醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料

第二章酶

第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)酶促反應(yīng)的特點和機制第三節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)第四節(jié)酶的調(diào)節(jié)第五節(jié)多酶體系第六節(jié)酶的分類與命名第七節(jié)

酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系第二章酶第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能1酶的研究歷史1878年，Kuhne提出Enzyme.1897年，德國科學(xué)家HansBuchner和EduardBuchner成功地用不含細(xì)胞的酵母提取液實現(xiàn)了發(fā)酵.1926年，美國生化學(xué)家Sumner第一次從刀豆分離到脲酶結(jié)晶，提出酶是蛋白質(zhì).1978年，Altman提出RNA有催化功能.1982年，Cech證實RNA有催化功能.酶的研究歷史2酶（enzyme）是由活細(xì)胞合成的，對其特異底物（substrate）起高效催化作用的蛋白質(zhì)，是機體內(nèi)催化各種代謝反應(yīng)最主要的催化劑。核酶（ribozyme）是具有高效、特異催化作用的核酸，主要作用參與RNA的剪接。酶（enzyme）是由活細(xì)胞合成的，對其特異底物（subst3催化反應(yīng)的原理

一個化學(xué)反應(yīng)體系中的各個分子所含的能量高低不同，只有那些具有較高能量、處于活化態(tài)的活化分子才能在分子碰撞中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)物中活化分子越多，反應(yīng)速度越快。活化分子比一般分子高出一定的能量稱為活化能：在一定溫度下1摩爾底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能（kJ/mol）。催化劑能瞬時地與反應(yīng)物結(jié)合成過渡態(tài)，因而降低了反應(yīng)所需的活化能。第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能催化反應(yīng)的原理第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能4醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料5化學(xué)反應(yīng)速率依賴三個因素：碰撞頻率、能量因素、概率因素從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為活化能（Energyofactivation，EACT），形成過渡態(tài)所需的活化能越大，中間產(chǎn)物越難形成，反應(yīng)越難進行?；瘜W(xué)反應(yīng)速率依賴三個因素：碰撞頻率、能量因素、概率因素6一、酶的分子組成酶的化學(xué)本質(zhì)就是蛋白質(zhì)。單純酶（simpleenzyme）：僅由氨基酸殘基構(gòu)成的酶，如脲酶，淀粉酶，脂酶。結(jié)合酶（conjugatedenzyme）：酶蛋白（apoenzyme）+輔助因子（cofactor）。輔助因子是金屬離子或小分子有機化合物。

輔酶（coenzyme）非共價鍵與酶蛋白疏松結(jié)合,可用透析、超濾分離輔基（prostheticgroup）：共價鍵與酶蛋白牢固結(jié)合，不易分離。金屬離子多為酶的輔基，小分子有機化合物有的屬輔酶，有的屬輔基。酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復(fù)合物稱為全酶，只有全酶有催化作用。一、酶的分子組成酶的化學(xué)本質(zhì)就是蛋白質(zhì)。71、金屬離子的作用:金屬酶（metalloenzyme）：金屬離子與酶蛋白結(jié)合緊密，成為酶結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成成分。如碳酸酐酶含Zn；谷胱甘肽過氧化物酶含硒；堿性磷酸酶含Zn，羧肽酶A含Zn。金屬激活酶（metalactivatedenzyme）：金屬離子與酶結(jié)合疏松，但需金屬離子活化，故金屬實際上是酶的激活劑。如激酶需Mg和Mn。有的酶類兼含有機輔基和金屬。如琥珀酸脫氫酶含黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和Fe。1、金屬離子的作用:金屬酶（metalloenzyme）：金8金屬離子能與酶、底物形成各種形式的三元絡(luò)合物，保證了酶與底物的正確定向結(jié)合，而且還可作為催化基團。Fe、Cu及Mo等金屬離子可以通過氧化還原而傳遞電子完成多種物質(zhì)的氧化還原。如鐵卟啉是很多血紅素蛋白的輔基。金屬離子能與酶、底物形成各種形式的三元絡(luò)合物，保證了酶與底物92、小分子有機化合物：小分子有機化合物主要參與酶的催化過程，在反應(yīng)中傳遞電子、質(zhì)子或一些基團，多為維生素。維生素：維持細(xì)胞正常功能所必需，但需要量很少，動物體內(nèi)不能合成，必須由食物供給的一類有機化合物。水溶性維生素：VB1、VB2、Vpp、VB6、VC、VB12、泛酸、葉酸、肌醇脂溶性維生素：VA、VD、VE、VK2、小分子有機化合物：10醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料11酶的種類：單體酶（monomericenzyme）：只有一條多肽鏈構(gòu)成的酶。寡聚酶（oligomericenzyme）：由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接的酶。多酶體系（multienzymesystem）：細(xì)胞內(nèi)存在著許多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（multifunctionalenzyme）：一些多酶體系在進化過程中由于基因的融合，形成由一條多肽鏈組成卻具有多種不同催化功能的酶。酶的種類：12第二節(jié)酶促反應(yīng)的特點和機制一、酶促反應(yīng)的特點1、酶促反應(yīng)具有極高的催化效率酶促反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)高108~1020倍，比一般催化反應(yīng)高107~1013。從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為活化能（Energyofactivation，EACT），活化能越大，中間產(chǎn)物越難形成，反應(yīng)越難進行。降低活化能、升高溫度可以加速化學(xué)反應(yīng)。酶的催化作用有賴于降低反應(yīng)的活化能?；罨苌杂薪档?，速度會顯著增大。第二節(jié)酶促反應(yīng)的特點和機制一、酶促反應(yīng)的特點從初態(tài)轉(zhuǎn)化為13初態(tài)終態(tài)自由能活化過程催化反應(yīng)活化能活化能閾非催化反應(yīng)活化能自由能變化分子數(shù)分子的動能0Eact-2Eact-1活化能與有效碰撞有效碰撞百分?jǐn)?shù)=e-Eact/RT活化能初態(tài)終態(tài)自活化過程催化反應(yīng)活化能活化能閾非催化反自由能變化分142、酶促反應(yīng)有高度的特異性或?qū)Ｒ恍裕╯pecificity）一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。底物專一性1、結(jié)構(gòu)專一性：（1）絕對專一性：只作用于一個底物。與底物結(jié)構(gòu)類似的化合物只能成為競爭性抑制劑或無影響。（2）相對專一性：作用對象不只一種底物，要求略低一些?？煞郑海?）基團專一性：對鍵兩端的基團要求程度不同，一個要求嚴(yán)，另一個不嚴(yán)；（2）鍵專一性：只作用于鍵，對鍵兩端的基團無嚴(yán)格要求。2、酶促反應(yīng)有高度的特異性或?qū)Ｒ恍裕╯pecificity）152、立體異構(gòu)專一性：底物的立體構(gòu)型影響酶和底物的結(jié)合與催化。（1）旋光異構(gòu)專一性：當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時，酶只作用于其中的一種。如精氨酸酶只能催化L-精氨酸水解,對D-精氨酸則無作用,這種立體異構(gòu)專一性是由于酶活性中心與相應(yīng)底物的結(jié)合必須是二者在構(gòu)型或構(gòu)象上彼此匹配才能建立。（2）幾何異構(gòu)專一性：當(dāng)?shù)孜锞哂许樂磶缀萎悩?gòu)體時，酶只作用于其中的一種。延胡索酸(反丁烯二酸)L(+)蘋果酸2、立體異構(gòu)專一性：延胡索酸(反丁烯二酸)L(+)蘋果酸16酶作用專一性的假說

1、鎖與鑰匙學(xué)說：EmilFisher提出，認(rèn)為底物分子或其中的部分專一地楔入到酶的活性中心部位，即底物分子的化學(xué)部位與酶分子催化基團間有緊密互補的關(guān)系。酶作用專一性的假說172、三點附著學(xué)說：認(rèn)為立體對映的一對底物雖然基團相同，但空間排列不同，這樣就存在這些基團與酶分子活性中心的結(jié)合基團是否匹配的問題，只有三點都互補匹配時，酶才作用于這個底物。2、三點附著學(xué)說：認(rèn)為立體對映的一對底物雖然基團相同，但空間183、誘導(dǎo)楔合學(xué)說：Koshland提出，認(rèn)為當(dāng)酶分子與底物分子接近時，酶蛋白受底物分子的誘導(dǎo)，其構(gòu)象發(fā)生有利于底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補楔合，進行反應(yīng)。3、誘導(dǎo)楔合學(xué)說：Koshland提出，認(rèn)為當(dāng)酶分子與底物193、酶易失活凡易使蛋白質(zhì)變性的因素都能使酶失去催化活性。4、酶的活性調(diào)控有抑制調(diào)控、共價修飾調(diào)控、反饋調(diào)控、酶原調(diào)控、激素調(diào)控等。5、

