第五章酶-酶的概念及其化學本質(zhì)

1、第五章第五章 酶酶 第一節(jié)第一節(jié) 酶的概述酶的概述 第二節(jié)第二節(jié) 酶催化作用的特性酶催化作用的特性 第三節(jié)第三節(jié) 酶催化作用的機制酶催化作用的機制 第四節(jié)第四節(jié) 酶結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 第五節(jié)第五節(jié) 酶促反應動力學酶促反應動力學 第六節(jié)第六節(jié) 酶活力及其測定酶活力及其測定 第七節(jié)第七節(jié) 酶工程酶工程 第一節(jié)第一節(jié) 酶的分類與命名酶的分類與命名化學本質(zhì)：大多數(shù)的酶是化學本質(zhì)：大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，核糖核酸酶（核酶核糖核酸酶（核酶)其化學本質(zhì)為其化學本質(zhì)為RNA。定義：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的定義：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的生物分子生物分子(Enzyme)一、酶的概念及

2、其化學本一、酶的概念及其化學本質(zhì)質(zhì)酶是生物催化劑酶是生物催化劑 酶是活細胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的酶是活細胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子，所以又稱為生物催化劑生物分子，所以又稱為生物催化劑(b(biocatalysts） 絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)。 酶催化的生物化學反應，稱為酶促反應酶催化的生物化學反應，稱為酶促反應（Enzymatic reaction）。）。 在酶的催化下發(fā)生化學變化的物質(zhì)，稱為底物在酶的催化下發(fā)生化學變化的物質(zhì)，稱為底物（substrate）。）。二、酶的分類二、酶的分類 1、按化學組成分： 單純蛋白酶單純蛋白酶 結(jié)合蛋白酶結(jié)合蛋白酶 2、根據(jù)酶

3、分子的結(jié)構(gòu)特點： 單體酶單體酶 寡聚酶寡聚酶 多酶復合體多酶復合體 3、按反應性質(zhì)分、按反應性質(zhì)分將酶分為六大類：將酶分為六大類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶、異構(gòu)酶、連接酶異構(gòu)酶、連接酶 主要包括脫氫酶主要包括脫氫酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶Oxidase)Oxidase)。 如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH1 氧化氧化-還原酶還原酶+ BH2（H2O2，H2O）AH2

4、+ B（O2）A例如，例如， 谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應。谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應。CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO2 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 TransferasevAX + BA +BX 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反應：催化的脂的水解反應：3 3 水解酶水解酶 hydrolasehydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHAOH + BHAB + H2O 主要包括醛

5、縮酶、水化酶及脫氨酶等。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反應。延胡索酸水合酶催化的反應。HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH4 裂合酶裂合酶 LyaseABA+B例如，例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應。磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應。OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH5 異構(gòu)酶異構(gòu)酶 IsomeraseAB常見的有醛酮異構(gòu)、順反異構(gòu)和變位酶類常見的有醛酮異構(gòu)、順反異構(gòu)和變位酶類。 合成酶，又稱為連接酶，能夠催化合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-

6、S 鍵的形成反應。這類反應必須鍵的形成反應。這類反應必須與與ATPATP分解反應相互偶聯(lián)。分解反應相互偶聯(lián)。 A + B + ATP + H-O-H =A A + B + ATP + H-O-H =A B + ADP +Pi B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。 丙酮酸丙酮酸 + CO + CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸6 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase 三、酶的命名三、酶的命名 （1）根據(jù)作用底物來命名 （2）根據(jù)所催化的反應的類型命名 （3）兩個原則結(jié)合起來命名 （4）根據(jù)酶的來源或其它特點來命名（一）習慣命名方法（一）

7、習慣命名方法（二）國際系統(tǒng)命名法（二）國際系統(tǒng)命名法 系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應性系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構(gòu)型、反應性質(zhì)，最后加一個酶字質(zhì)，最后加一個酶字。例如：例如：習慣名稱習慣名稱: :谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱: :丙氨酸：丙氨酸： - -酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 + + 丙氨酸丙氨酸第二節(jié)第二節(jié) 酶催化作用的特性酶催化作用的特性 1高效性高效性 2專一性專一性 3反應條件溫和反應條件溫和 4. 酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制酶的催化活性可調(diào)節(jié)控制1、酶具有、酶具有高效催化性高效催化性 V酶比V無高105-101

