酶與其他生物催化劑二課件

第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)TheKineticsofEnzymaticReactions

概念研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響，并加以定量的闡述。影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。※研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定。單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；酶促反應(yīng)速率（velocity，V）一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來(lái)表示；反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗量很?。ㄒ话阍?﹪以?xún)?nèi)）時(shí)的反應(yīng)速率；底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。研究前提酶的活性:以國(guó)際單位（internationalunit,IU）表示。在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下（如溫度、pH的限定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為1個(gè)國(guó)際單位（IU）。

催量（Katal）

1IU＝16.67×10－9Kat

1催量是指在特定條件下，每秒鐘將1mol底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需的酶量

比活性（specificactivity）：比較酶的純度

比活性單位是每mg蛋白質(zhì)所含酶的國(guó)際單位數(shù)，其單位是IUmg蛋白1（二）酶促反應(yīng)初速率是反應(yīng)剛剛開(kāi)始時(shí)測(cè)得的反應(yīng)速率酶促反應(yīng)初速率是指反應(yīng)剛剛開(kāi)始，各種影響因素尚未發(fā)揮作用時(shí)的酶促反應(yīng)速率，即反應(yīng)時(shí)間進(jìn)程曲線(xiàn)為直線(xiàn)部分時(shí)的反應(yīng)速率。（二）有三類(lèi)方法對(duì)底物和產(chǎn)物的變化量進(jìn)行檢測(cè)1．直接測(cè)定法是對(duì)底物或產(chǎn)物的含量變化進(jìn)行直接檢測(cè)

有些酶促反應(yīng)可在反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，不用任何輔助反應(yīng)便可直接測(cè)定反應(yīng)液中底物或產(chǎn)物的濃度。這類(lèi)測(cè)定方法稱(chēng)為直接測(cè)定法（directassay）。

還原型（Fe2+）細(xì)胞色素c在波長(zhǎng)550nm處有明顯的吸收峰，而氧化型（Fe3+）則無(wú)；細(xì)胞色素c氧化酶對(duì)細(xì)胞色素c的氧化反應(yīng)，可以直接在波長(zhǎng)550nm處檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)還原型細(xì)胞色素c的減少過(guò)程。3．偶聯(lián)測(cè)定法不直接涉及原始反應(yīng)的底物或產(chǎn)物

許多酶促反應(yīng)的底物和產(chǎn)物雖然不能直接檢測(cè)，但可以與另外的酶反應(yīng)相偶聯(lián)，偶聯(lián)的酶以第一個(gè)酶的產(chǎn)物為底物，或以此類(lèi)推，以最后的酶反應(yīng)產(chǎn)物可以直接檢測(cè)為目的。這種通過(guò)偶聯(lián)其他酶并對(duì)此酶促產(chǎn)物進(jìn)行直接檢測(cè)，間接地反映待測(cè)酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物變化量的方法稱(chēng)為酶偶聯(lián)測(cè)定法（enzymecoupledassay）

外加的酶稱(chēng)為工具酶或輔助酶（auxiliaryenzyme）

產(chǎn)物可直接檢測(cè)的酶稱(chēng)為指示酶（indicatorenzyme）

丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶丙氨酸+-酮戊二酸

丙酮酸+谷氨酸乳酸脫氫酶丙酮酸+NADH+H+

乳酸+NAD+

（在340nm處有吸收峰）（在340nm處無(wú)吸收峰）二、酶促反應(yīng)速率受底物濃度的影響（一）酶促反應(yīng)的底物濃度曲線(xiàn)是矩形雙曲線(xiàn)在酶濃度和其他反應(yīng)條件不變的情況下，反應(yīng)速率V對(duì)底物濃度[S]作圖呈矩形雙曲線(xiàn)。

隨著底物濃度的增高反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax目錄當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。[S]VVmax目錄（二）底物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系可用米氏方程式表示

1．米氏方程式可以很好地解釋底物濃度曲線(xiàn)

中間產(chǎn)物

酶促反應(yīng)模式——中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)E+S

k1k2k3ESE+P米-曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)：E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速率取決于慢反應(yīng)。即

V＝k3[ES](1)S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即[S]＝[St]。2．穩(wěn)態(tài)的概念介入米氏方程式的推導(dǎo)過(guò)程

