生物化學第四章酶

1、第三章第三章 酶酶 學學 周口師范學院生命科學系周口師范學院生命科學系 一、一、 酶的概述酶的概述 二、二、 酶的分類與命名酶的分類與命名 三、三、 酶催化作用特性的分子機理酶催化作用特性的分子機理 四、四、 酶促反應的動力學酶促反應的動力學 五、五、 重要的酶類及酶活性的調控重要的酶類及酶活性的調控 主要內容主要內容一一. . 酶的概述酶的概述酶概念酶概念酶是生物體活細胞產生的具有特殊催化活性和特定空間構象的生物大分子，包括蛋白質及核酸，又稱為生物催化劑(Biocatalysts) 。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(Enzyme和Ribozyme)酶催化的生物化學反應，稱為酶促反應(Enzymati

2、c reaction)。在酶的催化下發(fā)生化學變化的物質，稱為底物(substrate)。1897年，酶的發(fā)現(xiàn)和提出：Buchner（1911諾貝爾化學獎）兄弟用不含細胞的酵母汁成功實現(xiàn)了發(fā)酵。提出了發(fā)酵與活細胞無關，而與細胞液中的酶有關。1913年，Michaelis和Menten提出了酶促動力學原理米氏學說。1926年，Sumner從刀豆種子中分離、純化得到了脲酶結晶，首次證明酶是具有催化活性的蛋白質。1982年，Cech對四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)RNA具有催化作用?？寺∶?、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 酶的化學本質酶的化學本質 大多數(shù)酶是蛋白質（大多數(shù)酶是蛋白質（Most enzymes are proteins） 1926年美國Sumner 脲酶的結晶，并指出酶是蛋白質 1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結晶，并進一步證明了酶是蛋白質。 20世紀80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，還有一些抗體也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白質的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊。某些核酸也有酶活性某些核酸也有酶活性 酶是有

4、催化能力的蛋白質酶是有催化能力的蛋白質酶和一般催化劑的共性酶和一般催化劑的共性1. 用量少而催化效率高；用量少而催化效率高；2. 它能夠改變化學反應的速度，但是不它能夠改變化學反應的速度，但是不 能能改變化學反應平衡。酶本身在反應前后也不改變化學反應平衡。酶本身在反應前后也不發(fā)生變化。發(fā)生變化。3. 酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反應的活化能，從而加速反應的進行。應的活化能，從而加速反應的進行。 酶的催化作用可使反應速度提高10 101倍。如：過氧化氫分解 2H2O2 2H2O + O2. 用Fe3+ 催化，效率為6X10-4 mol/mol.S，而用過

5、氧化氫酶催化，效率為6X106 mol/mol.S。 -淀粉酶催化淀粉水解，1克結晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。1 1高效性高效性 是指酶在催化生化反應時對底物的選擇性，即一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質。亦即酶只能催化某一類或某一種化學反應。 如：蛋白酶催化蛋白質的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。2. 2. 酶的專一性酶的專一性l酶促反應一般在pH 5-8 水溶液中進行，反應溫度范圍為20-40C。l高溫或其它苛刻的物理或化學條件，將引起酶的失活。3. 3. 酶反應條件的溫和性酶反應條件的溫和性如抑制劑調節(jié)、共價修飾調節(jié)、反饋調節(jié)、酶原激活及激素控制等。4.