催化活力與輔酶、輔基、及金屬離子有關(guān)。3、酶易失活20二、酶的活性中心（activecenter）

（一）概念：1、對于不需要輔酶的酶來說，活性中心就是酶分子在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的少數(shù)幾個氨基酸殘基或是這些殘基上的某些基團，它們在一級結(jié)構(gòu)上可能相距甚遠(yuǎn)，甚至位于不同的肽鏈上，通過肽鏈的盤繞，折疊而在空間構(gòu)象上相互靠近；2、對于需要輔酶的酶來說，輔酶分子或其某一部分往往就是活性中心的組成部分。二、酶的活性中心（activecenter）（一）概念：21（二）功能部位：活性中心有兩個功能部位：1、結(jié)合部位：一定的底物靠此部位結(jié)合到酶分子上；2、催化部位：底物的鍵在此部位被打斷或形成新的鍵，從而發(fā)生一定的化學(xué)變化。

（二）功能部位：22（三）酶活性中心的特點：1、活性部位在酶分子的總體中只占相當(dāng)小的部分：往往只由幾個氨基酸殘基組成（p.384，表10-1）；2、酶的活性部位是一個三維實體：活性部位的三維結(jié)構(gòu)是由酶的一級結(jié)構(gòu)所決定的?；钚圆课坏陌被釟埢谝患壗Y(jié)構(gòu)上可能相距甚遠(yuǎn)，但在肽鏈的盤繞、折疊而在空間結(jié)構(gòu)上相互靠近；3、酶活性部位的誘導(dǎo)契合：酶的活性部位并不是和底物的形狀正好互補的，而是在酶和底物結(jié)合過程中，底物分子或/和酶分子構(gòu)象發(fā)生一定變化后才互補的，即“誘導(dǎo)契合”；（三）酶活性中心的特點：234、酶活性部位是一個疏水區(qū)域：酶的活性部位是位于酶分子表面的一個裂縫內(nèi)，這是相當(dāng)疏水區(qū)域，非極性基團較多，產(chǎn)生一個微環(huán)境，提高與底物的結(jié)合能力；而其內(nèi)少量的極性氨基酸殘基可與底物結(jié)合而發(fā)生催化作用；5、底物通過次級鍵較弱的力結(jié)合到酶上：酶與底物結(jié)合成ES復(fù)合物主要靠次級鍵：氫鍵、鹽鍵、范德華力和疏水相互作用；6、酶活性部位具有柔性或可運動性。4、酶活性部位是一個疏水區(qū)域：酶的活性部位是位于酶分子表面的24三、酶促反應(yīng)機制1、趨近效應(yīng)和定向效應(yīng)趨近效應(yīng)：指兩個反應(yīng)的分子，它們反應(yīng)的基團需要互相靠近，才能反應(yīng)。

酶促反應(yīng)速度與底物濃度成正比。在反應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)域底物濃度增高，反應(yīng)速度也增加。因此，底物與酶活性中心的靠近，提高活性中心的底物有效濃度能大大提高酶促反應(yīng)速度。三、酶促反應(yīng)機制1、趨近效應(yīng)和定向效應(yīng)25定向效應(yīng):指酶的催化基團與底物的反應(yīng)基團之間的正確定向。除了“靠近”效率外，當(dāng)?shù)孜锱c活性中心結(jié)合時，酶蛋白經(jīng)誘導(dǎo)而發(fā)生構(gòu)象變化，底物反應(yīng)部位（基團或鍵）與酶的催化部位發(fā)生楔合，即“定向”作用，從而造成活性中心局部的底物濃度大大提高。定向效應(yīng):指酶的催化基團與底物的反應(yīng)基團之間的正確定26醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料272、酶使底物分子的敏感鍵發(fā)生“變形”（張力），使其易斷裂底物分子受酶的作用也發(fā)生構(gòu)象變化，使其敏感鍵中的某些基團的電子云密度發(fā)生變化，產(chǎn)生“電子張力”而引起敏感鍵的一端更加敏感，發(fā)生反應(yīng)（p.390，圖10-3）。2、酶使底物分子的敏感鍵發(fā)生“變形”（張力），使其易斷裂283、共價催化作用底物與酶形成一個反應(yīng)活性很高的共價中間物，反應(yīng)活化能由此大大降低。酶的親核基團（如羥基、巰基和咪唑基）對底物的親電子中心進行攻擊。親核基團含有可提供電子的原子，向底物親電子的原子提供電子，由此形成不穩(wěn)定的共價中間物。但酶的親核基團易變，所形成的共價中間物不穩(wěn)定，在隨后步驟中會被水分子或第二種底物攻擊而給出所需的產(chǎn)物，由此可加快中間物的分解而釋放出產(chǎn)物（p.392，圖10-7）。酶蛋白分子上的主要親核基團：絲氨酸的羥基、半胱氨酸的巰基、組氨酸的咪唑基。3、共價催化作用294、酸堿催化作用

酶活性中心上有的基團是質(zhì)子供體，有的為質(zhì)子受體，均可進行催化作用。4、酸堿催化作用

酶活性中心上有的基團是質(zhì)子供體，有30（1）狹義酸堿催化劑：通過水分子的H+與OH-離子進行的催化。由于酶反應(yīng)的最適pH接近中性，故作用不大；（2）廣義酸堿催化劑：即質(zhì)子供體和質(zhì)子受體。在酶反應(yīng)中有重要作用。酶蛋白中起廣義酸堿催化作用的功能基：氨基、羰基、羧基、硫氫基、酚羥基和咪唑基。（1）狹義酸堿催化劑：通過水分子的H+與OH-離子進行的催化31組氨酸的咪唑基：既是很強的親核基團，又是有效的廣義酸堿功能基。1）其解離常數(shù)約6.0，即其解離下來的質(zhì)子濃度與水中的[H+]相近，所以在中性條件下，有一半以酸形式存在，另一半以堿形式存在，即可作為質(zhì)子供體，又可作質(zhì)子受體而在酶反應(yīng)中起催化作用；2）其供出和接受質(zhì)子的速度十分迅速，且供出和接受的速度相等。

組氨酸的咪唑基：既是很強的親核基團，又是有效的廣義酸堿功能基32五、酶活性中心是低介電區(qū)域

某些酶的活性中心穴內(nèi)相對是非極性的，催化基團被低介電環(huán)境包圍，并排除高極性的水分子。這樣，底物分子的敏感鍵和酶的催化基團之間就會有很大的反應(yīng)力。水會減弱極性基團間的相互作用。水的極性和形成氫鍵的能力很大，水的介電常數(shù)極高。這種高極性使它在離子外形成定向的溶劑層，產(chǎn)生自身的電場，從而大大減少了它所所包圍的離子間的靜電作用或氫鍵作用。五、酶活性中心是低介電區(qū)域33六、金屬離子催化（1）通過結(jié)合底物為反應(yīng)定向；（2）通過可逆地改變金屬離子的氧化態(tài)調(diào)節(jié)氧化還原反應(yīng)；（3）通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷。六、金屬離子催化34四、酶催化反應(yīng)機制的實例一、溶菌酶溶菌酶的生物學(xué)功能是催化細(xì)菌細(xì)胞壁多糖的水解。這種細(xì)胞壁多糖是N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）-N-乙酰氨基葡萄糖乳酸（NAM）的共聚物，NAG與NAM以β-1,4糖苷鍵交替排列：

溶菌酶的最適小分子底物為NAG-NAM交替的六糖，以A，B，C，D，E，F(xiàn)表示，其中D是NAM。四、酶催化反應(yīng)機制的實例一、溶菌酶35醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料36

