酶與其他生物催化劑二課件

第三節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)TheKineticsofEnzymaticReactions

概念研究各種因素對酶促反應(yīng)速率的影響，并加以定量的闡述。影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。※研究一種因素的影響時，其余各因素均恒定。單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；酶促反應(yīng)速率（velocity，V）一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示；反應(yīng)速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以內(nèi)）時的反應(yīng)速率；底物濃度遠遠大于酶濃度。研究前提酶的活性:以國際單位（internationalunit,IU）表示。在規(guī)定的實驗條件下（如溫度、pH的限定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所需要的酶量為1個國際單位（IU）。

催量（Katal）

1IU＝16.67×10－9Kat

1催量是指在特定條件下，每秒鐘將1mol底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需的酶量

比活性（specificactivity）：比較酶的純度

比活性單位是每mg蛋白質(zhì)所含酶的國際單位數(shù)，其單位是IUmg蛋白1（二）酶促反應(yīng)初速率是反應(yīng)剛剛開始時測得的反應(yīng)速率酶促反應(yīng)初速率是指反應(yīng)剛剛開始，各種影響因素尚未發(fā)揮作用時的酶促反應(yīng)速率，即反應(yīng)時間進程曲線為直線部分時的反應(yīng)速率。（二）有三類方法對底物和產(chǎn)物的變化量進行檢測1．直接測定法是對底物或產(chǎn)物的含量變化進行直接檢測

有些酶促反應(yīng)可在反應(yīng)進行一定時間后，不用任何輔助反應(yīng)便可直接測定反應(yīng)液中底物或產(chǎn)物的濃度。這類測定方法稱為直接測定法（directassay）。

還原型（Fe2+）細胞色素c在波長550nm處有明顯的吸收峰，而氧化型（Fe3+）則無；細胞色素c氧化酶對細胞色素c的氧化反應(yīng)，可以直接在波長550nm處檢測一定時間內(nèi)還原型細胞色素c的減少過程。3．偶聯(lián)測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，但可以與另外的酶反應(yīng)相偶聯(lián)，偶聯(lián)的酶以第一個酶的產(chǎn)物為底物，或以此類推，以最后的酶反應(yīng)產(chǎn)物可以直接檢測為目的。這種通過偶聯(lián)其他酶并對此酶促產(chǎn)物進行直接檢測，間接地反映待測酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物變化量的方法稱為酶偶聯(lián)測定法（enzymecoupledassay）

外加的酶稱為工具酶或輔助酶（auxiliaryenzyme）

產(chǎn)物可直接檢測的酶稱為指示酶（indicatorenzyme）

丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶丙氨酸+-酮戊二酸

丙酮酸+谷氨酸乳酸脫氫酶丙酮酸+NADH+H+

乳酸+NAD+

（在340nm處有吸收峰）（在340nm處無吸收峰）二、酶促反應(yīng)速率受底物濃度的影響（一）酶促反應(yīng)的底物濃度曲線是矩形雙曲線在酶濃度和其他反應(yīng)條件不變的情況下，反應(yīng)速率V對底物濃度[S]作圖呈矩形雙曲線。

隨著底物濃度的增高反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)。[S]VVmax目錄當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增加，達最大速率；反應(yīng)為零級反應(yīng)。[S]VVmax目錄（二）底物濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系可用米氏方程式表示

1．米氏方程式可以很好地解釋底物濃度曲線

中間產(chǎn)物

酶促反應(yīng)模式——中間產(chǎn)物學(xué)說E+S

k1k2k3ESE+P米-曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個假設(shè)：E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速率取決于慢反應(yīng)。即

V＝k3[ES](1)S的總濃度遠遠大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認為不變即[S]＝[St]。2．穩(wěn)態(tài)的概念介入米氏方程式的推導(dǎo)過程

穩(wěn)態(tài)：是指ES的生成速率與分解速率相等，即[ES]恒定。k1([Et]－[ES])[S]＝k2[ES]+k3[ES]k2+k3＝Km

（米氏常數(shù)）k1令：則(2)變?yōu)?([Et]－[ES])[S]＝Km[ES](2)＝([Et]－[ES])[S]k2+k3[ES]k1整理得：將(3)代入(1)得k3[Et][S]Km+[S](4)V＝────當?shù)孜餄舛群芨?，將酶的活性中心全部飽和時，即[Et]＝[ES]，反應(yīng)達最大速率Vmax＝k3[ES]＝k3[Et](5)[ES]＝───[Et][S]Km+[S](3)整理得:將(5)代入(4)得米氏方程式：Vmax[S]Km+[S]V＝────2．Km是酶的特征性常數(shù)

