第3章酶与维生素ppt课件.ppt

1、酶酶与维生素与维生素第第 三三 章章酶酶 学学第第 二二 部部 分分q酶酶是对其是对其特异底物特异底物具有具有高效催化作用高效催化作用的的蛋白质蛋白质和和核糖核酸核糖核酸。q酶学研究的意义酶学研究的意义公元前公元前21世纪，中国已有酿酒记载；世纪，中国已有酿酒记载；1833年，年，Payen&Persoz 发现发现淀粉酶淀粉酶(diastase)；19世纪，对酶的知识来源于世纪，对酶的知识来源于发酵过程发酵过程的研究；的研究；1 Glucose2 alcohol+2CO21878年年,Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词；一词；1897年年,Buchner兄弟用酵母提取液兄弟用酵母提取液

2、实现了发酵实现了发酵；1913年年,Michaelis和和Menten提出了提出了“米氏方程米氏方程”1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出首次从刀豆中提纯出脲酶结晶脲酶结晶；二十世纪中叶，二十世纪中叶，酶学的迅速发展；酶学的迅速发展；1982年，年，Cech提出提出核酶核酶(ribozyme)的概念；的概念；1986年，年，Lerner和和Schultz研制出研制出抗体酶抗体酶(abzyme)；1995年，年，Jack W.Szostak报道了报道了脱氧核酶脱氧核酶。酶结构与催化机理的研究：酶结构与催化机理的研究：促进分子生物学及技术的发展。促进分子生物学及技术的发展。第一节第一节结

3、合酶结合酶 (conjugated enzyme)单纯酶单纯酶 (simple enzyme)基本组成仅为基本组成仅为氨基酸氨基酸的一类酶。的一类酶。由由蛋白质蛋白质和和非蛋白非蛋白两部分组成。两部分组成。蛋白质部分蛋白质部分：酶蛋白酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)(coenzyme):(prosthetic group):按其与酶蛋白按其与酶蛋白结合的紧密程度结合的紧密程度分为分为与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松疏松，可用可用透析或超透析或超滤的方法除去。滤的方法除去。与酶蛋白与酶蛋

4、白共价结合共价结合，不能用不能用透析或透析或超滤的方法除去超滤的方法除去。与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。如如Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+过渡金属离子。过渡金属离子。约约2/3的酶催化活性需要金属离子。的酶催化活性需要金属离子。金属酶金属酶 (metalloenzyme)金属激活酶金属激活酶 (metal-activated enzyme)为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。如如Na+、K+、Mg 2+、Ca 2+碱和碱土金属离子。碱和碱土金属离子。l 稳定酶的构象；稳定酶的构象；l

5、参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；l 酶与底物间起桥梁作用；酶与底物间起桥梁作用；l 电荷屏蔽作用电荷屏蔽作用，降低反应中的静电斥力，降低反应中的静电斥力等。等。p 金属离子的电荷屏蔽作用金属离子的电荷屏蔽作用激酶的底物激酶的底物Mg2+-ATP，Mg2+屏蔽磷酸基的负电屏蔽磷酸基的负电荷，减少具有阴离子性质的电子对攻击亲核体。荷，减少具有阴离子性质的电子对攻击亲核体。腺嘌呤腺嘌呤核糖核糖传递传递电子电子、质子质子或或其它基团其它基团的的运载运载体的作用体的作用。l酶的种类繁多，辅酶酶的种类繁多，辅酶(辅基辅基)数目有限。数目有限。l酶蛋白酶蛋白决定反应的决定反应的特异性特异性，

6、辅酶辅酶(辅基辅基)决定反应的决定反应的种类和性质种类和性质。l大多数水溶性维生素作为辅酶或辅基。大多数水溶性维生素作为辅酶或辅基。转移基团转移基团辅酶或辅基辅酶或辅基所含维生素所含维生素氢原子氢原子 NAD+(辅酶辅酶)尼克酰胺尼克酰胺(vit pp)NADP+(辅酶辅酶)尼克酰胺尼克酰胺(vit pp)FMN核黄素核黄素(vitB2)FAD核黄素核黄素(vitB2)醛基醛基 TPP硫胺素硫胺素(vitB1)酰基酰基辅酶辅酶A泛酸泛酸烷基烷基钴胺素钴胺素vit(B12)CO2生物素生物素生物素生物素氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛吡哆醛(vitB6)一碳单位一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸

7、一些多酶体系在进化过程一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中。一条多肽链中。单一肽链仅具有三级结构的酶。单一肽链仅具有三级结构的酶。多个相同或不同亚基组成的酶。多个相同或不同亚基组成的酶。几种不同功能的酶彼此聚合形几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。成的多酶复合物。以一定次序结合，形成催化作用的以一定次序结合，形成催化作用的“流水线流水线”。在合成后分泌到细胞外发生作用的酶在合成后分泌到细胞外发生作用的酶在合成分泌后定位于细胞内发生作用的酶在合成分泌后定位于细胞内发生作用的酶大多数的酶属于此类。大多数的酶属于此类

8、。主要为水解酶。主要为水解酶。酶分子中，酶分子中，与酶活性密切相关的化与酶活性密切相关的化学基团学基团。必需基团必需基团(essential group)酶的特殊催化能力只局限在大分子一酶的特殊催化能力只局限在大分子一定的区域，既只有定的区域，既只有少数氨基酸残基少数氨基酸残基参与参与底底物结合物结合和和催化作用催化作用。与底物相结合与底物相结合催化底物转变成产物催化底物转变成产物位于活性中心以外，维位于活性中心以外，维持酶活性中心空间构象持酶活性中心空间构象所必需。所必需。酶分子中酶分子中 必需基团必需基团在一级结构上可能在一级结构上可能相距甚远，甚至位于不同的肽链上，通过相距甚远，甚至位于

9、不同的肽链上，通过肽链的盘绕、折叠而在空间结构上彼此靠肽链的盘绕、折叠而在空间结构上彼此靠近，组成具有近，组成具有特定空间结构的区域特定空间结构的区域，能，能与与底物特异结合底物特异结合并并将底物转化为产物将底物转化为产物。辅酶辅酶或或辅基辅基往往是活性中心的组往往是活性中心的组成成分。成成分。溶菌酶的三维结构及酶溶菌酶的三维结构及酶-底物复合物底物复合物催化基团：催化基团：Glu35和和Asp52；结合基团：结合基团：Trp62和和63、Asp101、Trp108129个氨基酸残基个氨基酸残基酶酶氨基酸残基数氨基酸残基数活性中心的氨基酸残基活性中心的氨基酸残基核糖核酸酶核糖核酸酶A A溶菌酶

10、溶菌酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶羧肽酶羧肽酶 A A肝乙醇脱氢酶肝乙醇脱氢酶1241241291292232232412412402403483482122123073073743742 2His12His12，His19His19，Lys41Lys41Glu35Glu35，Asp52Asp52His57His57，Asp102Asp102，ser195ser195His57His57，Asp102Asp102，ser195ser195His57His57，Asp102Asp102，ser195ser195Asp32Asp3

11、2，Asp215Asp215Cys25Cys25，His159His159Arg127Arg127，Glu270Glu270，Tyr248Tyr248，Zn+Zn+Ser48Ser48，His51His51，NAD+NAD+，Zn+Zn+某些酶活性中心的催化基团某些酶活性中心的催化基团n您用什么方法证明酶活性中心的存在？您用什么方法证明酶活性中心的存在？纸上谈兵，请设计您的实验。纸上谈兵，请设计您的实验。三、三、催化的化学反应催化的化学反应相同相同，而，而酶蛋白的分子结酶蛋白的分子结构构、理化性质理化性质乃至乃至免疫学性质免疫学性质不同的一组酶。不同的一组酶。同工酶属于不同基因编码的多肽链，或

12、同工酶属于不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录产生上的由同一基因转录产生上的mRNA翻译的不同翻译的不同多肽链组成的蛋白质。多肽链组成的蛋白质。乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶LDH1 (H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸乳酸+NAD+丙酮酸丙酮酸+NADH+H+LDHq生理及临床意义生理及临床意义n在代谢调节上起着在代谢调节上起着重要的作用；重要的作用；n解释发育过程阶段解释发育过程阶段特有的代谢特征；特有的代谢特征；n同工酶谱的改变于同工酶谱的改变于 用对疾病的诊断；用对疾病的诊断；n作为遗传标志，用作为遗传标志，用于遗传分析研究。于

