(藥學(xué)專升本成教)第六章 酶3

1、目錄目錄Enzyme第六章第六章 酶目錄目錄第一節(jié)第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能酶的分子結(jié)構(gòu)與功能The Molecular Structure and Function of Enzyme目錄目錄蛋白質(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)目錄目錄n小分子有機(jī)化合物是一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子小分子有機(jī)化合物是一些化學(xué)穩(wěn)定的小分子物質(zhì)，稱為輔酶物質(zhì)，稱為輔酶 (coenzyme)。 其主要作用是參與酶的催化過(guò)程，在反應(yīng)中其主要作用是參與酶的催化過(guò)程，在反應(yīng)中傳遞電子、

2、質(zhì)子或一些基團(tuán)。傳遞電子、質(zhì)子或一些基團(tuán)。 輔酶的種類不多，且分子結(jié)構(gòu)中常含有維生輔酶的種類不多，且分子結(jié)構(gòu)中常含有維生素或維生素類物質(zhì)。素或維生素類物質(zhì)。目錄目錄n輔酶中與酶蛋白共價(jià)結(jié)合的輔酶又稱為輔基輔酶中與酶蛋白共價(jià)結(jié)合的輔酶又稱為輔基(prosthetic group)。n輔基和酶蛋白結(jié)合緊密，不能通過(guò)透析或超輔基和酶蛋白結(jié)合緊密，不能通過(guò)透析或超濾等方法將其除去，在反應(yīng)中不能離開(kāi)酶蛋濾等方法將其除去，在反應(yīng)中不能離開(kāi)酶蛋白，如白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。目錄目錄二、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分子中氨基酸殘

3、酶分子中氨基酸殘基基側(cè)鏈側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中的化學(xué)基團(tuán)中，一些與一些與酶活性酶活性密切相關(guān)密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)的化學(xué)基團(tuán)。n必需基團(tuán)必需基團(tuán)(essential group)目錄目錄指必需基團(tuán)在空間指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上結(jié)構(gòu)上彼此靠近彼此靠近，組成，組成具有具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域域，能與底物特異，能與底物特異結(jié)合結(jié)合并將底物并將底物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。為產(chǎn)物。n酶的活性中心酶的活性中心 (active center)目錄目錄活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)位于活性中心以外，位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象和（或）作為調(diào)節(jié)間構(gòu)象和（或）作為調(diào)節(jié)劑

4、的結(jié)合部位所必需。劑的結(jié)合部位所必需。 活性中心外的必需基團(tuán)活性中心外的必需基團(tuán)目錄目錄HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶n舉例舉例同工酶同工酶 (isoenzyme)是指催化相同的化是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。n定義定義目錄目錄第二節(jié)第二節(jié) 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action目錄目錄（一）（一）酶

5、促反應(yīng)具有極高的效率酶促反應(yīng)具有極高的效率 酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高1081020倍，倍，比一般催化劑高比一般催化劑高1071013倍。倍。酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的的活化能活化能。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。的活化能。目錄目錄n根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為以下酶的特異性可大致分為以下3種類型：種類型：絕對(duì)特異性絕對(duì)特異性(absol

6、ute specificity)：只能作用于：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物 。 相對(duì)特異性相對(duì)特異性(relative specificity)：作用于：作用于一類一類化合物或化合物或一種化學(xué)鍵一種化學(xué)鍵。立體結(jié)構(gòu)特異性立體結(jié)構(gòu)特異性(stereospecificity)：作用于立：作用于立體異構(gòu)體中的體異構(gòu)體中的一種一種。（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性目錄目錄（一）酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)活化能（一）酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)活化能反應(yīng)總能量改變反應(yīng)總能量

7、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 目錄目錄（二）酶（二）酶-底物復(fù)合物的形成有利于底物轉(zhuǎn)變成底物復(fù)合物的形成有利于底物轉(zhuǎn)變成過(guò)渡態(tài)過(guò)渡態(tài) 酶底物復(fù)合物酶底物復(fù)合物E + SE + PES目錄目錄1. 誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)合合酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形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)程稱為酶和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合

