生化-第3章-酶(已看)

1、第第 三三 章章 酶酶(Chapter 3 Enzyme)第一節(jié)第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)酶的分子結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 酶促反應(yīng)的特點酶促反應(yīng)的特點第三節(jié)第三節(jié) 酶促反應(yīng)機制酶促反應(yīng)機制第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應(yīng)的動力學(xué)酶促反應(yīng)的動力學(xué)第五節(jié)第五節(jié) 酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié)第六節(jié)第六節(jié) 酶活性的測定酶活性的測定（自學(xué)）（自學(xué)）第七節(jié)第七節(jié) 酶的命名和分類酶的命名和分類（自學(xué)）（自學(xué)）第八節(jié)第八節(jié) 其他具有催化作用的生物大分子其他具有催化作用的生物大分子第九節(jié)第九節(jié) 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系（自學(xué)）（自學(xué)）本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 什么是酶？什么是酶？ 酶是一類由酶是一類由活細(xì)胞活細(xì)胞產(chǎn)生，對其產(chǎn)生，對其特特

2、異性底物異性底物具有具有高效催化高效催化作用的作用的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。 生命活動離不開酶生命活動離不開酶 酶對體內(nèi)的代謝發(fā)揮著巧妙的調(diào)節(jié)作用酶對體內(nèi)的代謝發(fā)揮著巧妙的調(diào)節(jié)作用 人體的許多疾病與酶的異常密切相關(guān)人體的許多疾病與酶的異常密切相關(guān)酶的生物學(xué)意義酶的生物學(xué)意義第一節(jié)第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)酶的分子結(jié)構(gòu)一、酶的分子組成一、酶的分子組成 l單純酶單純酶 （simple enzyme)l結(jié)合酶結(jié)合酶 （conjugated enzyme) 全酶（holoenzyme)蛋白質(zhì)部分：蛋白質(zhì)部分：酶蛋白酶蛋白（apoenzyme) 輔因子(cofactor)小分子有機化合物金屬離子 金屬離子金屬離子金屬酶

3、金屬酶金屬活化酶金屬活化酶結(jié)合緊密，不易丟失結(jié)合緊密，不易丟失結(jié)合疏松，但是酶活性所必須結(jié)合疏松，但是酶活性所必須金屬離子的作用金屬離子的作用 穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu)象。穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu)象。 參與催化反應(yīng)，傳遞電子。參與催化反應(yīng)，傳遞電子。 酶和底物之間發(fā)揮橋梁作用。酶和底物之間發(fā)揮橋梁作用。 中和負(fù)電荷，降低靜電斥力。中和負(fù)電荷，降低靜電斥力。（一）金屬離子作為輔因子（一）金屬離子作為輔因子B族維生素、血紅素等。族維生素、血紅素等。小分子有機化合物的作用小分子有機化合物的作用載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子及其他基團。載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子及其他基團。（二）小分子有機化合物作為輔因子（二）小分子有機化合

4、物作為輔因子（三）（三） 輔因子的分類輔因子的分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度不同）（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度不同）輔酶（輔酶（coenzyme) 與酶蛋白結(jié)合疏松，可以用透析或超濾的方法除去。與酶蛋白結(jié)合疏松，可以用透析或超濾的方法除去。 輔基（輔基（prosthetic group) 與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。維生素維生素B2核黃素（核黃素（RiboflavinRiboflavin）活性形式活性形式 FAD(FAD(黃素黃素- -腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸) ) FMN( FMN(黃素單核苷酸黃素單核苷酸) )NCCNH

5、NNOOCH2CHCHCHCH2OPOHOHOHOHOOHCH3CH3H許多氧化還原酶的輔基。起著氫的傳遞體作用許多氧化還原酶的輔基。起著氫的傳遞體作用 CH3CH3NCCNHNNOOCH2CHCHCHCH2OPOOHOHOHOOHOCH2OHOHNNNH2NNFMN FAD維生素維生素PP尼可酸尼可酸（nicotinic acidnicotinic acid ），）， 尼可酰胺尼可酰胺（nicotinamidenicotinamide ），），活性形式活性形式 NADNAD+ + ( (尼可尼可酰胺酰胺- -腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶I) I) 和和NADPNADP