8、7倍。 例如：過氧化氫分解例如：過氧化氫分解 用用Fe+ Fe+ 催化，效率為催化，效率為6 6* *1010-4-4 mol/mol.Smol/mol.S， 而用過氧化氫酶催化，效率為而用過氧化氫酶催化，效率為6 6* *10106 6 mol/mol.Smol/mol.S。 用用 - -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克結(jié)晶酶在克結(jié)晶酶在6565 C C條件下條件下可催化可催化2 2噸淀粉水解。噸淀粉水解。2、酶具有高度專一性 （1）絕對專一性 （2）相對專一性 （3）立體異構(gòu)專一性結(jié)構(gòu)專一性結(jié)構(gòu)專一性1 1、活化能降低、活化能降低 酶促反應：酶促反應： E + S = ES

9、 = ESE + S = ES = ES* * EP EP E + P E + P 第三節(jié)第三節(jié) 酶催化作用的機制酶催化作用的機制一一 酶作用高效率的機制酶作用高效率的機制反應過程中能的變化反應過程中能的變化01234567891001234567Progress of reactionFree engergy 1kSE 1kES2kEP E+SP+ EES能能量量水水平平反應過程反應過程 G E1 E2 酶（酶（E）與底物（）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（物（ES），再分解成產(chǎn)），再分解成產(chǎn)物（物（P）并釋放出酶，使）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的反應沿一個低活

10、化能的途徑進行，降低反應所途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快反應速度。反應速度。2、中間產(chǎn)物學說、中間產(chǎn)物學說1、鎖鑰學說、鎖鑰學說酶作用專一性的機制酶作用專一性的機制substrateenzyme 鎖鑰學說：鎖鑰學說： 認為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性認為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣 2、誘導契合學說誘導契合學說誘導契合學說誘導契合學說學說內(nèi)容學說內(nèi)容：酶的活性中心具有一定的柔性，當?shù)孜锱c酶相遇時，酶的活性中心具有一定的柔性，當

11、底物與酶相遇時，可誘導酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生相應的改變，使活性中心上有關(guān)基可誘導酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生相應的改變，使活性中心上有關(guān)基團達到正確的排列和定向，因而使酶和底物契合而結(jié)合成中間絡團達到正確的排列和定向，因而使酶和底物契合而結(jié)合成中間絡合物，并引起底物發(fā)生反應。反應結(jié)束當?shù)孜飶拿干厦撀湎聛砗?，合物，并引起底物發(fā)生反應。反應結(jié)束當?shù)孜飶拿干厦撀湎聛砗?，酶的活性中心又恢復了原來的?gòu)象。酶的活性中心又恢復了原來的構(gòu)象。第四節(jié)第四節(jié) 酶結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一一 活性部位活性部位： P150酶活性部位酶活性部位 結(jié)合部位：結(jié)合部位：酶與底物結(jié)合的部位，酶與底物結(jié)合的部位， 決定酶的專一

12、性決定酶的專一性催化催化部位部位：催化底物發(fā)生反應的部位，催化底物發(fā)生反應的部位， 決定酶的催化效率決定酶的催化效率、反映性質(zhì)。、反映性質(zhì)。 主要包括：主要包括： 親核性基團：絲氨酸親核性基團：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑巰基和組氨酸的咪唑基?；?。H2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH必需基團：必需基團：在酶分子中和酶的催化在酶分子中和酶的催化活性直接有活性直接有關(guān)的基團，活性中心內(nèi)外都有。關(guān)的基團，活性中心內(nèi)外都有。 酸堿性基團：門酸堿性基團：門冬氨酸和谷氨酸冬氨酸和谷氨酸的羧基，賴氨酸的羧基，賴氨

13、酸的氨基，酪氨酸的氨基，酪氨酸的酚羥基，組氨的酚羥基，組氨酸的咪唑基和絲酸的咪唑基和絲氨酸的羥基，半氨酸的羥基，半胱氨酸的巰基。胱氨酸的巰基。H2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCOHOCOOHH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2NH2H2NCHCCH2OHOOHOH必需基團：必需基團：二二 變構(gòu)酶變構(gòu)酶亦稱別構(gòu)酶，亦稱別構(gòu)酶，當某些化合物與酶分子中的別構(gòu)當某些化合物與酶分子中的別構(gòu)部位可逆地結(jié)合后，酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變，使部位可逆地結(jié)合后，酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變，使酶活性部位對底物的結(jié)合與催化作用受到影響，酶活性部位對底物的結(jié)合與催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)