6、 4. 酶活力的可調控性酶活力的可調控性5.5.某些酶活力與輔酶、輔基及金屬離子有關某些酶活力與輔酶、輔基及金屬離子有關根據酶的組成成分根據酶的組成成分 單純酶單純酶(simple enzyme)(simple enzyme)是基本組成單位僅為氨基酸是基本組成單位僅為氨基酸的一類酶。它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質結構。的一類酶。它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質結構。脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均屬此列。屬此列。 復合酶復合酶(conjugated enzyme)(conjugated enzyme)的催化活性，除蛋白質的催化活

7、性，除蛋白質部分部分( (酶蛋白酶蛋白apoenzyme)apoenzyme)外，還需要非蛋白質的物質，即外，還需要非蛋白質的物質，即所謂酶的所謂酶的輔助因子輔助因子(cofactors)(cofactors)，兩者結合成的復合物稱，兩者結合成的復合物稱作作全酶全酶(holoenzyme)(holoenzyme)，即：，即：二二 . . 酶的分類與命名酶的分類與命名12根據酶的結構特點及組織形式根據酶的結構特點及組織形式1.1.單體酶單體酶 ：只含一條肽鏈，分子量小，大多數(shù)水解酶 屬于此類。 2.2.寡聚酶：寡聚酶：由相同或不同的若干亞基構成。每條肽鏈是一個亞基，單獨的亞基無酶的活力。如乳酸脫

8、氫酶含四個亞基。3.3.多酶復合體：多酶復合體：若干個功能相關的酶彼此嵌合形成的復合體。每個單獨的酶都具有活性，當它們形成復合體時，可催化某一特定的鏈式反應，如脂肪酸合成酶復合體，含有六個酶及一個非酶蛋白質。 根據酶的存在位置根據酶的存在位置1.1.胞內酶：胞內酶：在合成分泌后定位于細胞內發(fā)生作用的酶，大多數(shù)的酶屬于此類。2.2.胞外酶：胞外酶：在合成后分泌到細胞外發(fā)生作用的酶， 主要為水解酶。1961年國際酶學委員會（Enzyme Committee, EC）根據酶所催化的反應類型和機理，把酶分成6大類：酶國際系統(tǒng)分類法酶國際系統(tǒng)分類法1. 氧化氧化-還原酶類還原酶類 Oxido-reduc

9、tases 2. 轉移轉移(移換移換)酶類酶類 Transferases3 . 水解酶類水解酶類 hydrolases4 . 裂合（裂解）酶類裂合（裂解）酶類 Lyase5. 異構酶類異構酶類 Isomerases6. 合成酶類合成酶類 Ligases or Synthetasesl氧化-還原酶催化氧化-還原反應。l主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。l如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。1. 1. 氧化氧化- -還原酶類還原酶類 Oxido-reductasesOxido-reductasesCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOO

10、HONADHl轉移酶催化基團轉移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉移到另一個底物的分子上。例如， 谷丙轉氨酶催化的氨基轉移反應。2. 2. 轉移轉移( (移換移換) )酶類酶類 TransferasesTransferasesCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHOl水解酶催化底物的加水分解反應。l主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。l例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應：3. 3. 水解酶類水解酶類 hydrolaseshydrolasesH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHl主要包括醛縮

11、酶、水化酶（脫水酶）及脫氨酶等。l裂合酶:催化從底物分子中移去一個基團或原子而形成雙鍵的反應及其逆反應。lA + B = A-Bl例如， 蘋果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化的反應。4 . 4 . 裂合（裂解）酶類裂合（裂解）酶類 LyaseLyaseHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOHl異構酶催化各種同分異構體的相互轉化，即底物分子內基團或原子的重排過程。例如，6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應。5. 5. 異構酶類異構酶類 IsomerasesIsomerasesl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。這類反應必須與ATP分解反應

12、相互偶聯(lián)。lA + B + ATP + H-O-H = A-B+ ADP +Pi l例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸6. 6. 合成酶類合成酶類 Ligases or SynthetasesLigases or Synthetases1.1.習慣命名法習慣命名法: :l根據其催化底物來命名（蛋白酶；淀粉酶）l根據所催化反應的性質來命名（水解酶；轉氨酶；裂解酶等）l結合上述兩個原則來命名（琥珀酸脫氫酶）l有時在這些命名基礎上加上酶的來源或其它特點（胃蛋白酶、胰蛋白酶、堿性磷酸脂酶和酸性磷酸脂酶）。酶的命名酶的命名系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構型、反應性質，最后加一個酶字。例

