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一、酶的本质、组成、分类和命名一、酶的本质、组成、分类和命名酶的定义：由生物体活细胞产生的能加快反应速度酶的定义：由生物体活细胞产生的能加快反应速度的蛋白质及小分子的蛋白质及小分子RNARNA，是生物催化剂。，是生物催化剂。本质：本质：传统的酶（蛋白类酶）：蛋白质传统的酶（蛋白类酶）：蛋白质参与体内广泛参与体内广泛的的 生化反应生化反应核酶（核酸类酶）：小分子核酶（核酸类酶）：小分子RNA.RNA.参与参与RNARNA的剪的剪接接第1页/共136页酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)(apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)(holoenzyme)单纯酶单纯酶 (simple enzyme)(simple enzyme)结构组成仅含氨基酸组分结构组成仅含氨基酸组分结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)J酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白决定反应的决定反应的决定反应的决定反应的特异性特异性特异性特异性J辅助因子辅助因子辅助因子辅助因子决定反应的决定反应的决定反应的决定反应的种类与性质种类与性质种类与性质种类与性质第2页/共136页辅助因子 a a 本身无催化作用本身无催化作用b b 负责运输转移电子，原子等作用负责运输转移电子，原子等作用有些蛋白质具此作用称蛋白辅酶有些蛋白质具此作用称蛋白辅酶c c 可用透析法将辅助因子（辅酶）除去可用透析法将辅助因子（辅酶）除去d d 若辅助因子（辅基）以共价键和酶蛋白牢固结合，不易若辅助因子（辅基）以共价键和酶蛋白牢固结合，不易透析除去透析除去第3页/共136页金属酶金属酶(metalloenzyme)(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。失。金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。不甚紧密。辅助因子也可以是小分子有机化合物辅助因子也可以是小分子有机化合物 维生素或者维生素的衍生物维生素或者维生素的衍生物 第4页/共136页转移的基团转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称名称所含的维生素所含的维生素氢原子（质子）氢原子（质子）NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一NADP（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）醛基醛基TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）酰基酰基辅酶辅酶A（CoA）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸烷基烷基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素B12二氧化碳二氧化碳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吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用第5页/共136页酶可按其所催化的反应类型进行分类酶可按其所催化的反应类型进行分类（一）催化氧化还原反应的酶属于（一）催化氧化还原反应的酶属于氧化还原酶类氧化还原酶类 氧氧化化还还原原酶酶类类（oxidoreductasesoxidoreductases）包包括括催催化化传传递递电电子子和和氢氢、以以及及需需氧氧参参加加反反应应的的酶酶。例例如如，脱脱氢氢酶类、加氧酶类、过氧化物酶和过氧化氢酶等。酶类、加氧酶类、过氧化物酶和过氧化氢酶等。第6页/共136页（二）催化分子间基团转移的酶属于（二）催化分子间基团转移的酶属于转移酶类转移酶类转转移移酶酶类类（transferasestransferases）包包括括将将磷磷酸酸基基从从ATPATP转转到到另另外外底底物物的的激激酶酶、加加无无机机磷磷酸酸使使化化学学键键断断裂裂的的磷磷酸酸化化酶酶，以以及及糖糖基基转转移移酶酶、转转氨氨酶等。酶等。第7页/共136页（三）（三）水解酶类水解酶类催化加水分解化学键催化加水分解化学键 水解酶类水解酶类（hydrolaseshydrolases）按其所水解的底物不同按其所水解的底物不同 根据它们的作用部位根据它们的作用部位 蛋白酶、酯酶、蛋白酶、酯酶、磷酸酶、糖苷酶、磷酸酶、糖苷酶、核酸酶核酸酶 外切酶、内切酶外切酶、内切酶 第8页/共136页（四）（四）裂合酶裂合酶催化移出化学基团并形成双键催化移出化学基团并形成双键或相反的过程或相反的过程 裂合酶或裂解酶类裂合酶或裂解酶类（lyaseslyases）是指催化一分子非）是指催化一分子非水解地分裂成两个分子并留有双键，或相反的酶。