6、+ +( (尼尼可可酰胺酰胺- -腺嘌呤二核苷酸磷酸腺嘌呤二核苷酸磷酸, ,又稱為輔酶又稱為輔酶II )II )NCOOHNCONH2許多不需氧脫氫酶的輔酶。起著氫的傳遞體作用許多不需氧脫氫酶的輔酶。起著氫的傳遞體作用OCH2OPOPOCH2OHOHO OO-O-N+CONH2OOHOH(OPO3H2)NNNH2NN（一）必需基團（一）必需基團 酶分子中與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團。酶分子中與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團。 常見的必需基團：常見的必需基團：Ser OHHis 咪唑基咪唑基Cys SHAsp - COOH二、酶的活性中心二、酶的活性中心（二）酶的活性中心（二）酶的活性中心 (activ

7、e center)(active center)的概念的概念 必需基團在一級結(jié)構(gòu)上可能相隔甚遠(yuǎn)，必需基團在一級結(jié)構(gòu)上可能相隔甚遠(yuǎn)，但在空間結(jié)構(gòu)上十分接近，構(gòu)成特定的與但在空間結(jié)構(gòu)上十分接近，構(gòu)成特定的與酶催化活性密切相關(guān)的區(qū)域，即能與底物酶催化活性密切相關(guān)的區(qū)域，即能與底物結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的空間結(jié)構(gòu)，結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的空間結(jié)構(gòu)，稱為酶的活性中心稱為酶的活性中心(active center)(active center)或活或活性部位（性部位（active siteactive site）。）。 l 活性中心內(nèi)的必需基團活性中心內(nèi)的必需基團結(jié)合基團（binding group)與

8、底物結(jié)合催化基團（catalytic group)催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物l 活性中心外的必需基團活性中心外的必需基團 位于活性中心以外，維持酶活性應(yīng)位于活性中心以外，維持酶活性應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。有的空間構(gòu)象所必需。舉例：己糖激酶催化G生成G-6-P的過程 己糖激酶己糖激酶 或葡萄糖激酶（肝）或葡萄糖激酶（肝） G + ATP G-6-P + ADP 第二節(jié)第二節(jié) 酶促反應(yīng)特點酶促反應(yīng)特點一、一、 高效性高效性 10 105 510101717倍倍 降低活化能降低活化能二、高度特異性二、高度特異性1 1）定義）定義 一種酶只作用于一種酶只作用于一種或一類一種或一類化合物化合物，進行一種類型的化學(xué)

9、反應(yīng)，以得到一進行一種類型的化學(xué)反應(yīng)，以得到一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，這種現(xiàn)象稱為酶的定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，這種現(xiàn)象稱為酶的特特異性（異性（specificity)。 三種類型：三種類型：2） 分類分類 立體異構(gòu)特異性（立體異構(gòu)特異性（stereo spcificity)絕對特異性絕對特異性(absolute specificity)相對特異性相對特異性(relative specificity) 結(jié)構(gòu)特異性（結(jié)構(gòu)特異性（structure specificity) 立體異構(gòu)特異性（立體異構(gòu)特異性（stereo spcificity)一種酶只能作用于立體異構(gòu)體中的一種。一種酶只能作用于立體異構(gòu)體中的一種。L -

10、 乳酸乳酸LDH丙酮酸丙酮酸NADH+H+NAD+ 絕對專一性絕對專一性(absolute specificity)(absolute specificity)一種酶只對一種化合物有催化活性。一種酶只對一種化合物有催化活性。尿素尿素脲酶脲酶NH3+ CO2 相對特異性相對特異性(relative specificity)(relative specificity) 一種酶可以催化一類底物一種酶可以催化一類底物( (結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)或一種化學(xué)鍵或一種化學(xué)鍵) )。磷脂酶A2催化取代基X不同的磷脂水解相同的2-位酯酰鍵第三節(jié)第三節(jié) 酶促反應(yīng)的機制酶促反應(yīng)的機制一、酶一、酶- -底物復(fù)合

11、物形成和誘導(dǎo)契合學(xué)說底物復(fù)合物形成和誘導(dǎo)契合學(xué)說 酶與底物分子結(jié)合時，酶與底物的結(jié)構(gòu)酶與底物分子結(jié)合時，酶與底物的結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互形變、相互適應(yīng)，使酶活性相互誘導(dǎo)、相互形變、相互適應(yīng)，使酶活性中心與底物密切結(jié)合，這就是誘導(dǎo)契合中心與底物密切結(jié)合，這就是誘導(dǎo)契合 (induced-fit)(induced-fit)學(xué)說學(xué)說 。productsenzymeenzymeSSenzymeSSSSenzyme圖圖3-3 3-3 酶與底物的誘導(dǎo)契合模型酶與底物的誘導(dǎo)契合模型二、鄰近效應(yīng)和定向排列二、鄰近效應(yīng)和定向排列三、酸堿催化三、酸堿催化四、表面效應(yīng)四、表面效應(yīng)第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應(yīng)的動力學(xué)酶促反應(yīng)的

