生化·第3章·酶.ppt

生化第3章酶 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1掌掌握握酶酶的的化化学学本本质质及及酶酶促促反反应应的的特特点点；掌掌握握酶酶的的结结构构与与功功能能；掌掌握握酶酶促促反反应应动动力力学学的基本内容。的基本内容。2熟悉不可逆抑制作用，酶原激活的意义。熟悉不可逆抑制作用，酶原激活的意义。3了了解解酶酶在在生生命命活活动动中中的的重重要要意意义义，金金属属离离子子的的作作用用，酶酶促促反反应应的的机机制制，可可逆逆性性抑抑制制作作用用的的动动力力学学特特点点及及激激活活剂剂的的影影响响，酶酶的的命命名、分类，酶与医学的关系。名、分类，酶与医学的关系。目的与要求目的与要求 酶酶：由由活活细细胞胞合合成成的的以以蛋蛋白白质质为主的大分子生物催化剂。为主的大分子生物催化剂。大多数为大多数为蛋白质蛋白质少数为少数为核酸核酸核酶核酶(RNA)脱氧核酶脱氧核酶(DNA)底物底物(S)酶酶(E)产物产物(P)单体酶：由一条肽链构成的酶（具有三级结单体酶：由一条肽链构成的酶（具有三级结构）构）寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键相连的酶（具有四级结构）相连的酶（具有四级结构）多酶体系或多酶复合体：由几种不同功能的多酶体系或多酶复合体：由几种不同功能的酶聚合形成的多酶复合物。酶聚合形成的多酶复合物。多功能酶或串联酶：具有多种不同催化功能多功能酶或串联酶：具有多种不同催化功能的一条多肽链（由于基团融合形成）的一条多肽链（由于基团融合形成）一个团体一个团体一个全能一个全能运动员运动员 第一节第一节 酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能单纯酶：氨基酸单纯酶：氨基酸结合酶：结合酶：蛋白质部分蛋白质部分+非蛋白质部分非蛋白质部分 一一、酶的分子组成、酶的分子组成 酶蛋白酶蛋白 +辅助因子辅助因子（无催化活性）（无催化活性）（无催化活性）（无催化活性）全酶全酶 （有催化活性）（有催化活性）=决定催化反应的决定催化反应的特异性特异性全全酶酶酶蛋白酶蛋白辅助因子辅助因子金属离子金属离子小分子有机小分子有机化合物化合物（辅辅酶酶和和辅基辅基）作作用用：作作作作为为为为酶酶酶酶活活活活性性性性中中中中心心心心的的的的催催催催化化化化基基基基团团团团参参参参与与与与反反反反应应应应,传传传传递递递递电电电电子子子子；稳稳稳稳定定定定酶酶酶酶的的的的构构构构象象象象；中中中中和和和和阴阴阴阴离离离离子子子子；作为桥梁等作为桥梁等作为桥梁等作为桥梁等作作用用：参参加加催催化化过过程程，在在反反应应中中起起载载体体的的作作用用，传传递递电电子子、质质子子或或其其它它基基团团。通常含有通常含有B族维生素族维生素决定催决定催化反应化反应的的类型类型和性质和性质转移基团转移基团辅酶或辅酶或辅基辅基所含维生素所含维生素氢原子氢原子NAD+/NADP+（辅酶辅酶/辅酶辅酶）PPFMN、FADB2硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸醛基醛基TPPB1酰基酰基CoASH(辅酶辅酶A)泛酸泛酸CO2生物素生物素生物素生物素氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛B6一碳单位一碳单位FH4四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸二二、酶的活性中心酶的活性中心 必需基团必需基团（essential groupessential group）：酶分子）：酶分子中与酶的活性密切相关的基团。中与酶的活性密切相关的基团。酶酶的的必必需需基基团团在在一一级级结结构构上上可可能能相相距距很很远远，但但在在空空间间结结构构上上彼彼此此靠靠近近，组组成成具具有有特特定定空空间间结结构构的的区区域域，能能与与底底物物特特异异结结合合并并发发挥挥催催化化作作用用，将将底底物物转转变变为为产产物物的的部部位位称称为为酶酶的的活活性性中中心心（active center）或活性部位。）或活性部位。