在酶的結(jié)構(gòu)、溶液pH、溫度等條件不變的情況下，酶促反應(yīng)底物的Km不因反應(yīng)中酶濃度的改變而不同。

同一酶對其所催化的不同底物有不同的Km；不同酶對同一底物也有其各自的Km

。Km的范圍多在10-6～10-2mol/L之間。

Km只與酶和底物的種類以及反應(yīng)環(huán)境（pH、溫度、離子強度）有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。6.0103己-N-乙酰2葡萄糖胺溶菌酶2.5102H2O2過氧化氫酶4.0103D-乳糖-半乳糖苷酶2.5103N-苯甲酰酪氨酰胺1.08101甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶2.6102HCO3碳酸酐酶1.5103D-果糖5105D-葡萄糖4104ATP己糖激酶（腦）

Km（mol/L）

底物

酶

一些酶對底物的Km

3．Km在一定條件下可表示酶對底物的親和力

k1Km

=k2

+

k3當k3<<k2時，Km

k2/k1。即相當于ES分解為E+S的解離常數(shù)（dissociationconstant,Ks）。此時，Km代表酶對底物的親和力。

Km越大，表示酶對底物的親和力越小；Km越小，表示酶對底物的親和力越大。

酶底物轉(zhuǎn)換數(shù)（s1）過氧化氫酶H2O240000000碳酸酐酶HCO3400000乙酰膽堿酯酶乙酰膽堿14000-內(nèi)酰胺酶芐青霉素2000延胡索酸酶延胡索酸800RecA蛋白ATP0.4一些酶的轉(zhuǎn)換數(shù)

5．在低底物濃度時，kcat/Km代表酶的催化效率

[Et][S]KmV

=kcat當[S]<<Km時

kcat/Km是此二級反應(yīng)的速率常數(shù)，也稱特異性常數(shù)，其單位是L·mol1·

S1

。反應(yīng)速率的大小取決于E和S由于相互滲透而相互碰撞的速率。.這種被滲透控制的碰撞速率(diffusion-controlledrateofencounter，DCRE)的上限是108109L·mol1·s1。kcat/Km越接近此數(shù)據(jù)，酶的催化效率越高。直線在縱軸的截距等于1/Vmax，而在橫軸上的截距為1/Km

2．其他一些作圖法也可較準確地求取Vmax和Km

海涅斯-沃爾弗作圖法（Hanes-Wolffplot）

雙倒數(shù)方程式兩邊同時乘以[S]

[S]V=KmVmax[S]+Vmax1直線的斜率等于1/Vmax，橫軸截距為-Km

伊迪-霍夫斯蒂作圖法（Eadie-Hofsteeplot）

米氏方程式兩邊均除以[S]

V=[S]VmaxKmV直線的斜率為-Km，直線的縱軸截距為Vmax

三、酶促反應(yīng)速率與酶的濃度相關(guān)

當[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速率與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=k3[E]A：底物濃度曲線，其中，[E]1>[E]2>[E]3。從圖中可知，[E]的變化不影響酶促反應(yīng)的Km。B：反應(yīng)速率對酶濃度作圖，V與[E]呈直線關(guān)系。

四、酶促反應(yīng)速率受反應(yīng)系統(tǒng)溫度的影響

雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速率升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速率降低。最適溫度(optimum

temperature)：酶促反應(yīng)速率最快時的環(huán)境溫度。哺乳動物組織中酶的最適溫度多在35～40℃之間

TaqDNA聚合酶最適溫度為72℃

*低溫的應(yīng)用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)。

低溫保存酶和菌種等生物制品

低溫麻醉

五、酶的活性依賴于反應(yīng)系統(tǒng)的pH

最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時的環(huán)境pH。體內(nèi)酶的最適pH多在6.5～8之間。

胃蛋白酶的最適pH為1.8

精氨酸酶的最適pH為9.8

pH對幾種酶活性的影響

六、激活劑可加速酶促反應(yīng)速率

酶的激活劑（activator）

使酶從無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)

必需激活劑（essentialactivator）為酶促反應(yīng)所必需，如缺乏則測不到酶的活性。

Mg2+為己糖激酶的必需激活劑

非必需激活劑（non-essentialactivator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的。