12、動力學(xué)（Kinetics of Enzyme-catalyzed Reaction) 概概 述述l 酶動力學(xué)酶動力學(xué)研究酶促反應(yīng)速率及影響因素的科學(xué)。研究酶促反應(yīng)速率及影響因素的科學(xué)。l 研究意義研究意義 為研究酶結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系提供實驗為研究酶結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系提供實驗依據(jù)；探索酶催化的有利條件依據(jù)；探索酶催化的有利條件, ,有利于了有利于了解酶在物質(zhì)代謝中的作用和了解部分藥物解酶在物質(zhì)代謝中的作用和了解部分藥物的作用機制。的作用機制。l反應(yīng)速率（反應(yīng)速率（Velocity, V )單位時間內(nèi)產(chǎn)物的增加量或反應(yīng)物的減少量。單位時間內(nèi)產(chǎn)物的增加量或反應(yīng)物的減少量。l反應(yīng)初速率（反應(yīng)初速率（Ini

13、tial velocity) 反應(yīng)剛開始時的反應(yīng)速率。反應(yīng)剛開始時的反應(yīng)速率。 下述所提及的反應(yīng)速率均為反應(yīng)初速率。下述所提及的反應(yīng)速率均為反應(yīng)初速率。研究某一因素時，其他因素均固定不變。研究某一因素時，其他因素均固定不變。底物濃度底物濃度酶濃度酶濃度pHpH溫度溫度抑制劑抑制劑l影響酶促反應(yīng)速率的因素影響酶促反應(yīng)速率的因素一、底物濃度對酶促反應(yīng)速率的影響一、底物濃度對酶促反應(yīng)速率的影響（一）酶促反應(yīng)速率對底物濃度作圖呈矩形雙曲線（一）酶促反應(yīng)速率對底物濃度作圖呈矩形雙曲線 S較低時，較低時，V與與S成成正比；正比； S 逐漸增加，反應(yīng)速逐漸增加，反應(yīng)速率不再成正比例加速；率不再成正比例加速；

14、 當(dāng)當(dāng)S增加到一定程度時，增加到一定程度時，反應(yīng)速率不再增加，達到反應(yīng)速率不再增加，達到最大反應(yīng)速率。最大反應(yīng)速率。1913年，年，Michaelis and Menten 提出提出V與與S關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式。關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式。即著名的即著名的Michaelis-Menten 方方程（程（米氏方程）。米氏方程）。（二）米氏方程（二）米氏方程S:S:底物濃度。底物濃度。V:V:不同底物濃度下的反應(yīng)速不同底物濃度下的反應(yīng)速率。率。 V Vmaxmax：最大反應(yīng)速率：最大反應(yīng)速率 （Maximum velocity)Maximum velocity)。K Km m：米氏常數(shù)（：米氏常數(shù)（Michael

15、is Michaelis constant)constant)。1. Michaelis-Menten 方程方程V=Vmax SKm + S2. 米氏常數(shù)（ Km）的意義）的意義1 1） Km值是酶的特征性常數(shù)值是酶的特征性常數(shù)與酶結(jié)構(gòu)、底物種類、外界環(huán)境有關(guān)；與酶結(jié)構(gòu)、底物種類、外界環(huán)境有關(guān)；與酶濃度無關(guān)。與酶濃度無關(guān)。己糖激酶己糖激酶GG-6-PKm=0.4 10-3GG-6-P葡萄糖激酶葡萄糖激酶Km =12 10-31/2Vmax底物濃度底物濃度KmVmax初速率初速率maxmSSVKV+圖圖3 - 4 底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 Km=S，即，即K Km

