生物化學(xué)和分子生物學(xué)：第3章酶

1、第三章第三章 酶酶(enzyme) 酶的概念：酶的概念： 單體酶單體酶（monomeric enzyme） 由一條多肽鏈組成，只具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的酶。由一條多肽鏈組成，只具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的酶。 如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。 寡聚酶寡聚酶（oligomeric enzyme） 由多條相同或不同的由多條相同或不同的亞基亞基以非共價(jià)鍵連接以非共價(jià)鍵連接組成組成 的的酶。酶。 一、一、 酶的分子組成酶的分子組成 多酶復(fù)合物多酶復(fù)合物（multienzyme complex），）， 或稱或稱多酶體系多酶體系（multienzyme system） 由催化不

2、同化學(xué)反應(yīng)的多種酶組成的寡聚酶。由催化不同化學(xué)反應(yīng)的多種酶組成的寡聚酶。 如：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物如：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物 同工酶同工酶（isoenzyme，isozyme） 催化相同化學(xué)反應(yīng)但亞基種類不盡相同的一組酶。催化相同化學(xué)反應(yīng)但亞基種類不盡相同的一組酶。 多功能酶多功能酶（multifunctional enzyme） 或稱或稱串聯(lián)酶串聯(lián)酶（tandem enzyme） 一些多酶體系在進(jìn)化過(guò)程中由于基因的融合，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。酶稱為多功能酶。 如：哺乳動(dòng)物脂肪酸如：

3、哺乳動(dòng)物脂肪酸 （一）結(jié)構(gòu)組成僅含氨基酸組分的酶稱為單純酶（一）結(jié)構(gòu)組成僅含氨基酸組分的酶稱為單純酶 有些酶其分子結(jié)構(gòu)僅由氨基酸組成，沒(méi)有輔有些酶其分子結(jié)構(gòu)僅由氨基酸組成，沒(méi)有輔 助因子。這類酶稱為助因子。這類酶稱為單純酶單純酶（simple enzyme）。）。 如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖 核酸酶等。核酸酶等。 一、酶的分子組成中常含有輔助因子一、酶的分子組成中常含有輔助因子 （二）結(jié)構(gòu)組成中既含氨基酸組分又含非氨（二）結(jié)構(gòu)組成中既含氨基酸組分又含非氨 基酸組分的酶稱為結(jié)合酶基酸組分的酶稱為結(jié)合酶 結(jié)合酶結(jié)合酶（conjugated enzy

4、me）是除了在其組）是除了在其組 成中含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，還含有成中含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，還含有 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分 蛋白質(zhì)部分：酶蛋白蛋白質(zhì)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(jī)化合物小分子有機(jī)化合物 全酶全酶 (holoenzyme) 決定反應(yīng)的特異性及其催化機(jī)制決定反應(yīng)的特異性及其催化機(jī)制 決定反應(yīng)的性決定反應(yīng)的性 質(zhì)和反應(yīng)類型質(zhì)和反應(yīng)類型 輔助因子分類輔助因子分類 （按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度） 輔酶輔酶 (coenzyme): 與酶蛋白結(jié)合與酶蛋白結(jié)合疏松

5、，可用疏松，可用透析或超濾的透析或超濾的 方法除去。方法除去。 輔基輔基 (prosthetic group): 與酶蛋白結(jié)合與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用緊密，不能用透析或超透析或超 濾的方法除去濾的方法除去。 一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子有機(jī)化合物是重一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子有機(jī)化合物是重 要的輔酶或輔基。要的輔酶或輔基。 輔酶在反應(yīng)過(guò)程中可與多種酶蛋白結(jié)合，輔酶在反應(yīng)過(guò)程中可與多種酶蛋白結(jié)合， 作為底物在不同的酶之間作為底物在不同的酶之間傳遞電子、質(zhì)子或化傳遞電子、質(zhì)子或化 學(xué)基團(tuán)學(xué)基團(tuán)。 輔基在反應(yīng)中不能離開(kāi)與其結(jié)合的酶蛋白。輔基在反應(yīng)中不能離開(kāi)與其結(jié)合的酶蛋白。 輔酶或輔基輔酶或輔基縮寫(xiě)縮寫(xiě)轉(zhuǎn)移的基團(tuán)

6、轉(zhuǎn)移的基團(tuán)所含的維生素所含的維生素 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 （輔酶（輔酶I） NAD+H+，電子，電子煙酰胺（維生煙酰胺（維生 素素PP） 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 磷酸（輔酶磷酸（輔酶II） NADP+H+，電子，電子煙酰胺（維生煙酰胺（維生 素素PP） 黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸FAD氫原子氫原子維生素維生素B2 焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素TPP醛基醛基維生素維生素B1 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基氨基維生素維生素B6 輔酶輔酶ACoA?；；核岱核?生物素生物素二氧化碳二氧化碳 生物素生物素 四氫葉酸四氫葉酸FH4一碳單位一碳單位葉酸葉酸 輔酶輔酶

7、B12氫原子，烷基氫原子，烷基維生素維生素B12 小分子有機(jī)化合物輔酶（輔基）的種類與作用小分子有機(jī)化合物輔酶（輔基）的種類與作用 金屬酶金屬酶(metalloenzyme) 金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過(guò)程中不易丟失。金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過(guò)程中不易丟失。 金屬激活酶金屬激活酶(metal-activated enzyme) 金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚 緊密。緊密。 金屬離子的作用金屬離子的作用 穩(wěn)定酶的穩(wěn)定酶的構(gòu)象、活性中心；構(gòu)象、活性中心； 參與催化反應(yīng)，傳遞電子；參與催化反應(yīng)，傳遞電子； 在酶與底物間起橋梁作用；在酶與底物間起

