第三章 酶與酶促反應

1、,作者 : 田余祥,單位 : 大連醫(yī)科大學,第三章,酶與酶促反應,Enzymes and Enzyme-Catalyzed reactions,第一節(jié) 酶分子的結(jié)構(gòu)與功能,第二節(jié) 酶的工作原理,第三節(jié) 酶促反應動力學,第四節(jié) 酶的調(diào)節(jié),第五節(jié) 酶的分類與命名,第六節(jié) 酶在醫(yī)學中的應用,重點難點,酶的分子組成、酶的活性中心、同工酶、酶促反應特點、米氏方程、別構(gòu)調(diào)節(jié)、化學修飾調(diào)節(jié)、酶原及其激活,熟悉影響酶促反應速率的因素及其機制,酶的分類與命名、酶在醫(yī)學中的應用,酶的分子結(jié)構(gòu)與功能,第一節(jié),Structure and Function of Enzymes,1. 單純酶（simple enzyme

2、）：僅含有肽鏈的酶稱為單純酶,2.綴合酶（conjugated enzyme）：由酶蛋白和輔助因子共同構(gòu)成的酶,一、酶的分子組成中常含有輔助因子,3.輔助因子（cofactor）：分為輔酶和輔基,部分輔酶/輔基在催化中的作用,某些金屬酶和金屬激活酶,二、酶的活性中心是酶分子執(zhí)行其催化功能的部位,酶的活性中心示意圖,溶菌酶的活性中心,三、同工酶催化相同的化學反應,乳酸脫氫酶同工酶的亞基構(gòu)成,人體各組織器官LDH同工酶譜（活性%）,酶的工作原理,第二節(jié),Working Principles of Enzymes,（一）酶對底物具有極高的催化效率,一、酶具有不同于一般催化劑的顯著特點,某些酶與一般催

3、化劑催化效率的比較,1.絕對專一性,（二）酶對底物具有高度的特異性,乳酸脫氫酶催化L乳酸脫氫,2.相絕對專一性,消化道中各種蛋白酶對肽鍵的專一性,（三）酶的活性與酶的含量具有可調(diào)節(jié)性,（四）酶具有不穩(wěn)定性,（一）酶比一般催化劑更有效地降低反應的活化能,二、酶通過促進底物形成過渡態(tài)而提高反應速率,酶促反應活化能的變化,（二）酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物,酶與底物結(jié)合的誘導契合作用,1.誘導契合作用使酶與底物密切結(jié)合,酶與底物的鄰近效應與定向排列,2.鄰近效應與定向排列使諸底物正確定位于酶的活性中心,3.表面效應使底物分子去溶劑化,胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶與底物結(jié)合時的“口袋”狀活性中心,（

4、三）酶的催化機制呈現(xiàn)多元催化作用,胰凝乳蛋白酶的催化機制,酶促反應動力學,第三節(jié),Kinetics of Enzyme-catalyzed Reactions,一、底物濃度對酶促反應速率的影響呈矩形雙曲線,底物濃度對酶促反應速率的影響,（一）米曼方程揭示單底物反應的動力學特性,（1）,（2）,（3）,（4）,令,（5）,（6）,（7）,（8）,（9）,（二）Km與Vmax是重要的酶促反應動力學參數(shù),1. Km值等于酶促反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度,2. Km是酶的特征性常數(shù),某些酶對其底物的Km,3. Km值在一定條件下可表示酶對底物的親和力,4. Vmax是酶被底物完全飽和時的反應

5、速率,5.酶的轉(zhuǎn)換數(shù)：當酶被底物完全飽和時（Vmax），單位時間內(nèi)每個酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的分子數(shù),（三）Km與Vmax 常通過林-貝作圖法求取,林-貝方程,林-貝方程作圖,二、底物飽和時酶濃度對酶促反應速率的影響呈直線關系,酶濃度對酶促反應速率的影響,三、溫度對酶促反應速率的影響具有雙重性,溫度對酶促反應速率的影響,四、pH通過改變酶分子及底物分子的解離狀態(tài)影響酶促反應速率,pH對酶促反應速率的影響,五、抑制劑可降低酶促反應速率,解磷定解救有機磷農(nóng)藥中毒,（一）不可逆性抑制劑與酶共價結(jié)合,有機磷化合物抑制羥基酶,二巰基丙醇（BAL）解救砷化物中毒,砷化合物抑制巰基酶,（二）

6、可逆性抑制劑與酶非共價結(jié)合,1競爭性抑制劑與底物競爭結(jié)合酶的活性中心,競爭性抑制劑雙倒數(shù)方程,競爭性抑制劑抑制特點：表觀Km增大，Vmax不變,競爭性抑制作用雙倒數(shù)作圖,磺胺類藥物的抑菌作用機制,2非競爭性抑制劑結(jié)合活性中心之外的調(diào)節(jié)位點,非競爭性抑制劑雙倒數(shù)方程,競爭性抑制劑抑制特點：表觀Km不變，Vmax下降,非競爭性抑制作用雙倒數(shù)作圖,3反競爭性抑制劑的結(jié)合位點由底物誘導產(chǎn)生,反競爭性抑制劑雙倒數(shù)方程,反競爭性抑制劑抑制特點：表觀Km減小，Vmax下降,反競爭性抑制作用雙倒數(shù)作圖,1. 必需激活劑：為酶的活性所必需,使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑,2.非必需激活

