酶-生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件

Enzyme第三章

酶Enzyme第三章

酶1第一節(jié)酶的催化特點(diǎn)第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第四節(jié)酶的調(diào)節(jié)第五節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系第六節(jié)酶的分類與命名酶-生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件2概述（一）酶的概念酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。目前將生物催化劑分為兩類:酶和非酶生物催化劑（如：核酶）概述（一）酶的概念酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其特異底物具有高3（二）酶的化學(xué)本質(zhì)

1．大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)1926年美國(guó)Sumner得到了脲酶的結(jié)晶，并指出酶是蛋白質(zhì)。1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)。J.B.SumnerJ.H.Northrop（二）酶的化學(xué)本質(zhì)1．大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)1926年美國(guó)Sum420世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊。2．某些RNA有催化活性

1982年美國(guó)T.Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲的rRNA前體能在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，即RNA有催化活性。ThomasCechUniversityofColoradoatBoulder,USA

20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，甚至51983年美國(guó)S.Altman等研究RNaseP（由20%蛋白質(zhì)和80%的RNA組成），發(fā)現(xiàn)RNaseP中的RNA可催化E.colitRNA的前體加工。SidneyAltmanYaleUniversityNewHaven,CT,USA

1983年美國(guó)S.Altman等研究RNase6Cech和Altman各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了RNA的催化活性，并命名這一類酶為ribozyme（核酶）。兩人因此共同獲得了1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Cech和Altman各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了RNA的73．有些DNA也有催化活性

1995年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子亦具有催化活性。3．有些DNA也有催化活性1995年Cuen8第一節(jié)

酶的催化特點(diǎn)

TheCharacteristicofEnzyme-CatalyzedReaction

第一節(jié)

酶的催化特點(diǎn)

TheCharacteristi9酶與一般催化劑的共同點(diǎn)只能催化熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)；反應(yīng)前后本身不發(fā)生變化；能加快可逆反應(yīng)的速度，但不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)；加快反應(yīng)速度的機(jī)制都是降低反應(yīng)所需的活化能。酶與一般催化劑的共同點(diǎn)只能催化熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)；10酶促反應(yīng)的能力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)速率的依賴因素：

分子間碰撞頻率有效碰撞分子的百分?jǐn)?shù)幾個(gè)概念：能閾:

反應(yīng)物分子發(fā)生化學(xué)變化所需最低能量活化分子:

含有高于反應(yīng)能閾而能起反應(yīng)的分子活化能:

底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量酶促反應(yīng)的能力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)速率的依賴因素：11供給能量，如加溫、光照等降低活化能加快反應(yīng)速度的方法：供給能量，如加溫、光照等加快反應(yīng)速度的方法：12酶的催化特點(diǎn)高度的催化能力高度的專一性高度的不穩(wěn)定性可調(diào)節(jié)性酶的催化特點(diǎn)高度的催化能力13（一）高度的催化能力

酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。例：2H2O2→2H2O+O2

1molH2O2酶能催化5×106molH2O2的分解1molFe3+只能催化6×10-4molH2O2的分解酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能。酶比一般催化劑能更有效地降低反應(yīng)的活化能。（一）高度的催化能力酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。例：214一般催化劑反應(yīng)活化能反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能初態(tài)終態(tài)能量改變活化過(guò)程酶促反應(yīng)活化能的改變活化態(tài)一般催化劑反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能初態(tài)15例：2H2O2→2H2O+O2

反

應(yīng)活化能非催化反應(yīng)335kJ/mol鉑催化反應(yīng)49.4kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/mol例：2H2O2→2H2O+O2反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)316要求底物具有特定的結(jié)構(gòu)。酶的這種特性稱為酶的專一性或特異性。

針對(duì)底物分子內(nèi)部的化學(xué)鍵、催化反應(yīng)的類型、底物分子的立體結(jié)構(gòu)。*酶的專一性（二）高度的專一性要求底物具有特定的結(jié)構(gòu)。酶的這種特性稱為酶的專一性或特異性。17根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的專一性可大致分為以下3種類型：絕對(duì)專一性：只能催化一種物質(zhì)進(jìn)行一種化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。（脲酶）相對(duì)專一性：催化同一類化合物或同一種化學(xué)鍵進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。（胰蛋白酶）立體異構(gòu)專一性：只對(duì)立體異構(gòu)體中的一種起催化作用。（淀粉酶）根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的專一性可大致分為以18絕對(duì)專一性：只能催化一種物質(zhì)進(jìn)行一種化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。絕對(duì)專一性：19（三）高度不穩(wěn)定性酶是蛋白質(zhì)，而大多蛋白質(zhì)不穩(wěn)定，如：其在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下易變性。（三）高度不穩(wěn)定性酶是蛋白質(zhì)，而大多蛋白質(zhì)不穩(wěn)定，20（四）可調(diào)節(jié)性酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)通過(guò)改變底物濃度對(duì)酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。（四）可調(diào)節(jié)性酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，21第二節(jié)

酶的結(jié)構(gòu)與功能

TheStructureandFunctionofEnzyme

第二節(jié)

酶的結(jié)構(gòu)與功能

TheStructureand22一、酶的分子組成蛋白質(zhì)部分—酶蛋白非蛋白質(zhì)部分—輔助因子

金屬離子小分子有機(jī)化合物結(jié)合酶（全酶）結(jié)合酶(conjugatedenzyme)單純酶：只含蛋白質(zhì)的酶*各部分在催化反應(yīng)中的作用酶蛋白決定反應(yīng)的特異性輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)一、酶的分子組成蛋白質(zhì)部分—酶蛋白非蛋白質(zhì)部分—輔助因子23金屬離子的作用催化過(guò)程中傳遞電子；作為連接酶與底物的橋梁，便于酶對(duì)底物起作用；穩(wěn)定酶的構(gòu)象；中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。小分子有機(jī)化合物的作用參與酶的催化反應(yīng)，在反應(yīng)中起運(yùn)輸載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團(tuán)。金屬離子的作用小分子有機(jī)化合物的作用24小分子有機(jī)化合物在催化中的作用

