生物化学通用版课件药 酶

第六章酶enzyme第一节酶是生物催化剂一、酶的生物学意义

生物细胞产生，以Pr为主要成分的生物催化剂

RNA也是一种生物催化剂；抗体酶abzymes：专一作用于抗原分子的，有催化活性的，有特殊生物功能的蛋白质》酶：生物体内一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子（蛋白质和核酸）。生物体内一切化学反应，几乎都是在酶的催化下进行的。

2酶与一般催化剂的异同点:相似处：催化或加速热力学上可能进行的反应；不改变反应的平衡常数；酶本身在反应前后不发生变化。不同之处：

(1)酶主要成分为蛋白质，易受外界条件影响（热敏感，变性）；所以酶作用条件温和（常温、常压、中性酸碱度）。

(2)催化效率高。比非酶促反应快103~1017倍；

(3)具有高度专一性，对底物作用有严格选择性；

(4)酶催化活性受调节控制，调控方式多种。

(5)酶催化反应具特异性。3二.酶作用专一性

一种酶只作用于一类化合物或一定化学键，促进一定的化学变化，生成一定的产物。

1.立体化学专一性（1)立体异构专一性：

如L-AA氧化酶只催化L-AA氧化，对D-AA无作用。（2)几何异构专一性：对顺反异构体选择性

2.非立体化学专一性（1）键专一性：酯酶作用于酯键（2)基团专一性：相对专一性此类酶作用于“键”，对连接键的邻近基团有选择性。（3)绝对专一性：

如脲酶只对尿素水解，尿素的衍生物无作用。4酶专一作用有关学说诱导契合学说：当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，构象发生变化。酶与底物在此基础上互补契合，进行反应。5三、酶的分类与命名

（一）酶的分类

国际酶学委员会（IEC)规定，按催化反应类型分六类

(1)氧化还原酶类：催化氧化还原反应

(2)转移酶类：催化功能基团转移

(3)水解酶类：催化水解反应

(4)裂合酶类：催化水、氨和CO2的去除和加入

(5)异构酶类：催化各类的异构反应

(6)合成酶类：催化消耗ATP的成键反应在此基础上，每一大类又可根据酶作用底物的性质进一步细分为各种亚类和亚亚类。6（二）酶的命名

1.习惯命名：

底物＋反应类型（蛋白水解酶，乳酸脱氢酶、己糖异构酶）；水解酶：只用底物名即可（蛋白酶，蔗糖酶等等）；或酶前冠以来源（胰蛋白酶、唾液淀粉酶等）

2.系统命名：如：ATP＋D-葡萄糖→

ADP＋D-葡萄糖-6-磷酸酶：ATP：葡萄糖磷酸转移酶系统命名分类数字为：EC.2.7.1.1.E.C2.7.1.1.

酶学委员会大类亚类亚亚类序号7第二节酶的结构与功能一、酶的化学组成单纯酶：简单蛋白质组成结合酶conjugatedenzyme（全酶）：

除蛋白质外，含有非蛋白质成分。酶蛋白apoenzyme：蛋白质部分辅因子cofactor：非蛋白部分（又分为辅基或辅酶）

全酶才有活性，两者分开酶即无活性。8根据酶蛋白特点和分子大小分：

1.单体酶：一条多肽链组成。多为水解酶

2.寡聚酶：几个或几十个亚基组成。

3.多酶体系：几种酶彼此嵌合形成的复合体，有利于一系列反应连续进行。9二、酶蛋白的结构

（一）酶的活性中心和必需基团

酶的活性中心（activecenter）：酶蛋白分子表面或裂隙中，特异的AA残基比较集中并构成一定构象，与酶的活性直接相关的结构区域。是酶与底物结合并发挥催化作用的部位（有的含有金属离子，一级结构相隔甚远，空间结构靠近）必需基团：

活性中性内必需基团（催化基团和结合基团）：中心内，酶发挥催化作用与底物直接作用的化学基团；

活性中心以外必需基团：：酶活性中心以外，维持酶分子构象有关的化学基团。1011三、酶的辅助因子与功能

辅基（prostheticgroup）与酶蛋白结合牢固；辅酶（coenzyme，Co）与酶蛋白结合疏松。分类：

无机金属离子；小分子有机化合物；蛋白质辅酶。

一种酶蛋白只与一种辅酶结合而成一种专一性结合酶；但一种辅酶可与不同酶蛋白构成许多不同专一性的结合酶.