水解地分裂成两个分子并留有双键，或相反的酶。如：脱水酶、脱羧酶、醛缩酶如：脱水酶、脱羧酶、醛缩酶 合酶合酶（synthasessynthases）催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与另一底物结合催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与另一底物结合形成一个分子的酶。形成一个分子的酶。第9页/共136页（五）催化分子异构体互变的酶类属于（五）催化分子异构体互变的酶类属于异构酶类异构酶类 异构酶类异构酶类（isomerasesisomerases）：催化分子内部基团）：催化分子内部基团的位置互变、几何或光学异构体互变、以及醛酮互的位置互变、几何或光学异构体互变、以及醛酮互变的酶类。变的酶类。如：变位酶、如：变位酶、表构酶、表构酶、异构酶。异构酶。第10页/共136页（六）催化两分子结合成一分子并偶联有高（六）催化两分子结合成一分子并偶联有高能键的水解供能的酶类属于能键的水解供能的酶类属于连接酶或连接酶或合成酶类合成酶类DNADNA连连接接酶酶、氨氨基基酰酰-rRNA-rRNA合合成成酶酶、谷谷氨氨酰酰胺胺合合成成酶酶属属于于连连接接酶酶或或合合成成 酶酶 类类（ligasesligases或或synthetasessynthetases）。）。第11页/共136页第12页/共136页酶可按其所催化的反应类型予以命名酶可按其所催化的反应类型予以命名（一）系统名称给出酶促反应的各种信息，（一）系统名称给出酶促反应的各种信息，但较繁琐但较繁琐 习习惯惯命命名名法法，一一般般是是按按酶酶所所催催化化的的底底物物命命名名，在在其底物英文名词上加后缀其底物英文名词上加后缀“asease”作为酶的名称。作为酶的名称。如：蛋白酶（如：蛋白酶（proteaseprotease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatasephosphatase）第13页/共136页原则：原则：1 1，绝大多数依据其底物来命名。绝大多数依据其底物来命名。催化水解蛋白质的称为蛋白酶。催化水解蛋白质的称为蛋白酶。2 2，某些酶根据其所催化的反应性质来命名。某些酶根据其所催化的反应性质来命名。水解酶催化底物分子水解。水解酶催化底物分子水解。3 3，有的结合上述两个原则来命名。有的结合上述两个原则来命名。琥珀酸脱氢酶是催化琥珀酸脱氢反应的酶。琥珀酸脱氢酶是催化琥珀酸脱氢反应的酶。4 4，有的还加上酶的来源或酶的其他特点。有的还加上酶的来源或酶的其他特点。胃蛋白酶、胰蛋白酶胃蛋白酶、胰蛋白酶 第14页/共136页系统命名法：EC:1.4.1.3 EC-enzyme commission 1.-类（氧化还原酶类）4.-亚类 1.-亚-亚类 3.-亚-亚类中的排序系系统统命命名名法法根根据据酶酶所所催催化化的的整整体体反反应应，按按酶酶的的分分类对酶命名类对酶命名，每个酶都有一个名称和一个编号每个酶都有一个名称和一个编号 。第15页/共136页酶的分类酶的分类系统名称系统名称编号编号催化的反应催化的反应推荐名称推荐名称1.1.氧化还原氧化还原酶类酶类(S)-(S)-乳酸：乳酸：NADNAD+-氧化还原氧化还原酶酶EC1.1.1.27EC1.1.1.27(S)-(S)-乳酸乳酸+NAD+NAD+丙酮酸丙酮酸+NADH+H+NADH+H+L-L-乳酸脱乳酸脱氢酶氢酶2.2.转移酶类转移酶类L-L-丙氨酸：丙氨酸：-酮酮戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移酶酶EC2.6.1.2EC2.6.1.2L-L-丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸+L-+L-谷氨酸谷氨酸丙氨酸转丙氨酸转氨酶氨酶3.3.水解酶类水解酶类1,4-1,4-D-D-葡聚糖葡聚糖-聚糖水解酶聚糖水解酶EC3.2.1.1EC3.2.1.1水解有水解有3 3个以上个以上1,4-1,4-D-D-葡萄糖葡萄糖基的多糖中基的多糖中1,4-1,4-D-D-葡糖苷键葡糖苷键-淀粉酶淀粉酶4.4.裂合酶类裂合酶类D-D-果糖果糖-1,6-1,6-二磷二磷酸酸D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶EC4.1.2.13EC4.1.2.13D-D-果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 磷酸磷酸二羟丙酮二羟丙酮+D-+D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸果糖二磷果糖二磷酸醛缩酶酸醛缩酶5.5.异构酶类异构酶类D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷磷酸醛酸醛-酮酮-异构酶异构酶EC5.3.1.1EC5.3.1.1D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙糖磷酸丙糖磷酸异构酶异构酶6.6.