeinhibitorsaremoleculesthatinterferewithcatalysis,slowingorhaltingenzymatic （Lehninger5e创求严勤新实谨 酶抑制剂的作用原创求严勤新实谨奋

酶抑制剂的类

不可逆性抑制（共价结合竞争性抑制可逆性抑（非共价结合

创求严勤新实谨 （一）不可逆性抑制irreversible有机磷、重金属离子（Hg2+,Ag+,Pb2+）、有机重金属对酶的不可逆抑创 新 创求严创求严勤新实谨奋（二）reversible失。采用透析或超滤等方法可分类竞争性抑制(competitive非竞争性抑制 petitive反竞争性抑制 competitiveEI不能转Ki：EI竞争性抑制抑制剂与底物结构相似，与底物竞争结合酶的活性抑制程度取决于[I][S]E++I

E+动力学特点:Vmax不变，Km

VV-1/Km-

1例1：琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂：丙二琥珀

琥珀=脱氢=

HC—COOHHOOC—CH延胡索例2：磺胺类药物抗菌 细

SO2NHR（磺胺类药物 （对氨

磺胺类

二氢可从食物摄取叶酸，核酸的合成不受磺非竞争性抑 petitive非竞争性。抑制程度与[I]有E++I

E++IEI+S ESI动力学特点：Vmax减小，Km11 +（1 -

反竞争性抑 petitive反竞争性抑制uncompetitive特点：抑制剂只与酶-底物复合物结合，不与游离酶结E+ +I

E+1V=1V= .Vmax11(1+[I]-

动力学：斜率不变，Vmax减小，Km减 各种可逆性抑制作用的比作用特 无抑制 竞争性抑 非竞争性抑 反竞争性抑与I结合的组最大E增不E、不降减降林-斜增增不纵轴不增增横轴-变不增创求严创求严勤新实谨奋小 —酶促反应动力酶促反应影响因底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂、抑制底物浓度对酶促反应速度的影米氏方程，Km的意义，Km和Vmax的测酶的可逆性抑制作用机理、动力学变第四节酶与医学的酶与疾病的酶与医学研一、酶与疾病的发酶与疾病酶与疾病的治酶与疾病的发异常的苯酸尿苯丙氨酸羟化白化酪氨酸蚕豆葡糖-6-磷酸脱氢化物苯丙氨酸羟化酶缺陷——苯酸尿（ PKU智力低下，60%的患儿有脑电苯氨苯酸（中枢毒性 创求严创求严勤新实谨奋白化（缺乏酪氨酸酶吃了半包蚕豆之后子成了“重度贫2017-02-09晨5岁男孩的爸妈过年从南方打工回来，到家第二天就发现：孩子脸色黄黄的，没精神，不想吃东西，还，尿出的尿竟然发病机制：葡糖-6-磷酸脱