8、橋梁作用； 中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。 金屬酶和金屬激活酶金屬酶和金屬激活酶 酶分子中能與酶分子中能與 底物特異地結(jié)合并底物特異地結(jié)合并 催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn) 物的區(qū)域。物的區(qū)域。 酶的活性中心酶的活性中心 （active center） 溶菌酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)溶菌酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu) 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 酶的活性中心是酶分子中具有三維結(jié)構(gòu)的很小區(qū)域酶的活性中心是酶分子中具有三維結(jié)構(gòu)的很小區(qū)域 組成酶活性中組成酶活性中 心的必需基團(tuán)在心的必需基團(tuán)在一一 級(jí)

9、結(jié)構(gòu)上可能相距級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距 很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，但在形成，但在形成三三 級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)相互接近級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)相互接近， 形成具有三維結(jié)構(gòu)形成具有三維結(jié)構(gòu) 的區(qū)域，且多是酶的區(qū)域，且多是酶 分子中的裂隙或凹分子中的裂隙或凹 陷所形成的疏水口陷所形成的疏水口 袋。袋。 溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心 *必需基團(tuán)必需基團(tuán)（essential group ）： binding groupbinding group catalytic groupcatalytic group 與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)。與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)。 底底 物物 活性中心以活性中心以 外的必需基團(tuán)外的必需基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán) 催化基團(tuán)催化基團(tuán)

10、 活性中心活性中心 胰凝乳蛋白酶的空間結(jié)構(gòu)胰凝乳蛋白酶的空間結(jié)構(gòu) 三、三、 同工酶同工酶(isoenzyme) 根據(jù)國(guó)際生化學(xué)會(huì)的建議，同工酶是由不同基根據(jù)國(guó)際生化學(xué)會(huì)的建議，同工酶是由不同基 因編碼的多肽鏈，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不因編碼的多肽鏈，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不 同同mRNAmRNA所翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。所翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。 同工酶存在于同一種屬或同一個(gè)體的不同組織同工酶存在于同一種屬或同一個(gè)體的不同組織 或同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，它使不同的或同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，它使不同的 組織、器官和不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有不同的代組織、器官和不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有不

11、同的代 謝特征。這為同工酶用來(lái)診斷不同器官的疾病謝特征。這為同工酶用來(lái)診斷不同器官的疾病 提供了理論依據(jù)。提供了理論依據(jù)。 乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶 同工酶在生物體中的分布與表達(dá)具有時(shí)空特異性同工酶在生物體中的分布與表達(dá)具有時(shí)空特異性 同工酶同工酶存在于同一種屬的不同個(gè)體，同一個(gè)體存在于同一種屬的不同個(gè)體，同一個(gè)體 的不同組織、同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以及同的不同組織、同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以及同 一組織、細(xì)胞的不同發(fā)育階段。一組織、細(xì)胞的不同發(fā)育階段。 LDH同工酶同工酶紅細(xì)胞紅細(xì)胞白細(xì)胞白細(xì)胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺腎腎肝肝脾脾 LDH1 （H4）431227.1

12、0731443210 LDH2 （H3M）444934.70243444425 LDH3（H2M2）123320.95335121110 LDH4 （HM3）1611.7160512720 LDH5 （M4）005.7790120565 人體各組織器官人體各組織器官LDH同工酶譜（活性同工酶譜（活性%） 檢測(cè)組織器官同工酶的變化有重要的臨床意義檢測(cè)組織器官同工酶的變化有重要的臨床意義 l在代謝調(diào)節(jié)上起著重在代謝調(diào)節(jié)上起著重 要的作用；要的作用； l用于解釋發(fā)育過(guò)程中用于解釋發(fā)育過(guò)程中 階段特有的代謝特征；階段特有的代謝特征； l同工酶譜的改變有助同工酶譜的改變有助 于對(duì)疾病的診斷；于對(duì)疾病的診

13、斷； l同工酶可以作為遺傳同工酶可以作為遺傳 標(biāo)志，用于遺傳分析研究。標(biāo)志，用于遺傳分析研究。 心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化同工酶譜的變化 1 1 酶酶 活活 性性 心肌梗死酶譜心肌梗死酶譜 正常酶譜正常酶譜 肝病酶譜肝病酶譜 2 23 34 45 5 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 一、一、 酶促反應(yīng)的特點(diǎn)酶促反應(yīng)的特點(diǎn) （二）（二） 酶作用的特點(diǎn)：酶作用的特點(diǎn)： 1. 1.酶的效率：活化能的降低可使反應(yīng)速率呈指數(shù)上升酶的效率：活化能的降低可使反應(yīng)速率呈指數(shù)上升 化學(xué)反應(yīng)速率與自由能變化

14、的關(guān)系化學(xué)反應(yīng)速率與自由能變化的關(guān)系 dS kBT V = = S e G*/RT dt h S代表底物（代表底物（substrate）濃度）濃度 kB是玻爾茨曼常數(shù)（是玻爾茨曼常數(shù)（Boltzmann constant）（）（1.381 10 23JK-1） h是普朗克常數(shù)（是普朗克常數(shù)（Planck constant）（）（6.626 10 34J.s） G*代表反應(yīng)的活化能代表反應(yīng)的活化能 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)活化能降低在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)活化能降低1倍，反應(yīng)速倍，反應(yīng)速 率可提高約率可提高約5000倍，呈現(xiàn)指數(shù)上升。倍，呈現(xiàn)指數(shù)上升。 一般講，酶的催化效率比非催化反應(yīng)高一般講，酶的催化效率比非

