生物化學(xué)：enzyme

1、第三章 酶(Enzyme),1,章節(jié)與內(nèi)容,1.酶的分子結(jié)構(gòu)與功能 2. 酶的工作原理 3. 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 4. 酶的調(diào)節(jié) 5. 酶的分類與命名 6. 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系,2,3,多巴胺，催產(chǎn)素，去甲腎上腺素，睪丸素,人體內(nèi)隨時(shí)都發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),Good Chemistry,Bad Chemistry,酶(Enzymes)是具有高效催化活性的,對(duì)底物有高度特異性的生物催化劑，是具有特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（本質(zhì)） 。,核酶(Ribozymes)是具有催化活性的核酸 (RNA/DNA),4,第三章 酶(Enzyme),生物催化劑,功能,特點(diǎn),磷酸酪氨酸水解,P-loop,WPD loop,Cys,Ar

2、g,Asp,Ser/Thr,5,酶的研究簡(jiǎn)史，酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),1.我國(guó)已有2000年釀酒的歷史 2.1850，Louis Pasteur 發(fā)現(xiàn)了酵母中的活性物質(zhì)在發(fā)酵過程中的作用 “vital force”. 3. 1897, Eduard Buchner: 發(fā)酵是個(gè)化學(xué)過程，不是活力行為“vital process”. （1907 Nobel)（不含細(xì)胞的酵母提取液） 4. 1926, Sumner and 1930, Northrop將Urase和pepsin結(jié)晶出來，從而證明它們是蛋白質(zhì)。(1946 Nobel) 5.較近的概念：1986：Boyer and Walker; Shult

3、z. Antibody can be an enzyme,6,Urase,Pepsin,第三章 酶(Enzyme),1.Sidney Altman and Thomas Cech, 1981, 1989 Nobel Prize2.Jack W. Szostak 1995, DNA片段具有DNA連接酶活性 2009 Nobel prize； 本章主要講本質(zhì)是蛋白質(zhì)的酶，核酸的酶在核酸章節(jié)里將有具體的闡述。,7,不是所有的酶都是蛋白質(zhì)， 一些 RNA 分子 (ribozymes) 同樣具有催化活性,單體酶(Monomeric enzyme): 僅具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的酶。 寡聚酶(Oligomeric e

4、nzyme):由多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的酶。 多酶體系(Multienzyme system):由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物。 多功能酶(Multifunctional enzyme):一些多酶體系在進(jìn)化過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，這類酶稱為多功能酶。,第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of Enzyme,8,一. 酶的分子組成,9,(酶蛋白決定反應(yīng)的特異性),(輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)),結(jié)合酶 (conjugated enzyme) protein + non-protein componen

5、t,金屬酶(metalloenzyme)：金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過程中不易丟失。 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)合不甚緊密。 金屬離子的作用: (1)穩(wěn)定酶的構(gòu)象；(2)作為酶活性中心組成部分參與催化反應(yīng)，傳遞電子；(3)在酶與底物間起橋梁作用；(4)中和陰離子，降低與底物結(jié)合時(shí)的靜電斥力等。,輔助因子（Cofactors）,1. 金屬離子是最常見的輔助因子 （2/3）,10,11,Mg/Mn dependent PP2C like phosphatase 鎂/錳依賴型PP2C型磷酸酶,12,13,2013，Aug 1，3

6、： 2333,2. 小分子有機(jī)化合物 (輔酶，coenzymes) 輔基 (prosthetic groups): 與酶蛋白結(jié)合牢固的輔酶。 作用：參與酶的催化過程，在反應(yīng)中起運(yùn)載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或一些基團(tuán)(COOH, -CH3, -NH2.)。 種類較少，分子結(jié)構(gòu)中常含有維生素或其衍生物。,輔助因子（Cofactors）,14,Cofactors and vitamins (補(bǔ)充內(nèi)容P433),維生素(Vitamins) 調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和維持正常生理功能的小分子有機(jī)化合物 人體不能合成或合成不足，必須由食物供給 脂溶性維生素(lipid- soluble vitamins): A, D