8、。這一過(guò)程稱為酶- -底物底物結(jié)合的結(jié)合的誘導(dǎo)契合誘導(dǎo)契合(induced-fit) 。目錄目錄酶的誘導(dǎo)契合動(dòng)畫(huà)酶的誘導(dǎo)契合動(dòng)畫(huà)目錄目錄2.鄰近效應(yīng)與定向排列使諸底物正確定位于鄰近效應(yīng)與定向排列使諸底物正確定位于酶的活性中心酶的活性中心 3.表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化目錄目錄第三節(jié)第三節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 目錄目錄n酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速率速率的影響，并加以定量的闡述。的影響，并加以定量的闡述。n影響因素包括：影響因素包括：酶濃度

9、、底物濃度、酶濃度、底物濃度、pH、溫、溫度、抑制劑、激活劑等。度、抑制劑、激活劑等。目錄目錄一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速率影響的作圖呈一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速率影響的作圖呈矩形雙曲線矩形雙曲線在其他因素不變?cè)谄渌蛩夭蛔兊那闆r下，底物濃度的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響呈對(duì)反應(yīng)速率的影響呈矩形雙曲線關(guān)系矩形雙曲線關(guān)系。目錄目錄 米氏方程式米氏方程式S：底物濃度底物濃度; V：不同不同S時(shí)的反應(yīng)速率時(shí)的反應(yīng)速率; Vmax：最大反應(yīng)速率最大反應(yīng)速率;m：米氏常數(shù)米氏常數(shù) VmaxS Km + S 2=Km + S Vmax VmaxSKm = S 目錄目錄n Km的意義的意義 定義：定義：Km等于酶促反

10、應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度。半時(shí)的底物濃度。 意義：意義：lKm是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的結(jié)構(gòu)、是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的結(jié)構(gòu)、底物和反應(yīng)環(huán)境（如，溫度、底物和反應(yīng)環(huán)境（如，溫度、pH、離子強(qiáng)、離子強(qiáng)度）有關(guān)，度）有關(guān)，與酶的濃度無(wú)關(guān)與酶的濃度無(wú)關(guān)。lKm可近似表示酶對(duì)底物的親和力；可近似表示酶對(duì)底物的親和力；l同一酶對(duì)于不同底物有不同的同一酶對(duì)于不同底物有不同的Km值。值。目錄目錄當(dāng)當(dāng)SE，酶可被，酶可被底物飽和的情況下，反底物飽和的情況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比。應(yīng)速率與酶濃度成正比。0 VE酶濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響酶濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響目錄

11、目錄酶促反應(yīng)速率最快時(shí)反應(yīng)體系的溫度稱為酶酶促反應(yīng)速率最快時(shí)反應(yīng)體系的溫度稱為酶促反應(yīng)的促反應(yīng)的最適溫度最適溫度(optimum temperature)。酶的活性雖然隨溫度的酶的活性雖然隨溫度的下降而降低，但低溫一下降而降低，但低溫一般不使酶破壞。溫度回般不使酶破壞。溫度回升后，酶又恢復(fù)其活性。升后，酶又恢復(fù)其活性。 目錄目錄四、四、pH通過(guò)改變酶和底物分子解離狀態(tài)通過(guò)改變酶和底物分子解離狀態(tài)影響反應(yīng)速率影響反應(yīng)速率酶催化活性最高時(shí)反應(yīng)體系的酶催化活性最高時(shí)反應(yīng)體系的pH稱為酶促反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)的的最適最適pH (optimum pH)。 npH對(duì)某些酶對(duì)某些酶活性的影響活性的影響目錄目錄五

