第三章酶的基本知识

第三章酶

Enzyme目的要求：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，进而讨论影响酶作用的主要因素。对酶类药物作简单的介绍。第四章酶的基本知识第一节酶的概述第二节酶的结构和功能第三节酶促反应第四节酶类药物简介1833年Payen和Persoz从麦芽中抽提出一种对热敏感的物质，这种物质能将淀粉水解成可溶性糖，被称为淀粉糖化酶（diastase），意思是“分离”。1926年美国人J.B.Sumner从刀豆中结晶出脲酶，并提出酶是蛋白质的观点。进入80年代后，核糖酶（ribozyme）、抗体酶、模拟酶等相继出现，酶的传统概念受到挑战，也使酶学研究进入新的阶段。一、酶的发现第一节概述（一）酶是生物催化剂1、酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子2、酶催化了生物体内的化学反应3、酶的化学本质是蛋白质（极少数是核酸）4、几个定义酶促反应：酶催化的生物化学反应底物（S）：被酶催化的物质，又称基质产物（P）：催化所产生的物质酶“活性”：酶的催化能力酶“失活”：酶失去了催化能力二、酶的概念（二）酶的特性1.催化效率高2.特异性强：高度专一性3.反应条件温和4.可调节性：酶促反应受多种因素调控5.稳定性差二、酶的概念酶是活细胞产生的，对底物具有高度催化效率和高度特异性的一类生物催化剂。（一）习惯命名法1、根据催化的底物名称命名如：脲酶、淀粉酶、蛋白酶2、根据催化的反应性质命名如：脱氢酶、加氧酶、转氨酶3、根据以上两者结合命名如：琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶4、根据酶的来源及其他特征命名如：胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性磷酸酶

三、酶的命名（二）系统命名法根据酶所催化的整体反应为依据，标明酶的所有底物与反应类型。国际生物化学会酶学委员会（IEC）将酶分成六大类：1.氧还原酶类，2.转移酶类，3.水解酶类，4.裂合酶类，5.异构酶类，6.合成酶类如：乳酸脱氢酶：L-乳酸:NAD+氧化还原酶三、酶的命名1、氧化还原酶类凡能催化底物发生氧化还原反应的酶（一）根据酶所催化的反应类型乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应三、酶的分类2、转移酶类（transferases）凡能催化底物发生基团转移或交换的酶三、酶的分类（一）根据酶所催化的反应类型3、水解酶类（hydrolases）凡能催化底物发生水解反应的酶三、酶的分类（一）根据酶所催化的反应类型4、裂解酶类（lyases）凡能催化底物分子中C-C（或C-O、C-N等）化学键断裂，断裂后一分子底物转变为两分子产物的酶三、酶的分类（一）根据酶所催化的反应类型5、异构酶类（isomerases）能催化底物分子发生几何学或结构学的同分异构变化的酶三、酶的分类（一）根据酶所催化的反应类型6、合成酶类（ligases）催化两个分子连接在一起，并伴随有ATP分子中的高能磷酸键断裂的一类酶，又称连接酶。三、酶的分类（一）根据酶所催化的反应类型（二）根据酶的化学组成可将酶分为：1单纯蛋白酶类：只含有蛋白质成分2结合蛋白酶类（全酶）：含有蛋白成分（酶蛋白）和非蛋白成分（辅助因子）三、酶的分类全酶=酶蛋白＋辅助因子辅助因子与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。金属离子作为辅助因子。金属离子辅酶辅基酶蛋白决定了反应底物的种类辅酶（基）决定底物的反应类型（三）根据酶的结构特点分1、单体酶：只有一条多肽链的酶如：溶菌酶、蛋白酶、核糖核酸酶2、寡聚酶：由几个或多个亚基组成的酶如：磷酸化酶a、乳酸脱氢酶3、多酶复合体系：几个酶彼此嵌合形成的复合体如：丙酮酸脱氢酶系、脂肪酸合成酶复合体三、酶的分类第二节酶的结构和功能一、酶的结构特点活性部位必需基团二、酶的功能酶原激活同工酶一、酶的结构特点（一）活性部位（活性中心）概念：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生反应的部位。（二）必需基团概念：

