生物化學考研

1、第三章第三章 酶學酶學 主要內容主要內容：介紹酶的概念、作用特點介紹酶的概念、作用特點和分類、命名，討論酶的結構特征和催化和分類、命名，討論酶的結構特征和催化功能以及酶專一性及高效催化的策略，進功能以及酶專一性及高效催化的策略，進而討論影響酶作用的主要因素而討論影響酶作用的主要因素。對酶工程對酶工程和酶的應用作一般介紹。和酶的應用作一般介紹。思考思考目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié) 酶的概念及作用特點酶的概念及作用特點第二節(jié)第二節(jié) 酶的命名和分類酶的命名和分類第三節(jié)第三節(jié) 酶催化作用的結構基礎和酶催化作用的結構基礎和 高效催化的策略高效催化的策略第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應的動力學酶促反應的動力學第五節(jié)第五節(jié)

2、 重要的酶類及酶活性的調控重要的酶類及酶活性的調控第六節(jié)第六節(jié) 酶工程簡介酶工程簡介第一節(jié)第一節(jié) 酶的概念及作用特點酶的概念及作用特點一 、酶及生物催化劑概念的發(fā)展、酶及生物催化劑概念的發(fā)展 極高的催化效率極高的催化效率 高度的專一性高度的專一性 易失活易失活 活性可調控活性可調控 有些酶需輔助因子有些酶需輔助因子四、四、 酶專一性類型酶專一性類型 二、二、 酶作用的特點酶作用的特點三、三、 酶的化學本質酶的化學本質酶及生物催化劑概念的發(fā)展酶及生物催化劑概念的發(fā)展克隆酶、遺傳修飾酶克隆酶、遺傳修飾酶蛋白質工程新酶蛋白質工程新酶生物催化劑生物催化劑（biocatalyst）蛋白質類：蛋白質類：

3、enzyme (天然酶、生物工程酶天然酶、生物工程酶)核酸類：核酸類：ribozyme ; deoxyribozyme模擬生物催化劑模擬生物催化劑 酶專一性類型酶專一性類型1 結構專一性結構專一性 概念概念：酶對所催化的分子（底物，酶對所催化的分子（底物，substrate）化化學結構的特殊要求和選擇學結構的特殊要求和選擇 類別類別：絕對專一性絕對專一性和相對專一性和相對專一性2 立體異構專一性立體異構專一性 概念概念：酶除了對底物分子的化學結構有要求外，：酶除了對底物分子的化學結構有要求外，對其立體異構也有一定的要求對其立體異構也有一定的要求 類別類別：旋光異構專一性旋光異構專一性和和幾何異

4、構專一性幾何異構專一性絕對專一性和相對專一性絕對專一性和相對專一性 絕對專一性絕對專一性 有的酶對底物的化學結構要求非常嚴格，有的酶對底物的化學結構要求非常嚴格，只作用于一種底物，不作用于其它任何物質。只作用于一種底物，不作用于其它任何物質。 相對專一性相對專一性 有的酶對底物的化學結構要求比上述有的酶對底物的化學結構要求比上述絕對專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種絕對專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種化學鍵。化學鍵。 1） 鍵專一性鍵專一性 有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵 兩端的基團并無嚴格要求。兩端的基團并無嚴格要求。 2）基團專一性基團專

5、一性 另一些酶，除要求作用于一定的鍵另一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對鍵兩端的基團還有一定要求，往往是對其中一以外，對鍵兩端的基團還有一定要求，往往是對其中一個基團要求嚴格，對另一個基團則要求不嚴格個基團要求嚴格，對另一個基團則要求不嚴格。消化道內幾種蛋白酶的專一性消化道內幾種蛋白酶的專一性（芳香）（芳香）（鹼性）（鹼性）（丙）（丙）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶消化道蛋白酶作用的專一性消化道蛋白酶作用的專一性據(jù)酶分子據(jù)酶分子組成分類組成分類單純蛋白質酶類單純蛋白質酶類結合蛋白質酶類結合蛋白質酶類酶蛋白質酶蛋

6、白質輔助因子輔助因子金屬離子金屬離子金屬有機物金屬有機物小分子有機物小分子有機物據(jù)酶蛋白據(jù)酶蛋白特征分類特征分類單體酶單體酶寡聚酶寡聚酶多酶復合體多酶復合體酶的化學本質及類別酶的化學本質及類別第二節(jié)第二節(jié) 酶的命名和分類（略講）酶的命名和分類（略講）一、一、 命名命名：習慣命名；系統(tǒng)命名習慣命名；系統(tǒng)命名二、二、 國際系統(tǒng)分類法及編號國際系統(tǒng)分類法及編號 *國際生物化學會酶學委員會（國際生物化學會酶學委員會（enzyme commsion）將酶將酶分成六大類：分成六大類：1.氧還原酶類氧還原酶類，2.移換酶類移換酶類，3.水解酶類水解酶類，4.裂合裂合酶類酶類，5.異構酶類異構酶類，6.合成酶