15、催化反應(yīng)高105 1017倍倍 酶的催化效率可用酶的酶的催化效率可用酶的轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù) (turnover number) 來(lái)表示。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是指在酶被底來(lái)表示。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是指在酶被底 物飽和的條件下，每個(gè)酶分子每秒鐘將底物物飽和的條件下，每個(gè)酶分子每秒鐘將底物 轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的分子數(shù)。轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的分子數(shù)。 2. 酶對(duì)底物有高度的選擇性酶對(duì)底物有高度的選擇性 酶的酶的特異性或?qū)Ｒ恍蕴禺愋曰驅(qū)Ｒ恍裕╯pecificity） 酶對(duì)其所催化的底物和反應(yīng)類型具有嚴(yán)格的酶對(duì)其所催化的底物和反應(yīng)類型具有嚴(yán)格的 選擇性，一種酶只作用于一種化合物，或一類化選擇性，一種酶只作用于一種化合物，或一類化 學(xué)鍵，催化一定的

16、化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn) 物的現(xiàn)象。物的現(xiàn)象。 （一）有的酶對(duì)其底物和反應(yīng)類型具有極其（一）有的酶對(duì)其底物和反應(yīng)類型具有極其 嚴(yán)格的選擇性嚴(yán)格的選擇性 有的酶僅對(duì)一種特定結(jié)構(gòu)的底物起催化作有的酶僅對(duì)一種特定結(jié)構(gòu)的底物起催化作 用，產(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。酶對(duì)底物的這用，產(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。酶對(duì)底物的這 種極其嚴(yán)格的選擇性稱為種極其嚴(yán)格的選擇性稱為絕對(duì)特異性（絕對(duì)特異性（absolute specificity）。）。 脲酶僅水解尿素，對(duì)甲基尿素則無(wú)反應(yīng)。脲酶僅水解尿素，對(duì)甲基尿素則無(wú)反應(yīng)。 有些有些酶僅對(duì)底物分子的某種構(gòu)型起催化作用酶僅對(duì)底物分子

17、的某種構(gòu)型起催化作用 酶對(duì)立體構(gòu)型所具有的特異性要求稱為酶對(duì)立體構(gòu)型所具有的特異性要求稱為 立體異構(gòu)特異性立體異構(gòu)特異性（stereospecificity） 延胡索酸酶僅對(duì)延胡索酸延胡索酸酶僅對(duì)延胡索酸( (反丁烯二酸反丁烯二酸) )起起 催化作用，將其加水生成蘋(píng)果酸，對(duì)順丁烯催化作用，將其加水生成蘋(píng)果酸，對(duì)順丁烯 二酸則無(wú)作用二酸則無(wú)作用 （二）多數(shù)酶具有相對(duì)特異性（二）多數(shù)酶具有相對(duì)特異性 多數(shù)酶可對(duì)一類化合物或一種化學(xué)鍵起催多數(shù)酶可對(duì)一類化合物或一種化學(xué)鍵起催 化作用，這種對(duì)底物分子不太嚴(yán)格的選擇性稱化作用，這種對(duì)底物分子不太嚴(yán)格的選擇性稱 為為相對(duì)特異性（相對(duì)特異性（relative

18、 specificity）。）。 脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡(jiǎn)單的酯。脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡(jiǎn)單的酯。 胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴 氨酸）的羧基所形成的肽鍵。氨酸）的羧基所形成的肽鍵。 人體內(nèi)有多種蛋白激酶，它們均催化底物蛋白質(zhì)人體內(nèi)有多種蛋白激酶，它們均催化底物蛋白質(zhì) 絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化 二、二、酶通過(guò)促進(jìn)底物形成過(guò)渡態(tài)而提高反應(yīng)速率酶通過(guò)促進(jìn)底物形成過(guò)渡態(tài)而提高反應(yīng)速率 降低反應(yīng)的活化能降低反應(yīng)的活化能 (activation energy) 活化能活化能: 底物分子從底物分子從 初

19、態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所 需的能量。需的能量。 反應(yīng)總能量改變反應(yīng)總能量改變 非催化反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能 酶促反應(yīng)酶促反應(yīng) 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催 化反應(yīng)的活化能化反應(yīng)的活化能 能能 量量 反反 應(yīng)應(yīng) 過(guò)過(guò) 程程 底物底物 產(chǎn)物產(chǎn)物 酶促反應(yīng)活化能的改變酶促反應(yīng)活化能的改變 酶的活性中心對(duì)底物具有高度的特異性酶的活性中心對(duì)底物具有高度的特異性 酶活性中心與底物結(jié)合時(shí)，發(fā)生構(gòu)象改變，酶活性中心與底物結(jié)合時(shí)，發(fā)生構(gòu)象改變， 相互誘導(dǎo)契合，增加與底物的互補(bǔ)性相互誘導(dǎo)契合，增加與底物的互補(bǔ)性 大多數(shù)情況下底物與酶活性中心最初的結(jié)合是非共價(jià)大多數(shù)情況下底物與酶活性中心最初

20、的結(jié)合是非共價(jià) 性的性的 氫鍵氫鍵 離子鍵離子鍵 疏水鍵疏水鍵 van der Waalsvan der Waals力力 1 1酶與底物結(jié)合時(shí)相互誘導(dǎo)發(fā)生構(gòu)象改變酶與底物結(jié)合時(shí)相互誘導(dǎo)發(fā)生構(gòu)象改變 誘導(dǎo)契合假說(shuō)（誘導(dǎo)契合假說(shuō)（induced-fit hypothesis） 酶酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物 E + S E + P ES 酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、 相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過(guò)相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過(guò) 程稱為酶程稱為酶- -底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說(shuō)底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說(shuō) 羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式 底