7、, E , K 水溶性維生素(water- soluble vitamins): Vit B1, Vit B2, Vit B6, Vit B12, Vit pp, pantothenic acid(泛酸), biotin(生物素), folic acid(葉酸), Vit C,15,1）Vit B2= riboflavin 核黃素 (缺乏導(dǎo)致舌炎，口角炎）,Vit B2,AMP,FAD,FAD: Flavin Adenine Dinucleotide (黃素腺嘌呤二核苷酸) FMN: Flavin MonoNucleotide (黃素單核苷酸),FMN,異咯嗪環(huán),1,10,奶，蛋，肉類等 （體

8、內(nèi)氧化還原酶的輔基，轉(zhuǎn)移氫原子/質(zhì)子）,16,2）Vitamin PP,尼克酰胺,Nicotinamide Adenine Dinucleotide,P,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸) NAD(P)H， 缺乏導(dǎo)致癩皮病，抗癩皮維生素，可治療高膽固醇血癥,17,轉(zhuǎn)移氫原子或電子As coenzyme of dehydrogenase,18,降低膽固醇，副作用， Flushing, 血管擴(kuò)張，臉頰潮紅,19,3）TPP: Thiamine pyrophosphate 焦磷酸硫胺素,Vit B1 = thiamine 硫胺素 （種子外皮，瘦肉等, 糖代謝中重要，腳氣?。?TPP: -酮酸氧化脫羧酶的

9、輔酶,噻唑環(huán),主要作用：醛基轉(zhuǎn)換,Eijkman,Pantothenatic acid 泛酸/遍多酸 Coenzyme A (HSCoA), Acyl carrier protein (ACP),泛酸和輔酶 A,Transfer acyl group (轉(zhuǎn)移?；?,Acetyl CoA (乙酰CoA),Beta-巰基乙胺,磷酸腺苷,泛，廣泛存在，缺乏比較少見,20,4）,Biotin (生物素),Prosthetic group of carboxylase: transfer carboxyl group,與酶蛋白賴氨酸殘基-氨基結(jié)合成生物胞素,與羧基結(jié)合生 成羧基生物素,CO2 fixat

10、ion,羧化酶輔基，轉(zhuǎn)移羧基，參與CO2的固定 （丙酮酸羧化酶等）,NH-LYS,缺乏導(dǎo)致疲乏，惡心，嘔吐，食欲不振，皮炎及脫屑性紅皮病,21,5）,Vitamin B6: 吡哆醛 吡哆胺 吡哆醇,Pyridoxal phosphate 磷酸吡哆醛coenzyme of aminotransferase轉(zhuǎn)氨酶: Transfer amino group（脫氨和轉(zhuǎn)氨）,缺乏導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)亢進(jìn) 可治療小兒驚厥等，可終止類固醇藥物作用，過量至200mg/ml導(dǎo)致周圍感覺神經(jīng)病。,22,6),Folic acid,THF Tetrahydrofolate,10,蝶呤 對(duì)氨基苯甲酸 谷氨酸,Folic a

11、cid (葉酸) Active form: FH4 (THF): Coenzyme of transferase: transfer one-carbon unit 轉(zhuǎn)移一個(gè)碳,與DNA合成，神經(jīng)發(fā)育等關(guān)系密切孕婦及哺乳期應(yīng)補(bǔ)充葉酸,23,缺乏導(dǎo)致貧血， 可以抗癌,7),活性形式: 甲基鈷胺素 5-脫氧腺苷鈷胺素 甲鈷胺素是轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶，參與體內(nèi)甲基轉(zhuǎn)移作用 5 -脫氧腺苷鈷胺素是L-甲基丙二酰CoA變位酶的輔酶,參與催化琥珀酰CoA的生成.,Vitamin B12 (維生素B12) 又稱鈷胺素(Cobalamin),體內(nèi)唯一含金屬離子的維生素,24,營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)，缺乏導(dǎo)致脫髓鞘，貧血，甚至高同

12、半胱氨酸血癥,8),小分子有機(jī)化合物在催化中的作用,25,*,二. 酶的活性中心(Active center of enzyme) （名詞解釋）,或稱活性部位 (active site)，指酶分子中與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)(必需基團(tuán))在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將其轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，該區(qū)域稱酶的活性中心。輔酶參與酶活性中心的組成。,26,活性中心是酶分子執(zhí)行其催化功能的部位， 必需基團(tuán)要組成特定的空間結(jié)構(gòu),27,D,T,E,G,R,S,酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)。 活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)(Essential groups i