14、酶促反應速度及代謝過程，這種效應稱從而調(diào)節(jié)酶促反應速度及代謝過程，這種效應稱為別構(gòu)效應。具有別構(gòu)效應的酶稱為別構(gòu)酶。別為別構(gòu)效應。具有別構(gòu)效應的酶稱為別構(gòu)酶。別構(gòu)酶常是代謝途徑中催化第一步反應或處于代謝構(gòu)酶常是代謝途徑中催化第一步反應或處于代謝途徑分支點上的一類調(diào)節(jié)酶，大多能被代謝最終途徑分支點上的一類調(diào)節(jié)酶，大多能被代謝最終產(chǎn)物所抑制，對代謝調(diào)控起重要作用。產(chǎn)物所抑制，對代謝調(diào)控起重要作用。酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應示意圖酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應示意圖效應劑效應劑別別構(gòu)構(gòu)中中心心活性活性中心中心 一般是寡聚酶，由多亞基組成，包括催化部位和調(diào)節(jié)（別構(gòu)）部位； 具有別構(gòu)效應。指酶和一個配體（底物，調(diào)節(jié)物）

15、結(jié)合后可以影響酶和另一個配體（底物）的結(jié)合能力。 天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶受CTP 的抑制、ATP的激活、 別構(gòu)酶的特點別構(gòu)酶的特點三三 酶原及酶原的激活酶原及酶原的激活 1 酶原酶原：酶無活性的前體。：酶無活性的前體。 2 酶原的激活酶原的激活 ：從無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚裕簭臒o活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程。的酶的過程。4酶原激活的酶原激活的本質(zhì)本質(zhì)：酶原的激活實質(zhì)上是酶：酶原的激活實質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過程。活性部位形成或暴露的過程。3 激活激活劑劑 ：能使無活性的酶原激活的物質(zhì)。：能使無活性的酶原激活的物質(zhì)。胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶活性中心活性中心胰

16、蛋白酶原的激活示意圖胰蛋白酶原的激活示意圖胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶胰蛋白酶對各種胰臟蛋白酶的激活作用胰蛋白酶對各種胰臟蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶第五節(jié)第五節(jié) 酶促反應動力學酶促反應動力學 定義：定義： 酶促反應動力學是研究酶促反應速度以酶促反應動力學是研究酶促反應速度以及各種條件下對酶反應速度的影響。及各種條件下對酶反應速度的影響。 在低底物濃度時在低底物濃度時, , 反應速度反應速度與底物濃度成正比，為一級反與底物濃度成正比，為一級反應。應。 底物

17、濃度增大與速度的增加底物濃度增大與速度的增加不成正比不成正比, ,為混合級反應為混合級反應. . 當?shù)孜餄舛冗_到一定值，幾當?shù)孜餄舛冗_到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應速度達到最大值（反應速度達到最大值（V Vmaxmax），），此時再增加底物濃度，反應速此時再增加底物濃度，反應速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。一一 底物濃度對酶促反應速度的影響底物濃度對酶促反應速度的影響02468101214161820020406080100C oncentration of S ubstrate(um ol/L)Rate of Reaction(

18、v)( (一一)V-S)V-S曲線曲線u 1913年，德國化學家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學說對酶促反映的動力學進行研究，推導出了表示整個反應中底物濃度和反應速度關(guān)系的著名公式，稱為米氏方程。V=Vmax SKm + SK Km m 米氏常數(shù)米氏常數(shù)V Vmax max 最大反應速度最大反應速度（二）米氏方程 米氏方程的推導： 米氏方程米氏方程V=Vmax SKm + SnK Km m 即為米氏常數(shù)，即為米氏常數(shù)，nV Vmaxmax為最大反應速度為最大反應速度n當反應速度等于最大速度當反應速度等于最大速度一半時一半時, ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax,