穩(wěn)態(tài)：是指ES的生成速率與分解速率相等，即[ES]恒定。k1([Et]－[ES])[S]＝k2[ES]+k3[ES]k2+k3＝Km

（米氏常數(shù)）k1令：則(2)變?yōu)?([Et]－[ES])[S]＝Km[ES](2)＝([Et]－[ES])[S]k2+k3[ES]k1整理得：將(3)代入(1)得k3[Et][S]Km+[S](4)V＝────當(dāng)?shù)孜餄舛群芨撸瑢⒚傅幕钚灾行娜匡柡蜁r(shí)，即[Et]＝[ES]，反應(yīng)達(dá)最大速率Vmax＝k3[ES]＝k3[Et](5)[ES]＝───[Et][S]Km+[S](3)整理得:將(5)代入(4)得米氏方程式：Vmax[S]Km+[S]V＝────2．Km是酶的特征性常數(shù)

在酶的結(jié)構(gòu)、溶液pH、溫度等條件不變的情況下，酶促反應(yīng)底物的Km不因反應(yīng)中酶濃度的改變而不同。

同一酶對(duì)其所催化的不同底物有不同的Km；不同酶對(duì)同一底物也有其各自的Km

。Km的范圍多在10-6～10-2mol/L之間。

Km只與酶和底物的種類(lèi)以及反應(yīng)環(huán)境（pH、溫度、離子強(qiáng)度）有關(guān)，而與酶濃度無(wú)關(guān)。6.0103己-N-乙酰2葡萄糖胺溶菌酶2.5102H2O2過(guò)氧化氫酶4.0103D-乳糖-半乳糖苷酶2.5103N-苯甲酰酪氨酰胺1.08101甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶2.6102HCO3碳酸酐酶1.5103D-果糖5105D-葡萄糖4104ATP己糖激酶（腦）

Km（mol/L）

底物

酶

一些酶對(duì)底物的Km

3．Km在一定條件下可表示酶對(duì)底物的親和力

k1Km

=k2

+

k3當(dāng)k3<<k2時(shí)，Km

k2/k1。即相當(dāng)于ES分解為E+S的解離常數(shù)（dissociationconstant,Ks）。此時(shí)，Km代表酶對(duì)底物的親和力。

Km越大，表示酶對(duì)底物的親和力越??；Km越小，表示酶對(duì)底物的親和力越大。

酶底物轉(zhuǎn)換數(shù)（s1）過(guò)氧化氫酶H2O240000000碳酸酐酶HCO3400000乙酰膽堿酯酶乙酰膽堿14000-內(nèi)酰胺酶芐青霉素2000延胡索酸酶延胡索酸800RecA蛋白ATP0.4一些酶的轉(zhuǎn)換數(shù)

5．在低底物濃度時(shí)，kcat/Km代表酶的催化效率

[Et][S]KmV

=kcat當(dāng)[S]<<Km時(shí)

kcat/Km是此二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)，也稱(chēng)特異性常數(shù)，其單位是L·mol1·

S1

。反應(yīng)速率的大小取決于E和S由于相互滲透而相互碰撞的速率。.這種被滲透控制的碰撞速率(diffusion-controlledrateofencounter，DCRE)的上限是108109L·mol1·s1。kcat/Km越接近此數(shù)據(jù)，酶的催化效率越高。直線(xiàn)在縱軸的截距等于1/Vmax，而在橫軸上的截距為1/Km

2．其他一些作圖法也可較準(zhǔn)確地求取Vmax和Km

海涅斯-沃爾弗作圖法（Hanes-Wolffplot）

雙倒數(shù)方程式兩邊同時(shí)乘以[S]

[S]V=KmVmax[S]+Vmax1直線(xiàn)的斜率等于1/Vmax，橫軸截距為-Km

伊迪-霍夫斯蒂作圖法（Eadie-Hofsteeplot）

米氏方程式兩邊均除以[S]

V=[S]VmaxKmV直線(xiàn)的斜率為-Km，直線(xiàn)的縱軸截距為Vmax

三、酶促反應(yīng)速率與酶的濃度相關(guān)

