(藥學專升本成教)第六章 酶3

1、目錄目錄Enzyme第六章第六章 酶目錄目錄第一節(jié)第一節(jié)酶的分子結構與功能酶的分子結構與功能The Molecular Structure and Function of Enzyme目錄目錄蛋白質部分：酶蛋白蛋白質部分：酶蛋白 ( (apoenzyme)輔助因子輔助因子(cofactor) 金屬離子金屬離子小分子有機化合物小分子有機化合物全酶全酶(holoenzyme)目錄目錄n小分子有機化合物是一些化學穩(wěn)定的小分子小分子有機化合物是一些化學穩(wěn)定的小分子物質，稱為輔酶物質，稱為輔酶 (coenzyme)。 其主要作用是參與酶的催化過程，在反應中其主要作用是參與酶的催化過程，在反應中傳遞電子、

2、質子或一些基團。傳遞電子、質子或一些基團。 輔酶的種類不多，且分子結構中常含有維生輔酶的種類不多，且分子結構中常含有維生素或維生素類物質。素或維生素類物質。目錄目錄n輔酶中與酶蛋白共價結合的輔酶又稱為輔基輔酶中與酶蛋白共價結合的輔酶又稱為輔基(prosthetic group)。n輔基和酶蛋白結合緊密，不能通過透析或超輔基和酶蛋白結合緊密，不能通過透析或超濾等方法將其除去，在反應中不能離開酶蛋濾等方法將其除去，在反應中不能離開酶蛋白，如白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。目錄目錄二、酶的活性中心是酶分子中執(zhí)行二、酶的活性中心是酶分子中執(zhí)行其催化功能的部位其催化功能的部位酶分子中氨基酸殘

3、酶分子中氨基酸殘基基側鏈側鏈的化學基團中的化學基團中，一些與一些與酶活性酶活性密切相關密切相關的化學基團的化學基團。n必需基團必需基團(essential group)目錄目錄指必需基團在空間指必需基團在空間結構上結構上彼此靠近彼此靠近，組成，組成具有具有特定空間結構的區(qū)特定空間結構的區(qū)域域，能與底物特異，能與底物特異結合結合并將底物并將底物轉化轉化為產物。為產物。n酶的活性中心酶的活性中心 (active center)目錄目錄活性中心內的必需基團活性中心內的必需基團位于活性中心以外，位于活性中心以外，維持酶活性中心應有的空維持酶活性中心應有的空間構象和（或）作為調節(jié)間構象和（或）作為調節(jié)劑

4、的結合部位所必需。劑的結合部位所必需。 活性中心外的必需基團活性中心外的必需基團目錄目錄HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶n舉例舉例同工酶同工酶 (isoenzyme)是指催化相同的化是指催化相同的化學反應，而酶蛋白的分子結構理化性質乃學反應，而酶蛋白的分子結構理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶。至免疫學性質不同的一組酶。n定義定義目錄目錄第二節(jié)第二節(jié) 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action目錄目錄（一）（一）酶

5、促反應具有極高的效率酶促反應具有極高的效率 酶的催化效率通常比非催化反應高酶的催化效率通常比非催化反應高1081020倍，倍，比一般催化劑高比一般催化劑高1071013倍。倍。酶的催化不需要較高的反應溫度。酶的催化不需要較高的反應溫度。酶和一般催化劑加速反應的機理都是降低反應酶和一般催化劑加速反應的機理都是降低反應的的活化能活化能。酶比一般催化劑更有效地降低反應。酶比一般催化劑更有效地降低反應的活化能。的活化能。目錄目錄n根據(jù)酶對其底物結構選擇的嚴格程度不同，根據(jù)酶對其底物結構選擇的嚴格程度不同，酶的特異性可大致分為以下酶的特異性可大致分為以下3種類型：種類型：絕對特異性絕對特異性(absol

6、ute specificity)：只能作用于：只能作用于特定結構的底物特定結構的底物，進行一種專一的反應，生成，進行一種專一的反應，生成一種特定結構的產物一種特定結構的產物 。 相對特異性相對特異性(relative specificity)：作用于：作用于一類一類化合物或化合物或一種化學鍵一種化學鍵。立體結構特異性立體結構特異性(stereospecificity)：作用于立：作用于立體異構體中的體異構體中的一種一種。（二）酶促反應具有高度的特異性（二）酶促反應具有高度的特異性目錄目錄（一）酶比一般催化劑更有效地降低反應活化能（一）酶比一般催化劑更有效地降低反應活化能反應總能量改變反應總能量