小分子有機(jī)化合物在催化中的作用25金屬酶（金屬離子為酶的一部分）金屬離子與酶結(jié)合牢固，提取過(guò)程中不易丟失。羧肽酶（Zn2+）和黃嘌呤氧化酶（Mo6+）。金屬活化酶（激活酶）金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚緊密。各種激酶和核酸酶（Mg2+）。金屬酶（金屬離子為酶的一部分）26輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）輔酶:與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。輔基:與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。輔助因子分類輔酶:與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的輔基:與27酶分子上結(jié)合底物并催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的部位。酶的必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，其能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。這一區(qū)域稱為酶的活性中心或活性部位。二酶的活性中心(activecenter)：酶分子上結(jié)合底物并催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的部位。二酶的活性中心28必需基團(tuán)：酶的氨基酸殘基上的與酶活性密切相關(guān)的的化學(xué)基團(tuán)。通常有絲氨酸的—OH、半胱氨酸的—SH和組氨酸的咪唑基。必需基團(tuán)：29活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)（與底物相結(jié)合）催化基團(tuán)（催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物）位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象。

活性中心外的必需基團(tuán)必需基團(tuán)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)位于活性中心以外，維持酶30底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心31S-S活性中心外必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心必需基團(tuán)底物

肽鏈活性中心酶活性中心示意圖S-S活性中心外結(jié)合基團(tuán)活性中心必需基團(tuán)底物肽鏈活性中心32溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團(tuán)；*A~F為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。溶菌酶的*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；*色氨酸633一些酶活性中心的氨基酸殘基

酶殘基總數(shù)活性中心殘基牛胰核糖核酸酶124His12,His119,Lys41溶菌酶129Asp52,Glu35牛胰凝乳蛋白酶245His57,Asp102,Ser195牛胰蛋白酶238His46,Asp90,Ser183木瓜蛋白酶212Cys25,His159

彈性蛋白酶240His45,Asp93,Ser188枯草桿菌蛋白酶275His46,Ser221碳酸酐酶258His93-Zn-His95,His117一些酶活性中心的氨基酸殘基34酶的不同形式單體酶：由單一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶。寡聚酶：由多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的酶。多酶復(fù)合體：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的復(fù)合物。多功能酶：一些多酶體系在進(jìn)化過(guò)程中由于基因的融合，多種不同催化功能存在于一條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。酶的不同形式單體酶：由單一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶。35第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

第三節(jié)36概念酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素。反應(yīng)速度：用單位時(shí)間內(nèi)底物減少的量或產(chǎn)物增加的量來(lái)表示，常用初速度來(lái)衡量。概念37產(chǎn)物0時(shí)間初速度酶促反應(yīng)速度逐漸降低酶促反應(yīng)的時(shí)間進(jìn)展曲線產(chǎn)0時(shí)間初速度酶促反應(yīng)的時(shí)間38影響酶促反應(yīng)速度的因素：底物濃度[S]酶濃度[E]反應(yīng)溫度pH值抑制劑激活劑影響酶促反應(yīng)速度的因素：底物濃度[S]391、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：

E+SESE+P2、酶與底物結(jié)合特點(diǎn)：（1）可逆的、非共價(jià)的結(jié)合；（2）底物只與酶的活性中心結(jié)合；（3）酶與底物結(jié)合是通過(guò)一種稱為誘導(dǎo)契合模式進(jìn)行的。k1k2k3米氏方程的提出一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響1、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：2、酶與底物結(jié)合特點(diǎn)：k1k240SEE-S復(fù)合物abcabc誘導(dǎo)契合假說(shuō)（induced-fithypothesis）ESSEE-S復(fù)合物abcabc誘導(dǎo)契合假說(shuō)（induced-f41酶的誘導(dǎo)契合酶的誘導(dǎo)契合42反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax當(dāng)43隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)44當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)[S]VVmax當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零45在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈46

1913年Michaelis和Menten推導(dǎo)了米氏方程1913年Michaelis和Menten推導(dǎo)了47米氏方程的推導(dǎo)令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當(dāng)酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)時(shí)：當(dāng)[Et]=[ES]時(shí)，(4)所以

恒態(tài)法米氏方程的推導(dǎo)令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：48當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)Km＝[S]∴Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)Km＝[S]∴Km值等于酶促49Km的意義Km是酶的特征性常數(shù)，在溫度、PH、離子強(qiáng)度恒定時(shí)，Km只與E、S的性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度[E]無(wú)關(guān)；Km可近似表示酶與底物的親和力；同一酶對(duì)于不同底物有不同的Km值。Km的意義Km是酶的特征性常數(shù)，在溫度、PH、離子強(qiáng)度恒定時(shí)50二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，酶被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=K3[E]0V[E]當(dāng)[S]>>[E]時(shí)，V

=k3[E]酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，酶被底物飽和的51雙重影響一方面溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；另一方面溫度升高，又引起酶的變性，從而使反應(yīng)速度降低。三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響*低溫的應(yīng)用高溫的應(yīng)用酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC溫度對(duì)淀粉酶活性的影響

酶的最適溫度:酶活性最高時(shí)的溫度也即酶的催化效率最高,酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度。雙重影響三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響*低溫的應(yīng)用高溫的應(yīng)用52四、pH對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的最適pH：酶催化活性最高時(shí)的pH。0酶活性pH

pH對(duì)某些酶活性的影響

胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810四、pH對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的最適pH：0酶pHpH對(duì)某53五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor，I)凡使酶的活性下降而不引起酶變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。其作用稱為抑制作用。五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor，I54

抑制作用的類型不可逆性抑制可逆性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制作用的類型不可逆性抑制可逆性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制55（一）不可逆性抑制