在酶分子中和酶的催化活性直接有关的基团。必需基团结合基团活性中心外的必需基团活性中心内的必须基团催化基团一、酶的结构特点酶分子必需基团其它部分（非必需基团）活性中心活性中心以外的必需基团结合基团催化基团（一）酶原激活1、酶原：不具催化活性的酶的前体2、酶原激活：酶原变成酶的过程3、激活剂：使无活性的酶原转变为有活性的酶的物质4、酶原激活的本质：酶活性部位形成或暴露的过程5、酶原激活的意义：保护组织细胞二、酶的功能1、定义：能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。2、存在部位：广泛存在于生物界3、分子组成：一般由两种或两种以上的亚基组成（二）同工酶二、酶的功能乳酸脱氢酶（LDH)MMMMMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4HLDH5LDH4LDH3LDH2LDH1骨肌型心肌型（二）同工酶二、酶的功能一、酶促反应速度与酶活性二、底物浓度对酶反应速度的影响三、酶浓度的影响四、温度的影响五、pH的影响六、激活剂的影响七、抑制剂的影响第三节酶促反应酶促反应速度（V）的测定：单位时间内产物的生成量或单位时间内底物的消耗量。d[P]dt初速度=一、酶促反应速度与酶活性酶活性：酶催化一定化学反应的能力二、底物浓度对酶反应速度的影响（一）底物浓度与酶促反应速度的关系——V-[S]曲线在酶浓度、温度、pH不变的情况下在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比，为一级反应。底物浓度增大与速度的增加不成正比,为混合级反应.当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。（二）米氏方程1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程。Km—米氏常数Vmax—最大反应速度二、底物浓度对酶反应速度的影响米氏方程当反应速度等于最大速度一半时,即V=1/2Vmax,Km=[S]。因此,米氏常数的单位为mol/L（三）米氏常数的意义二、底物浓度对酶反应速度的影响鉴定酶：Km是酶的特征常数不同条件下具有不同的Km值判断酶与底物亲和力大小判断酶的最适底物或天然底物三、酶浓度的影响温度、pH不变，底物浓度足够大高温两种不同影响：1.温度升高，反应速度加快；2.温度升高，酶热变性速度加快，反应速度下降。Tv最适温度低温影响：1.温度降低，酶活性降低2.温度过低,酶无活性但不变性四、温度的影响五、pH的影响在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pHpH稳定性：在一定pH范围内酶是稳定pH对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.影响酶活性基团的解离；3.影响底物的解离。六、激活剂的影响金属离子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+Co2+、Fe2+阴离子：

Cl-、HPO4-2有机分子还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金属螯合剂：EDTA

具有蛋白质性质的大分子：对无活性的酶原起作用的酶激活剂:凡是能使酶从无活性转变为有活性或使酶活性增加的物质。七、抑制剂的影响

竞争性抑制可逆抑制

反竞争性抑制不可逆抑制

抑制类型非竞争性抑制抑制剂:能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。

+IEIESP+EE+S竞争性抑制作用

实例：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非竞争性抑制作用

S+EESE+P+I↑↓EI+I↑EIS+[S]E+P[S]v无IV/2km有I(′)反竞争性抑制作用

ESIESP+EE+S+I补充作业名词解释：活性中心米氏常数（Km值）激活剂抑制剂同工酶酶原填空题酶的活性中心包括

和

两个功能部位，其中

直接与底物结合，决定酶的

，

是发生化学变化的部位，决定

。根据国际系统分类法，所有的酶按所催化的化学反应的性质可分为六类

、

、

、

、

、

和

。辅助因子包括

、

和

等。其中

与酶蛋白结合紧密，需要

除去，

与酶蛋白结合疏松，可以用

除去。判断改错题（）1．酶促反应的初速度与底物浓度无关。（）2．当底物处于饱和水平时，酶促反应的速度与酶浓度成正比。（）3．增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。（）4．在非竞争性抑制剂存在下，加入足量的底物，酶促的反应能够达到正常Vmax。（）5．对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度。（）6．从鼠脑分离的己糖激酶可以作用于葡萄糖（Km=6×10-6mol/L）或果糖（Km=2×10-3mol/L），则己糖激酶对果糖的亲和力更高。判断改错题（）7．Km是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶浓度无关（）8．Km是酶的特征常数，在任何条件下，Km是常数。（）9．Km是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶的底物无关。（）10．一种酶有几种底物就有几种Km值。（）