19、max, K Km = S m = S n上式表示上式表示, ,米氏常數(shù)是反應米氏常數(shù)是反應速度為最大值的一半時的底速度為最大值的一半時的底物濃度。物濃度。n因此因此, ,米氏常數(shù)的單位為米氏常數(shù)的單位為mol/Lmol/L。（三）米氏常數(shù)的意義及測定（三）米氏常數(shù)的意義及測定米氏常數(shù)米氏常數(shù)KmKm的意義的意義P162P162 1 1、不同的酶具有不同、不同的酶具有不同K Km m值，它是酶的一值，它是酶的一個重要的特征物理常數(shù)。個重要的特征物理常數(shù)。 2 2、KmKm值只是在固定的底物，一定的溫度值只是在固定的底物，一定的溫度和和pHpH條件下，一定的緩沖體系中測定的，條件下，一定的緩沖體

20、系中測定的，不同條件下具有不同的不同條件下具有不同的KmKm值。值。 Km值是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底值是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和酶促反應條件（如溫度、物和酶促反應條件（如溫度、pH、有無抑制劑等）有關(guān)，、有無抑制劑等）有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。酶的種類不同，與酶的濃度無關(guān)。酶的種類不同，Km值不同，同一種酶值不同，同一種酶與不同底物作用時，與不同底物作用時，Km值也不同。各種酶的值也不同。各種酶的Km值范圍很值范圍很廣，大致在廣，大致在10-110-6M之間。之間。 3.K3.Km m值表示酶與底物之間的親和程度：值表示酶與底物之間的親和程度：K Km m

21、值大表示親和程度小，酶的催化活性低值大表示親和程度小，酶的催化活性低; ; K Km m值小表示親和程度大值小表示親和程度大, ,酶的催化活性高。酶的催化活性高。 米氏常數(shù)的測定米氏常數(shù)的測定 基 本 原 則基 本 原 則 ： 將 米 氏 方 程 變 化 成 相 當 于將 米 氏 方 程 變 化 成 相 當 于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出的直線方程，再用作圖法求出Km。 例：例：雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）法） 米氏方程的雙倒數(shù)形式：米氏方程的雙倒數(shù)形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 1 1 K Km 1 1m 1 1

22、 = = + + V V V Vmax S max S V Vmaxmax-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數(shù)Km的測定：酶的酶的Km在實際應用中的意義在實際應用中的意義 鑒定酶：通過測定鑒定酶：通過測定Km，可鑒別不同來源或相同來源但在，可鑒別不同來源或相同來源但在不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同反應的酶是否是屬不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同反應的酶是否是屬于同一種酶。于同一種酶。 判斷酶的最適底物。（即判斷酶的最適底物。（即Km值最小的底物值最小的底物 ） 計算一定速度

23、下底物濃度。計算一定速度下底物濃度。 了解酶的底物在體內(nèi)具有的濃度水平。了解酶的底物在體內(nèi)具有的濃度水平。 判斷反應方向或趨勢。判斷反應方向或趨勢。如一個反應的正逆方向由同一如一個反應的正逆方向由同一個酶催化，則個酶催化，則Km值較小的那向反應催化效率較高。值較小的那向反應催化效率較高。 Km值小，表示用很低的底物濃度即可達到最大反應速度的值小，表示用很低的底物濃度即可達到最大反應速度的一半，說明酶與底物親和力大。一半，說明酶與底物親和力大。 。從米氏方程中求得：從米氏方程中求得：當反應速度達到最大反應速度的當反應速度達到最大反應速度的90%，則，則90%V =100%VS/(km +S)v

24、= Vmax Skm + S即 S = 9km在進行酶活力測定時，通常用4km的底物濃度即可。計算一定速度下底物濃度計算一定速度下底物濃度二二 pH pH 的影響的影響 在一定的在一定的pH pH 下下, , 酶具有最大的催酶具有最大的催化活性化活性, ,通常稱通常稱此此pH pH 為最適為最適 pHpH。2345678910020406080100pHRelative Activity (%)pHv最適最適pH（optimum pH）pH穩(wěn)定性：在一定穩(wěn)定性：在一定pH范圍內(nèi)酶是穩(wěn)定范圍內(nèi)酶是穩(wěn)定pH對酶作用的影響機制對酶作用的影響機制：1.環(huán)境過酸、過堿使酶變性失活；環(huán)境過酸、過堿使酶變性

