生物化學(xué)第三章 酶與生物催化劑

酶與生物催化劑Enzyme第三章

12023/2/182本章主要內(nèi)容1.酶的概述GeneralofEnzymes2.酶的分子結(jié)構(gòu)（）MolecularStructureofEnzymes3.酶促反應(yīng)動力學(xué)（）KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction4.酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系

EnzymesandMedicine22023/2/183酶的概念酶（enzyme）是由活細(xì)胞產(chǎn)生，對其底物具有高效催化作用和高度專一性的一類生物催化劑。酶的化學(xué)本質(zhì)

：

第一節(jié)酶的概述絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)；少數(shù)是RNA或DNA，如核酶和脫氧核酶。(WiththeexceptionofasmallgroupofcatalyticRNAmolecules,allenzymesareproteins)32023/2/18419世紀(jì)中葉，法國科學(xué)家巴斯德（LouisPasteur）研究蔗糖轉(zhuǎn)化為酒精的發(fā)酵過程，提出發(fā)酵是由一種活力物質(zhì)——酵素（ferment）催化的結(jié)果，并認(rèn)為酵素只存在于生命體中，細(xì)胞破裂就會失去發(fā)酵作用。LouisPasteur酶的研究簡史42023/2/185布赫納（EdwardBüchner），德國生物學(xué)家，1897年發(fā)表《無細(xì)胞的發(fā)酵》論文，發(fā)現(xiàn)用不含酵母細(xì)胞的提取液亦可催化糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精和CO2，證明發(fā)酵作用與細(xì)胞的完整性及生命力無關(guān)，結(jié)束了長達(dá)半個(gè)世紀(jì)的有關(guān)發(fā)酵本質(zhì)的生命力論和機(jī)械論的爭論。由于其在微生物學(xué)和現(xiàn)代酶化學(xué)方面做出的重大貢獻(xiàn)，他被授予1907年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。無細(xì)胞發(fā)酵的發(fā)現(xiàn)52023/2/186酶是蛋白質(zhì)的證明薩姆納（J.Sumner），美國生物化學(xué)家，1926年首次從刀豆中得到尿素酶結(jié)晶，并證明尿素酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，進(jìn)而提出酶可能都是蛋白質(zhì)。諾思羅普（J.H.Northrop），美國生物化學(xué)家，在1930~1938年間先后將胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶等結(jié)晶出來，并發(fā)現(xiàn)它們是蛋白質(zhì)，從而結(jié)束了有關(guān)酶的化學(xué)本質(zhì)的爭論。

斯坦利（W.M.Stanley），美國生物化學(xué)家，主要研究病毒及病毒蛋白酶。由于他們對酶學(xué)研究的突出貢獻(xiàn)而共同獲得1946年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

62023/2/18T.Cech等首先發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA前體具有自我剪接作用(1982)核酶(ribozyme)的發(fā)現(xiàn)S.Altman發(fā)現(xiàn)RNaseP中的RNA可催化tRNA的加工(1983)1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)72023/2/18酶的不同形式單體酶(monomericenzyme)：僅由單一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶。寡聚酶(oligomericenzyme)：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(multienzymesystem)：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)或串聯(lián)酶(tandemenzyme)：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。第二節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)82023/2/189一、酶的分子組成

（一）單純酶simpleenzyme僅含氨基酸組分

蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、淀粉酶（二）結(jié)合酶（全酶）conjugatedenzyme(holoenzyme)酶蛋白apoenzyme輔助因子cofactor92023/2/18蛋白質(zhì)部分：酶蛋白(apoenzyme)

輔助因子

(cofactor)

金屬離子小分子有機(jī)化合物結(jié)合酶（全酶)(holoenzyme)決定反應(yīng)的特異性

決定反應(yīng)的種類和性質(zhì)酶蛋白和輔助因子單獨(dú)存在都不具有酶活性，只有全酶具有酶活性。102023/2/18輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）

