第三章-酶與輔酶課件

酶目錄：酶的基本性質(zhì)

酶的命名和分類

酶反應(yīng)動力學(xué)

酶的抑制作用

酶的作用機(jī)理

酶的基本性質(zhì)

什么是酶？酶是生物體內(nèi)具有催化活性的，有特殊空間構(gòu)像的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。酶是生活細(xì)胞產(chǎn)生的以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑。酶和一般催化劑的共性1.用量少而催化效率高；2.它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡。3.只能催化熱力學(xué)允許的反應(yīng)，在反映前后不發(fā)生改變。酶催化作用特性1．高效性2．專一性3．反應(yīng)條件溫和4.酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制酶的基本性質(zhì)

酶的催化特性

高效性

是化學(xué)催化劑的107_1013倍例如：過氧化氫分解

2H2O2

2H2O+O2用Fe3+催化，效率為6×10-4mol/mol·S，而用過氧化氫酶催化，效率為6×106

mol/mol·S。-淀粉酶催化淀粉水解，1克結(jié)晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。（1）絕對專一性有些酶對底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一個(gè)特定的底物。這種專一性稱為絕對專一性（Absolutespecificity)。有些酶的作用對象不是一種底物，而是一類化合物或一類化學(xué)鍵。這種專一性稱為相對專一性(RelativeSpecificity)。包括族(group)專一性。如-葡萄糖苷酶，催化由-葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但對于糖苷的另一端沒有嚴(yán)格要求。和鍵(Bond)專一性。如酯酶催化酯的水解，對于酯兩端的基團(tuán)沒有嚴(yán)格的要求。（2）相對專一性（3）立體化學(xué)專一性酶的一個(gè)重要特性是能專一性地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反應(yīng)。例如，淀粉酶只能選擇性地水解D－葡萄糖形成的1，4－糖苷鍵I,光學(xué)專一性O(shè)pticalSpecificityStereochemicalSpecificity幾何專一性有些酶只能選擇性催化某種幾何異構(gòu)體底物的反應(yīng)，而對另一種構(gòu)型則無催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成蘋果酸，對馬來酸則不起作用。geometricalspecificity酶的基本性質(zhì)

酶的催化特性反應(yīng)條件溫和酶促反應(yīng)一般在pH5-8水溶液中進(jìn)行，反應(yīng)溫度范圍為20-40C

。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。酶的基本性質(zhì)

酶的催化特性酶易失活凡能使蛋白質(zhì)變性的因素如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿高溫等條件都能使酶破壞而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比較溫和的條件如常溫、常壓和接近中性的酸堿度。酶的基本性質(zhì)

酶的催化特性酶活力可調(diào)節(jié)控制如抑制劑調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等.某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān).酶的基本性質(zhì)酶的組成單純蛋白酶：它們的組成為單一蛋白質(zhì).結(jié)合蛋白酶：酶蛋白+輔因子(輔酶和輔基)酶蛋白與輔助成分組成的完整分子稱為全酶。單純的酶蛋白無催化功能.全酶=酶蛋白+輔助因子輔助因子與酶蛋白結(jié)合比較疏松的小分子有機(jī)物與酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機(jī)物。金屬離子作為輔助因子。金屬離子輔酶輔基酶蛋白和輔助因子單獨(dú)存在均無催化活性，只有二者結(jié)合為全酶才有催化活性。酶蛋白決定酶催化專一性，輔助因子通常是作為電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的載體決定反應(yīng)的性質(zhì)。酶的基本性質(zhì)酶的組成輔酶在酶促反應(yīng)中的作用特點(diǎn)輔酶在催化反應(yīng)過程中，直接參加了反應(yīng)。每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催某一類型的反應(yīng)。同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同的全酶。一般來說，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類型（反應(yīng)專一性），而酶蛋白則決定了所催化的底物類型（底物專一性）。酶分子中的金屬離子

根據(jù)金屬離子與酶蛋白結(jié)合程度，可分為兩類：金屬酶和金屬激酶。在金屬酶中,酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。如Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu3、Zn2+、Mn2+、Co2等。金屬酶中的金屬離子作為酶的輔助因子，在酶促反應(yīng)中傳遞電子，原子或功能團(tuán)。金屬酶中的金屬離子與配體金屬離子配體酶或蛋白