13、遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5酶的工作原理酶的工作原理第二节第二节l能显著改变化学反应速度；能显著改变化学反应速度；l在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；l只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；l只加速可逆反应的进程，而不改变反应只加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。的平衡点。A BK1=10-4s-1K2=10-6s-1K=100BAk1k210-410-6l催化效率比非催化反应高

14、催化效率比非催化反应高1081020倍倍，比，比一般催化剂高一般催化剂高1071013倍倍。l不需要较高的反应温度。不需要较高的反应温度。l加速反应的机理都是加速反应的机理都是降低反应的活化能降低反应的活化能。酶比一般催化剂酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能更有效地降低反应的活化能。一种酶仅作用于一种酶仅作用于一种一种或或一类一类化合物，化合物，或或一定的化学键一定的化学键，催化，催化一定的化学反应一定的化学反应并并生成一定的产物生成一定的产物。酶的特异性酶的特异性(specificity)酶对所作用酶对所作用底物底物的的选择性选择性。酶的酶的专一性专一性 作用作用立体异构体立体异构体中的

15、一种中的一种(光学、几何异构体光学、几何异构体)只能作用于一种只能作用于一种特定结构的底物特定结构的底物。作用于作用于一类底物一类底物(一类化合物一类化合物或或一种化学键一种化学键)l对酶生成对酶生成（诱导与阻遏）（诱导与阻遏）与降解量的调节与降解量的调节l酶催化效力的调节酶催化效力的调节（别构调节和共价修饰）（别构调节和共价修饰）l不同组织、亚细胞同工酶不同组织、亚细胞同工酶l酶原激活酶原激活酶促反应受多种因素的调控：酶促反应受多种因素的调控：l使蛋白质变性的因素都可引起酶失活。使蛋白质变性的因素都可引起酶失活。l降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能 l注入能量注入能量酶比一般催化剂酶比

16、一般催化剂更有效地更有效地降低反应的活化能降低反应的活化能。反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应活化能酶促反应活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 一定温度下，一定温度下，1mol底物分子从底物分子从初初态态转变到转变到活化态活化态所需要的自由能所需要的自由能。结论：结论：催化剂降低反应活化能催化剂降低反应活化能蔗糖水解蔗糖水解催化剂催化剂活化能活化能(kj/mol)无无1339.8H+104.7蔗糖酶蔗糖酶39.4E+S E+P ES 酶底物复合物酶底物复合物 有利于底物转变成过

17、渡态有利于底物转变成过渡态酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化；底物在酶的诱生有利于底物结合的变化；底物在酶的诱导下也发生变形，处于不稳定的过渡态，导下也发生变形，处于不稳定的过渡态，底物过渡态底物过渡态与与酶的活性中心互补酶的活性中心互补。酶与底物相互接近时，其酶与底物相互接近时，其结构相互诱导结构相互诱导、相互变形相互变形和和相互适应相互适应，进而进而相互结合相互结合。酶和底物复合物形成既是专一性的识别过程，也是酶和底物复合物形成既是专一性的识别过程，也是使底物分子间反应变为使底物分子间反应变为分子内反应分子内反应的过程。的过程。底物和底物

18、底物和底物(双分子反应双分子反应)，酶的催化基团与，酶的催化基团与底物之间结合于同一分子，使底物之间结合于同一分子，使底物有效浓度底物有效浓度得得以以极大提高极大提高而使反应大大增加的一种效应。而使反应大大增加的一种效应。底物反应基团之间或酶的催化基团与底底物反应基团之间或酶的催化基团与底物的反应基团之间的物的反应基团之间的正确取位正确取位产生的效应。产生的效应。酶活性中心存在着酶活性中心存在着广义的酸碱基团广义的酸碱基团，能在近中性的能在近中性的pH范围内，作为催化性的范围内，作为催化性的质质子供体子供体或或受体受体。酶诱导底物分子内敏感键中某些基团的酶诱导底物分子内敏感键中某些基团的电子云