12、、抑制劑可逆地或不可逆地降低五、抑制劑可逆地或不可逆地降低酶促反應(yīng)速率酶促反應(yīng)速率n酶的抑制劑酶的抑制劑(inhibitor)n酶的抑制區(qū)別于酶的變性：酶的抑制區(qū)別于酶的變性： 抑制劑對(duì)酶有一定選擇性抑制劑對(duì)酶有一定選擇性 引起變性的因素對(duì)酶沒(méi)有選擇性引起變性的因素對(duì)酶沒(méi)有選擇性凡能使酶的凡能使酶的催化活性下降催化活性下降而而不引起酶蛋白不引起酶蛋白 變性變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。目錄目錄n抑制作用的類型抑制作用的類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)競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)

13、爭(zhēng)性抑制 (competitive inhibition)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (non-competitive inhibition)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (uncompetitive inhibition)根據(jù)抑制劑和酶結(jié)合的緊密程度不同，根據(jù)抑制劑和酶結(jié)合的緊密程度不同，酶的抑制作用分為：酶的抑制作用分為：目錄目錄有機(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) n概念概念n舉例舉例抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的抑制

14、劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。目錄目錄競(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 n類型類型n概念概念抑制劑通常以抑制劑通常以非非共價(jià)鍵與酶或酶共價(jià)鍵與酶或酶- -底物底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。抑制劑可用透析、超濾等方法除去。目錄目錄有些抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底有些抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)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)合物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成。物的形成。這種抑制作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。這種

15、抑制作用稱為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。+ESIESEIPEE動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀不變，表觀Km增大。增大。 目錄目錄n舉例舉例丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶COOH CH2 CH2COOH 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延胡索酸延胡索酸目錄目錄磺胺類藥物的抑菌機(jī)制磺胺類藥物的抑菌機(jī)制與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)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

16、 胺胺 類類 藥藥 物物目錄目錄有些抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)相結(jié)合，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)合也不影響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。底物和抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。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)不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。這種抑制作用稱作非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。物。這種抑制作用稱作非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。+ S S+ S S+ESIEIEESEP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。 目錄目錄抑制劑僅與酶和底物

17、形成的中間產(chǎn)物抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物(ES)結(jié)合，使結(jié)合，使中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物ES的量下降。這樣，既減少?gòu)闹虚g產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的量下降。這樣，既減少?gòu)闹虚g產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時(shí)減少?gòu)闹虚g產(chǎn)物解離出游離酶和為產(chǎn)物的量，也同時(shí)減少?gòu)闹虚g產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作用稱為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。底物的量。這種抑制作用稱為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。3.3. 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的抑制劑僅與酶反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的抑制劑僅與酶- -底物復(fù)合物結(jié)合底物復(fù)合物結(jié)合 +ESESESIEP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。 目錄目錄第四節(jié)第四節(jié) 酶的調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)The Regulati

18、on of Enzyme目錄目錄n調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)方式n調(diào)節(jié)對(duì)象：關(guān)鍵酶調(diào)節(jié)對(duì)象：關(guān)鍵酶目錄目錄n 變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié) 一、調(diào)節(jié)酶對(duì)酶促反應(yīng)速率的快速調(diào)節(jié)一、調(diào)節(jié)酶對(duì)酶促反應(yīng)速率的快速調(diào)節(jié)目錄目錄n共價(jià)修飾共價(jià)修飾(covalent modification)目錄目錄n酶原酶原 (zymogen)n酶原的激活酶原的激活目錄目錄賴賴?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胰蛋白酶原的激活過(guò)程胰蛋白酶原的激活過(guò)程目錄目錄n 酶原激活的生理意義酶原激活的生理意義避免避免細(xì)胞產(chǎn)生的酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞產(chǎn)生的酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自身消化自身消化，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。化作用。目錄目錄二、二、 酶含量的調(diào)節(jié)包括對(duì)酶合成與分解酶含量的調(diào)節(jié)包括對(duì)酶合成與分解速率的調(diào)節(jié)速率的調(diào)節(jié)誘導(dǎo)作用誘導(dǎo)作用(induction) 阻遏作用阻遏作用(repression)（一）酶蛋白合成可被誘導(dǎo)或阻遏（一）酶蛋白合成可被誘導(dǎo)或阻遏溶酶體蛋白酶降解途徑（不依賴溶