輔酶

(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基

(prostheticgroup):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。金屬離子112023/2/18輔酶/輔基的作用特點(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，可以特定地催化某一類型的反應(yīng)。在反應(yīng)中起運(yùn)載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團(tuán)。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）。122023/2/18輔酶A(CoA-SH)是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙?；傅妮o酶，它是含泛酸的復(fù)合核苷酸。它的重要生理功能是傳遞酰基，是形成代謝中間產(chǎn)物的重要輔酶。132023/2/18NAD+

(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?，它們是多種重要脫氫酶的輔酶。尼克酸尼克酰胺NAD+和NADP+142023/2/18FAD(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。它們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。核黃素(維生素B2)152023/2/18焦磷酸硫胺素(TPP)是脫羧酶的輔酶，催化丙酮酸或α–酮戊二酸的氧化脫羧反應(yīng)，所以又稱為羧化輔酶。焦磷酸硫胺素(TPP)維生素B1(硫胺素)162023/2/18維生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。維生素B6在體內(nèi)經(jīng)磷酸化作用轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的磷酸脂，參加代謝的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨作用、脫羧作用和消旋作用的輔酶。172023/2/18生物素是B族維生素B7，它是多種羧化酶的輔酶。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。182023/2/18維生素B11又稱葉酸，作為輔酶的是葉酸加氫的還原產(chǎn)物四氫葉酸。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。192023/2/18硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有兩種形式：即硫辛酸（氧化型）和二氫硫辛酸（還原型）。輔酶Q又稱為泛醌，廣泛存在與動物和細(xì)菌的線粒體中。其活性部分是它的醌環(huán)結(jié)構(gòu)，主要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氫。202023/2/18小分子有機(jī)化合物在催化中的作用

212023/2/18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：金屬酶和金屬激活酶。金屬酶(metalloenzyme)：酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。如Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu3、Zn2+、Mn2+、Co2

等。金屬激活酶(metal-activatedenzyme)：金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不緊密。金屬離子的作用：穩(wěn)定酶的構(gòu)象；參與催化反應(yīng)，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力。222023/2/18一種酶蛋白只能與一種輔助因子結(jié)合一種輔助因子可與多種酶蛋白結(jié)合成不同的全酶，催化不同反應(yīng)：如NAD+——L－乳酸脫氫酶、

L－谷氨酸脫氫酶、

3－磷酸甘油醛脫氫酶等決定酶高度專一性和高效率的是酶蛋白輔助因子參與酶蛋白催化，決定反應(yīng)性質(zhì)和反應(yīng)類型酶蛋白與輔助因子的關(guān)系：232023/2/1824二、酶的活性中心(activecenter)

必需基團(tuán)

(essentialgroup)

酶分子中與酶的催化活性密切相關(guān)、不可缺少的化學(xué)基團(tuán)?；钚灾行膬?nèi)的必需基團(tuán)：催化基團(tuán)、結(jié)合基團(tuán)活性中心外的必需基團(tuán)：維持酶空間構(gòu)象調(diào)節(jié)劑的結(jié)合部位

活性中心

酶分子中能與底物特異結(jié)合，并催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的

具有特定三維空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域。242023/2/18親核性基團(tuán)：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑基常見酶活性中心的基團(tuán)252023/2/18酸堿性基團(tuán)：門冬氨酸和谷氨酸的羧基，賴氨酸的氨基，酪氨酸的酚羥基等。262023/2/18酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F(tuán)272023/2/1828底物

活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心

活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)282023/2/1829三、同工酶isoenzyme催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。乳酸脫氫酶LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5H4H3MH2M2HM3M4心肌骨骼肌+NAD+CH3C=OCOOH丙酮酸+NADH+H+CH3CHOHCOOH乳酸乳酸脫氫酶LDH292023/2/1830意義