19、密度发生变化，产生电子云密度发生变化，产生电子张力电子张力。底物。底物更接近过渡态，更接近过渡态，降低反应活化能降低反应活化能。l活性中心疏水环境中，较低的介电常数易于活性中心疏水环境中，较低的介电常数易于底物分子与催化基团的相互作用。底物分子与催化基团的相互作用。l活性中心中的微环境影响催化基团的解离。活性中心中的微环境影响催化基团的解离。酶活性中心酶活性中心亲核基团亲核基团或或亲电子基团亲电子基团，作用，作用于底物的于底物的缺电子中心缺电子中心或或负电中心负电中心，形成不稳定，形成不稳定的共价中间复合物，的共价中间复合物，降低反应活化能降低反应活化能。第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力

20、学酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制、温度、抑制剂、激活剂等。剂、激活剂等。研究一种因素影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素影响时，其余各因素均恒定。研究研究酶促反应速度酶促反应速度以及影响以及影响酶促反酶促反应速度各种因素应速度各种因素的学科。的学科。n单位时间单位时间内内底物减少量底物减少量或或产物生成量产物生成量来表示，来表示，通常测定通常测定单位时间单位时间内内产产物的生成量物的生成量。Pt酶促反应时间进程曲线酶促反应时间进程曲线反应速度反应速度初速度初速度，取底物取底物的消耗量很小（一般在的消耗量很小（一般在5以内）的反应速度。以内）的反应速度。-dSdtV=dt

21、dPS较低时，反应速度较低时，反应速度与底物浓度成正比；反与底物浓度成正比；反应为应为一级反应一级反应。VmaxS增高，反应速度不再增高，反应速度不再成正比例加速；为成正比例加速；为混合混合级反应级反应。S达一定程度，反应达一定程度，反应速度不再增加，达最速度不再增加，达最大速度；为大速度；为零级反应零级反应。底物浓度对反应速度的影响呈底物浓度对反应速度的影响呈SV中间产物中间产物酶促反应模式酶促反应模式E+S k1k2k3ESE+P1903年，年，Henri根据蔗糖酶水解蔗糖实验根据蔗糖酶水解蔗糖实验SEE不变时不变时VmaxS Km+S S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速度时的反

22、应速度Vmax：最大反应速度最大反应速度(maximum velocity)Km：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)与与度度关系的数学方程式关系的数学方程式1.E与与S形成形成ESES复合物复合物的反应是快速平衡反应，的反应是快速平衡反应，而而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，反应速度的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即取决于慢反应即 V=K3ES。(1)E+S k1k2k3ESE+P2.S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的总浓度，因此在反应的初始阶段，的初始阶段，S的浓度可认为不变的浓度可认为不变 S=St指指ESES的的生成速度生成速度与

23、与分解速度相分解速度相 等，即等，即 ES恒定恒定E+S k1k2k3ESE+PK1(E-ES)S=K2 ES+K3 ES=K1(E-ES)SdESdt-dESdt=K2 ES+K3 ESK2+K3 Km（米氏常数）（米氏常数）K1令：令：则则(2)(2)变为变为:(E-ES)S Km ES整理：整理：K1(E-ES)S=K2 ES+K3 ES(2)=(E-ES)SK2+K3ES K1得：得：ES=ESKm+S(3)整理得：整理得：将将(3)(3)代入代入(1)(1)：V=K3 ES Vmax=K3ES=K3E (5)将将(5)(5)代入代入(4)(4)得得米氏方程式：米氏方程式：VmaxS

24、Km+S V=K3ES Km+S(4)V=得得:在底物浓度远远大于酶浓度时，当酶的活性中心在底物浓度远远大于酶浓度时，当酶的活性中心全部饱和时，即全部饱和时，即EEESES，反应达最大速度，反应达最大速度 当反应速度为最大反应速度一半时：当反应速度为最大反应速度一半时：Km=S 2=Km+S Vmax VmaxSVmaxVSKmVmax1/2 底物的浓度底物的浓度Km值值u Km是酶的特性常数之一；是酶的特性常数之一；u 当当K2K3时，时，Km=K2/K1=Ks(ES解离常数解离常数)1/Km可近似表示可近似表示酶酶对对底物底物的的亲和力亲和力；u 同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底

25、物有不同的Km值。值。Vm：酶完全被底物饱和时的反应速度：酶完全被底物饱和时的反应速度K3：酶的转换数酶的转换数(turnover number)，催化常数催化常数kcatVmax=K3 EK3=VmE 当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。酶分子催化底物转变为产物的分子数。与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。用来比较每单位酶的催化能力。用来比较每单位酶的催化能力。（Lineweaver-Burk作图法）作图法）Vmax S Km+SV=两边同取倒数两边同取倒数（林林贝氏方程贝氏方程）+1VKmVmax 1Vmax 1S=1/Vm