溶菌酶分子中有一個狹長的凹穴，正適合于小分子底物的嵌合。凹穴中的Glu35和Asp52是活性中心的氨基酸殘基（見下圖）。溶菌酶分子中有一個狹長的凹穴，正適合于小分子37作用原理：當(dāng)酶與細(xì)胞壁接觸時，與六個暴露在外的氨基糖殘基結(jié)合。此時酶的構(gòu)象發(fā)生變化，Glu35和Asp52相互靠近，并與底物的D糖起“靠近”和“定向”效應(yīng)：Asp52羧基上的一個氧原子距離D環(huán)上的C1及D環(huán)上的氧原子只有0.3nm，Glu35羧基上的一個氧原子距離D糖的糖苷鍵上的氧原子也只有0.3nm；同時，在酶的作用下，D糖構(gòu)象也發(fā)生變形，由正常的椅式變成能量較高的半椅式或船式構(gòu)象。作用原理：38醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料39結(jié)合后，Glu35由于處于非極性區(qū)，呈不解離狀態(tài)-COOH，這樣它可以起著廣義酸堿催化作用，提供一個質(zhì)子給糖苷鍵的氧原子，使得氧原子與D環(huán)C1間的糖苷鍵斷開，而C1帶上正電荷，成為正碳原子C1+。

處于極性區(qū)的Asp52在通常情況下呈離子化狀態(tài)-COO-，這樣它就起著穩(wěn)定C1+的作用，協(xié)調(diào)C1-O間糖苷鍵的斷裂，直到環(huán)境中水分子的OH-與C1+結(jié)合，H+與Glu35結(jié)合，使兩者恢復(fù)非離子化形式。由此完成一次水解反應(yīng)。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料40醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料41醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料42醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料43醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料44二、胰凝乳蛋白酶該酶的活性中心由Ser195，His57和Asp102組成，其中Ser195是酶活性中心的底物結(jié)合部位，His57是活性中心內(nèi)的催化部位。在三維結(jié)構(gòu)中這三個氨基酸殘基是十分靠近的。作用原理：活性中心的Ser195、His57及Asp102構(gòu)成一個氫鍵體系，使His57的咪唑基成為Asp102羧基及Ser195羥基間的橋梁：

Ser195由于His57及Asp102的影響而成為很強的親核基團，易于提供電子。這個氫鍵體系稱為“電荷中繼網(wǎng)”。二、胰凝乳蛋白酶45在大部分情況下，網(wǎng)中Asp102以離子化形式-COO-，Ser195以非離子化形式-CH2OH存在。但也有另一種情況，即由于Asp102從Ser195吸引一個質(zhì)子所造成，想接力賽跑那樣，質(zhì)子先從Ser195傳遞到His57上，再由His57傳遞到Asp102上。在大部分情況下，網(wǎng)中Asp102以離子化形式46在此酶促反應(yīng)中，His57咪唑基起著廣義酸堿催化作用：先促進Ser195的羥基親核地附著到底物敏感肽鍵的羰基碳原子上，形成共價的?；虚g物，再促進?；腅S中間物上的酰基轉(zhuǎn)移到水或其他的?；荏w（如醇，氨基酸等）上。其對多肽底物水解可分兩個階段：在此酶促反應(yīng)中，His57咪唑基起著廣義酸堿471、水解反應(yīng)的?；A段：Ser195羥基的氧原子對底物敏感鍵的羰基碳原子進行親核攻擊，形成了一個為時暫短的四聯(lián)體過渡態(tài)。在這過渡態(tài)中，底物的?；糠峙cSer195的羥基、氨基部分與His57的咪唑基相連接。在此過程中，通過電荷中繼網(wǎng)（絲氨酸向組氨酸提供質(zhì)子）發(fā)生反應(yīng)，敏感肽鍵斷裂，底物中的胺成分通過氫鍵與His57咪唑基相連，底物的羧基部分通過酯鍵與Ser195的羥基相連。1、水解反應(yīng)的酰化階段：48醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料492、水解反應(yīng)的脫酰階段：首先胺從酶上釋放出來，這樣底物的羧基部分與酶就成了?；?，這是中間復(fù)合物。接著水分子進入活性中心，電荷中繼網(wǎng)從水中吸收一個質(zhì)子，結(jié)果OH-立即攻擊已連在Ser195上的底物羧基碳原子，也形成一個短暫的四聯(lián)體過渡態(tài)。然后His57供出一個質(zhì)子到Ser195的氧原子上，結(jié)果底物中的酸成分從Ser195上釋放出來，酶又恢復(fù)自由狀態(tài)。2、水解反應(yīng)的脫酰階段：50醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料51醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料52醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料53醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料54醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料55醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料56醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料57三、羧肽酶此酶是單鏈蛋白質(zhì)，其中緊密地結(jié)合著一個Zn2+離子。這個離子對酶的活性很重要。該酶是一個外肽酶，催化肽鏈C-末端的肽鍵水解。三、羧肽酶58在酶的三維結(jié)構(gòu)中，Zn2+離子處于接近酶表面的溝槽中，它與兩個組氨酸（His196,69）側(cè)鏈和一個谷氨酸（Glu72）及一個水分子形成一個四面體，Zn2+離子在此四面體中與這三個氨基酸以配價鍵相連。在酶的三維結(jié)構(gòu)中，Zn2+離子處于接近酶表面59醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料60離Zn2+離子不遠(yuǎn)有一個“裂縫”（見下圖），允許底物C-末端伸入。裂縫頂部還有一個口袋，可以接受C-末端的R基團，酶的Tyr248（黃）、Arg145（藍）、Glu270（綠）及Zn2+將底物分子適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥诨钚灾行闹小ｋxZn2+離子不遠(yuǎn)有一個“裂縫”（見下圖），61醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料62作用原理：1、在底物誘導(dǎo)下，酶活性中心的結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大改變，底物的“靠近”和“定向”效應(yīng)十分顯著；2、酶的Glu270使底物的敏感肽鍵發(fā)生電子張力，使敏感肽鍵變得極易斷裂。

底物結(jié)合的過程分五步：1、酶側(cè)鏈中Arg145上的正電荷與底物C-末端氨基酸殘基上羧基的負(fù)電荷發(fā)生靜電吸引作用；2、該氨基酸殘基進入酶的非極性口袋中；3、底物敏感鍵上羰基中的氧與Zn2+離子相接近；4、底物的末端氨基通過一個插入的水分子與酶中Glu270的側(cè)鏈建立氫鍵。

作用原理：63構(gòu)象變化結(jié)果：1、Arg145的胍基和Glu270的羧基相向移動了0.2nm；2、Arg145的結(jié)合，使底物末端從口袋中推走了4個水分子，并將結(jié)合在Zn2+離子上的水分子推開（但留在附近）

，底物自身結(jié)合到Zn2+離子上；3、由于Arg145的移動帶動了Tyr248的羥基移動1.2nm，從酶表面移到底物肽鍵附近，由此關(guān)閉了活性中心的凹道，活性中心從充滿水的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷畢^(qū)。

構(gòu)象變化結(jié)果：64醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料65酶與底物結(jié)合后，Zn2+離子、Glu270和Tyr248的作用：（1）Zn2+離子：使敏感肽鍵產(chǎn)生電子張力。酶與底物靠近時，敏感肽鍵指向Zn2+離子，在該離子作用下，底物羰基碳原子的電子云密度降低，呈正電性，這樣羰基碳原子在親核攻擊下更加脆弱。同時，Glu270負(fù)電荷靠近肽鍵加大了這種偶極矩。因此Zn2+離子對底物造成的電子張力大大地促進了底物的水解。（2）Glu270和Tyr248：第一種說法：Glu270首先激活水分子，使其釋放出OH-，由OH-直接攻擊底物敏感肽鍵的羰基碳原子，同時Tyr248提供一個質(zhì)子，由此底物的肽鍵直接水解；第二種說法：Glu270直接攻擊羰基碳原子，并且Tyr248向該肽鍵的-NH-提供一個質(zhì)子，肽鍵斷開，生成一個胺和一個Glu270與底物羰基相連的酸酐，最后水分子使酸酐水解，生成一個酸和復(fù)原的酶。酶與底物結(jié)合后，Zn2+離子、Glu270和Tyr248的作66注意：（1）Tyr248參與底物與酶的結(jié)合過程，而在催化過程中僅僅是起提供質(zhì)子的作用，并不是催化所必需的；（2）在羧肽酶A中，底物有末端羧基，就能與Arg145的正離子基團形成鹽鍵，觸發(fā)Tyr248移至酶活性中心。如果底物沒有末端羧基，就不發(fā)生這種結(jié)合和移動，酶則不表現(xiàn)活性。

