酶級臨床醫(yī)學(xué)

酶級臨床醫(yī)學(xué)第1頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三生物體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)均在生物催化劑的催化下進(jìn)行。目前將生物催化劑分為兩類酶、核酶（脫氧核酶）目前認(rèn)為生物催化劑主要就是酶。第2頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶（enzyme）的概念：由活C合成的、對其特異底物起高效催化作用的蛋白質(zhì)。第3頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶學(xué)研究簡史公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。一百余年前，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動的結(jié)果。1877年，1首次提出Enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母提取液，實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。1982年，Cech首次發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先報(bào)道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。第4頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)

酶的分子結(jié)構(gòu)與功能

TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme

第5頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶的不同形式單體酶(monomericenzyme)：僅只有一條多肽鏈;具有三級結(jié)構(gòu)的酶。寡聚酶(oligomericenzyme)：由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接組成的酶。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。第6頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三多功能酶多功能酶(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7頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三一、酶的分子組成中常含有輔助因子蛋白質(zhì)部分：酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)

金屬離子小分子有機(jī)化合物全酶(holoenzyme)

結(jié)合酶(conjugatedenzyme):全酶

單純酶(simpleenzyme):僅有蛋白質(zhì)第8頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三*各部分在催化反應(yīng)中的作用酶蛋白決定反應(yīng)的特異性輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)第9頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三小分子有機(jī)化合物的作用主要為由維生素類參與組成的物質(zhì)。功能：參與酶的催化過程,在反應(yīng)中傳遞電子、質(zhì)子及一些基團(tuán)。也稱為“遞氫體、遞電子體、氨基載體、?；d體等?！钡?0頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三小分子有機(jī)化合物在催化中的作用

第11頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三金屬離子的作用最多見的輔助因子，2／3酶含有。常見有K+、Na+、Mg2+、Cu2+（Cu+）、Zn2+、Fe2+（Fe3+）等。金屬離子作用：1.作為酶活性中心的催化基團(tuán),參與催化反應(yīng)，傳遞電子。2.連接酶與底物的橋梁。3.中和陰離子，降低反應(yīng)中靜電斥力。4.穩(wěn)定酶的構(gòu)象。第12頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三金屬酶(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-activatedenzyme)金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚緊密。第13頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三輔助因子分類（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。第14頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三概念：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)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。這種區(qū)域稱為酶的活性中心(activecenter),也稱活性部位(activesite)，二、酶的活性中心是酶分子中執(zhí)行其催化功能的部位第15頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三必需基團(tuán)(essentialgroup)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)。1.結(jié)合基團(tuán):與底物相結(jié)合2.催化基團(tuán):催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物

3.活性中心外必需基團(tuán)：位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。第16頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三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)活性中心目錄第17頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三活性部位（活性中心）的特點(diǎn)：1.活性部位僅占酶的整個體積的相當(dāng)小的一部分。2.

活性部位是個三維的實(shí)體。3.結(jié)合的專一性決定于活性部位中精確規(guī)定的原子的排列。4.大多數(shù)底物都以相當(dāng)弱的力結(jié)合在活性部位。5.

活性部位往往是裂隙、裂縫或“口袋狀”等,且可深入酶分子內(nèi)部，并多為ａａ殘基的疏水基團(tuán)組成的疏水環(huán)境。第18頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：一般認(rèn)為，酶都具有活性中心，即都有必需基因，當(dāng)然，有時某個必需基團(tuán)可同時具備結(jié)合與催化兩種功能。第19頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三三、同工酶催化相同的化學(xué)反應(yīng)同工酶概念：能催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。根據(jù)1961年國際酶學(xué)委員會的建議，“同工酶”是由不同基因或等位基因編碼的多肽鏈，或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不同mRNA翻譯的由不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，即酶的多態(tài)性。第20頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：同工酶雖能催化同一反應(yīng)，但它們的Km、Vmax往往不同，因此最終的功能往往是不同的，不應(yīng)說“同工酶有同樣的功能”。同工酶往往存在于不同的組織細(xì)胞中或Ｃ的不同亞細(xì)胞組分中，有著不同的動力學(xué)性質(zhì)，執(zhí)行著不同的功能。如A與B為可逆反應(yīng)，不同型的同工酶對正、逆反應(yīng)的催化速率是不同的。（但并不改變平衡點(diǎn)！）第21頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三同工酶往往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，它使不同的組織、器官和不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有不同的代謝特征。這為同工酶用來診斷不同器官的疾病提供了理論依據(jù)。第22頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶*例1：乳酸脫氫酶(LDH1～