13、如：l習慣名稱：谷丙轉氨酶l系統(tǒng)名稱： 丙氨酸: -酮戊二酸氨基轉移酶l酶催化的反應： l-酮戊二酸 + 丙氨酸谷氨酸 + 丙酮酸 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 EC 1. 1. 1. 27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號l 酶催化的中間產物理論酶催化的中間產物理論l 酶的活性中心酶的活性中心l 酶作用專一性及其機理酶作用專一性及其機理l 酶高效催化的分子基礎酶高效催化的分子基礎三、酶催化作用特性的機理三、酶催化作用特性的機理酶的催化作用與分子活化能酶的催化作用與分子活化能在一個化學反應體系中，只有那些具有較高能量，處于活化狀態(tài)的分子才

14、能在分子碰撞中發(fā)生化學反應?；罨肿颖纫话愠B(tài)分子高出的能量稱之為活化能?；罨埽悍肿佑沙B(tài)轉變?yōu)榛罨癄顟B(tài)所需的能量。是指在一定溫度下，1mol 反應物全部進入活化狀態(tài)所需的自由能。 化學反應要能夠發(fā)生，關鍵的是反應體系中的分子必須分子處于活化狀態(tài)，活化分子比一般分子多含的能量就稱為活化能。反應體系中活化分子越多，反應就越快。增加反應體系的活化分子數(shù)有兩條途徑:一是向反應體系中加入能量 ，另一途徑是降低反應活化能。酶的作用就在于降低化學反應活化能。例 2H2O22H2O+O2 反 應活化能非催化反應75.24kJ/mol鈀催化反應48.9kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/molE+SP+

15、 EES能能量量水水平平反應過程反應過程 G E1 E2 酶（E）與底物（S）結合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。 S + E ES P + ES + E ES P + E底物底物 酶酶 中間產物中間產物 產物產物 酶酶1、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)域叫 酶的活性中心（active center）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團為酶分子的必需基團。必需基團必需基團:酶分子中有些基團若經化學修飾（

16、氧化、還原、?；?、烷化）使其改變，則酶的活性喪失，這些基團稱為必需基團。非必需基團非必需基團：有的酶溫和水解掉幾個AA殘基，仍能表現(xiàn)活性，這些基團即非必需基團。2、酶的活性的研究手段 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 X-射線衍射法必需基團必需基團活性活性部位部位維持酶的空間結構維持酶的空間結構結合結合基團基團催化催化基團基團專一性專一性催化性質催化性質AspHisSer活性中心重要基團活性中心重要基團: His57 , Asp102 , Ser195酶作用的專一性與分子機理酶作用的專一性與分子機理酶作用的酶作用的專一性專一性結構專一性結構專一性立體異構立體異構專一性

17、專一性絕對專一性絕對專一性相對專一性相對專一性旋光異構專一性旋光異構專一性幾何異構專一性幾何異構專一性鍵專一性鍵專一性基團專一性基團專一性1 專一性分類專一性分類（芳香）（芳香） （賴、精）（賴、精）丙丙,甘甘,亮亮,異亮異亮,纈纈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“鎖鑰學說” (lock and key thoery)： Fischer，(1890）：酶的活性中心結構與底物的結構互相吻合，緊密結合成中間絡合物。誘導嵌合學說 (induced-fit hypothesis)： Koshland，(1958）：酶活性中