不同組織、細(xì)胞有不同的代謝特點(diǎn)。心肌中以LDH1(H4)含量最多

LDH1對乳酸的親和力較高，因此它的主要作用是催化乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵩龠M(jìn)一步氧化分解，以供應(yīng)心肌的能量。骨骼肌中含量最多的是LDH5(M4)LDH5對丙酮酸的親和力較高，因此它的主要作用是催化丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗幔源龠M(jìn)糖酵解的進(jìn)行。臨床應(yīng)用

急性心梗病人血清LDH1增加302023/2/18生理及臨床意義在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征；同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜2345312023/2/18遵循一般催化劑的共同性質(zhì)1只需微量即可催化化學(xué)反應(yīng)；2催化前后不發(fā)生質(zhì)和量的變化；3催化熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)，但不能產(chǎn)生新反應(yīng)；4可加速達(dá)到反應(yīng)平衡點(diǎn)，但不能改變一個(gè)反應(yīng)的平衡點(diǎn)

第三節(jié)酶的工作原理322023/2/18酶與一般催化劑催化效率的比較底物催化劑反應(yīng)溫度反應(yīng)速度常數(shù)尿素

H+627.410-7

脲酶

215.0106過氧化氫

Fe2+2256

過氧化氫酶

223.5107

與不加催化劑相比提高108～1020，與普通催化劑相比提高107～1013(一)催化效率極高一、酶促反應(yīng)特點(diǎn)332023/2/18一般催化劑反應(yīng)活化能反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)活化能初態(tài)終態(tài)能量改變活化過程過渡態(tài)酶促反應(yīng)大大降低反應(yīng)所需的活化能342023/2/18酶和底物相互接近時(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(induced-fit)。1.誘導(dǎo)契合作用使酶和底物密切結(jié)合352023/2/18362.鄰近效應(yīng)與定向排列使諸底物正確定位于酶的活性中心；使分子間的反應(yīng)變?yōu)轭愃朴诜肿觾?nèi)的反應(yīng)。4.酶的催化機(jī)制呈現(xiàn)多元催化作用酸-堿催化；共價(jià)催化；親核催化3.表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化；362023/2/18

酶對其所催化的底物具有嚴(yán)格的選擇性。一種酶只能催化一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，促進(jìn)一定的化學(xué)反應(yīng)，生成一定的產(chǎn)物。特異性分類：

絕對特異性相對特異性立體異構(gòu)特異性（二）高度特異性(specificity)372023/2/18絕對特異性只能作用于一種化合物，催化一種反應(yīng)CNH2NH2O脲酶H2OCO2+2NH3相對特異性催化一類化合物或化學(xué)鍵PROO-OO磷酸酶HOHROHHOPO-OO-382023/2/18立體異構(gòu)特異性一種酶只能催化一種異構(gòu)體的反應(yīng)或催化產(chǎn)物只能產(chǎn)生一種異構(gòu)體，稱～。如L—乳酸脫氫酶只能催化L—乳酸脫氫但不能催化D—乳酸脫氫。延胡索酸酶：作用于反式的丁烯二酸392023/2/1840（四）酶的不穩(wěn)定性大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，易變性，使酶活性喪失。酶活性的測定及酶的保存應(yīng)注意勿使酶變性（三)酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性酶與代謝物的區(qū)域化分布，各種同工酶酶原的激活酶活性的快速調(diào)節(jié)：抑制、激活和共價(jià)修飾酶活性的長期調(diào)節(jié)：酶的合成與降解402023/2/1841第四節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響及其反應(yīng)規(guī)律酶促反應(yīng)速度酶活性酶促反應(yīng)動力學(xué)酶催化反應(yīng)進(jìn)行的快慢。在適宜的條件下，可用單位時(shí)間底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量來表示。是衡量酶活性的標(biāo)準(zhǔn)（一般采用反應(yīng)初速度）。催化化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活性高，即催化化學(xué)反應(yīng)的能力強(qiáng)，則化學(xué)反應(yīng)的速度快。反之，酶活性低，則化學(xué)反應(yīng)的速度慢。412023/2/18酶促反應(yīng)速度的影響因素底物濃度酶濃度溫度pH激活劑抑制劑※研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定。422023/2/1843一、底物濃度對反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線當(dāng)其它條件不變情況時(shí)：①②③vVmax[S]①[S]較低時(shí),v與S呈正比,即呈直線關(guān)系②當(dāng)[S]增加至一定程度時(shí),v隨[S]增加而提高，但不呈直線關(guān)系③[S]再增加，v達(dá)到最大Vmax，[S]再增加V也不會提高。432023/2/1844當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)：反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。V隨[S]增高而呈直線上升[S]VVmax較低的底物濃度442023/2/1845隨著底物濃度的增高：反應(yīng)速度不再成正比例加速;反應(yīng)為混合級反應(yīng)。曲線上升趨緩[S]VVmax中等的底物濃度452023/2/1846當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度：反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度反應(yīng)為零級反應(yīng)，曲線平坦酶的活性中心被底物飽和。[S]VVmax較高的底物濃度462023/2/18中間產(chǎn)物學(xué)說：E+Sk1k2k3ESE+P（一）米-曼氏方程式解釋酶促反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的最合理學(xué)說中間產(chǎn)物1.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，分解成產(chǎn)物和酶。2.