Cl-對唾液淀粉酶的激活作用

七、酶活性可被許多抑制劑可逆地或不可逆地抑制

（一）可逆性抑制劑與酶非共價結(jié)合

酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。

區(qū)別于酶的變性

抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性可逆性抑制（reversibleinhibition）

酶與抑制劑非共價結(jié)合，可以通過透析、超濾或稀釋等物理方法將抑制劑除去，恢復(fù)酶的催化活性。

不可逆性抑制（irreversibleinhibition）

與酶共價結(jié)合，不能通過透析、超濾或稀釋等方法將其除去。

可逆性抑制劑

抑制劑與酶的調(diào)節(jié)部位結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)，從而對酶發(fā)揮抑制作用（別構(gòu)抑制作用）。

抑制劑通過與游離酶或/和酶-底物復(fù)合物可逆地結(jié)合而影響酶的催化活性。

k1k2k3+kiEII+S+ESESE+PESI+Iki'可逆性抑制作用的抑制劑可以與游離酶結(jié)合，形成二元復(fù)合物EI；也可以與ES結(jié)合，形成三元復(fù)合物ESI。

1．競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性中心

定義：抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似或部分相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶-底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

+++EESIESEIEP有競爭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

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)反應(yīng)模式+E+SESE+PIEIkik1k2k3SI競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數(shù)作圖

*特點抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及底物濃度；I與S結(jié)構(gòu)類似，或部分相似，競爭酶的活性中心；動力學(xué)特點：Vmax不變，表觀Km增大。[I]1V1[S]0Km1Km1(1+)[I]kiVmax1--*舉例

丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸磺胺類藥物的抑菌機制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸2．非競爭性抑制劑不影響酶對底物的親和力

+

S－S+

S－S+ESIEIEESEPk1k2k3+kiEII+ESESE+P+Iki+SESI*反應(yīng)模式非競爭性抑制的米氏方程式的雙倒數(shù)形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)(1

+[I]ki)*特點抑制劑與酶活性中心外的必需基團結(jié)合，底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動力學(xué)特點：Vmax降低，表觀Km不變。[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0非競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數(shù)作圖

3．反競爭性抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合

++ESESESIEPk1k2k3+ESESE+P+IkiESI*反應(yīng)模式反競爭性抑制作用的米氏方程式的雙倒數(shù)形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1

+[I]ki)[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0(1+)[I]kiKm反競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數(shù)作圖

*特點：抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合；抑制程度取決于抑制劑的濃度及底物的濃度；動力學(xué)特點：Vmax降低，表觀Km降低。各種可逆性抑制作用的比較動力學(xué)參數(shù)表觀Km

Km增大不變減小最大速度Vmax不變降低降低林-貝氏作圖斜率Km/Vmax增大增大不變縱軸截距1/Vmax不變增大增大橫軸截距-1/Km增大不變減小與I結(jié)合的組分EE、ESES作用特征無抑制劑競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制（二）不可逆性抑制劑與酶共價結(jié)合不可逆性抑制作用的抑制劑

基團特異性抑制劑（group-specificinhibitor）底物類似物（substrateanalog）自殺性抑制劑（suicideinhibitor）

1．基團特異性抑制劑與酶分子中特異的基團共價結(jié)合

一些酶活性中心的催化基團是絲氨酸殘基上的羥基，這些酶稱為羥基酶。

如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶

有機磷化合物羥基酶失活的酶酸CH3CHN+HONROPR'OOOE+NROPR'OOOCHCH3N++EOH

解磷定失活的酶有機磷-解磷定復(fù)合物活化的酶

半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需基團。低濃度的重金屬離子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等)及As3+等可與巰基酶分子中的巰基結(jié)合，使酶失活。

路易士氣巰基酶失活的酶酸失活的酶BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物2．底物類似物可共價地修飾酶的活性中心

與基團特異性抑制劑不同，底物類似物與底物的結(jié)構(gòu)相似，可特異地與酶的活性中心共價結(jié)合，不可逆地抑制酶的活性。此類抑制劑可作為親和標記物，用來定性酶活性中心的功能基團。