26、ax-1/Km 1/S 1/V 在在林贝氏方程林贝氏方程基础上，两边同乘基础上，两边同乘S+1VKmVmax 1Vmax 1S=-Km Km/Vm S S/V SV=KmVmax+SVmax酶没有被底物饱和的酶没有被底物饱和的情况下，反应速度与情况下，反应速度与酶浓度成正比。酶浓度成正比。0 v E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 l温度升高，酶促反应速温度升高，酶促反应速度度升高升高；l温度升高，可引起酶的温度升高，可引起酶的变性，反应速度变性，反应速度降低降低。最适温度：最适温度：酶促反应速酶促反应速度最快时的度最快时的反应体系反应体系温度。温度。不是酶的特征常数不是酶的特征

27、常数酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 酶催化活性最大时酶催化活性最大时的反应体系的反应体系pH。0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶 246810酶的最适酶的最适pHpH不是不是酶的特征常数酶的特征常数l活性中心必须基团活性中心必须基团l酶分子构象酶分子构象l辅助因子辅助因子l底物底物凡能使酶的凡能使酶的催化活性下降催化活性下降，而不引起而不引起酶蛋白变性的物质。酶蛋白变性的物质。凡能使凡能使酶蛋白变性酶蛋白变性而引

28、起而引起酶活力丧酶活力丧失失的作用称为的作用称为失活作用失活作用。l 抑制剂抑制剂对酶有一定对酶有一定选择性选择性；l 引起变性的因素对酶没有选择性。引起变性的因素对酶没有选择性。l竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)l非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)l反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)l专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制l非专一性不可逆抑制非专一性不可逆抑制不能用不能用透析透析、超滤超滤等物理方法除去等物理方法除去抑制剂使酶复活。抑制剂使酶复活。抑制剂抑制剂通常以通常

29、以共价键共价键与酶活性中心的与酶活性中心的必需基团必需基团相结合，使酶失活。相结合，使酶失活。ROROPOX+HOEROROPOOE+HX有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸有机磷化合物有机磷化合物 胆碱酯酶的抑制胆碱酯酶的抑制解毒：解毒：解磷定解磷定(PAM)与有机与有机磷化合物形成稳定化合物。磷化合物形成稳定化合物。抑制抑制胆碱酯酶胆碱酯酶的活性，造成的活性，造成乙酰胆碱乙酰胆碱堆堆 积，引起迷走神经兴奋性增高而中毒。积，引起迷走神经兴奋性增高而中毒。ESSAs CHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAs CHCHClClAsCl

30、CHCHCl+ESHSHESAsSCHCHCl+2H Cl路易士气路易士气失活的酶失活的酶巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BAL巯基酶巯基酶BALBAL与砷剂结合物与砷剂结合物重金属离子重金属离子(Hg2+,Ag+)及及砷化合物砷化合物巯基酶巯基酶二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)抑制剂抑制剂以以非共价键非共价键与与酶酶或或酶酶-底物复合物底物复合物可逆性结合可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；使酶的活性降低或丧失；l 竞争性抑制竞争性抑制l 非竞争性抑制非竞争性抑制l 反竞争性抑制反竞争性抑制 抑制剂可用抑制剂可用透析透析、超滤超滤等方法除去。等方法除去。与与底物底物的结构相似，的结构相

31、似，与与底物底物竞竞争争酶的活性中心酶的活性中心，从而阻碍，从而阻碍酶底物复合物酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。的形成，使酶的活性降低。+IEIE+SE+PESk1k2k3ki2ki1抑制剂常数抑制剂常数 Ki=+ESESE P+E I EIl抑制程度抑制程度取决于抑制取决于抑制剂与酶对底物的相对剂与酶对底物的相对亲和力及抑制剂与底亲和力及抑制剂与底物浓度的比例；物浓度的比例；lI与与S结构类似；结构类似；Vmax不变不变，表观表观Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V 1/S VSmaxVIK(1)SmKiiKI 111m(1)VVK SVmaxmax1Vm1Km（1+I