25、失活；2.影響酶活性基團的解離；影響酶活性基團的解離；3.影響底物的解離。影響底物的解離。三三 溫度的影響溫度的影響 一方面是溫度升高一方面是溫度升高, ,酶酶促反應速度加快。促反應速度加快。 另一方面另一方面, ,溫度升高溫度升高, ,酶酶的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化的高級結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化或變性，導致酶活性降或變性，導致酶活性降低甚至喪失。低甚至喪失。 因此大多數(shù)酶都有一個因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。最適溫度。 在最適溫在最適溫度條件下度條件下, ,反應速度最反應速度最大。大。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity

26、(%)高溫兩種不同影響：1.溫度升高，反應速度溫度升高，反應速度加快加快；2.溫度升高，酶熱變性溫度升高，酶熱變性速度加快速度加快。低溫影響：1.溫度降低，酶活性降溫度降低，酶活性降低低2.溫度過低,酶無活性但不變性Tv最適溫度四四 激活劑對酶作用的影響激活劑對酶作用的影響 凡能提高酶活力的物質(zhì)都是酶的激活劑。凡能提高酶活力的物質(zhì)都是酶的激活劑。如如Cl-是唾液淀粉酶的激活劑。是唾液淀粉酶的激活劑。金屬離子：金屬離子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ Co2+、Fe2+ 陰離子：陰離子： Cl-、Br有機分子有機分子 還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽還原劑：

27、抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金屬螯合劑：金屬螯合劑：EDTA - 這些離子可與酶分子上的氨基酸側(cè)鏈基團結(jié)合，可能是酶活性部位的組成部分，也可能作為輔酶或輔基的一個組成部分起作用 一般情況下，一種激活劑對某種酶是激活劑，而對另一種酶則起抑制作用； 對于同一種酶，不同激活劑濃度會產(chǎn)生不同的作用。應用激活劑時應注意應用激活劑時應注意五五 抑制劑對酶活性的影響抑制劑對酶活性的影響 使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。 能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。 酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：酶的抑制

28、劑一般具備兩個方面的特點： a.a.在化學結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡在化學結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。狀態(tài)相似。 b.b.能夠與酶以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的能夠與酶以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復合體或結(jié)合物。復合體或結(jié)合物。抑制劑類型和特點抑制劑類型和特點 競爭性抑制劑競爭性抑制劑可逆抑制劑可逆抑制劑 非競爭性抑制劑非競爭性抑制劑 反競爭性抑制劑反競爭性抑制劑 非專一性不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑不可逆抑制劑 專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑 抑制劑與酶的必需基團以共價鍵結(jié)合，引起抑制劑與酶的必需基團以共價鍵結(jié)合，引起酶活力喪失，不

29、能用透析、超濾等物理方法酶活力喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活。除去抑制劑而使酶復活。 （一）不可逆抑制（一）不可逆抑制1、非專一性不可逆抑制劑、非專一性不可逆抑制劑 抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些基團中包含了必需基團，因而引起酶失活。基團中包含了必需基團，因而引起酶失活。類型類型：2、專一性不可逆抑制劑、專一性不可逆抑制劑 這類抑制劑選擇性很強，它只能專一性這類抑制劑選擇性很強，它只能專一性地與酶活性中心的某些基團不可逆結(jié)合，地與酶活性中心的某些基團不可逆結(jié)合，引起酶的活性喪失。引起酶的活性喪失。 （二）（二） 可逆抑

30、制可逆抑制 抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法透析等方法被除去，并且能部分或全部被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為三類情況，又可以分為三類1 1 竟爭性抑制竟爭性抑制 某些抑制劑的化學結(jié)構(gòu)與底物相似，因某些抑制劑的化學結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結(jié)合。當而能與底物竟爭與酶活性中心結(jié)合。當抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應中心之外，其結(jié)果是酶促反應被在反應中

31、心之外，其結(jié)果是酶促反應被抑制了。抑制了。+IEIESP+ EE+S競爭性抑制作用競爭性抑制作用 實例：磺胺藥物的藥用機理實例：磺胺藥物的藥用機理H2N- -SO2NH2對氨基苯磺酰胺對氨基苯磺酰胺H2N- -COOH對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤葉酸葉酸競爭性抑制作用特點競爭性抑制作用特點：1）競爭性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)十分相似，二者競爭酶的結(jié)合部位。3）Vmax不變，Km增大SvV/2km2）抑制程度取決于I和S的濃度以及與酶結(jié)合的親和力大小。km無 I有 I4）可以通過增大底可以通過增大底物濃度，即提高底物濃度，即提高底物的競爭能力來消物的競爭能力

