生物化學(xué)教學(xué)課件：第三章 酶2

（二）酶與底物的結(jié)合有利于底物形成過渡態(tài)誘導(dǎo)契合假說(induced-fithypothesis)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。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君1酶-底物復(fù)合物E+SESE+P酶與底物誘導(dǎo)結(jié)合2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君2酶底物酶-底物復(fù)合物酶與底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合舉例2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君3A.二氫葉酸還原酶與NADP+結(jié)合前無口袋狀結(jié)構(gòu)。B.在NADP+誘導(dǎo)下酶形成口袋狀結(jié)構(gòu)容納NADP+

，形成E-S復(fù)合物。（三）其它——酶分子內(nèi)效應(yīng)2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君4鄰近效應(yīng)與定向排列表面效應(yīng)張力效應(yīng)多元共價(jià)催化1.鄰近效應(yīng)和定向排列AB反應(yīng)部位酶分子活性中心酶底物聚集到酶的活性中心部位，它們相互靠近形成利于反應(yīng)的正確定向關(guān)系，使底物有充足的時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)酶活性中心與底物結(jié)合時(shí)，酶蛋白也被底物誘導(dǎo)發(fā)生變構(gòu)，催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)正確排列定位，利于底物和酶更好地互補(bǔ)此效應(yīng)實(shí)際是使分子間（底物與底物）的反應(yīng)變成了類似于分子內(nèi)（ES復(fù)合體）的反應(yīng)，提高了反應(yīng)的速率2.表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化表面效應(yīng)（surfaceeffect）酶分子表面由親水基團(tuán)構(gòu)成，而內(nèi)部常為疏水性氨基酸組成，并常形成疏水性“口袋”樣結(jié)構(gòu)，酶活性中心多位于此疏水“口袋”中，即底物與酶的反應(yīng)在酶分子內(nèi)部疏水環(huán)境中進(jìn)行疏水環(huán)境可排除水分子對(duì)酶和底物功能基團(tuán)的干擾性吸引或排斥，防止在酶與底物之間形成水化膜，有利于酶和底物的親密接觸與結(jié)合2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君73.張力效應(yīng)（strain）+-+-穩(wěn)定的底物

-

-++底物張力變形激活形成過渡態(tài)酶活性中心的某些基團(tuán)或金屬離子可改變底物敏感鍵的電子云分布，產(chǎn)生“電子張力”而易于斷裂，也可使底物的構(gòu)象改變，接近過渡態(tài)而易于反應(yīng)，這就是張力學(xué)說通過電荷等相互作用產(chǎn)生電子張力4.多元共價(jià)催化2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君8酸-堿催化是常見機(jī)制酶是兩性電解質(zhì)，其活性中心上的基團(tuán)酸也可以是堿，共同參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移，使反應(yīng)速率提高102~5倍共價(jià)催化作用很多酶的催化基團(tuán)在催化過程中可以和底物形成瞬間的共價(jià)鍵而激活底物。具有具親核催化和親電子催化兩種作用多功能基團(tuán)包括輔酶或輔基及金屬離子的協(xié)同作用可極大地提高酶的催化效能酶活性中心的酸性和堿性基團(tuán)質(zhì)子供體（酸基團(tuán)）質(zhì)子受體（堿基團(tuán)）pKa-COOH-NH3+3.96(Asp)4.32(Glu)-COO-NH210.808.3312.4810.116.00-SH-S-OHONH+HNNH2+NH2-NH-CNH2-NH-CNHN