21、物底物 Induced fit in hexokinase. （果糖激酶）（果糖激酶） (a)Hexokinase has a U- shaped structure (PDB ID 2YHX). (b)The ends pinch toward each other in a conformational change induced by binding of D- glucose (red) (derived from PDB ID 1HKG and PDB ID 1GLK). 形成酶形成酶- -底物過(guò)渡態(tài)復(fù)合物過(guò)程中釋放結(jié)合能底物過(guò)渡態(tài)復(fù)合物過(guò)程中釋放結(jié)合能 底物與酶的活性中心相互誘導(dǎo)

22、契合形成過(guò)渡態(tài)底物與酶的活性中心相互誘導(dǎo)契合形成過(guò)渡態(tài) 化合物，過(guò)渡態(tài)與酶的活性中心以次級(jí)鍵化合物，過(guò)渡態(tài)與酶的活性中心以次級(jí)鍵( (氫鍵、離氫鍵、離 子鍵、疏水鍵子鍵、疏水鍵) )相結(jié)合，這一過(guò)程是釋能反應(yīng)，所釋相結(jié)合，這一過(guò)程是釋能反應(yīng)，所釋 放的能量稱為放的能量稱為結(jié)合能結(jié)合能( (binding energy) )。 結(jié)合能可以抵消一部分活化能，是酶反應(yīng)降低結(jié)合能可以抵消一部分活化能，是酶反應(yīng)降低 活化能的主要能量來(lái)源?；罨艿闹饕芰縼?lái)源。 酶不能使底物形成過(guò)渡態(tài)，則沒(méi)有結(jié)合能的釋酶不能使底物形成過(guò)渡態(tài)，則沒(méi)有結(jié)合能的釋 放，也就不能催化反應(yīng)的進(jìn)行。放，也就不能催化反應(yīng)的進(jìn)行。 2

23、2、鄰近效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、定向排列和表面效應(yīng)有利于底物、定向排列和表面效應(yīng)有利于底物 形成過(guò)渡態(tài)形成過(guò)渡態(tài) 鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)（proximity effect）和）和定向排列定向排列 （orientation arrange）將分子間的反應(yīng)變成類）將分子間的反應(yīng)變成類 似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率顯著提高。似分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)速率顯著提高。 在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)有很大的優(yōu)越性，此在疏水環(huán)境中進(jìn)行酶反應(yīng)有很大的優(yōu)越性，此 現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)表面效應(yīng)（surface effect）。）。 酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水酶的活性中心多位于其分子內(nèi)部的疏水“口袋口袋” 中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部

24、的疏水環(huán)境中進(jìn)行。疏水中，酶反應(yīng)在酶分子內(nèi)部的疏水環(huán)境中進(jìn)行。疏水 環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（環(huán)境可使底物分子脫溶劑化（desolvationdesolvation），排除周），排除周 圍大量水分子對(duì)酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾性圍大量水分子對(duì)酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾性 吸引或排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底物吸引或排斥，防止二者之間形成水化膜，利于底物 和酶分子之間的直接密切接觸和相互結(jié)合。和酶分子之間的直接密切接觸和相互結(jié)合。 3 3、 表面效應(yīng)表面效應(yīng)（surface effect） The Kinetics of Enzymatic Reactions q概念：研究各種因素對(duì)概

25、念：研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速度酶促反應(yīng)速度的影響，的影響， 并加以定量的闡述。并加以定量的闡述。 q影響因素包括有：影響因素包括有： 酶濃度、底物濃度、酶濃度、底物濃度、pH、溫度、溫度、 抑制劑、激活劑等。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。研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定。 一、一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響 研究前提：研究前提： v 在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì) 反應(yīng)速度的影響呈反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系矩形雙曲線關(guān)系。 當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)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)速度與

26、底物濃度成正比； 反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。 隨著底物濃度的增高：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)速度不再成正比例加速； 反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。 當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度當(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)速度不再增加，達(dá)最大速度； 反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng) 單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)； 酶促反應(yīng)速率一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用酶促反應(yīng)速率一般在規(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)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；表示； 反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗量很小反應(yīng)速率取其初速率，即底

27、物的消耗量很小 （一般在（一般在5以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速率以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速率 底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物 （一）米曼氏方程式的推導(dǎo)（一）米曼氏方程式的推導(dǎo) v推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)：推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)： 1. 1.E E與與S S形成形成ESES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)而復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)而ESES 分解為分解為E E及及P P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于 慢反應(yīng)即慢反應(yīng)即 Vk3ES (1) 2. 2.S S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E E的總濃度，因此在反應(yīng)的的總濃度，因此在反應(yīng)的 初始階段，初始階段，S S的濃度可

28、認(rèn)為不變即的濃度可認(rèn)為不變即SSt 推導(dǎo)過(guò)程：推導(dǎo)過(guò)程： Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度 一半時(shí)的底物濃度，單位是一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。 2Km是酶的特征性常數(shù)是酶的特征性常數(shù) 在酶的結(jié)構(gòu)、溶液在酶的結(jié)構(gòu)、溶液pH、溫度等條件不變的情、溫度等條件不變的情 況下，酶促反應(yīng)底物的況下，酶促反應(yīng)底物的Km不因反應(yīng)中酶濃度的改不因反應(yīng)中酶濃度的改 變而不同。變而不同。 同一酶對(duì)其所催化的不同底物有不同的同一酶對(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不同酶對(duì)同一底物也有其各自的Km Km的范圍多在的范圍多在10-610-2mol