注意：67第三節(jié)酶的活力酶的活力是指其在一定條件下催化某一特定反應(yīng)的能力。一、酶活力與酶反應(yīng)速度酶活力：一定條件下催化某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度。反應(yīng)速度（v）的單位：濃度/單位時間，即單位時間內(nèi)單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量。產(chǎn)物濃度對反應(yīng)時間作圖，其曲線的斜率就是反應(yīng)速度。反應(yīng)速度只在最初一段時間內(nèi)保持恒定，隨反應(yīng)時間延長，反應(yīng)速度逐漸下降。因此研究酶反應(yīng)速度應(yīng)該以初速度為準(zhǔn)（通常以底物的變化在起始濃度的5%以內(nèi)的速度為初速率）。第三節(jié)酶的活力酶的活力是指其在一定條件下68二、酶的活力單位1個酶活力單位：指在特定條件（溫度25℃，pH和底物濃度等均最適）下，在1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1μmol底物的酶量，或是轉(zhuǎn)化底物中1μmol的有關(guān)基團的酶量。習(xí)慣用法：如淀粉酶，以每小時催化1g可溶性淀粉液化所需的酶量為1個酶活力單位；也可以每小時催化1ml2%可溶性淀粉液化所需的酶量表示。三、酶的比活力每mg酶蛋白所具有的酶活力。單位：單位/毫克蛋白（U/mg蛋白質(zhì)）也可：單位/克或單位/毫升比活力可用來比較每單位重量酶蛋白的催化活力。四、酶的轉(zhuǎn)換數(shù)kcat為每秒鐘每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的微摩爾數(shù)（μmol）。相當(dāng)于一旦底物-酶中間物[ES]形成后，酶將底物轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物的效率（相當(dāng)于米氏方程中的k3）。二、酶的活力單位69第四節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)研究酶催化反應(yīng)過程與速率及各種影響酶催化速率的因素的關(guān)系.酶促反應(yīng)速度：單位時間內(nèi)反應(yīng)物的消耗或產(chǎn)物的增加（取其初速度）。第四節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)研究酶催化反應(yīng)過程與速率及各種影響70一、底物濃度的影響1、“中間產(chǎn)物”假說與米氏方程在一定的酶濃度下將初速度（v）對底物濃度[S]作圖時：

一級反應(yīng)：當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時，反應(yīng)速度與底物濃度呈正比關(guān)系；混合級反應(yīng)：隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速度不再按正比升高；零級反應(yīng)：繼續(xù)增大底物濃度，反應(yīng)速度遞增為零，這時反應(yīng)速度已趨向一個極限，說明酶已被底物飽和。Vmax底物濃度初速度Km底物濃度對反應(yīng)速度的影響一、底物濃度的影響Vmax底物濃度初Km71解釋這種現(xiàn)象的是“中間產(chǎn)物”假說：酶與底物先絡(luò)合成一個絡(luò)合物，它是作為過渡態(tài)物質(zhì)，然后絡(luò)合物進一步分解，成為產(chǎn)物和游離態(tài)酶。這個假說的前提是酶與底物反應(yīng)的“快速平衡”，即在反應(yīng)的開始階段，兩者反應(yīng)速度很快，迅速建立平衡關(guān)系。按“穩(wěn)態(tài)平衡”假說，酶促反應(yīng)分兩步進行：第一步：酶（E）與底物（S）作用，形成酶-底物中間產(chǎn)物E+S←→ES第二步：中間產(chǎn)物分解，形成產(chǎn)物（P），釋放出游離酶(E)：ES←→P+E解釋這種現(xiàn)象的是“中間產(chǎn)物”假說：酶與底物先絡(luò)72反應(yīng)初期，V=K3[ES]K1K2K3穩(wěn)態(tài)：[ES]生成=[ES]分解K1[E][S]=K2[ES]+K3[ES][ES]=[E][S]/Km[E]=[ET]-[ES][ES]=（[ET]-[ES]）[S]/Km[ES]=[ET][S]/（[S]+Km）V=K3[ES]=K3[ET][S]/（[S]+Km）=Vmax[S]/（[S]+Km）反應(yīng)初期，V=K3[ES]K1K2K3穩(wěn)態(tài)：[ES]生成=[731913年，Michaelis與Menten：米孟式方程v=Vmax[S]/([S]+Km)v=酶促反應(yīng)的速度，Vmax=在[E]與[ES]相等時的酶促反應(yīng)達到的最大速度，Km=(k2+k3)/k11913年，Michaelis與Menten：米孟式方程74Km、Vmax意義（1）v=1/2Vmax時，Km=[S]。Km不依賴于酶濃度，Km就是酶促反應(yīng)速度為最大速度一半時底物濃度。Km的單位是mol/L.（2）Vmax=K3[ET]，Vmax與加入的酶量成正比。（3）Km為酶的特征常數(shù)。每種酶都有其Km值，Km只與酶的結(jié)構(gòu)和酶的底物有關(guān)，與酶的濃度無關(guān).（4）Km可表示酶與底物的親和力。Km越大，酶與底物的親和力越小。（5）一種酶催化幾種底物時有不同的Km，其中Km最小的底物為該酶的天然底物或最適底物。多底物反應(yīng)的酶對于不同的底物有不同的Km。（6）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（K3）：當(dāng)酶被底物充分飽和時，單位時間內(nèi)每個酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。K3=Vmax/[E]Km、Vmax意義75Km及Vmax的測定法1、雙倒數(shù)作圖法2、Hanes作圖法1/V1/Vmax-1/KmK=Km/Vmax1/[S]-Km[S][S]/VKm/VmaxK=1/VmaxKm及Vmax的測定法2、Hanes作圖法1/V1/Vmax762、多種底物的反應(yīng)大多數(shù)酶反應(yīng)包含一種以上的底物，至少是雙底物反應(yīng)：A+B→P+Q雙底物反應(yīng)的三種機理：1)依次反應(yīng)機理：BPE+AEAEABEPQEQE+Q需要NAD+或NADH+的脫氫酶的反應(yīng)屬于這類型。2)隨機機理：E+A←→EABQEP←→E+PEAB←→EPQE+B←→EBAPEQ←→E+Q3)乒乓反應(yīng)機理：APBQEE轉(zhuǎn)氨酶的反應(yīng)屬于這類型。