HN維持酶構(gòu)象少數(shù)酶的金屬可能只使酶蛋白構(gòu)象穩(wěn)定作為酶活性中心的一個(gè)必需組分參與底物的結(jié)合或催化底物的改變，形成三元絡(luò)合物：E-S-M、M-E-S、E-M-S參與氧化還原、傳遞電子鐵、銅、鉬離子可以在氧化還原中傳遞電子2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君10金屬離子作用1）金屬橋使底物趨近酶活性中心，還通過三維的配位鍵促進(jìn)酶活性中心及底物的反應(yīng)基團(tuán)有正確的空間定向。2)金屬和活性中心的催化基團(tuán)一樣能改變底物中敏感鍵的電子云，產(chǎn)生“電子張力”效應(yīng)。3)金屬和質(zhì)子相似，可對(duì)底物中相應(yīng)電子密度較高的原子進(jìn)行“親電子攻擊”，以彌補(bǔ)酶活性中心上催化基團(tuán)（主要是親核基團(tuán)）的不足。4)兩價(jià)金屬離子所帶的正電荷可大于質(zhì)子，也可像酸基團(tuán)一樣獲取底物的電子，而且效率可高于一般的質(zhì)子供體，故有人把金屬稱為“超酸催化劑2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君11第三節(jié)

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)KineticsofEnzymeCatalyzedReaction

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響，并加以定量的闡述的科學(xué)影響酶促反應(yīng)速度的因素酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等研究條件研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定且處于最佳酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究內(nèi)容產(chǎn)物生成量酶促反應(yīng)速度逐漸降低0時(shí)間初速度反應(yīng)初速率（initialvelocity）斜率=速度是指反應(yīng)開始時(shí)的速率即反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間呈正比階段采用初速率：避免反應(yīng)進(jìn)行過程中因底物濃度消耗而或因反應(yīng)產(chǎn)物堆積、酶被飽和及部分酶失活而造成的反應(yīng)速率下降等2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君14一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響研究前提單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)（忽略水、輔酶等）。酶促反應(yīng)速度一般在規(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。反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量很?。?﹪以內(nèi)）時(shí)的反應(yīng)速度。底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。在其他因素不變的情況下，底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。3種情況：2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君151.當(dāng)?shù)孜餄舛群艿蜁r(shí)（[S]?Km）反應(yīng)速度與底物濃度成正比；曲線起始反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。EEEEEEEEEEESES[S]VVmax底物濃度很低Km1/2VmaxKmVmaxV=[S]2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君162.隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；曲線中段反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。EEEEEE[S]VVmaxV=Km+[S]Vmax[S]ESESESESESESSS中等底物濃度Km1/2Vmax2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君173.當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r(shí)（[S]?Km）反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；曲線末段反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。[S]VVmaxV=VmaxESESESESESESESESESESESESSSSSSSSSSS很高底物濃度=k[E]Km1/2Vmax

2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君18（一）米－曼氏方程式1913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式：米－曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelisequation)。米氏方程表達(dá)如下：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速度底物濃度最大反應(yīng)速度(maximumvelocity)米氏常數(shù)(Michaelisconstant)2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君19米－曼氏方程式推導(dǎo)酶促反應(yīng)模式——中間產(chǎn)物學(xué)說E+SESE+P中間產(chǎn)物k1k2k3k4米－曼氏方程式推導(dǎo)基于這樣的假設(shè)：單底物反應(yīng)，反應(yīng)中底物總濃度[St]遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶的總濃度[Et]，故在反應(yīng)的初始階段[S]可認(rèn)為不變

，[S]=[St]測(cè)定的反應(yīng)速度為剛開始時(shí)的初速度，產(chǎn)物生成很少、逆反應(yīng)忽略不計(jì)（不考慮k4）。K1、k2、k3、k4分別為各向反應(yīng)的速度常數(shù)推導(dǎo)過程

而[E]=[Et]-[ES]，且反應(yīng)開始忽略逆反應(yīng)，k4=0故：ES生成速度ES分解速度

按理：[S]=[St]-[ES]但由于[St]>>[Et]故在反應(yīng)的初始階段[S]>>[ES]可認(rèn)為：

[S]=[St]-[ES]=[St]反應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)

[ES]生成速度與分解速度相等整理后得如下方程：令：再整理：

E+SESE+P中間產(chǎn)物k1k2k3k4E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)酶促反應(yīng)最終速度取決于慢反應(yīng)，即V＝k3