29、/L之間。之間。 6.0 10 3己己-N-乙酰乙酰2葡萄糖胺葡萄糖胺 溶菌酶溶菌酶 2.5 10 2H2O2 過(guò)氧化氫酶過(guò)氧化氫酶 4.0 10 3D-乳糖乳糖 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 2.5 10 3N-苯甲酰酪氨酰胺苯甲酰酪氨酰胺 1.08 10 1甘氨酰酪氨酰甘氨酸甘氨酰酪氨酰甘氨酸 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 2.6 10 2HCO3 碳酸酐酶碳酸酐酶 1.5 10 3 D-D-果糖果糖 5 10 5 D-D-葡萄糖葡萄糖 4 10 4ATP 己糖激酶（腦）己糖激酶（腦） Km（mol/L） 底物底物 酶酶 一些酶的底物的一些酶的底物的Km 3Km在一定條件下可表示酶對(duì)底物的親和力在一

30、定條件下可表示酶對(duì)底物的親和力 k1 Km = k2 + k3 當(dāng)當(dāng)k3 E2 E3。從圖中可。從圖中可 知，知， E的變化不影響酶促反應(yīng)的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，：反應(yīng)速率對(duì)酶濃度作圖，V與與E呈直線關(guān)系。呈直線關(guān)系。 三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響三、溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響 q雙重影響：雙重影響： 溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高； 酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),溫度升高，可引起酶的變性，從溫度升高，可引起酶的變性，從 而反應(yīng)速度降低而反應(yīng)速度降低 。 q 最適溫度最適溫度 （optimum temperatureoptimum tempe

31、rature）：）： 酶促反應(yīng)速度最快時(shí)酶促反應(yīng)速度最快時(shí) 的環(huán)境溫度的環(huán)境溫度 l哺乳動(dòng)物組織中酶的最適溫度哺乳動(dòng)物組織中酶的最適溫度 多在多在35354040之間之間 lTaqTaq DNA DNA聚合酶最適溫度為聚合酶最適溫度為 7272 * * 低溫的應(yīng)用低溫的應(yīng)用 一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不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)。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保存酶和菌種等生物制品 低溫麻醉低溫麻醉 四、四、 pH對(duì)反應(yīng)速度的影響對(duì)反應(yīng)速度的影響 q最適最適pH：酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境酶催化活性最大時(shí)的

32、環(huán)境pH 胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 膽堿酯酶膽堿酯酶 體內(nèi)酶的最適體內(nèi)酶的最適 pH多在多在6.58之間。之間。 胃蛋白酶的最適胃蛋白酶的最適pH為為1.8 精氨酸酶的最適精氨酸酶的最適pH為為9.8 最適最適pH不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃 度、緩沖液種類與濃度、以及酶純度等因度、緩沖液種類與濃度、以及酶純度等因 素的影響。素的影響。 五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響 區(qū)別于酶的變性：區(qū)別于酶的變性： 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 inhibi

33、tion）：）： 競(jìng)爭(zhēng)性抑制；競(jìng)爭(zhēng)性抑制； 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制；非競(jìng)爭(zhēng)性抑制； 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制；反競(jìng)爭(zhēng)性抑制； (一一) 不能通過(guò)透析、超濾或稀釋不能通過(guò)透析、超濾或稀釋 等方法將其除去。等方法將其除去。 有機(jī)磷化合物有機(jī)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) 一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上一些酶活性中心的催化基團(tuán)是絲氨酸殘基上 的的羥基羥基，這些酶稱為，這些酶稱為羥基酶羥基酶。 如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶 RO RO P O X +

34、HOE RO RO P O OE + HX 有機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物羥基酶羥基酶失活的酶失活的酶酸酸 CH3 CH N+ HON RO P RO O OE + N RO P RO O OCH CH3 N+EOH 解磷定解磷定 失活的酶失活的酶 有機(jī)磷有機(jī)磷- -解磷定復(fù)合物解磷定復(fù)合物 活化的酶活化的酶 半胱氨酸殘基上的半胱氨酸殘基上的巰基巰基是許多酶的必需基團(tuán)。是許多酶的必需基團(tuán)。 低濃度的重金屬離子低濃度的重金屬離子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等等)及及As3+ 等可與等可與巰基酶巰基酶分子中的巰基結(jié)合，使酶失活。分子中的巰基結(jié)合，使酶失活。 Cl As Cl CHCHCl + E SH

35、 SH E S As S CHCHCl + 2HCl 路易士氣路易士氣巰基酶巰基酶失活的酶失活的酶酸酸 E S S AsCHCHCl+ CH2SH CHSH CH2OH E SH SH + CH2S CHS CH2OH AsCHCHCl 失活的酶失活的酶BAL巰基酶巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物與砷劑結(jié)合物 1 1競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心 有競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在的米氏方程式有競(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)方程式是雙倒數(shù)方程式是 Vmax Km S V 1 = 1 Vm ax 1 +(1 + I k

36、i ) 反應(yīng)模式反應(yīng)模式 + E + S ESE + P I EI ki k1 k 2 k 3 VS max V I K(1) S m Ki i K I111 m (1) VVKSV maxmax 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用V對(duì)對(duì)S的雙倒數(shù)作圖的雙倒數(shù)作圖 * * 特點(diǎn)特點(diǎn) b)b) 抑制程度取決抑制程度取決 于抑制劑與酶于抑制劑與酶 的相對(duì)親和力的相對(duì)親和力 及底物濃度；及底物濃度； a) I與與S結(jié)構(gòu)類似，結(jié)構(gòu)類似， 或部分相似，或部分相似， 競(jìng)爭(zhēng)酶的活性競(jìng)爭(zhēng)酶的活性 中心；中心； c) 動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)： Vmax不變，表不變，表 觀觀Km增大。增大。 I 1 V 1 S 0 K