抑制劑通過(guò)共價(jià)鍵與酶的活性中心相結(jié)合,使酶活性受到抑制,不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性.例2：巰基酶的抑制例1：羥基酶的抑制（一）不可逆性抑制例2：巰基酶的抑制例1：羥基酶的抑制56P+E—OHP+HXROOROOROXROO—E有機(jī)磷化合物羥基酶磷?；?失活)例1：羥基酶的抑制羥基酶:絲氨酸側(cè)鏈上的羥基為必需基團(tuán)的酶，如膽堿脂酶。有機(jī)磷(敵百蟲、敵敵畏、對(duì)硫磷)不可逆抑制羥基酶的活性中心ROOROO—EOOROOR+E—OH

P+-CHNOH磷酰化酶(失活)N+CH3-CHNN+CH3P解磷定解毒方法：P+E—OH57

SH

SE+Hg2+EHg+2H+

SH

S

SHClSE+As-CH=CHClEAs-CH=CHCl+2HCl

SHClS巰基酶路易士氣例2：巰基酶的抑制巰基酶

SH58

SEHg+

SCOONaCHSHCHSHCOONa

SHE+Hg

SHCOONaCHS

CHSCOONa二巰基丁二酸鈉

SCH2OHSHCH2OHEAs-CH=CHCl+CHSHE+CHS

SCH2SH

SHCH2SAs-CH=CHCl二巰基丙醇解毒方法：SCOONaSHCOONa二巰基丁二酸鈉59二、可逆性抑制(reversibleinhibition)

抑制劑與酶以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合引起酶活性的降低或喪失,結(jié)合是可逆的,能夠通過(guò)透析、超濾等物理方法使酶恢復(fù)活性?？赡嬉种祁愋停焊?jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制二、可逆性抑制(reversibleinhibition)60(一)競(jìng)爭(zhēng)性抑制概念：抑制劑結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)相似，I、S競(jìng)爭(zhēng)與酶的活性中心結(jié)合,從而影響E與S的結(jié)合。+IEIE+SE+PES反應(yīng)模式(一)競(jìng)爭(zhēng)性抑制+IEIE+SE+PES反應(yīng)模式61SSEEIIEE+P無(wú)I有I

競(jìng)爭(zhēng)性抑制的底物濃度曲線v競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用過(guò)程[S]KiSSEEIIEE+P無(wú)I競(jìng)爭(zhēng)性抑制的底物濃度曲線v62競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：I與S分子結(jié)構(gòu)相似；Vmax不變，Km增大；抑制程度取決于I與E的親和力，以及[I]和[S]的相對(duì)濃度比例。競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：I與S分子結(jié)構(gòu)相似；63COOHCH2CH2COOH琥珀酸脫氫酶+FAD+FADH2COOHCHCHCOOH琥珀酸延胡索酸例：COOHCH2COOH丙二酸（-）COOH琥珀酸脫氫64

磺胺類藥物的抑菌機(jī)制二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸（PABA）＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸細(xì)菌：PABAFH2合成酶FH2FH4磺胺類藥物的抑菌機(jī)制二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸（PA65*反應(yīng)模式E+SESE+P+IEI+SEIS+I（二）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制

概念

I與酶活性中心以外的部位結(jié)合而抑制酶活性，I和S與酶結(jié)合不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。*反應(yīng)模式E+SESE+P+IEI+SEIS+I（66非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用過(guò)程：

SSEEEE+PSESIIIIKiKi非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用過(guò)程：SSEEEE+PSESIIIIK67非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：1、I與S分子結(jié)構(gòu)不同；2、Vmax減小，Km不變；3、抑制程度取決于[I]大小。例：哇巴因?qū)?xì)胞膜上Na+

-K+ATP酶的抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：1、I與S分子結(jié)構(gòu)不同；例：哇巴因?qū)?xì)胞68

激活劑:

凡能使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。金屬離子：Mg2+對(duì)己糖激酶陰離子：Cl-對(duì)唾液淀粉酶有機(jī)物：膽汁酸鹽六、激活劑對(duì)反應(yīng)速度的影響激活劑:凡能使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)69第四節(jié)

酶的調(diào)節(jié)

TheRegulationofEnzyme

一、酶活性的調(diào)節(jié)二、酶量的調(diào)節(jié)三、同工酶第四節(jié)

酶的調(diào)節(jié)

TheRegulat70（一）酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)劑別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)酶別構(gòu)部位一些代謝物分子可與酶活性中心之外的某部位可逆地結(jié)合，引起酶的構(gòu)象改變，從而改變酶的活性，稱為酶的別構(gòu)效應(yīng)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。一酶活性的調(diào)節(jié)（一）酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)劑別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)71ATP、檸檬酸（—）AMP、ADP2,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸果糖(+)6-磷酸果糖激酶-1的別構(gòu)調(diào)節(jié)ATP、檸檬酸（—）AMP、ADP2,6-72

v

a

b

[S]別構(gòu)酶v與[S]的關(guān)系曲線a:普通酶b:別構(gòu)酶v別構(gòu)酶v與[S]的73（二）酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾酶蛋白的某些基團(tuán)在其它酶的催化作用下，可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，從而改變酶的活性，此過(guò)程稱為共價(jià)修飾或化學(xué)修飾。常見類型磷酸化與脫磷酸化（最常見）甲基化和脫甲基化腺苷化和脫腺苷化（二）酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾常見類型74酶的磷酸化與脫磷酸化