[ES]酶促反應(yīng)速度v=k3[ES]而：所以：底物濃度很高時(shí)所有酶都被底物飽和，[Et]＝[ES]，反應(yīng)達(dá)最大速度

得：

（二）米式常數(shù)Km的定義和意義

[S]VVmaxKm1/2VmaxKm是酶的特征性常數(shù)之一Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力同一酶對(duì)于不同底物有不同的Km值Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力Km近似地表示酶對(duì)底物的親和力的條件：一些酶的K2>>K3，即ES解離成E和S的速率明顯超過分解成E和P的速率，K3可忽略不計(jì)。此時(shí)Ｋm近似ES的解離常數(shù)Ks。在這種情況下Km可表示酶和和底物的親和力。Km越大，親和力越小。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君24（三）最大反應(yīng)速度Vm含義與意義Vmax的定義：Vm是酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度，與酶濃度成正比Vmax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)(turnovernumber)，即動(dòng)力學(xué)常數(shù)K3。例如：10-6mol/L的碳酸酐酶，1秒鐘之內(nèi)催化生成0.6mol/L碳酸，則1分子酶1秒鐘可催化生成6×105個(gè)分子的碳酸。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君25酶的轉(zhuǎn)換數(shù)的定義當(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)。(動(dòng)力學(xué)常數(shù)K3）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)意義可用來比較每單位酶的催化能力。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君26（四）Km值與Vm值的測(cè)定由于底物濃度曲線是矩形雙曲線，圖形為漸近線很難準(zhǔn)確地測(cè)得Km值和Vmax值。故常將米氏方程進(jìn)行變換將曲線作圖改為直線作圖可以準(zhǔn)確地測(cè)定Km值和Vmax值常用的變換后方程有Lineweaver-Burk方程及其衍化來的Hanes方程。1.雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖(doublereciprocalplot)又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法將米氏方程兩邊取倒數(shù)得雙倒數(shù)方程雙倒數(shù)作圖法2.Hanes作圖法在林－貝氏方程基礎(chǔ)上，兩邊同乘[S]:兩邊乘[S]Hanes作圖法2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君29二、酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]>>[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=k3[E]當(dāng)[S]>>[E]時(shí)，酶被飽和此時(shí)Vmax=k3[E]V[E]0V=k3[E]2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君30三.溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)淀粉酶活性的影響：雙重影響溫度℃酶活性01020304050600.51.01.52.0最適溫度optimumtemperature每升高10℃反應(yīng)速率增加1～2倍反應(yīng)速率則因酶受熱變性而降低酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君31溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響及應(yīng)用溫血?jiǎng)游锝M織中：大多數(shù)酶在60℃時(shí)開始變性80℃時(shí)多數(shù)酶的變性已不可逆。酶的最適溫度在35-40℃之間。酶的最適溫度不是酶的特征常數(shù)，它與反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)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。應(yīng)用：低溫麻醉、低溫保存菌種、低溫保存酶制劑。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君32課間休息2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君33四.pH對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響pH影響酶促反應(yīng)速度的原因酶分子的許多極性基團(tuán)在不同pH條件下解離狀態(tài)不同，所帶電荷的種類和數(shù)量也各不相同酶活性中心的某些必需基團(tuán)僅在某一解離狀態(tài)才最容易同底物結(jié)合或具有最大的催化作用底物和輔酶具有可解離的基團(tuán)荷電狀態(tài)也受pH的影響，進(jìn)而影響它們與酶的親和力酶活性中心的空間構(gòu)象受pH的影響從而影響酶的活性pH對(duì)反應(yīng)速度的影響pH對(duì)某些酶活性的影響pH酶活性胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶0246810最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時(shí)環(huán)境的pH，稱為酶促反應(yīng)的最適pH酶的最適pH各種酶的最適pH不同。動(dòng)物體內(nèi)酶最適pH：6.5-8之間，少數(shù)酶例外。胃蛋白酶的最適pH為1.8，肝精氨酸酶的最適pH為9.8。植物為4.5～6.5。最適pH不是酶的特征性常數(shù)它受底物濃度、緩沖液的濃度和種類及酶的純度等影響。一些酶的最適pH值