如：多种脱氢酶的辅酶是NAD+或FAD

决定酶催化作用的专一性和高效率是酶蛋白部分；辅酶或辅基在酶促反应中决定酶促反应类型，其转递基团的作用12（一）无机离子对酶的作用金属离子，有些与酶蛋白结合牢固；有些为酶本身不含金属离子但加入金属离子才具活性。

酶分子中含有或需要的无机元素举例无机元素酶无机元素酶

Fe2＋或Fe3＋细胞色素Ca2＋

Cl－淀粉酶

Cu2＋细胞色素氧化酶K＋

Mn2＋Mg2＋丙酮酸激酶

Zn2＋羧基肽酶Na

＋

K＋

Mg2＋质膜ATP酶

Mg2＋己糖激酶Mo3＋黄嘌呤氧化酶

Mn2＋精氨酸酶Se谷胱甘肽过氧化酶13金属离子在酶分子中的作用：

（1）维持酶分子构象，甚至参与酶的活性中心（羧肽酶A中的Zn++）（2）通过本身的氧化还原传递电子（3）在酶与底物酯键建立桥梁作用（激酶依赖Mg++与ATP结合）；（4）中和电荷（淀粉酶利用Cl－中和电荷，利于酶与淀粉结合）14（二）Vit与辅酶的关系

Vit：一类小分子的有机化合物，体内合成不足或不能合成，必需由食物供给。脂溶性Vit：A,D,E,K；水溶性Vit：C，B族

B族Vit参与辅酶组成中重要B族Vit辅酶形式酶促反应中作用硫胺素B1TPP氧化脱羧中酮基转移硫辛酸二硫辛酸酮酸氧化脱羧泛酸辅酶ACoA转移酰基核黄素B2FMN,FAD传递氢原子尼克酰胺PPNAD+NADP+传递氢原子生物素H生物素传递CO2

叶酸四氢叶酸“一碳基团”转移钴胺素B125’－甲基钴胺素等甲基转移

15（三）蛋白质类辅酶某些蛋白质自身无催化作用，为某些酶所必需，又称基团转移蛋白或蛋白质类辅酶，主要起递氢或递电子作用金属离子、铁卟啉复合体和血红素通常存在于这些蛋白质的反应中心。16四、酶的结构与功能（一）酶的活性中心与酶作用的专一性酶作用专一性主要取决于酶活性中心结构特异性。胰蛋白酶催化碱性AA羧基所形成肽键水解，胰凝乳蛋白酶催化芳香族AA的羧基形成的肽键水解。