LDH5)LDH(LDH1～LDH5)乳酸+NAD+

丙酮酸+NADH+H+第23頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三LDH同工酶紅細(xì)胞白細(xì)胞血清骨骼肌心肌肺腎肝脾LDH1

（H4）431227.10731443210LDH2

（H3M）444934.70243444425LDH3（H2M2）123320.95335121110LDH4

（HM3）1611.7160512720LDH5

（M4）005.7790120565人體各組織器官LDH同工酶譜（活性%）

第24頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第25頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三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2345LDH1高、LDH5正常或稍高可提示心肌疾患；反之可提示肝臟或骨骼肌疾患。第26頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三肌酸激酶(CK1-3)

肌酸+ATP磷酸肌酸+ADPBBBMMMCK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)腦心肌骨骼肌例2:肌酸激酶(creatinekinase,CK)同工酶CK2常作為臨床早期診斷心肌梗死的一項(xiàng)生化指標(biāo)第27頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三檢測組織器官同工酶的變化有重要的

生理及臨床意義1.在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；2.用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征；3.同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；4.同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究。第28頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)

酶的工作原理第29頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三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)；只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。第30頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（一）酶促反應(yīng)具有極高的效率（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性

酶與一般催化劑的不同點(diǎn)(特點(diǎn))第31頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三一、酶反應(yīng)特點(diǎn)

酶是蛋白質(zhì)，是生物催化劑。所以有著與一般催化劑不同的地方。第32頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（一）酶對底物具有極高的效率

通常比非催化反應(yīng)高108－1020倍，比一般催化劑高107－1013倍。（1010約為100億倍）]例1：在0oＣ時，１mol過氧化氫酶能使5*10molH2O2分解為H2O和O2，而１g的鐵離子只能使6*10mo-4H2O2分解，前者比后者快1010倍。例2：碳酸酐酶催化CO2溶解于血中比一般催化劑至少快1000萬倍，大約一個碳酸酐酶分子每秒鐘能使10萬個CO2分子與水結(jié)合。第33頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）酶對底物具有高度的特異性（專一性）

酶的特異性(專一性)概念：一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍浴５?4頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三根據(jù)酶對底物選擇的特點(diǎn)，酶的特異性可分為兩種類型：1.絕對專一性(absolutespecificity)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。如脲酶僅能催化尿素水解生成CO2和NH3。

第35頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：有些具有絕對專一性的酶可以區(qū)分光學(xué)異構(gòu)體和立體異構(gòu)體，只能催化一種光學(xué)異構(gòu)體或立體異構(gòu)體進(jìn)行反應(yīng)。例如乳酸脫氫酶僅催化L-乳酸脫氫生成丙酮酸，而對D-乳酸無作用。

曾稱為立體異構(gòu)專一性，但沒那么“絕對”。例如人體（包括大部分食肉動物）的淀粉酶能水解α-1，4糖苷鍵；而不能水解β-1，4糖苷鍵,但對不同的淀粉沒有嚴(yán)格要求。第36頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2.相對專一性(relativespecificity)

有些酶對底物的專一性不是依據(jù)整個底物分子結(jié)構(gòu)，而是依據(jù)底物分子中的特定的化學(xué)鍵或特定的基團(tuán)，因而可以作用于含有相同化學(xué)鍵或化學(xué)基團(tuán)的一類化合物。例如，消化系統(tǒng)中的蛋白酶僅對蛋白質(zhì)中肽鍵的氨基酸殘基種類有選擇性，而對具體的底物蛋白質(zhì)種類無嚴(yán)格要求。第37頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（三）酶的活性與酶量具有可調(diào)節(jié)性

酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。對酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶催化效力的調(diào)節(jié)通過改變底物濃度對酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等第38頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（四）酶具有不穩(wěn)定性酶的化學(xué)本質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。在某些理化因素（如高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等）的作用下，酶會發(fā)生變性而失去催化活性。因此，酶促反應(yīng)往往都是在常溫、常壓和接近中性的條件下進(jìn)行的。第39頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三二、酶通過促進(jìn)底物形成過渡態(tài)而提高反應(yīng)速率第40頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三(一)酶比一般催化劑更有效降低反應(yīng)的活化能與一般催化劑一樣，酶能降低反應(yīng)的活化能。即底物分子只需較少的能量使可進(jìn)入到活化狀態(tài)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。

活化能、活化分子：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量稱為活化能;這時的底物分子也稱為活化分子。注意：活化能的改變并不與反應(yīng)速度呈簡單的線狀關(guān)系。第41頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三反應(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)過程底物產(chǎn)物酶促反應(yīng)活化能的改變第42頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物

1.誘導(dǎo)契合作用:使酶與底物密切結(jié)合酶與底物相互接近時，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。第43頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第44頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三鄰近效應(yīng)與定向排列

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

酶特別是酶的活性中心能將諸底物集中在一起（鄰近效應(yīng)），使它們相互接近并形成有利于反應(yīng)的正確定向關(guān)系。（定向排列）實(shí)際上是使分子間的反應(yīng)變成類似于分子內(nèi)反應(yīng)，從而大大提高反應(yīng)速度。第45頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三鄰近效應(yīng)與定向排列：第46頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶的活性中心多是酶分子內(nèi)部的疏水“口袋”，酶反應(yīng)在此疏水環(huán)境中進(jìn)行，使底物分子脫溶劑化(desolvation)，排除周圍大量水分子對酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物與酶分子的密切接觸和結(jié)合。這種現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)(surfaceeffect)。3.表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化第47頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心“口袋”第48頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（三）酶的催化機(jī)制呈多元催化作用

1.酸堿催化酶是是兩性蛋白質(zhì)，?？杉嬗兴?、堿雙重催化作用。第49頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三1)專一酸堿催化水溶液中通過高反應(yīng)的H+和OH-進(jìn)行的酸堿催化，即強(qiáng)酸強(qiáng)堿催化細(xì)胞一般處于中性pH條件下，H+和OH-濃度很低，因此細(xì)胞環(huán)境中通常不是專一的酸堿催化

2)廣義酸堿催化由廣泛的質(zhì)子供體（酸）和質(zhì)受體（堿）參與的酸堿催化生理?xiàng)l件不是強(qiáng)酸強(qiáng)堿而是近于中性的環(huán)境，因此高反應(yīng)性的H+和OH-環(huán)境不存在因此廣義酸堿催化指的是細(xì)胞內(nèi)的弱酸弱堿參與的接受H+和提供H+的催化自學(xué)第50頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2.共價催化：概念：很多酶的催化基團(tuán)在催化過程中通過和底物形成風(fēng)瞬間共價鍵而將底物激活，并很容易進(jìn)一步被水解形成產(chǎn)物和游離的酶。這種催化機(jī)制稱為～。3.親核催化和親電子催化作用第51頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三胰凝乳蛋白酶的共價催化和酸-堿催化機(jī)制第52頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)

酶促反應(yīng)動力學(xué)KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction第53頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶促反應(yīng)動力學(xué)的概念是研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素的科學(xué)。或者說：是研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響，并加以定量的闡述的科學(xué)。影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等?！芯恳环N因素的影響時，其余各因素均恒定。第54頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶促反應(yīng)動力學(xué)研究的意義有助于闡明酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，也可為酶作用機(jī)理的研究提供數(shù)據(jù)；有助于尋找最有利的反應(yīng)條件，以最大限度地發(fā)揮酶催化反應(yīng)的高效率；有助于了解酶在代謝中的作用或某些藥物作用的機(jī)理等。因此對它的研究具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。