32、/Ki）丙二酸丙二酸与与琥珀酸琥珀酸竞争竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙丙二二酸酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸磺胺类药物磺胺类药物的的抑菌机制抑菌机制二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物与对与对氨基苯甲酸氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶酶酶可以同时与可以同时与底物底物和和抑制剂抑制剂结合，两者没结合，两者没有竞争作用，但有竞争作用，但中间物中间物EISEIS 不能分解为产物。

33、不能分解为产物。抑制剂抑制剂是与是与酶活性中心酶活性中心以外以外的的必须基团必须基团结合。结合。E+SESE+PIEI+S EIS IEP+S-SEESEP+S-SEI ESI-I +I +I -I l抑制剂抑制剂与与酶活性中酶活性中心外的必需基团心外的必需基团结结合，底物与合，底物与抑制剂抑制剂之间无竞争关系；之间无竞争关系；l抑制程度抑制程度取决于抑取决于抑制剂的浓度；制剂的浓度；Vmax降低，降低，表观表观Km不变。不变。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI 11I1m(1)(1)V VK S VKmaxmax-1/Km Km （1+I/Ki）Vm 酶酶只有在与只有在

34、与底物底物结合后，才能与结合后，才能与抑制抑制剂剂结合。结合。抑制剂抑制剂与与ESES复合物复合物结合结合，导致，导致ES降低。降低。E+SE+P ES+IESI+E S ES E SESI-I +Iu抑制剂抑制剂只与只与酶底酶底物复合物物复合物结合；结合；u抑制程度抑制程度取决与取决与抑制剂的浓度及抑制剂的浓度及底物的浓度；底物的浓度；Vmax降低，降低，表观表观Km降低。降低。1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 1 （1+I/Ki）Km Km （1+I/Ki）Vm抑制剂抑制剂 动动 力力 学学 参参 数数表表 观观 Km Km增增 大大不不 变变减减 小小最最 大大 速速 度度Vmax不不

35、变变降降 低低降降 低低林林-贝贝 氏氏 作作 图图斜斜 率率Km/Vmax增增 大大增增 大大不不 变变纵纵 轴轴 截截 距距1/Vmax不不 变变增增 大大增增 大大横横 轴轴 截截 距距-1/Km增增 大大不不 变变减减 小小与与 I结结 合合 的的 组组 分分EE、ESES作作 用用 特特 征征无无 抑抑 制制 剂剂竞竞 争争 性性 抑抑 制制 非非 竞竞 争争 性性 抑抑 制制 反反 竞竞 争争 性性 抑抑 制制使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。必需激活剂必需激活剂(essential activator)对酶的活性是必须的。对酶

36、的活性是必须的。无机离子：无机离子：K+、Na+、Mg2+、Fe2+、Cl-、Br-有机化合物：有机化合物：胆汁酸盐、胆汁酸盐、Cys、GSH、EDTA非必需激活剂非必需激活剂(non-essential activator)激活剂不存在时，酶仍表现一定的活性。激活剂不存在时，酶仍表现一定的活性。酶酶 的的 调调 节节第第 四四 节节关键酶关键酶代谢途径的调节酶代谢途径的调节酶l酶活性的调节酶活性的调节（快速调节）（快速调节）l酶含量的调节酶含量的调节（缓慢调节）（缓慢调节）变构酶变构酶 (allosteric enzyme)一些一些代谢物代谢物与某些酶分子与某些酶分子活性中心活性中心外外的某

37、部位可逆地结合，使的某部位可逆地结合，使酶构象改变酶构象改变，从而改变酶的催化活性。从而改变酶的催化活性。变构部位变构部位(allosteric site)变构激活剂：变构激活剂：引起酶对底物的亲和力增加引起酶对底物的亲和力增加变构激活变构激活变构抑制变构抑制 变构酶的形曲线变构酶的形曲线 变构酶变构酶 变构抑制剂：变构抑制剂：引起酶对底物的亲和力减弱引起酶对底物的亲和力减弱当底物与一个亚基上的当底物与一个亚基上的活性中心活性中心结合后，结合后，引起酶分子构象的改变，使其它亚基的活性引起酶分子构象的改变，使其它亚基的活性中心与底物的结合能力发生改变。中心与底物的结合能力发生改变。正协同效应正协