18、心的結構有一定的柔性，當?shù)孜铮せ顒┗蛞种苿┡c酶分子結合時，酶蛋白的構象發(fā)生了有利于與底物結合的變化，使反應所需的催化基團和結合基團正確地排列和定向，轉入有效的作用位置，這樣才能使酶與底物完全吻合，結合成中間產物。1 1 底物與酶的鄰近效應和定向效應底物與酶的鄰近效應和定向效應2 2 底物分子的形變和扭曲底物分子的形變和扭曲3 3 酸堿催化酸堿催化4 4 共價催化共價催化5 5 金屬離子的作用金屬離子的作用6 6 活性部位的微環(huán)境的影響活性部位的微環(huán)境的影響酶分子為酶的催化提供各種功能基團和形成特定的活性中心，酶與底物結合成中間產物，使分子間的催化反應轉變?yōu)轭愃品肿觾鹊拇呋磻?影響酶促反

19、應速度的因素影響酶促反應速度的因素 1 底物濃度底物濃度 2 酶濃度酶濃度 3 pH 4 溫度溫度 5 激活劑激活劑 6 抑制劑抑制劑 酶的活力與測定酶的活力與測定四、四、 酶促反應動力學酶促反應動力學 (kinetics of enzyme-catalyzed reactions)是研究酶促反應 速度及其影響因素的科學。酶促反應速度的測定酶促反應速度的測定 初速度初速度的概念的概念酶活力酶活力 檢測酶含量及存在，很難直接用酶的“量”（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酶量，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件下酶所催化的化學反

20、應的速度來確定。1 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用一定時間內底物減少或產物生成的量來表示酶促反應速度。測定反應的初速度?；盍挝唬╝ctive unit） 習慣單位（U）: 底物(或產物)變化量 / 單位時間 國際單位（IU）: 1moL變化量 / 分鐘 Katal（Kat）：1moL變化量 / 秒比活力=總活力單位總活力單位總蛋白總蛋白mg數(shù)數(shù)= U(或或IU) mg蛋白蛋白量度酶催化能力 大小轉換系數(shù)（Kcat） 底物（ moL）/ 秒每個酶分子量度酶純度比活力（specific activity）量度轉換效率 終點法: 酶反應進行

21、到一定時間后終止其反應，再用化學或物理方法測定產物或反應物量的變化。 動力學法:連續(xù)測定反應過程中產物底物或輔酶的變化量，直接測定出酶反應的初速度。速度。1.稱取25mg蛋白酶配成25ml溶液，取2ml溶液測得含蛋白氮0.2mg，另取0.1ml溶液測酶活力，結果每小時可以水解酪蛋白產生1500ug酪氨酸，假定1個酶活力單位定義為每分鐘產生1ug酪氨酸的酶量。請計算：(1)酶溶液的蛋白濃度及比活力(2)每克酶制劑的總蛋白含量及總活力。解：(1)酶液蛋白濃度：0.26.25/2=0.625mg/ml, 0.1ml酶液中含1500/60=25u. 比活力：25u/0.10.625=400u/mg (

22、2)每克酶制劑中總蛋白：0.625克蛋白。那么總活力：400 u/mg0.625g=250000u2.甘油醛-3-磷酸脫氫酶，相對分子質量4萬，由4個相同亞基組成，每個亞基上有一個活性位點，在最適條件下，5g純酶制品每分鐘可以催化2.8mol甘油醛-3-磷酸轉化為甘油酸-3-磷酸。請計算酶的比活力和單個活性位點的轉換數(shù)。解：依據活力單位的定義：每分鐘催化1mol的酶量為一個活力單位。上述純酶含2.8個活力單位。 依據比活力的定義：每毫克酶蛋白所含的活力單位數(shù)。該酶的比活力：2.8/510-3=560IU/mg 依據轉換數(shù)定義：每秒鐘每個酶分子轉換底物的微摩爾數(shù)。 W=2.8/604=0.011

