教学专用生化酶

Chapter4Enzyme

第四章酶第四章酶Chapter4Enzyme§4.1

酶的分子结构与功能§4.2酶促反应的特点与机制§4.3酶促反应动力学§4.4酶活性的调节§4.5同工酶§4.6酶的命名与分类§4.7酶与医学的关系酶的概念1、酶（enzyme）2、核酶（ribozyme）和脱氧核酶（deoxyribozyme）具有高效、特异催化作用的RNA和DNA，主要作用于核酸，参与核酸的剪接。由活细胞合成的、对其特异底物（substrate）起高效催化作用并具有高度专一性的生物大分子（蛋白质、核酸）。3、酶的功能：催化反应进行，加快反应速度。4、底物(substrate)与产物(product)在酶的催化下，化学结构或状态发生改变的物质称为底物(substrate，S)底物被酶作用后生成的具有不同结构的物质称为产物(product，P)5、限速酶（rate-limitingenzyme）在酶促反应过程的系列酶中，活性最低的酶为限速酶（rate-limitingenzyme）§4.1酶的分子结构与功能单体酶（monomericenzyme）发挥催化作用仅需单一多肽链的酶寡聚酶（oligomericenzyme）由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶多酶体系（multienzyme

sytem）由几个不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物多功能酶（multifunctionalenzyme）或串联酶（tandemenzyme）多种不同催化功能存在于一条多肽链中的酶一、酶的分子组成单纯酶（singleenzyme）结合酶（conjugated

enzyme

）发挥催化作用不依赖于非多肽成分的酶发挥催化作用依赖于蛋白质和非多肽部分共同参与的酶1、酶的分类：结合酶酶蛋白(apoenzyme)辅助因子(cofactor)决定酶催化作用的专一性决定反应的种类与性质酶蛋白和辅助因子结合形成的复合物称为全酶。具有催化活性小分子有机化合物:2、辅助因子辅助因子是金属离子或小分子有机化合物金属酶:与酶直接结合金属激活酶:不与酶直接结合分子内常含有维生素或维生素类物质（P70）辅助因子的分类辅酶(coenzyme)结合疏松，透析或超滤的方法除去,在反应中接受质子或基团后离开酶蛋白辅基(prostheticgroup)结合紧密，不可以用透析或超滤的方法除去,在反应中辅基不能离开酶蛋白。3、维生素与辅酶

是维持细胞正常功能所必需，但需要量极小，许多动物体内不能合成，必须由食物提供给的一组有机化合物。

（1）维生素VitaminA．概念：a.脂溶性：维生素A、D、E、K。B．分类：根据溶解性分：(b)维生素C。b.水溶性：(a)维生素B族：B1（硫胺素）、B2（核黄素）、

B6（吡哆素）、B12（钴铵素）、泛酸、尼克

酰胺（PP）、生物素（H）、叶酸。B族维生素在体内大多转变为辅酶,参与各种酶的催化作用（2）维生素与辅酶的关系A.关系:辅酶结构中具有能进行可逆变化的基团，维生素来源的辅酶藉助于维生素部分发挥转移基团的作用。

B.辅酶的作用：B族维生素辅酶形式主要作用硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸酯(TPP)α-酮酸氧化脱羧酮基转换作用硫辛酸α-酮酸氧化脱羧泛酸辅酶A(CoA)酰基转换作用核黄素(B2)黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氢原子转移氢原子转移6,8-二硫辛酸B族维生素及其辅酶形式

B族维生素辅酶形式主要作用尼克酰胺(PP)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)氢原子转移氢原子转移吡哆素(B6)磷酸吡哆醛氨基酸代谢生物素(H)生物素羧化作用叶酸四氢叶酸“一碳基团”转移钴胺素(B12)

5-甲基钴铵素

5-脱氧腺苷钴铵素甲基转移4、金属离子的作用（1）金属离子在酶反应中的催化作用B.在酶与底物之间起桥梁作用，起激活剂作用，

如各种激酶依赖Mg2+与ATP结合，再发挥作用。

A.维持酶分子活性构象，参与活性中心，

如羧基肽酶A中的Zn2+。金属离子在酶分子中通过本身的氧化还原而传递电子，如各种细胞色素中的Fe2+与Cu2+。（2）金属离子的氧化还原作用（3）一种酶蛋白只能和一种辅助因子结合成一种全酶，而一种辅助因子能和多种酶蛋白结合成多