當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=k3[E]A：底物濃度曲線(xiàn)，其中，[E]1>[E]2>[E]3。從圖中可知，[E]的變化不影響酶促反應(yīng)的Km。B：反應(yīng)速率對(duì)酶濃度作圖，V與[E]呈直線(xiàn)關(guān)系。

四、酶促反應(yīng)速率受反應(yīng)系統(tǒng)溫度的影響

雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速率升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速率降低。最適溫度(optimum

temperature)：酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的環(huán)境溫度。哺乳動(dòng)物組織中酶的最適溫度多在35～40℃之間

TaqDNA聚合酶最適溫度為72℃

*低溫的應(yīng)用一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復(fù)。

低溫保存酶和菌種等生物制品

低溫麻醉

五、酶的活性依賴(lài)于反應(yīng)系統(tǒng)的pH

最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。體內(nèi)酶的最適pH多在6.5～8之間。

胃蛋白酶的最適pH為1.8

精氨酸酶的最適pH為9.8

pH對(duì)幾種酶活性的影響

六、激活劑可加速酶促反應(yīng)速率

酶的激活劑（activator）

使酶從無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)

必需激活劑（essentialactivator）為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測(cè)不到酶的活性。

Mg2+為己糖激酶的必需激活劑

非必需激活劑（non-essentialactivator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的。

Cl-對(duì)唾液淀粉酶的激活作用

七、酶活性可被許多抑制劑可逆地或不可逆地抑制

（一）可逆性抑制劑與酶非共價(jià)結(jié)合

酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱(chēng)為酶的抑制劑。

區(qū)別于酶的變性

抑制劑對(duì)酶有一定選擇性引起變性的因素對(duì)酶沒(méi)有選擇性可逆性抑制（reversibleinhibition）

酶與抑制劑非共價(jià)結(jié)合，可以通過(guò)透析、超濾或稀釋等物理方法將抑制劑除去，恢復(fù)酶的催化活性。

不可逆性抑制（irreversibleinhibition）

與酶共價(jià)結(jié)合，不能通過(guò)透析、超濾或稀釋等方法將其除去。

可逆性抑制劑

抑制劑與酶的調(diào)節(jié)部位結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)，從而對(duì)酶發(fā)揮抑制作用（別構(gòu)抑制作用）。

抑制劑通過(guò)與游離酶或/和酶-底物復(fù)合物可逆地結(jié)合而影響酶的催化活性。

k1k2k3+kiEII+S+ESESE+PESI+Iki'可逆性抑制作用的抑制劑可以與游離酶結(jié)合，形成二元復(fù)合物EI；也可以與ES結(jié)合，形成三元復(fù)合物ESI。

1．競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心

定義：抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似或部分相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶-底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。

+++EESIESEIEP有競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在的米氏方程式

V

=Vmax[S]Km+

[S](1

+[I]ki)雙倒數(shù)方程式是

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)反應(yīng)模式+E+SESE+PIEIkik1k2k3SI競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用V對(duì)[S]的雙倒數(shù)作圖

*特點(diǎn)抑制程度取決于抑制劑與酶的相對(duì)親和力及底物濃度；I與S結(jié)構(gòu)類(lèi)似，或部分相似，競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀(guān)Km增大。[I]1V1[S]0Km1Km1(1+)[I]kiVmax1--*舉例

丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸磺胺類(lèi)藥物的抑菌機(jī)制與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫蝶呤＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸2．非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑不影響酶對(duì)底物的親和力

+

S－S+

S－S+ESIEIEESEPk1k2k3+kiEII+ESESE+P+Iki+SESI*反應(yīng)模式非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的米氏方程式的雙倒數(shù)形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)(1

+[I]ki)*特點(diǎn)抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀(guān)Km不變。[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用V對(duì)[S]的雙倒數(shù)作圖

3．反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合

++ESESESIEPk1k2k3+ESESE+P+IkiESI*反應(yīng)模式反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的米氏方程式的雙倒數(shù)形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0(1+)[I]kiKm反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用V對(duì)[S]的雙倒數(shù)作圖

*特點(diǎn)：抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合；抑制程度取決于抑制劑的濃度及底物的濃度；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀(guān)Km降低。各種可逆性抑制作用的比較動(dòng)力學(xué)參數(shù)表觀(guān)Km