酶活性中心的示意图AB 必必需需基基团团分分类类结合结合基团基团活性中心活性中心内内必需基团必需基团活性中心活性中心外外必需基团必需基团催化催化基团基团有些必需基团可兼有结合和催化两种功能有些必需基团可兼有结合和催化两种功能不参与酶活性中心的构成，但却为维持酶的空间构象所必需结合底物催化底物这这些些必必需需基基团团的的改改变变会会影影响响酶酶的的空空间间结结构构，或或影影响响酶酶活活性性中中心心的的形形成成，使使其其丧丧失催化活性。失催化活性。酶活性中心的示意图酶促反应的速率一般用单位时间内酶促反应的速率一般用单位时间内底物底物的消耗量的消耗量或或产物的生成量产物的生成量表示。表示。酶活性单位：酶活性单位：国际单位（国际单位（IU）开特（开特（Kat）第二节第二节 酶的命名与分类酶的命名与分类Cysteine proteinase一一.酶的分类酶的分类国国际际生生物物化化学学与与分分子子生生物物学学会会酶酶学学委委员员会会根根据据酶催化的反应类型，将酶分为六大类：酶催化的反应类型，将酶分为六大类：1.氧化还原酶类（氧化还原酶类（oxidoreductases）2.转移酶类（转移酶类（transferase）3.水解酶类（水解酶类（hydrolases）4.裂解酶类（裂解酶类（lyases）5.异构酶类（异构酶类（isomerases）6.合成酶类（或连接酶类合成酶类（或连接酶类 ligases）二、酶的命名二、酶的命名（一）酶的习惯命名法（一）酶的习惯命名法 绝绝大大多多数数的的酶酶是是依依据据其其所所催催化化的的底底物物命命名名，在在底底物物的的英英文文名名词词上上加加尾尾缀缀ase作作为为酶酶的的名名称称，如如水水解解脂脂肪的酶为脂肪酶肪的酶为脂肪酶(Lipase)。某某些些酶酶根根据据其其所所催催化化的的反反应应类类型型或或方方式式命命名名，例例如如将将氨氨基基从从一一个个化化合合物物转转移移到到另另一一个个化化合合物物的的转转氨氨酶，催化脱氢的称为脱氢酶。酶，催化脱氢的称为脱氢酶。有有的的酶酶是是综综合合上上述述两两个个原原则则命命名名，如如乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶，谷丙转氨酶等。谷丙转氨酶等。在在上上述述命命名名基基础础上上再再加加上上酶酶的的来来源源和和酶酶的的其其它它特特点，例如胃蛋白酶，碱性磷酸酶和酸性磷酸酶。点，例如胃蛋白酶，碱性磷酸酶和酸性磷酸酶。（二）酶的系统命名法二）酶的系统命名法国际生物化学会酶学委员会提出的系统命名国际生物化学会酶学委员会提出的系统命名法的原则是以酶催化的整体反应为基础的。法的原则是以酶催化的整体反应为基础的。命名时应明确每种酶的底物及催化反应的性命名时应明确每种酶的底物及催化反应的性质（表质（表5-8），若有多个底物都要写明，其间），若有多个底物都要写明，其间用冒号（用冒号（）隔开。）隔开。第三节第三节酶促反应特点与机制酶促反应特点与机制一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点 它遵守一般催化剂的共同性质：它遵守一般催化剂的共同性质：1.在化学反应前后都没有质和量的改变；在化学反应前后都没有质和量的改变；2.只能促进热力学上允许进行的反应；只能促进热力学上允许进行的反应；3.能等效加速正、反两相反应，而不能改变反应的平能等效加速正、反两相反应，而不能改变反应的平衡点，即不改变反应的平衡常数。衡点，即不改变反应的平衡常数。4.酶和一般催化剂都是通过酶和一般催化剂都是通过降低反应活化能降低反应活化能而使反应而使反应速率加快。速率加快。酶不同于一般催化剂的特点：酶不同于一般催化剂的特点：（一）（一）酶的催化效率极高酶的催化效率极高 酶酶的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高1081012倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高 1071013倍。倍。因为酶能大幅度的因为酶能大幅度的降低反应的活化能降低反应的活化能 活化分子：在任何一种热力学允许的活化分子：在任何一种热力学允许的反应体系中底物分子平均能量较低，反应体系中底物分子平均能量较低，只有那些能量较高、达到或超过一定只有那些能量较高、达到或超过一定能量水平的分子才有可能发生化学反能量水平的分子才有可能发生化学反应，这些分子称为活化分子。应，这些分子称为活化分子。