酶最適pH胃蛋白酶1.8過氧化氫酶7.6胰蛋白酶7.7延胡索酸酶7.8核糖核酸酶7.8精氨酸酶9.82023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君37五、抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor)凡使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)酶的抑制區(qū)別于酶的變性抑制劑對(duì)酶有一定選擇性引起酶變性的因素對(duì)酶沒有選擇性抑制作用的類型有不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)（一）不可逆抑制不可逆性抑制的概念抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。*舉例有機(jī)磷化合物（羥基酶）解毒——解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物（巰基酶）解毒——二巰基丙醇(BAL)2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君38HO—HS—1.羥基酶的抑制作用有機(jī)磷農(nóng)藥，如敵百蟲，敵敵畏，1059，等可與膽堿酯酶（cholineesterase）活性中心的絲氨酸羥基結(jié)合，使酶失活，導(dǎo)致乙酰膽堿堆積，造成副交感神經(jīng)興奮。（專一性抑制劑）中毒時(shí)出現(xiàn)惡心、嘔吐、多汗、肌肉震顫，瞳孔縮小。XR-OR-OPO有機(jī)磷化合物R-OR-OPO磷酰化酶(失活)羥基酶O-EHXO-EH酸有機(jī)磷中毒的解救臨床上可用解磷定（pyridinealdoximemethyliodide,

PAM）解除其抑制作用R-OR-OPO磷?；?失活)O-ECH3N+CH=NOH解磷定CH3N+CH=NO-RO-RPO有機(jī)磷中毒解毒HO-E活性的酶2.巰基酶的不可逆抑制低濃度的重金屬離子（Hg2+、Ag+等）可以和酶分子的巰基結(jié)合使酶失活（高濃度酶變性）。這些抑制劑結(jié)合的巰基不只限于必需基團(tuán)，故稱為非專一性抑制劑。路易士氣（Lewisite）是含砷的化合物，也能抑制體內(nèi)的巰基酶使人畜中毒。+Hg2+汞離子+2H+ESHSH巰基酶ESSHg失活的巰基酶ESHSH巰基酶+

As-CH=CHCl路易士氣ClCl+2HClAs-CH=CHClESS失活的巰基酶巰基酶抑制失活重金屬離子砷化合物COONaCHSHCHSHCOONa二巰基丁二酸鈉CH2OHCH-SHCH2SH二巰基丙醇+

ESSHg失活的巰基酶COONaCHSCHSCOONaHg+

ESHSH有活性的巰基酶As-CH=CHCl+

ESS失活的巰基酶+

ESHSH有活性的巰基酶CH2OHCH-SCH2SAs-CH=CHCl砷化合物對(duì)巰基酶的不可逆抑制引起的中毒可用二巰基丙醇（Britishanti-lewisite，BAL）解除其毒性。重金屬離子對(duì)巰基酶的不可逆抑制引起的中毒可用二巰基丁二酸鈉解除其毒性。語文課本上的《為了六十一個(gè)階級(jí)弟兄》曾經(jīng)感染、激勵(lì)數(shù)代中國人。1960年發(fā)生在山西省平陸縣的砒霜中毒事件。電影1960年2月3日深夜，一箱來自北京新特藥商店的二硫基丙醇，被及時(shí)空投到山西省平陸縣，當(dāng)?shù)亓粋€(gè)中毒民工因此脫離了生命危險(xiǎn)不可逆抑制作用特點(diǎn)此類抑制劑一般是非生物來源抑制劑與酶的活性中心的必需基團(tuán)（-OH、-SH）以共價(jià)鍵結(jié)合抑制反應(yīng)不可逆抑制劑不能用簡單的透析、超濾等物理方法除去2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君45Theend2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君46EEE（二）可逆性抑制2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君47E非共價(jià)鍵可逆結(jié)合ISESIII競(jìng)爭(zhēng)非競(jìng)爭(zhēng)反競(jìng)爭(zhēng)ESII與E或ES酶的活性降低或喪失抑制劑可以用透析和超濾等方法除去IIE1、競(jìng)爭(zhēng)性抑制