连接酶类连接酶类L-L-谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连接酶（生成接酶（生成ADPADP）EC6.3.1.2EC6.3.1.2ATP+L-ATP+L-谷氨酸谷氨酸+NH+NH3 3 ADP+PADP+Pi i+L-+L-谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸-氨连接酶氨连接酶 酶的分类与命名举例酶的分类与命名举例 第16页/共136页（二）推荐名称简便而常用（二）推荐名称简便而常用 由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会还由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会还同时为每一个酶从常用的习惯名称中挑选出一同时为每一个酶从常用的习惯名称中挑选出一个推荐名称（个推荐名称（recommended namerecommended name）系统名称：系统名称：L-L-乳酸：乳酸：NADNAD+氧化还原酶氧化还原酶推荐名称：乳酸脱氢酶推荐名称：乳酸脱氢酶 第17页/共136页(三三)其它习惯归类命名法其它习惯归类命名法 1.1.单体酶和寡聚酶单体酶和寡聚酶单单体体酶酶通通常常仅仅由由一一条条肽肽链链组组成成；体体内内多多数数酶酶是是由由相同或不同亚基组成的，称为寡聚酶。相同或不同亚基组成的，称为寡聚酶。大大多多数数寡寡聚聚酶酶是是代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶，其其活活性性可可通通过多种方式进行调控。过多种方式进行调控。第18页/共136页按分子组成酶的分类：单体酶单体酶单体酶单体酶(monomeric enzyme)(monomeric enzyme)(monomeric enzyme)(monomeric enzyme)：由由由由单条肽链单条肽链单条肽链单条肽链构成构成构成构成,仅具有三级结构的酶，多是水解酶仅具有三级结构的酶，多是水解酶仅具有三级结构的酶，多是水解酶仅具有三级结构的酶，多是水解酶 。寡聚酶寡聚酶寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)(oligomeric enzyme)(oligomeric enzyme)(oligomeric enzyme)：由由由由多个相同或不同亚基多个相同或不同亚基多个相同或不同亚基多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。以非共价键连接组成的酶。以非共价键连接组成的酶。以非共价键连接组成的酶。多酶体系（多酶体系（多酶体系（多酶体系（multienzyme system)multienzyme system)multienzyme system)multienzyme system)：由由由由几种不同功能的酶几种不同功能的酶几种不同功能的酶几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。彼此聚合形成的多酶复合物。彼此聚合形成的多酶复合物。彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶或串联酶多功能酶或串联酶多功能酶或串联酶多功能酶或串联酶 (multifunctional enzyme or tandem enzyme)(multifunctional enzyme or tandem enzyme)(multifunctional enzyme or tandem enzyme)(multifunctional enzyme or tandem enzyme)：一些一些一些一些多酶体系多酶体系多酶体系多酶体系在进化过程中由于在进化过程中由于在进化过程中由于在进化过程中由于基因的融合，基因的融合，基因的融合，基因的融合，多种不多种不多种不多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。第19页/共136页 (multienzyme system)(multienzyme system)(multienzyme system)(multienzyme system)：由几种不同功能的由几种不同功能的由几种不同功能的由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复酶彼此聚合形成的多酶复酶彼此聚合形成的多酶复酶彼此聚合形成的多酶复合物。合物。合物。合物。多酶体系多酶体系:第20页/共136页v一些多酶体系一些多酶体系在进化过在进化过程中由于程中由于基因的融合基因的融合，多，多种不同催化功能存在于一种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为条多肽链中，这类酶称为多功能酶。多功能酶。v由由单肽链单肽链构成的，含有构成的，含有若干个酶活性的结构域若干个酶活性的结构域v多功能酶或串联酶多功能酶或串联酶(multifunctional or tandem enzyme)(multifunctional or tandem enzyme)：第21页/共136页2.2.