活化分子所具有的高出平均水平的能活化分子所具有的高出平均水平的能量称为活化能量称为活化能酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变反应过程反应过程能能量量非催化反非催化反应活化能应活化能酶促反应酶促反应底物底物一般催化剂催一般催化剂催化反应活化能化反应活化能反应总能量改变反应总能量改变产物产物活化能活化能催化剂催化剂每摩尔需活化能每摩尔需活化能无无18 000J18 000J胶态钯胶态钯11 700J11 700J过氧化氢酶过氧化氢酶2 000J2 000J过氧化氢分解反应所需活化能过氧化氢分解反应所需活化能（二）（二）酶具有高度特异性酶具有高度特异性 酶酶对对所所催催化化的的底底物物具具有有严严格格的的选选择择性性，既既一一种种酶酶只只作作用用于于一一种种或或一一类类化化合合物物，或或一一种种化化学学键键，催催化化一一定定的的化化学学反反应应并并产产生生一一定定结结构构的的产产物物，这这种种现现象象称称为为酶的特异性或专一性酶的特异性或专一性。根根据据各各种种酶酶对对其其底底物物结结构构要要求求的的程程度度不不同同，酶酶的的特特异异性性可可大大致致分分为为以以下下三三种种：1、绝对特异性绝对特异性：有的酶只能作用于：有的酶只能作用于特定结构特定结构的的底物，进行一种专一的反应生成特定结构的产底物，进行一种专一的反应生成特定结构的产物，称之为绝对特异性（物，称之为绝对特异性（absolute specificity）。）。图图5-9 5-9 蔗糖酶的水解作用蔗糖酶的水解作用2、相对特异性相对特异性：大多数酶作用于：大多数酶作用于一类化合物或一类化合物或一种化学键一种化学键，这种不太严格的选择性称为相对，这种不太严格的选择性称为相对特异性（特异性（relative specificity）。）。3立体异构特异性立体异构特异性：一些酶仅能催化：一些酶仅能催化一种立体异一种立体异构体构体进行反应，或其催化的结果只产生一种立体异进行反应，或其催化的结果只产生一种立体异构体，酶对立体异构物的选择性称为立体异构特异构体，酶对立体异构物的选择性称为立体异构特异性（性（stereospecificity）。）。图图5-11 5-11 乳酸脱氢酶的立体异构特异性乳酸脱氢酶的立体异构特异性（三）敏感性强（三）敏感性强酶的本质是蛋白质，所以酶的本质是蛋白质，所以不耐热，易于变性不耐热，易于变性酶活性的调节酶活性的调节（四）（四）酶活性的可调节性酶活性的可调节性 酶活性的调节酶活性的调节变构调节变构调节共价修饰共价修饰快速调节快速调节酶含量的调节酶含量的调节酶蛋白合成的诱导酶蛋白合成的诱导酶蛋白合成的阻遏酶蛋白合成的阻遏 酶蛋白降解酶蛋白降解 慢调节慢调节酶原的激活酶原的激活原则：底物促进，产物抑制原则：底物促进，产物抑制 二、酶与底物的结合有利于形成过渡态二、酶与底物的结合有利于形成过渡态 S P中间产物学说：中间产物学说：E+S ES E+P不稳定不稳定E 酶酶底底物物复复合合物物的的形形成成和和诱诱导导契契合合学学说说：酶酶和和底底物物的的结结构构能能相相互互诱诱导导，并并导导致致相相互互变变形形，相相互互适适应应，进进而而二二者者达达到到紧紧密密结结合合，这这种种酶酶与与底底物物相相互互诱诱导导结结合合过过程程，称称为为诱诱导导契契合合学学说说（induced-fit hypothesis）酶与底物结合的诱导契合学说示意图酶与底物结合的诱导契合学说示意图 第四节第四节 酶动力学酶动力学 S 初速度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 图5-14 底物浓度对酶促反应速度的影响bca 酶促反应动力学是研究酶促反应的速酶促反应动力学是研究酶促反应的速率及其影响因素的科学。率及其影响因素的科学。S P E研究酶促反应动力学速率时前提：研究酶促反应动力学速率时前提：1、采采用用反反应应的的初初速速率率（不不考考虑虑逆逆反反应应）2、SE 酶应被完全饱和酶应被完全饱和 影响酶促反应速率的因素有影响酶促反应速率的因素有底物浓度、酶浓度、底物浓度、酶浓度、pH、温度、温度、抑制剂抑制剂及及激活剂激活剂等等。研究某一因素对酶促反应速研究某一因素对酶促反应速率的影响时，其他因素应保持不率的影响时，其他因素应保持不变，不然会有干扰。变，不然会有干扰。一一.底物浓度对酶促反应速率的影响底物浓度对酶促反应速率的影响 呈矩形双曲线呈矩形双曲线 S 初初速速度度 v0Vm axKm1/2Vm ax_ 图图5-14 底底物物浓浓度度对对酶酶促促反反应应速速度度的的影影响响bca S 初初速速度度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 图图5-14 底底物物浓浓度度对对酶酶促促反反应应速速度度的的影影响响bca在低底物浓度时，反应速率随底物浓度的增在低底物浓度时，反应速率随底物浓度的增加而呈直线上升，这种反应速率与底物浓度加而呈直线上升，这种反应速率与底物浓度呈正比的反应为呈正比的反应为一级反应一级反应（a段）段）。