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Enzyme第 三 章 酶主主 要要 内内 容容酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能酶的工作原理酶的工作原理酶促反应动力学酶促反应动力学酶的调节酶的调节 1926年，年，Sumner首次首次从刀豆中提纯出脲酶结晶从刀豆中提纯出脲酶结晶，证实酶的证实酶的蛋白质蛋白质本质本质,获获1946年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。1878年，年，Khne首次提出了首次提出了“Enzyme”一词一词 1982年，年，Cech首次提出首次提出核酶核酶的概念的概念 获获1989诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖n酶的概念酶的概念 目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类:酶酶、核酶（脱氧核酶核酶（脱氧核酶）酶酶是是由由活活细细胞胞产产生生的的，对对特特异异底底物物起起高高效效催催化化作作用用的的生生物物大大分分子子，又又称称生物催化剂。生物催化剂。第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能酶的不同形式酶的不同形式单体酶：单体酶：仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。寡聚酶：寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。组成的酶。多酶体系：多酶体系：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多酶复合物。多功能酶或串联酶：多功能酶或串联酶：一些多酶体系在进化过程中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一条由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中。多肽链中。一、一、酶的分子组成酶的分子组成 酶蛋白酶蛋白 蛋白质部分蛋白质部分 辅助因子辅助因子 非蛋白质部分非蛋白质部分n 单纯酶单纯酶 (simple enzyme)(simple enzyme)：仅由氨基酸残基构成的酶。如蛋白酶、脂仅由氨基酸残基构成的酶。如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。肪酶、淀粉酶等。n 结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)：1.1.分类：分类：酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子=全酶全酶 只有全酶才有催化活性只有全酶才有催化活性蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 辅助因子辅助因子 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物结合酶（全酶结合酶（全酶)(holoenzyme)决定反应的特异性及其催化机制决定反应的特异性及其催化机制 决定反应的性决定反应的性质和反应类型质和反应类型 2.2.结合酶各组分的功能：结合酶各组分的功能：金属酶金属酶(metalloenzyme)：金属离子与酶结合紧密，提取过程金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。中不易丢失。金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)：金属离子为酶的活性所必需，但与金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。酶的结合不甚紧密。n金属离子是最多见的辅助因子金属离子是最多见的辅助因子金属金属离子的作用：离子的作用：稳定酶的构象；稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。n小分子有机化合物是一些化学性质稳定的小分子有机化合物是一些化学性质稳定的小分子物质：小分子物质：分子结构中常含有维生素或维生素类物质。分子结构中常含有维生素或维生素类物质。主要起运载体的作用，在反应中传递电子、主要起运载体的作用，在反应中传递电子、质子或一些基团。质子或一些基团。3.3.辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松疏松，可用透析或超滤的，可用透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密紧密，不能用透析或超，不能用透析或超滤的方法除去滤的方法除去。转移的基团转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称名称所含的维生素所含的维生素氢原子（质子）氢原子（质子）NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）NADP（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）醛基醛基TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）酰基酰基辅酶辅酶A（CoA）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸甲基甲基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素B12二氧化碳二氧化碳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（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用某些辅酶（辅基）在催化中的作用二、酶的活性中心二、酶的活性中心酶分子中氨基酸残基侧酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。