16、 m表示反應(yīng)速率表示反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時的為最大反應(yīng)速率一半時的SS。其單位為其單位為 mmol/L。 Vmax2=Vmax SKm+ S2）Km值表示反應(yīng)速率為最大反應(yīng)值表示反應(yīng)速率為最大反應(yīng) 速率一半時的速率一半時的S。3 3）KmKm值反映了酶對底物親和力的大小值反映了酶對底物親和力的大小Km親和力愈大親和力愈大；Km親和力愈小親和力愈小己糖激酶己糖激酶GG-6-PKm=0.4 10-3GG-6-P葡萄糖激酶葡萄糖激酶Km =12 10-3二、酶濃度對酶促反應(yīng)速率的影晌二、酶濃度對酶促反應(yīng)速率的影晌 在酶促反應(yīng)體系中，底物的濃度又足夠大，酶全部被底物飽和時，則反應(yīng)速率與酶濃度成正

17、比 。初速率初速率酶濃度酶濃度三、三、pHpH對酶促反應(yīng)速率的影晌對酶促反應(yīng)速率的影晌 酶的最適pH（optimum pH） 在某一pH環(huán)境下，使各必需基團的解離情況得到統(tǒng)籌兼顧，相互協(xié)調(diào)，使酶可以發(fā)揮最大活性。這種酶催化活性最高時反應(yīng)系統(tǒng)的pH稱為酶的最適pH。268104酶酶的的相相對對活活性性pH胃蛋白酶胰蛋白酶堿性磷酸酶圖圖3-7 pH對三種不同酶活性的對三種不同酶活性的影響影響四、溫度對酶促反應(yīng)速率的影晌四、溫度對酶促反應(yīng)速率的影晌l最適溫度（optimum temperature） 酶促反應(yīng)速率最大時的反應(yīng)系統(tǒng)溫度，稱為酶促反應(yīng)的最適溫度。恒溫動物組織中，酶的最適溫度一般在3740

18、圖圖3-8 溫度對唾液淀粉酶活性的影響溫度對唾液淀粉酶活性的影響五、抑制劑對酶促反應(yīng)速率的影晌五、抑制劑對酶促反應(yīng)速率的影晌l 酶的抑制劑(inhibitor，I) 與酶結(jié)合使酶催化活性降低或喪失，而不引起酶蛋白變性的一類化合物。l 抑制作用的類型抑制作用的類型可逆性抑制可逆性抑制（reversible inhibition）不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)（一）（一） 不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibition) l 定義定義 抑制劑與酶的必需基團以抑制劑與酶的必需基團以共價鍵共價鍵結(jié)合而引結(jié)合而引起酶活力喪失，起酶活

19、力喪失，不能不能用物理方法除去抑制劑而用物理方法除去抑制劑而使使酶復(fù)活酶復(fù)活，稱為不可逆性抑制。，稱為不可逆性抑制。有機磷化合物有機磷化合物羥基酶羥基酶I：敵敵畏、美曲膦酯等農(nóng)藥：敵敵畏、美曲膦酯等農(nóng)藥E：蛋白酶、：蛋白酶、 酯酶（膽堿酯酶）酯酶（膽堿酯酶）XPOROOR+ HO 絲絲酶酶POROOOR酶酶+ HX( (二）可逆性抑制二）可逆性抑制（Reversible Inhibition）l 概念：概念： 抑制劑與酶非共價疏松結(jié)合而引起酶活性抑制劑與酶非共價疏松結(jié)合而引起酶活性降低或喪失，稱為可逆性抑制。降低或喪失，稱為可逆性抑制。 l 特點特點a. a. 結(jié)合可逆，除去抑制劑，酶活性可以

20、恢復(fù)結(jié)合可逆，除去抑制劑，酶活性可以恢復(fù) ；b. b. 酶活性降低而非喪失。酶活性降低而非喪失。l 類型類型 競爭性抑制競爭性抑制 （competitive inhibition ）反競爭性抑制反競爭性抑制 （uncompetitive inhibition）混合性抑制混合性抑制 （mixed inhibition )非競爭性抑制非競爭性抑制 (non-competitive inhibition）根據(jù)根據(jù)I I與與E E結(jié)合的方式不同，可以分為四種結(jié)合的方式不同，可以分為四種 ：1. 1. 竟?fàn)幮砸种凭範(fàn)幮砸种苐某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與作用物相似，因某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與作用物相似，因而能與作

21、用物竟?fàn)幉⑴c酶活性中心結(jié)合。而能與作用物竟?fàn)幉⑴c酶活性中心結(jié)合。使有活性的酶的數(shù)量減少，酶促反應(yīng)被抑使有活性的酶的數(shù)量減少，酶促反應(yīng)被抑制了。制了。l竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大作用物濃度竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大作用物濃度，即提高作用物的競爭能力來消除。，即提高作用物的競爭能力來消除。竟?fàn)幮砸种? * 舉例舉例l 丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸延胡索酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2COOHCH2CH2COOHCOOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸丙二酸丙二酸l加入競爭加入競爭性抑制劑性抑制劑后，后，K Km m 變變大，最大大，最大反應(yīng)速度反應(yīng)速度不變不變-4-202468100.00.20.