Mn2咪唑丙酮酸脫氫酶Fe2+/Fe3+卟啉環(huán)，咪唑，血紅素，含硫配體氧化-還原酶，過氧化氫酶Cu+/Cu2+咪唑，酰胺細(xì)胞色素氧化酶Co2+卟啉環(huán)變位酶Zn2+-NH3，咪唑，（-RS）2碳酸酐酶，醇脫氫酶Pb2-SHd-氨基-g-酮戊二酸脫水酶Ni2-SH尿酶金屬激酶中的金屬離子激酶是一種磷酸化酶類，在ATP存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。其中的金屬離子與酶的結(jié)合一般較松散。在溶液中，酶與這類離子結(jié)合而被激活。如Na+、K+、Mg2+、Ca2+等。金屬離子對酶有一定的選擇性,某種金屬只對某一種或幾種酶有激活作用。水溶性維生素與輔酶輔酶是一類具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能的小分子化合物。參與的酶促反應(yīng)主要為氧化-還原反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)。大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性B族維生素。許多維生素的生理功能與輔酶的作用密切相關(guān)。維生素維生素是機(jī)體維持正常生命活動所必不可少的一類有機(jī)物質(zhì)。維生素一般習(xí)慣分為脂溶性和水溶性兩大類。其中脂溶性維生素在體內(nèi)可直接參與代謝的調(diào)節(jié)作用，而水溶性維生素是通過轉(zhuǎn)變成輔酶對代謝起調(diào)節(jié)作用。(1)維生素PP

菸酸和菸酰胺，在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o酶I和輔酶II。能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時(shí)表現(xiàn)出神經(jīng)營養(yǎng)障礙，出現(xiàn)皮炎。(1)維生素PP和NAD+和NADP+

NAD+(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶I)和NADP+(煙酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又稱為輔酶II)是維生素?zé)燉０返难苌铮嵌喾N重要脫氫酶的輔酶。(2)核黃素（VB2)核黃素(維生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基異咯嗪兩部分組成。缺乏時(shí)組織呼吸減弱，代謝強(qiáng)度降低。主要癥狀為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。(2)核黃素和FAD和FMNFAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黃素單核苷酸)是核黃素(維生素B2)的衍生物，功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應(yīng)中，起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。(3)泛酸和輔酶A(CoA)維生素(B3)-泛酸是由，-二羥基--二甲基丁酸和一分子-丙氨酸縮合而成。(3)泛酸和輔酶A(CoA)輔酶A是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙?；傅妮o酶，它的前體是維生素(B3)泛酸。功能：是傳遞酰基，是形成代謝中間產(chǎn)物的重要輔酶。(4)葉酸和四氫葉酸(FH4或THFA)四氫葉酸是合成酶的輔酶，其前體是葉酸(又稱為蝶酰谷氨酸，維生素B11)。四氫葉酸的主要作用是作為一碳基團(tuán)，如-CH3,-CH2-,-CHO等的載體，參與多種生物合成過程。(5)硫胺素硫胺素(維生素B1)在體內(nèi)以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。缺乏時(shí)表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎、皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、下肢水腫。(5)硫胺素和焦磷酸硫胺素(TPP)焦磷酸硫胺素是脫羧酶的輔酶，它的前體是硫胺素(維生素B1)。功能：催化酮酸的脫羧反應(yīng)(6)吡哆素吡多素(維生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。(6)吡哆素和磷酸吡哆素磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡多素是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，轉(zhuǎn)氨酶通過磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互轉(zhuǎn)換，起轉(zhuǎn)移氨基的作用。(7)生物素生物素是羧化酶的輔酶，它本身就是一種B族維生素B7。生物素的功能是作為CO2的遞體，在生物合成中起傳遞和固定CO2的作用。(8)維生素B12輔酶

維生素B12又稱為鈷胺素。維生素B12分子中與Co+相連的CN基被5’-脫氧腺苷所取代，形成維生素B12輔酶。維生素B12輔酶的主要功能是作為變位酶的輔酶，催化底物分子內(nèi)基團(tuán)(主要為甲基)的變位反應(yīng)。