活性密切相关的化学基团。1.1.必需基团必需基团(essential group)(essential group)：指指必需基团在空间必需基团在空间结构上彼此靠近，组成结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。并将底物转化为产物。2.2.酶的活性中心酶的活性中心(active center)(active center)：酶的活性中心与底物结合酶的活性中心与底物结合（1 1）活性中心内的必需基团）活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与底物相结合与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)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，维持酶活性中心应有的空位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。（2 2）活性中心外的必需基团）活性中心外的必需基团常见：常见：His His咪唑基；咪唑基；SerSer羟基；羟基；CysCys巯基巯基;Glu-;Glu-羧基羧基底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 三、同工酶三、同工酶同同工工酶酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，而而酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构、理理化化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。性质乃至免疫学性质不同的一组酶。1.1.定义：定义：2.临床意义临床意义 (1)(1)同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。(2)(2)同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。析研究。H HH HH HH MH HMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（LDH）的同工酶）的同工酶第二节第二节酶的工作原理酶的工作原理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；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；能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变平衡点；改变平衡点；对可逆反应的正反两个方向都具有的催化对可逆反应的正反两个方向都具有的催化作用。作用。n酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：（一）酶的催化效率极高（一）酶的催化效率极高 一、酶催化反应的特点（特性）一、酶催化反应的特点（特性）酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。一一一一种种种种酶酶酶酶仅仅仅仅作作作作用用用用于于于于一一一一种种种种或或或或一一一一类类类类化化化化合合合合物物物物，或或或或一一一一定定定定的的的的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。n酶的特异性酶的特异性 (specificity)(specificity)（二）具有高度特异性（二）具有高度特异性根据酶对其底物结构选择的严格程度根据酶对其底物结构选择的严格程度,分为分为:1 1.绝对特异性绝对特异性 2.相对特异性相对特异性 3.立体异构特异性立体异构特异性1.1.绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)(absolute specificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物的反应，生成一种特定结构的产物。2.相对特异性相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合物或一种化学键。作用于一类化合物或一种化学键。3.立体结构特异性立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立体异构体中的一种。作用于立体异构体中的一种。D(-)乳酸由于乳酸由于-OH、-COOH的位置相反，造成与乳酸的位置相反，造成与乳酸脱氢酶的三个基团不能完成结合，不能受酶的催化。脱氢酶的三个基团不能完成结合，不能受酶的催化。（三）具有可调节性（三）具有可调节性 对酶生成与降解量的调节。对酶生成与降解量的调节。酶催化活性的调节。酶催化活性的调节。通过改变底物浓度对酶进行调节等。通过改变底物浓度对酶进行调节等。凡能使蛋白质变性的理化因素都能使酶蛋白凡能使蛋白质变性的理化因素都能使酶蛋白变性失活。变性失活。（四）酶活性的不稳定性（四）酶活性的不稳定性（一）酶具有高效性的主要原因（一）酶具有高效性的主要原因活化能活化能底物分子从初态转变到活化态所需的能量。底物分子从初态转变到活化态所需的能量。二、酶催化作用机制二、酶催化作用机制活化分子活化分子 在反应的每一瞬间，并非所有分子都能在反应的每一瞬间，并非所有分子都能发生反应，只有那些所含能量较高，达到或超过一发生反应，只有那些所含能量较高，达到或超过一定能量水平的分子才能发生反应。