第55頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三研究前提單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)酶促反應(yīng)速度一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時間內(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?。ㄒ话阍?﹪以內(nèi)）時的反應(yīng)速度底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度第56頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三從圖5—9顯然看出，在開始一段時間內(nèi)反應(yīng)速度幾乎維持恒定，亦即產(chǎn)物的生成量與時間成直線關(guān)系。但隨著時間的延長，曲線斜率逐漸減少，反應(yīng)速度逐漸降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能的原因很多，如由于反應(yīng)的進(jìn)行使底物濃度降低，產(chǎn)物的生成而逐漸增大了逆反應(yīng)，酶本身在反應(yīng)中失活，產(chǎn)物的抑制等等，為了正確測定酶促反應(yīng)速度并避免以上因素的于擾，就必須只選定以上因素還來不及起作用時的速度，稱之為”反應(yīng)初速度”。

第57頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三一、底物濃度對反應(yīng)速率影響的作圖呈矩形雙曲線在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速率的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。第58頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。[S]VVmax目錄第59頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三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)。[S]VVmax目錄第60頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三當(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)[S]VVmax目錄第61頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三※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，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]＝──（一）米－曼氏方程式揭示單底物反應(yīng)的動力學(xué)特性第62頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶促反應(yīng)模式——中間產(chǎn)物學(xué)說

目前，解釋酶促反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的最多見的是中間產(chǎn)物學(xué)說。E+Sk1k2k3ESE+P酶首先與底物結(jié)合生成“酶-底物復(fù)合物”，此復(fù)合物再分解為產(chǎn)物和游離的酶。ES:中間產(chǎn)物第63頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三米－曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個假設(shè)：E與S形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而ES分解為E及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于慢反應(yīng)即

V＝k3[ES]。

(1)S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即[S]＝[St]。第64頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三推導(dǎo)過程穩(wěn)態(tài)：是指ES的生成速度與分解速度相等，即[ES]恒定。K1([Et]－[ES])[S]＝K2[ES]+K3[ES]K2+K3＝Km

（米氏常數(shù)）K1令：則(2)變?yōu)?([Et]－[ES])[S]＝Km[ES](2)＝([Et]－[ES])[S]K2+K3[ES]K1整理得：第65頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三E+Sk1k2k3ESE+PES:中間產(chǎn)物第66頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)?shù)孜餄舛群芨?，將酶的活性中心全部飽和時，即[Et]＝[ES]，反應(yīng)達(dá)最大速度Vmax＝K3[ES]＝K3[Et](5)[ES]＝───[Et][S]Km+[S](3)整理得:將(5)代入(4)得米氏方程式：Vmax[S]Km+[S]V＝────將(3)代入(1)得K3[Et][S]Km+[S](4)V＝────第67頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三如何理解此方程：此方程只有兩個變量：反應(yīng)速度V與底物濃度［S］。此方程就是求解兩者關(guān)系即雙曲線軌跡的方程。Vmax是容易理解的，而米氏常數(shù)Km有何意義？第68頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時Km值的推導(dǎo)Km＝[S]∴Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2第69頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）Km與Vm是重要的酶促反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)第70頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第71頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三E+Sk1k2k3ESE+PES:中間產(chǎn)物第72頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第73頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三5．酶的轉(zhuǎn)換數(shù)

當(dāng)酶被底物完全飽和時（Vmax），單位時間內(nèi)每個酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的分子數(shù)稱為酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（turnovernumber），單位是s-1。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)可用來表示酶的催化效率。第74頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：1.Km代表酶與底物親和力。但注意的是Km越小親和力越大。Km越小催化效率越高，即速率對V對底物［S］的曲線就會迅速上升。2.Km是酶促反應(yīng)動力學(xué)中的最重要參數(shù)，可實(shí)際應(yīng)用于下列各種情況：鑒別同工酶。設(shè)計(jì)一個反應(yīng)體系內(nèi)最適當(dāng)?shù)模跾］濃度的依據(jù)。在同種系底物中，以其Km最小者最有可能為天然底物。根據(jù)Km可大致判斷Ｃ內(nèi)的底物濃度。當(dāng)［S］》Km時，可大致判斷Vmax。