7、改變 非催化反應活化能非催化反應活化能 酶促反應酶促反應 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催化反應的活化能化反應的活化能 能能量量 反反 應應 過過 程程 底物底物 產物產物 酶促反應活化能的改變酶促反應活化能的改變 目錄目錄（二）酶（二）酶-底物復合物的形成有利于底物轉變成底物復合物的形成有利于底物轉變成過渡態(tài)過渡態(tài) 酶底物復合物酶底物復合物E + SE + PES目錄目錄1. 誘導契合作用使酶與底物密切結誘導契合作用使酶與底物密切結合合酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形和相互適應，進而相互結合。這一過程稱為酶和相互適應，進而相互結合

8、。這一過程稱為酶- -底物底物結合的結合的誘導契合誘導契合(induced-fit) 。目錄目錄酶的誘導契合動畫酶的誘導契合動畫目錄目錄2.鄰近效應與定向排列使諸底物正確定位于鄰近效應與定向排列使諸底物正確定位于酶的活性中心酶的活性中心 3.表面效應使底物分子去溶劑化表面效應使底物分子去溶劑化目錄目錄第三節(jié)第三節(jié)酶促反應動力學酶促反應動力學Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 目錄目錄n酶促反應動力學：酶促反應動力學：研究各種因素對酶促反應研究各種因素對酶促反應速率速率的影響，并加以定量的闡述。的影響，并加以定量的闡述。n影響因素包括：影響因素包括：酶濃度

9、、底物濃度、酶濃度、底物濃度、pH、溫、溫度、抑制劑、激活劑等。度、抑制劑、激活劑等。目錄目錄一、底物濃度對反應速率影響的作圖呈一、底物濃度對反應速率影響的作圖呈矩形雙曲線矩形雙曲線在其他因素不變在其他因素不變的情況下，底物濃度的情況下，底物濃度對反應速率的影響呈對反應速率的影響呈矩形雙曲線關系矩形雙曲線關系。目錄目錄 米氏方程式米氏方程式S：底物濃度底物濃度; V：不同不同S時的反應速率時的反應速率; Vmax：最大反應速率最大反應速率;m：米氏常數(shù)米氏常數(shù) VmaxS Km + S 2=Km + S Vmax VmaxSKm = S 目錄目錄n Km的意義的意義 定義：定義：Km等于酶促反

10、應速率為最大反應速率一等于酶促反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度。半時的底物濃度。 意義：意義：lKm是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的結構、是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的結構、底物和反應環(huán)境（如，溫度、底物和反應環(huán)境（如，溫度、pH、離子強、離子強度）有關，度）有關，與酶的濃度無關與酶的濃度無關。lKm可近似表示酶對底物的親和力；可近似表示酶對底物的親和力；l同一酶對于不同底物有不同的同一酶對于不同底物有不同的Km值。值。目錄目錄當當SE，酶可被，酶可被底物飽和的情況下，反底物飽和的情況下，反應速率與酶濃度成正比。應速率與酶濃度成正比。0 VE酶濃度對反應速率的影響酶濃度對反應速率的影響目錄

11、目錄酶促反應速率最快時反應體系的溫度稱為酶酶促反應速率最快時反應體系的溫度稱為酶促反應的促反應的最適溫度最適溫度(optimum temperature)。酶的活性雖然隨溫度的酶的活性雖然隨溫度的下降而降低，但低溫一下降而降低，但低溫一般不使酶破壞。溫度回般不使酶破壞。溫度回升后，酶又恢復其活性。升后，酶又恢復其活性。 目錄目錄四、四、pH通過改變酶和底物分子解離狀態(tài)通過改變酶和底物分子解離狀態(tài)影響反應速率影響反應速率酶催化活性最高時反應體系的酶催化活性最高時反應體系的pH稱為酶促反應稱為酶促反應的的最適最適pH (optimum pH)。 npH對某些酶對某些酶活性的影響活性的影響目錄目錄五

12、、抑制劑可逆地或不可逆地降低五、抑制劑可逆地或不可逆地降低酶促反應速率酶促反應速率n酶的抑制劑酶的抑制劑(inhibitor)n酶的抑制區(qū)別于酶的變性：酶的抑制區(qū)別于酶的變性： 抑制劑對酶有一定選擇性抑制劑對酶有一定選擇性 引起變性的因素對酶沒有選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性凡能使酶的凡能使酶的催化活性下降催化活性下降而而不引起酶蛋白不引起酶蛋白 變性變性的物質稱為酶的抑制劑。的物質稱為酶的抑制劑。目錄目錄n抑制作用的類型抑制作用的類型不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)競爭性抑制競