37、m 1 Km 1 (1+ ) I ki V max 1 * * 舉例舉例 丙二酸丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶 COOH CH2 CH2 COOH 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 磺胺類藥物的抑菌機(jī)制磺胺類藥物的抑菌機(jī)制 與與對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成酶 二氫蝶呤啶二氫蝶呤啶 對(duì)氨基苯甲酸對(duì)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 胺胺 類類 藥藥 物物 有些抑制劑與酶活性中

38、心外的必需基團(tuán)相有些抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)相 結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，酶和底物的結(jié)結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，酶和底物的結(jié) 合也不影響酶與抑制劑的結(jié)合。底物和抑制劑合也不影響酶與抑制劑的結(jié)合。底物和抑制劑 之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。但酶之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。但酶-底物底物-抑制劑復(fù)合物抑制劑復(fù)合物 (ESI)不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。這種抑制作用稱不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。這種抑制作用稱 作作非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。 2.2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑結(jié)合活性中心之外的調(diào)節(jié)位點(diǎn)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑結(jié)合活性中心之外的調(diào)節(jié)位點(diǎn) n反應(yīng)模式反應(yīng)模式 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的米氏方程式的雙倒數(shù)形式非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的米氏方程式的雙倒數(shù)形

39、式 V max Km S V 1 = 1 V max 1 +(1 + I k i )(1 + I k i ) * * 特點(diǎn)特點(diǎn)a) a) 抑制劑與酶活性中抑制劑與酶活性中 心外的必需基團(tuán)結(jié)心外的必需基團(tuán)結(jié) 合，底物與抑制劑合，底物與抑制劑 之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系； b)b) 抑制程度取決于抑抑制程度取決于抑 制劑的濃度；制劑的濃度； c) 動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax 降低，表觀降低，表觀Km不變。不變。 I 1 V 1 SK m 1 (1+ ) I k i Vmax 1 Vmax 0 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用V V對(duì)對(duì)SS的雙倒數(shù)作圖的雙倒數(shù)作圖 抑制劑僅與酶和底物形成的

40、中間產(chǎn)物抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物(ES) 結(jié)合，使中間產(chǎn)物結(jié)合，使中間產(chǎn)物ES的量下降。這樣，既減少的量下降。這樣，既減少 從中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時(shí)減少?gòu)闹袕闹虚g產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時(shí)減少?gòu)闹?間產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作間產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作 用稱為用稱為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的米氏方程式的雙倒數(shù)形式反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的米氏方程式的雙倒數(shù)形式 Vmax Km SV 1 = 1 Vmax 1 +(1 + I k i ) I 1 V 1 S Km 1 (1+ ) I k i Vmax 1 Vmax 0 (1+ ) I

41、k i Km 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用V V對(duì)對(duì)SS的雙倒數(shù)作圖的雙倒數(shù)作圖 * * 特點(diǎn)：特點(diǎn)： a) a) 抑制劑只與酶抑制劑只與酶- -底底 物復(fù)合物結(jié)合；物復(fù)合物結(jié)合； b)b) 抑制程度取決于抑抑制程度取決于抑 制劑的濃度及底物制劑的濃度及底物 的濃度；的濃度； c) 動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax 降低，表觀降低，表觀Km降低。降低。 各種可逆性抑制作用的比較各種可逆性抑制作用的比較 動(dòng)力學(xué)參數(shù)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 表觀表觀K Km m K Km m 增大增大不變不變減小減小 最大速度最大速度V Vmax max 不變不變降低降低降低降低 林林- -貝氏作圖貝氏作圖 斜率斜率K K

42、m m/ / V Vmax max 增大增大增大增大不變不變 縱軸截距縱軸截距1/1/V V maxmax 不變不變?cè)龃笤龃笤龃笤龃?橫軸截距橫軸截距- -1/1/K K mm 增大增大不變不變減小減小 與與I I結(jié)合的組分結(jié)合的組分E EE E、ESESESES 作用特征作用特征無(wú)抑制劑無(wú)抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制 酶的激活劑（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)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（必需激活劑（essential activator） 為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測(cè)不到酶

43、的活性。為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測(cè)不到酶的活性。 MgMg2+ 2+為 為己糖激酶己糖激酶的必需激活劑的必需激活劑 非必需激活劑（非必需激活劑（non-essential activator） 可以提高酶的催化活性，但不是必需的?？梢蕴岣呙傅拇呋钚裕皇潜匦璧?。 ClCl- -對(duì)對(duì)唾液淀粉酶唾液淀粉酶的激活作用的激活作用 酶活性測(cè)定酶活性測(cè)定 ? ? 酶原酶原 (zymogen) 有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是有些酶在細(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)稱為酶原。酶的無(wú)活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。 酶原的激活酶原的激活 在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)在一定條件下，酶原

44、向有活性酶轉(zhuǎn) 化的過(guò)程?；倪^(guò)程。 一些酶只有通過(guò)對(duì)其前一些酶只有通過(guò)對(duì)其前 體剪切后才有活性體剪切后才有活性 酶原激活的原理酶原激活的原理 酶酶 原原 分子構(gòu)象發(fā)生改變分子構(gòu)象發(fā)生改變 形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解 掉一個(gè)或幾個(gè)短肽掉一個(gè)或幾個(gè)短肽 在特定條件下在特定條件下 賴賴?yán)i纈天天天天天天天天 甘甘異異賴賴?yán)i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 腸激酶腸激酶胰蛋白酶胰蛋白酶 胰蛋白酶原的激活過(guò)程胰蛋白酶原的激活過(guò)程 酶原酶原激活因子激活因子激活途徑激活途徑 胃蛋白酶原胃蛋白酶原H