7、劑：不是酶的活性所必需,六、激活劑可提高酶促反應速率,酶的調(diào)節(jié),第四節(jié),Regulation of Enzymes,1.別構(gòu)酶：多含偶數(shù)亞基，有催化亞基和調(diào)節(jié)亞基 （有的別構(gòu)酶的催化和調(diào)節(jié)位點在同一亞基上）， 亞基間有協(xié)同效應,（一）別構(gòu)效應劑通過改變酶的構(gòu)象而調(diào)節(jié)酶活性,2.別構(gòu)效應劑：有別構(gòu)激活劑和別構(gòu)抑制劑,一、酶活性的調(diào)節(jié)是對酶促反應速率的快速調(diào)節(jié),3.別構(gòu)酶正協(xié)同效應的反應速率與底物濃度作圖呈S形曲線,別構(gòu)酶的正協(xié)同效應速率-底物濃度作圖,酶的共價修飾有多種形式，其中最常見的形式是磷酸化和去磷酸化,（二）酶的化學修飾調(diào)節(jié)是通過某些化學基團與酶的共價可逆結(jié)合來實現(xiàn),酶的磷酸化和去磷酸化

8、,酶原：無活性的酶的前體,（三）酶原需要通過激活過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?胰蛋白酶原的激活,酶原激活：酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?激活的本質(zhì)：使酶活性中心形成或暴露,酶原存在的意義：保護機體,（一）酶蛋白合成可被誘導或阻遏,細胞也可通過改變酶蛋白合成與分解的速率來調(diào)節(jié)酶的含量，進而影響酶促反應速率。,二、酶含量的調(diào)節(jié)是對酶促反應速率的緩慢調(diào)節(jié),（二）酶的降解與一般蛋白質(zhì)降解途徑相同,酶的分類與命名,第五節(jié),Classification and Nomenclature of Enzymes,（一）氧化還原酶類 催化氧化還原反應的酶,一、酶可根據(jù)其催化的反應類型予以分類,（二）轉(zhuǎn)移酶類 催化底物之間基

9、團轉(zhuǎn)移或交換的酶,（三）水解酶類 催化底物發(fā)生水解反應的酶,（四）裂合酶類 催化從底物移去一個基團并形成雙鍵的反應或其逆反應的酶。,（五）異構(gòu)酶類 催化分子內(nèi)部基團的位置互變，幾何或光學異構(gòu)體互變， 以及醛酮互變的酶,（六）連接酶類 催化兩種底物形成一種產(chǎn)物并同時偶聯(lián)有高能鍵水解和釋能的酶,1.系統(tǒng)名稱 如L-乳酸：NAD+-氧化還原酶（ EC.1.1.1.27 ）,二、每一種酶均有其系統(tǒng)名稱和推薦名稱,2.推薦名稱 如乳酸脫氫酶,酶在醫(yī)學中的應用,第六節(jié),Application of Enzymes in Medicine,（一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關,一、酶與疾病的發(fā)生、診斷及治療

10、密切相關,1. 酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一,2. 一些疾病可引起酶活性或量的異常,1.有些酶作為助消化的藥物,（二）體液中酶活性的改變可作為疾病的診斷指標,（三）某些酶可作為藥物用于疾病的治療,2.有些酶用于清潔傷口和抗炎,3.有些酶具有溶解血栓的療效,（一）有些酶可作為酶偶聯(lián)測定法中的指示酶或輔助酶,二、酶可作為試劑用于臨床檢驗和科學研究,（二）有些酶可作為酶標記測定法中的標記酶,（三）多種酶成為基因工程常用的工具酶,酶是對其特異底物起高效催化作用的蛋白質(zhì)。結(jié)合酶由酶蛋白和輔助因子組成 同工酶是指催化相同的化學反應的一組酶。 酶對底物具有極高的催化效率和對底物具有高度的特異性（絕對特異性與相對特異性） 酶的活性中心是酶分子中能與底物結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的三維結(jié)構(gòu)區(qū)域 酶與底物結(jié)合形成酶-底物復合物，具有鄰近效應和定向排列、表面效應，并呈現(xiàn)多元催化作用。 酶促反應速率受底物濃度、酶濃度、溫度、pH、抑制劑和激活劑等影響 Km值等于反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度,競爭性抑制劑存在時表觀Km增大，Vmax不變；非競爭性抑制劑存在時Km不變，Vmax下降； 反競爭性抑制劑存在時表觀Km和Vmax均降低 別構(gòu)調(diào)節(jié)是由于別構(gòu)