13、爭性抑制 (competitive inhibition)非競爭性抑制非競爭性抑制 (non-competitive inhibition)反競爭性抑制反競爭性抑制 (uncompetitive inhibition)根據(jù)抑制劑和酶結合的緊密程度不同，根據(jù)抑制劑和酶結合的緊密程度不同，酶的抑制作用分為：酶的抑制作用分為：目錄目錄有機磷化合物有機磷化合物 羥基酶羥基酶解毒解毒 - - - - - - 解磷定解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物重金屬離子及砷化合物 巰基酶巰基酶解毒解毒 - - - - - - 二巰基丙醇二巰基丙醇(BAL) n概念概念n舉例舉例抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的抑制

14、劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結合，使酶失活。必需基團相結合，使酶失活。目錄目錄競爭性抑制競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制反競爭性抑制 n類型類型n概念概念抑制劑通常以抑制劑通常以非非共價鍵與酶或酶共價鍵與酶或酶- -底物底物復合物可逆性結合，使酶的活性降低或喪失；復合物可逆性結合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。抑制劑可用透析、超濾等方法除去。目錄目錄有些抑制劑與底物的結構相似，能與底有些抑制劑與底物的結構相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復合物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復合物的形成。物的形成。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。這種

15、抑制作用稱為競爭性抑制作用。+ESIESEIPEE動力學特點：動力學特點：Vmax不變，表觀不變，表觀Km增大。增大。 目錄目錄n舉例舉例丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸目錄目錄磺胺類藥物的抑菌機制磺胺類藥物的抑菌機制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶二氫蝶呤啶 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氫葉酸二氫葉酸合成酶合成酶二氫葉酸二氫葉酸COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺

16、 胺胺 類類 藥藥 物物目錄目錄有些抑制劑與酶活性中心外的必需基團相結合，有些抑制劑與酶活性中心外的必需基團相結合，不影響酶與底物的結合，酶和底物的結合也不影響不影響酶與底物的結合，酶和底物的結合也不影響酶與抑制劑的結合。底物和抑制劑之間無競爭關系。酶與抑制劑的結合。底物和抑制劑之間無競爭關系。但酶但酶-底物底物-抑制劑復合物抑制劑復合物(ESI)不能進一步釋放出產不能進一步釋放出產物。這種抑制作用稱作非競爭性抑制作用。物。這種抑制作用稱作非競爭性抑制作用。+ S S+ S S+ESIEIEESEP動力學特點：動力學特點：Vmax降低，表觀降低，表觀Km不變。不變。 目錄目錄抑制劑僅與酶和底物

17、形成的中間產物抑制劑僅與酶和底物形成的中間產物(ES)結合，使結合，使中間產物中間產物ES的量下降。這樣，既減少從中間產物轉化的量下降。這樣，既減少從中間產物轉化為產物的量，也同時減少從中間產物解離出游離酶和為產物的量，也同時減少從中間產物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作用稱為反競爭性抑制作用。底物的量。這種抑制作用稱為反競爭性抑制作用。3.3. 反競爭性抑制作用的抑制劑僅與酶反競爭性抑制作用的抑制劑僅與酶- -底物復合物結合底物復合物結合 +ESESESIEP動力學特點：動力學特點：Vmax降低，表觀降低，表觀Km降低。降低。 目錄目錄第四節(jié)第四節(jié) 酶的調節(jié)酶的調節(jié)The Regulati

18、on of Enzyme目錄目錄n調節(jié)方式調節(jié)方式n調節(jié)對象：關鍵酶調節(jié)對象：關鍵酶目錄目錄n 變構調節(jié)變構調節(jié) 一、調節(jié)酶對酶促反應速率的快速調節(jié)一、調節(jié)酶對酶促反應速率的快速調節(jié)目錄目錄n共價修飾共價修飾(covalent modification)目錄目錄n酶原酶原 (zymogen)n酶原的激活酶原的激活目錄目錄賴賴纈纈天天天天天天天天甘甘異異賴賴纈纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲胰蛋白酶原的激活過程胰蛋白酶原的激活過程目錄目錄n 酶原激活的生理意義酶原激活的生理意義避免避免細胞產生的酶對細胞進行細胞產生的酶對細胞進行自身消化自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內代謝正常進行。體內代謝正常進行。有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉變成有活性的酶，發(fā)揮其催時，酶原適時地轉變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用?；饔谩Ｄ夸浤夸浂?、二、 酶含量的調節(jié)包括對酶合成與分解酶含量的調節(jié)包括對酶合成與分解速率的調節(jié)速率的調節(jié)誘導作用誘導作用(induction) 阻遏作用阻遏作用(repression)（一）酶蛋白合成可被誘導或阻遏（一）酶蛋白合成可被誘導或阻遏溶酶體蛋白酶降解途徑（不依賴溶