定能量水平的分子才能发生反应。酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能（二）形成酶（二）形成酶-底物复合物底物复合物酶底物复合物酶底物复合物E+SE+PES(过渡态过渡态过渡态过渡态)底物在酶分子某些基团的作用下发生变形，底物在酶分子某些基团的作用下发生变形，处于不稳定的过渡态，易受酶的攻击，只需少处于不稳定的过渡态，易受酶的攻击，只需少量能量可使其进入活化状态，转化为产物。量能量可使其进入活化状态，转化为产物。*诱导契合假说诱导契合假说(induced-fit hypothesis)酶与底物相互接近酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、时，其结构相互诱导、相互变形、相互适应，相互变形、相互适应，进而相互结合。这一过进而相互结合。这一过程称为酶程称为酶-底物结合的底物结合的诱导契合假说诱导契合假说。羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物邻近效应邻近效应与定向排列与定向排列多元催化多元催化表面效应表面效应第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学n酶促反应动力学：酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。定量的阐述。n影响因素包括：影响因素包括：酶浓度、酶浓度、底物浓度底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂抑制剂、激、激活剂等。活剂等。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；酶酶促促反反应应速速率率一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时时间间内内底底物物的的消消耗耗量量和和产产物物的的生生成成量量来来表示；表示；反反应应速速率率取取其其初初速速率率，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小小（一般在（一般在5以内）时的反应速率；以内）时的反应速率；底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。n研究前提：研究前提：一、底物浓度对反应速率影响一、底物浓度对反应速率影响 底物浓度对反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响一级反应一级反应非正比关系非正比关系零级反应零级反应在其他因在其他因素不变的情况素不变的情况下，底物浓度下，底物浓度对反应速率的对反应速率的影响呈影响呈矩形双矩形双曲线关系曲线关系。EEEEEEEEEEEE1.当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应一级反应。VS表示表示SaVSEEEEEEEEEEEE2.随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为反应速度不再成正比例加速；反应为混合级混合级反应。反应。bVS3.3.当底物浓度高达极大时当底物浓度高达极大时反应速度不再增加，达最大速度；反反应速度不再增加，达最大速度；反应为应为零级反应零级反应。EEEEEEEEEEEEc中间产物中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是关系的最合理学说是中间产物学说中间产物学说：E+S k1k2k3ESE+P（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式1913年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速率率与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米曼曼氏氏方方程程式式，简简称称米氏方程式米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速率时的反应速率Vmax：最大反应速率最大反应速率m：米氏常数米氏常数VmaxS Km+S 当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：Km=S Km值等于酶促反应速率为最大反应速率值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是一半时的底物浓度，单位是mol/L。2=Km+S Vmax VmaxSVmaxVSKmVmax/2 （二）米氏常数（二）米氏常数(Km)的意义的意义n KmKm的意义的意义:酶的天然底物酶的天然底物(最适底物最适底物)：KmKm值最小的底物值最小的底物a)Kma)Km是酶的是酶的特征性常数特征性常数之一；之一；b)Kmb)Km可近似表示酶对底物的可近似表示酶对底物的亲和力亲和力；c)c)同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的KmKm值。值。Vmax意义：意义：Vmax=k3 E定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。速率，与酶浓度成正比。如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转计算酶的转换数换数(turnover number)，即动力学常数，即动力学常数k3。