种全酶。5．全酶的作用特点（1）全酶中酶蛋白与辅助因子分开单独不起作用。（2）全酶中的酶蛋白决定酶的特异性，而辅助因子

起传递H、e、其他原子团作用。按部位分：活性中心内的必需基团。活性中心外的必需基团。

二、酶的活性中心1．酶的必需基团（essentialgroups）(1)概念：酶分子整体构象中与酶发挥活性密切有关的基团咪唑基、—OH、—COOH、—SH、—NH2(2)种类：形成E-Scomplex结合基团（

bindinggroup）催化基团(catalyticgroup)SPE活性中心内的按功能分：2.酶的活性中心(activecenter)

或活性部位（activesite）

酶的活性是指酶催化反应的能力。酶分子中必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，构成具有特定动态构象的局部空间结构，直接参与酶促反应，与外部的底物特异地结合并使底物转变为产物的区域称为酶的活性中心。(1)概念：活性中心内的必需基团：结合基团和催化基团。(2)组成：§4.2酶促反应的特点与机制一、酶促反应的特点1、高效性2、高度专一性(specificity)

可提高化学反应速度106—1012倍，且没有副反应。（1）概念：一种酶只作用于一类化合物或一定化学键以促进一定的化学变化，生成一定的产物。③立体异构专一性(stereospecificity)：

（2）分类：①绝对专一性(absolutespecificity)：

一种酶只能催化一种底物进行反应。②相对专一性(relativespecificity)：

一种酶能作用于一类化合物或一种化学键。某些酶对底物的立体构型有严格的要求。4、分布的区域化

3、高度不稳定性酶的化学本质是蛋白质，使蛋白质变性的理化因素可影响酶活性，甚至使酶完全失活。某些酶存在于特定的组织中，具有特定的代谢途径抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶

原激活及激素控制等。5、可调节性通过改变酶的合成和降解速度可调节酶含量。二、酶促反应的机制（一）、酶-底物复合物的形成与诱导锲合假说1、锁-钥学假说（lockandkeytheory）2、诱导-锲合假说（induced-fittheory）相互诱导相互变形相互适应（二）、酶促反应的机制1、邻近效应与定向排列作用

类似于分子内的反应酶将底物结合在它的活性部位，彼此靠近，并有一定的取向，大大增加了ES复合物进

入过渡状态的概率。疏水环境可防止底物和酶形成水化膜3、表面效应酶是两性电解质2、多元催化4、张力和变形有利于过度态的形成和稳定5、共价催化亲核与亲电催化多种催化机制的综合作用,是酶促反应高效率的重要原因§4.3酶促反应动力学酶促反应动力学研究的内容是

酶促反应速度及其影响因素。影响因素2、[E]1、[S]3、pH4、T5、inhibitor6、activator一、底物浓度对反应速度的影响一级反应零级反应（一）酶反应的中间产物学说E+SP+EE-S米氏方程——（二）酶促反应动力学方程Michaelis-Menten

方程（三）米氏方程中动力学参数的意义1、Km值V=Vmax12Vmax2Vmax

[S]Km+[S]=[S]=KmKm值是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。单位：mol/L2、Km值可表示酶与底物亲和力3、Km值是酶的特征性常数之一，取决于酶和

底物的结构，与酶的浓度无关4、Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度Km值愈大，则酶对底物的亲和力越小；Km值愈小，则酶对底物的亲和力越大。大致在10-6～10-2M之间（四）Km值和Vmax值的测定1、双倒数作图法（doublereciprocalor

Lineweaver-Burk作图法）1V=KmVm╳

1[S]+

Vm12、Hanes-Woolf作图法V[S]=KmVm+

Vm1[S]3、Eadie-Hofstee作图法V=KmVm-[S]V×二、酶浓度对反应速度的影响当[S]>>[E]时,可得出:V=Kc[E]三、温度对反应速度的影响具有双重作用酶促反应速度最快时的环境温度称为最适温度(optimumtemperature)温度每升高10℃，反应

速度大约增加一倍四、pH对反应速度的影响酶催化活性最大时的

环境pH称为最适pH

(optimumpH)。最适pH不是酶的

特征性常数一些酶的最适pH酶最适pH酶最适pH酶最适pH胃蛋白酶1.8过氧化氢酶7.6延胡索酸酶7.8胰蛋白酶7.7精氨酸酶9.8核糖核酸酶7.8五、抑制剂对反应速度的影响使酶活性下降而不引起酶蛋白构象发生显著变化的物质称做酶的抑制剂(inhibitor)。不可逆性抑制作用（irreversibleinhibition）可逆性抑制作用（reversibleinhibition）Inhibitor：（一）不可逆性抑制作用

（irreversibleinhibition）抑制剂以共价键方式与酶的必需基团进行不可逆结合而使酶丧失活性。非专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制

