最新四章节酶精品课件.ppt

《最新四章节酶精品课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新四章节酶精品课件.ppt（106页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、酶的概念、分子结构与功能酶促反应的特点与机制酶促反应动力学酶的调节酶的命名与分类酶与医学的关系重点内容：酶促反应的特点、动力学、酶的调节（一）酶的必需基团（一）酶的必需基团 酶分子中有许多化学基团。其中一些与酶的催化酶分子中有许多化学基团。其中一些与酶的催化活性密切相关的基团称为酶的必需基团。常见的必需活性密切相关的基团称为酶的必需基团。常见的必需基团有：丝氨酸的羟基基团有：丝氨酸的羟基（OH）、半半 胱氨酸的巯基胱氨酸的巯基（SH）、）、组氨酸的咪唑基组氨酸的咪唑基和谷和谷 氨酸的羧基（氨酸的羧基（COOH)。（二）（二）酶的活性中心酶的活性中心 由必需基团比较集中地构成特定的空由必需基团比

2、较集中地构成特定的空 间间 区域，称区域，称为酶的活性中心。为酶的活性中心。NNH咪唑基咪唑基 酶的活性中心酶的活性中心是酶分子中具有三是酶分子中具有三维结构的区域，形维结构的区域，形如裂缝或凹陷。此如裂缝或凹陷。此裂缝或凹陷由酶的裂缝或凹陷由酶的特定空间构象所维特定空间构象所维持，深入到分子内持，深入到分子内部，且多为疏水基部，且多为疏水基团组成的疏水环境，团组成的疏水环境，形成疏水的形成疏水的“口袋口袋”（见右图）。（见右图）。 （一）高度的催化效率（一）高度的催化效率 酶的催化效率比一般催化剂高酶的催化效率比一般催化剂高1071013倍倍。例如脲酶催化尿素水解的速度是。例如脲酶催化尿素水

3、解的速度是 H+催化催化速度的速度的7 1012倍；倍；-胰凝乳蛋白酶催化苯胰凝乳蛋白酶催化苯酰胺水解的速度是酰胺水解的速度是H+的的61012倍。酶和一般倍。酶和一般催化剂加速化学反应的机制都是催化剂加速化学反应的机制都是降低化学反降低化学反应的活化能。应的活化能。返回本章目录返回本章目录非催化反应所需的活化能一般催化剂所需的活化能酶促反应所需的活化能反应前后能量差产物反应物能量反应过程 1.绝对特异性绝对特异性 一种酶只能作用于一种底物，发一种酶只能作用于一种底物，发生一种反应，这种特异性称为绝对特异性。例如，脲生一种反应，这种特异性称为绝对特异性。例如，脲酶只能催化尿素水解生成酶只能催化

4、尿素水解生成CO2和和NH3。 2. 相对特异性相对特异性 有一些酶能作用于一类化合物有一些酶能作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的特异性称为相对特异或一种化学键，这种不太严格的特异性称为相对特异性。例如，磷酸酶对一般的磷酸酯键都有水解作用，性。例如，磷酸酶对一般的磷酸酯键都有水解作用，既可水解甘油与磷酸形成的酯键；也可水解酚类与磷既可水解甘油与磷酸形成的酯键；也可水解酚类与磷酸形成的酯键。酸形成的酯键。 3.立体异构特异性立体异构特异性 有一些酶只能作用于底物两有一些酶只能作用于底物两种立体异构体中的一种，而对另一种不能作用。这种种立体异构体中的一种，而对另一种不能作用。这种特异性称

5、为立体异构特异性。例如特异性称为立体异构特异性。例如L-氨基酸氧化酶只氨基酸氧化酶只能作用于能作用于L-氨基酸，而不能作用于氨基酸，而不能作用于D-氨基酸。氨基酸。 酶对其底物的选择性就称为酶对其底物的选择性就称为性，按照选择性，按照选择性严格程度的不同特异性可分为以下三种：性严格程度的不同特异性可分为以下三种： 酶的活性受到许多因素的影响。如酶的活性受到许多因素的影响。如蛋白质变性剂、激素、底物、产物、抑蛋白质变性剂、激素、底物、产物、抑制剂、激活剂等都能对酶的活性发生影制剂、激活剂等都能对酶的活性发生影响。这种特点在物质代谢的调解中具有响。这种特点在物质代谢的调解中具有重要意义。重要意义。

6、 （ 一）酶一）酶-底物复合物的形成底物复合物的形成 酶在催化化学反应的时候，首先要与底物酶在催化化学反应的时候，首先要与底物结合，生成酶结合，生成酶-底物复合物。然后在酶的影响下，底物复合物。然后在酶的影响下，底物的化学键断裂或新键形成，转变为产物。底物的化学键断裂或新键形成，转变为产物。这一过程可图示如下：这一过程可图示如下：产物底物酶酶-底物复合物酶 E + S E-S E + P 过去曾经认为，酶与底物的结合好象锁与过去曾经认为，酶与底物的结合好象锁与钥匙的关系（锁钥学说）。这种学说不能解释可钥匙的关系（锁钥学说）。这种学说不能解释可逆反应和酶的相对特异性。后来有人又提出了相逆反应和酶