(9)輔酶Q(CoQ)輔酶Q又稱為泛醌，廣泛存在與動物和細(xì)菌的線粒體中，其結(jié)構(gòu)為：輔酶Q的活性部分是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要功能是作為線粒體呼吸鏈氧化-還原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。酶的命名及分類(1)習(xí)慣命名法:1,根據(jù)其催化底物來命名；2,根據(jù)所催化反應(yīng)的性質(zhì)來命名；3,結(jié)合上述兩個(gè)原則來命名，4,有時(shí)在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來源或其它特點(diǎn)。1.酶的命名(2)國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一個(gè)酶字。例如：習(xí)慣名稱:谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酶催化的反應(yīng):谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸酶的命名及分類1.氧化還原酶類Oxidoreductases2.轉(zhuǎn)移酶類 Transgerases3.水解酶類 Hydrolases4.裂合酶類 Lyases5.異構(gòu)酶類 Isomerases6.連接酶類Ligases2.酶的分類氧化-還原酶催化氧化-還原反應(yīng)。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。1氧化-還原酶OxidoreductaseAH2+B（O2）+BH2（H2O2，H2O）A轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。2轉(zhuǎn)移酶TransferaseA·X+BA+B·X水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：3水解酶hydrolaseAOH+BHAB+H2O裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。

4裂合酶Lyase

ABA+B異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。

5異構(gòu)酶Isomerase

AB常見的有消旋和變旋、醛酮異構(gòu)、順反異構(gòu)和變位酶類。合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。丙酮酸+CO2草酰乙酸

6合成酶LigaseorSynthetase

核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應(yīng)。

7核酸酶（催化核酸）ribozyme

例：醇脫氫酶（EC1.1.1.1)EC：EnzymeCommission（酶學(xué)委員會）1：氧化還原酶類1:以CH—OH基為供體的酶類1：代表NAD或NADP為受體1：同一類酶的順序編號與發(fā)現(xiàn)的先后一致酶的編號酶的編碼乳酸脫氫酶EC1.1.1.27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團(tuán)CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號每個(gè)酶都有一個(gè)有四個(gè)數(shù)字組成的編碼酶反應(yīng)動力學(xué)酶活力的概念

酶活力即酶促反應(yīng)速度，指在規(guī)定條件下單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的生成量。

注：在實(shí)際測定酶促反應(yīng)速度時(shí)，以測定單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量為好。v=-d〔S〕/dt或v=d〔P〕/dt。底物濃度為〔S〕,產(chǎn)物濃度為〔P〕,時(shí)間為t，反應(yīng)速度為v酶反應(yīng)動力學(xué)

酶活力的單位

定義：指在一定條件下使酶促反應(yīng)達(dá)到某一速度時(shí)所需要的酶量。酶活性單位是一個(gè)人為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。慣用單位：酶活性測定方法的建立者所規(guī)定的單位。國際單位：1IU指在規(guī)定條件（最適pH，最適底物濃度）下，每分鐘轉(zhuǎn)化1mol底物的酶量。單位為IU。Katal單位：1Katal指在規(guī)定條件下，每秒鐘轉(zhuǎn)化1mol底物的酶量，1Katal=60×106IU。引起酶促反應(yīng)速率降低的原因(1)底物濃度的降低；(2)產(chǎn)物濃度增加加速了逆反應(yīng)的進(jìn)行；(3)產(chǎn)物對酶的抑制或激活作用(4)隨著時(shí)間的延長引起酶本身部分分子失活等。因此測定酶活力，應(yīng)測定酶促反應(yīng)的初速率，反應(yīng)初速率與酶量呈線性關(guān)系，因此可以用初速率來測定制劑中酶的含量。酶反應(yīng)動力學(xué)酶活力測定初速度法在一個(gè)反應(yīng)體系中，加入一定量的酶液，開始計(jì)時(shí)反應(yīng)，經(jīng)一定時(shí)間反應(yīng)后，終止反應(yīng)，測定在這一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)量（終止時(shí)與起始時(shí)的濃度差），這時(shí)測得的是初速度。平均速度法：在一定條件下，加入一定量底物（規(guī)定），再加入合適量的酶液，測定完成該反應(yīng)（底物反應(yīng)完）所需的時(shí)間，（非初速度，為一平均速度）。動態(tài)連續(xù)測定法：在反應(yīng)體系中，加入酶，用儀器連續(xù)監(jiān)測整個(gè)酶促反應(yīng)過程中底物的消耗或產(chǎn)物的生成?？焖俜磻?yīng)追蹤法：近年來，追蹤極短時(shí)間（10-3s以下）內(nèi)反應(yīng)過程的方法和裝置已經(jīng)應(yīng)用。酶活力的測定方法技術(shù)酶活力測定實(shí)例首先確定反應(yīng)條件20℃、pH=7，底物濃度6g/l（過量），加入2mg固體脂肪酶第二確定活力單位