23、67 影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素 MichaelisMenten曲線方程曲線方程米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的求解米氏常數(shù)的求解米氏常數(shù)的應用米氏常數(shù)的應用 在底物濃度很低時，反應速度隨底物濃度的增加而急驟加快，兩者呈正比關系，表現(xiàn)為一級反應。隨著底物濃度的升高，反應速度不再呈正比例加快，反應速度增加的幅度不斷下降。如果繼續(xù)加大底物濃度，反應速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。此時，無論底物濃度增加多大，反應速度也不再增加，說明酶已被底物所飽和。所有的酶都有飽和現(xiàn)象，只是達到飽和時所需底物濃度各不相同而已。 為解釋酶被底物飽和現(xiàn)象，Michaelis和Menten做了大量的

24、定量研究，積累了足夠的實驗數(shù)據， 提出了酶促反應的動力學方程：米氏（米氏（MichaelisMenten）方程）方程 Vmax指該酶促反應的最大速度，S為底物濃度，Km是米氏常數(shù)，VO是在某一底物濃度時相應的反應速度。從米氏方程可知：當?shù)孜餄舛群艿蜁r， S Km ，此時VVmax ，反應速度達最大速度，底物濃度再增高也不影響反應速度。米氏方程的解釋米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義物理意義：Km值等于酶反應速度為最大速度一半的底物濃度。Km-酶與底物親和力的關系值：Km愈大，酶與底物的親和力愈??；Km值愈小，酶與底物親和力愈大。酶與底物親和力大，表示不需要很高的底物濃度，便可容易地達到最大反應速度。

25、Km 值是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質，酶所催化的底物和酶促反應條件(如溫度、pH、有無抑制劑等)有關，與酶的濃度無關。酶的種類不同，Km值不同，同一種酶與不同底物作用時，Km 值也不同。各種酶的 Km 值范圍很廣，大致在 10-1-10-6 M 之間。KmKm在實際應用中的重要意義在實際應用中的重要意義（1）.鑒定酶：通過測定可以鑒別不同來源或相同來源但在不同發(fā)育階段、不同生理狀態(tài)下催化相同反應的酶是否屬于同一種酶。（2）.判斷酶的最佳底物：如果一種酶可作用于多個底物,就有幾個Km值，其中Km最小對應的底物就是酶的天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解(Km=28mmol/L),也可催化棉子糖水

26、解(Km=350mmol/L),兩者相比，蔗糖為該酶的天然底物。（3）.計算一定速度下的底物濃度：如某一反應要求的反應速度達到最大反應速度的99%，則S=99KmKmKm求解法求解法 用1/V0 對 1/S 的作圖得一直線，其斜率是Km/Vmax,，在縱軸上的截距為 1/Vmax ,橫軸上的截距為 -1/Km。此作圖除用來求 Km 和 Vmax 值外，在研究酶的抑制作用方面還有重要價值。雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法2. 2. 酶濃度的影響酶濃度的影響在一定溫度和pH下，酶促反應在底物濃度大大超過酶濃度時，速度與酶的濃度呈正比。酶濃度對速度的影響機理：酶濃度增加，ES也增加，

27、而V0=k3ES，故反應速度增加。3. pH3. pH對酶促反應速度的影響對酶促反應速度的影響 大多數(shù)酶的活性受 pH 影響顯著，在某一 pH 下表現(xiàn)最大活力，高于或低于此pH，酶活力顯著下降。酶表現(xiàn)最大活力的pH稱為酶的最適pH(optimumpH pHm)。典型的酶速度-pH曲線是較窄的鐘罩型曲線，但有的酶的速度-pH曲線并非一定呈鐘罩型。如胃蛋白酶和木瓜蛋白酶的速度-pH曲線。 動物體內多數(shù)酶的最適pH值接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH約1.8，肝精氨酸酶最適pH約為9.8(見下表)。 一些酶的最適pH 4. 4. 溫度對酶促反應速度的影響溫度對酶促反應速度的影響 酶促反應與其

