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第一节 酶的分类、组成、结构特点和作用机制 一、酶的分类 二、酶的组成和结构特点 三、酶的作用机制第1页/共77页一、酶的分类1、氧化还原酶 2、转移酶 3、水解酶 4、裂合酶 5、异构酶 6、连接酶（合成酶）vv核酸酶核酸酶第2页/共77页1、氧化还原酶(Oxidoreductase)n n参与体内产能、解毒和某些生理活性物质的合成参与体内产能、解毒和某些生理活性物质的合成n n包括脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、氧合酶、细胞包括脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶等色素氧化酶等 AHAH2 2+B A+BH+B A+BH2 乳 酸丙酮酸第3页/共77页2、转移酶(Transferase)n n参与核酸、蛋白质、糖及脂肪的代谢和合成参与核酸、蛋白质、糖及脂肪的代谢和合成n n包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、含氮基转移酶等含氮基转移酶等 AB+C A+BCAB+C A+BC丙氨酸-酮戊二酸丙酮酸谷氨酸谷丙转氨酶CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO第4页/共77页3、水解酶(Hydrolase)n n体内外起降解作用体内外起降解作用n n脂肪酶、糖苷酶、肽酶等脂肪酶、糖苷酶、肽酶等n n水解酶一般不需辅酶水解酶一般不需辅酶 AB+HAB+H2 2O AOH+BHO AOH+BH第5页/共77页4、裂合酶(Lyase)n n这类酶可脱去底物上某一基团留下双键，或可相这类酶可脱去底物上某一基团留下双键，或可相反地在双键处加入某一基团反地在双键处加入某一基团 AB A+BAB A+B丁烯二酸苹果酸第6页/共77页5、异构酶(Isomerase)n n此类酶为生物代谢需要对某些物质进行分子异构此类酶为生物代谢需要对某些物质进行分子异构化，分别进行外消旋、差向异构、顺反异构等化，分别进行外消旋、差向异构、顺反异构等 A BA B第7页/共77页 +NH3+ATP +ADP+PiL-谷氨酸L-谷氨酰胺6、连接酶（合成酶）(Ligase or Synthetase)n n这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要三磷酸这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要三磷酸腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需金属离子辅腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需金属离子辅助因子。分别形成助因子。分别形成C-OC-O键（与蛋白质合成有关）、键（与蛋白质合成有关）、C-SC-S键键（与脂肪酸合成有关）、（与脂肪酸合成有关）、C-CC-C键和磷酸酯键键和磷酸酯键 A+B+ATP AB+ADP+PiA+B+ATP AB+ADP+Pi（或（或AB+AMP+PPiAB+AMP+PPi）第8页/共77页v核酸酶(Ribozyme)n n核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNARNA，能够，能够催化催化RNARNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应第9页/共77页二、酶的组成和结构特点 1 1、单体酶、单体酶(monomeric enzyme)(monomeric enzyme)仅有一个活性部位的多肽链构成的酶，分子质量为1335kD，为数不多，且都是水解酶2 2、寡聚酶、寡聚酶(oligomeric enzyme)(oligomeric enzyme)由若干相同或不同亚基结合而成的酶，亚基一般无活性，必须相互结合才有活性，分子质量为35kD以上到数百万道尔顿3 