-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化酶蛋白酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThr酶蛋白H2O75磷酸化修飾對(duì)一些酶活性的調(diào)節(jié)酶化學(xué)修飾類型酶活性改變糖原磷酸化酶磷酸化酶b激酶糖原合成酶丙酮酸脫羧酶磷酸果糖激酶丙酮酸脫氫酶HMG-CoA還原酶HMG-CoA還原酶激酶乙酰CoA羧化酶脂肪細(xì)胞甘油三脂脂肪酶磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化激活/抑制激活/抑制抑制/激活抑制/激活抑制/激活抑制/激活抑制/激活激活/抑制抑制/激活激活/抑制磷酸化修飾對(duì)一些酶活性的調(diào)節(jié)酶化學(xué)修76腺苷酸環(huán)化酶活化ATPcAMPR2C2C2+R2磷酸化酶激酶（無(wú)活性）磷酸化酶激酶（有活性）（別構(gòu)激活）磷酸化酶b（無(wú)活性）磷酸化酶a（有活性）ATPADPATPADP激素受體由激素啟動(dòng)磷酸化的級(jí)聯(lián)機(jī)制腺苷酸環(huán)ATP77（三）酶原與酶原的激活酶原(zymogen)細(xì)胞內(nèi)合成并分泌的、沒有催化活性的酶的前體。酶原的激活在一定條件下，酶原轉(zhuǎn)變成有催化活性酶的過(guò)程。（三）酶原與酶原的激活酶原(zymogen)酶原的激活78酶原激活的機(jī)理酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解掉一個(gè)或幾個(gè)短肽在特定條件下酶原激活的實(shí)質(zhì)：是酶的活性中心形成或暴露的過(guò)程。酶原激活的機(jī)理酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中79-S-S-X纈天天天天賴異甘纈組46絲183靜電吸引力或氫鍵腸激酶胰蛋白酶胰蛋白酶原-S-S-X纈天天天天賴異纈絲胰蛋白酶SSSS組活性中心游離的六肽胰蛋白酶原的激活過(guò)程-S-S-X纈天天天天賴異甘纈組絲靜電吸引腸激酶胰蛋白酶原-80胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽+彈性蛋白酶原彈性蛋白酶+碎片胰凝乳蛋白酶原α-胰凝乳蛋白酶+二肽羧基肽酶原A羧基肽酶A+碎片腸激酶自身激活腸激酶啟動(dòng)的酶原激活胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽+彈性蛋白酶原彈性蛋白酶+碎片胰凝81酶原與酶原激活的生理意義：

1、保護(hù)組織器官本身免受酶的水解破壞，保證酶在特定時(shí)空發(fā)揮催化作用；2、酶原可視作酶的儲(chǔ)存形式。酶原與酶原激活的生理意義：82（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏—轉(zhuǎn)錄水平1、誘導(dǎo)：在轉(zhuǎn)錄水平上促進(jìn)酶生物合成的化合物稱為誘導(dǎo)劑，誘導(dǎo)劑誘發(fā)酶蛋白生物合成的作用稱為誘導(dǎo)作用。2、阻遏：在轉(zhuǎn)錄水平上減少酶生物合成的物質(zhì)稱為輔阻遏劑，輔阻遏劑與無(wú)活性的阻遏蛋白結(jié)合，影響基團(tuán)的轉(zhuǎn)錄，稱為

阻遏作用。酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏是對(duì)代謝的緩慢而長(zhǎng)效的調(diào)節(jié)。二、酶含量的調(diào)節(jié)（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏—轉(zhuǎn)錄水平二、酶含量的調(diào)節(jié)83（二）酶蛋白降解的調(diào)控1、溶酶體蛋白酶降解途徑：在溶酶體內(nèi)酸性條件下，多種蛋白酶把吞入溶酶體的細(xì)胞外來(lái)蛋白質(zhì)和長(zhǎng)半衰期的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解。2、非溶酶體蛋白酶降解途徑：在細(xì)胞質(zhì)中對(duì)細(xì)胞內(nèi)的異常蛋白質(zhì)和短半衰期蛋白進(jìn)行泛素標(biāo)記，然后被蛋白酶水解。（二）酶蛋白降解的調(diào)控84三、同工酶*定義同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。三、同工酶*定義85HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶（LDH）同工酶:LDHHHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1LDH2L86*生理及臨床意義

同工酶譜有助于對(duì)疾病的診斷；同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜2345*生理及臨床意義心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化18712345酶活性遷移位置酶活性遷移位置ab

LDH同工酶電泳圖譜（a）正常人LDH同工酶電泳圖譜；（b）心肌梗塞病人血清LDH同工酶電泳圖譜

1234512345酶活性遷移位置酶活性遷移位置ab88第五節(jié)

酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系

TheRelationofEnzymeandMedicine

第五節(jié)

酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系

TheRelationofE89一、酶活性測(cè)定和酶活性單位酶的活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速度的大小。酶促反應(yīng)速度的表示：可在適宜的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗或產(chǎn)物的生成量來(lái)表示。

一、酶活性測(cè)定和酶活性單位酶的活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力90國(guó)際單位(IU)在特定的條件下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國(guó)際單位。酶的活性單位

是衡量酶活力大小的尺度，它反應(yīng)在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時(shí)間（s、min或h）內(nèi)生成一定量（mg、μg、μmol等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量。

國(guó)際單位(IU)酶的活性單位91二、酶與疾病的關(guān)系

酶缺乏或異常引起的疾病

酶疾病苯丙氨酸羥化酶苯丙酮酸尿癥6—磷酸葡萄糖脫氫酶溶血性貧血酪氨酸酶白化病細(xì)胞色素氧化酶氰化物中毒膽堿酯酶有機(jī)磷中毒（一）酶與疾病的發(fā)生二、酶與疾病的關(guān)系酶缺乏或異常引起的疾病92（二）酶與疾病的診斷—血清酶活性測(cè)定酶主要臨床應(yīng)用谷丙轉(zhuǎn)氨酶肝實(shí)質(zhì)疾患谷草轉(zhuǎn)氨酶心肌梗塞、肝實(shí)質(zhì)疾患膽堿酯酶有機(jī)磷中毒乳酸脫氫酶心肌疾患、肝實(shí)質(zhì)疾患淀粉酶胰腺疾病堿性磷酸酶骨病、肝膽疾患胰蛋白酶(原)胰腺疾病肌酸激酶心肌梗塞、肌肉疾患醛縮酶肌肉疾病酸性磷酸酶前列腺癌、骨病γ谷氨酰轉(zhuǎn)移酶肝實(shí)質(zhì)病變、酒精中毒5′核苷酸酶肝膽疾患山梨醇脫氫酶肝實(shí)質(zhì)病變（二）酶與疾病的診斷—血清酶活性測(cè)定酶主要臨床應(yīng)用谷丙轉(zhuǎn)93細(xì)胞受損或通透性增加，酶入血：胰腺炎、肝炎；酶受抑制，活性：有機(jī)磷中毒；代謝障礙，相關(guān)酶活性改變：佝僂?。幻副旧泶x障礙，排泄器官阻塞：膽管梗阻；制造酶的器官病變：肝功下降；癌癥患者：酶活性或：前列腺癌；同工酶譜分析：有助于疾病定位細(xì)胞受損或通透性增加，酶入血：胰腺炎、肝炎；94