如每小時(shí)催化1克底物

1u=1g/h第三測算反應(yīng)初速度

作產(chǎn)物甘油隨時(shí)間增加的曲線，量出反應(yīng)初速度值，換算為脂肪的消耗速度如

8g/h第四換算活力

8g/h

/

1g/h=8u第五計(jì)算比活

8u/2mg酶蛋白=4u/mg酶蛋白脂肪脂肪酶甘油+脂肪酸活性部位確定反應(yīng)條件時(shí)應(yīng)考慮：（1）底物

選用的底物在物理化學(xué)性質(zhì)上和產(chǎn)物不同。一般選用底物的濃度[S]=100Km，一般選擇Km小的作測定的底物。（2）pH值注意選擇適宜的反應(yīng)pH值，并將反應(yīng)維持在這一pH值。（3）溫度

實(shí)驗(yàn)中溫度變動應(yīng)控制在±0.1℃以內(nèi)。酶反應(yīng)的溫度通常選用25℃、30℃、37℃。（4）輔助因子為了提高酶在反應(yīng)系統(tǒng)中的穩(wěn)定性，有些也需要某些相應(yīng)的物質(zhì)。（5）空白和對照空白：指雜質(zhì)反應(yīng)和自發(fā)反應(yīng)引起的變化量，提供未知因素的影響

對照：作為比較或標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)。

酶促反應(yīng)進(jìn)程酶促反應(yīng)進(jìn)程曲線

中間產(chǎn)物學(xué)說：酶促反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，酶首先與底物結(jié)合為中間產(chǎn)物，然后再催化底物反應(yīng)生成產(chǎn)物。E+SES→E+P

酶促反應(yīng)底物動力學(xué)米-曼氏方程：

Vmax〔S〕v=—————〔S〕+Km

v代表反應(yīng)速度Vmax代表最大反應(yīng)速度〔S〕代表底物濃度Km稱為米氏常數(shù)酶促反應(yīng)底物動力學(xué)米氏常數(shù)由米-曼氏方程可以導(dǎo)出：

（Vmax-v）〔S〕Km=———————

v當(dāng)v=1/2Vmax時(shí)，Km=〔S〕。Km值為反應(yīng)速度相當(dāng)于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。具有重要的應(yīng)用價(jià)值。Km值的應(yīng)用1.鑒定酶的種類Km值是酶的特征常數(shù)，可在規(guī)定的條件下測定其Km值加以鑒定。2.反映酶與底物的親合力Km值越大，酶與底物親合力越小，Km值越小，酶與底物親合力越大。5.設(shè)計(jì)適宜的底物濃度酶促反應(yīng)進(jìn)程曲線表明，只有初速度才能真正代表酶活性，一般要求初速度達(dá)到最大速度的90%～95%、底物消耗率為1%～5%。這樣既可以近似地表示酶活性，又不致于使底物濃度過高而造成浪費(fèi)。3.選擇酶的最適底物在酶一定時(shí)，不同底物有不同的Km值。酶活力測定時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇酶的最適底物，使酶促反應(yīng)容易進(jìn)行，并節(jié)省底物用量。Km值的應(yīng)用

Km和Vmax的測定1．Linweaver-Burk作圖法,又稱為雙倒數(shù)作圖法

1Km+〔S〕Km11——=—————=———·——+———vVmax〔S〕Vmax〔S〕Vmax酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響0[E]Vm酶濃度對反應(yīng)速度的影響影響酶催化反應(yīng)的因素pH濃度對酶促反應(yīng)速度的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH。胃蛋白酶(Pepsin)最適pH=1.8-2.0唾液淀粉酶(salivaryamylase)最適pH=6.8-7.0精氨酸酶(Arginase)最適pH=9.8影響酶催化反應(yīng)的因素溫度濃度對酶促反應(yīng)速度的影響一方面,溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個(gè)最適溫度。在最適溫度條件下,反應(yīng)速度最大。影響酶催化反應(yīng)的因素抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。影響酶催化反應(yīng)的因素抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響a.不可逆抑制

抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如有機(jī)磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。

影響酶催化反應(yīng)的因素抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響b.可逆抑制

抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，主要分為兩類：竟?fàn)幮砸种?、反竟?fàn)幮砸种?、非竟?fàn)幮砸种啤Ｓ绊懨复呋磻?yīng)的因素抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響(1)竟?fàn)幮砸种颇承┮种苿┑幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。影響酶催化反應(yīng)的因素竟?fàn)幮砸种朴绊懨复呋磻?yīng)的因素

競爭性可逆抑制圖示加入競爭性抑制劑后，Km變大，酶促反應(yīng)速度不變。-4-202468100.00.20.40.60.81.0

1/[S](1/mmol.L-1）1/v無抑制劑競爭性抑制劑1/Vmax影響酶催化反應(yīng)的因素（2）、反競爭性抑制作用

酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，引起酶活性下降。ESIESP+EE+S+I影響酶催化反應(yīng)的因素反競爭性抑制特點(diǎn)：

1）抑制劑與酶和底物的復(fù)合物結(jié)合。

2）Km和Vm下降

3）底物濃度增加，抑制作用加強(qiáng)。2）、反競爭性抑制作用酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的-SH基團(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制。(3)非竟?fàn)幮砸种朴绊懨复呋磻?yīng)的因素非竟?fàn)幮砸种艵+S====E-S====P+E+IEI+IESIS非競爭性可逆抑制圖示加入非競爭性抑制劑后，Km雖然不變，但由于Vmax減小，所以酶促反應(yīng)速度也下降了。-4-202468100.00.20.40.60.81.01/v抑制劑非競爭性抑制劑-1/km1/[S](1/mmol.L-1）影響酶催化反應(yīng)的因素有無抑制劑存在時(shí)酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程

酶抑制劑的應(yīng)用

為酶的催化提供信息抑制劑在藥物上的應(yīng)用烏苯美司姜黃色素肉桂酰天冬氨酸類衍生物

氨肽酶抑制劑抗腫瘤藥物

Ubenimex的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展

197619871975日本學(xué)者梅澤濱夫從橄欖網(wǎng)狀鏈霉菌的培養(yǎng)液中分離得到具有氨肽酶抑制活性的低分子二肽化合物?；瘜W(xué)名為N-[(2S,3R)-3-氨基-2-羥基-4-苯丁酰]-L-亮氨酸。由日本學(xué)者采用苯丙氨酸為起始原料成功地進(jìn)行了化學(xué)合成.該化合物作為抗癌新藥在日本正式上市,商品名為Bestatin

后由WHO統(tǒng)一命名為Ubenimex(烏苯美司)由四川抗生素工業(yè)研究所研制成功，浙江普洛康裕制藥有限公司生產(chǎn)。國內(nèi)情況商品名百士欣(烏苯美司膠囊)，并于1998年上市，為國家二類抗腫瘤新藥。