7、類合成酶類 * 每一種酶有一個編號每一種酶有一個編號,如乙醇脫氫酶如乙醇脫氫酶 ec 1. 1. 1. 27 大類大類 亞類亞類 亞亞類亞亞類 序號序號第三節(jié)第三節(jié) 酶催化作用的結構基礎和酶催化作用的結構基礎和 高效催化的策略高效催化的策略一、一、 酶催化的中間產(chǎn)物理論酶催化的中間產(chǎn)物理論二、二、 酶的活性中心酶的活性中心三、三、 酶作用專一性機理酶作用專一性機理四、四、 酶高效催化有關的策略酶高效催化有關的策略酶催化的中間產(chǎn)物理論酶催化的中間產(chǎn)物理論1kse 1kes2kep e+sp+ ees能能量量水水平平反應過程反應過程 g e1 e2 酶（酶（e）與底物（與底物（s）結合生成不穩(wěn)定的

8、中間結合生成不穩(wěn)定的中間物（物（es），），再分解成產(chǎn)再分解成產(chǎn)物（物（p）并釋放出酶，使并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快反應速度。反應速度。二、酶的活性中心二、酶的活性中心1、酶的活性中心和必需基團、酶的活性中心和必需基團 酶分子中直接與底物結合，并和酶催化作用直接有關的區(qū)酶分子中直接與底物結合，并和酶催化作用直接有關的區(qū)域叫酶的活性中心（域叫酶的活性中心（active center）或活性部位（或活性部位（active site），），參與構成酶的活性中心和維持酶的特定構象所必需的基參與構

9、成酶的活性中心和維持酶的特定構象所必需的基團為酶分子的必需基團。團為酶分子的必需基團。實例；胰凝乳蛋白酶（實例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin） 羧肽酶（羧肽酶（ribonuclease）2、酶的活性的研究、酶的活性的研究 活酶的專一性研究活酶的專一性研究 酶分子的化學修飾：差示標記法，親和標記法酶分子的化學修飾：差示標記法，親和標記法 x-射線衍射法射線衍射法asphisser胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶的的活活性性中中心心活性中心重要基團活性中心重要基團: his57 , asp102 , ser195為為tyr 248為為arg 145為為glu 270為底物為底物zn羧肽酶活性中心

10、示意圖羧肽酶活性中心示意圖差差示示標標記記法法圖圖解解rrrrr*a.非差非差示標記示標記b. 差示差示標記標記rrr*r(底物底物)親和標記法親和標記法 根據(jù)酶與底物特異結合的性質，設計或合成一根據(jù)酶與底物特異結合的性質，設計或合成一種含有反應基團的底物類似物作為活性部位基團的種含有反應基團的底物類似物作為活性部位基團的標記試劑。這種試劑象底物一樣進入活性部位，接標記試劑。這種試劑象底物一樣進入活性部位，接近結合位點，并以其活潑的化學基團與活性部位的近結合位點，并以其活潑的化學基團與活性部位的某一基團共價結合，而指示出酶活性部位的特征某一基團共價結合，而指示出酶活性部位的特征。+ x-y 三

11、、酶作用專一性機理三、酶作用專一性機理 鎖鑰學說鎖鑰學說(lock and key th0ery)：將酶的活性中心將酶的活性中心比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心。到酶的活性中心。 誘導契合學說誘導契合學說(induced-fit hypothesis)：酶的活性中酶的活性中心在結構上具柔性，底物接近活性中心時，可誘導酶心在結構上具柔性，底物接近活性中心時，可誘導酶蛋白構象發(fā)生變化，這樣就使使酶活性中心有關基團蛋白構象發(fā)生變化，這樣就使使酶活性中心有關基團正確排列和定向，使之與底物成互補形狀有機的結合正確排列和定向，使之與

12、底物成互補形狀有機的結合而催化反應進行。而催化反應進行。酶專一性的酶專一性的“鎖鑰學說鎖鑰學說”酶專一性的酶專一性的“誘導契合學說誘導契合學說”四、酶高效催化的策略四、酶高效催化的策略 1、 鄰近與定向效應鄰近與定向效應 2、 誘導契合與底物扭曲變形誘導契合與底物扭曲變形 3、 共價催化共價催化 4、 酸鹼催化酸鹼催化 5、微環(huán)境影響、微環(huán)境影響實例實例: lysozyme chymotrypsin carboxypeptidase rnase酶分子中可作為親核基團和酸鹼催化的功能基團酶分子中可作為親核基團和酸鹼催化的功能基團znznglu270tyr248arg145底物底物 羧羧肽肽酶酶結

13、結合合底底物物前前后后構構象象變變化化差差示示標標記記法法圖圖解解rrrrr*a.非差非差示標記示標記b. 差示差示標記標記rrr*r(底物底物)溶菌酶催化的反應溶菌酶催化的反應nag:n-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖nam:n-乙酰氨基葡萄糖乳酸乙酰氨基葡萄糖乳酸 溶菌酶溶菌酶-底物復合物底物復合物abcdef酶切位點酶切位點溶菌酶活性中心與底物結合示意圖溶菌酶活性中心與底物結合示意圖asp52glu35（極性區(qū)）（極性區(qū)）（非極性區(qū)）（非極性區(qū)）溶菌酶底物溶菌酶底物d環(huán)變形模型環(huán)變形模型 溶菌酶催化反應機理溶菌酶催化反應機理c1+非極性區(qū)非極性區(qū)極性區(qū)極性區(qū)ho - e環(huán)環(huán)hh2o（廣義酸