TPCK對胰凝乳蛋白酶活性中心組氨酸咪唑環(huán)的親和標記

酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活性中心相結(jié)合，生成酶-底物復(fù)合物，并接受酶的催化作用。然而，經(jīng)催化后的中間產(chǎn)物不游離出產(chǎn)物，而是轉(zhuǎn)化為酶的抑制劑，進一步與酶活性中心共價結(jié)合，對酶產(chǎn)生抑制作用。

E+SESE·IE-I

3．自殺性抑制劑是經(jīng)過修飾的酶的底物+

酶-底物復(fù)合物無活性酶中被修飾的FAD

N，N-二甲基丙炔酰胺自殺性抑制劑N,N-二甲基丙炔酰胺在被單胺氧化酶氧化后，由于填加1個質(zhì)子，使之與酶的輔基FAD結(jié)合生成穩(wěn)定的烷化物，從而酶被抑制。

單胺氧化酶通過其輔基FAD氧化N,N-二甲基丙炔酰胺(N,N-dimethylpropargylamine)：

第四節(jié)

多底物反應(yīng)的動力學(xué)KineticsofMultisubstrateReactions一、多底物反應(yīng)有其特定的表示法雙底物和多底物反應(yīng)的表示法與前述的單底物反應(yīng)不同，用A、B、C表示底物，用P、Q、R表示產(chǎn)物。雙底物和多底物反應(yīng)用單(uni)、雙(bi)、三(ter)等表示底物和產(chǎn)物的數(shù)量。

反應(yīng)

名稱AB單單反應(yīng)（uniunireaction）A+BP雙單反應(yīng)（biunireaction）A+BP+Q雙雙反應(yīng)（bibireaction）A+B+CP+Q三雙反應(yīng)（terbireaction）A+B+CP+Q+R三三反應(yīng)（terterreaction）

酶促反應(yīng)的一般名稱舉例

二、雙雙反應(yīng)可按底物與酶結(jié)合和產(chǎn)物釋放的順序進行分類

（一）有序序列雙雙反應(yīng)中底物結(jié)合和產(chǎn)物釋放有嚴格的先后次序

有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶的結(jié)合和兩產(chǎn)物從酶-底物復(fù)合物中的釋放有其嚴格次序，這類雙雙反應(yīng)稱為有序序列雙雙反應(yīng)(compulsoryorderedbibireaction)，或稱有序序列機制(compulsoryorderedmechanism)。

乳酸脫氫酶催化的反應(yīng)

丙酮酸+NADH+H+

乳酸+NAD+

（二）隨機序列雙雙反應(yīng)的底物結(jié)合和產(chǎn)物釋放沒有嚴格的先后次序

有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶結(jié)合和兩產(chǎn)物釋放的次序是隨機的，這類雙雙反應(yīng)稱為隨機序列雙雙反應(yīng)(randomorderedbibireaction)，或稱隨機序列機制(randomorderedmechanism)。

（三）乒-乓雙雙反應(yīng)的兩底物尚未全部與酶結(jié)合便有產(chǎn)物釋放

有些酶促雙雙反應(yīng)中，兩底物與酶的結(jié)合和兩產(chǎn)物從酶-底物復(fù)合物的釋放是交替進行的，這類雙雙反應(yīng)稱為乒-乓雙雙反應(yīng)(Ping-Pongbibireaction)，或雙置換機制(doubledisplacementmechanism)。

第五節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)RegulationofEnzymeActivities

一、調(diào)節(jié)酶的催化活性隨著對環(huán)境信號的反應(yīng)而變化

調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）

對環(huán)境因素的作用表現(xiàn)出催化活性增高或降低、或酶量的增多或減少，進而能影響和調(diào)整反應(yīng)途徑反應(yīng)速率的酶。

機體通過改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導(dǎo)、阻遏酶的生物合成，可實現(xiàn)細胞代謝水平的調(diào)節(jié)；物質(zhì)代謝的整體調(diào)節(jié)和激素水平的調(diào)節(jié)最終也都是通過影響酶促反應(yīng)速率實現(xiàn)的。

酶的調(diào)節(jié)抑制抑制劑激活激活劑雙重調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)共價修飾多形性調(diào)節(jié)酶原的激活同工酶酶含量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)合成：誘導(dǎo)、阻遏調(diào)節(jié)降解酶活性調(diào)節(jié)：

二、別構(gòu)酶通過構(gòu)象的改變影響酶促反應(yīng)速率

（一）別構(gòu)效應(yīng)劑與別構(gòu)酶結(jié)合引發(fā)酶的構(gòu)象改變別構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱別構(gòu)調(diào)節(jié)。別構(gòu)酶（allostericenzyme）：能發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)的酶別構(gòu)效應(yīng)劑（allostericeffector）