13、n active sites) 1) 結(jié)合基團(tuán) (binding group) - 與底物及輔酶結(jié)合 2) 催化基團(tuán) (catalytic group) - 催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 活性中心外的必需基團(tuán)(Essential groups outside of the active sites)： 位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象和作為調(diào)節(jié)劑的結(jié)合部位所必需的基團(tuán).,Essential groups （必需基團(tuán)）,28,Phosphor-tyrosine hydrolysis,P-loop,WPD loop,Cys,Arg,Asp,Ser/Thr,29,底 物,活性中心以外的必需基團(tuán),

14、結(jié)合基團(tuán),催化基團(tuán),活性中心,30,溶菌酶的活性中心 P394,* 谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；,* 色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團(tuán)；,* AF為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。,31,三. 同工酶 (Isozymes (isoenzymes),催化相同化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。 （名詞解釋，定義） 由不同基因編碼的多肽鏈，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不同mRNA所翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。（來源） 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，使不同組織、器官和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有不同的代謝特征

15、。 （表現(xiàn)）,32,乳酸脫氫酶的同工酶（LDH1 LDH5）,* 舉例：乳酸脫氫酶 (lactate dehydrogenase),L-lactate + NAD+ pyruvate + NADH + H+,四聚體(Tetramer) 含兩種亞基: M 骨骼肌型 H 心肌型,33,(不同組織中同工酶的豐度不一樣）,34,LDH5,LDH2,肌酸激酶同工酶,* 舉例：肌酸激酶（creatine kinase, CK）,二聚體 (Dimer) 含兩種亞基: M 肌型和B 腦型,35,心肌梗塞和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化,1,酶活性,心肌梗塞酶譜,正常酶譜,肝病酶譜,2,3,4,5,臨床意義：

16、 同工酶譜的改變有助于對(duì)疾病的診斷。 病變時(shí)組織細(xì)胞發(fā)生損傷，細(xì)胞內(nèi)的某些酶釋放到血液使血液中該酶的活性升高。例如，心肌梗塞時(shí)，心肌細(xì)胞損傷使血液中LDH1,2,CK2增加.,36,The Protein Tyrosine Phosphatase Superfamily,Classical pTyr specific PTPs,Dual specific phosphatases,Cdc25,LMW PTPs,Intracellular PTPs,VH1-like,RNA triphosphatases,Cdc14-like,Phosphoinositide phospatases,Hce1,

17、Active site motif C(X)5R,PTPN9,PTP1B TCPTP,PTPH1 MEG1 PTPD1 PTPD2 PTPBAS,LCPTP HePTP,Typ-PTP,HD-PTP,37,38,Protein tyrosine-phosphatase expression profiling in gastric cancer tissues Cancer Letters 2006; Chew-Wun Wua, Hwa-Li Kaoa, Anna F.-Y. Lib, Chin-Wen Chic, Wen-chang Lin,三. 同工酶 (Isozymes (isoenzy

18、mes),催化相同化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。 （名詞解釋） 由不同基因編碼的多肽鏈，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不同mRNA所翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。（來源） 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，使不同組織、器官和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有不同的代謝特征。 （表現(xiàn)） 可用來診斷疾病。（用途）。,39,酶的結(jié)構(gòu)與功能,單體酶和寡聚酶 酶的分子組成 簡(jiǎn)單酶和結(jié)合酶 輔助 因子：金屬離子和維生素(轉(zhuǎn)移基團(tuán))，8類輔酶，需掌握催化類型 酶的活性中心 ：名詞解釋 必需基團(tuán), 結(jié)合基團(tuán), 催化基團(tuán), 催化中心之外- - - 結(jié)構(gòu)作用 4. 同工酶: 名

19、詞解釋 疾病中的同工酶譜,40,第二節(jié) 酶的工作原理 The mechanism of enzyme action,酶與一般催化劑的共同點(diǎn): 在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化; 只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng) ； 只能加速（減慢）可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。,41,一、 酶促反應(yīng)的特點(diǎn),酶的催化效率可用轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number)表示: 在酶被底物飽和的條件下,每個(gè)酶分子每秒鐘將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的分子數(shù).,（一）酶促反應(yīng)具有極高的效率,42,飽和，每個(gè)酶都和底物在一起的情況,（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性(specificity)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