Km增大不變減小最大速度Vmax不變降低降低林-貝氏作圖斜率Km/Vmax增大增大不變縱軸截距1/Vmax不變?cè)龃笤龃髾M軸截距-1/Km增大不變減小與I結(jié)合的組分EE、ESES作用特征無(wú)抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制（二）不可逆性抑制劑與酶共價(jià)結(jié)合不可逆性抑制作用的抑制劑

基團(tuán)特異性抑制劑（group-specificinhibitor）底物類(lèi)似物（substrateanalog）自殺性抑制劑（suicideinhibitor）

1．基團(tuán)特異性抑制劑與酶分子中特異的基團(tuán)共價(jià)結(jié)合

一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上的羥基，這些酶稱(chēng)為羥基酶。

如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶

有機(jī)磷化合物羥基酶失活的酶酸CH3CHN+HONROPR'OOOE+NROPR'OOOCHCH3N++EOH

解磷定失活的酶有機(jī)磷-解磷定復(fù)合物活化的酶

半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需基團(tuán)。低濃度的重金屬離子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等)及As3+等可與巰基酶分子中的巰基結(jié)合，使酶失活。

路易士氣巰基酶失活的酶酸失活的酶BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物2．底物類(lèi)似物可共價(jià)地修飾酶的活性中心

與基團(tuán)特異性抑制劑不同，底物類(lèi)似物與底物的結(jié)構(gòu)相似，可特異地與酶的活性中心共價(jià)結(jié)合，不可逆地抑制酶的活性。此類(lèi)抑制劑可作為親和標(biāo)記物，用來(lái)定性酶活性中心的功能基團(tuán)。

TPCK對(duì)胰凝乳蛋白酶活性中心組氨酸咪唑環(huán)的親和標(biāo)記

酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活性中心相結(jié)合，生成酶-底物復(fù)合物，并接受酶的催化作用。然而，經(jīng)催化后的中間產(chǎn)物不游離出產(chǎn)物，而是轉(zhuǎn)化為酶的抑制劑，進(jìn)一步與酶活性中心共價(jià)結(jié)合，對(duì)酶產(chǎn)生抑制作用。

E+SESE·IE-I

3．自殺性抑制劑是經(jīng)過(guò)修飾的酶的底物+

酶-底物復(fù)合物無(wú)活性酶中被修飾的FAD

N，N-二甲基丙炔酰胺自殺性抑制劑N,N-二甲基丙炔酰胺在被單胺氧化酶氧化后，由于填加1個(gè)質(zhì)子，使之與酶的輔基FAD結(jié)合生成穩(wěn)定的烷化物，從而酶被抑制。

單胺氧化酶通過(guò)其輔基FAD氧化N,N-二甲基丙炔酰胺(N,N-dimethylpropargylamine)：

第四節(jié)

多底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)KineticsofMultisubstrateReactions一、多底物反應(yīng)有其特定的表示法雙底物和多底物反應(yīng)的表示法與前述的單底物反應(yīng)不同，用A、B、C表示底物，用P、Q、R表示產(chǎn)物。雙底物和多底物反應(yīng)用單(uni)、雙(bi)、三(ter)等表示底物和產(chǎn)物的數(shù)量。

反應(yīng)

名稱(chēng)AB單單反應(yīng)（uniunireaction）A+BP雙單反應(yīng)（biunireaction）A+BP+Q雙雙反應(yīng)（bibireaction）A+B+CP+Q三雙反應(yīng)（terbireaction）A+B+CP+Q+R三三反應(yīng)（terterreaction）

酶促反應(yīng)的一般名稱(chēng)舉例

二、雙雙反應(yīng)可按底物與酶結(jié)合和產(chǎn)物釋放的順序進(jìn)行分類(lèi)

（一）有序序列雙雙反應(yīng)中底物結(jié)合和產(chǎn)物釋放有嚴(yán)格的先后次序

有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶的結(jié)合和兩產(chǎn)物從酶-底物復(fù)合物中的釋放有其嚴(yán)格次序，這類(lèi)雙雙反應(yīng)稱(chēng)為有序序列雙雙反應(yīng)(compulsoryorderedbibireaction)，或稱(chēng)有序序列機(jī)制(compulsoryorderedmechanism)。