当底物浓度继续增加，反应体系中酶分当底物浓度继续增加，反应体系中酶分子大部分与底物结合时，反应速率的增子大部分与底物结合时，反应速率的增高则渐渐变缓，即反应的第二阶段为混高则渐渐变缓，即反应的第二阶段为混合级反应合级反应(b段段)。S 初初速速度度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 图图5-14 底底物物浓浓度度对对酶酶促促反反应应速速度度的的影影响响bca如底物浓度继续增加，所有的酶分子均如底物浓度继续增加，所有的酶分子均被底物饱和，反应速率不再增加，此时被底物饱和，反应速率不再增加，此时反应速率与底物浓度的增加无关反应速率与底物浓度的增加无关,反应为反应为零级反应零级反应(c)，曲线出现平坦。，曲线出现平坦。S 初初速速度度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 图图 5-14 底底 物物 浓浓 度度 对对 酶酶 促促 反反 应应 速速 度度 的的 影影 响响bca Vmax 为最大反应速率（为最大反应速率（maximum velocity）S 为底物浓度为底物浓度 Km 为米氏常数（为米氏常数（Michaelis constant）V 为不同为不同S时的反应速率时的反应速率 VmaxSKm+SV=（一）米氏方程式（一）米氏方程式反映底物浓度与反映底物浓度与反应速率的关系反应速率的关系 S 初初速速度度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 图图5-14 底底物物浓浓度度对对酶酶促促反反应应速速度度的的影影响响bca当底物浓度很低时（当底物浓度很低时（SKm），分母），分母中的中的S可忽略不计，此时可忽略不计，此时VmaxSKm+SV=VmaxSKm V=反应速率与反应速率与S呈正比，呈正比，成一级反应成一级反应 S 初初速速度度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 图图 5-14 底底 物物 浓浓 度度 对对 酶酶 促促 反反 应应 速速 度度 的的 影影 响响bca当底物浓度很高时（当底物浓度很高时（SKm），），Km可可忽略不计，此时忽略不计，此时VmaxSKm+SV=VVmax反应速率不再反应速率不再增加，反应呈增加，反应呈零级反应零级反应（二）（二）Km和和Vmax的意义的意义1.当当反反应应速速率率为为最最大大速速率率一一半半时时，米米氏氏方方程为：程为：Km=S这表示这表示Km值等于酶促反应速率为最大速率值等于酶促反应速率为最大速率 一半时的底物浓度一半时的底物浓度。当当 时时2.Km可表示酶和底物的亲和力可表示酶和底物的亲和力 Vmax1/2VmaxKmKmSKm值愈值愈小小，E和和S的亲和力愈的亲和力愈大大Km值愈值愈大大，E和和S的亲和力愈的亲和力愈小小VmaxSKm+SV=3.K Km m值值是是酶酶的的特特征征性性常常数数，它它与与酶酶结结构构，酶酶所所催催化化的的底底物物和和反反应应环环境境如如温温度度、pHpH、离离子子强强度度等等有有关关，而而与与酶浓度无关酶浓度无关。不同种类的酶的不同种类的酶的Km值不同值不同 如如果果一一种种酶酶有有多多个个底底物物，则则酶酶对对每每一一种种底底物物都都有有其其各各自自特特定定的的Km，而而其其中中Km值值最最小小的的底底物物称称为为该该酶酶的的最最适底物或天然底物适底物或天然底物某些酶的某些酶的Km值值 酶名称酶名称 底物底物 Km（mmol/L）过氧化氢酶过氧化氢酶 H2O2 25碳酸酐酶碳酸酐酶 H2CO3 9胰糜蛋白酶胰糜蛋白酶甘氨酰酪氨酰甘氨酸甘氨酰酪氨酰甘氨酸 108半乳糖苷酶半乳糖苷酶 D-乳糖乳糖 4.0己糖激酶己糖激酶 D-果糖果糖 1.5 ATP 0.4 D-葡萄糖葡萄糖 0.0154.Vmax 是酶被底物完全饱和时的反应速率是酶被底物完全饱和时的反应速率。（三）三）Km和和Vmax的测定的测定 Lineweaver和和Burk将将米米氏氏方方程程作作双双倒倒数数变变换换处处理理，将将矩矩形形双双曲曲线线变变成成直直线线作作图图，便便可可较较容容易易地地用用该该直直线线求求得得Vmax和和Km。