生物化学教学课件：第三章 酶3

2023/1/11生物化学教研室杨成君1课间休息EEE（二）可逆性抑制2023/1/11生物化学教研室杨成君2E非共价键可逆结合ISESIII竞争非竞争反竞争ESII与E或ES酶的活性降低或丧失抑制剂可以用透析和超滤等方法除去IIE1、竞争性抑制

(competitiveinhibition)竞争性抑制：抑制剂与S的结构相似，与S竞争E的活性中心，阻碍ES的形成，使E的活性降低。抑制作用程度取决于抑制剂与E的相对亲和力及底物浓度。动力学常数Vmax不变，Km值变大。2023/1/11生物化学教研室杨成君3[S]VVmaxKmVmax2无抑制剂竞争性抑制剂KmVmax反应模式及双倒数作图P+++EIIEESES无抑制剂抑制剂↑双倒数作图法竞争性抑制举例丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制是竞争性抑制COOHHHCOOHCC22琥珀酸COOHHCOOHC2COOHHHCOOHCC丙二酸延胡索酸FADFAD2H琥珀酸脱氢酶2023/1/11生物化学教研室杨成君5竞争性抑制在医学临床中的应用抗菌素磺胺的抑菌作用是典型的竞争性抑制作用。对磺胺类药敏感的细菌可在菌体内FH2合成酶作用下以对氨基苯甲酸为底物合成FH2。抗代谢药物抗肿瘤药物等通过竞争性抑制机理发挥作用的。2023/1/11生物化学教研室杨成君6磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸（p－aminobenzoicacid，PABA）竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢叶酸四氢叶酸二氢叶酸还原酶二氢蝶呤啶谷氨酸竞争性抑制剂HN-2-SONHR2磺胺类药物HN-2-COOH对氨基苯甲酸细菌代谢结构相似2、非竞争性抑制

(non-competitiveinhibition)

非竞争性抑制抑制剂既能与E结合、也能与ES结合，从而使酶失去活性。抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；抑制程度取决于抑制剂的浓度；动力学常数Vmax减小，Km值不变。2023/1/11生物化学教研室杨成君8[S]VVmaxKmVmax2无抑制剂非竞争性抑制剂KmVmax2Vmax反应模式及双倒数作图EP++SEES+SI+I+EIESI抑制剂↑无抑制剂双倒数作图法3、反竞争性抑制

(uncompetitiveinhibition)反竞争性抑制：抑制剂只与ES结合；抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。2023/1/11生物化学教研室杨成君10[S]VVmaxKmVmax2无抑制剂反竞争性抑制剂KmVmax2Vmax反应模式及双倒数作图P++SESI+ESIE双倒数作图法无抑制剂抑制剂↑E[S]1Km1v1无抑制剂竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制Vmax1竞争性抑制：Km↑Vmax不变非竞争性抑制：Km不变Vmax↓反竞争性抑制：Km↓Vmax↓2023/1/11生物化学教研室杨成君12各种可逆性抑制作用的比较作用特征无抑制剂竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制与I结合组分EE、ESES动力学参数表观KmKm↑—↓最大速率Vmax—↓↓林-贝氏作图斜率Km/Vmax↑↑—纵轴截距1//Vmax—↑↑横轴截距-1/Km↑—↓2023/1/11生物化学教研室杨成君13激活剂（activator）定义使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质激活剂种类必需激活剂（essentialactivator）非必需激活剂（non-essentialactivator）激活剂化学本质大多数为金属离子：如Mg2+、K+、Mn2+等少数阴离子也有激活作用：如氯离子其它：胆汁酸六、激活剂对反应速度的影响2023/1/11生物化学教研室杨成君15第四节