2、多種底物的反應(yīng)77醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料78二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響在酶促反應(yīng)體系中，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度，使酶被底物飽和時，反應(yīng)速度與酶的濃度變化成正比關(guān)系。V=K3[E]。V[E]二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響在酶促反應(yīng)體系中，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪?9三、溫度對反應(yīng)速度的影響溫度較低時，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快，溫度超過一定數(shù)值后，酶受熱變性，反應(yīng)速度反而減慢，形成倒V型曲線，在此曲線頂點所代表的溫度時反應(yīng)速度最大，稱為最適溫度（optimumtemperature）。酶的最適溫度不是酶的特征常數(shù)，它與反應(yīng)進行的時間有關(guān)。低溫一般不使酶破壞。溫度回升后，酶可以恢復(fù)活性。低溫麻醉、低溫保存菌種、低溫保存酶制劑。溫度系數(shù)：在達到最適溫度之前提高溫度，可增加反應(yīng)速度。反應(yīng)溫度提高10℃，其反應(yīng)速度與原來的反應(yīng)速度之比稱為反應(yīng)的溫度系數(shù)（Q10）。酶活性溫度三、溫度對反應(yīng)速度的影響溫度較低時，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快80pH可影響酶分子尤其是活性中心上必需基團和催化基團的解離程度，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)合。在特定pH條件下，酶、底物和輔酶的解離情況適宜于相互結(jié)合，使酶反應(yīng)速度達到最大值，這個pH稱為最適pH（optimumpH）。動物體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH接近中性。最適pH不是酶的特征常數(shù)，它受底物濃度、緩沖溶液的種類、濃度及酶的純度影響。四、pH對反應(yīng)速度的影響pH可影響酶分子尤其是活性中心上必需基團和催化基團的解離程度81醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料82五、抑制劑對反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑（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)1、不可逆性抑制（irreversibleinhibition）抑制劑與酶的必需基團以牢固的共價鍵結(jié)合，從而使酶活喪失，不能用透析、超濾等去除抑制劑。如低濃度的重金屬離子Hg2+、Ag+、As3+可與酶分子SH結(jié)合，使酶活抑制。又可分：（1）專一性的不可逆抑制：抑制劑僅僅和酶活性部位的有關(guān)基團反應(yīng)；（2）非專一性的不可逆抑制：抑制劑可和一類或幾類基團反應(yīng)。五、抑制劑對反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑（inhi83路易士氣（砷）巰基酶失活的酶路易士氣（砷）巰基酶失活的酶84重金屬鹽引起的巰基酶中毒可用二巰基丙醇（BAL）解毒。BAL重金屬鹽引起的巰基酶中毒可用二巰基丙醇（BAL）解毒。BAL85農(nóng)藥敵百蟲、敵敵畏、1059等有機磷化合物能特異地與膽堿酯酶（Cholineesterase）活性中心絲氨酸殘基的羥基結(jié)合，使酶失活。++ROPOOXR'HOEROPOOOR'EHX有機磷化合物羥基酶失活的酶農(nóng)藥敵百蟲、敵敵畏、1059等有機磷化合物能特異地與膽堿酯酶86敵百蟲敵敵畏有機磷殺蟲劑敵百蟲敵敵畏有機磷殺蟲劑87膽堿乙?；改憠A酯酶膽堿乙酰膽堿乙酰膽堿為生物體內(nèi)傳遞神經(jīng)沖動的重要物質(zhì)。膽堿酯酶為羥基酶，有機磷殺蟲劑中毒時，此酶活受抑制，結(jié)果造成乙酰膽堿的堆積，造成神經(jīng)過度興奮直至抽搐而死。可用解磷定來治療。膽堿乙?；改憠A酯酶膽堿乙酰膽堿乙酰膽堿為生物體內(nèi)傳遞神經(jīng)沖882、可逆性抑制（1）競爭性抑制特點：抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似；抑制劑與底物結(jié)合在酶的同一位點；抑制作用可被高濃度的底物減低以至消除；Km增大，Vmax不變。2、可逆性抑制（1）競爭性抑制89醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料901/V1/[S]1/Vmax-1/Km(1+[I]/Ki)競爭性抑制無抑制劑抑制劑斜率=[Km/Vm](1+[I]/Ki)1/V1/[S]1/Vmax-1/Km(1+[I]/Ki)競91丙二酸、蘋果酸、草酰乙酸為琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。丙二酸、蘋果酸、草酰乙酸為琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。92GluPABA（對氨基苯甲酸）喋呤

HHNHCHCH2COOHCH2COOHNNNNCH2NHCOOHH2NSO2NHRH2N磺胺藥PABA+二氫喋呤+GluFH2FH4磺胺藥與PABA結(jié)構(gòu)相似，可與PABA競爭FH2合成酶的活性中心，F(xiàn)H2合成受抑制，F(xiàn)H4隨之減少，使核酸合成障礙，細(xì)菌生長繁殖受到抑制。FH2還原酶FH2合成酶四氫葉酸FH4GluPABA（對氨基苯甲酸）喋呤HHNHCHCH2CO93氨甲喋呤（MTX）是FH2還原酶的競爭性抑制劑，抑制人體內(nèi)FH4的合成，以致抑制腫瘤的生長。FAFH2還原酶FH2FH2還原酶FH4葉酸二氫葉酸四氫葉酸氨甲喋呤（MTX）是FH2還原酶的競爭性抑制劑，抑制人體FA94（2）非競爭性抑制

酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合：

EI+S→ESI或ES+I→ESI，

但中間物ESI不能進一步分解為產(chǎn)物。

這類抑制劑是與酶活性中心以外的基團結(jié)合；若Ki=Ki’，則Vmax減小而Km不變，稱非競爭性抑制。（2）非競爭性抑制

酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合：

95醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料961/V1/S-1/Km(1+[I]/Ki)/Vmax非競爭性抑制1/V1/S-1/Km(1+[I]/Ki)/Vmax非競爭性973、反競爭性抑制特點：S、I結(jié)構(gòu)不相似，結(jié)合位點不同，增加[S]反而加強抑制，Km減小，Vmax減小。酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合：ES+I→ESI，而ESI不能進一步分解為產(chǎn)物。3、反競爭性抑制特點：S、I結(jié)構(gòu)不相似，結(jié)合位點不同，增加[98醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料991/[S]1/V(1+[I]/Ki)/Vmax無I反競爭性抑制斜率=Km/Vm1/[S]1/V(1+[I]/Ki)/Vmax無I反競爭性抑100各種類型抑制的表觀Km及Vmax各種類型抑制的表觀Km及Vmax101六、激活劑對反應(yīng)速度的影響使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑（activator）。大多為金屬離子，如Mg2+、K+、Mn2+，少數(shù)為陰離子如Cl-，也有的為有機化合物，如膽汁酸鹽。必需激活劑（essentialactivator）：對酶促反應(yīng)不可少。與酶、底物結(jié)合參加反應(yīng)。非必需激活劑（non-essentialactivator）：有些激活劑不存在時，酶仍有一定的催化活性。六、激活劑對反應(yīng)速度的影響使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽?02第四節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)方式一、別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)酶：當(dāng)代謝物分子可逆地結(jié)合到酶的某一非催化部位時，可改變酶的構(gòu)象，進而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱別構(gòu)調(diào)節(jié)，受別構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱別構(gòu)酶。特點：1、常含有多個亞基（有四級結(jié)構(gòu)）；2、除催化部位外，還有調(diào)節(jié)部位；3、酶分子的催化部位和調(diào)節(jié)部位有的在同一亞基上，也有的不在同一亞基上；4、不符合米氏方程，存在協(xié)同效應(yīng)。別構(gòu)激活：因別構(gòu)而導(dǎo)致酶活性增加別構(gòu)抑制：因別構(gòu)而導(dǎo)致酶活性降低第四節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)方式一、別構(gòu)調(diào)節(jié)103別構(gòu)酶結(jié)構(gòu)：除有結(jié)合底物和起催化作用的活性中心外，還有可結(jié)合調(diào)節(jié)物的別構(gòu)中心。前者負(fù)責(zé)對底物的結(jié)合和催化，后者負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)反應(yīng)速度。兩個中心位于酶蛋白的不同部位上（或不同亞基上，或同一亞基不同部位上）。1、調(diào)節(jié)物：1）同促效應(yīng)：調(diào)節(jié)物是底物。酶分子上有兩個以上的底物結(jié)合中心，調(diào)節(jié)作用取決于酶上有多少個底物結(jié)合中心被結(jié)合；2）異促效應(yīng)：調(diào)節(jié)物不是底物，而是其他代謝分子。別構(gòu)酶結(jié)構(gòu)：除有結(jié)合底物和起催化作用的活性中心外，還有可結(jié)合104天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）為例（p.413）：底物N-氨甲酰磷酸和天冬氨酸促進ATCase活性，為同促效應(yīng)；CTP為最終產(chǎn)物，降低了酶與底物的親和性，抑制ATCase活性；ATP為非底物分子，但可增強酶與底物的親和性而激活A(yù)TCase，所以起到了異促效應(yīng)。天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）為例（p.413）：1052、別構(gòu)酶的性質(zhì)：（1）別構(gòu)酶一般是寡聚酶，通過次級鍵由多亞基構(gòu)成：別構(gòu)酶的活性中心（活性部位）和別構(gòu)中心（調(diào)節(jié)部位）可能在同一亞基上，也可能分別在不同的亞基上；每個別構(gòu)酶分子可以有一個以上的活性部位和調(diào)節(jié)部位。（2）別構(gòu)酶的動力學(xué)：因別構(gòu)酶有協(xié)同效應(yīng)，所以其[S]對v的動力學(xué)曲線不是雙曲線，而是S形曲線（正協(xié)同）或表觀雙曲線（負(fù)協(xié)同）。2、別構(gòu)酶的性質(zhì)：106S形曲線：表明酶結(jié)合一分子底物（或調(diào)節(jié)物）后，酶的構(gòu)象發(fā)生變化，從而大大增加對后續(xù)底物分子的親和性，促進后續(xù)分子與酶的結(jié)合，表現(xiàn)為正協(xié)同性，這種酶稱為具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶；表觀雙曲線：在底物濃度較低范圍內(nèi)酶的活力上升很快，但隨后底物濃度雖有較大的提高，但反應(yīng)速度升高卻很小，表現(xiàn)為負(fù)協(xié)同性，這種酶稱為具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶。S形曲線：表明酶結(jié)合一分子底物（或調(diào)節(jié)物）后，107怎么區(qū)分米氏酶與別構(gòu)酶？koshland建議用飽和比值（saturationratio,Rs）典型的米氏酶RS=81具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶RS<81具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶RS>81怎么區(qū)分米氏酶與別構(gòu)酶？koshland建議用飽和比值（s108（3）K型效應(yīng)物和V型效應(yīng)物：能改變底物的K0.5而不改變反應(yīng)Vmax的效應(yīng)物稱為K型效應(yīng)物；能改變Vmax而不改變K0.5的效應(yīng)物稱為V型效應(yīng)物（p.419，圖10-58）。（4）別構(gòu)酶的脫敏作用：別構(gòu)酶經(jīng)加熱或化學(xué)試劑處理，可引起別構(gòu)酶解離，失去調(diào)節(jié)活性，稱為脫敏作用。脫敏后的酶表現(xiàn)為米氏酶的動力學(xué)雙曲線（p.420，圖10-59）。（3）K型效應(yīng)物和V型效應(yīng)物：能改變底物的K0.5而不改變反1094、別構(gòu)模型：1）協(xié)同模型（對稱模型，WMC模型）：特點：（1）別構(gòu)酶是由確定數(shù)目的亞基組成，各亞基占有相等的地位，因此每個別構(gòu)酶都有一個對稱軸；（2）每個亞基相對一種調(diào)節(jié)物只有一個結(jié)合位點；（3）每種亞基有兩種構(gòu)象，一種為有利于結(jié)合底物或調(diào)節(jié)物的松弛型構(gòu)象（R型），另一種為不利于底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合的緊張型構(gòu)象（T型）。這兩種構(gòu)象可以互變：采取同步協(xié)同方式轉(zhuǎn)變（齊變方式），即各亞基在同一時間內(nèi)均處于相同的構(gòu)象狀態(tài)。如果一個亞基從T態(tài)變?yōu)镽態(tài)，則其他亞基也幾乎同時轉(zhuǎn)變成R態(tài)；（4）當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)由一構(gòu)象狀態(tài)轉(zhuǎn)變至另一構(gòu)象狀態(tài)時，其分子對稱性保持不變。4、別構(gòu)模型：1102）序變模型（KNF模型）：特點：（1）當(dāng)調(diào)節(jié)物不存在時，別構(gòu)酶只有一種構(gòu)象存在（T），而不是處于R=T的平衡狀態(tài)，只有當(dāng)調(diào)節(jié)物與之結(jié)合后才誘導(dǎo)T態(tài)向R態(tài)轉(zhuǎn)變；（2）別構(gòu)酶的構(gòu)象是以序變方式進行的，而不是齊變。當(dāng)調(diào)節(jié)物與一個亞基結(jié)合后，可引起該亞基構(gòu)象發(fā)生變化，并使鄰近亞基易于發(fā)生同樣的構(gòu)象變化，即影響對下一個調(diào)節(jié)物的親和力；（3）亞基間的相互作用可能是正協(xié)同效應(yīng)，也可能是負(fù)協(xié)同效應(yīng)，前者導(dǎo)致下一亞基對調(diào)節(jié)物有更大的親和力，后者則降低親和力。2）序變模型（KNF模型）：111二、酶的共價修飾（covalentmodification）酶蛋白肽鏈上的某些殘基側(cè)鏈在另一組酶的催化下發(fā)生可逆的共價修飾，從而引起酶活性改變，調(diào)節(jié)酶的活性：磷酸化、乙?；?、甲基化、腺苷化。磷酸化修飾：通過各種蛋白激酶的催化可使酶蛋白中絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸的羥基進行磷酸化修飾，又可通過各種蛋白磷酸酶催化使此類磷酸基團水解出來，從而形成可逆的共價修飾來改變酶的構(gòu)象，調(diào)節(jié)酶的活性。二、酶的共價修飾（covalentmodification112磷酸化修飾特點：1、磷酸化及脫磷酸化分別由蛋白激酶及蛋白磷酸酶催化。2、可連鎖進行，逐級磷酸化或脫磷酸化，出現(xiàn)級聯(lián)放大。3、磷酸化僅需以ATP供給磷酸基團，耗能遠(yuǎn)小于合成酶蛋白，作用快速。4、磷酸化修飾常與別構(gòu)調(diào)節(jié)相互協(xié)作。磷酸化修飾特點：113醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料114三、酶原的激活酶原（Zymogen）：有些酶（絕大多數(shù)為蛋白酶）在細(xì)胞內(nèi)合成及初分泌時，沒有活性酶原的激活：在一定條件下，酶原可轉(zhuǎn)化成有活性的酶。酶原激活的機制是分子內(nèi)肽鍵一處或多處斷裂，使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度改變，從而形成酶的活性中心。酶原激活也存在級聯(lián)反應(yīng)。胰蛋白酶原腸激酶胰蛋白酶+六肽胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶α-凝乳蛋白酶+兩個二肽羧基肽酶原胰蛋白酶羧基肽酶A+幾個碎片三、酶原的激活酶原（Zymogen）：有些酶（絕大多數(shù)為蛋白115醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料1161、胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活2、胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活1、胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活2、胰蛋白酶原117醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料1183、胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活3、胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活119除消化道的蛋白酶外，血液中有關(guān)凝血和纖維蛋白溶解的酶類也以酶原的形式存在，且存在級聯(lián)反應(yīng)。意義：消化道內(nèi)蛋白酶以酶原的形式分泌，避免細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白酶對細(xì)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；此外，酶原可視為酶的貯存形式。如凝血和纖維蛋白溶解酶類以酶原的形式在血液循環(huán)中運行，一旦需要便轉(zhuǎn)化為有活性的酶。除消化道的蛋白酶外，血液中有關(guān)凝血和纖維蛋白溶解的酶類也以酶120四、激促蛋白質(zhì)或抑制蛋白質(zhì)的調(diào)控

某些酶結(jié)合了專一性的激促蛋白質(zhì)或抑制蛋白質(zhì)，從而使其活性受到調(diào)控。例：鈣調(diào)蛋白----當(dāng)細(xì)胞外的鈣離子濃度升高時，鈣離子與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，而帶有結(jié)合態(tài)鈣離子的鈣調(diào)蛋白會結(jié)合到許多酶上，激活許多酶。四、激促蛋白質(zhì)或抑制蛋白質(zhì)的調(diào)控121同工酶(isoenzyme)同工酶：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)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。由不同基因或等位基因編碼的多肽鏈所組成，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的mRNA翻譯成不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。同工酶存在于同一種屬或同一個體的不同組織或同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。同工酶(isoenzyme)同工酶：指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而122乳酸脫氫酶(LDH):由H或M兩種亞基組成的四聚體。五種同工酶LDH1（H4）、LDH2（H3M）、LDH3（H2M2）、LDH4（HM3）、LDH5（M4），它們向正極泳動的速度由LDH1~LDH5依次遞減，可藉此分離。乳酸丙酮酸心肌:LDH1乳酸丙酮酸LDH5骨骼肌:乳酸脫氫酶(LDH):由H或M兩種亞基組成的四聚體。五種同工123同工酶雖然催化相同的反應(yīng)，但可有不同的功能。心肌中含量最多的是LDH1（H4）對NAD+有較大的親和力，易受丙酮酸抑制，它的作用主要是催化乳酸脫氫生成丙酮酸，有利于心肌利用乳酸氧化供能。骨胳肌中含量多的LDH5，對NAD+親和力低，不受丙酮酸的抑制，其作用是催化丙酮酸加氫生成乳酸，有利于骨胳肌生成乳酸。同工酶雖然催化相同的反應(yīng)，但可有不同的功能。心肌中含量最多124第五節(jié)多酶體系一、概念和分類細(xì)胞中的許多酶常在一個連續(xù)的反應(yīng)鏈中相互聯(lián)系在一起，這種由幾個酶形成的反應(yīng)鏈稱為“多酶體系”。1、可溶性類型：多酶體系中的各種酶在細(xì)胞質(zhì)中以可溶性形式各自獨立存在，沒有結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系；2、結(jié)構(gòu)化類型：多酶體系中的各種酶彼此有機地組合在一起，形成多酶復(fù)合體。如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（p297）