32、來消除。除。2 2 非竟爭性抑制非竟爭性抑制 酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導至酶活性下降。抑制劑與活構(gòu)象變化，并導至酶活性下降。抑制劑與活性中心以外的基團結(jié)合，不與底物競爭美的性中心以外的基團結(jié)合，不與底物競爭美的活性中心，所以稱為非競爭性抑制劑?；钚灾行模苑Q為非競爭性抑制劑。 如某些金屬離子（如某些金屬離子（CuCu2+2+、AgAg+ +、HgHg2+2+）以及）以及EDTAEDTA等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的- -SHSH基團作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競基團作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起

33、非競爭性抑制。爭性抑制。非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用+IEI+SESIESP+ EE+S+I實例：重金屬離子（實例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金屬絡合劑（金屬絡合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）u非競爭性抑制特點非競爭性抑制特點：l1）、抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，抑制劑與酶活性中心）、抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，抑制劑與酶活性中心以外的基團結(jié)合。以外的基團結(jié)合。l2）、）、Vm下降，下降，Km不變不變l3）、非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消）、非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除除。l非競爭性抑制可用下式表示：非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用：底物

34、和抑制劑同時與酶結(jié)合，但形成的EIS不能進一步轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。S + EESE + P + IEI + IEIS+SE+Pv = V1+I/ki Skm + SSv無 IV/2km有 I()3、反競爭性抑制作用、反競爭性抑制作用酶只有在與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合，引起酶活性下降。ESIESP+ EE+S+I反競爭性抑制特點：反競爭性抑制特點：1 1）抑制劑與酶和底物的復合物結(jié)合。）抑制劑與酶和底物的復合物結(jié)合。2 2）VmaxVmax，KmKm都變小，但都變小，但Vmax/KmVmax/Km比值不變。比值不變。 3 3）底物濃度增加，抑制作用加強）底物濃度增加，抑制作用加強。u反競爭性抑制：u

35、例如氰化物對芳香硫酸酯酶的抑制作用 有無抑制劑存在時酶促反應的動力學方程有無抑制劑存在時酶促反應的動力學方程 酶的應用1、通過酶活力變化進行疾病診斷、通過酶活力變化進行疾病診斷酶疾病與酶活力變化淀粉酶胰臟疾病，腎臟疾病時升高；肝病時下降膽堿酯酶肝病、肝硬化、有機磷中毒、風濕等，活力下降酸性磷酸酶前列腺癌、肝炎、紅血球病變時，活力升高堿性磷酸酶佝僂病、軟骨化病、骨瘤、甲狀旁腺機能亢進時，活力升高；軟骨發(fā)育不全等，活力下降谷丙轉(zhuǎn)氨酶/谷草轉(zhuǎn)氨酶肝病、心肌梗塞等，活力升高-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（-GT）原發(fā)性和繼發(fā)性肝癌，活力增高至200單位以上，阻塞性黃疸、肝硬化、膽道癌等，血清中酶活力升高醛縮酶急性傳染

36、性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力顯著升高胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指腸潰瘍，活力下降磷酸葡糖變位酶肝炎、癌癥，活力升高乳酸脫氫酶肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力顯著升高；肝硬化，活力正常端粒酶癌細胞中含有端粒酶，正常體細胞內(nèi)沒有端粒酶活性山梨醇脫氫酶（SDH）急性肝炎，活力顯著提高脂肪酶急性胰腺炎，活力明顯增高，胰腺癌、膽管炎患者，活力升高肌酸磷酸激酶（CK）心肌梗塞，活力顯著升高；肌炎、肌肉創(chuàng)傷，活力升高羥基丁酸脫氫酶心肌梗塞、心肌炎，活力增高磷酸己糖異構(gòu)酶急性肝炎，活力極度升高；心肌梗塞、急性腎炎，腦溢血，活力明顯升高鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明顯升高乳酸脫氫酶同工酶心肌梗塞、惡性貧血，LDH1增高；白血病、肌肉萎縮，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌，LDH3增高；轉(zhuǎn)移性肝癌、結(jié)腸癌，LDH4增高；肝炎、原發(fā)性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、