酶的调节TheRegulationofEnzyme变构酶的变构调节酶的共价修饰调节酶原的激活一、酶活性的快速调节变构酶(allostericenzyme)或别构酶的特点是多亚基（偶数）、四级结构、两个中心、不符合米氏方程变构调节(allostericregulation)一些代谢物（效应剂）与某些酶分子活性中心外的某部位（别位）可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性的调节方式变构效应剂(allostericeffector)：广义一种别构酶可以有不止一种效应剂（包括同促和异促）效应剂是底物本身则产生同促协同效应，否则产生异促协同效应变构调节的类型变构调节指同促协同效应基础上的异促协同效应包括异促正协同（变构激活）和异促负协同（变构抑制）（一）变构调节协同效应同促协同效应homotropiceffect异促协同效应heterotropiceffect正协同负协同正协同负协同调节物就是底物本身调节物不是底物本身0.5SKVKmVmaxVmax12S型曲线（同促正协同别构酶）表观双曲线（同促负协同别构酶）S型曲线（同促正协同别构酶）变构激活——S型曲线左移（异促正协同）变构抑制——S型曲线右移（异促负协同）VKmVmaxVmax120.5SK变构激活效应效应剂引起的协同效应使酶对底物的亲和力增加而加快反应速度，此效应则为变构激活效应。此效应剂为变构激活剂(allostericactivator)变构抑制效应效应剂引起的协同效应使酶对底物的亲和力降低而减慢反应速度，此效应则为变构抑制效应。此效应剂为变构抑制剂(allostericinhibitor)异促协同效应（变构酶的调节）变构酶的协同效应曲线矩形双曲线（非别构酶）S型曲线（同促正协同别构酶）表观双曲线（同促负协同别构酶）变构激活——S型曲线左移（异促正协同）变构抑制——S型曲线右移（异促负协同）0.5SKVKmVmaxVmax12蛋白激酶A的变构调节蛋白激酶A（R2C2）的R2与4个cAMP结合后，使R亚基对C亚基的抑制作用消失，C亚基则具有催化活性。RR有活性无活性4cAMPRRCCCC+激活共价修饰(covalentmodification)在其他酶的催化下，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酶共价修饰常见类型磷酸化与脱磷酸化（最重要、最常见）乙酰和脱乙酰化、甲基和脱甲基化、腺苷和脱腺苷化、-SH与-S-S-的互变（二）酶的共价修饰酶的磷酸化与脱磷酸化蛋白激酶磷蛋白磷酸酶酶蛋白ThrSerTyr-OH磷蛋白ThrSerTyr-O-PATPADPPHO2磷酸化脱磷酸酶有高（有）低（无）活性两种互变形式酶出现共价键变化，磷酸化消耗ATP共价修饰是酶促反应，级联放大效应共价修饰所需酶的活性受激素的调控有些酶具有别构与化学修饰双重调节酶的共价修饰的特点酶作用的逐级放大瀑布效应nSnP1Enzyme一传十、十传百（三）酶原激活酶原：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的激活：无活性的酶原转变成有活性的酶的过程。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某些酶原的激活酶原激活因素激活途径激活部位胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶切除六肽胃腔糜蛋白酶原胰蛋白酶切除两个二肽小肠腔弹性蛋白酶原胰蛋白酶切除几个肽段小肠腔羧基肽酶原胰蛋白酶切除几个肽段小肠腔组织保护作用避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，保护组织消化管内的酶作用部位定位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消化管内酶特定的时间发挥作用有的酶原可以视为酶的储存形式。如凝血酶在需要时酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用酶原激活的生理意义2023/1/11生物化学教研室杨成君30二、酶含量的调节（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用(induction)阻遏作用(repression)（见第十三章）（二）酶降解的调控酶蛋白的降解与一般蛋白质相同（见第七章）2023/1/11生物化学教研室杨成君31第五节

酶的分类与命名TheClassification

andNamingofEnzyme2023/1/11生物化学教研室杨成君32一、酶的分类1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类(transferases)3.水解酶类(hydrolases)4.裂（解）合酶类(lyases)5.异构酶类(isomerases)6.合成酶类(ligases,synthetases)酶的分类编号四个用·分开的数字前冠以EC（酶学委员会）EC3·5·3·16大类：1、2、3、4、5、6酶隶属的亚类酶隶属的亚-亚类酶在亚-亚类序号国际系统分类法标志——酶学委员会字头2023/1/11生物化学教研室杨成君332023/1/11生物化学教研室杨成君34二、酶的命名编号推荐名系统命名EC1·4·1·3谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸：NAD+氧化还原酶EC2·6·1·1天冬氨酸氨基转移酶L-天冬氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶EC3·5·3·1精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶EC4·1·2·13果糖二磷酸醛缩酶D-果糖1，6-二磷酸：D-甘油醛3-磷酸裂合酶EC5·3·1·9磷酸葡萄糖异构酶D-葡萄糖：6-磷酸酮醇异构酶EC6·3·1·2谷氨酰胺合成酶L-谷氨酸：氨连接酶（一）酶的习惯命名法①绝大多数的酶是依据其所催化的底物命名，在底物的英文名词上加尾缀ase作为酶的名称:如水解脂肪的酶为脂肪酶(Lipase)。②某些酶根据其所催化的反应类型或方式命名:例如将氨基从一个化合物转移到另一个化合物的转氨酶，催化脱氢的称为脱氢酶。③有的酶是综合上述两个原则命名:底物+反应如乳酸脱氢酶，谷丙转氨酶等。④在上述基础上再加上酶的来源和酶的其它特点:例如胃蛋白酶，碱性磷酸酶和酸性磷酸酶。（二）酶的系统命名法国际生物化学会酶学委员会提出的系统命名法的原则是:以酶催化的整体反应为基础的。命名时应明确每种酶的底物及催化反应的性质，若有多个底物都要写明，其间用冒号（∶）隔开。2023/1/11生物化学教研室杨成君37第六节