与酶分子活性中心凹陷的AA残基侧链有关。正负电荷结合，或疏水基团相互作用。（二）空间结构与催化活性

酶活性中心各基团的空间位置维持，就能保持全酶的活性。17（三）酶原的激活某些酶在细胞内合成或初分泌是没有活性，此无活性前身－－酶原zymogen

酶原激活：使酶原转变为有活性的酶的作用。激活机制实质：酶分子内肽链的一处或多处断裂，使酶分子构象发生一定程度的改变，从而形成（或暴露）酶的活性中心所必需的构象。

消化道蛋白酶、血液中凝血抗凝血系统酶都以酶原形式存在。18第三节酶的作用机制

反应能阈：能引起反应的最低能量水平活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量

一、酶能显著降低反应活化能反应所需的活化能愈少，能达到活化状态分子就愈多。19酶能显著降低反应活化能故能表现高的催化效率20二、中间复合物学说和酶作用的过渡态

E与S结合形成中间复合物〔ES〕，再分解为E和产物P。

E+SESE+P过渡态ES（要释放一部分结合能，使其处于更低能级）致使S分子内的某些化学键呈现不稳定状态。

大大降低S的活化能，反应大大加速。

E与S多为非共价键结合（氢键、离子键等）21三、酶作用高效率的机制（一）底物的“趋近”和“定向”效应

A和B底物结合在酶分子表面的某一狭小区域，反应基团靠近（趋近效应），降低进入过渡态所需的活化能，并加大反应浓度同时可使反应物在其表面对着特定的基团几何定向－－“定向”效应。反应物用一种“正确方向”相互碰撞发生反应。

使分子间反应变成分子内反应，使反应得以高速进行。22（二）底物变形与张力作用酶与底物结合后，使底物某些敏感键及酶分子均发生“变形”，并对底物产生张力作用使底物扭曲，ES进入过渡态；（三）共价催化作用酶与底物结合形成一个反应活性很高的共价中间产物，转变为过渡态。

亲核催化作用：非共用电子对中的电子（原子）攻击缺电子（带正电荷）原子形成共价键催化反应。

亲电催化作用：亲电子催化剂从底物中吸取一个电子对。23（四）酸碱催化作用酸碱催化剂（广义）：质子供体或质子受体氨基、羧基、巯基、酚羟基、咪唑基在酶催化反应中作用较大。24四、核酶与抗体酶结构特征：锤头状二级结构，同一分子上有催化和底物部分。底物序列含有GU结构，催化部分就是锤头结构。（一）核酶：催化RNA核糖酶类酶酶性RNA

具有生物催化活性的RNA。底物为：RNA

功能：切割剪接RNA作用特点：切割效率低，易被Rnase破坏；作用于RNA，催化转核苷酰反应，水解反应和连接反应，可能还具氨基酸酯酶，氨基酰tRNA合成酶和肽基转移酶活性。25核酶作用机制：自我剪接第一类内含子自我剪接反应需Mg2＋，GTP

第一步：

鸟苷的－OH攻击5’－剪接位点，鸟苷共价结合到内含子的5’－端，并释放出5’端外显子；第二步：

5’端外显子的3’－OH攻击3’－剪接位点，5’－外显子与3‘’－外显子之间形成磷酸二酯键，同时释放线状内含子。

此类核酶已被应用于治疗某些基因突变疾病的正确基因的引入。26第二类内含子自我剪接：

需Mg＋＋，不需鸟苷剪接过程中首先是位于3’－剪接位点附近的A-OH（位于3’－剪接点上游约7～8个核苷酸处）进攻5’－剪接位点。使5’－剪接位点断开，并行成“套索”状中间产物，然后是3’－剪接位点断开，两个外显子连接，同时释放出“套索”状内含子27（二）抗体酶：催化抗体catalyticantibody

即有与半抗原结合又具有催化半抗原进行化学反应的酶活性。其催化反应：酰基转移反应；水解反应：酯水解，酰胺水解已开发出上百种抗体酶，具有多种催化反应类型。抗体酶具有较高的催化活力和较好的专一性。能够根据人们的意愿设计出天然蛋白酶所不能催化的反应，用以催化在结构上有差异的底物，研发新药。28第四节酶促反应的动力学〔S〕对反应速度V