(competitiveinhibition)競(jìng)爭(zhēng)性抑制：抑制劑與S的結(jié)構(gòu)相似，與S競(jìng)爭(zhēng)E的活性中心，阻礙ES的形成，使E的活性降低。抑制作用程度取決于抑制劑與E的相對(duì)親和力及底物濃度。動(dòng)力學(xué)常數(shù)Vmax不變，Km值變大。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君48[S]VVmaxKmVmax2無抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑KmVmax反應(yīng)模式及雙倒數(shù)作圖P+++EIIEESES無抑制劑抑制劑↑雙倒數(shù)作圖法競(jìng)爭(zhēng)性抑制舉例丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制是競(jìng)爭(zhēng)性抑制COOHHHCOOHCC22琥珀酸COOHHCOOHC2COOHHHCOOHCC丙二酸延胡索酸FADFAD2H琥珀酸脫氫酶2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君50競(jìng)爭(zhēng)性抑制在醫(yī)學(xué)臨床中的應(yīng)用抗菌素磺胺的抑菌作用是典型的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。對(duì)磺胺類藥敏感的細(xì)菌可在菌體內(nèi)FH2合成酶作用下以對(duì)氨基苯甲酸為底物合成FH2?？勾x藥物抗腫瘤藥物等通過競(jìng)爭(zhēng)性抑制機(jī)理發(fā)揮作用的。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君51磺胺類藥物的抑菌機(jī)制與對(duì)氨基苯甲酸（p－aminobenzoicacid，PABA）競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成酶二氫葉酸四氫葉酸二氫葉酸還原酶二氫蝶呤啶谷氨酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑HN-2-SONHR2磺胺類藥物HN-2-COOH對(duì)氨基苯甲酸細(xì)菌代謝結(jié)構(gòu)相似2、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制

(non-competitiveinhibition)

非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑既能與E結(jié)合、也能與ES結(jié)合，從而使酶失去活性。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)常數(shù)Vmax減小，Km值不變。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君53[S]VVmaxKmVmax2無抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑KmVmax2Vmax反應(yīng)模式及雙倒數(shù)作圖EP++SEES+SI+I+EIESI抑制劑↑無抑制劑雙倒數(shù)作圖法3、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制

(uncompetitiveinhibition)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：抑制劑只與ES結(jié)合；抑制程度取決與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。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君55[S]VVmaxKmVmax2無抑制劑反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑KmVmax2Vmax反應(yīng)模式及雙倒數(shù)作圖P++SESI+ESIE雙倒數(shù)作圖法無抑制劑抑制劑↑E[S]1Km1v1無抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制Vmax1競(jìng)爭(zhēng)性抑制：Km↑Vmax不變非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：Km不變Vmax↓反競(jìng)爭(zhēng)性抑制：Km↓Vmax↓2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君57各種可逆性抑制作用的比較作用特征無抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制與I結(jié)合組分EE、ESES動(dòng)力學(xué)參數(shù)表觀KmKm↑—↓最大速率Vmax—↓↓林-貝氏作圖斜率Km/Vmax↑↑—縱軸截距1//Vmax—↑↑橫軸截距-1/Km↑—↓2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君582023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君59六、激活劑對(duì)反應(yīng)速度的影響激活劑（activator）使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。激活劑分為：?必需激活劑（essentialactivator）?非必需激活劑（non-essentialactivator）激活劑種類大多數(shù)為金屬離子：如Mg2+、K+、Mn2+等少數(shù)陰離子也有激活作用：如氯離子其它：膽汁酸Theend2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君602023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君61第四節(jié)