第75頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（三）Ｋm值與Ｖmax常通過林-貝氏作圖法求取

因?yàn)榈孜餄舛惹€是矩形雙曲線,很難精確地測出Km和Vmax。為此人們將米氏方程進(jìn)行種種變換，將曲線作圖轉(zhuǎn)變成直線作圖。第76頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三雙倒數(shù)(林-貝氏)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=（林－貝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]兩邊同取倒數(shù)第77頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三以1／V對1／［S］作圖即為直線，其縱軸上的截距為1／Vmax，橫軸上的截距為1／Km第78頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三必須指出米氏方程只適用于較為簡單的酶作用過程，對于比較復(fù)雜的酶促反應(yīng)過程，如多酶體系、多底物、多產(chǎn)物、多中間物等，還不能全面地籍此概括和說明，必須借助于復(fù)雜的計(jì)算過程。第79頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三二、底物足夠時酶濃度對反應(yīng)速率的影響呈直線關(guān)系當(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]0V[E]當(dāng)[S]>>[E]時，Vmax=k3[E]酶濃度對反應(yīng)速度的影響

第80頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；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)速度降低。三、溫度對酶促反應(yīng)速率的影響具有雙重性最適溫度(optimumtemperature)：酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度。酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC溫度對淀粉酶活性的影響

溫度每升高10C，大多數(shù)酶促反應(yīng)的速率加倍。第81頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：酶的最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，它與反應(yīng)進(jìn)行的時間有關(guān)。酶的活性雖然隨溫度的下降而降低，但低溫一般不使酶破壞。溫度回升后，酶又恢復(fù)其活性。并不是所有的酶對熱都是不穩(wěn)定的。

例如，在地?zé)釡厝邪l(fā)現(xiàn)的嗜熱細(xì)菌在溫度超過85oC時，其細(xì)胞中的酶仍保持完全的性。第82頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三四、pH通過改變酶和底物分子解離狀態(tài)影響酶促反應(yīng)速率最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時的環(huán)境pH。0酶活性pH

pH對某些酶活性的影響

胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810第83頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶作用環(huán)境的pH可以影響酶蛋白的結(jié)構(gòu)、酶活性部位的解離狀態(tài)、輔酶的解離、底物分子的解離。

從而影響酶與底物的結(jié)合以及對底物的催化效力。第84頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：最適pH也不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度、緩沖液種類與濃度、以及酶純度等因素的影響。動物體內(nèi)多數(shù)酶最適pH接近中性。但胃蛋白酶約為1.8;肝精氨酸酶約為9.8。雖然一種酶的最適pH往往反映該酶正常環(huán)境的pH，但二者可能并不正好相同。在生理pH下，有些酶可能剛好處在最適范圍，而有些酶則處在高于或低于它們的最適pH環(huán)境中。因此，它們就會有不同的催化活性。這是酶的一種自然調(diào)節(jié)方式。第85頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三五、抑制劑可降低酶促反應(yīng)速率酶的抑制劑(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（inhibitor），常簡寫為I。

區(qū)別于酶的變性

抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性第86頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三

抑制作用的類型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)：競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)反競爭性抑制(uncompetitiveinhibition)根據(jù)抑制劑和酶結(jié)合的緊密程度不同，酶的抑制作用分為：第87頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（一）不可逆性抑制劑與酶共價結(jié)合

不可逆性抑制作用概念抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。此類抑制劑不能用透析、超濾等方法予以去除。

*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)

第88頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：此類抑制作用并不都“不可逆”，應(yīng)該說是“很難可逆”，臨床經(jīng)常使用一些針對性強(qiáng)的藥物，去除此類抑制劑，恢復(fù)酶活性，從而達(dá)到治病救人的目的。第89頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第90頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第91頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第92頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三１第93頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第94頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三有機(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)合物第95頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三（二）可逆性抑制劑與酶非共價結(jié)合可逆性抑制作用概念:抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或消失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制*類型第96頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：有抑制劑存在時，Km值有時稱為“表觀Km值”。第97頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三１.競爭性抑制劑與底物競爭結(jié)合酶的活性中心

+IEIE+SE+PES反應(yīng)模式競爭性抑制劑概念:抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，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爭性抑制作用。