38、同效应(positivecooperative effect)效应剂效应剂是是底物底物本身，具有本身，具有协同效应协同效应负协同效应负协同效应(negative cooperative effect)其其v-Sv-S动力学曲线为动力学曲线为S S形曲线。形曲线。其其v-Sv-S动力学曲线为类似双曲线。动力学曲线为类似双曲线。别构激活剂别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P别构抑制剂：别构抑制剂：柠檬酸柠檬酸;ATP（高浓度）（高浓度）此酶有二个结合此酶有二个结合ATP的部位：的部位：活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心外别构调节部位（

39、高浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时）F-1,6-2P 正反馈正反馈调节该酶调节该酶 F-6-P+ATP F-1,6-2P 在其他酶的作用下，酶蛋白肽链上的在其他酶的作用下，酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生一些基团可与某种化学基团发生可逆的共可逆的共价结合价结合，从而改变酶活性的过程。，从而改变酶活性的过程。(covalent modification)是体内对代谢快速调节的方式之一。是体内对代谢快速调节的方式之一。n磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）n乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化n甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化n腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化nSHS

40、H与与S SS S互变互变 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白Mg 2+有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶酶的无活性前体的无活性前体，此前体物质称为，此前体物质称为酶原酶原。一定条件下一定条件下酶原酶原向有向有活性酶活性酶转化的过程。转化的过程。实质实质是是酶的活性中心形成酶的活性中心形成或或暴露暴露的过程。的过程。酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成形成或或暴露出酶的活性中心暴露出酶的活性中心一个或

41、几个特定的肽键断裂，一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽水解掉一个或几个短肽无活性酶原转变为酶的活性状态是不可逆。无活性酶原转变为酶的活性状态是不可逆。胃蛋白酶原胃蛋白酶原 胃蛋白酶胃蛋白酶+6个多肽片段个多肽片段H H+或胃蛋白酶或胃蛋白酶胰蛋白酶原胰蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶+六肽六肽肠激酶肠激酶或胰蛋白酶或胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原 -胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶+2个二肽个二肽胰蛋白酶胰蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶弹性蛋白酶+几个片段几个片段 胰蛋白酶胰蛋白酶胆汁酸胆汁酸 肠激酶肠激酶(enterokinase)-肠粘膜细胞纹状缘表面肠粘膜细胞纹状缘表面胰

42、蛋白酶胰蛋白酶原原胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶羧基肽酶羧基肽酶原原羧基肽酶羧基肽酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶胰蛋白酶抑制剂胰蛋白酶抑制剂 赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程活性中心：活性中心：His57，Aap102 Ser195胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原(无活性无活性)-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶(有活性有活性)胰蛋白酶胰蛋白酶Arg15-Ile16断裂断裂-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶Leu13,Tyr146-Asn

43、1481514Ser Arg147148Thr Asn-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶(有活性有活性)l避免避免酶对细胞进行自身消化酶对细胞进行自身消化，并使，并使酶酶在特定的在特定的部位部位和和环境环境中发挥作用，保证中发挥作用，保证体内代谢正常进行。体内代谢正常进行。l有的酶原可以视为有的酶原可以视为酶的储存酶的储存形式。需要形式。需要时酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其时酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。催化作用。诱导剂诱发酶蛋白生物合成的作用。诱导剂诱发酶蛋白生物合成的作用。诱导剂诱导剂(inducer)：一般在转录水平上促进酶生一般在转录水平上促进酶生物合成的化合物物合成的化合物

44、(底物、产物、激素、药物等底物、产物、激素、药物等)。辅阻遏物与辅阻遏物与阻遏蛋白阻遏蛋白结合后抑制转录的过程。结合后抑制转录的过程。辅阻遏物辅阻遏物：在转录水平上减少酶生物合成的物质。在转录水平上减少酶生物合成的物质。2.阻遏作用阻遏作用(repression)酶的结构一旦发生改变，就易受酶的结构一旦发生改变，就易受蛋白蛋白水解酶水解酶的降解。的降解。l 溶酶体蛋白酶降解溶酶体蛋白酶降解l 非溶酶体蛋白酶降解非溶酶体蛋白酶降解酶的命名与分类酶的命名与分类第五节第五节1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类转移酶类(transferases)3.水解酶类水解酶