S初速度 v0Vm axKm1/2Vm ax_ 图5-14 底物浓度对酶促反应速度的影响bca二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响Ev0sE三三.温度对酶促反应速率的影响温度对酶促反应速率的影响双重影响双重影响 酶促反应速率最大时的环境温度称为酶促反应酶促反应速率最大时的环境温度称为酶促反应的的最适温度最适温度（optimum temperature），但它），但它不是酶的特征性常数。不是酶的特征性常数。图5-19 温度对酶促反应速率的影响温度高于温度高于最适温度最适温度时，反应时，反应速率则因速率则因酶受热酶受热变变性性而降低而降低温度低于温度低于最适温度最适温度时，反应时，反应速率则因速率则因酶酶活性活性降降低而降低低而降低四四.pH对酶促反应速率的影响对酶促反应速率的影响 酶催化活性最大时的环境的酶催化活性最大时的环境的pH称为称为酶促反应的酶促反应的最适最适pH(optimum pH)。此时酶处于此时酶处于合适的解离状态合适的解离状态。最适最适pH也不是酶的特征性常数也不是酶的特征性常数 五五.抑制剂对酶促反应速率的影响抑制剂对酶促反应速率的影响 在酶促反应中，凡能使酶催化活性下降在酶促反应中，凡能使酶催化活性下降但但不不能引起酶变性的物质称为能引起酶变性的物质称为酶的抑制剂酶的抑制剂（inhibitor）。通常与必需基团结合。）。通常与必需基团结合。酶的抑制作用酶的抑制作用不可逆抑制不可逆抑制可逆抑制可逆抑制（一）不可逆抑制作用（一）不可逆抑制作用 一一些些抑抑制制剂剂与与酶酶的的活活性性中中心心的的必必需需基基团团以以共共价价键键结结合合，使使酶酶失失活活，这这种种抑抑制制剂剂不不能能用用简简单单的的透透析析、超超滤滤等等物物理理方方法法除除去去，这这类类抑抑制称为不可逆抑制作用。制称为不可逆抑制作用。特点：特点：1.此类抑制剂一般是非生物来源此类抑制剂一般是非生物来源 2.抑制剂与酶的抑制剂与酶的活性中心活性中心的的必需基团必需基团（OH，SH）以）以共价键共价键结合结合 3.抑制作用抑制作用不受底物浓度不受底物浓度的影响的影响+EO HR OPOXR OR OPOOR OE+HX有机磷化合物磷酰化酶酸羟基酶 例例1：羟基酶的抑制作用：羟基酶的抑制作用：有机磷有机磷农药可与农药可与胆碱酯酶胆碱酯酶活性中心的丝氨活性中心的丝氨酸羟基结合，使酶失活，导致乙酰胆碱堆积，酸羟基结合，使酶失活，导致乙酰胆碱堆积，造成副交感神经兴奋，中毒时出现恶心、呕吐、造成副交感神经兴奋，中毒时出现恶心、呕吐、多汗、肌肉震颤，瞳孔缩小等症状多汗、肌肉震颤，瞳孔缩小等症状 有机磷化合物P66ROR OPOONNC HC H3H O E+NC HC H3N O HROR OPOOE+解磷定临床上可用临床上可用解磷定解磷定（PAM）解除其抑制作）解除其抑制作用用 例例 巯基酶的不可逆抑制巯基酶的不可逆抑制 路易士气路易士气抑制抑制巯基酶巯基酶使人畜中毒使人畜中毒 ClAsClCH CHCl+ESHSHESSAs CH CHCl+2HCl路易士气巯基酶失活的酶酸 巯巯基基酶酶的的不不可可逆逆抑抑制制引引起起的的中中毒毒可可用用二二巯巯基基丙丙醇醇（BAL）解除其毒性。）解除其毒性。例例3：青霉素的抑菌作用也属于不可逆抑制：青霉素的抑菌作用也属于不可逆抑制 合成合成糖肽转肽酶糖肽转肽酶 肽聚糖（细菌细胞壁肽聚糖（细菌细胞壁 的主要成分）的主要成分）抑制细菌抑制细菌青霉素可与此酶活性中心青霉素可与此酶活性中心的丝氨酸共价键结合的丝氨酸共价键结合（二）可逆性抑制作用：（二）可逆性抑制作用：一一些些抑抑制制剂剂与与酶酶和和（或或）酶酶底底物物复复合合物物以以非非共共价价键键结结合合，使使酶酶活活性性降降低低或或消消失失，用用透透析析或或超超滤滤方方法法可可将将其其除除去去，这这类类抑抑制制是可逆抑制作用。可分为下列三种：是可逆抑制作用。可分为下列三种：1.竞争性竞争性抑制抑制 2.非竞争性抑制非竞争性抑制 3.反竞争性抑制反竞争性抑制 1.竞争性抑制竞争性抑制 有些物质与酶的底物结构相似，可与底物竞争有些物质与酶的底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，阻碍酶与底物结合而使酶的活酶的活性中心，阻碍酶与底物结合而使酶的活性降低，这种抑制作用称为竞争性抑制性降低，这种抑制作用称为竞争性抑制（competitive inhibition）。）