3、多酶复合体、多酶复合体(multienzyme system)(multienzyme system)是由几种酶彼此嵌合形成的复合体，多种酶进行连续反应的体系大部分酶为复合蛋白质，称“全酶”全酶 酶蛋白 辅因子（无机、有机）有机：辅酶与酶蛋白结合松散 辅基与酶蛋白结合紧密第10页/共77页三、酶的作用机制 1、酶的作用过程 2、酶与底物的结合模型 3、与酶的高效率有关的因素第11页/共77页1、酶的作用过程 酶活性中心 底物 中间复合物 产物 酶pp活性中心活性中心 结合底物和将底物转化为产物的区域。通常是整个酶分子相当小的部分，它是由在线性多肽中可能相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体 第12页/共77页2、酶与底物的结合模型(1)锁和钥匙模型(2)诱导锲合模型 第13页/共77页(1)锁和钥匙模型第14页/共77页(2)诱导锲合模型第15页/共77页3、与酶的高效率有关的因素(1)广义的酸碱催化(2)共价催化(3)邻近效应及定向效应(4)变形或张力(5)酶的活性中心为疏水区域第16页/共77页(1)广义的酸碱催化n能供给质子的物质即为酸，能接受质子的物质即为碱n n发生在细胞内的很多有机反应都是受广义的酸碱催化的n n酶蛋白中含有好几种可以起广义酸碱催化作用的功能基，如氨基、羧基、硫氢基、酚羟基、咪唑基等第17页/共77页(2)共价催化n n底物与酶以共价方式形成中间物，这种中间物可以很快转变为活化能大为降低的转变态，从而提高催化反应速度n形式：催化剂亲核基团攻击底物亲电子原子 亲电试剂：一种试剂具有强烈亲和电子的原子中心。亲电试剂：一种试剂具有强烈亲和电子的原子中心。亲核试剂：一种试剂具有强烈供给电子的原子中心。亲核试剂：一种试剂具有强烈供给电子的原子中心。第18页/共77页(3)邻近效应及定向效应n n邻近效应：底物的反应基团与酶的催化基团越靠近，其反应速度越快第19页/共77页(4)变形或张力n n酶使底物分子中的敏感键发生变形或张力，从而使底物的敏感键更易于破裂第20页/共77页(5)酶的活性中心为疏水区域n n酶的活性中心为酶分子的凹穴，此处常为非极性酶的活性中心为酶分子的凹穴，此处常为非极性或疏水性的氨基酸残基或疏水性的氨基酸残基n n特点：特点：介电常数低，排出极性高的水分子，使得，排出极性高的水分子，使得 底物分子的反应键和酶的催化基团之间易底物分子的反应键和酶的催化基团之间易 发生反应，有助于加速酶催化反应发生反应，有助于加速酶催化反应第21页/共77页第一节结束酶的分类酶的分类 酶的组成和结构特点酶的组成和结构特点 酶的作用机制酶的作用机制氧化还原酶 转移酶 水解酶 裂合酶 异构酶 连接酶核酸酶 单体酶 寡聚酶 多酶复合体 酶的作用过程 酶与底物的结合模型 与酶的高效率有关的因素广义的酸碱催化 共价催化 邻近效应及定向效应 变形或张力 酶的活性中心为疏水区域锁和钥匙模型 诱导锲合模型第22页/共77页第一节结束n n点击返回 第23页/共77页第二节 酶作为催化剂的显著特点一、催化效率高二、反应条件温和 三、专一性强 四、酶活性的可活性的可调节性 第24页/共77页一、催化效率高n n乙酰胆碱酯酶：乙酰胆碱酯酶：10101313倍倍n n丙糖磷酸异构酶：丙糖磷酸异构酶：10109 9倍倍n n四膜虫核酶：四膜虫核酶：10101111倍倍n n0 0时，时，1mol1mol铁离子每秒钟催化铁离子每秒钟催化1010-5-5molmol过氧化氢过氧化氢分解，分解，1mol1mol过氧化氢酶催化过氧化氢酶催化10105 5molmol分解分解第25页/共77页二、反应条件温和NH3的合成 固氮酶：25，中性pH 工业上：700900K，压力1090MPa，微量金属氧化物作催化剂第26页/共77页三、专一性强键专一性基团专一性绝对专一性结构专一性旋光异构专一性几何异构专一性立体异构专一性第27页/共77页四、酶活性的可活性的可调节性1、酶浓度的调节 2、激素调节 3、共价修饰调节 4、限制性蛋白酶水解作用与酶活力调控 5、抑制剂的调节 6、反馈调节 7、金属离子和其他小分子化合物的调节第28页/共77页1、酶浓度的调节uu 诱导或抑制酶的合成u 调节酶的降解 例如：分解代谢中，例如：分解代谢中，-半乳糖苷酶的合成，平时是处于半乳糖苷酶的合成，平时是处于被阻遏状态，当乳糖存在时，抵消了阻遏作用，于是酶被阻遏状态，当乳糖存在时，抵消了阻遏作用，于是酶受乳糖的诱导而合成。