14、堿催化）（廣義酸堿催化） 羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心zn2+的中心作用的中心作用羧肽酶活性中心必需基團與羧肽酶活性中心必需基團與底物間的結合底物間的結合znzn羧羧肽肽酶酶結結合合底底物物前前后后構構象象變變化化羧肽酶活性中心的共價催化機理羧肽酶活性中心的共價催化機理 145羧肽酶活性中心的共價催化機理羧肽酶活性中心的共價催化機理 145 rnase-底物復合物底物復合物rnase活性中心的酸鹼催化機理活性中心的酸鹼催化機理核糖核酸鏈受核糖核酸鏈受rnase水解的位點水解的位點py為嘧啶，為嘧啶，b為嘌呤為嘌呤胰凝乳蛋白酶分子胰凝乳蛋白酶分子中催化三聯(lián)體構象中催化三聯(lián)體構象his57asp1

15、02ser195asp102his57ser195his57102aspser195a.酶分子中的電荷中繼網(wǎng)酶分子中的電荷中繼網(wǎng)b.加上底物后，從加上底物后，從ser轉移一個質子給轉移一個質子給his，帶正電荷的咪唑基通過帶負電荷的帶正電荷的咪唑基通過帶負電荷的asp靜電靜電相互作用被穩(wěn)定相互作用被穩(wěn)定ser195102asphis57底物底物胰凝乳蛋白酶反應的詳細機制（胰凝乳蛋白酶反應的詳細機制（1）結合底物結合底物his57 質子供體質子供體形成共價形成共價es復合物復合物c-n鍵斷裂鍵斷裂底物底物胰凝乳蛋白酶反應的詳細機制（胰凝乳蛋白酶反應的詳細機制（2） 氨基產(chǎn)物釋放氨基產(chǎn)物釋放四面體

16、中間物四面體中間物的瓦解的瓦解水親核攻擊水親核攻擊羧基產(chǎn)物釋放羧基產(chǎn)物釋放h2or-nh2第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應的動力學酶促反應的動力學二、影響酶作用的因素二、影響酶作用的因素 1、酶濃度、酶濃度 2、底物濃度、底物濃度 3、ph 4、 溫度溫度 5、激活劑、激活劑 6、抑制劑、抑制劑一、酶的活力與測定一、酶的活力與測定酶促反應速度的測定與酶的活力單位酶促反應速度的測定與酶的活力單位1、酶促反應速度的測定、酶促反應速度的測定 初速度的概念初速度的概念2、酶活力、酶活力3、酶活力的表示方法酶活力的表示方法4、酶活力測定方法酶活力測定方法：終點法終點法 動力學法動力學法 檢測酶含量及存在，很難直接

17、用酶的檢測酶含量及存在，很難直接用酶的“量量”（質量、體積、（質量、體積、濃度）來表示，而常用酶催化某一特定反應的能力來表示濃度）來表示，而常用酶催化某一特定反應的能力來表示酶量酶量，即用酶的活力表示。，即用酶的活力表示。 酶催化一定化學反應的能力稱酶活力，酶活力通常以最適條酶催化一定化學反應的能力稱酶活力，酶活力通常以最適條件下酶所催化的化學反應的速度來確定。件下酶所催化的化學反應的速度來確定。酶促反應初速度的概念酶促反應初速度的概念斜率斜率=p/ t = v（初速度初速度）pt酶活力測定方法酶活力測定方法 終點法終點法: 酶反應進行到一定時間后終止其反應，酶反應進行到一定時間后終止其反應，

18、再用化學或物理方法測定產(chǎn)物或反應物量的變化。再用化學或物理方法測定產(chǎn)物或反應物量的變化。 動力學法動力學法:連續(xù)測定反應過程中產(chǎn)物連續(xù)測定反應過程中產(chǎn)物底物或輔酶底物或輔酶的變化量，直接測定出酶反應的初速度。的變化量，直接測定出酶反應的初速度。 酶活力的表示方法酶活力的表示方法活力單位活力單位（active unit） 習慣單位（習慣單位（u）: 底物底物(或產(chǎn)物或產(chǎn)物)變化量變化量 / 單位時間單位時間 國際單位（國際單位（iu）: 1mol變化量變化量 / 分鐘分鐘 katal（kat）：）：1mol變化量變化量 / 秒秒比活力比活力=總活力單位總活力單位總蛋白總蛋白mg數(shù)數(shù)= u(或或i