Ubenimex的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展Ubenimex的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)烏苯美司的分子式:C16H24N2O4式量:308.38化學(xué)名為N-[(2S,3R)-3-氨基-2-羥基-4-苯丁酰]--L-亮氨酸?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)式:存在多個(gè)異構(gòu)體,及一系列衍生物Ubenimex的立體異構(gòu)體烏苯美司分子結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)手性C原子，加上亮氨酸的構(gòu)型,因此有8個(gè)立體異構(gòu)體。到目前為止,烏苯美司及其所有立體異構(gòu)體都已被合成,并且測定了它們對氨肽酶B和亮氨酸氨肽酶的抑制活性。C3C2Ubenimex的立體異構(gòu)體烏苯美司分子結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)手性C原子，加上亮氨酸的構(gòu)型,因此有8個(gè)立體異構(gòu)體。到目前為止,烏苯美司及其所有立體異構(gòu)體都已被合成,并且測定了它們對氨肽酶B和亮氨酸氨肽酶的抑制活性。C3C2Ubenimex的衍生物將烏苯美司R端的氨基酸（L-Leu）用其他氨基酸、肽、胺類代替，或?qū)⑵銻’端的芐基用氫、烷基、取代芐基代替，得到衍生物:進(jìn)一步考察不同衍生物對氨肽酶B的活性Ubenimex的衍生物α-氨基酸都顯示較強(qiáng)的的酶抑制活性－－氨基和羰基之間的距離至關(guān)重要脫去羧基的衍生物活性很低－－游離的羧基在抑制活性中起促進(jìn)作用芐基對位上引入羥基、硝基、和甲基后活性明顯增強(qiáng)。鄰位引入氯后的活性僅為烏苯美司的1/10,而對位引入氯后活性與烏苯美司相近。表2其中烏苯美司的對羥基衍生物就是其活性代謝產(chǎn)物之一。一般認(rèn)為烏苯美司的療效與口服給藥后經(jīng)體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化為這一活性代謝產(chǎn)物有關(guān)。Ubenimex的功能功能功能應(yīng)用烏苯美司具有抑制腫瘤細(xì)胞表面氨基肽酶B和亮氨酸氨基肽酶作用增強(qiáng)T細(xì)胞的功能，使NK細(xì)胞的殺傷力增強(qiáng)在化療、放療的輔助治療的應(yīng)用不斷擴(kuò)大：治療白血病多發(fā)性骨髓瘤，骨髓增生異常綜合癥治療實(shí)體瘤且可使集落刺激因子合成增加而刺激骨髓細(xì)胞的再生及分化誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞調(diào)亡和促進(jìn)宿主免疫功能。Ubenimex的作用機(jī)制1作用靶點(diǎn)：亮氨酸氨肽酶和氨肽酶B－－位于免疫細(xì)胞表面的水解蛋白。圖1Leu-AP圖2AP-B2氨肽酶是一種雙功能金屬鋅變構(gòu)酶，立體結(jié)構(gòu)中有一個(gè)疏水性腔穴和一個(gè)起催化作用的二價(jià)鋅離子。烏苯美司對氨肽酶的抑制作用正是由于其空間構(gòu)型和電荷分布基本適合于氨肽酶的立體結(jié)構(gòu)要求。Ubenimex的作用機(jī)制圖3氨肽酶的鋅位點(diǎn)及與Ubenimex的結(jié)合3分子中的氨基、羧基和羥基與氨肽酶中的鋅離子發(fā)生鰲合，從而破壞該酶催化活性中心的形成，最終起到抑制作用Ubenimex的作用機(jī)制圖4Ubenimex的結(jié)合示意圖Ubenimex的生產(chǎn)方法3-氨基-2-羥基-4-苯基丁酸是制備Ubenimex(烏苯美司)的關(guān)鍵中間體。＋3-氨基-2-羥基-4-苯基丁酸L-亮氨酸Ubenimex化學(xué)酶法制備Ubenimex之前文獻(xiàn)報(bào)道多采用手性池原料提供手性中心,用化學(xué)法合成。2005年，BrentFeskeandJonStewart利用化學(xué)酶法成功制備了Ubenimex。他們通過面包酵母還原酶選擇性還原前手性酮得到單手性中間體，然后進(jìn)一步通過化學(xué)法得到產(chǎn)品?；瘜W(xué)酶法制備Ubenimex在第一步中使用面包酵母還原酶，而不是整個(gè)面包酵母，這樣使得反應(yīng)的立體選擇性大大提高，用商業(yè)酵母得到四個(gè)異構(gòu)體，而采用酶得到的有效異構(gòu)體的e.e值大于98％。使用的酵母還原酶是他們通過分析酵母基因組，確定目標(biāo)基因、克隆、并通過基因工程改造的大腸桿菌表達(dá)獲得的該方法的優(yōu)點(diǎn)是：不依賴手性池原料31方法簡練，立體選擇性強(qiáng)2反應(yīng)條件溫和33單胺氧化酶抑制劑

機(jī)制：抑制多巴胺的氧化降解。治療治療帕金森病。副作用：消化道癥狀、體位性低血壓。失睡多見，故不宜晚上用。

帕金森病的臨床特點(diǎn)