許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了E－S復(fù)合物的存在。472023/2/181913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，即米－曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速度Vmax：最大反應(yīng)速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(shù)(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──482023/2/1849（二）Km的意義當(dāng)v=1/2·Vmax時(shí)：Vmax/2=Vmax[S]Km+[S]1/2=[S]Km+[S]Km=[S]v=Vmax[S]Km+[S]1.Km是當(dāng)酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。vVmax[S]1/2?VmaxKm492023/2/1850Km值只與酶的結(jié)構(gòu)、底物和反應(yīng)環(huán)境有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。不同的酶Km值不同。2.Km值近似等于[ES]的解離常數(shù)，可以表示酶與底物的親和力Km值越大，酶與底物的親和力越小Km值越小，酶與底物的親和力越大3.Km值是酶的特征性常數(shù)4.由若干酶催化一個(gè)連續(xù)代謝過程時(shí)，Km值最大的一步反應(yīng)為限速反應(yīng)，該酶為限速酶（關(guān)鍵酶）ABDCE(1)(3)(2)(4)502023/2/18Vm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=K3[E]，如果酶的總濃度已知，可從Vmax計(jì)算酶的轉(zhuǎn)換數(shù)，即動力學(xué)常數(shù)K3。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnovernumber):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)。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)可用來比較每單位酶的催化能力Vmax的意義512023/2/1852?

1/[S]1/v1/Vmax-1/KmKmVmax（三）Km和Vmax的測定雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk作圖法，林-貝氏作圖法）v=Vmax[S]Km+[S]

1[S]1Vmax+=1vKmVmaxy=ax+b522023/2/1853?

1/[S]1/v1/Vmax-1/KmKmVmax

1[S]

1Vmax+=1vKmVmaxy=ax+b橫軸截距當(dāng)y=0時(shí)，x=?

1/[S]=-1/Km縱軸截距當(dāng)x=0時(shí)，y=?

1/v=1/Vmax橫軸截距增大（如-3變?yōu)?2），Km？縱軸截距增大，Vmax？532023/2/1854二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響v[E]當(dāng)?shù)孜餄舛?gt;>酶濃度，并且無抑制劑存在時(shí)，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比，即V∝[E]。542023/2/18酶的最適溫度：溫度既不過高引起酶的變性，也不過低延緩化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，酶促反應(yīng)速度最快時(shí)反應(yīng)體系的溫度即為～。不是酶的特征性常數(shù)。恒溫動物：37~40oCTaqDNA聚合酶：