19、u) mg蛋白蛋白量度酶催化能力大小量度酶催化能力大小轉換系數(shù)轉換系數(shù)（kcat） 底物（底物（ mol）/ 秒秒每個酶分子每個酶分子量度酶純度量度酶純度比活力比活力（specific activity）量度轉換效率量度轉換效率2、底物濃度對酶反應速度的影響、底物濃度對酶反應速度的影響 酶反應速度與底物濃度的關系曲線酶反應速度與底物濃度的關系曲線 （michaelismenten曲線）曲線） 米氏方程的提出及推導米氏方程的提出及推導 米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義 米氏常數(shù)的測定米氏常數(shù)的測定單分子酶促反應的米氏方程及單分子酶促反應的米氏方程及km推導推導原則原則：從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照

20、從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照 “穩(wěn)態(tài)平穩(wěn)態(tài)平 衡衡”假說的設想進行推導。假說的設想進行推導。1kse 2kes3kep sksvvmmax132kkkkm米氏方程米氏方程:米氏常數(shù)米氏常數(shù):酶反應速度與底物濃度的關系曲線酶反應速度與底物濃度的關系曲線米米氏氏方方程程的的推推導導 132kkkessesset令令：kmkkk132將將（4）代入代入（3），則，則： sksvvmmax1kes 2kes3kep eset seses生成速度生成速度： sesekvt11，es分解速度分解速度：eskeskv322即即： eskesksesekt321則則： sseseskmte(1)經(jīng)整理得經(jīng)整

21、理得： sksemtes由于酶促反應速度由由于酶促反應速度由es決定，即決定，即eskv22kves，所以所以(2)將將（2）代入代入（1）得得： sksekvmt2 sksekmt2v(3)當酶反應體系處于當酶反應體系處于恒態(tài)恒態(tài)時時：21vv 當當et=es時時，mvv tmekv2(4)所以所以 米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義* 當當v=vmax/2時，時，km=s（ km的單位為濃度單位）的單位為濃度單位）* 是酶在一定條件下的是酶在一定條件下的特征物理常數(shù)特征物理常數(shù)，通過測定，通過測定km的的數(shù)值，可鑒別酶。數(shù)值，可鑒別酶。* 可近似表示酶和底物親合力，可近似表示酶和底物親合力，km

22、愈小，愈小，e對對s的親合的親合力愈大，力愈大，km愈大，愈大，e對對s的親合力愈小的親合力愈小。在已知在已知km的情況下，應用米氏方程可計算任意的情況下，應用米氏方程可計算任意s時的時的v，或任何或任何v下的下的s。（。（用用km的倍數(shù)表示）的倍數(shù)表示） 練習題：已知某酶的練習題：已知某酶的km值為值為0.05mol.l-1，要使此酶所催化的反要使此酶所催化的反應速度達到最大反應速度的應速度達到最大反應速度的80時底物的濃度應為多少？時底物的濃度應為多少？ 米氏常數(shù)的測定米氏常數(shù)的測定 基 本 原 則基 本 原 則 ： 將 米 氏 方 程 變 化 成 相 當 于將 米 氏 方 程 變 化 成

23、 相 當 于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出的直線方程，再用作圖法求出km。 例：例：雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法（lineweaver-burk法）法） 米氏方程的雙倒數(shù)形式：米氏方程的雙倒數(shù)形式： 1 kmkm 1 1 = . + v vmax s vmax 酶動力學的雙倒數(shù)圖線酶動力學的雙倒數(shù)圖線3、ph對酶反應速度的影響對酶反應速度的影響 過酸過鹼過酸過鹼導致酶蛋白變性導致酶蛋白變性 影響底物分子解離狀態(tài)影響底物分子解離狀態(tài) 影響酶分子解離狀態(tài)影響酶分子解離狀態(tài) 影響酶的活性中心構象影響酶的活性中心構象ph最適最適 phv4、溫度與酶反應速度的關系、溫度與酶反應速度的關系 在達到最適

24、溫度以前，反在達到最適溫度以前，反應速度隨溫度升高而加快應速度隨溫度升高而加快 酶是蛋白質，其變性速度酶是蛋白質，其變性速度亦隨溫度上升而加快亦隨溫度上升而加快 酶的最適溫度不是一個固酶的最適溫度不是一個固定不變的常數(shù)定不變的常數(shù)v溫度溫度5、激活劑、激活劑對酶作用的影響對酶作用的影響類別類別 金屬離子：金屬離子：k+、na+、 mg2+、cu2+、mn2+、zn2+、se3+ 、 co2+、fe2+ 陰離子：陰離子： cl-、br- 有機分子有機分子 還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金屬螯合劑：金屬螯合劑：edta凡是能提高酶活性的物質，稱為酶的激活

25、劑（凡是能提高酶活性的物質，稱為酶的激活劑（activator） 6、抑制劑對酶作用的影響抑制劑對酶作用的影響 凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基團凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基團的化學性質改變而降低酶活力甚至使酶完全喪失的化學性質改變而降低酶活力甚至使酶完全喪失活性的物質，叫酶的抑制劑（活性的物質，叫酶的抑制劑（inhibitor） 。 類型類型：可逆抑制劑可逆抑制劑 不可逆抑制劑不可逆抑制劑 應用應用：研制殺蟲劑、藥物研制殺蟲劑、藥物 研究酶的作用機理，確定代謝途徑研究酶的作用機理，確定代謝途徑抑制劑類型和特點抑制劑類型和特點 競爭性抑制劑競爭性抑制劑可逆抑制劑可逆抑制劑 非競