45、类(hydrolases)4.裂解酶类裂解酶类(lyases)5.异构酶类异构酶类(isomerases)6.合成酶类合成酶类(ligases,synthetases)一、酶的国际系统分类及编号一、酶的国际系统分类及编号EC1.4.1.3 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶二、酶的命名二、酶的命名1.多数依据其多数依据其底物底物命名：命名：如淀粉酶、蛋白酶如淀粉酶、蛋白酶2.依据催化的依据催化的反应性质反应性质：如水解酶、转氨酶如水解酶、转氨酶3.结合结合底物底物和和性质性质：如琥珀酸脱氢酶如琥珀酸脱氢酶4.在前面基础上，加上酶的在前面基础上，加上酶的来源来源或或特点特点：如胃蛋白酶；碱性磷酸酶如胃蛋白

46、酶；碱性磷酸酶l每一种酶有一个每一种酶有一个系统名称系统名称和和推荐名称推荐名称 标明酶的标明酶的底物底物及催化及催化反应性质反应性质，若底，若底物之一是水，可将水略去不写。物之一是水，可将水略去不写。如如谷丙转氨酶谷丙转氨酶丙氨酸丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 l每个酶还有一个特定的每个酶还有一个特定的编号编号。丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸酶与医学的关系酶与医学的关系第六节第六节l有些疾病的发病机理直接或间接和有些疾病的发病机理直接或间接和酶的异常酶的异常或或酶活性受到抑制酶活性受到抑制相关。相关。l许多疾病也可引起酶的异常，这种异常又使许多疾

47、病也可引起酶的异常，这种异常又使病情加重。病情加重。l激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。异常。l酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。酶酶催化化学反应的催化化学反应的能力能力。大小或量值用在一定。大小或量值用在一定条件下催化某一化学反应的反应速率表示。条件下催化某一化学反应的反应速率表示。在在一定条件一定条件下，下，一定时间一定时间内将内将一一定量定量的的底物底物转化为转化为产物产物所需要的所需要的酶量酶量。在最适反应在最适反应(温度温度2525)条件下，条件下，每分钟每分钟催化催化1mol底物转化为产物所需的底物转化为

48、产物所需的酶量酶量为为1个国际单位。个国际单位。在最适反应条件下，在最适反应条件下，每秒钟每秒钟使使mol底物转化底物转化为产物所需的为产物所需的酶量酶量为为1 1个催量个催量。1 kat=6010 6 IU 1 IU=16.6710-9 kat=16.67 n kat血清酶血清酶酶水平的改变酶水平的改变病毒性病毒性肝炎肝炎胆管胆管阻塞阻塞肌营养肌营养不良不良急性心急性心肌梗死肌梗死肿瘤转移到肿瘤转移到肝肝骨骨丙氨酸转氨酶丙氨酸转氨酶 或或 或或 天冬氨酸转氨酶天冬氨酸转氨酶 碱性磷酸酶碱性磷酸酶 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 或或 肌酸激酶肌酸激酶 -谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶 l许多药物可通过抑制生

49、物体内的某些许多药物可通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗目的。酶来达到治疗目的。l通过阻断相应的酶活性，以达到遏制通过阻断相应的酶活性，以达到遏制肿瘤生长的目的。肿瘤生长的目的。l酶还可以直接用于治疗目的。酶还可以直接用于治疗目的。酶偶联测定法酶偶联测定法(enzyme coupled assays)，是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、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底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。析的一种方法。q分光光度法分光光度法(spectrophotometry)葡萄糖葡萄糖+ATP 葡糖葡糖-6-磷酸磷酸+ADP HK葡

50、糖葡糖-6-磷酸磷酸+NADP+葡糖酸葡糖酸-6-磷酸磷酸+NADPH+H+G-6-PDH进行的酶偶联分析，测定进行的酶偶联分析，测定己糖激酶己糖激酶活性活性260 300 340 380 4200.10.30.50.70.9波长波长 nmANAD(P)+NAD(P)H+NAD(P)+和和 NAD(P)H 的光吸收曲线的光吸收曲线 以酶作为以酶作为标记物标记物，通过测定酶的活性，通过测定酶的活性来判断被标记物质或与其定量结合的物质来判断被标记物质或与其定量结合的物质的存在和含量。的存在和含量。如如ELISA 利用酶做为工具，在分子水平上对某些利用酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向