替代治療：消化不良—胃酶、胰酶抗菌治療：清創(chuàng)—糜蛋白酶、磺胺藥對(duì)癥治療：預(yù)防血栓形成—尿激酶、鏈激酶、纖溶酶抗癌治療：MTX-FH2還原酶調(diào)整代謝，糾正紊亂：?jiǎn)伟费趸敢种苿钟舭Y（三）酶與疾病的治療替代治療：消化不良—胃酶、胰酶（三）酶與疾病的治療95三、酶在醫(yī)學(xué)上的其他應(yīng)用（一）酶作為試劑用于臨床檢驗(yàn)和科學(xué)研究

1．酶法分析即酶偶聯(lián)測(cè)定法(enzymecoupledassays)，是利用酶作為分析試劑，對(duì)一些酶的活性、底物濃度、激活劑、抑制劑等進(jìn)行定量分析的一種方法。

三、酶在醫(yī)學(xué)上的其他應(yīng)用（一）酶作為試劑用于臨床檢驗(yàn)和科學(xué)研962．酶標(biāo)記測(cè)定法

酶可以代替同位素與某些物質(zhì)相結(jié)合，從而使該物質(zhì)被酶所標(biāo)記。通過(guò)測(cè)定酶的活性來(lái)判斷被標(biāo)記物質(zhì)或與其定量結(jié)合的物質(zhì)的存在和含量。3．工具酶

除上述酶偶聯(lián)測(cè)定法外，人們利用酶具有高度特異性的特點(diǎn)，將酶做為工具，在分子水平上對(duì)某些生物大分子進(jìn)行定向的分割與連接。

2．酶標(biāo)記測(cè)定法酶可以代替同位素與某些物質(zhì)相結(jié)合，從而使該97（二）酶作為藥物用于臨床治療（三）酶的分子工程1．固定化酶(immobilizedenzyme)將水溶性酶經(jīng)物理或化學(xué)方法處理后，成為不溶于水但仍具有酶活性的一種酶的衍生物。固定化酶在催化反應(yīng)中以固相狀態(tài)作用于底物，并保持酶的活性。（二）酶作為藥物用于臨床治療（三）酶的分子工程1．固定化酶98

2．抗體酶3．模擬酶具有催化功能的抗體分子稱為抗體酶(abzyme)。模擬酶是根據(jù)酶的作用原理，利用有機(jī)化學(xué)合成方法，人工合成的具有底物結(jié)合部位和催化部位的非蛋白質(zhì)有機(jī)化合物。2．抗體酶3．模擬酶具有催化功能的抗體分子稱為抗體酶(ab99一、酶的分類1、氧化還原酶（oxidoreductase）2、轉(zhuǎn)移酶（transferase）3、水解酶（hydrolase）4、裂解酶（或裂合酶lyase）5、異構(gòu)酶（isomerase）6、合成酶（synthease）或連接酶（ligase）第六節(jié)

酶的命名與分類一、酶的分類1、氧化還原酶（oxidoreductase）第100二、酶的命名習(xí)慣命名：由發(fā)現(xiàn)者命名，常以底物名、反應(yīng)性質(zhì)以及酶的來(lái)源命名；系統(tǒng)命名（1961年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)確定）每一個(gè)酶由下列三種表示：1、系統(tǒng)名稱：底物名+反應(yīng)性質(zhì)（底物名之間用“：”隔開）2、分類編號(hào)：EC+四個(gè)數(shù)字

3、推薦名：選一個(gè)習(xí)慣名（實(shí)用、簡(jiǎn)單）二、酶的命名101教學(xué)大綱一、概述

掌握酶的概念。（一）掌握酶催化作用的特點(diǎn)。（二）掌握單純酶、結(jié)合酶、全酶、酶蛋白、輔助因子的概念。熟悉輔助因子的分類、各自的作用、輔酶及輔基的概念。（三）了解酶的命名和分類。二、酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及催化原理（一）掌握活性中心及必需基團(tuán)的概念。

了解活性中心的組成及常見的必需基團(tuán)。

掌握酶原及酶原激活的概念并了解其機(jī)理、實(shí)例及意義。（二）了解酶催化的原理（降低反應(yīng)的活化能）。教學(xué)大綱一、概述102三、影響酶促反應(yīng)速度的因素（一）熟悉米氏方程、Km的含義及意義。了解米氏常數(shù)的求法。（二）掌握酶濃度對(duì)V的影響。（三）熟悉溫度對(duì)V的影響及機(jī)理。

掌握最適溫度的概念。（四）熟悉PH對(duì)V的影響及機(jī)理.掌握最適PH的概念。（五）熟悉激活劑對(duì)V的影響。

掌握抑制劑、可逆性抑制、不可逆性抑制、競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的概念。

熟悉競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、巰基酶抑制、羥基酶抑制的典型實(shí)例及應(yīng)用。三、影響酶促反應(yīng)速度的因素103四、酶在體內(nèi)存在的幾種形式（一）了解單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體。（二）掌握同工酶的概念并熟悉同工酶的重要實(shí)例（LDH）。（三）掌握別構(gòu)效應(yīng)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)的概念。熟悉別構(gòu)酶、修飾酶的概念。了解重要實(shí)例。（四）了解結(jié)構(gòu)酶與誘導(dǎo)酶。五、酶在醫(yī)藥上的應(yīng)用（一）熟悉常用酶活力單位的含義及比活力。（二）了解酶在醫(yī)藥研究及疾病診斷治療上的應(yīng)用。四、酶在體內(nèi)存在的幾種形式104小測(cè)驗(yàn)名詞解釋酶的活性中心酶原及酶原的激活小測(cè)驗(yàn)名詞解釋105Enzyme第三章