20、致分為以下3種類型：,絕對(duì)特異性(absolute specificity)：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，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 。 （脲酶，只水解尿素，但對(duì)甲基尿素?zé)o反應(yīng)） 相對(duì)特異性(relative specificity)：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。eg PTPase 立體結(jié)構(gòu)特異性(stereo specificity)：作用于立體異構(gòu)體中的一種。 （蛋白質(zhì)合成，L/D型氨基酸）,43,（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性,酶含量的調(diào)節(jié)：酶生成與降解的調(diào)節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié)：變構(gòu)，后修飾等,酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。,44,197

21、0-Lefkowitz Nobel prize 2012,1986-Gilman,NB1994,1968-Sutherland,NB1974,1955-Fisher and Krebs,NB1992,1968 Krebs,45,What does the Covalent post-translational modification do?,Johnson FASEB Journal,46,二. 酶促反應(yīng)的機(jī)理,(一) 酶通過促進(jìn)底物形成過渡態(tài)而降低反應(yīng)的活化能，從而提高反應(yīng)速率。 活化能(Activation energy)：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到過渡態(tài)所需的能量。,47,酶-底物復(fù)合物,過

22、渡態(tài),活潑分子高能態(tài),反應(yīng)總能量改變,非催化反應(yīng)活化能,酶促反應(yīng) 活化能,一般催化劑催 化反應(yīng)的活化能,能 量,反 應(yīng) 過 程,底物平均能量,產(chǎn)物平均能量,酶促反應(yīng)活化能的改變,活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到過渡態(tài)所需的能量。,過渡態(tài),酶與底物結(jié)合 生成過渡態(tài)時(shí) 釋放的結(jié)合能,48,（二）酶和底物結(jié)合有利于底物形成過渡態(tài) （催化的關(guān)鍵）,1. 誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)合(Induce-Fit),酶-底物復(fù)合物,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。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說。,過渡態(tài),49,目 錄,50,羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式,51,52,In su

23、bmission,2. 鄰近效應(yīng)(proximity effect) 與定向排列(orientation arrange ) （尤其是兩個(gè)以上的底物）,2. 多元催化(multielement catalysis) 3. 表面效應(yīng)(surface effect),53,54,55,3. 表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化 (surface effect makes the substrate desolvation) （疏水環(huán)境中避免水分子的干擾）,(三) 多元催化作用 酸堿催化作用 （必需質(zhì)子供體或受體） 共價(jià)催化作用 （通過和底物形成瞬間共價(jià)鍵而將底物激活） 親核催化作用 （帶負(fù)電的基團(tuán)，可提供電

24、子）,56,Phosphor-tyrosine hydrolysis,P-loop,WPD loop,Cys,Arg,Asp,Ser/Thr,57,（-）,第三節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,58,研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 底物濃度【S】, 酶濃度【E】, pH, 溫度, 抑制劑, 激活劑, 研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定,生成產(chǎn)物的速率,一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)，其他因素不變 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)物的生成量來表示 酶促反應(yīng)速率通常采用初速率，即反

25、應(yīng)剛剛開始,沒有任何影響因素存在時(shí)的酶反應(yīng)速率,59,研究前提,在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。,從簡(jiǎn)單體系開始,當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí): 反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。,60,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(jí)反應(yīng)。,61,當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度時(shí): 反應(yīng)速率不再增加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng).,62,1. 米-曼氏方程揭示單底物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征,定量描述酶促反應(yīng)速率和底物濃度的關(guān)系,Michaelis-Menten equation was proposed in 1913. 酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物：,63,V：酶促反應(yīng)速

26、率 S: 底物濃度 Km : 米氏常數(shù) Vmax : 最大反應(yīng)速率,Steady State Assumption 穩(wěn)態(tài)假設(shè) （*2）,The M-M equation was derived in part by making several assumptions. An important one was: the concentration of substrate must be much greater than the enzyme concentration. In the situation （1）where S E and at initial velocity rates

27、, it is assumed that（2） the changes in the concentration of the intermediate ES complex are very small over time (vo). This condition is termed a steady-state rate, and is referred to as steady-state kinetics. Therefore, it follows that the rate of ES formation will be equal to the rate ES breakdown