酶浓度一定底物浓度很小时，

V与S呈正比（酶未饱和）；随〔S〕增大，V增加但不成正比（酶趋饱和）；〔S〕再增加，V不增加，达最大（Vmax)（酶饱和）。

一、底物浓度对酶促反应速度的影响作图呈双曲线29

（二）米氏常数Km的意义和应用

Km为1/2Vmax时的底物浓度[S]，单位是mol/L。

一般在10-7～10-1mol/L

（1）Km为特征常数

pH、温度和离子强度等因素不变时，Km是恒定的酶的天然底物（最适底物）：

一种酶有几种底物，有几个Km，Km值最小的底物即是～。

Km表示酶与底物的亲和力：

Km值最小，表示E与底物亲和力最大。（一）米氏方程（根据中间产物学说）Vmax[S]Km+[S]V=30（2）已知某个酶Km，可计算出在某一底物浓度时，反应速度相当于Vmax的百分比（3）测定酶活性时，初速度应达Vmax，[S]值应为Km值的10倍。（4）通过对Km了解，了解反应方向及限速反应步骤（5）了解抑制剂的作用机制31（三）米氏方程求法1.双倒数作图法：

1/V＝Km/Vmax（1/[S]）＋1/Vmax（y=ax+b）

Y斜率X截距

2.Hanes作图法上公式两侧均乘以[S][S]/V=1/Vmax[S]+Km/Vm32二、pH的影响与最适pH最适pH：酶表现最大活力时的pH（环境）各种酶在一定条件下都有一定的最适pH，一般在pH5~8之间。酶促反应影响：1.影响酶和底物的解离2.影响酶分子的构象33三、温度的影响与最适温度酶的最适温度：酶活性最大时的反应环境温度酶是蛋白质，在一定范围内（<60˚C），随温度升高，反应速度加快。但温度超过一定范围，温度升高，反应速度反而降低。最适温度与〔S〕，介质pH，离子强度，保温时间有关。34四、酶浓度的影响

酶浓度增加，反应速度增加五、激活剂的影响激活剂：提高酶活性的物质无机离子，小分子化合物可能机制：稳定构象；连接桥梁；辅基35六、抑制剂的影响抑制作用：酶分子必需基团受到化学物质的影响而改变，导致酶活性的降低或丧失。（Pr变性不属此）酶的抑制剂：能对酶起抑制作用的物质。（一）不可逆抑制

抑制剂与酶的必需基团以共价键结合引起酶活性丧失。抑制剂不能用透析、超滤去除。361.非专一性不可逆抑制

重金属离子（Pb2+、Cu2+、Hg2+），有机砷化合物等能与酶分子中的巯基（－SH)不可逆共价结合（巯基酶），使酶抑制。用二巯基丙醇等巯基制剂可使酶复活

372.专一性不可逆抑制剂

抑制剂专一作用于酶的活性中心或其必需基团（共价结合），抑制酶活性。有机磷（假底物）中毒38自杀底物：有些抑制剂与酶作用后，通过酶的催化作用，其某一基团被活化，I与E共价结合而抑制酶活性。如同酶的自杀。此类I为自杀底物。新斯的明的作用即为此（抑制chE作用)。被AchE水解，水解产物结合到酶活性中心的ser-OH而抑制酶的活性（扩瞳）39（二）可逆抑制

抑制剂与酶非共价键结合引起酶活性降低或丧失。抑制剂可用透析或超滤去除。

1.竞争性抑制：competitiveinhibitionI与S对E的结合有竞争作用，相互排斥。

I与S同时竞争结合酶的活性中心

E+SESE+P

＋

IEI

动力学特点：I存在时，Km增大，Vmax不变；抑制程度与〔I〕成正比，与〔S〕成反比，增大〔S〕可解除抑制。

磺胺类药物为典型的竞争性抑制剂：类似于合成原料对氨基苯甲酸，抑制二氢叶酸的合成。某些抗癌药也据此设计402.非竞争性抑制noncompetitiveinhibitionS和I与E的结合互不相关，，S可与E结合，也可与EI结合，但IES（死端）不能释放产物。

E+SESE+P

＋＋

IIIEIES

动力学特点：I存在时，Km不变，Vmax减小，抑制程度与〔I〕成正比，与〔S〕无关41竞争性抑制剂与非竞争性抑制剂作用示意图423.反竞争性抑制uncompetitiveinhibition