受乳糖的诱导而合成。第29页/共77页2、激素调节例如：例如：乳糖合成酶 催化亚基 修饰亚基 妊娠时，修饰亚基在乳腺生成。妊娠时，修饰亚基在乳腺生成。分娩时，由于激素水平急剧变化，修饰亚基分娩时，由于激素水平急剧变化，修饰亚基大量合成，它和催化亚基结合，大量合成乳糖。大量合成，它和催化亚基结合，大量合成乳糖。第30页/共77页3、共价修饰调节 p通过酶催化进行pp一种酶分子上，共价地引入一个基团从而改变它的活性，引入的基团又可被第三种酶催化除去例如：磷酸化酶的磷酸化和去磷酸化例如：磷酸化酶的磷酸化和去磷酸化 大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的腺苷酸化和去腺苷酸化大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的腺苷酸化和去腺苷酸化第31页/共77页4、限制性蛋白酶水解作用与酶活力调控n n一种高特异性的共价修饰调节系统新生肽大都以无活性的前体形式存在，一旦生理新生肽大都以无活性的前体形式存在，一旦生理需要，才通过限制性水解作用使前体转变为具有需要，才通过限制性水解作用使前体转变为具有生物活性的蛋白质或酶，从而启动和激活各种生生物活性的蛋白质或酶，从而启动和激活各种生理功能，如酶原激活、血液凝固、补体激活等理功能，如酶原激活、血液凝固、补体激活等除了参与酶活性调节外，还起着切除、修饰、加除了参与酶活性调节外，还起着切除、修饰、加工等作用工等作用第32页/共77页5、抑制剂的调节 pp酶的活性受到大分子抑制剂或小分子抑制剂抑制，从而影响活力例如：胰脏的胰蛋白酶抑制剂例如：胰脏的胰蛋白酶抑制剂(抑肽酶抑肽酶)大分子大分子 2,32,3二磷酸甘油酸，抑制磷酸变位酶小分子二磷酸甘油酸，抑制磷酸变位酶小分子第33页/共77页6、反馈调节 pp第一步反应的酶，往往可以被它的终端产物所抑制。这种对自我合成的抑制叫反反馈抑制抑制 例如：异亮氨酸可抑制其合成代谢通路中的第一例如：异亮氨酸可抑制其合成代谢通路中的第一个酶个酶 苏氨酸脱氨酶苏氨酸脱氨酶第34页/共77页7、金属离子和其他小分子化合物的调节ppK+、NH4+、Na、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Mn2+等激活作用激活作用抑制作用抑制作用维持酶分子三、四级结构维持酶分子三、四级结构底物的结合和催化反应底物的结合和催化反应第35页/共77页第二节结束催化效率高 反应条件温和专一性强 酶活性的可酶活性的可调节性调节性酶作为催化剂的显著特点结构专一性 立体异构专一性酶浓度的调节 激素调节 共价修饰调节 限制性蛋白水解作用与酶活力调控 抑制剂的调节 反馈调节 金属离子和其他小分子化合物的调节第36页/共77页第二节结束n n点击返回 第37页/共77页第三节 影响酶活力的因素一、酶活测定 二、酶活力的影响因素第38页/共77页一、酶活测定1、原理 酶蛋白的存在量可以根据它催化所产生的效应即把底物转化为产物来进行测定。2、注意事项 (1)了解催化反应总的反应式 (2)分析程序能够测定底物的消失或产物的生成 (3)是否需要辅助因子 (4)最适pH、最适温度 (5)必须不受底物供应不充分的限制3、常用方法 分光光度法第39页/共77页一、酶活测定4、酶活力单位 酶单位(U)：最适条件下，25，1 min内 转化1 umol的底物转化为产物 的酶量。开特(Kat)：酶活力国际单位(SI)，特定体 系下，反应速度为每秒转化 1 mol底物所需的酶量。