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第三章酶学

主要内容：介绍酶的概念、作用特点和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化功能以及酶专一性及高效催化的策略，进而讨论影响酶作用的主要因素。对酶的应用作一般介绍。返回思考目录第一节

酶的概念及作用特点第二节酶的命名和分类第三节酶催化作用的结构基础第四节酶催化作用机理第五节酶促反应的动力学第六节重要的酶类及酶活性的调控第一节酶的概念及作用特点一、酶及生物催化剂概念的发展

极高的催化效率高度的专一性

活性可调控易受环境变化的影响二、酶作用的特点三、酶专一性的类型酶及生物催化剂概念的发展……克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶生物催化剂（Biocatalyst）蛋白质类：

Enzyme(天然酶、生物工程酶)核酸类：Ribozyme;Deoxyribozyme第二节酶的命名和分类（略讲）一、命名：习惯命名；系统命名二、国际系统分类法及编号

*国际生物化学会酶学委员会（EnzymeCommsion）将酶分成六大类：1.氧还原酶类，2.移换酶类，3.水解酶类，4.裂合酶类，5.异构酶类，6.合成酶类三、酶的组成分类

*每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢酶

EC1.1.1.27

大类亚类亚亚类序号据酶分子组成分类单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质辅助因子金属离子金属有机物小分子有机物据酶蛋白特征分类单体酶寡聚酶多酶复合体酶的组成分类第三节酶催化作用的结构基础

一、酶分子结构的特征二、酶原及酶原的激活一、酶分子结构的特征

1、酶的活性中心和必需基团酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心(activecenter)或活性部位(activesite）,参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。2、酶活性中心存在的实验证明

切除法

酶分子的化学修饰：化学修饰法，亲和标记法

X-射线衍射法实例：溶菌酶（lysozyme）

胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）

羧肽酶（ribonuclease）ABCDEF酶切位点底物溶菌酶的活性中心

Glu35Asp52Asp102His57Ser195胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基团:

His57,Asp102,Ser195Zn羧肽酶活性中心示意图

为Tyr248为Arg145为Glu270为底物二异丙基磷酰氯(DIFP)对胰凝乳蛋白酶的化学修饰

-Ser195-OH胰凝乳蛋白酶-Ser195-O被修饰失去活性的胰凝乳蛋白酶POCIO-RDIFPROR=C-CH3CH3POO-RRO

亲和标记法

根据酶与底物特异结合的性质，设计或合成一种含有反应基团的底物类似物作为活性部位基团的标记试剂。这种试剂象底物一样进入活性部位，接近结合位点，并以其活泼的化学基团与活性部位的某一基团共价结合，而指示出酶活性部位的特征。+*

X-Y**

二、酶原的激活

体内合成出来的酶，有时不具有生物活性，经过蛋白水解酶专一作用后，构象发生变化，形成活性中心，变成有活性的酶。这个不具活性的蛋白质称为酶原（zymogen或proenzyme），这个过程称为酶原的激活。

该变化过程，是生物体的一种调控机制。这种调控作用的特点是，蛋白质由无活性状态转变成活性状态是不可逆的。实例：消化系统蛋白酶原的激活

凝血机制（自学）胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽肠激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意图

胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽肠激酶胰蛋白酶的激活及其对各种胰脏蛋白酶原的激活作用

胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶第四节酶催化作用机理一、酶依靠降低活化能加速化学反应

——中间产物学说二、酶作用专一性及其机理三、酶高效催化有关的策略酶催化的中间产物学说—酶采取与底物形成中间产物降低反应活化能的方式来加速化学反应E+SP+EES能量水平反应过程GE1E2

酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。２k1k３k酶促反应降低活化能，提高反应速度的原因

1、酶促反应过程中的共价键重排

在酶与底物的功能基团之间发生许多类型的反应，在酶的活性部位，某些功能基团可与底物发生瞬间的相互作用，激活底物参加反应，或者底物上的一些基团会临时性地被转移到酶的基团上，以这样的方式降低活化能Lys41His119His122、酶和底物之间非共价的相互作用