：能引起酶發(fā)生構(gòu)象改變的化合物調(diào)節(jié)部位（regulatorysite）：別構(gòu)效應(yīng)劑與酶結(jié)合的部位別構(gòu)酶也有兩種構(gòu)象形式，緊縮態(tài)(tensestate,Tstate)和松馳態(tài)(relaxedstate,Rstate)。T態(tài)和R態(tài)對底物的親和力或催化活性不同，別構(gòu)效應(yīng)劑就是通過引起酶R態(tài)與T態(tài)的互變，改變酶的催化速率。

（二）別構(gòu)效應(yīng)劑可引起別構(gòu)酶分子中各亞基間的協(xié)同作用

亞基的構(gòu)象改變可以相互影響，發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。（cooperativity）

正協(xié)同效應(yīng)（positivecooperativity）

后續(xù)亞基的構(gòu)象改變增加其對別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來越容易。

負協(xié)同效應(yīng)（negativecooperativity）

后續(xù)亞基的構(gòu)象改變降低酶對別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來越難。同種協(xié)同效應(yīng)（homotropiccooperativity）

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加或降低后續(xù)亞基對同種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。

異種協(xié)同效應(yīng)（heterotropiccooperativity）

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加或降低后續(xù)亞基對他種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。

別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加酶對底物的親和力，這種現(xiàn)象（屬于異種正協(xié)同效應(yīng)）稱為別構(gòu)激活作用（allostericactivation）。此別構(gòu)效應(yīng)劑稱為別構(gòu)激活劑（allostericactivator）

引起酶對底物親和力降低的現(xiàn)象（屬于異種負協(xié)同效應(yīng)）稱為別構(gòu)抑制作用（allostericinhibition）。此別構(gòu)效應(yīng)劑稱為別構(gòu)抑制劑（allostericinhibitor）（三）別構(gòu)酶的動力學(xué)特性不遵守米-曼氏動力學(xué)

正協(xié)同效應(yīng)的底物濃度-反應(yīng)速率曲線為S形曲線

負協(xié)同效應(yīng)的底物-速率曲線外形類似矩形雙曲線，但不是矩形雙曲線

三、一些調(diào)節(jié)酶可在催化方向相反的兩種酶的作用下發(fā)生共價修飾

（一）磷酸化與去磷酸化是最多見的共價修飾方式

共價修飾(covalentmodification)或化學(xué)修飾(chemicalmodification)

酶分子中的某些基團可在其他酶的催化下，共價結(jié)合某些化學(xué)基團；同時又可在另一種酶的催化下，將此結(jié)合上的化學(xué)基團去掉，從而影響酶的活性。

酶的共價修飾種類：

1.磷酸化（phosphorylation）和去磷酸化（dephosphorylation）

2.甲基化（methylation）和去甲基化（demethylation）

3.腺苷化（adenylation）和去腺苷化（deadenylation）

4.尿苷化(uridylation)

和去尿苷化（deuridylation）

磷酸化和去磷酸化修飾是最常見的共價修飾

酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白（二）共價修飾可引起級聯(lián)放大效應(yīng)

在一個連鎖反應(yīng)中，一個酶被磷酸化或去磷酸化激活后，后續(xù)的其他酶可同樣的依次被其上游的酶共價修飾而激活，引起原始信號的放大，這種多重共價修飾的連鎖反應(yīng)稱為級聯(lián)反應(yīng)（cascadereaction）。

級聯(lián)反應(yīng)的主要作用是產(chǎn)生快速、高效的放大效應(yīng)。

四、一些酶只有通過對其前體剪切后才有活性酶原(zymogen)有些酶在細胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。酶原的激活在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程。

酶原激活的原理酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心

一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽在特定條件下賴纈天天天天甘異賴纈天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS腸激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活過程酶原激活因子激活途徑胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶胃蛋白酶+六肽胰蛋白酶原腸激酶、胰蛋白酶胰蛋白酶+六肽胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶+2個二肽彈性蛋白酶原胰蛋白酶彈性蛋白酶+幾個肽段羧基肽酶原胰蛋白酶羧基肽酶+幾個肽段消化蛋白酶原的激活