45、 H+ +或胃蛋白酶或胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 + + 六肽六肽 胰蛋白酶原胰蛋白酶原腸激酶、胰蛋白酶腸激酶、胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶 + + 六肽六肽 胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 + 2+ 2個(gè)二肽個(gè)二肽 彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶 + + 幾個(gè)肽段幾個(gè)肽段 羧基肽酶原羧基肽酶原胰蛋白酶胰蛋白酶羧基肽酶羧基肽酶 + + 幾個(gè)肽段幾個(gè)肽段 消化蛋白酶原的激活消化蛋白酶原的激活 酶原激活的生理意義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，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

46、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(nèi)代謝正常進(jìn)行。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?；饔?。 一些代謝物可與某些酶分子一些代謝物可與某些酶分子活性中心外活性中心外的的 某部分可逆地結(jié)合，使某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變酶構(gòu)象改變，從而改變，從而改變 酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。 變構(gòu)酶常為多個(gè)亞基構(gòu)成的寡聚體，具有變構(gòu)酶常為多個(gè)亞基構(gòu)成的寡聚體，具有 協(xié)同效應(yīng)：協(xié)同效應(yīng)： 正協(xié)同效

47、應(yīng)的底正協(xié)同效應(yīng)的底 物濃度物濃度- -反應(yīng)速率曲反應(yīng)速率曲 線為線為S S形曲線形曲線 負(fù)協(xié)同效應(yīng)的底負(fù)協(xié)同效應(yīng)的底 物物- -速率曲線外形類速率曲線外形類 似矩形雙曲線，但不似矩形雙曲線，但不 是矩形雙曲線是矩形雙曲線 （三）（三） 酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié) n共價(jià)修飾共價(jià)修飾(covalent modification)或化學(xué)修飾或化學(xué)修飾 (chemical modification) ： 或化學(xué)修飾或化學(xué)修飾 酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化 -OH Thr Ser Tyr 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 Thr S

48、er Tyr -O-PO32- 酶蛋白酶蛋白 溶酶體的功能溶酶體的功能 一是與食物泡融合，將 細(xì)胞吞噬進(jìn)的食物或致 病菌等大顆粒物質(zhì)消化 成生物大分子，殘?jiān)?過(guò)外排作用排出細(xì)胞； 二是在細(xì)胞分化過(guò)程中， 某些衰老細(xì)胞器和生物 大分子等陷入溶酶體內(nèi) 并被消化掉，這是機(jī)體 自身重新組織的需要。 有很多壽命很短的蛋白，其降解是通過(guò)“泛素蛋白酶體”路徑實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)蛋白會(huì)通過(guò) 共價(jià)鍵與多個(gè)分子組成的泛素多酶系統(tǒng)（UPP系統(tǒng)）結(jié)合而被標(biāo)記為“待降解蛋白”，UPP系 統(tǒng)由泛素激活酶（E1），泛素交聯(lián)酶（E2）及泛素連接酶（E3）組成，UPP的主要成分為泛 素，分子量為8.6kDa。酶E1可以通過(guò)給泛素的C

49、-端半胱氨酸加一個(gè)高能硫酯鍵而將泛素激活， 而被激活的泛素通過(guò)此高能硫酯鍵與酶E2結(jié)合。酶E3最后將泛素轉(zhuǎn)運(yùn)至底物蛋白的活化的賴 氨酸殘基的-氨基上，泛素化的蛋白被運(yùn)送到26S的蛋白酶體而被最終降解，同時(shí)泛素被釋出 并被重新利用。 第五節(jié)第五節(jié) 酶的命名與分類酶的命名與分類 習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法，一般是按酶所催化的底物命名，在，一般是按酶所催化的底物命名，在 其底物英文名詞上加后綴其底物英文名詞上加后綴“ase” ase” 作為酶的名稱。作為酶的名稱。 如：蛋白酶（如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatase） 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)，按酶的分

50、根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)，按酶的分 類對(duì)酶命名類對(duì)酶命名每個(gè)酶都有一個(gè)名稱和一個(gè)編號(hào)每個(gè)酶都有一個(gè)名稱和一個(gè)編號(hào) 編號(hào)中編號(hào)中4 4個(gè)數(shù)字中第個(gè)數(shù)字中第1 1個(gè)數(shù)字是酶的分類號(hào)，第個(gè)數(shù)字是酶的分類號(hào)，第2 2個(gè)數(shù)字代表個(gè)數(shù)字代表 在此類中的亞類，第在此類中的亞類，第3 3個(gè)數(shù)字表示亞個(gè)數(shù)字表示亞- -亞類，第亞類，第4 4個(gè)數(shù)字表示該酶?jìng)€(gè)數(shù)字表示該酶 在亞在亞- -亞類中的序號(hào)。亞類中的序號(hào)。 推薦名稱簡(jiǎn)便而常用推薦名稱簡(jiǎn)便而常用 由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)還由于系統(tǒng)名稱較煩瑣，國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)還 同時(shí)為每一個(gè)酶從常用的習(xí)慣名稱中挑選出一同時(shí)為每一個(gè)酶從常用的習(xí)慣名稱中挑選出一 個(gè)推薦名稱