7、的相对特异性。后来有人又提出了相互诱导契合学说：认为酶与底物的结构并非恰巧互诱导契合学说：认为酶与底物的结构并非恰巧吻合，而是在相互接近时，相互诱导，两者都发吻合，而是在相互接近时，相互诱导，两者都发生变形，变得相互适应，进而相互结合，生成酶生变形，变得相互适应，进而相互结合，生成酶-底物复合物（见下页图示和动画）。底物复合物（见下页图示和动画）。 酶促反应动力学研究的是酶促反应速酶促反应动力学研究的是酶促反应速度及其影响因素。度及其影响因素。影响酶促反应速度的主影响酶促反应速度的主要因素有：酶浓度、底物浓度、温度、要因素有：酶浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂和抑制剂等。激活剂和抑制剂等。酶

8、促反应动力学的研酶促反应动力学的研究具有重要的理论和实践意义。究具有重要的理论和实践意义。返回本章目录返回本章目录 在酶促反应系统中，当底物浓度足够大时，在酶促反应系统中，当底物浓度足够大时，反应速度与酶的浓度成正比。反应速度与酶的浓度成正比。如下图：如下图： V E 上图：酶浓度对反应速度的影响反应速度酶浓度 在其它因素不变的情况下，底物浓度在其它因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响如下对反应速度的影响如下:在底物浓度较低在底物浓度较低时，反应速度随底物浓度的增加而成正比时，反应速度随底物浓度的增加而成正比的增加；随着底物浓度的进一步增加，反的增加；随着底物浓度的进一步增加，反应速度也

9、增加，但增加的幅度逐渐下降，应速度也增加，但增加的幅度逐渐下降，与底物的增加不成正比；如果继续增加底与底物的增加不成正比；如果继续增加底物浓度，反应速度将逐渐趋于恒定，不再物浓度，反应速度将逐渐趋于恒定，不再增加，即达到最大反应速度。增加，即达到最大反应速度。此时酶的活此时酶的活性中心已被底物所饱和。所有的酶都有这性中心已被底物所饱和。所有的酶都有这种饱和现象（见下页图）。种饱和现象（见下页图）。上图：底物浓度对酶促反应速度的影响反应速度底物浓度最大反应速度 S VVmaxab 1913年年L. Michaelis和和M.L. Menten提出了提出了酶促反应速度与底物浓度关系的数学方程式，酶

10、促反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即著名的米即著名的米-曼氏方程式，简称米曼氏方程式，简称米-氏方程式氏方程式（Michaelis equation）：）： V =Vmax SKm + S上式中:Vmax为最大反应速度；Km为米氏常数 1. Km值等于酶促反应速度为最大反应值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度（见下页图）。速度一半时的底物浓度（见下页图）。当酶促反应速度为最大反应速度一半时，当酶促反应速度为最大反应速度一半时，米氏方程可以变化如下：米氏方程可以变化如下： 进一步整理得：进一步整理得：Km = SV VmaxmaxSSSSK Km m 2 2V Vmaxmax=

11、=反应速度反应速度底物浓度底物浓度SS最大反应速度最大反应速度V VmaxmaxK Km mV VV Vmaxmax21 2. Km值可表示酶对底物的亲和值可表示酶对底物的亲和力。力。 Km值愈小，酶与底物的亲和力值愈小，酶与底物的亲和力愈大。愈大。 在生产和实验中，应选择在生产和实验中，应选择Km值值较小的酶，以便用较低的底物浓度而较小的酶，以便用较低的底物浓度而达到最大的反应度。达到最大的反应度。 3. Km值是酶的特性常数之一，只与酶的结值是酶的特性常数之一，只与酶的结构、底物和反应条件有关，与酶的浓度无关。构、底物和反应条件有关，与酶的浓度无关。各各种酶的种酶的Km值范围很广，大致在值

12、范围很广，大致在 10 6 102 molL之间。对同一底物，不同的酶有不同的之间。对同一底物，不同的酶有不同的Km值；多底物反应的酶对不同底物的值；多底物反应的酶对不同底物的Km值也各值也各不相同。不相同。 如果有两种不同来源的酶，能作用于同一种如果有两种不同来源的酶，能作用于同一种底物，若底物，若Km值相同，就是一种酶；若值相同，就是一种酶；若Km值不值不同，则为同工酶。如果一种酶可作用于几种底同，则为同工酶。如果一种酶可作用于几种底物，物，Km值最小的物质为最适底物。值最小的物质为最适底物。 4 Vmax（最大反应速度）是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。 温度对酶促反应速度