恒态酶和调节酶恒态酶和调节酶恒态酶是指构成代谢途径和物质转化体系基本组恒态酶是指构成代谢途径和物质转化体系基本组成成分的酶，其在细胞内的含量相对恒定，活性成成分的酶，其在细胞内的含量相对恒定，活性仅受基本反应动力学及组成因素的调节。仅受基本反应动力学及组成因素的调节。调调节节酶酶是是指指在在代代谢谢途途径径和和物物质质转转化化体体系系中中，起起调调节节作作用用的的关关键键酶酶，其其含含量量与与组组成成常常因因机机体体的的机机能能状况而改变，活性受多方调控。状况而改变，活性受多方调控。第22页/共136页3.3.组成酶与诱导酶组成酶与诱导酶组成酶是细胞中天然存在的酶，其合成速度恒组成酶是细胞中天然存在的酶，其合成速度恒定，与环境变化及诱导物无关。定，与环境变化及诱导物无关。诱导酶是天然条件下酶的合成速度较低，一旦诱导酶是天然条件下酶的合成速度较低，一旦在底物或衍生物等诱导物存在时，酶蛋白的合在底物或衍生物等诱导物存在时，酶蛋白的合成速度激增，以适应环境的改变和需要。成速度激增，以适应环境的改变和需要。第23页/共136页二、酶的结构与功能二、酶的结构与功能酶的活性中心酶的活性中心酶的必需基团酶的必需基团酶原与酶的激活酶原与酶的激活同工酶同工酶第24页/共136页酶酶的的活活性性中中心心酶的活性中心第25页/共136页或称或称活性部位活性部位(active site)(active site)，指必需，指必需基团在一级结构上可能相距遥远，但在空间基团在一级结构上可能相距遥远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的特定空间结构的区域区域，能，能与底物特异结合与底物特异结合并并将底物转化为产将底物转化为产物。物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)(active center)第26页/共136页1 1酶的活性中心由许多必需基团组成酶的活性中心由许多必需基团组成 必需基团必需基团(essential group)(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，与酶活性密切相关的化学基团。与酶活性密切相关的化学基团。常见的必需基团常见的必需基团 丝氨酸残基的丝氨酸残基的羟基羟基组氨酸残基的组氨酸残基的咪唑基咪唑基半胱氨酸残基的半胱氨酸残基的巯基巯基酸性氨基酸残基的酸性氨基酸残基的羧基羧基 第27页/共136页活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding groupbinding group)与底物相结合与底物相结合与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团第28页/共136页底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心第29页/共136页2 2酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域 组成酶活性中组成酶活性中心的必需基团在心的必需基团在一一级结构上可能相距级结构上可能相距很远很远，但在形成，但在形成三三级结构时相互接近级结构时相互接近，形成具有三维结构形成具有三维结构的区域，且多是酶的区域，且多是酶分子中的裂隙或凹分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口陷所形成的疏水口袋。袋。溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心 第30页/共136页3 3酶的活性中心对底物具有高度的特异性酶的活性中心对底物具有高度的特异性 酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，相互诱导契合，增加与底物的互补性相互诱导契合，增加与底物的互补性 4 4大多数情况下底物与酶活性中心的结合是非共价大多数情况下底物与酶活性中心的结合是非共价性的性的 氢键氢键离子键离子键疏水键疏水键van der Waalsvan der Waals力力 酶与底物结合的力酶与底物结合的力酶与底物结合的力酶与底物结合的力第31页/共136页酶原与酶原的激活酶原与酶原的激活酶原酶原酶原酶原 (zymogen)(zymogen)(zymogen)(zymogen)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的激活酶原的激活酶原的激活酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。的过程。的过程。的过程。第32页/共136页 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子分子构象构象发生改变发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下第33页/共136页赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程第34页/共136页 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义消化道内的蛋白酶原消化道内的蛋白酶原：避免细胞的自身消化，：避免细胞的自身消化，使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。