26、爭性抑制劑非競爭性抑制劑 反競爭性抑制劑反競爭性抑制劑 非專一性不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑不可逆抑制劑 專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑+ieiesp+ ee+s競爭性抑制作用競爭性抑制作用 實例：磺胺藥物的藥用機理實例：磺胺藥物的藥用機理h2n- -so2nh2對氨基苯磺酰胺對氨基苯磺酰胺h2n- -cooh對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤葉酸葉酸非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用+iei+sesiesp+ ee+s+i實例：重金屬離子（實例：重金屬離子（cu2+、hg2+、ag+、pb2+） 金屬絡合劑（金屬絡合劑（edta、f-、c

27、n-、n3-）反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用esiesp+ ee+s+i競爭性抑制作用競爭性抑制作用非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用競競爭爭性性非非競競爭爭性性抑抑制制作作用用機機理理示示意意圖圖底物與酶專一性結合底物與酶專一性結合競爭性抑制曲線競爭性抑制曲線非競爭性抑制曲線非競爭性抑制曲線反競爭性抑制曲線反競爭性抑制曲線有無抑制劑存在時酶促反應的動力學方程有無抑制劑存在時酶促反應的動力學方程 非專一性不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑 抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些基團中包含了必需基團，因而引起酶失活?；鶊F中包含了必需基團，因而引起酶失活

28、。類型類型：專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑 這類抑制劑選擇性很強，它只能專一性地與這類抑制劑選擇性很強，它只能專一性地與酶活性中心的某些基團不可逆結合，引起酶的活酶活性中心的某些基團不可逆結合，引起酶的活性喪失。性喪失。 實例：實例：有機磷殺蟲劑有機磷殺蟲劑-ser-oh-ser-opo-ro-ropo-ro-rox第五節(jié)第五節(jié) 重要的酶類及酶活性的調節(jié)控制重要的酶類及酶活性的調節(jié)控制一、多酶體系一、多酶體系(multienzyme system)二、別構酶二、別構酶(allosteric enzyme)三、共價調節(jié)酶三、共價調節(jié)酶(covalent regulatory enzyme)

29、四、酶原四、酶原(enzymogen或或proenzyme)的激活的激活五、同工酶五、同工酶(isoenzyme)六、抗體酶六、抗體酶(abzyme)一、多酶體系和多酶復合體一、多酶體系和多酶復合體 細胞中的許多酶常常是細胞中的許多酶常常是在一個連續(xù)的反應鏈中起在一個連續(xù)的反應鏈中起作用，即前一個反應的產(chǎn)作用，即前一個反應的產(chǎn)物是后一個反應的底物，物是后一個反應的底物，在完整細胞內的某一代謝在完整細胞內的某一代謝過程中，由幾個酶形成的過程中，由幾個酶形成的反應體系，稱為多酶體系反應體系，稱為多酶體系（multienzyme system）。）。 如果如果體系中幾種酶彼此體系中幾種酶彼此有機地組

30、合在一起。精巧有機地組合在一起。精巧地鑲嵌成一定的結構，即地鑲嵌成一定的結構，即形成形成多酶復合體多酶復合體。這種結。這種結構即能提高反應途徑的效構即能提高反應途徑的效率，又能增強調控的準確率，又能增強調控的準確性。性。分散多酶體系與中分散多酶體系與中間物示意圖間物示意圖多酶復合體示意圖多酶復合體示意圖二、酶的別構（變構）效應和別構酶二、酶的別構（變構）效應和別構酶 概念概念：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結合后導致酶分子酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結合后導致酶分子發(fā)生構象改變，進而改變酶的活性狀態(tài)，稱為酶的別構調節(jié)發(fā)生構象改變，進而改變酶的活性狀態(tài)，稱為酶的別構調節(jié)

31、(allosteric regulation)，具有這種調節(jié)作用的酶稱別構酶具有這種調節(jié)作用的酶稱別構酶(allosteric enzyme)。別構酶促別構酶促反應底物濃度和反應速度的關系不符合米氏方程，呈反應底物濃度和反應速度的關系不符合米氏方程，呈s型曲線型曲線。 凡能使酶分子發(fā)生別構作用的物質稱為效應物凡能使酶分子發(fā)生別構作用的物質稱為效應物(effector)，通常為小分子代通常為小分子代謝物或輔因子。如因別構導致酶活性增加的物質稱為正效應物謝物或輔因子。如因別構導致酶活性增加的物質稱為正效應物(positive effector)或別構激活劑，反之稱負效應物或別構激活劑，反之稱負效應

32、物(negative effector)或別構抑制劑?；騽e構抑制劑。 別構調節(jié)普遍存在于生物界，許多代謝途徑的關鍵酶利用別構調節(jié)來控別構調節(jié)普遍存在于生物界，許多代謝途徑的關鍵酶利用別構調節(jié)來控制代謝途徑之間的平衡，研究別構調控有重要的生物學意義。制代謝途徑之間的平衡，研究別構調控有重要的生物學意義。 實例實例：天冬氨酸轉氨甲酰酶：天冬氨酸轉氨甲酰酶 （anspartate transcarbamoylase，atcase） 別構酶活性調節(jié)機理別構酶活性調節(jié)機理：序變模型和齊變模型：序變模型和齊變模型酶的別構（變構）效應示意圖酶的別構（變構）效應示意圖效應劑效應劑別別構構中中心心活性活性中心中