酶的調(diào)節(jié)TheRegulationofEnzyme變構(gòu)酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)酶原的激活一、酶活性的快速調(diào)節(jié)變構(gòu)酶(allostericenzyme)或別構(gòu)酶的特點(diǎn)是多亞基（偶數(shù)）、四級(jí)結(jié)構(gòu)、兩個(gè)中心、不符合米氏方程變構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)一些代謝物（效應(yīng)劑）與某些酶分子活性中心外的某部位（別位）可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性的調(diào)節(jié)方式變構(gòu)效應(yīng)劑(allostericeffector)：廣義一種別構(gòu)酶可以有不止一種效應(yīng)劑（包括同促和異促）效應(yīng)劑是底物本身則產(chǎn)生同促協(xié)同效應(yīng)，否則產(chǎn)生異促協(xié)同效應(yīng)變構(gòu)調(diào)節(jié)的類型變構(gòu)調(diào)節(jié)指同促協(xié)同效應(yīng)基礎(chǔ)上的異促協(xié)同效應(yīng)包括異促正協(xié)同（變構(gòu)激活）和異促負(fù)協(xié)同（變構(gòu)抑制）（一）變構(gòu)調(diào)節(jié)協(xié)同效應(yīng)同促協(xié)同效應(yīng)homotropiceffect異促協(xié)同效應(yīng)heterotropiceffect正協(xié)同負(fù)協(xié)同正協(xié)同負(fù)協(xié)同調(diào)節(jié)物就是底物本身調(diào)節(jié)物不是底物本身0.5SKVKmVmaxVmax12S型曲線（同促正協(xié)同別構(gòu)酶）表觀雙曲線（同促負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶）S型曲線（同促正協(xié)同別構(gòu)酶）變構(gòu)激活——S型曲線左移（異促正協(xié)同）變構(gòu)抑制——S型曲線右移（異促負(fù)協(xié)同）VKmVmaxVmax120.5SK變構(gòu)激活效應(yīng)效應(yīng)劑引起的協(xié)同效應(yīng)使酶對(duì)底物的親和力增加而加快反應(yīng)速度，此效應(yīng)則為變構(gòu)激活效應(yīng)。此效應(yīng)劑為變構(gòu)激活劑(allostericactivator)變構(gòu)抑制效應(yīng)效應(yīng)劑引起的協(xié)同效應(yīng)使酶對(duì)底物的親和力降低而減慢反應(yīng)速度，此效應(yīng)則為變構(gòu)抑制效應(yīng)。此效應(yīng)劑為變構(gòu)抑制劑(allostericinhibitor)異促協(xié)同效應(yīng)（變構(gòu)酶的調(diào)節(jié)）變構(gòu)酶的協(xié)同效應(yīng)曲線矩形雙曲線（非別構(gòu)酶）S型曲線（同促正協(xié)同別構(gòu)酶）表觀雙曲線（同促負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶）變構(gòu)激活——S型曲線左移（異促正協(xié)同）變構(gòu)抑制——S型曲線右移（異促負(fù)協(xié)同）0.5SKVKmVmaxVmax12蛋白激酶A的變構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白激酶A（R2C2）的R2與4個(gè)cAMP結(jié)合后，使R亞基對(duì)C亞基的抑制作用消失，C亞基則具有催化活性。RR有活性無活性4cAMPRRCCCC+激活（二）共價(jià)修飾共價(jià)修飾(covalentmodification)在其他酶的催化下，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，此過程稱為共價(jià)修飾。常見類型磷酸化與脫磷酸化（最重要、最常見）乙?；兔撘阴；谆兔摷谆佘栈兔撓佘栈?SH與-S-S-的互變酶有高（有）低（無）活性兩種互變形式酶分子出現(xiàn)共價(jià)鍵的變化，磷酸化消耗ATP共價(jià)修飾是酶促反應(yīng)，有放大效應(yīng)（級(jí)聯(lián)效應(yīng)）共價(jià)修飾所需酶的活性受激素的調(diào)控有些酶具有別構(gòu)與化學(xué)修飾雙重調(diào)節(jié)酶的共價(jià)修飾的特點(diǎn)酶的磷酸化與脫磷酸化蛋白激酶磷蛋白磷酸酶酶蛋白ThrSerTyr-OH磷蛋白ThrSerTyr-O-PATPADPPHO2磷酸化脫磷酸（三）酶原激活酶原：有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。酶原的激活：無活性的酶原轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程。賴?yán)i天天天天甘異賴?yán)i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胰蛋白酶原胰蛋白酶某些酶原的激活酶原激活因素激活途徑激活部位胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶切除六肽胃腔糜蛋白酶原胰蛋白酶切除兩個(gè)二肽小腸腔彈性蛋白酶原胰蛋白酶切除幾個(gè)肽段小腸腔羧基肽酶原胰蛋白酶切除幾個(gè)肽段小腸腔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。如消化管內(nèi)的蛋白酶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。如凝血酶原和纖溶酶原2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君75二、酶含量的調(diào)節(jié)（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)和阻遏誘導(dǎo)作用(induction)阻遏作用(repression)（見第十三章）（二）酶降解的調(diào)控酶蛋白的降解與一般蛋白質(zhì)相同（見第七章）2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君76第五節(jié)