I不与游离E结合，与ES结合为EIS（死端），不能释放产物（P）。

E+SESE＋P

＋

I

EISI的存在反而增加ES的形成，与竞争性抑制剂作用相反故称之～。

动力学特点：

I存在，Km及Vmax均减小，抑制程度与〔I〕和〔S〕成正比。4344

三类抑制作用的动力学比较抑制类型lineweaver－burk作图法

斜率纵轴截距横轴截距直线交点VmaxKm无Km/Vmax1/Vmax-1/KmVmaxKm竞争性抑制作用增大不变减小纵轴不变增大非竞争性抑制作用增大增大不变横轴减小不变反竞争性抑制作用不变增大增大平行减小减小45（三）过渡态类似物与自杀底物

过渡态类似物：某种类似于一个酶促反应中底物的过渡态的物质是酶的有效抑制剂。此物质称之～。酶的自杀底物:

一类天然底物的衍生物或类似物，在它们的结构中含有一种化学活性基团，当酶把它们作为底物来结合时，其潜在的化学基团能被解开或激活，并与酶的活性部位发生共价结合，使结合物停留在某种状态，从而不能分解成产物，酶因而致“死”，此过程为酶的自杀，这类底物称为自杀底物。每一种自杀底物都有其专一作用的靶酶。

E酶Ss自杀底物Is为自杀底物被酶催化生成的抑制物

E+SsESsE.IsE-I

自杀底物与天然底物一样对人体无毒或低毒，因此有重要药用价值。46第五节酶的分离、提纯及活性测定

一、酶的分离提纯酶主要组成为蛋白质，其提取纯化方法同Pr。根据酶存在于细胞的部位，选择适当的方法。主要条件温和。（一）酶的抽提

1.破碎细胞膜（机械，化学，酶）

2.抽提：根据其不同的溶解性，稳定性（二）纯化：

盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀、吸附分离等达到理想的纯化结果，可几种方法配合使用。

酶纯度测定：比活力：每毫克蛋白（或蛋白氮）所含的酶活力单位数47二、酶的活力测定

活力：酶催化一定化学反应的能力可用催化的反应速度来表示。

测定酶活力即测定酶促反应的速度（初速度）酶反应速度：单位时间内，单位体积中底物的减少量或产物的增加量表示。国际酶学委员会定：酶的活力单位（IU)（1961)：酶在最适条件下，单位时间内酶催化底物的减少量或产物的生成量。

一个酶活力单位指在特定条件下，1分钟内生成1umol/L产物的酶量（或转化1umol/L底物的酶量）

Katal（kat)单位（1972）：在最适条件下，每秒钟可使1mol/L底物转化的酶量

1kat＝6×107IU48第六节寡聚酶、同工酶、诱导酶、调节酶一、寡聚酶oligomericenzyme

分子量大，多个亚基组成，亚基的解离聚合是代谢调节方式之一。

1.含相同亚基的寡聚酶多个一级结构相同的亚基组成参与物质代谢的酶多为寡聚酶。

2.含不同亚基的寡聚酶（1)双功能酶：不同一级结构的亚基组成的酶如色AA合成酶由蛋白A,B（αβ2三个亚基）组成。各自有其自己的催化作用。但需以复合物形式存在才能完成Trp合成。（2)含有底物载体亚基的寡聚酶如E.coli的乙酰辅酶A羧化酶有三个亚基，其中两个为催化酶，一个为载体蛋白（羧基）。

49二、同工酶isoenzyme

催化相同的化学反应，但分子结构不同的免疫性质及理化性质上都存在很多差异一类酶。存在于同一机体的不同组织中，或同一细胞的不同亚细胞器中。同工酶由两个以上亚基组成。已知的同工酶数百种。

LDH（乳酸脱氢酶）四个亚基组成五种同工酶

H4（心型）、HM3、H2M2、H3M、M4（肌型）

50三、诱导酶inducedenzyme

细胞中加入特定诱导物质而诱导产生的酶E.coli中利用乳糖的