1 umol/min=1 U=16.67 nKat第40页/共77页二、酶活力的影响因素1、底物浓度2、酶浓度3、温度4、pH5、抑制剂与激活剂第41页/共77页二、酶活力的影响因素1、底物浓度底物浓度对酶促反应速度的影响 第42页/共77页二、酶活力的影响因素2、酶浓度酶浓度对酶促反应速度的影响 第43页/共77页二、酶活力的影响因素3、温度温度对酶促反应速度的影响 第44页/共77页二、酶活力的影响因素4、pHpH对酶促反应速度的影响 第45页/共77页二、酶活力的影响因素5、抑制剂与激活剂抑制剂对酶促反应速度的影响 第46页/共77页第三节结束酶活测定 酶活力的影响因素影响酶活力的因素原理注意事项常用方法酶活力单位底物浓度酶浓度温度pH抑制剂与激活剂第47页/共77页第三节结束n n点击返回 第48页/共77页第四节 酶动力学和抑制作用一、酶动力学 二、酶的抑制作用三、不可逆抑制剂四、可逆抑制剂第49页/共77页一、酶动力学 1、米曼氏模式（Michaelis-Menten model）第50页/共77页一、酶动力学 2、双倒数作图（Lineweaver-Burk作图）求Km最常用的方法 第51页/共77页二、酶的抑制作用1、概念 抑制剂：能使酶的催化活性降低或者丧失的物质。抑制作用：在酶不变性的情况下，由于必需基团或活性中心化学性质的改变而引起的酶活性的降低或丧失。第52页/共77页二、酶的抑制作用2、抑制程度的表示（以反应速度的变化来表示）（以反应速度的变化来表示）相对活力分数（残余活力分数）相对活力分数（残余活力分数）a=Vi/Vo a=Vi/Vo（VoVo：不加抑制剂；不加抑制剂；ViVi：加入抑制剂后，下同）加入抑制剂后，下同）相对活力百分数（残余活力百分数）相对活力百分数（残余活力百分数）a%=Vi/Vo*100%a%=Vi/Vo*100%抑制分数抑制分数 指被抑制而失去活力的分数指被抑制而失去活力的分数 i=1-a=1-Vi/Vo i=1-a=1-Vi/Vo 抑制百分数抑制百分数 i%=(1-a)*100%=(1-Vi/Vo)*100%i%=(1-a)*100%=(1-Vi/Vo)*100%通常所谓抑制率是指通常所谓抑制率是指抑制分数或或抑制百分数第53页/共77页二、酶的抑制作用3、抑制作用的分类 不可逆抑制作用可逆抑制作用第54页/共77页二、酶的抑制作用4、可逆抑制和不可逆抑制作用的鉴别 物理方法（透析、过滤等）动力学方法 第55页/共77页方法1第56页/共77页方法2第57页/共77页三、不可逆抑制剂 1、非专一性不可逆剂 2、专一性不可逆剂 第58页/共77页 1、非专一性的不可逆抑制作用 概念：抑制剂能和酶上的一类或几类基团反应 (必需基团、非必需基团)类型：酰化剂、烷化剂、含活泼双键的试剂、亲电试剂、氧化剂、还原剂第59页/共77页2、专 一性不可逆抑制剂Ks型结合型不可逆抑制剂 Kcat型催化型不可逆抑制剂（自杀底物）第60页/共77页四、可逆抑制剂 1、竞争性抑制剂 2、非竞争性抑制剂 3、反竞争性抑制剂 4、混合型抑制剂第61页/共77页1、竞争性抑制剂定定义：酶分子结合底物就不能结合抑制剂，结 合抑制剂就不能结合底物，两者和酶的 结合是相互排斥的。第62页/共77页1、竞争性抑制剂 作用机理：抑制剂与底物在结构上有类似之处 可能结合在底物所结合的位点（如结合基 团）上，从而阻断了底物和酶的结合 降低酶和底物的亲和力第63页/共77页药物（抑制剂）药物（抑制剂）被抑制的酶被抑制的酶 竞争底物竞争底物 临床应用及机理临床应用及机理 磺胺药 二氢叶酸合成酶（细菌）苯甲酸 抗菌作用（抑制四氢叶酸）氨基蝶呤 二氢叶酸还原酶 二氢叶酸 抗白血病 5-氟尿嘧啶（5-FU）尿嘧啶核苷磷酸化酶（胸腺嘧啶核苷磷酸化酶）尿嘧啶（胸腺嘧啶）抗癌作用（抑制核苷酸合成）别嘌呤醇 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤，次黄嘌呤 抗通风（抑制尿酸生成）6-氨基已酸 纤溶酶-赖氨酸-氨基酰 止血，抗纤溶（抑制纤溶酶）苯丙胺（麻黄素）单胺氧化酶 肾上腺素（去甲肾上腺素）中枢兴奋，抗哮喘 竞争性抑制作用举例第64页/共77页2、非竞争性抑制剂Ki=Ki 定定义：酶与底物、抑制剂可逆地独立地结合成无 活性的三元复合物。第65页/共77页3、反竞争性抑制剂定定义：抑制剂不能和游离酶结合，只和酶底物 复合物结合成无活性的三元复合物。第66页/共77页4、混合型抑制剂定定义：抑制效果介于竞争性抑制剂和非竞争性抑 制剂之间。