28、.,64,If you assume that the formation of ES equals its breakdown, making ES constant（steady state), then :,V：酶促反應(yīng)速率 S: 底物濃度 Km : 米氏常數(shù) Vmax : 最大反應(yīng)速率,Et=E +ES k1(Et-ES)S=(k2+k3) ES,66,66,Michaelis-Menten kinetic curve,67,V：酶促反應(yīng)速率 S: 底物濃度 Km : 米氏常數(shù) Vmax : 最大反應(yīng)速率,1,研究速率對(duì)底物濃度變化的公式,* 當(dāng)反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時(shí),2. Km

29、與Vmax的意義,KmS, Km值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。,Km值,68,Km值的意義： Km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，單位是mol/L 。 Km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)境有關(guān)，與酶濃度無關(guān)； Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力， Km值越小，酶對(duì)底物的親和力越大（K3K2)； 同一酶對(duì)于不同底物有不同的Km值；對(duì)同一底物，不同酶有不同Km值。,69,Vm是酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速率，與酶濃度成正比。意義：Vmax=K3 E，如果酶的總濃度已知，可從Vmax計(jì)算 酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number)，

30、即動(dòng)力學(xué)常數(shù)K3。,70,酶的轉(zhuǎn)換數(shù)定義 當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。 意義 K3/Kcat可用來比較每單位酶的催化能力。 Kcat/Km; (酶反應(yīng)的相對(duì)底物特異性）,Vmax,71,72,Kcat/Km 標(biāo)志底物特異性,73,突變必需基團(tuán)影響酶學(xué)常數(shù),3. m值與max值的測(cè)定,雙倒數(shù)作圖法（又稱為林-貝氏作圖法） (Michealis-Menton 方程的轉(zhuǎn)換） Hanes作圖法,74,1,1,y=ax+b 的一次方程,Lineweaver-Burk plot (雙倒數(shù)作圖),75,斜率,Intercept (截距),1/V,1/S,Hanes作

31、圖法,在林貝氏方程基礎(chǔ)上，兩邊同乘S,S/V=Km/Vmax + S/Vmax,斜率:1/Vmax,76,SE，酶可被底物飽和時(shí)，反應(yīng)速率與酶濃度成正比。 關(guān)系式為：V = K3 E,77,0,V,E,酶濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,二. 酶濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,底物足夠時(shí)：,三. 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響,78,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)速率最大時(shí)的環(huán)境溫度。 低溫的應(yīng)用,四. pH對(duì)反應(yīng)速率的影響,最適pH： 酶催化活性最大時(shí)的 環(huán)境pH。,79,80,五. 抑

32、制劑對(duì)反應(yīng)速率的影響,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。,81,區(qū)別于酶的變性,抑制劑對(duì)酶有一定選擇性 引起變性的因素對(duì)酶沒有選擇性,抑制作用的類型,不可逆性抑制 (irreversible inhibition),可逆性抑制 (reversible inhibition)：,競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (competitive inhibition) 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (non-competitive inhibition) 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (uncompetitive inhibition),82,結(jié)合緊密,(一) 不可逆性抑制作用,抑制劑通常以共價(jià)

33、鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活，不能用透析或超濾等方法去除。 舉例,83,膽堿酯酶抑制劑：有機(jī)磷化合物 羥基酶(E-OH) 解毒 - - - 解磷定(PAM),巰基酶抑制劑：重金屬離子及砷化合物巰基酶(E-SH) 解毒 - - - 二巰基丙醇(BAL) 超氧陰離子,有機(jī)磷化合物,路易士氣,失活的酶,羥基酶,失活的酶,酸,巰基酶,失活的酶,酸,BAL,巰基酶,BAL與砷劑結(jié)合物,84,（二） 可逆性抑制作用,85,競(jìng)爭(zhēng)性抑制 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制,類型,抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(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。,1. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制