（三）（三）m值的测定值的测定 VmaxS Km+SV=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=KmVmax 1/Vmax 1/S 两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数 双倒数作图法双倒数作图法(林林-贝氏作图法贝氏作图法)二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响 当当SE，酶酶可可被被底底物物饱饱和和的的情情况况下下，反反应应速速度度与与酶浓度成正比酶浓度成正比:Vmax=K3 E0 V E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 1.双重影响双重影响温温度度升升高高,酶酶促促反反应应速速度度升高升高酶酶本本质质是是蛋蛋白白质质，温温度度升升高高，可可引引起起酶酶的的变变性性，从而反应速度降低从而反应速度降低 三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响温度温度 C V0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响2.最适温度最适温度:酶促反应速度最大时的环境温度酶促反应速度最大时的环境温度。如低温麻醉；疫苗、生物样本的低温保如低温麻醉；疫苗、生物样本的低温保存；高温高压灭菌等。存；高温高压灭菌等。3.3.应用意义应用意义:温血动物：温血动物：35-40度度1 1.酶的最适温度酶的最适温度不是不是酶的特征性常数，可随酶的特征性常数，可随反应时间的缩短而提高。反应时间的缩短而提高。2.2.低温低温使酶的使酶的活性降低活性降低但并不使酶破坏。温但并不使酶破坏。温度回升后，酶又能恢复活性。度回升后，酶又能恢复活性。3.3.高温高温时由于酶时由于酶变性变性失活，反应速度降低。失活，反应速度降低。注意：注意：四、四、pH pH对反应速度的影响对反应速度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酶催化活性最高时反应体系的酶催化活性最高时反应体系的pHpH称为称为酶促酶促反应的最适反应的最适pHpH(optimum pH)(optimum pH)最最适适pH不不是是酶酶的的特特征征性性常常数数，它它受受底底物物浓浓度度、缓缓冲冲液液种种类类与与浓浓度度、以以及及酶纯度等因素的影响。酶纯度等因素的影响。体内大部分酶最适体内大部分酶最适pHpH为中性，但少为中性，但少数例外，如胃蛋白酶与胰蛋白酶。数例外，如胃蛋白酶与胰蛋白酶。五、抑制剂对酶促反应速度的影响五、抑制剂对酶促反应速度的影响酶的抑制剂：酶的抑制剂：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。白变性的物质。区别于酶的变性：区别于酶的变性：抑制剂对酶的作用有特异性抑制剂对酶的作用有特异性 使酶变性的因素对酶没有特异性使酶变性的因素对酶没有特异性n抑制作用的类型抑制作用的类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)：竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive (non-competitive inhibition)inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)(uncompetitive inhibition)根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同分为：根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同分为：（一）不可逆性抑制作用（一）不可逆性抑制作用1.概念：概念：抑制剂通常以抑制剂通常以共价键共价键与酶活性中心与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活；抑制剂的必需基团相结合，使酶失活；抑制剂不可用不可用透析、超滤等方法去除。透析、超滤等方法去除。(2)(2)重金属离子及砷中毒：重金属离子及砷中毒：抑制巯基酶活性抑制巯基酶活性可用可用二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)解毒解毒2.举例：举例：(1)(1)有机磷中毒：有机磷中毒：抑制羟基酶活性抑制羟基酶活性 可用解磷定可用解磷定(PAM)(PAM)解毒解毒（二）可逆性抑制作用（二）可逆性抑制作用1.概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶-底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧丧失失；抑制剂抑制剂可用可用透析、超滤等方法除去。透析、超滤等方法除去。+I IE EI IE+SE+SE+PE+PESESI IS S+ESIESEIPEE1.1.竞争性抑制作用竞争性抑制作用 (1)(1)定义：定义：抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从从而而阻阻碍碍酶酶底底物物复复合合物物的的形形成成，使酶的活性降低。使酶的活性降低。(2)(2)特点特点抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和和力力及底物浓度；及底物浓度；I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶的活性中心；酶的活性中心；动动力力学学特特点点：Vmax不变，不变，Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂1/V1/Sn举例举例 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶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COOHCH2COOH丙二酸丙二酸COOHCH2COOHCH2琥珀酸琥珀酸FHFH2 2还原酶还原酶+S S+S S+ESIEIEESEP2.2.