乳酸脫氫酶催化的反應(yīng)

丙酮酸+NADH+H+

乳酸+NAD+

（二）隨機(jī)序列雙雙反應(yīng)的底物結(jié)合和產(chǎn)物釋放沒(méi)有嚴(yán)格的先后次序

有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶結(jié)合和兩產(chǎn)物釋放的次序是隨機(jī)的，這類(lèi)雙雙反應(yīng)稱(chēng)為隨機(jī)序列雙雙反應(yīng)(randomorderedbibireaction)，或稱(chēng)隨機(jī)序列機(jī)制(randomorderedmechanism)。

（三）乒-乓雙雙反應(yīng)的兩底物尚未全部與酶結(jié)合便有產(chǎn)物釋放

有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶的結(jié)合和兩產(chǎn)物從酶-底物復(fù)合物的釋放是交替進(jìn)行的，這類(lèi)雙雙反應(yīng)稱(chēng)為乒-乓雙雙反應(yīng)(Ping-Pongbibireaction)，或雙置換機(jī)制(doubledisplacementmechanism)。

第五節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)RegulationofEnzymeActivities

一、調(diào)節(jié)酶的催化活性隨著對(duì)環(huán)境信號(hào)的反應(yīng)而變化

調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）

對(duì)環(huán)境因素的作用表現(xiàn)出催化活性增高或降低、或酶量的增多或減少，進(jìn)而能影響和調(diào)整反應(yīng)途徑反應(yīng)速率的酶。

機(jī)體通過(guò)改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導(dǎo)、阻遏酶的生物合成，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞代謝水平的調(diào)節(jié)；物質(zhì)代謝的整體調(diào)節(jié)和激素水平的調(diào)節(jié)最終也都是通過(guò)影響酶促反應(yīng)速率實(shí)現(xiàn)的。

酶的調(diào)節(jié)抑制抑制劑激活激活劑雙重調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)共價(jià)修飾多形性調(diào)節(jié)酶原的激活同工酶酶含量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)合成：誘導(dǎo)、阻遏調(diào)節(jié)降解酶活性調(diào)節(jié)：

二、別構(gòu)酶通過(guò)構(gòu)象的改變影響酶促反應(yīng)速率

（一）別構(gòu)效應(yīng)劑與別構(gòu)酶結(jié)合引發(fā)酶的構(gòu)象改變別構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱(chēng)別構(gòu)調(diào)節(jié)。別構(gòu)酶（allostericenzyme）：能發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)的酶別構(gòu)效應(yīng)劑（allostericeffector）

：能引起酶發(fā)生構(gòu)象改變的化合物調(diào)節(jié)部位（regulatorysite）：別構(gòu)效應(yīng)劑與酶結(jié)合的部位別構(gòu)酶也有兩種構(gòu)象形式，緊縮態(tài)(tensestate,Tstate)和松馳態(tài)(relaxedstate,Rstate)。T態(tài)和R態(tài)對(duì)底物的親和力或催化活性不同，別構(gòu)效應(yīng)劑就是通過(guò)引起酶R態(tài)與T態(tài)的互變，改變酶的催化速率。

（二）別構(gòu)效應(yīng)劑可引起別構(gòu)酶分子中各亞基間的協(xié)同作用

亞基的構(gòu)象改變可以相互影響，發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。（cooperativity）

正協(xié)同效應(yīng)（positivecooperativity）

后續(xù)亞基的構(gòu)象改變?cè)黾悠鋵?duì)別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來(lái)越容易。

負(fù)協(xié)同效應(yīng)（negativecooperativity）

后續(xù)亞基的構(gòu)象改變降低酶對(duì)別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來(lái)越難。同種協(xié)同效應(yīng)（homotropiccooperativity）

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變?cè)黾踊蚪档秃罄m(xù)亞基對(duì)同種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。