。1.抑抑制制剂剂与与底底物物结结构构相相似似，与与酶酶的的活活性性中中心心结结合合2.其其抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和和力力，抑抑制制剂剂与与底底物物浓浓度度的的相相对对比比例例，即即受受底底物物浓浓度度的影响的影响特点：特点：反应过程反应过程：S SS SE EE EI II IE EE E +P+PS SS SE EE +SE +P+Ik1k2ESEIki 例：例：丙二酸对丙二酸对琥珀酸脱氢酶的琥珀酸脱氢酶的抑制作用抑制作用COOHCOOHCOOHCOOHCHCH2 2丙丙二二酸酸COOHCH2COOHCH2琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶COOHCHCOOHCH延胡索酸延胡索酸竞争性抑制倒数方程为竞争性抑制倒数方程为：其动力学特点：其动力学特点：无论竞争抑制剂浓度多少，各直线在纵轴截距都相同，无论竞争抑制剂浓度多少，各直线在纵轴截距都相同，即即Vmax不受抑制剂的影响。即不受抑制剂的影响。即Vmax不变不变横轴截距表示的横轴截距表示的Km右移，说明有抑制剂时右移，说明有抑制剂时Km大于无抑大于无抑制剂的制剂的Km值，有抑制剂时的值，有抑制剂时的Km称为表观称为表观Km（不是酶的真（不是酶的真正的正的Km）。即竞争性抑制剂可使）。即竞争性抑制剂可使酶的表观酶的表观Km增大增大。I 正正常常1v1 S1 Vmax-1 Km竞争性抑制在竞争性抑制在 医学临床中的应用：医学临床中的应用：P69一些药物如抗菌素、抗代谢药物、抗肿瘤一些药物如抗菌素、抗代谢药物、抗肿瘤药物等是通过竞争性抑制机理发挥作用的。药物等是通过竞争性抑制机理发挥作用的。抗菌素磺胺的抑菌作用抗菌素磺胺的抑菌作用 就是典型的竞争性抑制作用。就是典型的竞争性抑制作用。例例:磺胺类药物的抑菌作用磺胺类药物的抑菌作用对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢叶酸二氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸磺胺类药物磺胺类药物H2NCOOHH2NSO2NHR核苷酸核苷酸人（人（叶酸叶酸）还原还原抑制细菌生长抑制细菌生长核苷酸核苷酸2.非竞争性抑制非竞争性抑制 有些抑制剂不影响底物和酶结合，即抑制有些抑制剂不影响底物和酶结合，即抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，抑制剂剂与酶活性中心外的必需基团结合，抑制剂既与既与E结合，也与结合，也与ES结合，但生成的结合，但生成的ESI复复合物是死端复合物，不能释放出产物，这种合物是死端复合物，不能释放出产物，这种抑制称为非竞争性抑制作用抑制称为非竞争性抑制作用。特点：特点：1.抑制剂与酶活性中心抑制剂与酶活性中心外外的必需基团结合的必需基团结合2.抑制剂既抑制剂既与与E结合，也与结合，也与ES结合结合，但生成的，但生成的ESI复合复合物是死端复合物物是死端复合物，不能释放出产物。，不能释放出产物。E +SE +P+Ik1k2ESEIki +S+IkiESIS SS SE EE EE EE E +P+PS SE ES SIIII 1v=KmVm axKi I S(1+)1+Vm ax1Ki I(1+)酶的非竞争性抑制酶的非竞争性抑制 双倒数方程双倒数方程：非竞争性抑制动力学特点：非竞争性抑制动力学特点：随抑制剂浓度增加各直线在纵轴上的截距增加，随抑制剂浓度增加各直线在纵轴上的截距增加，说明该酶促反应的说明该酶促反应的Vmax因抑制剂的存在而降低因抑制剂的存在而降低。抑制程度抑制程度与抑制剂浓度有关与抑制剂浓度有关，增加，增加底物浓度不底物浓度不能能使抑制程度减少。使抑制程度减少。各直线交于横轴上同一位点，说明非竞争性抑各直线交于横轴上同一位点，说明非竞争性抑制不改变酶促反应的制不改变酶促反应的Km，即，即表观表观Km不变不变。1v正正常常 I1 S-1 Km1 Vmax3.反竞争性抑制反竞争性抑制 此类抑制剂只与此类抑制剂只与ES复合物结合生成复合物结合生成ESI复合物，使中间产物复合物，使中间产物ES量下降，而量下降，而不与游离酶结合，称为反竞争性抑制不与游离酶结合，称为反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）。）