《生物化學》教學課件：第03章 酶（7版）

1、1,第三章 酶 Enzyme（E）,2,蛋白質（E）,核酸類（核酶、脫氧核酶）,生物催化劑,是活細胞合成的一類蛋白質 具有高度特異性和高度催化效率的生物催化劑。,何謂酶？,3,酶學研究簡史,公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。 一百余年前，Pasteur認為發(fā)酵是酵母細胞生命活動的結果。 1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。 1897年，Buchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現(xiàn)了發(fā)酵。 1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結晶。 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，Jack W.Szostak研究室首

2、先報道了具有DNA連接酶活性的DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。,4,第一節(jié)酶的分子結構與功能,The Molecular Structure and Function of Enzyme,5,E的不同形式,單體酶(monomeric enzyme) 寡聚酶(oligomeric enzyme) 多酶復合體/多酶體系(multienzyme system) 多功能酶(multifunctional enzyme)/串聯(lián)酶(tandem enzyme),6,一、E的分子組成,單純E (simple enzyme),結合E (conjugated enzyme),結合E,蛋白

3、部分：,輔助因子,E蛋白 (apoenzyme),小分子有機化合物,金屬離子,全E (holoenzyme),決定反應的特異性,7,二、E的活性中心,必需基團(essential group) E的活性中心(active center)/活性部位(active site） 活性中心內的必需基團 活性中心外的必需基團,幾個名詞：,8,三、同工酶(isoenzyme),舉例：,什么是？,人LDH同工酶譜：,意義：,（一同三不同）,指催化相同的化學反應，而酶蛋白的分子結構、理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶。,9,第 二 節(jié)酶的工作原理,The Mechanism of Enzyme Action,

4、10,（一）高度的催化效率 （二）高度的特異性 （三）可調節(jié)性 （四）不穩(wěn)定性,一、 酶促反應的特點,11,二、酶促反應的機制,（二）酶-底物復合物的形成與誘導契合假說,（三）酶促反應的其他機制,（一）降低反應活化能,12,13,研究某一因素的影響時，其余各因素均恒定。,何謂酶促反應動力學?,研究各種因素對酶促反應速度V的影響，并加以定量的闡述。,影響因素有:,酶濃度E、底物濃度S、pH、溫度T、 抑制劑I及激活劑等。,采用反應的初速度（initial velocity）,14,一、S對V的影響,S對V的影響呈矩形雙曲線關系:,此矩形雙曲線可用米-曼氏方程表示,15,矩形雙曲線和米-氏方程的對

5、應關系,V與S成正比為一級反應,V不成正比例加速,介于a、c之間, 為混合級反應。,達Vmax,V不再增加為零級反應,a、 b、 c、,初速度V,Km,16,（一）米曼氏方程式推導,米曼氏方程式推導的條件：,推導過程：,（二）Km與Vmax的意義,（三）m值與max值的測定,17,二、E對V的影響,當SE，酶可被底物飽和的情況下，V與E成正比。 關系式：V = K3 E,當SE時，Vmax = k3 E,E對V的影響,18,三、T對V的影響,四、 pH對V的影響,雙重影響,最適溫度 (optimum temperature)： 酶促反應速度最快時的環(huán)境溫度,低溫的應用,T升高V,最適pH (o

6、ptimum pH) 酶催化活性最大時的環(huán)境pH。,19,類型,不可逆性抑制,可逆性抑制,競爭性抑制 (competitive inhibition) 非競爭性抑制 (non-competitive inhibition) 反競爭性抑制 (uncompetitive inhibition),五、抑制劑對反應速度的影響,酶的抑制劑( inhibitor/I ) 使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質,20,(一) 不可逆性抑制作用,什么是？ 抑制劑以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結合，使酶失活； 不能用物理方法去除抑制劑。,舉例：,21,（二） 可逆性抑制作用,什么是？,三種類型,抑制劑通常