1.非专一性不可逆抑制

抑制剂与酶分子中多种氨基酸残基发生修饰反应，不论是必需基团与否，皆可共价结合。2.专一性不可逆抑制

抑制剂专一地作用于酶的某种氨基酸残基或必需基团，进行修饰反应，从而抑制酶的活性。PXOR1OOR2E-OH+PO-EOR1OOR2HX+有机磷杀虫剂酶失活的酶E-OH+PO-EOR1OOR2+NCH3CHNOHPOOR1OR2NCH3CHNO失活的酶解磷定（PAM）恢复活性的酶抑制剂与酶以非共价键结合，在用透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复（二）可逆性抑制作用

（reversibleinhibition）反竞争性抑制作用竞争性抑制非竞争性抑制1、竞争性抑制(competitiveinhibition)

K1K3E+SESE+P+K2I

KiEI1V=KmVm（1+）[I]Kiχ1[S]1Vm+特点:(1)抑制剂与酶的底物结构相似；(2)Vmax不变,Km值增大；(3)抑制程度与[I]成正比，与[S]成反比，增

加[S]可消除抑制，以至反应可达到最大

反应速度。

举例2、非竞争性抑制

K1K3E+SESE+P+K2+II

KiKiEI+SEIS1V=KmVm（1+）[I]Kiχ1[S]1Vm+χ（1+）[I]Ki(3)Km不变,Vmax减小。特点：(1)底物与抑制剂之间无竞争关系；(2)抑制程度与［I］成正比，而与［S］无关，

增加底物浓度不能解除抑制作用。3、反竞争性抑制作用

K1K3E+SESE+PK2+

I

Ki

EIS1V=KmVmχ1[S]1Vm+χ（1+）[I]Ki(3)Km减少,Vmax减小而Km／Vmax不变。特点:(1)抑制剂仅与中间产物ES结合；(2)抑制程度与［I］成正比，也和［S］成正比；SSEEIIEE+P增加[S]平衡移动方向增加[I]平衡移动方向竞争性抑制作用SSEEEE+PSESIIII非竞争性抑制SSEEE+PSEII反竞争性抑制作用六、激活剂对反应速度的影响使酶由无活性变为有活性或酶活性增加的物质称酶的激活剂（activator）必需激活剂非必需激活剂七、酶活性测定与酶活性单位1、酶活性：酶对特定化学反应的催化能力。单位时间内底物的消耗和产物的生成量表示酶活性国际生化学会（IUB）酶学委员会规定：在特定反应条件下，在25℃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。指规定条件下，单位时间内生成一定量产物或消耗一定量底物所需的酶量。2、酶活性单位：3、比活性是指单位重量蛋白质样品中所含

的酶活性单位。随着酶被逐步纯化，其比活性也随之逐步升高，所以测定酶的比活性可以鉴定酶的纯化程度。§4.4酶活性的调节

限速酶或关键酶

酶活性的调节酶含量的调节⑶限速酶催化的反应一般情况下处于起始

部位或分叉点。限速酶特点：⑴限速酶催化的反应最慢。⑵限速酶催化的反应大多为不可逆反应。⑷限速酶可以是一个或多个。快速调节一、酶活性的调节酶原与酶原激活变构调节共价修饰（一）酶原（zymogen）及

酶原的激活（zymogen

acticvation）在细胞内合成及初分泌时处于无活性状态的酶的前身物。1．酶原（zymogen）：2.酶原的激活（zymogen

acticvation）

（1）概念：酶原在一定条件下，可转化成有活性的

酶，此过程称酶原的激活。（2）酶原激活的本质：（3）生理意义：①自我保护

②在特定的时间地点发挥作用

酶的某些部位可与特异性的代谢分子可逆性的结合，从而改变酶的构象和催化活性，这种调节称为变构调节。（二）变构调节（allostericregulation）1、概念：别构效应的酶一般为偶数亚基组成的寡聚体。2、别构酶：催化亚基：能结合底物产生催化作用；

调节亚基：能结合别构效应剂产生调节作用。3、别构效应剂：引起别构效应的物质。

(1)别构激活剂：改变酶的构象使酶的活性增加。(2)别构抑制剂：改变酶的构象使酶的活性降低。当一个亚基与底物结合后，影响其他酶亚基与底物的结合能力，称此作用为协同效应。

4、协同效应：举例：PKA的变构调节变构酶活性随底物浓度变化呈S形曲线。①同促协同效应：第一分子底物与第一个亚基结合后影响第二分子底物与第二个亚基结合。

②异促协同效应：一分子与酶结合后影响另一不同分子在酶的另一部位结合。（三）共价修饰（covalentmodification）

也称化学修饰（chemicalmodification）酶分子上某些特殊基团在其他酶作用下，发生可逆的共价结合而被修饰，并快速改变的活性称共价修饰调节。1、概念：磷酸化修饰、乙酰化修饰、甲基化修饰和酰苷化修饰2、类型:⑸共价修饰与别构调节相互协作，增强调节因子的作用。3.特点：⑴被修饰的酶有两种形式：有活性，无活性。⑵修饰为共价键变化。⑶有级联放大效应：酶化反应在体内连锁进行，