内代谢正常进行。凝血系统和纤维蛋白溶解酶：凝血系统和纤维蛋白溶解酶：有的酶原可以视有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。成有活性的酶，发挥其催化作用。第35页/共136页定义：定义：同工酶同工酶(isoenzyme)(isoenzyme)是指催化相同的化是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。至免疫学性质不同的一组酶。同工酶同工酶第36页/共136页同工酶一级结构的差异同工酶一级结构的差异(1)(1)分子量不同分子量不同,氨基酸组成相差悬殊氨基酸组成相差悬殊(2)(2)分子量相近分子量相近,氨基酸组成及水解后肽谱不同氨基酸组成及水解后肽谱不同,免疫性质不同免疫性质不同(3)(3)分子量相近分子量相近,氨基酸组成类似氨基酸组成类似,水解后肽谱也水解后肽谱也较接近较接近,免疫性质不同免疫性质不同同工酶与基因同工酶与基因(1)(1)单基因决定的同工酶单基因决定的同工酶(2)(2)多基因决定的同工酶多基因决定的同工酶(3)(3)复等位基因决定的同工酶复等位基因决定的同工酶同工酶主要由于同工酶主要由于基因倍增基因倍增（duplicationduplication）和）和趋异趋异（divergencedivergence）所致。）所致。第37页/共136页H HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1(H(H4 4)LDHLDH2 2(H(H3 3M)M)LDHLDH3 3(H(H2 2MM2 2)LDHLDH4 4(HM(HM3 3)LDHLDH5 5(M(M4 4)乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶*举例：举例：举例：举例：乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH(LDH1 1 LDHLDH5 5)第38页/共136页同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异性性:存在于同一种属的不同个体，同一个体的不同存在于同一种属的不同个体，同一个体的不同组织、同一细胞的不同亚细胞结构，以及同一组织、组织、同一细胞的不同亚细胞结构，以及同一组织、细胞的不同发育阶段。细胞的不同发育阶段。LDHLDH同工酶同工酶红细胞红细胞白细胞白细胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺肾肾肝肝脾脾LDHLDH1 1 （H H4 4）4343121227.127.10 07373141443432 21010LDHLDH2 2 （H H3 3MM）4444494934.734.70 02424343444444 42525LDHLDH3 3（H H2 2MM2 2）1212333320.920.95 53 33535121211111010LDHLDH4 4 （HMHM3 3）1 16 611.711.716160 05 51 127272020LDHLDH5 5 （MM4 4）0 00 05.75.779790 012120 056565 5人体各组织器官人体各组织器官LDHLDH同工酶谱（活性同工酶谱（活性%）第39页/共136页检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义 在代谢调节上起着在代谢调节上起着重要的作用；重要的作用；用于解释发育过程用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析传标志，用于遗传分析研究。研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5第40页/共136页三、酶作用的机理三、酶作用的机理第41页/共136页一、酶具有与一般催化剂相似的工作原理、酶具有与一般催化剂相似的工作原理（一）酶与一般催化剂均降低反应的活化能（一）酶与一般催化剂均降低反应的活化能活化能活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 结合能结合能第42页/共136页活化能的降低可使反应速率呈指数上升活化能的降低可使反应速率呈指数上升 在标准状态下反应活化能降低在标准状态下反应活化能降低1 1倍，反应速倍，反应速率可提高约率可提高约50005000倍，呈现指数上升。倍，呈现指数上升。一般讲，酶的催化效率比非催化反应高一般讲，酶的催化效率比非催化反应高10105 5 10101717倍倍 第43页/共136页（二）酶与一般催化剂均可加速反应到达（二）酶与一般催化剂均可加速反应到达反应平衡点反应平衡点 酶酶与与一一般般催催化化剂剂一一样样，只只能能加加快快反反应应速速率率，使使其其缩缩短短到到达达反反应应平平衡衡的的时时间间，而而不不能能改改变变反反应应的平衡点。