22、40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v競爭性抑制作用的動力學(xué)特征競爭性抑制作用的動力學(xué)特征無抑制劑競爭性抑制劑1/Vmax2. 非竟?fàn)幮砸种苐酶可同時與作用物及抑制劑結(jié)合，引酶可同時與作用物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)至酶活性下起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與作用物競降。由于這類物質(zhì)并不是與作用物競爭并與活性中心結(jié)合，因此稱為非競爭并與活性中心結(jié)合，因此稱為非競爭性抑制劑。爭性抑制劑。非非竟竟?fàn)帬幮孕砸忠种浦苐加入非競加入非競爭性抑制爭性抑制劑后，劑后，K Km m 雖然不變雖然不變，但，但V Vmaxmax減小。減小。非競爭性抑制作用的動力

23、學(xué)特征非競爭性抑制作用的動力學(xué)特征-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/mmol.L-1)1/v無抑制劑非競爭性抑制劑-1/km3.3. 反竟?fàn)幮砸种品淳範(fàn)幮砸种苐此類抑制劑只能與酶與作用物的復(fù)合體此類抑制劑只能與酶與作用物的復(fù)合體結(jié)合，當(dāng)結(jié)合，當(dāng)ESES與與I I結(jié)合后，酶活性被抑制結(jié)合后，酶活性被抑制。l動力學(xué)特征為動力學(xué)特征為KmKm值變小，最大反應(yīng)速度值變小，最大反應(yīng)速度降低。降低。作用特點作用特點無抑制無抑制劑劑競爭性抑競爭性抑制劑制劑非競爭性非競爭性抑制劑抑制劑反競爭性反競爭性抑制劑抑制劑I I的結(jié)合部位的結(jié)合部位EE、ESES酶促動力酶促動力學(xué)特點

24、學(xué)特點表觀表觀K Km mK Km m增大增大不變不變減小減小V VmaxmaxV Vmaxmax不變不變降低降低降低降低三種可逆性抑制作用的比較三種可逆性抑制作用的比較 第五節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié) 因環(huán)境因素的作用表現(xiàn)出催化活性變化，進而調(diào)整代謝途徑反應(yīng)速率的酶，統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)酶。l 調(diào)節(jié)酶（regulatory enzyme）別構(gòu)酶同工酶酶原l 定義定義 一、別構(gòu)酶（一、別構(gòu)酶（allosteric enzyme) 細(xì)胞內(nèi)有些酶活性中心以外的某個部位可與一些代謝物分子可逆結(jié)合，引起酶的空間構(gòu)象發(fā)生改變，進而影響酶的催化活性。這些通過構(gòu)象改變而影響其活性的酶稱為別構(gòu)酶。2. 別構(gòu)效應(yīng)劑別構(gòu)效應(yīng)劑 引起別構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)稱為別構(gòu)效引起別構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)稱為別構(gòu)效應(yīng)劑。使酶活性升高的物質(zhì)稱為別構(gòu)應(yīng)劑。使酶活性升高的物質(zhì)稱為別構(gòu)激活劑，使酶活性下降的物質(zhì)稱為別激活劑，使酶活性下降的物質(zhì)稱為別構(gòu)抑制劑。構(gòu)抑制劑。3. 3. 別構(gòu)部位別構(gòu)部位別構(gòu)效應(yīng)劑與酶結(jié)合的部位。別構(gòu)效應(yīng)劑與酶結(jié)合的部位。二、酶原二、酶原（一）酶原與酶原激活 有些酶在細(xì)胞內(nèi)剛合成或初分泌時并無活性，這類無活性的酶的前體，稱為酶原 。 l 酶原(zymogen /proenzyme）l 酶原激活 無活性的酶前體轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程稱為酶原激活。 149 24514814716 1461514 1 13糜蛋白酶在Arg15,Ile