第98頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：此類抑制劑只與游離的酶結(jié)合，由于此類抑制劑［I］與底物［S］都是結(jié)合于酶活性中心的，因此其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。第99頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三+++EESIESEIEP第100頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第101頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第102頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第103頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三有競爭性抑制劑存在的曲線與無抑制劑的曲線相交于縱坐標(biāo)I/Vmax處，但橫坐標(biāo)的截距，因競爭性抑制存在變小，說明該抑制作用并不影響酶促反應(yīng)的最大速度，而使Km值變大。第104頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三例：磺胺類藥物等作用原理很多生物(人、細(xì)菌)都需要四氫葉酸，并均可自身合成。即利用體內(nèi)對氨基苯甲酸等底物，在二氫葉酸合成酶作用下合成二氫葉酸，然后加氫還原為四氫葉酸。而磺胺類藥物與對氨基苯甲酸結(jié)構(gòu)相似，能競爭性抑制二氫葉酸合成酶。但人獲得四氫葉酸主要方式是從食物中獲得葉酸，在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樗臍淙~酸，而細(xì)菌則不能。第105頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第106頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三磺胺類藥物的抑菌機(jī)制:與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶對氨基苯甲酸＋二氫蝶呤啶＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸對氨基苯甲酸第107頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)第108頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三*特點(diǎn)抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及底物濃度；I與S結(jié)構(gòu)類似，競爭酶的活性中心；動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀Km增大。抑制劑↑

無抑制劑1/V1/[S]第109頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第110頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三2.非競爭性抑制劑結(jié)合活性中心之外的調(diào)節(jié)位點(diǎn)

有些抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)相結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，酶和底物的結(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。這種抑制作用稱作非競爭性抑制作用。第111頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三*反應(yīng)模式E+SESE+P+

S－S+

S－S+ESIEIEESEP+IEI+SEIS+I第112頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三注意：此類抑制劑與［E］和［ES］都結(jié)合。增加［S］并不能消除抑制作用。第113頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第114頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第115頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三有非競爭性抑制劑存在的曲線與無抑制劑存在的曲線相交于橫坐標(biāo)－1/Km處，縱坐標(biāo)截距，因非競爭性抑制劑的存在而變大，說明該抑制作用，并不影響底物與酶的親和力，而使酶促最大反應(yīng)速度變小。第116頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三*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爭關(guān)系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀Km不變。抑制劑↑1/V1/[S]無抑制劑第117頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三總上所述，酶的競爭性和非競爭性抑制可通過雙倒數(shù)作圖加以區(qū)別。Vmax不因競爭性抑制劑的存在而改變，Km則不因非競爭性抑制劑的存在而改變。第118頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第119頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三3.反競爭性抑制劑的結(jié)合位點(diǎn)由底物誘導(dǎo)產(chǎn)生

抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物(ES)結(jié)合，使中間產(chǎn)物ES的量下降。這樣，既減少從中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時減少從中間產(chǎn)物解離出游離酶和底物的量。這種抑制作用稱為反競爭性抑制作用。第120頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三*反應(yīng)模式E+SE+PES+IESI++ESESESIEP第121頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三Vmax降低，表觀Km降低第122頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三*特點(diǎn)：抑制劑只與酶－底物復(fù)合物結(jié)合；抑制程度取決與抑制劑的濃度及底物的濃度；動力學(xué)特點(diǎn)：Vmax降低，表觀Km降低。抑制劑↑1/V1/[S]無抑制劑?第123頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三各種可逆性抑制作用的比較

第124頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三第125頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三六、激活劑可提高酶促反應(yīng)速率概念：使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚧钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為激活劑（activator）。分類：1.金屬離子：占大多數(shù)。另外還可有陰離子，如CI-。2.有機(jī)化合物。

第126頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三必需激活劑：酶促反應(yīng)所必需。多數(shù)金屬離子屬此類。它們往往與底物結(jié)合后才能被酶結(jié)合。

非必需激活劑：能提高酶活性，但非必需。多數(shù)有機(jī)化合物屬此類。第127頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三酶活性測定和酶活性單位酶的活性是指酶催化化學(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，它反映在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時間（s、min或h）內(nèi)生成一定量（mg、μg、μmol等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量。

第128頁，共142頁，2023年，2月20日，星期三國際單位(IU)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國際單位。催量單位(katal)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