的平衡点。反反应应达达到到平平衡衡时时自自由由能能的的变变化化仅仅取取决决于于底底物物与产物的自由能之差。与产物的自由能之差。任任何何催催化化剂剂都都不不能能改改变变底底物物和和产产物物自自身身的的自自由能。由能。第44页/共136页二、酶促反应具有高效率二、酶促反应具有高效率 （一）酶活性中（一）酶活性中心是酶与底物结心是酶与底物结合并将底物转化合并将底物转化为产物的部位为产物的部位第45页/共136页（二）酶（二）酶-底物相互作用在过渡态达到最优化底物相互作用在过渡态达到最优化 1 1酶与底物结合时相互诱导发生构象改变酶与底物结合时相互诱导发生构象改变 诱导契合假说（诱导契合假说（induced-fit hypothesisinduced-fit hypothesis）酶-底物复合物E+S E+P ES酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶程称为酶-底物结合的诱导契合假说底物结合的诱导契合假说 。第46页/共136页第47页/共136页羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式底物底物第48页/共136页2 2形成酶形成酶-底物过渡态复合物过程中释放结合能底物过渡态复合物过程中释放结合能 底底物物与与酶酶的的活活性性中中心心相相互互诱诱导导契契合合形形成成过过渡渡态态化化合合物物，过过渡渡态态与与酶酶的的活活性性中中心心以以次次级级键键(氢氢键键、离离子子键键、疏疏水水键键)相相结结合合，这这一一过过程程是是释释能能反反应应，所释放的能量称为所释放的能量称为结合能结合能(binding energy)(binding energy)。结结合合能能可可以以抵抵消消一一部部分分活活化化能能，是是酶酶反反应应降降低低活化能的主要能量来源。活化能的主要能量来源。酶酶不不能能使使底底物物形形成成过过渡渡态态，则则没没有有结结合合能能的的释释放，也就不能催化反应的进行。放，也就不能催化反应的进行。第49页/共136页3 3邻近效应、定向排列和表面效应有利于底物形邻近效应、定向排列和表面效应有利于底物形成过渡态成过渡态邻邻近近效效应应（proximity proximity effecteffect）和和定定向向排排列列（orientation orientation arrangearrange）将将分分子子间间的的反反应应变变成成类类似似分分子子内内的的反反应应，使使反反应应速速率率显显著著提提高高。有有些些学学者认为是底物的反应基团与酶的催化基团靠近。者认为是底物的反应基团与酶的催化基团靠近。第50页/共136页在在疏疏水水环环境境中中进进行行酶酶反反应应有有很很大大的的优优越越性性，此此现象称为现象称为表面效应表面效应（surface effectsurface effect）。）。酶酶的的活活性性中中心心多多位位于于其其分分子子内内部部的的疏疏水水“口口袋袋”中中，酶酶反反应应在在酶酶分分子子内内部部的的疏疏水水环环境境中中进进行行。疏疏水水环环境境可可使使底底物物分分子子脱脱溶溶剂剂化化（desolvationdesolvation），排排除除周周围围大大量量水水分分子子对对酶酶和和底底物物分分子子中中功功能能基基团团的的干干扰扰性性吸吸引引或或排排斥斥，防防止止二二者者之之间间形形成成水水化化膜膜，利利于于底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。第51页/共136页（三）酶活性中心催化基团通过多种途径催（三）酶活性中心催化基团通过多种途径催化产物的生成化产物的生成 酶酶是是两两性性解解离离的的蛋蛋白白质质，酶酶活活性性中中心心上上有有些些基基团是质子供体（酸），有些是质子接受体（碱）。团是质子供体（酸），有些是质子接受体（碱）。这这些些基基团团在在酶酶活活性性中中心心的的准准确确定定位位有有利利于于质质子子的的转转移移，这这种种一一般般酸酸-碱碱催催化化（general general acid-base acid-base catalysiscatalysis）可以使反应速率提高）可以使反应速率提高10102 2 10105 5倍。倍。1 1酸碱催化酸碱催化：质子转移反应都包含一般酶质子转移反应都包含一般酶-碱催化反应碱催化反应 第52页/共136页 氨基酸残基氨基酸残基 酸（质子供体）酸（质子供体）碱（质子接受体）碱（质子接受体）谷氨酸、天冬氨酸谷氨酸、天冬氨酸 RCOOHRCOO赖氨酸、精氨酸赖氨酸、精氨酸半胱氨酸半胱氨酸RSHRS组氨酸组氨酸 丝氨酸丝氨酸ROHRO酪氨酸酪氨酸 R N HHH+R NH2.CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶分子中具有酸酶分子中具有酸-碱催化作用的基团碱催化作用的基团 第53页/共136页2 2共价催化共价催化:酶可与底物形成瞬时共价键酶可与底物形成瞬时共价键 很多酶在催化过程中，与底物形成瞬时共价很多酶在催化过程中，与底物形成瞬时共价键，底物与酶形成共价键后被激活（转变态，活键，底物与酶形成共价键后被激活（转变态，活化能降低），并很容易进一步水解形成产物和游化能降低），并很容易进一步水解形成产物和游离的酶。