33、心別構酶的反饋調控機理別構酶的反饋調控機理a （產(chǎn)物或中間產(chǎn)物）產(chǎn)物或中間產(chǎn)物）edcb關鍵酶關鍵酶 a-非調節(jié)酶非調節(jié)酶 b-正協(xié)同別構酶正協(xié)同別構酶 的的s形曲線形曲線 別構酶與米氏酶的動力學曲線比較別構酶與米氏酶的動力學曲線比較1-非調節(jié)酶非調節(jié)酶2-正協(xié)同別構酶正協(xié)同別構酶3-負協(xié)同別構酶負協(xié)同別構酶 正、負協(xié)同別構酶與非調節(jié)酶的動力學曲線比較正、負協(xié)同別構酶與非調節(jié)酶的動力學曲線比較atcaseatp+atcase所催化的反應所催化的反應氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸ctp-utpump氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸e.coli的的atcase的亞基排列的亞基排列催化催化(c)亞

34、基（亞基（catalytic subunit）調節(jié)調節(jié)(r)亞基（亞基（ regulative subunit）atcase的半分子結構atcase半分子半分子（c3r3)的結構的結構ctp sitecatalytic siteatcase aloneatcase -pala complex atcase的的別構過度作用別構過度作用低催化活性構象低催化活性構象t(tense) - 態(tài)態(tài)cccccc r r r r r rcccccc高催化活性構象高催化活性構象r(relax) -態(tài)態(tài)r rr rr rpalapalapala(n-磷乙酰磷乙酰-l-天冬氨酸天冬氨酸)結合到結合到atcase活性

35、中心的模型活性中心的模型atcase變構效應的動力學特征變構效應的動力學特征atp（正效應劑）正效應劑）ctp（負效應劑）負效應劑）低催化活性構象低催化活性構象t(tense) - 態(tài)態(tài)cccccc r r r r r rcccccc高催化活性構象高催化活性構象r(relax) -態(tài)態(tài)r rr rr rvmax1/2vmaxkm別構酶的序變模型別構酶的序變模型ss ss ssssssssss亞基全部亞基全部處于處于r型型亞基全部亞基全部處于處于t型型依次序變化依次序變化別構酶的齊變模型別構酶的齊變模型s ssss sss sst狀態(tài)（對稱亞基）狀態(tài)（對稱亞基）t狀態(tài)（對稱亞基）狀態(tài)（對稱亞基）

36、ssss對稱亞基對稱亞基對稱亞基對稱亞基齊步變化齊步變化三、酶的共價修飾三、酶的共價修飾 某些酶可以通過其它酶對其多肽鏈上某些基團進行可逆的共某些酶可以通過其它酶對其多肽鏈上某些基團進行可逆的共價修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調節(jié)酶活性價修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調節(jié)酶活性。這類酶稱為。這類酶稱為共價修飾酶共價修飾酶。目前發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種酶被翻譯后都要。目前發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種酶被翻譯后都要進行共價修飾，其中一部分處于分支代謝途徑，成為對代謝流進行共價修飾，其中一部分處于分支代謝途徑，成為對代謝流量起調節(jié)作用的量起調節(jié)作用的關鍵酶或限速酶關鍵酶或限速酶。 由于這種調節(jié)的生理意義

37、廣泛，反應靈敏，節(jié)約能量，機制多樣，在體由于這種調節(jié)的生理意義廣泛，反應靈敏，節(jié)約能量，機制多樣，在體內顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導致級聯(lián)放大反應，內顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導致級聯(lián)放大反應，所以日益引人注目。所以日益引人注目。 ap1gedcbhea-bec-dec-g關鍵酶（限速酶）關鍵酶（限速酶）p2蛋白激酶蛋白激酶atpadp蛋白質蛋白質蛋白質蛋白質pn蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶npih2o反應類型反應類型 共價修飾共價修飾 被修飾的氨基酸殘基被修飾的氨基酸殘基共共價價修修飾飾反反應應的的例例子子磷酸化磷酸化腺苷?；佘挣；蜍挣；蜍挣；痶yr,s

38、er,thr.histyrtyr甲基化甲基化glus-腺苷腺苷-mets-腺苷腺苷-同型同型 cys 級聯(lián)系統(tǒng)調控級聯(lián)系統(tǒng)調控糖原分解示意圖糖原分解示意圖意義意義：由于由于酶的共價修飾酶的共價修飾反應是酶促反反應是酶促反應，只要有少應，只要有少量信號分子量信號分子（如激素）存（如激素）存在，即可通過在，即可通過加速這種酶促加速這種酶促反應，而使大反應，而使大量的另一種酶量的另一種酶發(fā)生化學修飾，發(fā)生化學修飾，從而獲得放大從而獲得放大效應。這種調效應。這種調節(jié)方式快速、節(jié)方式快速、效率極高。效率極高。腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）（無活性）腺苷酸