3、定位于細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的類型：如呼吸鏈中的酶定位于線粒體的內(nèi)膜上。HSCoAE3：二氫硫辛酸脫氫酶E2：轉(zhuǎn)乙?；窫1：丙酮酸脫氫酶E3E2E1NAD+NADH+H+FADH2FADCH3C珆SCoAOHSLHSSLS珆SLHSCH3COCH3CTPPOHHTPPCO2CH3CCOOHO第五節(jié)多酶體系一、概念和分類HSCoAE3：二氫硫辛酸125二、自我調(diào)節(jié)1、酶促反應(yīng)序列：1）直線式；2）分枝式；3）循環(huán)式。2、限速步驟：多酶體系的總速度決定于其中反應(yīng)速度最慢的一個反應(yīng)，這個速度最慢的酶限制著全部反應(yīng)序列的速度，稱為限速步驟。大部分具有自我調(diào)節(jié)能力的多酶體系的第一步反應(yīng)就是限速步驟。3、反饋作用：第一步反應(yīng)的酶被全部反應(yīng)序列的最終產(chǎn)物或反應(yīng)序列分叉處的酶被最終產(chǎn)物所抑制，這種過程稱為反饋作用。4、受反饋調(diào)控的酶往往是別構(gòu)酶。有的別構(gòu)酶有“正調(diào)節(jié)物”，酶活性被激活（底物）；有的別構(gòu)酶有“負(fù)調(diào)節(jié)物”，酶活性被抑制（最終產(chǎn)物）；有的別構(gòu)酶則正負(fù)調(diào)節(jié)物兼而有之。有的別構(gòu)酶只有一個專一性的調(diào)節(jié)物，稱之為單價別構(gòu)酶；有的別構(gòu)酶有兩個或更多的專一性調(diào)節(jié)物，稱之為多價別構(gòu)酶。二、自我調(diào)節(jié)126第六節(jié)酶的分類與命名一、酶的分類1、氧化還原酶類2、轉(zhuǎn)移酶類3、水解酶類4、裂合酶類5、異構(gòu)酶類6、合成酶類注意順序不能變！二、酶的命名習(xí)慣命名法：底物+反應(yīng)類型：乳酸脫氫酶底物名稱：蛋白酶、核糖核酸酶來源+底物：胃蛋白酶、唾液淀粉酶第六節(jié)酶的分類與命名一、酶的分類127（1）標(biāo)明底物，催化反應(yīng)的性質(zhì)例:G-6-P→F-6-PG-6-P異構(gòu)酶（2）兩個底物參加反應(yīng)時應(yīng)同時列出，中間用冒號（:）分開。如其中一個底物為水時，水可略去。例1：丙氨酸+α-酮戊二酸→谷氨酸+丙酮酸丙氨酸:α-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶例2：脂肪+H2O→脂酸+甘油脂肪水解酶系統(tǒng)命名法：E.C(1.1.1.1)（醇:NAD+氧化還原酶）（1）標(biāo)明底物，催化反應(yīng)的性質(zhì)（2）兩個底物參加反應(yīng)時應(yīng)同1281．編號:用4個阿拉伯?dāng)?shù)字的編號表示，數(shù)字中用“·”隔開，前面冠以EC（為EnzymeCommission）。EC類.亞類.亞亞類.排號，如EC1.1.1.1EnzymeHandbook，ThomasEBarman編，VolI,VolII1969年。

EnzymeHandbook，ThomasE.Barman編SupplementI,1974年。

系統(tǒng)命名法：E.C(1.1.1.1)（醇:NAD+氧化還原酶）1．編號:系統(tǒng)命名法：E.C(1.1.1.1)（醇:N129醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料130醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料131醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料132醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料133醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料134醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料135（一）酶的分離純化1．選材2．破碎細(xì)胞3．抽提4．去核酸、去多糖5．純化6．保存由于酶的特殊性，在提純過程中要注意:1．全部操作在低溫0～4℃。2．在分離提純過程中，不能劇烈攪拌。3．在提純?nèi)軇┲屑右恍┍Ｗo劑，如少量EDTA、少量β-巰基乙醇。4．在分離提純過程中要不斷測定酶活力和蛋白質(zhì)濃度，從而求得比活力，還要計算總活力。第七節(jié)酶的分離、純化及活力測定（一）酶的分離純化第七節(jié)酶的分離、純化及活力測定136比活力＝酶活力蛋白質(zhì)濃度總活力＝單位體積的酶活力(U/ml)×分離溶液總體積(ml)比活力＝酶活力蛋白質(zhì)濃度總活力＝單位體積的酶活力(U/ml)137（二）酶活力的測定

酶活力（enzymeactivity,也稱酶活性）酶活力的測定1．測定酶活力時應(yīng)注意幾點（1）應(yīng)測反應(yīng)初速度（initialvelocityorinitialspeed）（2）酶的反應(yīng)速度一般用單位時間內(nèi)產(chǎn)物的增加量來表示。（3）測酶活力時應(yīng)使反應(yīng)溫度、pH、離子強度和底物濃度等因素保持恒定。（4）測定酶反應(yīng)速度時，應(yīng)使[S]>>[E]。產(chǎn)物濃度[P](t)（二）酶活力的測定酶活力（enzymeactivity,1382．酶活力和比活力表示方式（1）酶活力（enzymeactivity）

1IU=1μmol/min每分鐘內(nèi)催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量（2）酶的比活力（specificactivity，也稱比活性）比活力：指每mg蛋白質(zhì)所具有的酶活力，一般用U/mg蛋白質(zhì)來表示，比活力說明酶的純度。比活力=酶活力（U/ml）/蛋白質(zhì)濃度（mg/ml）（3）轉(zhuǎn)換數(shù)（kat):1Kat=1mol/sKat單位與IU單位之間的換算關(guān)系：1IU=1/60μKat2．酶活力和比活力表示方式（1）酶活力（enzymeac1393.酶活力的測定方法（1）分光光度法（spectrophotometry）該法要求酶的底物和產(chǎn)物在紫外或可見光部分光吸收不同。優(yōu)點：簡便、迅速、準(zhǔn)確。一個樣品可多次測定，有利于動力學(xué)研究?？蓹z測到10-9mol/L水平的變化。3.酶活力的測定方法（1）分光光度法（spectrop140（2）熒光法（fluorometry）該法要求酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物有熒光變化。主要的優(yōu)點：靈敏度很高，可以檢測10-12mol/L的樣品。酶蛋白分子中的Tyr、Trp、Phe殘基以及一些輔酶、輔基，如NADH、NADPH、FMN、FAD等都能發(fā)出熒光。（3）酶偶聯(lián)分析法(enzymecouplingassay)第一個酶的產(chǎn)物為第二個酶的底物，這兩個酶系統(tǒng)在一起反應(yīng)。（4）電化學(xué)法（electrochemicalmethod）（2）熒光法（fluorometry）該法要求酶反應(yīng)的底物141第八節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系一、酶與疾病的發(fā)生有的疾病的發(fā)病機制直接或間接與酶的異?；蛎富钍芤种朴嘘P(guān)。酪氨酸酶缺乏引起白化?。槐奖彼崃u化酶缺乏產(chǎn)生苯酮酸尿癥；急性胰腺炎與胰蛋白酶原在胰腺中被激活有關(guān)。激素代謝障礙或維生素缺乏可引起某些酶的異常。如VK缺乏酶活性受到抑制多見于中毒性疾病。如有機磷農(nóng)藥中毒、重金屬鹽中毒。第八節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系一、酶與疾病的發(fā)生142二、酶與疾病的診斷某些組織器官受到損傷造成細(xì)胞破壞或細(xì)胞通透性增加，細(xì)胞內(nèi)的某些酶可大量釋放入血。如急性胰腺炎時血清和尿中的淀粉酶活性升高；急性肝炎或心肌炎時血清轉(zhuǎn)氨酶活性升高。細(xì)胞的轉(zhuǎn)換率增高或細(xì)胞的增殖增快，其特異的標(biāo)志酶可釋放入血。如前列腺癌病人可有大量酸性磷酸酶釋放入血酶的合成或誘導(dǎo)增強。如膽管堵塞時膽汁的反流可誘導(dǎo)肝合成大量的堿性磷酸酶；巴比妥鹽類或酒精可誘導(dǎo)肝中的谷氨酰轉(zhuǎn)移酶生成增多。二、酶與疾病的診斷某些組織器官受到損傷造成細(xì)胞破壞或細(xì)胞通透143三、酶與疾病的治療許多藥物可通過抑制生物體內(nèi)的某些酶來達到治療的目的。如磺胺類藥物，氯霉素，氨甲喋呤等等。三、酶與疾病的治療1441、酶能加速化學(xué)反應(yīng)的進行是由于哪一種效應(yīng)A、向反應(yīng)體系提供能量B、降低反應(yīng)的自由能變化C、降低反應(yīng)的活化能D、降低底物的能量水平E、提高產(chǎn)物的能量水平2、已知某種酶Km值為0.05mol/L，試問要使此酶所催化的反應(yīng)速度達最大反應(yīng)速度的80%時底物濃度應(yīng)是多少A、0.04mol/LD、0.05mol/LB、0.8mol/LE、0.1mol/L