酶能与底物通过许多弱非共价键而形成特殊的ES复合物，每个非共价键的形成都伴随着小量自由能的释放，许多弱相互作用的集合促进ES复合物的稳定，这种结合能是酶用于降低反应活化能所需自由能的主要来源。

RNase-底物复合物

Lys41His119His12酶能区分结构上非常相似的两个底物的原因：1、酶促反应过程中的共价键重排，降低活化能；2、酶和底物之间非共价键相互结合伴随着自由能的释放，促进E-S复合物的稳定。

酶专一性类型1结构专一性

概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择

类别：绝对专一性和相对专一性2立体异构专一性

概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求

类别：旋光异构专一性如:L-谷氨酸脱氢酶

几何异构专一性如:△3-顺烯脂酰CoA异构酶

绝对专一性和相对专一性

绝对专一性：有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。

相对专一性：有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。1）键专一性：有的酶只作用于一定的键，而对键两端的基团并无严格要求。2）基团专一性：另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。消化道蛋白酶作用的专一性

酶对R基团的要求脯氨酸的影响R1为Lys或Arg胰蛋白酶R2为Pro，则不作用R1为Tyr、Trp或Phe胰凝乳蛋白酶R2为Pro，则不作用R1和R2均为疏水性胃蛋白酶R2为Ala、Gly、Ser等弹性蛋白酶C端不能为Lys、Arg和Pro羧肽酶A羧肽酶B内肽酶外肽酶R1R2RmRnC端为Lys和Arg倒数第二为Pro，则不作用倒数第二为Pro，则不作用内切酶催化位点羧化酶催化位点R

R2R氨肽酶催化位点

酶作用专一性机理

锁钥学说(lockandkeymodel)：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。

诱导契合学说(induced-fittheor)：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。酶的活性中心不是与底物本身互补，而是互补于激发态底物，通过激发态底物转化成产物。酶专一性的“锁钥学说”

酶专一性的“诱导契合学说”三、酶高效催化的策略

1、邻近与定向效应2、诱导契合与底物扭曲变形3、酸硷催化4、共价催化5、金属离子催化6、微环境影响实例：羧肽酶(carboxypeptidase

)

胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)

溶菌酶(lysozyme)酶分子中可作为亲核基团和酸硷催化的功能基团丝氨酸羟基半胱氨酸巯基组氨酸咪唑基亲核基团亲电子基团氨基酸种类酸催化基团(质子供体)碱催化基团(质子受体)Glu270Tyr248Arg145底物羧肽酶结合底物前后构象变化ZnZn差示标记法图解RRRRR*A.非差示标记B.差示标记RRR*R(底物)Zn羧肽酶结合底物后发生结构重排ZnGlu270Tyr248Arg127底物类似物Ｎ－苯甲酰甘氨酰酪氨酸

A.游离酶B.ES复合物Ｎ－苯甲酰甘氨酰酪氨酸结构发生大的重排

羧肽酶活性部位Zn2+的中心作用Zn2+H2O羧肽酶A活性中心必需基团与底物间的结合羧肽酶A催化反应中的过渡肽类似物CONHC=OCH2HNHCCH2OHCOO-H2N-C-Asp144OArg+145Tyr248Arg+71Arg+

127His69Zn2+His196Glu72HOHGlu270O-

CO底物羧肽酶作用特点:1、底物靠近活性中心，诱导其构象发生变化，底物的敏感键被催化基团包围；2、锌离子激活水分子，使水的反应性明显增加。Zn2+Glu270Glu127HisGluHis1967269COOHHO……………羧肽酶活性中心的共价催化机理

127Enzyme-substratecomplexCovalentcarboxylic-anhydrideintermediatePeoductsAttackbyGlu270CleavagebyH2O-RNase活性中心的酸硷催化机理