39、環(huán)化酶（活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、atpcampr、camp3、蛋白激酶、蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（無活性）（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（無活性）無活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液atp adpatp adp腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖456（極微量）（極微量）（大量）（大量） 四、酶四、酶 原原 的的 激激 活活 體內合成出來

40、的酶，有時不具有生物活性，經(jīng)過體內合成出來的酶，有時不具有生物活性，經(jīng)過蛋白水解酶專一作用后，構象發(fā)生變化，形成活性中蛋白水解酶專一作用后，構象發(fā)生變化，形成活性中心，變成有活性的酶。這個不具活性的蛋白質稱為酶心，變成有活性的酶。這個不具活性的蛋白質稱為酶原（原（zymogen或或proenzyme），），這個過程稱為酶原的這個過程稱為酶原的激活。激活。 該變化過程，是生物體的一種調控機制該變化過程，是生物體的一種調控機制 。這種調控。這種調控作用的特點是，蛋白質由作用的特點是，蛋白質由 無活性狀態(tài)轉變成活性狀態(tài)無活性狀態(tài)轉變成活性狀態(tài)是不可逆的。是不可逆的。實例實例：消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活：

41、消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活 凝血機制（自學）凝血機制（自學）胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活示意圖胰蛋白酶原的激活示意圖胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶胰蛋白酶對各種胰臟蛋白酶的激活作用胰蛋白酶對各種胰臟蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶五、酶的多種分子形式五、酶的多種分子形式同工酶同工酶 概念概念：存在于同一種屬或不同種屬，同一個體的不同組織或同存在于同一種屬或不同種屬，同一個體的不同組織或同一組織、同一細胞，具

42、有不同分子形式但卻能催化相同的化學反一組織、同一細胞，具有不同分子形式但卻能催化相同的化學反應的一組酶，稱之為同工酶應的一組酶，稱之為同工酶（isoenzymeisoenzyme）。）。乳酸脫氫酶是研究的乳酸脫氫酶是研究的最多的同工酶。最多的同工酶。 生物學功能：生物學功能： 遺傳的標志遺傳的標志 和個體發(fā)育及組織分化密切相關和個體發(fā)育及組織分化密切相關 適應不同組織或不同細胞器在代謝上的不同需要適應不同組織或不同細胞器在代謝上的不同需要 在各學科中的在各學科中的應用應用乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖多肽多肽亞基亞基mrna四聚體四聚體結構基因結構基因a b乳酸脫氫酶同乳

43、酸脫氫酶同工酶電泳圖譜工酶電泳圖譜+h4mh3m2h2m3hm4點樣線點樣線不同組織中不同組織中l(wèi)dh同工酶的電泳圖譜同工酶的電泳圖譜ldh1(h4)ldh2(h3m)ldh3(h2m2)ldh4(hm3)ldh5(m4)心肌心肌 腎腎 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原點原點胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶胰蛋白酶對各種胰臟蛋白酶的激活作用胰蛋白酶對各種胰臟蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶同工酶在各學科中的應用同工酶在各學科中的應用 (1) 遺傳學和分類學遺傳學

44、和分類學：提供了一種精良的判別遺傳標志的工具。：提供了一種精良的判別遺傳標志的工具。(2) 發(fā)育學發(fā)育學：有效地標志細胞類型及細胞在不同條件下的分化情：有效地標志細胞類型及細胞在不同條件下的分化情況，以及個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的關系。況，以及個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的關系。(3) 生物化學和生理學生物化學和生理學：根據(jù)不同器官組織中同工酶的動力學、：根據(jù)不同器官組織中同工酶的動力學、底物專一性、輔助因子專一性、酶的變構性等性質的差異，從而底物專一性、輔助因子專一性、酶的變構性等性質的差異，從而解釋它們代謝功能的差別。解釋它們代謝功能的差別。（4）醫(yī)學和臨床診斷醫(yī)學和臨床診斷：體內同工酶的變化，可看作機體

45、組織損：體內同工酶的變化，可看作機體組織損傷，或遺傳缺陷，或腫瘤分化的的分子標志。傷，或遺傳缺陷，或腫瘤分化的的分子標志。六、六、抗體酶抗體酶 抗體酶（抗體酶（abzyme）又稱催化抗體（又稱催化抗體（catalytic antibody）,是指通過一是指通過一系列化學與生物技術方法制備出的具有催化活性的抗體，它除了具有相應系列化學與生物技術方法制備出的具有催化活性的抗體，它除了具有相應免疫學性質，還類似于酶，能催化某種活化反應。免疫學性質，還類似于酶，能催化某種活化反應。 抗體與酶相似，都是蛋白質分子，酶與底物的結合及抗體與抗原的結抗體與酶相似，都是蛋白質分子，酶與底物的結合及抗體與抗原的結