。E +SE +Pk1k2ES+IkiESI特点特点：1.抑制剂只与抑制剂只与ES复合物结合复合物结合生成生成ESI复合物，使中复合物，使中间产物间产物ES量下降。量下降。2.抑制剂抑制剂不与游离酶结合不与游离酶结合。E EE EE E +P+PE EIIS SS SS SI 1v=KmVm ax S 1+Vm ax1Ki I(1+)反竞争性抑制双倒数方程反竞争性抑制双倒数方程：I 正正常常1v1 S1 Vmax-1 Km不同浓度抑制剂曲线形成多条平行线，不同浓度抑制剂曲线形成多条平行线，Vm和表观和表观Km均下降均下降三种抑制作用的比较三种抑制作用的比较 作用特点作用特点 无抑制无抑制剂剂 竞争性抑制竞争性抑制 非非竞竞争性抑争性抑 反反竞竞争性抑制争性抑制与与I I结结合合组组分分表表观观KmKmVmaxVmax斜率斜率纵轴纵轴截距截距横横轴轴截距截距KmKmVmaxVmaxKm/VmaxKm/Vmax1/Vmax1/Vmax-1/Km-1/KmE E增大增大不变不变增大增大不变不变增大增大E E、ESES不变不变减小减小增大增大增大增大不变不变ESES减小减小减小减小不变不变增大增大减小减小六六.激活剂对酶促反应速率影响激活剂对酶促反应速率影响 使酶由使酶由无活性变为有活性无活性变为有活性或使或使酶活性增酶活性增加加的物质称为酶的激活剂（的物质称为酶的激活剂（activator）。）。激活剂大多数为金属离子如激活剂大多数为金属离子如Mg2+、K+、Mn2+等，少数阴离子也有激活作用。等，少数阴离子也有激活作用。酶的激活剂酶的激活剂必需必需激活剂激活剂非必需非必需激活剂激活剂第五节第五节 酶活性的调节酶活性的调节一、快速调节一、快速调节（一）变构调节（一）变构调节（二）共价修饰调节（二）共价修饰调节（三）（三）酶原及酶原酶原及酶原的激活的激活二、酶含量的调节（慢速调节）二、酶含量的调节（慢速调节）酶蛋白合成的诱导或阻遏酶蛋白合成的诱导或阻遏一、酶原及酶原激活酶原及酶原激活 一一些些酶酶在在细细胞胞合合成成时时，没没有有催催化化活活性性，需需要要经经一一定定的的加加工工剪剪切切才才有有活活性性。这这类类无无活活性性的的酶酶的的前前体体称称为为酶酶原原（zymogens）。在在合合适适的的条条件件下下和和特特定定的的部部位位，无无活活性性的的酶酶原原向向有有活活性性的的酶酶转转化化的的过过程程称称为为酶酶原原的的激激活活(zymogens activation)。胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活酶原的激酶原的激活实质是活实质是酶分子内酶分子内部分肽键部分肽键的断裂、的断裂、酶活性中酶活性中心暴露或心暴露或形成的过形成的过程程酶原的激活酶原的激活 酶原酶原切除部分肽段或氨基酸残基切除部分肽段或氨基酸残基导致分子构象改变导致分子构象改变进而进而形成或暴露酶的活性中心形成或暴露酶的活性中心蛋白水解酶蛋白水解酶无活性无活性有活性有活性 某些酶原的激活某些酶原的激活酶原酶原激活因素激活因素激活途径激活途径部位部位胃蛋白酶原胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶或胃蛋白酶胃蛋白酶六肽胃蛋白酶六肽胃腔胃腔胰糜蛋白酶原胰糜蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶胰糜蛋白酶两个二肽胰糜蛋白酶两个二肽小肠腔小肠腔弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶弹性蛋白酶几个肽段弹性蛋白酶几个肽段小肠腔小肠腔羧基肽酶原羧基肽酶原胰蛋白酶胰蛋白酶羧基肽酶几个肽段羧基肽酶几个肽段小肠腔小肠腔 消消化化道道蛋蛋白白酶酶以以酶酶原原形形式式分分泌泌，避避免免了了胰胰腺腺细细胞胞和和细细胞胞外外间间质质的的蛋蛋白白被被蛋蛋白白酶酶水水解解而而破破坏坏（保保护护了了自自身身组组织织），并并保保证证酶酶在在特特定定环环境境及及部部位位发发挥挥其其催催化化作作用用。否否则则就就会会造造成成疾疾病病（例例：急急性性胰胰腺腺炎炎）。同同时时酶酶原原也也可可看看成成是是一一种种酶酶的的储存形式。储存形式。