核糖核酸链受RNase水解的位点Py为嘧啶，B为嘌呤胰凝乳蛋白酶催化的反应R1R2RmRnR

RROHH2N+氨基产物羧基产物胰凝乳蛋白酶H2O胰凝乳蛋白酶分子中催化三联体构象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的电荷中继网B.加上底物后，从Ser转移一个质子给His，带正电荷的咪唑基通过带负电荷的Asp静电相互作用被稳定Ser195102AspHis57底物胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（1）结合底物His57质子供体形成共价ES复合物C-N键断裂底物胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（2）氨基产物释放四面体中间物的瓦解水亲核攻击羧基产物释放H2OR-NH2简化的三种蛋白酶底物结合部位的结构Val216Thr226胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶专一性：Trp、Phe、Tyr及疏水大侧链氨基酸专一性：Lys、Arg专一性：小分子氨基酸Asp189COO-GlyGlyHH三种蛋白酶相似之处（1）氨基酸排列顺序40%相同；（2）构象十分相似；（3）均有Asp102-His57-Ser195催化三组合结构，有相似催化机理；（4）刚分泌出来均以无活性前体存在，经单一肽链断裂而激活。溶菌酶催化的反应NAG:N-乙酰氨基葡萄糖NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸ABCDEF酶切位点底物溶菌酶-底物复合物

Glu35Asp52溶菌酶活性中心与底物结合示意图Asp52Glu35（极性区）（非极性区）底物溶菌酶催化反应机理极性区HO-E环HH2O非极性区（广义酸碱催化）C1+ABC环ABC环ABC环ABC环ABC环E环极性区E环C1+（过渡态形成）溶菌酶底物D环变形模型

C1C5C2O

底物要进入溶菌酶活性部位的狭长裂缝内，D位糖残基必须从椅式构象转变成半椅式构象，在半椅式构象中，由于环上的O原子的移动使C1、C2、C5和环的O原子共平面，极大的促进C1共振稳定的C+离子中间物的形成。

第五节酶促反应的动力学

二、影响酶作用的因素

1、酶浓度

2、底物浓度

3、温度

4、pH5、激活剂

6、抑制剂一、酶的活力与测定酶促反应速度的测定与酶的活力单位

1、酶促反应速度的测定初速度的概念2、酶活力3、酶活力的表示方法4、酶活力测定方法：终点法动力学法

检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量”（质量、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量，即用酶的活力表示。

酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。酶促反应初速度的概念斜率=[P]/t=V（初速度）[P]t酶活力测定方法

终点法:酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。

动力学法:连续测定反应过程中产物\底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。

酶活力的表示方法

活力单位（activeunit）

习惯单位（U）:底物(或产物)变化量/单位时间

国际单位（IU）:1μmoL变化量/分钟

Katal（Kat）：1moL变化量/秒比活力=总活力单位总蛋白mg数=U(或IU)mg蛋白量度酶催化能力大小量度酶纯度比活力（specificactivity）1、酶浓度对反应速度的影响

在一个酶作用的最适条件下，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和的情况下，酶促反应的速度（v）与酶浓度[E]成正比。即：

v=[E]为反应速度常数，使用的酶应该是纯酶。2、底物浓度对酶反应速度的影响（1）单底物酶促反应动力学酶反应速度与底物浓度的关系曲线（Michaelis—Menten曲线）米氏方程的提出及推导米氏常数的意义和应用米氏常数的测定（2）双底物酶促反应动力学酶反应速度与底物浓度的关系曲线单分子酶促反应的米氏方程及Km

1913年，Michaelis和Menten根据酶和底物反应的“快速平衡”理论，提出酶促反应的基本原理，推导出底物浓度和反应速度之间的定量关系式。米氏方程:米氏常数:

1925年，Briggs-Haldane

从酶被底物饱和的现象出发，按照“稳态平衡”的设想，对上述方程的推导假设作了修正。３k２k1k米氏方程的推导令：将（4）代入（3），则：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：则：(1)经整理得：由于酶促反应速度由[ES]决定，即，所以(2)将（2）代入（1）得：(3)当酶反应体系处于恒态时：(4)所以

当[Et]=[ES]时，米氏常数的意义和应用*

Km是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的数值，可对酶进行鉴别，同时可以判断酶的最适底物。*当k2k3时，k3可以忽略，Km=k2/k1,可看作是ES复合物的解离平衡常数，1/Km则可近似表示酶和底物亲合力，故Km愈小，E对S的亲合力愈大；Km愈大，E对S的亲合力愈小。*测定催化可逆反应正逆两个方向反应Km和底物浓度，可大致推测该酶催化正逆两向反应的效率。*在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算一定[s]时的v，或一定v下的[s]。（用Km的倍数表示）练习题：已知某酶的Km值为0.05mol·