異種協(xié)同效應(yīng)（heterotropiccooperativity）

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變?cè)黾踊蚪档秃罄m(xù)亞基對(duì)他種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變?cè)黾用笇?duì)底物的親和力，這種現(xiàn)象（屬于異種正協(xié)同效應(yīng)）稱(chēng)為別構(gòu)激活作用（allostericactivation）。此別構(gòu)效應(yīng)劑稱(chēng)為別構(gòu)激活劑（allostericactivator）

引起酶對(duì)底物親和力降低的現(xiàn)象（屬于異種負(fù)協(xié)同效應(yīng)）稱(chēng)為別構(gòu)抑制作用（allostericinhibition）。此別構(gòu)效應(yīng)劑稱(chēng)為別構(gòu)抑制劑（allostericinhibitor）（三）別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)特性不遵守米-曼氏動(dòng)力學(xué)

正協(xié)同效應(yīng)的底物濃度-反應(yīng)速率曲線(xiàn)為S形曲線(xiàn)

負(fù)協(xié)同效應(yīng)的底物-速率曲線(xiàn)外形類(lèi)似矩形雙曲線(xiàn)，但不是矩形雙曲線(xiàn)

三、一些調(diào)節(jié)酶可在催化方向相反的兩種酶的作用下發(fā)生共價(jià)修飾

（一）磷酸化與去磷酸化是最多見(jiàn)的共價(jià)修飾方式

共價(jià)修飾(covalentmodification)或化學(xué)修飾(chemicalmodification)

酶分子中的某些基團(tuán)可在其他酶的催化下，共價(jià)結(jié)合某些化學(xué)基團(tuán)；同時(shí)又可在另一種酶的催化下，將此結(jié)合上的化學(xué)基團(tuán)去掉，從而影響酶的活性。

酶的共價(jià)修飾種類(lèi)：

1.磷酸化（phosphorylation）和去磷酸化（dephosphorylation）

2.甲基化（methylation）和去甲基化（demethylation）

3.腺苷化（adenylation）和去腺苷化（deadenylation）

4.尿苷化(uridylation)

和去尿苷化（deuridylation）

磷酸化和去磷酸化修飾是最常見(jiàn)的共價(jià)修飾

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-酶蛋白（二）共價(jià)修飾可引起級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)

在一個(gè)連鎖反應(yīng)中，一個(gè)酶被磷酸化或去磷酸化激活后，后續(xù)的其他酶可同樣的依次被其上游的酶共價(jià)修飾而激活，引起原始信號(hào)的放大，這種多重共價(jià)修飾的連鎖反應(yīng)稱(chēng)為級(jí)聯(lián)反應(yīng)（cascadereaction）。

級(jí)聯(lián)反應(yīng)的主要作用是產(chǎn)生快速、高效的放大效應(yīng)。

四、一些酶只有通過(guò)對(duì)其前體剪切后才有活性酶原(zymogen)有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是酶的無(wú)活性前體，此前體物質(zhì)稱(chēng)為酶原。酶原的激活在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過(guò)程。

酶原激活的原理酶原分子構(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)短肽在特定條件下賴(lài)?yán)i天天天天甘異賴(lài)?yán)i天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS腸激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活過(guò)程酶原激活因子激活途徑胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶胃蛋白酶+六肽胰蛋白酶原腸激酶、胰蛋白酶胰蛋白酶+六肽胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶+2個(gè)二肽彈性蛋白酶原胰蛋白酶彈性蛋白酶+幾個(gè)肽段羧基肽酶原胰蛋白酶羧基肽酶+幾個(gè)肽段消化蛋白酶原的激活

胰腺1

245SSSS胰蛋白酶11516

245SSSS11316

245SSSSSer14-Arg15，Thr147-Asn148酶原-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶194Ile16轉(zhuǎn)180°Asp194Met192內(nèi)表，Gly193伸長(zhǎng)Ser195，His57移位Asp192146149-胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶Asp102C-C=OH2OH-NNH-O-CH2Ser195⊕Asp102C-C=OH2OH-NNH------O-CH2Ser195His57CH2His57CH2–––His57⊕Ser195親核攻擊Asp102穩(wěn)定His57⊕-胰凝乳蛋白酶活性中心專(zhuān)一性：-胰凝乳蛋白酶：Leu13-Ser14,Tyr146-Thr147,Asn148-Ala149-胰凝乳蛋白酶：芳香族：Phe，Tyr，Trp