可耐受100℃高溫，用于PCR反應(yīng)三、溫度對反應(yīng)速度的影響552023/2/1856低溫貯存生物制品、菌種等

低溫時(shí)由于活化分子數(shù)目減少，反應(yīng)速度降低，

但溫度升高后，酶活性又可恢復(fù)。臨床上的低溫麻醉減少組織細(xì)胞的代謝程度，使機(jī)體耐受手術(shù)時(shí)氧

和營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏

應(yīng)用562023/2/18解離狀態(tài)：蛋白質(zhì)的極性基團(tuán)(活性中心)

輔助因子的荷電狀態(tài)底物的解離狀態(tài)不同的解離狀態(tài)或直接影響酶與底物的結(jié)合,或影響酶的空間結(jié)構(gòu),從而改變酶的活性。四、pH對反應(yīng)速度的影響572023/2/18pH

v胃蛋白酶pH1.5,精氨酸酶pH9.8最適pH1.57.09.8酶的最適pH:酶催化活性最高時(shí)反應(yīng)體系的pH。582023/2/18激活劑:

凡能使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。如：金屬離子：Mg2+、

K+、Mn2+陰離子：Cl-

有機(jī)物：膽汁酸鹽分類：必需激活劑：如，Mg2+對己糖激酶非必需激活劑：如，Cl-

對淀粉酶五、激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響592023/2/1860酶的抑制劑(inhibitor)

凡能使酶的催化活性下降或消失，但又不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。

與酶的變性的區(qū)別

抑制劑對酶有一定的選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性六、抑制劑對反應(yīng)速度的影響602023/2/18不可逆性抑制劑競爭性抑制劑非競爭性抑制劑反競爭性抑制劑抑制劑可逆性抑制劑抑制劑多與酶活性中心內(nèi)、外的必需基團(tuán)結(jié)合，從而抑制酶的催化活性。抑制作用的類型：

根據(jù)能否用透析、超濾等物理方法除去抑制劑，

使酶活性恢復(fù)來分類。共價(jià)結(jié)合非共價(jià)結(jié)合612023/2/1862（一）不可逆性抑制irreversibleinhibition

這類抑制劑通常與酶活性中心內(nèi)、外的必需基團(tuán)共價(jià)結(jié)合，使酶失活。此類抑制劑不能用透析、超濾等方法去除。均為劇毒物質(zhì)有機(jī)磷、重金屬離子（Hg2+,Ag+等）、As3+622023/2/18路易士氣失活的酶巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物解毒------二巰基丙醇(BAL):632023/2/1864這類抑制劑以非共價(jià)鍵與酶結(jié)合，使酶活性降低或喪失。采用透析或超濾等方法可以去除，由它引起的抑制作用稱可逆性抑制作用。競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制（non-competitiveinhibition）反競爭性抑制（uncompetitiveinhibition）

（二）可逆性抑制reversibleinhibition分類：642023/2/1865Ki：EI的解離常數(shù)，抑制常數(shù)EI不能轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物1.競爭性抑制competitiveinhibition652023/2/18競爭性抑制的特點(diǎn)：

●

抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似，或部分相似，與底物分子競爭結(jié)合酶的活性中心。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。E+SESE+PEI+IKi662023/2/1867

●

抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力和與底物濃度的相對比例，即[I]/[S]值=COOHCH2CH2COOH琥珀酸脫氫酶COOHCH2COOHHOOC—CHHC—COOH丙二酸

例：

琥珀酸延胡索酸可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。672023/2/18紅色曲線：加入競爭性抑制劑V=Vmax*[S]Km*(1+[I]/ki)+[S]682023/2/18691V1[S]1/Vmax動力學(xué)特點(diǎn):Vmax不變，表觀Km增加，酶促反應(yīng)速度減小。

Km[I]111/V=---------(1+------)-----+----------VmaxKi[S]Vmax-1/Km(1+[I]/Ki)692023/2/1870應(yīng)用：磺胺類藥物的抑菌作用機(jī)理NH2SO2NHRNH2COOH（對氨基苯甲酸，合成二氫葉酸的底物）（磺胺類藥物）細(xì)菌對氨基苯甲酸二氫葉酸合成酶葉酸核苷酸磺胺類藥物人體可從食物攝取葉酸，核酸的合成不受磺胺藥物影響。702023/2/18712.非競爭性抑制noncompetitiveinhibition712023/2/1872非競爭性抑制的特點(diǎn)●