28、它化學反應一樣，隨溫度的增加，反應速度加快?；瘜W反應中溫度每增加10反應速度增加的倍數(shù)稱為溫度系數(shù)Q10。一般的化學反應的Q10為2-3，而酶促反應的Q10為1-2。 在一定范圍內，反應速度達到最大時對應的溫度稱為該酶促反應的最適溫度（optimum temperature Tm）.一般動物組織中的酶其最適溫度為35-40，植物與微生物中的酶其最適溫度為30-60，少數(shù)酶可達60以上，如細菌淀粉水解酶的最適溫度90以上。5. 5. 激活劑對酶反應速度的影響激活劑對酶反應速度的影響 能使酶活性提高的物質，都稱為激活劑(activator)，其中大部分是離子或簡單的有機化合物。如Mg+是多種激酶和

29、合成酶的激活劑，動物唾液中的-淀粉酶則受Cl-的激活。 通常，酶對激活劑有一定的選擇性，且有一定的濃度要求，一種酶的激活劑對另一種酶來說可能是抑制劑，當激活劑的濃度超過一定的范圍時，它就成為抑制劑。 激活劑激活劑類類 別別 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：EDTA6. 6. 抑制劑對反應速度的影響抑制劑對反應速度的影響 凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質稱為酶的

30、抑制劑(inhibitor)。使酶變性失活(稱為酶的鈍化)的因素如強酸、強堿等，不屬于抑制劑。通常抑制作用分為可逆性抑制和不可逆性抑制兩類。 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 競爭性抑制可逆抑制 非競爭性抑制 反競爭性抑制 非專一性不可逆抑制不可逆抑制 專一性不可逆抑制6.1 不可逆性抑制作用(irreversible inhibition) 不可逆性抑制作用的抑制劑，通常以共價鍵方式與酶的必需基團進行不可逆結合而使酶喪失活性。常見的不可逆抑制劑如下圖所示。按其作用

31、特點，又分專一性及非專一性兩種。 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，引起酶的活性喪失。 實例：有機磷殺蟲劑-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX 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。類型：類型：6.2 可逆性抑制(reversible inhibition) 抑制劑與酶以非共價鍵結合，在用透析等物理方法除去抑制劑后，酶的活性能恢復，即抑制劑與酶的結合是可逆的。這類抑制劑大致可分為以下三類：競爭性抑制 非競爭性抑制 反競爭性抑制競爭性抑制(competitive inhibition)抑制劑I和

32、底物S對游離酶E的結合有競爭作用，互相排斥，已結合底物的ES復合體，不能再結合I。同樣已結合抑制劑的EI復合體，不能再結合S。實例：磺胺藥物的藥用機理實例：磺胺藥物的藥用機理非競爭性抑制(non-competitive inhibition) 抑制劑I和底物S與酶E的結合完全互不相關，既不排斥，也不促進結合，抑制劑I可以和酶E結合生成EI，也可以和ES復合物結合生成ESI。底物S和酶E結合成ES后，仍可與I結合生成ESI，但一旦形成ESI復合物，再不能釋放形成產物P。 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+

33、、Ag+、Pb2+） 金屬絡合劑（金屬絡合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）非競爭性抑制曲線非競爭性抑制曲線ViVmaxS( 1+ ) IKiKm+( )S反競爭性抑制 反競爭性抑制劑必須在酶結合了底物之后才能與酶與底物的中間產物結合，該抑制劑與單獨的酶不結合。 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底物與酶專一性結合底物與酶專一性結合 多酶體系多酶體系(multienzyme system)別構酶別構酶(allosteric enzyme)共價調節(jié)酶共價調節(jié)酶(covalent regulatory enzyme)酶原酶原(enzymogen或或proenzyme)的

34、激活的激活同工酶同工酶(isoenzyme)抗體酶抗體酶(abzyme)多功能酶多功能酶( multifunctional enzyme)或串聯(lián)酶或串聯(lián)酶(tandem enzyme)模擬酶、固定化酶等模擬酶、固定化酶等 細胞中的許多酶常常是在一個連續(xù)的反應鏈中起作用，即前一個反應的產物是后一個反應的底物，在完整細胞內的某一代謝過程中，由幾個酶形成的反應體系，稱為多酶體系（multienzyme system）。 如果體系中幾種酶彼此有機地組合在一起。精巧地鑲嵌成一定的結構，即形成多酶復合體。這種結構即能提高反應途徑的效率，又能增強調控的準確性。分散多酶體系與中分散多酶體系與中間物示意圖間物示