☆C、0.2mol/L

習(xí)題1、酶能加速化學(xué)反應(yīng)的進行是由于哪一種效應(yīng) 習(xí)1453、向酶促反應(yīng)體系中增加酶的濃度時，可出現(xiàn)下列哪一種效應(yīng)A、不增加反應(yīng)速度B、1/［S］對1/V作圖所得直線的斜率減少C、Vmax保持不變D、v達到Vmax/2時的底物濃度增大

習(xí)題3、向酶促反應(yīng)體系中增加酶的濃度時，可出現(xiàn)下列哪一種效應(yīng)習(xí)146習(xí)題4、一個酶作用于多種底物時，其天然底物Km值應(yīng)是A、增大B、與其他底物相同C、最小D、居中間E、與Km相同5、丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制效應(yīng)是A、Vmax降低，Km值不變B、Vmax降低，Km值降低C、Vmax不變，Km值增加D、Vmax不變，Km值降低E、Vmax降低，Km值增加醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料147習(xí)題

6、酶的非競爭性抑制劑對酶促反應(yīng)的影響是A、有活性的酶濃度減少B、有活性的酶濃度無改變C、Vmax增加D、使表觀Km值增加E、使表觀Km值變小7、下列哪一個維生素能被氨喋呤及氨甲喋呤所拮抗A、維生素B6B、葉酸C、維生素B2D、維生素B1E、遍多酸習(xí)題

6、酶的非競爭性抑制劑對酶促反1488、反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度的80%時，Km等于A、〔S〕B、1/2〔S〕C、1/4〔S]D、0.4〔S〕E、0.8〔S〕答案：1、C2、C3、B4、C5、C6、A7、B8、C

習(xí)題

8、反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度的80%時，Km等于習(xí)149習(xí)題

A、丙二酸B、敵百蟲C、路易士氣D、二巰基丙醇E、琥珀酸1、琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑是2、巰基酶中毒的解毒劑為3、膽堿酯酶的抑制劑為4、有毒的砷化物之一為習(xí)題

A、丙二酸150習(xí)題

名詞解釋別構(gòu)調(diào)節(jié)酶的活性中心同工酶酶原簡答題：磺胺藥的作用機制，并解釋為什么磺胺藥在體內(nèi)必須達到一定的濃度。習(xí)題

名詞解釋151謝謝騎封篙尊慈榷灶琴村店矣墾桂乖新壓胚奠倘擅寞僥蝕麗鑒晰溶廷籮侶郎蟲林森-消化系統(tǒng)疾病的癥狀體征與檢查林森-消化系統(tǒng)疾病的癥狀體征與檢查謝謝騎封篙尊慈榷灶琴村店矣墾桂乖新壓胚奠倘擅寞僥蝕麗鑒晰溶廷152第二章酶

第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)酶促反應(yīng)的特點和機制第三節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)第四節(jié)酶的調(diào)節(jié)第五節(jié)多酶體系第六節(jié)酶的分類與命名第七節(jié)

酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系第二章酶第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能153酶的研究歷史1878年，Kuhne提出Enzyme.1897年，德國科學(xué)家HansBuchner和EduardBuchner成功地用不含細(xì)胞的酵母提取液實現(xiàn)了發(fā)酵.1926年，美國生化學(xué)家Sumner第一次從刀豆分離到脲酶結(jié)晶，提出酶是蛋白質(zhì).1978年，Altman提出RNA有催化功能.1982年，Cech證實RNA有催化功能.酶的研究歷史154酶（enzyme）是由活細(xì)胞合成的，對其特異底物（substrate）起高效催化作用的蛋白質(zhì)，是機體內(nèi)催化各種代謝反應(yīng)最主要的催化劑。核酶（ribozyme）是具有高效、特異催化作用的核酸，主要作用參與RNA的剪接。酶（enzyme）是由活細(xì)胞合成的，對其特異底物（subst155催化反應(yīng)的原理

一個化學(xué)反應(yīng)體系中的各個分子所含的能量高低不同，只有那些具有較高能量、處于活化態(tài)的活化分子才能在分子碰撞中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)物中活化分子越多，反應(yīng)速度越快。活化分子比一般分子高出一定的能量稱為活化能：在一定溫度下1摩爾底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能（kJ/mol）。催化劑能瞬時地與反應(yīng)物結(jié)合成過渡態(tài)，因而降低了反應(yīng)所需的活化能。第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能催化反應(yīng)的原理第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能156醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料157化學(xué)反應(yīng)速率依賴三個因素：碰撞頻率、能量因素、概率因素從初態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)需要能量，即為活化能（Energyofactivation，EACT），形成過渡態(tài)所需的活化能越大，中間產(chǎn)物越難形成，反應(yīng)越難進行?；瘜W(xué)反應(yīng)速率依賴三個因素：碰撞頻率、能量因素、概率因素158一、酶的分子組成酶的化學(xué)本質(zhì)就是蛋白質(zhì)。單純酶（simpleenzyme）：僅由氨基酸殘基構(gòu)成的酶，如脲酶，淀粉酶，脂酶。結(jié)合酶（conjugatedenzyme）：酶蛋白（apoenzyme）+輔助因子（cofactor）。輔助因子是金屬離子或小分子有機化合物。

輔酶（coenzyme）非共價鍵與酶蛋白疏松結(jié)合,可用透析、超濾分離輔基（prostheticgroup）：共價鍵與酶蛋白牢固結(jié)合，不易分離。金屬離子多為酶的輔基，小分子有機化合物有的屬輔酶，有的屬輔基。酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復(fù)合物稱為全酶，只有全酶有催化作用。一、酶的分子組成酶的化學(xué)本質(zhì)就是蛋白質(zhì)。1591、金屬離子的作用:金屬酶（metalloenzyme）：金屬離子與酶蛋白結(jié)合緊密，成為酶結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成成分。如碳酸酐酶含Zn；谷胱甘肽過氧化物酶含硒；堿性磷酸酶含Zn，羧肽酶A含Zn。金屬激活酶（metalactivatedenzyme）：金屬離子與酶結(jié)合疏松，但需金屬離子活化，故金屬實際上是酶的激活劑。如激酶需Mg和Mn。有的酶類兼含有機輔基和金屬。如琥珀酸脫氫酶含黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和Fe。1、金屬離子的作用:金屬酶（metalloenzyme）：金160金屬離子能與酶、底物形成各種形式的三元絡(luò)合物，保證了酶與底物的正確定向結(jié)合，而且還可作為催化基團。Fe、Cu及Mo等金屬離子可以通過氧化還原而傳遞電子完成多種物質(zhì)的氧化還原。如鐵卟啉是很多血紅素蛋白的輔基。金屬離子能與酶、底物形成各種形式的三元絡(luò)合物，保證了酶與底物1612、小分子有機化合物：小分子有機化合物主要參與酶的催化過程，在反應(yīng)中傳遞電子、質(zhì)子或一些基團，多為維生素。維生素：維持細(xì)胞正常功能所必需，但需要量很少，動物體內(nèi)不能合成，必須由食物供給的一類有機化合物。水溶性維生素：VB1、VB2、Vpp、VB6、VC、VB12、泛酸、葉酸、肌醇脂溶性維生素：VA、VD、VE、VK2、小分子有機化合物：162醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件02資料163酶的種類：單體酶（monomericenzyme）：只有一條多肽鏈構(gòu)成的酶。寡聚酶（oligomericenzyme）：由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接