46、合都是高度專一性的，但這兩種結合的基本區(qū)別在于酶與高能的過度態(tài)分合都是高度專一性的，但這兩種結合的基本區(qū)別在于酶與高能的過度態(tài)分子向結合，而抗體則與抗原（基態(tài)分子）相結合。利用抗體能與抗原特異子向結合，而抗體則與抗原（基態(tài)分子）相結合。利用抗體能與抗原特異結合的原理可用過度態(tài)類似物作為半抗原來誘發(fā)抗體，這樣產(chǎn)生的抗體便結合的原理可用過度態(tài)類似物作為半抗原來誘發(fā)抗體，這樣產(chǎn)生的抗體便能特異地識別反應過程中真正的過渡分子，從而降低反應的活化能。達到能特異地識別反應過程中真正的過渡分子，從而降低反應的活化能。達到催化反應的目的，這種具有催化功能的抗體就被稱為催化抗體或抗體酶。催化反應的目的，這種具有

47、催化功能的抗體就被稱為催化抗體或抗體酶。 o c a. 酯酶的底酯酶的底物物酯酯b.酯的羧基碳酯的羧基碳原子受到親核原子受到親核攻擊形成四面攻擊形成四面體過渡態(tài)體過渡態(tài)c.設計的磷酸設計的磷酸酯類似物酯類似物,作作為抗原去免疫為抗原去免疫實驗動物實驗動物磷酸酯類似物磷酸酯類似物(半抗原半抗原)對酯水解反應有催化對酯水解反應有催化作用的單克隆作用的單克隆抗體抗體免疫免疫免疫反應免疫反應誘導法制備具有酯酶活性的抗體誘導法制備具有酯酶活性的抗體基因工程抗體酶的制備基因工程抗體酶的制備 對已產(chǎn)生的單抗，分析氨基酸的組成或相應基因的對已產(chǎn)生的單抗，分析氨基酸的組成或相應基因的堿基序列，對抗體結合的部位的

48、基因進行定位突變，在堿基序列，對抗體結合的部位的基因進行定位突變，在抗體結合部位換上有催化活性的氨基酸，基因工程的技抗體結合部位換上有催化活性的氨基酸，基因工程的技術使得建立抗體基因的組合文庫，并根據(jù)需要構建適當術使得建立抗體基因的組合文庫，并根據(jù)需要構建適當程序的基因片段成為可能。程序的基因片段成為可能?？贵w酶的篩選抗體酶的篩選 在抗體酶研究中，一個不可少的步驟是在細在抗體酶研究中，一個不可少的步驟是在細胞融合后篩選到能分泌催化抗體的細胞克隆。胞融合后篩選到能分泌催化抗體的細胞克隆。一般的方法是先篩選其抗體能結合特異抗原的一般的方法是先篩選其抗體能結合特異抗原的細胞克隆，再從純化的抗體中篩選

49、出有催化能細胞克隆，再從純化的抗體中篩選出有催化能力的單抗。主要篩選方法有力的單抗。主要篩選方法有生物學篩選法生物學篩選法和和純純化學篩選法化學篩選法?？贵w酶的研究和應用前景抗體酶的研究和應用前景 催化抗體的出現(xiàn)不僅為人們開創(chuàng)了一條人工設計酶的新催化抗體的出現(xiàn)不僅為人們開創(chuàng)了一條人工設計酶的新方法，也使人們對催化過程中催化劑的作用機理和催化劑方法，也使人們對催化過程中催化劑的作用機理和催化劑和底物的相互識別有了進一步認識。和底物的相互識別有了進一步認識。 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有催化作用的自身抗體在生物體內的存目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有催化作用的自身抗體在生物體內的存在，其不僅和疾病相關，可能還參與了生物體內的

50、某些或在，其不僅和疾病相關，可能還參與了生物體內的某些或基本的生物學反應。有可能成為抗體酶研究的新熱點?；镜纳飳W反應。有可能成為抗體酶研究的新熱點。 充分利用抗體的種類繁多以及抗體酶的可誘導、可改造充分利用抗體的種類繁多以及抗體酶的可誘導、可改造的特點，可望制備出具有治療和輔助治療某些疾病或催化的特點，可望制備出具有治療和輔助治療某些疾病或催化某類具有特殊意義反應的抗體酶。某類具有特殊意義反應的抗體酶。 抗體酶的研究無疑會對化學、生物學、醫(yī)學等領域產(chǎn)生抗體酶的研究無疑會對化學、生物學、醫(yī)學等領域產(chǎn)生深遠影響。深遠影響。第六節(jié)第六節(jié) 酶工程簡介酶工程簡介一、化學酶工程一、化學酶工程 天然酶天然酶 固定化酶固定化酶 化學修飾酶化學修飾酶 人工模擬酶人工模擬酶二、生物酶工程二、生物酶工程 克隆酶克隆酶 突變酶突變酶 新酶新酶 將酶學和工程學相結將酶學和工程學相結合，產(chǎn)生了酶工程合，產(chǎn)生了酶工程(enzyme engineering)這這樣一個新的領域。酶工樣一個新的領域。酶工程主要研究酶的生產(chǎn)、程主要研究酶的生產(chǎn)、純化、固定化技術、酶純化、固定化技術、酶分子結構的修飾和改造分子結構的