逐级进行磷酸化或脱磷酸作用。⑷仅以ATP给磷酸基团，耗能小，经济有效。二、酶含量的调节1、酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导剂（inducer）诱导作用（induction）阻遏剂（repressor）阻遏作用（repression）慢调节

激素或第二信使调节各种酶的合成药物对酶的诱导作用：药物代谢酶合成，防止蓄

积中毒，但导致耐药现象2、酶降解的调控（1）通过溶酶体中组织蛋白酶的降解。（2）ATP供能，与泛肽共价结合，经泛肽结合降

解酶催化，使Protein降解。§4.5同工酶（isoenzyme）

能够催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。1、定义（p67)：由不同基因或等位基因编码的多肽链，或

由同一基因转录生成但翻译不同所得的不

同肽链组成的酶。具有组织特异性或不同亚细胞结构特异性分布6-磷酸葡萄糖脱氢酶乳酸脱氢酶酸性和碱性磷酸酶谷丙转氨酶和谷草转氨酸肌酸磷酸激酶过氧化酶等目前已经发现的同工酶:2、举例：乳酸脱氢酶（LDH）含有四个亚基组成五种同工酶有两种亚基：骨骼肌型（M型）心肌型（H型）M、H亚基的氨基酸组成有差别，可用电泳分离。

其速度以LDH1为最快，LDH5为最慢。心肌中以LDH1及LDH2较为

丰富，骨骼肌及肝中含

LDH5及LDH4较多。LDH1和LDH2对乳酸亲和力高，易使乳酸脱氢

氧化生成丙酮酸，后者进一步氧化可释放出能

量供心肌活动的需要；LDH5与LDH4对丙酮酸的亲和力高，而使它得

氢还原成乳酸，这对保证肌肉在短暂缺氧时仍

可获得能量有关用于疾病鉴别诊断3、意义成为研究代谢调节、分子遗传学、生物进化、

个体发育、细胞分化和癌变的有力的工具在酶学、生物学等方面均占有重要地位§4.6酶的命名与分类一、酶的分类国际酶学委员会(I.E.C)规定，按酶促反应的性质，可把酶分成六大类：1.氧化还原酶类(oxidoreductases)指催化底物进行氧化还原反应的酶类。2.转移酶类(transferases)指催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。3.水解酶类(hydrolases)指催化底物发生水解反应的酶类。4.裂解酶类(lyases)指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物的酶类。5.异构酶类(isomerases)指催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。6.合成酶类(连接酶类，ligases)指催化两分子底物合成为一分子化合物，同时还必须偶联有ATP的磷酸键断裂的酶类。二、酶的命名习惯命名法系统命名法推荐名称4、有时在这些命名基础上加上酶的来源

或其它特点。一、习惯命名法1、根据其催化底物来命名；2、根据所催化反应的性质来命名；3、结合上述两个原则来命名；系统名称:丙氨酸：

-酮戊二酸氨基转移酶二、国际系统命名法系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如：习惯名称:谷丙转氨酶酶催化的反应:谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸系统命名和4个数字分类的酶编号EC2.6.1.2§4.7酶与医学的关系一、酶与疾病的关系酶与疾病的发生酶与疾病的诊断酶与疾病的治疗某些先天性的酶缺乏，导致遗传性代谢病。（一）酶与疾病的发生溶血性贫血葡萄糖-6-磷酸脱氢酶或某些其他磷酸戊糖通路中的酶伯氨奎宁过敏症或蚕豆病（二）酶与疾病的诊断测血清（或血浆）、尿液等体液中酶活性的改变，可反应某些疾病的发生和发展，有利于临床诊断和预后心梗LDH1、GOT急性肝炎GPT1、用一些酶制剂治疗疾病。（三）酶与疾病的治疗胃蛋白酶与多酶片可增进消化；尿激酶，链激酶用于治疗血管栓塞；胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的蛋白质分解作用，

用于外科护创，伤口净化及治疗浆膜粘连等2、通过抑制一些酶的活性达到治疗目的黄胺类药、6-MP、5-FU与皮肤病有较大关系的微量元素有锌、铜、铁、硒等1、锌是细胞生长和繁殖以及某些酶活性所必需

的微量元素之一缺锌会引起部分或完全脱发，甲板失去，影

响到皮肤角蛋白的合成，出现角化不全，影

响创伤愈合及黑素形成。锌的缺乏也会引起一系列免疫功能障碍，如白

介素2和自然杀伤细胞的减退，免疫应答和巨噬

细胞