酶Enzyme第三章

酶106第一節(jié)酶的催化特點(diǎn)第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第四節(jié)酶的調(diào)節(jié)第五節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系第六節(jié)酶的分類與命名酶-生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件107概述（一）酶的概念酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。目前將生物催化劑分為兩類:酶和非酶生物催化劑（如：核酶）概述（一）酶的概念酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其特異底物具有高108（二）酶的化學(xué)本質(zhì)

1．大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)1926年美國(guó)Sumner得到了脲酶的結(jié)晶，并指出酶是蛋白質(zhì)。1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)。J.B.SumnerJ.H.Northrop（二）酶的化學(xué)本質(zhì)1．大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)1926年美國(guó)Sum10920世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊。2．某些RNA有催化活性

1982年美國(guó)T.Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲的rRNA前體能在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，即RNA有催化活性。ThomasCechUniversityofColoradoatBoulder,USA

20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，甚至1101983年美國(guó)S.Altman等研究RNaseP（由20%蛋白質(zhì)和80%的RNA組成），發(fā)現(xiàn)RNaseP中的RNA可催化E.colitRNA的前體加工。SidneyAltmanYaleUniversityNewHaven,CT,USA

1983年美國(guó)S.Altman等研究RNase111Cech和Altman各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了RNA的催化活性，并命名這一類酶為ribozyme（核酶）。兩人因此共同獲得了1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Cech和Altman各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了RNA的1123．有些DNA也有催化活性

1995年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子亦具有催化活性。3．有些DNA也有催化活性1995年Cuen113第一節(jié)

酶的催化特點(diǎn)

TheCharacteristicofEnzyme-CatalyzedReaction

第一節(jié)

酶的催化特點(diǎn)

TheCharacteristi114酶與一般催化劑的共同點(diǎn)只能催化熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)；反應(yīng)前后本身不發(fā)生變化；能加快可逆反應(yīng)的速度，但不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)；加快反應(yīng)速度的機(jī)制都是降低反應(yīng)所需的活化能。酶與一般催化劑的共同點(diǎn)只能催化熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)；115酶促反應(yīng)的能力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)速率的依賴因素：

分子間碰撞頻率有效碰撞分子的百分?jǐn)?shù)幾個(gè)概念：能閾:

反應(yīng)物分子發(fā)生化學(xué)變化所需最低能量活化分子:

含有高于反應(yīng)能閾而能起反應(yīng)的分子活化能:

底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量酶促反應(yīng)的能力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)速率的依賴因素：116供給能量，如加溫、光照等降低活化能加快反應(yīng)速度的方法：供給能量，如加溫、光照等加快反應(yīng)速度的方法：117酶的催化特點(diǎn)高度的催化能力高度的專一性高度的不穩(wěn)定性可調(diào)節(jié)性酶的催化特點(diǎn)高度的催化能力118（一）高度的催化能力

酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。例：2H2O2→2H2O+O2

1molH2O2酶能催化5×106molH2O2的分解1molFe3+只能催化6×10-4molH2O2的分解酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能。酶比一般催化劑能更有效地降低反應(yīng)的活化能。（一）高度的催化能力酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。例：2119一般催化劑反應(yīng)活化能反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能初態(tài)終態(tài)能量改變活化過(guò)程酶促反應(yīng)活化能的改變活化態(tài)一般催化劑反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能初態(tài)120例：2H2O2→2H2O+O2

反

應(yīng)活化能非催化反應(yīng)335kJ/mol鉑催化反應(yīng)49.4kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/mol例：2H2O2→2H2O+O2反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)3121要求底物具有特定的結(jié)構(gòu)。酶的這種特性稱為酶的專一性或特異性。

針對(duì)底物分子內(nèi)部的化學(xué)鍵、催化反應(yīng)的類型、底物分子的立體結(jié)構(gòu)。*酶的專一性（二）高度的專一性要求底物具有特定的結(jié)構(gòu)。酶的這種特性稱為酶的專一性或特異性。122根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的專一性可大致分為以下3種類型：絕對(duì)專一性：只能催化一種物質(zhì)進(jìn)行一種化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。（脲酶）相對(duì)專一性：催化同一類化合物或同一種化學(xué)鍵進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。（胰蛋白酶）立體異構(gòu)專一性：只對(duì)立體異構(gòu)體中的一種起催化作用。（淀粉酶）根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的專一性可大致分為以123絕對(duì)專一性：只能催化一種物質(zhì)進(jìn)行一種化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。絕對(duì)專一性：124（三）高度不穩(wěn)定性酶是蛋白質(zhì)，而大多蛋白質(zhì)不穩(wěn)定，如：其在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下易變性。（三）高度不穩(wěn)定性酶是蛋白質(zhì)，而大多蛋白質(zhì)不穩(wěn)定，125（四）可調(diào)節(jié)性酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)通過(guò)改變底物濃度對(duì)酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。（四）可調(diào)節(jié)性酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，126第二節(jié)

酶的結(jié)構(gòu)與功能

TheStructureandFunctionofEnzyme

第二節(jié)

酶的結(jié)構(gòu)與功能

TheStructureand127一、酶的分子組成蛋白質(zhì)部分—酶蛋白非蛋白質(zhì)部分—輔助因子

金屬離子小分子有機(jī)化合物結(jié)合酶（全酶）結(jié)合酶(conjugatedenzyme)單純酶：只含蛋白質(zhì)的酶*各部分在催化反應(yīng)中的作用酶蛋白決定反應(yīng)的特異性輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)一、酶的分子組成蛋白質(zhì)部分—酶蛋白非蛋白質(zhì)部分—輔助因子128金屬離子的作用催化過(guò)程中傳遞電子；作為連接酶與底物的橋梁，便于酶對(duì)底物起作用；穩(wěn)定酶的構(gòu)象；中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。小分子有機(jī)化合物的作用參與酶的催化反應(yīng)，在反應(yīng)中起運(yùn)輸載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團(tuán)。金屬離子的作用小分子有機(jī)化合物的作用129小分子有機(jī)化合物在催化中的作用