这种催化机制称为离的酶。这种催化机制称为共价催化共价催化（covalent covalent catalysiscatalysis）。）。AB+E：AE+BH2OAE A+E：+B第54页/共136页 酶举例酶举例亲核基团亲核基团共价结合中间产物共价结合中间产物丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶丝氨酸丝氨酸 OHOH酰基酶酰基酶巯基酶巯基酶半胱氨酸半胱氨酸 SHSH酰基酶酰基酶ATPATP酶酶天冬氨酸天冬氨酸 COOCOO 磷酰基酶磷酰基酶含吡哆醛的酶含吡哆醛的酶赖氨酸赖氨酸 NHNH2 2SchiffSchiff碱碱磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶组氨酸组氨酸磷酰基酶磷酰基酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶酪氨酸酪氨酸 OHOH腺嘌呤酶腺嘌呤酶酶的亲核基团与底物共价结合酶的亲核基团与底物共价结合 第55页/共136页3 3亲核催化亲核催化:酶可通过亲核催化或亲电子催化加速反应酶可通过亲核催化或亲电子催化加速反应 酶酶活活性性中中心心有有的的催催化化基基团团属属于于亲亲核核基基团团，可可以以提提供供电电子子给给带带有有部部分分正正电电荷荷的的过过渡渡态态底底物物，形形成成瞬瞬间间 共共 价价 键键。这这 种种 催催 化化 作作 用用 称称 为为 亲亲 核核 催催 化化（nucleophilic catalysisnucleophilic catalysis）。）。亲亲电电子子催催化化（electrophilic electrophilic catalysiscatalysis）可可使使酶酶活活性性中中心心的的阳阳离离子子亲亲电电子子基基团团与与富富含含电电子子的的底底物形成共价键。物形成共价键。第56页/共136页三、酶对底物有高度的选择性三、酶对底物有高度的选择性酶的酶的特异性或专一性（特异性或专一性（specificityspecificity）酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化学键，催化一定的化学反应并产生一定结构的产学键，催化一定的化学反应并产生一定结构的产物的现象。物的现象。第57页/共136页（一）有的酶对其底物和反应类型具有极其（一）有的酶对其底物和反应类型具有极其严格的选择性严格的选择性 有有的的酶酶仅仅对对一一种种特特定定结结构构的的底底物物起起催催化化作作用用，产产生生具具有有特特定定结结构构的的产产物物。酶酶对对底底物物的的这这种种 极极 其其 严严 格格 的的 选选 择择 性性 称称 为为 绝绝 对对 特特 异异 性性（absolute specificityabsolute specificity）。）。脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。第58页/共136页（二）多数酶具有相对特异性（二）多数酶具有相对特异性 多数酶可对一类化合物或一种化学键起催多数酶可对一类化合物或一种化学键起催化作用，这种对底物分子不太严格的选择性称化作用，这种对底物分子不太严格的选择性称为为相对特异性（相对特异性（relative specificityrelative specificity）。）。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）的羧基所形成的肽键。氨酸）的羧基所形成的肽键。作用于大分子的酶的绝对和相对特异性的作用于大分子的酶的绝对和相对特异性的理解：例如核酸内切酶理解：例如核酸内切酶第59页/共136页 人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶共有序列共有序列蛋白激酶蛋白激酶A-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-蛋白激酶蛋白激酶C-X-(R/K1-3,X0-2)-(S/T)-(X0-2,R/K1-3)-X蛋白激酶蛋白激酶G-X-(R/K)2-3-X-(S/T)-X-Ca2+/钙调素蛋白激酶钙调素蛋白激酶H-X-R-X-X-(S/T)-X-第60页/共136页（三）有些酶仅对底物分子的某种构型起（三）有些酶仅对底物分子的某种构型起催化作用催化作用 酶酶对对空空间间构构型型所所具具有有的的特特异异性性要要求求称称为为空间异构特异性空间异构特异性（stereospecificitystereospecificity）延延胡胡索索酸酸酶酶仅仅对对延延胡胡索索酸酸(反反丁丁烯烯二二酸酸)起起催催化化作作用用，将将其其加加水水生生成成苹苹果果酸酸，对对顺顺丁丁烯二酸则无作用烯二酸则无作用 第61页/共136页vv旋光异构特异性：旋光异构特异性：例如例如 ：L-L-乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 丙酮酸丙酮酸 L-L-乳酸乳酸 D-D-乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 丙酮酸丙酮酸 D-D-乳酸乳酸第