酶原激活的生理意義避免細(xì)胞產(chǎn)生的酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)行。有的酶原可以視為酶的儲(chǔ)存形式。在需要時(shí)，酶原適時(shí)地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。第五節(jié)酶與醫(yī)學(xué)

EnzymesandMedicalSciences

一、酶與疾病的發(fā)生、臨床診斷與治療密切相關(guān)

（一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān)1．酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一

酪氨酸酶缺乏引起白化?。槐奖彼崃u化酶缺乏引起苯丙酮酸尿癥。

2．酶活性改變可引起疾病

胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。

3．一些疾病可以引起酶活性的改變

嚴(yán)重肝病時(shí)可因肝合成的凝血因子減少而影響血液凝固。

（二）體液中酶的活性可作為疾病的診斷指標(biāo)

2.惡性腫瘤可因腫瘤組織的增殖加快，其標(biāo)志酶釋放入血增多，有助于對(duì)該組織腫瘤的診斷。

前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。

組織器官損傷可使其組織特異性的酶釋放入血，有助于對(duì)此組織器官疾病的診斷。

急性肝炎時(shí)，血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性升高。

3.有些酶的清除和排泄障礙也可造成血清含量升高。

肝硬化時(shí)血清堿性磷酸酶活性升高。

4.酶的誘導(dǎo)合成增多也可以從血清中檢測(cè)出來(lái)，用于協(xié)助診斷和預(yù)后判斷。

膽管阻塞時(shí)膽汁返流可刺激肝合成堿性磷酸酶增多。

（三）酶作為藥物可用于疾病的治療

1．有些酶作為助消化的藥物

消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以糾正。

3．有些酶具有溶解血栓的療效鏈激酶、尿激酶及纖溶酶等溶解血栓，用于治療心、腦血管栓塞等。

胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等可加強(qiáng)傷口的凈化、抗炎和防止?jié){膜粘連等。在某些外敷藥中加入透明質(zhì)酸酶可以增強(qiáng)藥物的擴(kuò)散作用。2.有些酶用于清潔傷口和抗炎（四）有些藥物通過(guò)抑制或激活體內(nèi)某種酶的活性起治療作用一些藥物通過(guò)抑制某些酶的活性，糾正體內(nèi)代謝紊亂。如抗抑郁藥通過(guò)抑制單胺氧化酶而減少兒茶酚胺的滅活，治療抑郁癥。洛伐他汀通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制HMG-CoA還原酶的活性，抑制膽固醇的生物合成，降低血膽固醇。給新生兒服用苯巴比妥可誘導(dǎo)肝細(xì)胞UDP-葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶的生物合成，減輕新生兒黃疸，防止出現(xiàn)膽紅素腦病。二、酶作為試劑可用于生物化學(xué)分析

（一）有些酶可作為酶偶聯(lián)測(cè)定法中的指示酶或輔助酶當(dāng)有些酶促反應(yīng)的底物或產(chǎn)物不能被直接測(cè)定時(shí)，可偶聯(lián)另一種或兩種酶，使初始反應(yīng)產(chǎn)物定量地轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的某種產(chǎn)物，從而測(cè)定初始反應(yīng)的底物、產(chǎn)物或初始酶活性。這種方法稱(chēng)為酶偶聯(lián)測(cè)定法。若偶聯(lián)一種酶，這個(gè)酶即為指示酶（indicatorenzyme）；若偶聯(lián)兩種酶，則前一種酶為輔助酶（auxiliaryenzyme），后一種酶為指示酶。葡糖氧化酶法測(cè)定血糖時(shí)，過(guò)氧化物酶為指示酶。酶聯(lián)免疫分析又稱(chēng)酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定

（enzyme-linkedimmunosorbentassays,ELISA）

是利用酶的快速、靈敏、可定量檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)和免疫學(xué)方法中抗原-抗體特異性結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，將指示酶與抗體偶連，對(duì)抗原進(jìn)行檢測(cè)的一種方法。（二）有些酶可作為酶標(biāo)記測(cè)定法中的標(biāo)記酶常用的標(biāo)記酶：辣根過(guò)氧化物酶堿性磷酸酶