小分子有機(jī)化合物在催化中的作用130金屬酶（金屬離子為酶的一部分）金屬離子與酶結(jié)合牢固，提取過(guò)程中不易丟失。羧肽酶（Zn2+）和黃嘌呤氧化酶（Mo6+）。金屬活化酶（激活酶）金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚緊密。各種激酶和核酸酶（Mg2+）。金屬酶（金屬離子為酶的一部分）131輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）輔酶:與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。輔基:與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。輔助因子分類輔酶:與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的輔基:與132酶分子上結(jié)合底物并催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的部位。酶的必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，其能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。這一區(qū)域稱為酶的活性中心或活性部位。二酶的活性中心(activecenter)：酶分子上結(jié)合底物并催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的部位。二酶的活性中心133必需基團(tuán)：酶的氨基酸殘基上的與酶活性密切相關(guān)的的化學(xué)基團(tuán)。通常有絲氨酸的—OH、半胱氨酸的—SH和組氨酸的咪唑基。必需基團(tuán)：134活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)（與底物相結(jié)合）催化基團(tuán)（催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物）位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象。

活性中心外的必需基團(tuán)必需基團(tuán)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)位于活性中心以外，維持酶135底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心136S-S活性中心外必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心必需基團(tuán)底物

肽鏈活性中心酶活性中心示意圖S-S活性中心外結(jié)合基團(tuán)活性中心必需基團(tuán)底物肽鏈活性中心137溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團(tuán)；*A~F為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。溶菌酶的*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；*色氨酸6138一些酶活性中心的氨基酸殘基

酶殘基總數(shù)活性中心殘基牛胰核糖核酸酶124His12,His119,Lys41溶菌酶129Asp52,Glu35牛胰凝乳蛋白酶245His57,Asp102,Ser195牛胰蛋白酶238His46,Asp90,Ser183木瓜蛋白酶212Cys25,His159

彈性蛋白酶240His45,Asp93,Ser188枯草桿菌蛋白酶275His46,Ser221碳酸酐酶258His93-Zn-His95,His117一些酶活性中心的氨基酸殘基139酶的不同形式單體酶：由單一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶。寡聚酶：由多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的酶。多酶復(fù)合體：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的復(fù)合物。多功能酶：一些多酶體系在進(jìn)化過(guò)程中由于基因的融合，多種不同催化功能存在于一條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。酶的不同形式單體酶：由單一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶。140第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

第三節(jié)141概念酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素。反應(yīng)速度：用單位時(shí)間內(nèi)底物減少的量或產(chǎn)物增加的量來(lái)表示，常用初速度來(lái)衡量。概念142產(chǎn)物0時(shí)間初速度酶促反應(yīng)速度逐漸降低酶促反應(yīng)的時(shí)間進(jìn)展曲線產(chǎn)0時(shí)間初速度酶促反應(yīng)的時(shí)間143影響酶促反應(yīng)速度的因素：底物濃度[S]酶濃度[E]反應(yīng)溫度pH值抑制劑激活劑影響酶促反應(yīng)速度的因素：底物濃度[S]1441、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：

E+SESE+P2、酶與底物結(jié)合特點(diǎn)：（1）可逆的、非共價(jià)的結(jié)合；（2）底物只與酶的活性中心結(jié)合；（3）酶與底物結(jié)合是通過(guò)一種稱為誘導(dǎo)契合模式進(jìn)行的。k1k2k3米氏方程的提出一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響1、中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：2、酶與底物結(jié)合特點(diǎn)：k1k2145SEE-S復(fù)合物abcabc誘導(dǎo)契合假說(shuō)（induced-fithypothesis）ESSEE-S復(fù)合物abcabc誘導(dǎo)契合假說(shuō)（induced-f146酶的誘導(dǎo)契合酶的誘導(dǎo)契合147反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax當(dāng)148隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)149當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)[S]VVmax當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零150在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈151

1913年Michaelis和Menten推導(dǎo)了米氏方程1913年Michaelis和Menten推導(dǎo)了152米氏方程的推導(dǎo)令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當(dāng)酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)時(shí)：當(dāng)[Et]=[ES]時(shí)，(4)所以

恒態(tài)法米氏方程的推導(dǎo)令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：153當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)Km＝[S]∴Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)Km＝[S]∴Km值等于酶促154Km的意義Km是酶的特征性常數(shù)，在溫度、PH、離子強(qiáng)度恒定時(shí)，Km只與E、S的性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度[E]無(wú)關(guān)；Km可近似表示酶與底物的親和力；同一酶對(duì)于不同底物有不同的Km值。Km的意義Km是酶的特征性常數(shù)，在溫度、PH、離子強(qiáng)度恒定時(shí)155二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，酶被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=K3[E]0V[E]當(dāng)[S]>>[E]時(shí)，V

=k3[E]酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，酶被底物飽和的156雙重影響一方面溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；另一方面溫度升高，又引起酶的變性，從而使反應(yīng)速度降低。三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響*低溫的應(yīng)用高溫的應(yīng)用酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC溫度對(duì)淀粉酶活性的影響

酶的最適溫度:酶活性最高時(shí)的溫度也即酶的催化效率最高,酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度。雙重影響三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響*低溫的應(yīng)用高溫的應(yīng)用157四、pH對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的最適pH：酶催化活性最高時(shí)的pH。0酶活性pH

pH對(duì)某些酶活性的影響

胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810四、pH對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的最適pH：0酶pHpH對(duì)某158五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor，I)凡使酶的活性下降而不引起酶變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。其作用稱為抑制作用。五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor，I159

抑制作用的類型不可逆性抑制可逆性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制作用的類型不可逆性抑制可逆性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制160（一）不可逆性抑制