抑制劑與酶活性中心外必需基團(tuán)結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，酶與底物的結(jié)合也不影響酶與抑制劑的結(jié)合。底物和抑制劑之間無競爭關(guān)系，但酶-底物-抑制劑復(fù)合物（ESI）不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。

●

抑制程度取決于抑制劑的濃度E+SESE+P++I

IKiKiEI+S

ESI722023/2/18特點(diǎn)：不能通過增加底物的濃度消除抑制劑的影響。是一種互不干擾、旁若無人式的抑制。紅色曲線：加入非競爭性抑制劑V=[S]*(1+[I]/ki)VmaxKm+[S]732023/2/1874

Km[I]11[I]1/V=---------(1+------)-----+----------（1+------）

VmaxKi[S]VmaxKi動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax減小，Km不變，酶促反應(yīng)速度降低。-1/Km1/[s]1/V1/Vmax(1+[I]/Ki)/Vmax742023/2/18753.反競爭性抑制uncompetitiveinhibition752023/2/18反競爭性抑制特點(diǎn)：●

抑制劑只與酶-底物形成的中間產(chǎn)物（ES）結(jié)合，不與游離酶結(jié)合。抑制程度取決于抑制劑的濃度。E+SESE+P+

I

KiESI

762023/2/18紅色曲線：加入了反競爭性抑制劑V=[S]*(1+[I]/ki)Vmax（1＋[I]/ki)Km＋[S]772023/2/1878

動力學(xué)特點(diǎn)：斜率不變，Vmax減小，Km減小1

Km

1

1(1[I])VVmax[S]VmaxKi+.+=1/[s]1/V1/Vmax-1/Km782023/2/1879

各種可逆性抑制作用的比較作用特征無抑制劑競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制與I結(jié)合的組分EE、ESES動力學(xué)參數(shù)

表觀KmKm增大不變減小最大速度Vmax

不變降低降低林-貝氏作圖

斜率Km/Vmax增大增大不變縱軸截距1/Vmax不變增大增大橫軸截距-1/Km變小不變增大792023/2/18（一）變構(gòu)酶（別構(gòu)酶）allostericenzyme

一些小分子物質(zhì)能夠與酶的調(diào)節(jié)亞基以非共價(jià)鍵形式結(jié)合，使酶的構(gòu)象發(fā)生改變，使酶的活性增強(qiáng)或減弱，從而調(diào)控代謝反應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)，受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶。意義快速調(diào)節(jié)酶活性，在代謝調(diào)節(jié)中具有重要意義。反應(yīng)底物變構(gòu)酶反應(yīng)產(chǎn)物變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑第四節(jié)酶的調(diào)節(jié)一、調(diào)節(jié)酶實(shí)現(xiàn)對酶促反應(yīng)速度的快速調(diào)節(jié)802023/2/18v[S]變構(gòu)酶的S形曲線變構(gòu)抑制變構(gòu)酶變構(gòu)激活812023/2/18ATP、檸檬酸（—）AMP、ADP2,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸果糖(+)6-磷酸果糖激酶-1的變構(gòu)調(diào)節(jié)822023/2/18蛋白激酶A(無活性)蛋白激酶A(有活性)cAMPCCCCRRRR蛋白激酶A的激活變構(gòu)調(diào)節(jié)：cAMP的作用機(jī)理832023/2/1884（二）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)酶的化學(xué)修飾：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，此過程稱為酶的化學(xué)修飾。在化學(xué)修飾過程中，酶發(fā)生無活性（或低活性）與有活性（或高活性）兩種形式的互變。這種互變是由兩種催化不可逆反應(yīng)的酶所催化的。它們又受激素的調(diào)控?；瘜W(xué)修飾的種類：磷酸化與脫磷酸化（最常見）乙酰化和脫乙?；谆兔摷谆佘栈兔撓佘栈璖H與－S－S互變842023/2/18酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶

ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白852023/2/1886（三）酶原和酶原的激活酶原(zymogen，或proenzyme)：在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)沒有活性的酶的前體分子如蛋白水解酶、凝血因子等酶原激活的機(jī)制：

酶原分子內(nèi)部一個(gè)或多個(gè)肽鍵斷裂，

引起分子構(gòu)象改變，從而暴露或形成酶的活性中心。酶原激活：

由無活性酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程。862023/2/1887胰蛋白酶原的激活872023/2/1888保護(hù)合成酶的器官本身不被酶水解破壞；保證合成的酶在特定環(huán)境和部位發(fā)揮作用；酶的一種儲存形式。酶原存在及激活的意義胰蛋白酶原胰蛋白酶腸激酶糜蛋白酶原糜蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶羧基肽酶原羧基肽酶882023/2/18急性胰腺炎的發(fā)病機(jī)理胰腺分泌的胰蛋白酶原被就地激活。凝血酶原的激活生理情況下，凝血酶原不被激活，保證血流暢通；血管破損時(shí)，凝血酶原被激活，產(chǎn)生血凝塊，阻止大量失血。例：892023/2/18二、酶含量的調(diào)節(jié)（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)或阻遏酶基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄水平上）的調(diào)節(jié)（二）酶的降解溶酶體蛋白質(zhì)降解途徑：不依賴ATP非溶酶體蛋白質(zhì)降解途徑：依賴ATP和泛素的降解途徑

902023/2/18酶的分類

按酶促反應(yīng)性質(zhì)分為六大類

1.氧化還原酶類(oxidoreductase)2.轉(zhuǎn)移酶類(transferase)3.水解酶類(hydrolase)4.裂合酶類(lyase)5.異構(gòu)酶類(isomerase)6.合成酶類(或連接酶類，ligase)第五節(jié)酶的分類和命名912023/2/18習(xí)慣命名法1.根據(jù)其催化底物來命名：磷酸酶2.根據(jù)所催化反應(yīng)的性質(zhì)來命名：脫氫酶、脫羧酶、聚合酶等3.結(jié)合上述兩個(gè)原則來命名：乳酸脫氫酶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)：如胃蛋白酶/胰蛋白酶， 酸性/堿性磷酸酶922023/2/18系統(tǒng)命名法：

標(biāo)明酶的所有底物及反應(yīng)性質(zhì)。底物名稱之間以“：”分隔。并附有一個(gè)4個(gè)數(shù)字的分類編號，數(shù)字前冠以EC（enzymecommission).932023/2/18系統(tǒng)名：包括所有底物的名稱和反應(yīng)類型。乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶慣用名：只取較重要的底物名稱和反應(yīng)類型。乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶對于催化水解反應(yīng)的酶一般在酶的名稱上省去反應(yīng)類型。942023/2/18第六節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系酶與疾病的發(fā)生酶與疾病的診斷酶與疾病的治療一、酶與疾病的關(guān)系952023/2/18酶與疾病的發(fā)生有些疾病的發(fā)病機(jī)制與酶的缺乏或異常有關(guān)異常的酶相關(guān)疾病苯丙氨酸羥化酶苯丙酮酸尿癥酪氨酸酶白化病6-磷酸葡萄糖脫氫酶蠶豆病細(xì)胞色素氧化酶氰化物中毒膽堿酯酶有機(jī)磷中毒962023/2/18白化?。ㄈ狈野彼崦福┢つw乳白色，毛發(fā)淡黃或銀白色，瞳孔淡紅，虹膜淡灰或淡紅，半透明視網(wǎng)膜缺乏色素。972023/2/18苯丙氨酸羥化酶缺陷——苯丙酮酸尿癥智力低下，60%患兒有腦電圖異常，