7、以非共價鍵與酶或酶-底物復合物 可逆性結合，使酶的活性降低或喪失； 抑制劑可用透析、超濾等方法除去。,22,1、競爭性抑制,什么是？,競爭性抑制的具體情形：,舉例:,I與E的S結構相似共同競爭E的活性中心， 防礙E與S的結合。,23,2、非競爭性抑制,什么是？,非競爭性抑制的具體情形：,I與E活性中心以外的必需基團結合， 不防礙E與S的結合， I與S之間無競爭 。,24,3、反競爭性抑制,什么是？,反競爭性抑制的具體情形：,I 只與ES結合成EIS，使ES的量減少， 影響產(chǎn)物的生成和E的釋放。,25,三種可逆性抑制及無抑制作用的比較,與I結合的成分 E E、ES ES 動力學參數(shù) 表觀Km K

8、m 增大 不變 減小 最大速度 Vmax 不變 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 增大 不變 減小,26,六、激活劑對反應速度的影響,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| 分為,激活劑大多數(shù)為金屬離子如Mg2+、K+、Mn2+等， 少數(shù)陰離子也有激活作用。,一些金屬酶和金屬激活酶類：,27,第 四 節(jié) 酶 的 調 節(jié),The Regulation of Enzyme,28,酶活性的調節(jié) 酶含量的調節(jié),（快速調節(jié)） （緩慢調節(jié)）,調節(jié)方式：,代謝途徑的關鍵酶,調節(jié)對象：,29,

9、（一）酶的變構調節(jié),變構激活劑 變構抑制劑,變構調節(jié) (allosteric regulation),變構酶 (allosteric enzyme),代謝物與酶分子活性中心外的某部分可逆地結合，使酶構象改變，從而改變酶的催化活性。,變構部位 (allosteric site),變構效應劑 (allosteric effector),變構酶的S形曲線,一 、酶活性的調節(jié),30,（二）酶的共價修飾調節(jié),舉例：,何謂共價修飾(covalent modification)？,共價修飾的類型：,共價修飾的特點：,31,（三）酶原與酶原的激活,舉例,酶原、酶原激活及酶原激活的本質,酶原激活的意義,某些酶原

10、的激活,32,二、 酶含量的調節(jié),酶蛋白合成的調節(jié) 酶降解的調節(jié),誘導作用(induction) 阻遏作用(repression),溶酶體蛋白酶降解途徑 非溶酶體蛋白酶降解途徑,33,34,1.氧化還原酶類(oxidoreductases) 2.轉移酶類 (transferases ) 3.水解酶類 (hydrolases) 4.裂解酶類 (lyases) 5.異構酶類( isomerases) 6.合成酶類 (ligases, synthetases),一、酶的分類,35,酶的分類編號,四個用點“”分開的數(shù)字前冠以EC（酶學委員會）,EC 3531,6大類：1、2、3、4、5、6,酶隸屬的亞

11、類,酶隸屬的亞-亞類,酶在亞-亞類序號,36,習慣命名法推薦名稱（多用） 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱,以酶催化的整體反應為基礎，明確酶的底物及催化反應性質，多個底物時都要寫明，用冒號（）隔開。,（國際生物化學會酶學委員會）,酶的命名舉例,二、酶的命名,37,38,（一） 酶與疾病的發(fā)生,一、酶與疾病的關系,（三） 酶與疾病的治療,（二） 酶與疾病的診斷,酶先天性缺乏與先天性代謝障礙 酶活性改變與疾病發(fā)生,對血液、尿等體液中某些酶活性的測定，能反映某些器官組織的疾病狀況并有助于診斷。,許多藥物通過抑制酶活性來治療疾病。,39,二、酶在醫(yī)學上的其他應用,（一）酶作為試劑用于臨床檢驗和科學研究,1、酶法分析 2、酶標記測定法 3、工具酶,（二）酶作為藥物用于臨床治療,40,（三）酶的分子工程,1固定化酶 (imm