酶与医学的关系TheRelationofEnzymeandMedicine一、酶与疾病密切相关酶与疾病的发生酶先天性缺乏与先天性代谢障碍酶活性受到抑制多见于中毒性疾病激素代谢障碍或维生素缺乏可引起酶异常。许多疾病引起酶异常，酶异常又加重病情酶与疾病的诊断酶活性测定及酶活性单位酶与疾病的治疗许多药物通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗目的抗肿瘤药物的作用也是阻断其相应酶的活性酶直接用来治疗疾病（一）酶与疾病的发生1、酶先天性缺乏与先天性代谢障碍有些疾病直接或间接地与酶的异常有关。140种先天性代谢缺陷多数由酶先天性或遗传性缺损有关。如：白化病等2、酶活性受到抑制多见于中毒性疾病如：有机磷中毒、重金属中毒、氰化物中毒3、激素代谢障碍或维生素缺乏可引起酶异常。如维生素K缺乏，凝血障碍4、许多疾病引起酶异常，酶异常又加重病情。如：胰腺炎、许多其它炎症等（二）酶与疾病的诊断临床上许多组织器官的疾病表现为血液等体液中一些酶活性的异常。临床上常通过测定血液中某些酶的活性来协助诊断（占临床化学检验的25%）。2023/1/11吉林大学医学院杨成君41酶活性测定和酶活性单位酶的活性：指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。酶的活性单位：是衡量酶活力大小的尺度，反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量的产物或消耗一定数量（mg、μg、μmol等）的底物所需的酶量。2023/1/11吉林大学医学院杨成君42酶的国际单位国际单位（IU）：1976年在特定的条件下，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。催量单位（katal）：1979年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（三）酶与疾病的治疗1、许多药物通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗目的。许多抗菌素的作用机制是通过抑制细菌重要代谢途径中酶活性，达到抑菌目的。如：磺胺类药物、氯霉素等。2、抗肿瘤药物的作用也是阻断其相应酶的活性，以达到抑制肿瘤生长的目的。如：甲氨蝶呤、5-FU、6-MP等抗代谢药物（见第八章）3、酶直接用来治疗疾病助消化、外科清创、消炎、抗凝、促凝、防治血栓等。2023/1/11生物化学教研室杨成君44二、酶在医学上的其他应用（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究1．酶法分析即酶偶联测定法(enzymecoupledassays)2．酶标记测定法（酶学结合免疫学）3．工具酶（分子克隆领域）（二）酶的分子工程酶工程（enzymeengineering）酶工程主要是研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造，以及在工农业、医药卫生、和理论研究等方面的应用。包括化学酶工程、生物酶工程1．酶偶联测定法酶偶联测定法是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。原理：利用一些酶（指示酶）的底物或产物可以直接简便地测定，将该酶偶联到待测的酶促反应中，将本不容易测定的反应转化为可以直接检测的系列反应。2023/1/11生物化学教研室杨成君45NAD+/NADH+H+的吸收光谱Absorbance1.00.80.60.40.20.0220240260280300320340360380Wavelength（nm）Reduced(NADH)Oxidized(NAD)+2023/1/11生物化学教研室杨成君46应用举例例如：将不能直接测定的转氨（酶）反应与可直接测定的脱氢（酶）反应偶联，间接测定转氨酶的活性其中NADH的减少（代表指示酶的活性）可以直接检测，间接反应转氨酶活性。α-酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸草酰乙酸苹果酸NADH+H+

NAD+谷草转氨酶苹果酸脱氢酶不能直接测定能够直接测定可监测2023/1/11生物化学教研室杨成君47己糖激酶活性的测定葡萄糖葡萄糖6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸内酯己糖激酶葡萄糖6-磷酸脱氢酶ATPADPMg2+NAD+NADH+H+340nm处无吸收峰340nm处有吸收峰，可检测无法直接检测2023/1/11生物化学教研室杨成君482．酶标记测定法酶标记测定法酶学与免疫学相结合的一种测定方法酶可以代替同