34、作用 (Competitive inhibition),抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶 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(jìng)爭(zhēng)性抑制作 用。,86,抑制程度取決于抑制劑與酶的相對(duì)親和力和 與底物濃度的相對(duì)比例,87,Linweaver-Burk function,* 特點(diǎn),I與S結(jié)構(gòu)類似，競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性中心； 抑制程度取決于抑制劑與酶的相對(duì)親和力及底物濃度； 動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)： Vmax不變; 表觀Km (Apparent Km) 增大, 酶對(duì)底物親和力降 低。,1/Vmax,88,* 舉例,丙二酸與琥珀酸競(jìng)爭(zhēng)琥珀酸脫氫酶,89,磺胺類藥物的抑菌

35、機(jī)制 與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶,二氫蝶呤啶 對(duì)氨基苯甲酸 谷氨酸,二氫葉酸 合成酶,二氫葉酸,四氫葉酸THF,競(jìng)爭(zhēng)性抑制在臨床上的應(yīng)用,DNA合成,細(xì)菌,人: 可直接從食物中得到葉酸,90,抗腫瘤藥物 甲氨喋呤（MIX) - 葉酸 - 競(jìng)爭(zhēng)性抑制二氫葉酸還原酶 5-氟尿嘧啶（5-FU) - 胸嘧啶(T) 6-巰基嘌呤（6-MP) - 鳥嘌呤(A) - 競(jìng)爭(zhēng)性抑制相應(yīng)核苷酸代謝酶 抑制DNA和RNA的生物合成抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng),91,競(jìng)爭(zhēng)性抑制在臨床的應(yīng)用,2. Noncompetitive inhibition 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用,抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)可逆結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)

36、合，但不能生成產(chǎn)物。,92,93,Linweaver-Burk function,* 特點(diǎn),抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系； 抑制程度取決于抑制劑的濃度； 動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)： Vmax降低; 表觀Km不變,酶對(duì)底物親和力不變,94,95,SHP2 的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑,96,3) Uncompetitive inhibition 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制,抑制劑僅與ES結(jié)合, IES不能生成產(chǎn)物 游離E減少,97,Linweaver-Burk function,* 特點(diǎn)：,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(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低; 表觀Km降低

37、,98,99,各種可逆性抑制作用的比較,100,六. 激活劑對(duì)反應(yīng)速率的影響,激活劑(activator) 使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾?的物質(zhì)。 必需激活劑 (essential activator) 非必需激活劑 (non-essential activator，從低活性轉(zhuǎn)換為高活性),101,酶含量的調(diào)節(jié), 緩慢調(diào)節(jié): 酶活性的調(diào)節(jié), 快速調(diào)節(jié): 變構(gòu)調(diào)節(jié) (Allosteric regulation) 化學(xué)修飾 (Chemical or Covalent modification) 酶原激活 (Zymogen activation),第四節(jié) 酶的調(diào)節(jié)Regulation of

38、Enzyme Activity,102,（一）變構(gòu)酶和變構(gòu)調(diào)節(jié) (名詞解釋）,103,一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(激活或抑制)，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)(allosteric regulation)。受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶或別構(gòu)酶 (allosteric enzyme). 導(dǎo)致變構(gòu)效應(yīng)的代謝物稱為變構(gòu)效應(yīng)劑(allosteric effector).,一. 酶活性的快速調(diào)節(jié),變構(gòu)激活劑 變構(gòu)抑制劑,變構(gòu)酶： 寡聚體，含多個(gè)亞基； 含有催化部位（活性中心）和調(diào)節(jié)部位（變構(gòu)部位），可位于同一亞基內(nèi)，或在不同亞基上； 動(dòng)力學(xué)曲線呈S形；

39、變構(gòu)激活劑使酶活性升高；變構(gòu)抑制劑使酶活性下降。 亞基之間存在協(xié)同效應(yīng)（正協(xié)同效應(yīng)和負(fù)協(xié)同效應(yīng)）；,變構(gòu)酶的形曲線 左移（矩形雙曲線）,104,eg: AMP kinase,2協(xié)同效應(yīng)：,當(dāng)變構(gòu)酶的一個(gè)亞基與其配體（底物或變構(gòu)劑）結(jié)合后，能夠通過改變相鄰亞基的構(gòu)象而使其對(duì)配體的親和力發(fā)生改變，這種效應(yīng)就稱為變構(gòu)酶的協(xié)同效應(yīng)。 如果對(duì)相鄰亞基的影響是導(dǎo)致其對(duì)配體的親和力增加，則稱為正協(xié)同效應(yīng)；反之，則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。 如果是同種配體所產(chǎn)生的影響，則稱為同促協(xié)同效應(yīng)。如果是不同配體之間產(chǎn)生的影響則稱為異促協(xié)同效應(yīng)。,105,（二） 酶的化學(xué)修飾(共價(jià)修飾)調(diào)節(jié) （名詞解釋） (Chemical o