非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 (1)(1)定义：定义：抑制剂不与底物竞争酶的活性中心，抑制剂不与底物竞争酶的活性中心，而是而是与活性中心以外的必需基团相结合与活性中心以外的必需基团相结合，使酶的构象改变而失去活性。使酶的构象改变而失去活性。n特点特点I不不影影响响E与与S结结合合，因因此此Km不不变变；ESI不不能能解解离离产产生生P和和E，所以，所以Vmax降低。降低。动动力力学学特特点点：Vmax降低，降低，Km不变。不变。抑制剂抑制剂1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 E+SE+SE+P E+P ESES+I IESESI I+ESESESIEP3.3.反竞争性抑制反竞争性抑制 抑抑制制剂剂只只能能与与酶酶-底底物物复复合合物物(ES)(ES)结结合合，使使ESES不能分解成产物。不能分解成产物。n特点：特点：抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物复合物结合；物复合物结合；抑抑制制程程度度取取决决与与抑抑制制剂剂的的浓浓度度及及底底物的浓度；物的浓度；动动力力学学特特点点：Vmax降低，降低，Km降低。降低。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 六、激活剂对反应速度的影响六、激活剂对反应速度的影响激活剂激活剂(activator)：1.1.必需激活剂必需激活剂:对酶促反应不可缺少的激活剂对酶促反应不可缺少的激活剂2.2.非必需激活剂非必需激活剂:缺少时酶仍有催化活性的激活剂缺少时酶仍有催化活性的激活剂 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。如金属离子质。如金属离子(Mg(Mg2 2)和小分子化合物和小分子化合物(胆盐胆盐)。第四节第四节酶的调节酶的调节 调节对象：调节对象：催化的反应速度最慢催化的反应速度最慢常催化单向反应常催化单向反应特点：特点：关键酶关键酶:能调节代谢途径的速度和方向的酶能调节代谢途径的速度和方向的酶酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）调节方式：调节方式：变构调节变构调节共价修饰共价修饰变构调节变构调节 ：一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节酶的催化活性，此种调节方式称变构调节（一）变构酶通过变构调节酶的活性（一）变构酶通过变构调节酶的活性变构剂变构剂 ：变构激活剂、变构抑制剂变构激活剂、变构抑制剂一、酶活性的调节一、酶活性的调节变构激活变构激活变构激活变构激活变构抑制变构抑制变构抑制变构抑制 变构酶的变构酶的形形曲线曲线S S S S V V V V 无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂 变构酶不遵守米氏动力学原则变构酶不遵守米氏动力学原则变构酶变构酶 ：能接受变构调节的酶。常为多个亚基构能接受变构调节的酶。常为多个亚基构成的寡聚体，具有成的寡聚体，具有协同效应协同效应。（二）酶的共价修饰调节（二）酶的共价修饰调节某某些些酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上的的一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆的的共共价价结结合合，从从而而改改变变酶酶的的活活性，此过程称为共价修饰。性，此过程称为共价修饰。n共价修饰共价修饰(covalent modification)(covalent modification)酶的共价修饰有级联放大效应酶的共价修饰有级联放大效应 磷酸化与脱磷酸化磷酸化与脱磷酸化（最常见）（最常见）乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化 SHSH与与S SS S互变互变n 常见类型常见类型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 酶原酶原：有些酶在细胞内合成或初分泌时无活有些酶在细胞内合成或初分泌时无活性，此无活性前体称为酶原。性，此无活性前体称为酶原。酶原的激活：酶原的激活：在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。的过程。（三）酶原与酶原的激活（三）酶原与酶原的激活n酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下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S SS SS SS S4646183183甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程酶原激活的意义酶原激活的意义1.避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，使其在特定的部位和环境中发挥作用，保证体使其在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。内代谢正常进行。2.有的酶原可以视为酶的储存形式，在需要有的酶原可以视为酶的储存形式，在需要时转变成有活性的酶，发挥催化作用。时转变成有活性的酶，发挥催化作用。酶原激活的本质酶原激活的本质 是酶的活性中心形成或暴露的过程。是酶的活性中心形成或暴露的过程。