L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80％时底物的浓度应为多少？（用Km的倍数表示）

Vmax2*

当v=时，Km=[S]（Km的单位为浓度单位）单分子酶促反应速度与底物浓度的关系米氏方程米氏常数

米氏常数的测定

基本原则：将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，再用作图法求出Km。例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的双倒数形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax酶动力学的双倒数图线双底物酶促反应机理2、随机顺序反应机理EABEPQBPE+AEAE+BEBEQE+EPE+QAQP3、乒乓反应机理E+AEAEPEEBEQE+BPQ1、有序顺序反应机理E+AEAEABEPQEQE+BPQ（例:A+BP+Q）

3、温度与酶反应速度的关系在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升而加快酶的最适温度不是一个固定不变的常数v温度4、pH对酶反应速度的影响过酸过硷导致酶蛋白变性影响底物分子解离状态影响酶分子解离状态影响酶的活性中心构象最适pHpHvvpHvpH5、激活剂对酶作用的影响无机离子激活剂

金属离子：Mg2+、

K+、Na+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+、Co2+、Fe2+

阴离子：

Cl-、Br-

小分子有机化合物激活剂

还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金属螯合剂：EDTA生物大分子激活剂

蛋白激酶：如小肠激酶、磷酸化酶b激酶

凡是能提高酶活性，加速酶促反应进行的物质称为该酶的激活剂（activator）

6、抑制剂对酶作用的影响

某些物质能使酶的活性部位中的催化（结合）基团或维持酶的构像所必需基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶活完全丧失，这种作用称为抑制作用（inhibition）。能引起这种抑制作用的物质称为某酶的抑制剂（inhibitor）。

类型：不可逆抑制作用

可逆抑制作用

应用：研制药物、杀虫剂研究酶的作用机理，确定代谢途径的历程不可逆抑制作用及不可逆抑制剂

有些抑制剂能与酶分子上的某些基团以共价键方式结合，导致酶的活性下降或丧失，且不能用透析等方法除去抑制剂而使酶的活性恢复的作用称为不可逆抑制作用（nonreversibleinhibition）。

常见不可逆抑制剂有机磷化合物有机汞、有机砷化合物重金属盐烷化试剂、酰化试剂、氧化剂和还原剂氰化物和一氧化碳某些抗菌素可逆抑制作用及可逆抑制剂

有些抑制剂能与酶分子上的某些基团以非共价键方式结合而引起酶的活性下降或丧失，用透析、超滤等方法可除去抑制剂而使酶恢复活性的作用称为可逆抑制作用（reversibleinhibition）。竞争性抑制作用非竞争性抑制作用反竞争性抑制作用

+IEIESE+S竞争性抑制作用

(competitiveinhibition)P+E

实例1：磺胺药物的药用机理H2N--SO2NH2对氨基苯磺酰胺H2N--COOH对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤叶酸

实例2：过渡态类似物B.酯的羧基碳原子受到亲核攻击形成四面体过渡态C.设计的磷酸酯类似物,可作为脂酶的竞争性抑制剂过渡态类似物是酶的一种潜在竞争性抑制剂

O–C–A.酯酶的底物–酯CO非竞争性抑制作用(petitiveinhibition)

+IEI+SESIESP+EE+S+IESI复合物反竞争性抑制作用(petitiveinhibition)ESIESP+EE+S+I竞争性抑制作用非竞争性抑制作用竞争性非竞争性抑制作用机理示意图底物与酶专一性结合竞争性抑制曲线

无抑制剂加竞争性抑制剂KmK´m(变大)[I]加大正常Km(1+[I])/Ki1Km1v1[S]1[S]Vmax(不变)vVmax1AB非竞争性抑制曲线Km(不变Km1v1[S]1[S]Vmax(变小)vVmax1无抑制剂加非竞争性抑制剂[I]加大正常AB反竞争性抑制曲线

Km(变小)v1[S]1[S]Vmax(变小)v无抑制剂加反竞争性抑制剂[I]加大正常ABKm1（1+）Ki[I]Km有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程

v=Km+[S]Vmax[S]类别公式VmaxKm无抑制剂（正常）竞争性抑制剂非竞争性抑制剂反竞争性抑制剂Vmax不变减小减小不变减小增加Kmv=KmVmax[S]（1+