40、r Covalent modification),106,常見類型 磷酸化與脫磷酸化（最常見） 乙酰化和脫乙?；?甲基化和脫甲基化 腺苷化和脫腺苷化等 SH與S-S互變。,在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為酶的共價(jià)修飾或化學(xué)修飾。,酶的磷酸化與脫磷酸化,-OH,Thr Ser Tyr,酶蛋白,H2O,Pi,蛋白磷酸酶protein phosphatases,ATP,ADP,蛋白激酶 protein kinases,Thr Ser Tyr,-O-PO32-,酶蛋白,Phosphorylation,Dephosphory

41、lation,107,Disturbance of Phosphorylation networks leads to Cancer,Mechanisms of Activation of Normal TKs.,survival,Differentiation,Motility,Proliferation,May oligomerise,ligand,109,1970-Lefkowitz Nobel prize 2012,1986-Gilman,NB1994,1968-Sutherland,NB1974,1955-Fisher and Krebs,NB1992,1968 Krebs,110,

42、磷酸化調(diào)控磷酸轉(zhuǎn)移酶的活性。,Phosphorylase a,Phosphorylase b,111,The Nobel Prize in Physiology and Medicine 1992,Eldwin G. Krebs,Edmond H. Fischer,USA,USA,1920- (born in Shanghai, China),1918-,for their discovery of concerning reversible protein phosphorylation as a biological regulatory mechanism,112,（三）酶原與酶原的激活

43、 （名詞解釋）,酶原 (zymogen) 有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌, 或在發(fā)揮其催化功能前只是酶的無活性前體，此無活性的酶的前體稱為酶原.,酶原的激活 (zymogen activation) 在一定條件下，酶原水解開一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵,構(gòu)象發(fā)生改變,形成或暴露出活性中心, 表現(xiàn)出酶的活性. 這種由酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程稱為酶原激活.,113,Mechanism of zymogen activation 酶原激活的機(jī)理,酶 原 inactive,分子構(gòu)象發(fā)生改變,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， 水解掉一個(gè)或幾個(gè)短肽,在特定條件下,酶 active,消化酶類 參與凝

44、血與纖溶系統(tǒng)的酶,114,胰蛋白酶原的激活過程,115,消化道中酶原的激活作用 trypsinogen trypsin (胰蛋白酶原) (胰蛋白酶) chymotrypsinogen chymotrypsin (胰凝乳蛋白酶原) (胰凝乳蛋白酶) proelastase elastase (彈性蛋白酶),116,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，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 （如急性胰腺炎）。 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)揮其催化作用。,117,DNA of E gene mRNA E protein

45、AAs,二. 酶含量的調(diào)節(jié) （對(duì)酶合成與降解的調(diào)控）,transcription (轉(zhuǎn)錄）,translation（翻譯）,protease,酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏 誘導(dǎo)作用(induction) 阻遏作用(repression) 酶蛋白降解的調(diào)控 溶酶體途徑 (lysozyme) 泛素-蛋白酶體途徑 (proteasome require ATP and ubiquitination),118,Section Classification and Naming of Enzyme 酶的分類與命名 (自學(xué)),119,Section The Relationship between Enzyme

46、 and Medicine 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系 (自學(xué)),120,Key terms,121,Active center of enzyme (酶的活性中心) Allosteric regulation of enzyme and allosteric enzyme (酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)和變構(gòu)酶) Covalent modification of enzyme (酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)) Zymogen and activation of zymogen (酶原和酶原激活) Isozyme (同工酶),1) active site of enzyme; 2) isoenzyme; 3) zymogen and activation of zymogen 4）Allosteric enzymes and allosteric regulation of enzymes 5) Covalent modification of enzymes,Active site of enzyme is a three-dimensional, local region of the enzyme, the region is composed of several essential groups of AAs, that has special spatial structure which spe