51、（個(gè)推薦名稱（recommended name） 系統(tǒng)名稱：系統(tǒng)名稱：L-乳酸：乳酸：NAD+氧化還原酶氧化還原酶 推薦名稱：乳酸脫氫酶推薦名稱：乳酸脫氫酶 酶的分類與命名舉例酶的分類與命名舉例 一、一、 酶與疾病的發(fā)生酶與疾病的發(fā)生 二、二、 酶與疾病的診斷酶與疾病的診斷 三、三、 酶與疾病的治療酶與疾病的治療 一、酶與疾病的發(fā)生、臨床診斷與治療一、酶與疾病的發(fā)生、臨床診斷與治療 密切相關(guān)密切相關(guān) （一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān)（一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān) 1 1酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一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??；苯丙氨酸羥

52、化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。酶缺乏引起苯丙酮酸尿癥。 2 2酶活性改變可引起疾病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。胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。 3 3一些疾病可以引起酶活性的改變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。影響血液凝固。 （二）體液中酶的活性可作為某些疾病的診（二）體液中酶的活性可作為某些疾病的診 斷指標(biāo)斷指標(biāo) 2. 2. 惡性腫瘤可因腫瘤組織的增殖加快，其標(biāo)志酶釋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。

53、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。前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。 1. 1. 組織器官損傷可使其組織特異性的酶釋放入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。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。急性肝炎時(shí)，血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性升高。 3. 3. 有些酶的清除和排泄障礙也可造成血清含量升高。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。肝硬化時(shí)血清堿性磷酸酶活性升高。 4. 4. 酶的誘導(dǎo)合成增多也可以從血清中檢測(cè)出來(lái)，用酶的誘導(dǎo)合成增多也可以

54、從血清中檢測(cè)出來(lái)，用 于協(xié)助診斷和預(yù)后判斷。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。膽管阻塞時(shí)膽汁返流可刺激肝合成堿性磷酸酶增多。 偶聯(lián)測(cè)定法不直接涉及原始反應(yīng)的底物或產(chǎn)物偶聯(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，或以此類推，以最后的酶反應(yīng)產(chǎn)物可以直接檢測(cè)為目的。物，或以此類推，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)，

55、間接地這種通過(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)物變化量的方法稱為反映待測(cè)酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物變化量的方法稱為酶偶聯(lián)測(cè)定酶偶聯(lián)測(cè)定 法法（enzyme coupled assay） 外加的酶稱為外加的酶稱為工具酶或輔助酶工具酶或輔助酶（auxiliary enzyme） 產(chǎn)物可直接檢測(cè)的酶稱為產(chǎn)物可直接檢測(cè)的酶稱為指示酶指示酶（indicator enzyme） 丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶 丙氨酸丙氨酸 + + - -酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸 + + 谷氨酸谷氨酸 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 丙酮酸丙酮酸 + NADH + H+ NADH + H+ + 乳酸乳酸

56、 + NAD+ NAD+ + （在（在340nm340nm處有吸收峰）處有吸收峰） （在（在340nm340nm處無(wú)吸收峰）處無(wú)吸收峰） 酶聯(lián)免疫分析測(cè)定蛋白質(zhì)是酶分析的發(fā)展酶聯(lián)免疫分析測(cè)定蛋白質(zhì)是酶分析的發(fā)展 酶聯(lián)免疫分析酶聯(lián)免疫分析又稱又稱酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定 （enzyme-linked immunosorbent assays, ELISA） 是利用酶的快速、靈敏、可定量檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)和是利用酶的快速、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)的一種方法酶與抗體偶連，對(duì)抗

57、原進(jìn)行檢測(cè)的一種方法 常用的方法常用的方法 將辣根過(guò)氧化物酶與抗體偶聯(lián)，通過(guò)顯色測(cè)定將辣根過(guò)氧化物酶與抗體偶聯(lián)，通過(guò)顯色測(cè)定 酶的活性，進(jìn)而計(jì)算出與酶偶聯(lián)抗體所結(jié)合的抗原酶的活性，進(jìn)而計(jì)算出與酶偶聯(lián)抗體所結(jié)合的抗原 的量。的量。 （三）酶與臨床治療有著密切關(guān)系（三）酶與臨床治療有著密切關(guān)系 1 1酶作為藥物用于補(bǔ)充機(jī)體某種酶的不足酶作為藥物用于補(bǔ)充機(jī)體某種酶的不足 消化腺分泌功能不良所致的消化不良可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、胰淀服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀 粉酶等予以糾正。粉酶等予以糾正。 2 2利用酶的催化作用對(duì)某些疾病進(jìn)行針對(duì)性的治療利用酶的催化作用對(duì)某些疾病進(jìn)行針對(duì)性的治療 鏈激酶、尿激酶及纖溶酶等溶解血栓，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。用于治療心、腦血管栓塞等。 3 3許多化學(xué)藥物通過(guò)抑制或激活體內(nèi)某種酶的活性許多化學(xué)藥物通過(guò)抑制或激活體內(nèi)某種酶的活性 對(duì)疾病進(jìn)行治療對(duì)疾病進(jìn)行治療 許多抗代謝藥是按照對(duì)酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制原理許多抗代謝藥是按照對(duì)酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制原理 設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的。 4 4許多抗菌藥物通過(guò)抑制細(xì)菌的某些酶發(fā)揮抑菌作用許多抗菌藥物通過(guò)抑制細(xì)菌的某些酶發(fā)揮抑菌作用 青霉素通過(guò)阻斷細(xì)菌細(xì)胞壁合成過(guò)程中糖肽青霉素通過(guò)阻斷細(xì)菌細(xì)胞壁合成過(guò)程中糖肽 轉(zhuǎn)肽酶