）Ki[I][]/+[S]/[]（1+

）Ki[I]v=Km+[S]Vmax[S][]/（1+

）Ki[I]v=Km+[S]Vmax[S]（1+

）Ki[I]烷化试剂、酰化试剂、氧化剂和还原剂

这一类抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。有机磷化合物对酶的抑制作用

实例：有机磷杀虫剂抑制胆碱酯酶-Ser-OHPO-RO-ROX胆碱酯酶-Ser-OPO-RO-RO失去活性的胆碱酯酶有机汞化合物对酶的抑制作用

实例：有机汞抑制巯基酶的活性巯基酶失去活性的巯基酶ESHSHESS+Hg2+Hg2++2H第六节重要的酶类及酶活性的调节控制

一、多酶体系(multienzymesystem)二、别构酶(allostericenzyme)三、共价调节酶(covalentregulatoryenzyme)四、同工酶(isoenzyme)一、多酶体系和多酶复合体

细胞中的许多酶常常是在一个连续的反应链中起作用，即前一个反应的产物是后一个反应的底物，在完整细胞内的某一代谢过程中，由几个酶形成的反应体系，称为多酶体系（multienzymesystem）。

如果体系中几种酶彼此有机地组合在一起。精巧地镶嵌成一定的结构，即形成多酶复合体。这种结构即能提高反应途径的效率，又能增强调控的准确性。分散多酶体系与中间物示意图多酶复合体示意图二、酶的别构（变构）效应和别构酶概念：

别构酶结构特及点效应物正协同效应和负协同效应实例：天冬氨酸转氨甲酰酶别构酶活性调节机理：序变模型和齐变模型效应物与酶的非活性中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶的活性中心对底物的结合和催化作用受到影响，从而调节酶的活性影响代谢过程，此效应称为别构效应(allostericeffect)。此种酶活性调节方式称为酶的别构调节(allostericregulation)，具有这种调节作用的酶称为别构酶(allostericenzyme)。

别构调节普遍存在于生物界，许多代谢途径的关键酶利用别构调节来控制代谢途径之间的平衡，研究别构调控有重要的生物学意义。别构酶结构特点一般为寡聚酶，含有两个或多个亚基；酶分子中除了具有活性中心以外，还有别构中心；别构中心与活性中心可能存在于同一个亚基的不同部位，也可能位于不同的亚基。效应物是能与别构酶结合并调节其活性的物质，也称别构效应物(allostericmodulator)。效应物的结合使酶活性升高者，称为正效应物或别构激活剂；使酶的活性降低者，称为负效应物或别构抑制剂。正效应物与负效应物别构中心活性中心酶的别构（变构）效应示意图效应剂别构中心活性中心别构酶的反馈调控机理A

（产物或中间产物）EDCB关键酶

—a--非调节酶b--正协同别构酶的S形曲线

别构酶与米氏酶的动力学曲线比较

1--非调节酶2--正协同别构酶3--负协同别构酶

正、负协同别构酶与非调节酶的动力学曲线比较

ATCaseATP+天冬氨酸转氨甲酰酶（anspartatetranscarbamoylase，ATCase）

催化的反应氨甲酰磷酸天冬氨酸CTP-UTPUMP氨甲酰天冬氨酸E.coli的ATCase的亚基排列催化(C)亚基（catalyticsubunit）调节(R)亚基（

regulativesubunit）ATCase的半分子结构ATCase半分子（C3R3)的结构CTPsitecatalyticsitePALA(N-磷乙酰-L-天冬氨酸)结合到ATCase活性中心的模型ATCasealoneATCase-PALAcomplex

ATCase的别构过渡作用

低催化活性构象T(tense)-态CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性构象R(relax)-态RRRRRRPALAPALAATCase变构效应的动力学特征ATP（正效应剂）CTP（负效应剂）低催化活性构象T(tense)-态CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性构象R(relax)-态RRRRRRVmax1/2VmaxKm别构酶的序变模型别构酶的齐变模型三、酶的共价修饰