二、二、酶含量的调节酶含量的调节（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用诱导作用(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)（二）酶降解的调控（二）酶降解的调控第五节第五节 酶的命名与分类酶的命名与分类一、酶的分类一、酶的分类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)“氧转水，裂异合氧转水，裂异合”1.1.习惯命名法习惯命名法 推荐名称推荐名称(1)(1)依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。(2)(2)依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。(3)(3)综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。2.2.系统命名法系统命名法 系统名称系统名称二、酶的命名二、酶的命名乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27 EC 1.1.1.27第第1 1大类氧化还原酶大类氧化还原酶第第1 1亚类氧化基团亚类氧化基团CHOHCHOH第第1 1亚亚类亚亚类H H受体为受体为NADNAD+该酶在亚亚类中的流水该酶在亚亚类中的流水编号编号六大类中的一类六大类中的一类作用的基团或键的特点作用的基团或键的特点精确表示底物精确表示底物/产物的性质产物的性质序列号序列号酶的分类编号：酶的分类编号：第五节第五节 酶与医学的关系酶与医学的关系酶在临床医学上的应用酶在临床医学上的应用酶与酶与疾病的发生疾病的发生:酶缺陷或酶抑制均能引起疾病。酶缺陷或酶抑制均能引起疾病。酶与酶与疾病的诊断疾病的诊断:血清酶活性的测定对疾病的诊断、血清酶活性的测定对疾病的诊断、治疗评价和预后判断具有重要意义。治疗评价和预后判断具有重要意义。酶与酶与疾病的治疗疾病的治疗:酶可作为药物治疗疾病。酶可作为药物治疗疾病。酶与酶与医学研究医学研究:酶可作为试剂用于临床检验；可作酶可作为试剂用于临床检验；可作为工具用于科学研究。为工具用于科学研究。1.1.酶分子组成，酶蛋白与辅助因子的作用及关系；酶活酶分子组成，酶蛋白与辅助因子的作用及关系；酶活性中心的概念及组成；性中心的概念及组成；2.2.酶与一般化学催化剂相比其共性及特性；酶与一般化学催化剂相比其共性及特性；3.3.米曼氏方程式，米曼氏方程式，KmKm的意义；的意义；4.4.举例说明不可逆性抑制的特点；举例说明不可逆性抑制的特点；5.5.比较竞争性抑制与非竞争性抑制的特点，举例说明竞比较竞争性抑制与非竞争性抑制的特点，举例说明竞争性抑制作用的临床应用；磺胺类药物的抑菌机制；争性抑制作用的临床应用；磺胺类药物的抑菌机制；6.6.酶活性调节的主要方式和特点；酶活性调节的主要方式和特点；7.7.以胰蛋白酶原激活为例，说明酶原激活的实质、机制以胰蛋白酶原激活为例，说明酶原激活的实质、机制与生物学意义；与生物学意义；8.8.同工酶的概念及应用。同工酶的概念及应用。小小 结结1.1.关于酶的正确论述是关于酶的正确论述是 A.A.酶的活性不可调节酶的活性不可调节 B.B.所有酶的催化反应都是单向反应所有酶的催化反应都是单向反应 C.C.单体酶具有四级结构单体酶具有四级结构 D.D.酶的活性中心只能与底物结合酶的活性中心只能与底物结合 E.E.酶活性中心的维持需活性中心外的必需基团酶活性中心的维持需活性中心外的必需基团2.2.关于酶活性中心的叙述哪项是正确的关于酶活性中心的叙述哪项是正确的 A.A.所有酶都有活性中心所有酶都有活性中心 B.B.所有酶活性中心都有辅酶所有酶活性中心都有辅酶 C.C.酶的必需基团都位于活性中心内酶的必需基团都位于活性中心内 D.D.所有抑制剂都作用于酶的活性中心所有抑制剂都作用于酶的活性中心 E.E.所有酶的活性中心都含有金属离子所有酶的活性中心都含有金属离子3.3.酶加速化学反应的根本原因是酶加速化学反应的根本原因是 A.A.降低底物自由能降低底物自由能 B.B.降低反应的自由能变化降低反应的自由能变化 C.C.降低产物自由能降低产物自由能 D.D.降低反应活化能降低反应活化能4.4.唾液淀粉酶经透析后水解淀粉能力显著降低，其主要原因是唾液淀粉酶经透析后水解淀粉能力显著降低，其主要原因是 A.A.酶蛋白变性酶蛋白变性 B.B.失去失去ClCl-C.C.失去辅酶失去辅酶 D.D.酶含量减少酶含量减少 E.E.失去失去MgMg2+2+5.5.酶的特异性常数是酶的特异性常数是 A.Vmax B.Km C.A.Vmax B.Km C.酶的转换数酶的转换数 D.D.最适最适pH E.pH E.最适温度最适温度6.6.心肌中富含的心肌中富含的LDHLDH同工酶是同工酶是 A.LDH A.LDH1 1 B.LDH B.LDH2 2 C.LDH C.LDH3 3 D.LDHD.LDH4 4 E.LDHE.LDH5 57.7.已知某酶已知某酶KmKm值为值为0.05mol/L0.05mol/L，欲使其所催化的反应速率达到最大反应速率的，欲使其所催化的反应速率达到最大反应速率的80%80%时，底时，底物浓度应是多少物浓度应是多少 A.0.04mol/L B.0.05mol/L C.0.1mol/L A.0.04mol/L B.0.05mol/L C.0.1mol/L D.0.2mol/LD.0.2mol/L E.0.8mol/LE.0.8mol/L8.8.酶竞争性抑制作用的特点是酶竞争性抑制作用的特点是 A.Km A.Km,Vmax,Vmax不变不变 B.Km,Vmax C.Km B.Km,Vmax C.Km不变不变,Vmax,Vmax D.KmD.Km,Vmax,Vmax E.KmE.Km,Vmax ,Vmax 9.9.下列不是别构酶的特点下列不是别构酶的特点 A.A.别构酶常由多亚基构成别构酶常由多亚基构成 B.B.限速酶多受别构调节限速酶多受别构调节 C.C.别构剂与酶结合是可逆的别构剂与酶结合是可逆的 D.D.反应遵守米氏动力学原则反应遵守米氏动力学原则 END
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