也称线性混合型抑制剂。第67页/共77页第四节结束酶动力学 酶的抑制作用 不可逆抑制剂 可逆抑制剂米曼氏模式双倒数作图非专一性不可逆剂专一性不可逆剂概念 抑制程度的表示抑制作用的分类可逆抑制和不可逆抑制作用的鉴别酶动力学和抑制作用竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂反竞争性抑制剂混合型抑制剂第68页/共77页1.什么是酶（Enzyme）？什么是酶工程（Enzyme Engineering）？2.酶可分为哪几类？各自的反应通式是怎样？3.什么是酶的活性中心？酶的作用过程是怎样的？4.简述酶作为催化剂的特点。5.什么是酶活力？酶活力单位有哪些表示方法？6.酶活测定时需注意哪些事项？为何需要高的底物浓度？7.何为可逆抑制作用？何为不可逆抑制作用？8.请解释自杀性底物。9.简述可逆抑制剂的分类及特点。思考题第69页/共77页第四节结束n n点击返回点击返回 第70页/共77页不可逆抑制作用pp抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活性丧失，抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活性丧失，不能用透析，超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而不能用透析，超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶复活者，称为不可逆抑制作用。使酶复活者，称为不可逆抑制作用。非专一性不可逆抑制作用非专一性不可逆抑制作用 专一性不可逆抑制作用专一性不可逆抑制作用第71页/共77页可逆抑制作用pp抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活性的降低或丧失，抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活性的降低或丧失，能用物理的方能用物理的方 法除去抑制剂而使酶复活者称为可逆抑制法除去抑制剂而使酶复活者称为可逆抑制作用。作用。竞争性抑制作用竞争性抑制作用 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 混合型抑制混合型抑制第72页/共77页Ks型结合型专一性不可逆抑制剂n n不仅具有与底物相似的、可与酶结合的基团，同时还有不仅具有与底物相似的、可与酶结合的基团，同时还有一个能与酶的其它基团反应的活泼基团。对相应的酶产一个能与酶的其它基团反应的活泼基团。对相应的酶产生一定的专一性抑制生一定的专一性抑制 举例：举例：1 1 对甲苯磺酰氯甲烷对甲苯磺酰氯甲烷(TPCK)(TPCK)抑制胰凝乳蛋白酶抑制胰凝乳蛋白酶 2 2 对甲苯磺酰对甲苯磺酰-L-L-赖氨酸氯甲烷赖氨酸氯甲烷(TPLK)(TPLK)抑制胰蛋白酶抑制胰蛋白酶第73页/共77页Kcat型催化型不可逆抑制剂（自杀底物）n n抑制剂与底物类似，经过抑制剂与底物类似，经过酶的催化后其潜在的反后其潜在的反应基团活化，再作用于酶而成为酶的不可逆抑制应基团活化，再作用于酶而成为酶的不可逆抑制剂，此种抑制专一性强，又是经酶催化后引起，剂，此种抑制专一性强，又是经酶催化后引起，被称为自杀性底物。被称为自杀性底物。天然酶的自杀底物天然酶的自杀底物 治疗用人工合成的酶自杀底物治疗用人工合成的酶自杀底物 （“迫降灵迫降灵”：N-N-苯甲基苯甲基-N-N-甲基甲基-2-2-丙炔胺，抑制单胺氧化丙炔胺，抑制单胺氧化酶）酶）第74页/共77页（1）天然酶的自杀底物Ackee(Blighia sapida)Ackee(Blighia sapida)植物植物未成熟果实的假种皮未成熟果实的假种皮中含有一种有毒的降糖氨酸（即甲叉环丙基丙氨酸）中含有一种有毒的降糖氨酸（即甲叉环丙基丙氨酸）第75页/共77页（2）治疗用人工合成的酶自杀底物 治疗高血压；癫痫；抗青霉素的菌株；在肿瘤治疗上；治疗震颠麻痹症；痛风症的自杀底物疗法。第76页/共77页感谢您的观看！第77页/共77页