胰腺1

245SSSS胰蛋白酶11516

245SSSS11316

245SSSSSer14-Arg15，Thr147-Asn148酶原-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶194Ile16轉(zhuǎn)180°Asp194Met192內(nèi)表，Gly193伸長Ser195，His57移位Asp192146149-胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶Asp102C-C=OH2OH-NNH-O-CH2Ser195⊕Asp102C-C=OH2OH-NNH------O-CH2Ser195His57CH2His57CH2–––His57⊕Ser195親核攻擊Asp102穩(wěn)定His57⊕-胰凝乳蛋白酶活性中心專一性：-胰凝乳蛋白酶：Leu13-Ser14,Tyr146-Thr147,Asn148-Ala149-胰凝乳蛋白酶：芳香族：Phe，Tyr，Trp

酶原激活的生理意義避免細胞產(chǎn)生的酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進行。有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。第五節(jié)酶與醫(yī)學(xué)

EnzymesandMedicalSciences

一、酶與疾病的發(fā)生、臨床診斷與治療密切相關(guān)

（一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān)1．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?。槐奖彼崃u化酶缺乏引起苯丙酮酸尿癥。

2．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。

3．一些疾病可以引起酶活性的改變

嚴重肝病時可因肝合成的凝血因子減少而影響血液凝固。

（二）體液中酶的活性可作為疾病的診斷指標

2.惡性腫瘤可因腫瘤組織的增殖加快，其標志酶釋放入血增多，有助于對該組織腫瘤的診斷。

前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。

組織器官損傷可使其組織特異性的酶釋放入血，有助于對此組織器官疾病的診斷。

急性肝炎時，血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性升高。

3.有些酶的清除和排泄障礙也可造成血清含量升高。

肝硬化時血清堿性磷酸酶活性升高。

4.酶的誘導(dǎo)合成增多也可以從血清中檢測出來，用于協(xié)助診斷和預(yù)后判斷。

膽管阻塞時膽汁返流可刺激肝合成堿性磷酸酶增多。

（三）酶作為藥物可用于疾病的治療

1．有些酶作為助消化的藥物

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、胰淀粉酶等予以糾正。

3．有些酶具有溶解血栓的療效鏈激酶、尿激酶及纖溶酶等溶解血栓，用于治療心、腦血管栓塞等。

胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等可加強傷口的凈化、抗炎和防止?jié){膜粘連等。在某些外敷藥中加入透明質(zhì)酸酶可以增強藥物的擴散作用。2.有些酶用于清潔傷口和抗炎（四）有些藥物通過抑制或激活體內(nèi)某種酶的活性起治療作用一些藥物通過抑制某些酶的活性，糾正體內(nèi)代謝紊亂。如抗抑郁藥通過抑制單胺氧化酶而減少兒茶酚胺的滅活，治療抑郁癥。洛伐他汀通過競爭性抑制HMG-CoA還原酶的活性，抑制膽固醇的生物合成，降低血膽固醇。給新生兒服用苯巴比妥可誘導(dǎo)肝細胞UDP-葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶的生物合成，減輕新生兒黃疸，防止出現(xiàn)膽紅素腦病。二、酶作為試劑可用于生物化學(xué)分析

（一）有些酶可作為酶偶聯(lián)測定法中的指示酶或輔助酶當有些酶促反應(yīng)的底物或產(chǎn)物不能被直接測定時，可偶聯(lián)另一種或兩種酶，使初始反應(yīng)產(chǎn)物定量地轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的某種產(chǎn)物，從而測定初始反應(yīng)的底物、產(chǎn)物或初始酶活性。這種方法稱為酶偶聯(lián)測定法。若偶聯(lián)一種酶，這個酶即為指示酶（indicatorenzyme）；若偶聯(lián)兩種酶，則前一種酶為輔助酶（auxiliaryenzyme），后一種酶為指示酶。葡糖氧化酶法測定血糖時，過氧化物酶為指示酶。酶聯(lián)免疫分析又稱酶聯(lián)免疫吸附測定

（enzyme-linkedimmunosorbentassays,ELISA）

是利用酶的快速、靈敏、可定量檢測的優(yōu)點和免疫學(xué)方法中抗原-抗體特異性結(jié)合的優(yōu)點，將指示酶與抗體偶連，對抗原進行檢測的一種方法。（二）有些酶可作為酶標記測定法中的標記酶常用的標記酶：辣根過氧化物酶堿性磷酸酶