酶的分類與命名TheClassification

andNamingofEnzyme2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君77一、酶的分類1.氧化還原酶類(oxidoreductases)2.轉(zhuǎn)移酶類(transferases)3.水解酶類(hydrolases)4.裂（解）合酶類(lyases)5.異構(gòu)酶類(isomerases)6.合成酶類(ligases,synthetases)酶的分類編號(hào)四個(gè)用·分開的數(shù)字前冠以EC（酶學(xué)委員會(huì)）EC3·5·3·16大類：1、2、3、4、5、6酶隸屬的亞類酶隸屬的亞-亞類酶在亞-亞類序號(hào)國際系統(tǒng)分類法標(biāo)志——酶學(xué)委員會(huì)字頭2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君782023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君79二、酶的命名編號(hào)推薦名系統(tǒng)命名EC1·4·1·3谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸：NAD+氧化還原酶EC2·6·1·1天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶L-天冬氨酸：α-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶EC3·5·3·1精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶EC4·1·2·13果糖二磷酸醛縮酶D-果糖1，6-二磷酸：D-甘油醛3-磷酸裂合酶EC5·3·1·9磷酸葡萄糖異構(gòu)酶D-葡萄糖：6-磷酸酮醇異構(gòu)酶EC6·3·1·2谷氨酰胺合成酶L-谷氨酸：氨連接酶（一）酶的習(xí)慣命名法①絕大多數(shù)的酶是依據(jù)其所催化的底物命名，在底物的英文名詞上加尾綴ase作為酶的名稱:如水解脂肪的酶為脂肪酶(Lipase)。②某些酶根據(jù)其所催化的反應(yīng)類型或方式命名:例如將氨基從一個(gè)化合物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)化合物的轉(zhuǎn)氨酶，催化脫氫的稱為脫氫酶。③有的酶是綜合上述兩個(gè)原則命名:底物+反應(yīng)如乳酸脫氫酶，谷丙轉(zhuǎn)氨酶等。④在上述基礎(chǔ)上再加上酶的來源和酶的其它特點(diǎn):例如胃蛋白酶，堿性磷酸酶和酸性磷酸酶。（二）酶的系統(tǒng)命名法國際生物化學(xué)會(huì)酶學(xué)委員會(huì)提出的系統(tǒng)命名法的原則是:以酶催化的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)的。命名時(shí)應(yīng)明確每種酶的底物及催化反應(yīng)的性質(zhì)，若有多個(gè)底物都要寫明，其間用冒號(hào)（∶）隔開。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君82第六節(jié)

酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系TheRelationofEnzymeandMedicine一、酶與疾病密切相關(guān)酶與疾病的發(fā)生酶先天性缺乏與先天性代謝障礙酶活性受到抑制多見于中毒性疾病激素代謝障礙或維生素缺乏可引起酶異常。許多疾病引起酶異常，酶異常又加重病情酶與疾病的診斷酶活性測(cè)定及酶活性單位酶與疾病的治療許多藥物通過抑制生物體內(nèi)的某些酶來達(dá)到治療目的抗腫瘤藥物的作用也是阻斷其相應(yīng)酶的活性酶直接用來治療疾?。ㄒ唬┟概c疾病的發(fā)生1、酶先天性缺乏與先天性代謝障礙有些疾病直接或間接地與酶的異常有關(guān)。140種先天性代謝缺陷多數(shù)由酶先天性或遺傳性缺損有關(guān)。如：白化病等2、酶活性受到抑制多見于中毒性疾病如：有機(jī)磷中毒、重金屬中毒、氰化物中毒3、激素代謝障礙或維生素缺乏可引起酶異常。如維生素K缺乏，凝血障礙4、許多疾病引起酶異常，酶異常又加重病情。如：胰腺炎、許多其它炎癥等（二）酶與疾病的診斷臨床上許多組織器官的疾病表現(xiàn)為血液等體液中一些酶活性的異常。臨床上常通過測(cè)定血液中某些酶的活性來協(xié)助診斷（占臨床化學(xué)檢驗(yàn)的25%）。2023/1/11吉林大學(xué)醫(yī)學(xué)院楊成君86酶活性測(cè)定和酶活性單位酶的活性：指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速度。酶促反應(yīng)速度可在適宜的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗或產(chǎn)物的生成量來表示。酶的活性單位：是衡量酶活力大小的尺度，反映在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時(shí)間（s、min或h）內(nèi)生成一定量的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量（mg、μg、μmol等）的底物所需的酶量。2023/1/11吉林大學(xué)醫(yī)學(xué)院楊成君87酶的國際單位國際單位（IU）：1976年在特定的條件下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國際單位。催量單位（katal）：1979年１催量（kat）是指在特定條件下，每秒鐘使１mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。kat與IU的換算：

1IU=16.67×10-9kat（三）酶與疾病的治療1、許多藥物通過抑制生物體內(nèi)的某些酶來達(dá)到治療目的。許多抗菌素的作用機(jī)制是通過抑制細(xì)菌重要代謝途徑中酶活性，達(dá)到抑菌目的。如：磺胺類藥物、氯霉素等。2、抗腫瘤藥物的作用也是阻斷其相應(yīng)酶的活性，以達(dá)到抑制腫瘤生長的目的。如：甲氨蝶呤、5-FU、6-MP等抗代謝藥物（見第八章）3、酶直接用來治療疾病助消化、外科清創(chuàng)、消炎、抗凝、促凝、防治血栓等。2023/1/11生物化學(xué)教研室楊成君89二、酶在醫(yī)學(xué)上的其他應(yīng)用（一）酶作為試劑用于臨床檢驗(yàn)和科學(xué)研究1．酶法分析即酶偶聯(lián)測(cè)定法(enzymecoupledassays)2．酶標(biāo)記測(cè)定法（酶學(xué)結(jié)合免疫學(xué)）3．工具酶（分子克隆領(lǐng)域）（二）酶的分子工程酶工程（enzymeengineering）酶工程主要是研究酶的生產(chǎn)、純化、固定化技術(shù)、酶分子結(jié)構(gòu)的修飾和改造，以及在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、和理論研究等方面的應(yīng)用。包括化學(xué)酶工程、生物酶工程1．酶偶聯(lián)測(cè)定法酶偶聯(lián)測(cè)定法是利用酶作為分