抑制劑通過(guò)共價(jià)鍵與酶的活性中心相結(jié)合,使酶活性受到抑制,不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性.例2：巰基酶的抑制例1：羥基酶的抑制（一）不可逆性抑制例2：巰基酶的抑制例1：羥基酶的抑制161P+E—OHP+HXROOROOROXROO—E有機(jī)磷化合物羥基酶磷?；?失活)例1：羥基酶的抑制羥基酶:絲氨酸側(cè)鏈上的羥基為必需基團(tuán)的酶，如膽堿脂酶。有機(jī)磷(敵百蟲、敵敵畏、對(duì)硫磷)不可逆抑制羥基酶的活性中心ROOROO—EOOROOR+E—OH

P+-CHNOH磷?；?失活)N+CH3-CHNN+CH3P解磷定解毒方法：P+E—OH162

SH

SE+Hg2+EHg+2H+

SH

S

SHClSE+As-CH=CHClEAs-CH=CHCl+2HCl

SHClS巰基酶路易士氣例2：巰基酶的抑制巰基酶

SH163

SEHg+

SCOONaCHSHCHSHCOONa

SHE+Hg

SHCOONaCHS

CHSCOONa二巰基丁二酸鈉

SCH2OHSHCH2OHEAs-CH=CHCl+CHSHE+CHS

SCH2SH

SHCH2SAs-CH=CHCl二巰基丙醇解毒方法：SCOONaSHCOONa二巰基丁二酸鈉164二、可逆性抑制(reversibleinhibition)

抑制劑與酶以非共價(jià)鍵疏松結(jié)合引起酶活性的降低或喪失,結(jié)合是可逆的,能夠通過(guò)透析、超濾等物理方法使酶恢復(fù)活性?？赡嬉种祁愋停焊?jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制二、可逆性抑制(reversibleinhibition)165(一)競(jìng)爭(zhēng)性抑制概念：抑制劑結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)相似，I、S競(jìng)爭(zhēng)與酶的活性中心結(jié)合,從而影響E與S的結(jié)合。+IEIE+SE+PES反應(yīng)模式(一)競(jìng)爭(zhēng)性抑制+IEIE+SE+PES反應(yīng)模式166SSEEIIEE+P無(wú)I有I

競(jìng)爭(zhēng)性抑制的底物濃度曲線v競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用過(guò)程[S]KiSSEEIIEE+P無(wú)I競(jìng)爭(zhēng)性抑制的底物濃度曲線v167競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：I與S分子結(jié)構(gòu)相似；Vmax不變，Km增大；抑制程度取決于I與E的親和力，以及[I]和[S]的相對(duì)濃度比例。競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：I與S分子結(jié)構(gòu)相似；168COOHCH2CH2COOH琥珀酸脫氫酶+FAD+FADH2COOHCHCHCOOH琥珀酸延胡索酸例：COOHCH2COOH丙二酸（-）COOH琥珀酸脫氫169

磺胺類藥物的抑菌機(jī)制二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸（PABA）＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸細(xì)菌：PABAFH2合成酶FH2FH4磺胺類藥物的抑菌機(jī)制二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸（PA170*反應(yīng)模式E+SESE+P+IEI+SEIS+I（二）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制

概念

I與酶活性中心以外的部位結(jié)合而抑制酶活性，I和S與酶結(jié)合不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。*反應(yīng)模式E+SESE+P+IEI+SEIS+I（171非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用過(guò)程：

SSEEEE+PSESIIIIKiKi非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用過(guò)程：SSEEEE+PSESIIIIK172非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：1、I與S分子結(jié)構(gòu)不同；2、Vmax減小，Km不變；3、抑制程度取決于[I]大小。例：哇巴因?qū)?xì)胞膜上Na+

-K+ATP酶的抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)：1、I與S分子結(jié)構(gòu)不同；例：哇巴因?qū)?xì)胞173

激活劑:

凡能使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。金屬離子：Mg2+對(duì)己糖激酶陰離子：Cl-對(duì)唾液淀粉酶有機(jī)物：膽汁酸鹽六、激活劑對(duì)反應(yīng)速度的影響激活劑:凡能使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)174第四節(jié)

酶的調(diào)節(jié)

TheRegulationofEnzyme

一、酶活性的調(diào)節(jié)二、酶量的調(diào)節(jié)三、同工酶第四節(jié)

酶的調(diào)節(jié)

TheRegulat175（一）酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)劑別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)酶別構(gòu)部位一些代謝物分子可與酶活性中心之外的某部位可逆地結(jié)合，引起酶的構(gòu)象改變，從而改變酶的活性，稱為酶的別構(gòu)效應(yīng)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。一酶活性的調(diào)節(jié)（一）酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)劑別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)176ATP、檸檬酸（—）AMP、ADP2,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸果糖(+)6-磷酸果糖激酶-1的別構(gòu)調(diào)節(jié)ATP、檸檬酸（—）AMP、ADP2,6-177

v

a

b

[S]別構(gòu)酶v與[S]的關(guān)系曲線a:普通酶b:別構(gòu)酶v別構(gòu)酶v與[S]的178（二）酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾酶蛋白的某些基團(tuán)在其它酶的催化作用下，可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，從而改變酶的活性，此過(guò)程稱為共價(jià)修飾或化學(xué)修飾。常見類型磷酸化與脫磷酸化（最常見）甲基化和脫甲基化腺苷化和脫腺苷化（二）酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾常見類型179酶的磷酸化與脫磷酸化

-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化酶蛋白酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThr酶蛋白H2O180磷酸化修飾對(duì)一些酶活性的調(diào)節(jié)酶化學(xué)修飾類型酶活性改變糖原磷酸化酶磷酸化酶b激酶糖原合成酶丙酮酸脫羧酶磷酸果糖激酶丙酮酸脫氫酶HMG-CoA還原酶HMG-CoA還原酶激酶乙酰CoA羧化酶脂肪細(xì)胞甘油三脂脂肪酶磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化磷酸化/脫磷酸化激活/抑制激活/抑制抑制/激活抑制/激活抑制/激活抑制/激活抑制/激活激活/抑制抑制/激活激活/抑制磷酸化修飾對(duì)一些酶活性的調(diào)節(jié)酶化學(xué)修