靜止性震顫運(yùn)動遲緩肌張力增高姿勢平衡障礙多巴脫羧酶抑制劑

左旋多巴合并多巴脫羧酶抑制劑是目前治療最有效的藥物。

機(jī)制：補(bǔ)充外源性多巴胺前體

藥物：左旋多巴+芐絲肼=美多巴左旋多巴+卡比多巴=帕金寧兒茶酚甲基轉(zhuǎn)移酶（COMT）抑制劑

作用：增加左旋多巴的生物利用度和作用時(shí)間，從而增加體內(nèi)多巴胺，治療帕金森病。第四節(jié)酶的催化作用機(jī)理酶作用高效率的機(jī)制酶作用專一性的機(jī)制酶作用專一性的機(jī)制

酶分子活性中心部位，一般都含有多個(gè)具有催化活性的手性中心，這些手性中心對底物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使反應(yīng)可以按單一方向進(jìn)行。酶能夠區(qū)分對稱分子中等價(jià)的潛手性基團(tuán)。(a)“三點(diǎn)結(jié)合”的催化理論。認(rèn)為酶與底物的結(jié)合處至少有三個(gè)點(diǎn)，而且只有一種情況是完全結(jié)合的形式。只有這種情況下，不對稱催化作用才能實(shí)現(xiàn)。鎖鑰學(xué)說

鎖鑰學(xué)說：認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣

誘導(dǎo)契合學(xué)說

誘導(dǎo)契合學(xué)說該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀.酶促反應(yīng)：E+S===ES===ES*

EPE+P反應(yīng)方向,主要取決于反應(yīng)自由能變化H。而反應(yīng)速度快慢,則主要取決于反應(yīng)的活化能Ea。

（一）活化能降低

催化劑的作用是降低反應(yīng)活化能Ea,從而起到提高反應(yīng)速度的作用酶作用高效率的機(jī)制

反應(yīng)過程中能的變化

酶作用高效率的機(jī)制

（二）中間產(chǎn)物學(xué)說

在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成酶－底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。E+S====E-SP+E

許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了E－S復(fù)合物的存在。E－S復(fù)合物形成的速率與酶和底物的性質(zhì)有關(guān)。E+SP+EES能量水平反應(yīng)過程GE1E2酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。酶作用高效率的機(jī)制酶催化作用的本質(zhì)是酶的活性中心與底物分子通過短程非共價(jià)力(如氫鍵,離子鍵和疏水鍵等)的作用，形成E-S反應(yīng)中間物，其結(jié)果使底物的價(jià)鍵狀態(tài)發(fā)生形變或極化，起到激活底物分子和降低過渡態(tài)活化能作用。酶作用高效率的機(jī)制

在酶促反應(yīng)中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應(yīng)速度；另一方面，由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基團(tuán)的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中參與反應(yīng)的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)格定向定位，使酶促反應(yīng)具有高效率和專一性特點(diǎn)。1鄰基效應(yīng)和定向效應(yīng)與酶作用高效性有關(guān)的因素

鄰近定向效應(yīng)酸－堿催化酸-堿催化可分為狹義的酸-堿催化和廣義的酸-堿催化。酶參與的酸-堿催化反應(yīng)一般都是廣義的酸－堿催化方式。廣義酸－堿催化是指通過質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子,或是通過質(zhì)子堿接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的過程。廣義酸基團(tuán)廣義堿基團(tuán)（質(zhì)子供體）（質(zhì)子受體）酶分子中可以作為廣義酸、堿的基團(tuán)His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化功能團(tuán)。共價(jià)催化

催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共價(jià)催化。酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)主要包括His的咪唑基，Cys的硫基，Asp的羧基，Ser的羥基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價(jià)催化作用。

金屬離子催化作用

金屬離子可以和水分子的OH-結(jié)合，使水顯示出更大的親核催化性能。提高水的親核性能

電荷屏蔽作用電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個(gè)重要功能。多種激酶(如磷酸轉(zhuǎn)移酶)的底物是Mg2+－ATP復(fù)合物。

電子傳遞中間體

許多氧化-還原酶中都含有銅或鐵離子，它們作為酶的輔助因子起著傳遞電子的功能。

酶活性的調(diào)節(jié)

一活性部位：酶分子中直接與底物結(jié)合，并催化底物發(fā)生反應(yīng)的部位。酶活性中心包括兩個(gè)部位。酶活性中心結(jié)合中心：酶與底物結(jié)合的部位，決定酶的專一性催化中心：催化底物發(fā)生反應(yīng)的部位，決定酶的催化效率、反映性質(zhì)。