由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。AP1GFDCBHEa-bEc-dEc-g关键酶（限速酶）P2

某些酶可以在其它酶催化下对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。这类酶称为共价修饰酶。目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶。蛋白质的磷酸化和脱磷酸化

蛋白激酶ATPADP蛋白质蛋白质Pn蛋白磷酸酶nPiH2O第一类：Ser/Thr型第二类：Tyr型第一类：Ser/Thr型第二类：Tyr型第三类：双重底物型反应类型共价修饰被修饰的氨基酸残基共价修饰反应的例子磷酸化腺苷酰化尿苷酰化Tyr,Ser,Thr.HisTyrTyr甲基化GluS-腺苷-MetS-腺苷-同型

Cys

级联系统调控糖原分解示意图意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR-cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶

b（无活性）磷酸化酶

a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血糖ATPADPATPADP肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖456（极微量）（大量）四、酶的多种分子形式——同工酶

概念：存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶（isoenzyme）。乳酸脱氢酶是研究的最多的同工酶。生物学意义：遗传的标志

和个体发育及组织分化密切相关

适应不同组织或不同细胞器在代谢上不同需要

在各学科中的应用乳酸脱氢酶催化的化学反应

NADH+H+

乳酸COOHCH(OH)CH3丙酮酸COOHC—OCH3NAD+++乳酸脱氢酶研究发现乳酸脱氢酶(LDH)分子中有两类亚基，即H(心肌型)和M(骨骼肌型)亚基，每个酶分子由四个亚基组成。乳酸脱氢酶同工酶形成示意图

多肽亚基mRNA四聚体结构基因H亚基的基因乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱+–H4MH3M2H2M3HM4点样线M亚基的基因不同组织中乳酸脱氢酶同工酶(LDH)

的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌肾肝骨骼肌血清-+原点同工酶在各学科中的应用

(1)遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。(2)发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。(3)生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。（4）医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。五、固定化酶

将水溶性酶用物理或化学方法处理，固定于高分子支持物(或载体)上而成为不溶于水，但仍有酶活性的一种酶制剂形式，称固定化酶(immobilizedenzyme)。包埋法吸附法共价偶联法交联法溴化氰亚氨碳酸基偶联法OHOHBrCNH2OOOC=N-EO-CO-NH-EOHO-C-NH-ENHOHH2N-E（多羟基载体）O-CONH2OH（惰性）OOC=NH（活泼）O—C—NOH戊二醛交联法

OHC(CH2)3CHO戊二醛H2N-EN

-HC=N-E-N=CH（CH2）3-CH=N-

E-NCHCH六、抗体酶

抗体酶（abzyme）又称催化抗体（catalyticantibody）,是指通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它除了具有相应免疫学性质，还类似于酶，能催化某种活化反应。抗体与酶相似，都是蛋白质分子，酶与底物的结合及抗体与抗原的结合都是高度专一性的，但这两种结合的基本区别在于酶与高能的过度态分子向结合，而抗体则与抗原（基态分子）相结合。利用抗体能与抗原特异结合的原理可用过度态类似物作为半抗原来诱发抗体，这样产生的抗体便能特异地识别反应过程中真正的过渡分子，从而降低反应的活化能。达到催化反应的目的，这种具有催化功能的抗体就被称为催化抗体或抗体酶。

O–C–A.酯酶的底物–酯B.酯的羧基碳原子受到亲核攻击形成四面体过渡态C.设计的磷酸酯类似物,作为抗原去免疫实验动物磷酸酯类似物(半抗原)对酯水解反应有催化作用的单克隆抗体免疫免疫反应诱导法制备具有酯酶活性的抗体基因工程抗体酶的制备

对已产生的单抗，分析氨基酸的组成或相应基因的碱基序列，对抗体结合的部位的基因进行定位突变，在抗体结合部位换上有催化活性的氨基酸，基因工程的技术使得建立抗体基因的组合文库，并根据需要构建适当程序的基因片段成为可能。抗体酶的筛选

在抗体酶研究中，一个不可少的步骤是在细胞融合后筛选到能分泌催化抗体的细胞克隆。一般的方法是先筛选其抗体能结合特异抗原的细胞克隆，再从纯