35、意圖多酶復合體示意圖多酶復合體示意圖概念：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)(allosteric regulation)，具有這種調節(jié)作用的酶稱別構酶(allosteric enzyme)。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S型曲線。 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(negative effector)或別構抑制劑。 別構調節(jié)普遍存在

36、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。實例：天冬氨酸轉氨甲酰酶 （anspartate transcarbamoylase，ATCase）別構酶活性調節(jié)機理：序變模型和齊變模型效應劑效應劑別別構構中中心心活性活性中心中心A （產物或中間產物）（產物或中間產物）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 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

37、）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 RVmax1/2VmaxKmSS 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S SSSS SSS SST狀態(tài)（對稱亞基）狀態(tài)（對稱亞基）R狀態(tài)（對稱亞基）狀態(tài)（對稱亞基）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 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。這類酶稱為共價修飾酶。目前發(fā)

38、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，成為對代謝流量起調節(jié)作用的關鍵酶或限速酶。 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的指令，導致級聯(lián)放大反應，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酰化腺苷?；蜍挣；蜍挣；疶yr,Ser,Thr.

39、HisTyrTyr甲基化甲基化GluS-腺苷腺苷-MetS-腺苷腺苷-同型同型 Cys意義：由于酶的共價修飾反應是酶促反應，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應，而使大量的另一種酶發(fā)生化學修飾，從而獲得放大效應。這種調節(jié)方式快速、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、

40、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） 有些酶在細胞內合成時，或初分泌時，沒有催化活性，這種無活性狀態(tài)的酶的前體稱為酶原(zymogen)。酶原向活性的酶轉化的過程稱為酶原的激活。酶原激活實際上是酶的活性中心形成或暴露的過程。 酶原激活及意義酶原激活及意義 胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧肽酶、彈性蛋白酶在它們初分泌時都是以

41、無活性的酶原形式存在，在一定條件下才轉化成相應的酶。 例如，胰蛋白酶原進入小腸后，受腸激酶或胰蛋白酶本身的激活，第6位賴氨酸與第7位異亮氨酸殘基之間的肽鍵被切斷，水解掉一個六肽，酶分子空間構象發(fā)生改變，產生酶的活性中心，于是胰蛋白酶原變成了有活性的胰蛋白酶。 在于避免細胞內產生的蛋白酶對細胞進行自身消化，并可使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內代謝的正常進行.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 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（isoenzym

42、e）。乳酸脫氫酶是研究的最多的同工酶。 生物學功能生物學功能 遺傳的標志 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 同工酶同工酶(isoenzyme)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乳酸脫氫酶同乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜工酶電泳圖譜+H4MH3M2H2M3HM4點樣線點樣線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 (1) 遺傳學和分類學：提供了一種精良的判別遺傳標志的工具。(2) 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況

43、，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：根據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，從而解釋它們代謝功能的差別。（4）醫(yī)學和臨床診斷：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。 抗體酶（abzyme）又稱催化抗體（catalytic antibody）,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，

44、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。 O C A. 酯酶的底酯酶的底物物酯酯B.酯的羰基碳酯的羰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抗體作用的單克隆抗體免疫免疫免疫反應免疫反應 對已產

45、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，基因工程的技術使得建立抗體基因的組合文庫，并根據需要構建適當程序的基因片段成為可能。 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。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出有催化能力的單抗。主要篩選方法有生物學篩選法和純化學篩選法。 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和底物的相互識別有了進一步認識。 目前已經發(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。 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某類具有特殊意義反應的