酶原形式的存在及酶原的激活有重要酶原形式的存在及酶原的激活有重要生理意义生理意义：二、二、酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节 酶蛋白肽链上的某些基团可在另一酶蛋白肽链上的某些基团可在另一种种酶酶的催化下，与某些化学基团发生的催化下，与某些化学基团发生可可逆的共价逆的共价结合，引起酶分子结构改变而结合，引起酶分子结构改变而影响酶的活性称为影响酶的活性称为共价修饰共价修饰(covalent modification)，也称为化学修饰，也称为化学修饰（chemical modification）。）。常见常见方式为方式为磷酸化和去磷酸化。磷酸化和去磷酸化。图5-5 酶蛋白的磷酸化与去磷酸化有活性有活性无活性无活性无活性无活性有活性有活性三、酶的变构调节酶的变构调节 细胞内一些代谢物能与某些酶分子活性中心细胞内一些代谢物能与某些酶分子活性中心以以外外的某一部位以的某一部位以非共价键可逆非共价键可逆结合，使酶构象结合，使酶构象发生改变并影响其催化活性，进而调节代谢反应发生改变并影响其催化活性，进而调节代谢反应速率，这种现象为变构效应，对酶催化活性的这速率，这种现象为变构效应，对酶催化活性的这种调节方式称种调节方式称变构调节变构调节。变构酶变构酶调节调节亚基亚基 与变构剂结合，改变酶的构象与变构剂结合，改变酶的构象催化催化亚基亚基 含有催化基团（活性中心）含有催化基团（活性中心）图5-3 蛋白激酶的变构调节蛋白激酶A（R2C2）的R2与4个cAMP（4）结合后，使R亚基对C亚基的抑制作用消失，C亚基则具有催化活性。四、四、同工酶同工酶（isoenzyme）是指能催化同一化学反应，是指能催化同一化学反应，但酶蛋白的分子组成、结构、但酶蛋白的分子组成、结构、理化性质及免疫学性质等不同理化性质及免疫学性质等不同的一组酶。的一组酶。哺哺乳乳类类动动物物细细胞胞的的乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶（lactate dehydrogenase，LDH）共共有有5种种同同工工酶酶。该该酶酶是是由由两两种种亚亚基基构构成成的的四四聚聚体体，一一种种亚亚基基是是骨骨骼骼肌肌型型（M），另另一一种种亚亚基基是是心心肌肌型型（H）。这这两种亚基以不同比例组成两种亚基以不同比例组成5种同工酶种同工酶。例例1：LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5肌肌酸酸激激酶酶（CK）是是两两种种亚亚基基构构成成的的二二聚聚体体酶酶，一一种种亚亚基基是是肌肌型型（M），另另一一种种亚亚基基是是脑脑型型（B）。这这两两种种亚亚基基在在形形成成二二聚聚体体时时会会出出现现3种种排排列列组组合合：CK1（BB）、CK2（MB）、CK3（MM）3种种同同工工酶酶，分分别别分分布布于于脑、脑、心肌心肌和骨骼肌组织。和骨骼肌组织。例例2：临临床床上上通通过过对对血血浆浆同同工工酶酶总总活活性性及及同同工工酶酶谱谱的的分分析析，来来对对疾疾病病进进行行诊诊断断及及预后判断预后判断。例例：心心肌肌梗梗死死时时，心心肌肌细细胞胞被被破破坏坏，心心肌肌组组织织中中主主要要含含LDH1、CK2，它它们们被被释释放放入入血血，使使血血中中LDH1、CK2活活性性升升高高，所所以以它它们们可可作作为为诊诊断断心心梗梗的生化指标；的生化指标；急性肝炎时可见急性肝炎时可见LDH5明显升高明显升高 第六节第六节酶与医学的关系酶与医学的关系Horseradish peroxidase（一）（一）酶与疾病的发生酶与疾病的发生1.酶先天性缺乏与先天性代谢障碍酶先天性缺乏与先天性代谢障碍 酪氨酸酶酪氨酸酶缺乏缺乏白化病白化病 苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶缺乏缺乏苯丙酮酸尿症苯丙酮酸尿症 6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏缺乏溶血性贫血溶血性贫血2.酶活性改变与疾病发生酶活性改变与疾病发生 如急性胰腺炎、有机磷中毒等如急性胰腺炎、有机磷中毒等（二）酶与疾病的诊断（二）酶与疾病的诊断 通过对血液、尿等体液中某些通过对血液、尿等体液中某些酶活性的测定，可以反映某些器官酶活性的测定，可以反映某些器官组织的疾病状况并有助于疾病的诊组织的疾病状况并有助于疾病的诊断。例：断。例：LDH1、CK2、谷丙转氨谷丙转氨酶酶、谷草转氨酶谷草转氨酶等等（三）酶与疾病的治疗（三）酶与疾病的治疗 磺胺类、青霉素类药物抑制磺胺类、青霉素类药物抑制细菌生长细菌生长