13、有双重影响。温温度对酶促反应速度有双重影响。温度升高一方面可加快反应速度，同时也度升高一方面可加快反应速度，同时也要引起蛋白质的变性。要引起蛋白质的变性。在在040的范的范围内，温度升高，反应速度加快；围内，温度升高，反应速度加快；4080，温度升高，反应速度减慢；，温度升高，反应速度减慢；80以上，大多数酶失活，反应停止。以上，大多数酶失活，反应停止。0以下，酶活性暂时受到抑制，但酶不以下，酶活性暂时受到抑制，但酶不被破坏，温度回升以后，酶的活性可以被破坏，温度回升以后，酶的活性可以恢复（见下页图）。恢复（见下页图）。温度（）2040反应速度人体内酶的最适温度60080 温血动物体内酶的最适

14、温度为温血动物体内酶的最适温度为3540之间，植物体内酶的最适温度约为之间，植物体内酶的最适温度约为5060。生活在温泉或深海中的细菌体。生活在温泉或深海中的细菌体内的酶，其最适温度为内的酶，其最适温度为100左右。左右。 酶的最适温度：酶促反应速度最快时酶的最适温度：酶促反应速度最快时的温度称为酶的最适温度。人体内酶的最的温度称为酶的最适温度。人体内酶的最适温度为适温度为37。 低温不破坏酶活性的原理在医学上有广泛低温不破坏酶活性的原理在医学上有广泛的应用，如低温麻醉、低温保存菌种、低温保的应用，如低温麻醉、低温保存菌种、低温保存酶制剂以及冷冻卵、冷冻精子、冷冻胚胎等存酶制剂以及冷冻卵、冷冻

15、精子、冷冻胚胎等试管婴儿技术。试管婴儿技术。 酶分子中的许多极性基团，在不同的酶分子中的许多极性基团，在不同的pH条条件下解离状态不同，所带电荷的性质和数量也不件下解离状态不同，所带电荷的性质和数量也不同。酶的必须基团往往只在某一解离状态下才能同。酶的必须基团往往只在某一解离状态下才能与底物结合。因此与底物结合。因此pH的改变对酶的催化作用的改变对酶的催化作用影响很大。影响很大。酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH称为酶称为酶的最适的最适pH。人体内大多数酶的最适。人体内大多数酶的最适pH为为6.58.0（如胰淀粉酶的最适（如胰淀粉酶的最适pH为为6.77.2；胰蛋白；胰蛋白酶的最

16、适酶的最适pH为为7.7；）。但也有少数例外，如胃；）。但也有少数例外，如胃蛋白酶的最适蛋白酶的最适pH约为约为1.8，肝精氨酸酶的最适，肝精氨酸酶的最适pH为为9.8。溶液的。溶液的pH值高于或低于最适值高于或低于最适pH时，酶活时，酶活性降低。在进行有关酶的实验时，应选用最适性降低。在进行有关酶的实验时，应选用最适pH的缓冲溶液。的缓冲溶液。pH对酶活性的影响如下页图所对酶活性的影响如下页图所示：示：人体内酶的最适pH反应速度681012pH42 凡能使酶的催化活性下降而不引凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂剂。抑制剂多与酶活性中

17、心内、外必。抑制剂多与酶活性中心内、外必需基团相结合，从而抑制酶的催化活需基团相结合，从而抑制酶的催化活性。除去抑制剂后，酶的活性得到恢性。除去抑制剂后，酶的活性得到恢复。复。根据抑制剂与酶结合的紧密程度根据抑制剂与酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为不可逆性抑不同，酶的抑制作用分为不可逆性抑制与可逆性抑制两类。制与可逆性抑制两类。 抑制剂通常与酶活性中心上必需基团以抑制剂通常与酶活性中心上必需基团以共价键相结合，使酶失活共价键相结合，使酶失活,这种抑制剂不能用这种抑制剂不能用透析、超滤等方法予以去除。如透析、超滤等方法予以去除。如有机磷农药有机磷农药（敌百虫、敌敌畏、（敌百虫、敌敌畏、10

18、59）能与胆碱酯酶活）能与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基结合，使酶失活性中心丝氨酸残基的羟基结合，使酶失活（见下页图）。乙酰胆碱的积蓄造成对迷走（见下页图）。乙酰胆碱的积蓄造成对迷走神经的兴奋性毒性（心率变漫、肌肉痉挛、神经的兴奋性毒性（心率变漫、肌肉痉挛、呼吸困难、流口水等症状）。这些具有专一呼吸困难、流口水等症状）。这些具有专一作用的抑制剂常被称为专一性抑制剂。作用的抑制剂常被称为专一性抑制剂。 RO O RO O P + HO E P + HX RO X RO O E 有机磷化合物 羟基酶 磷酰化酶 （失活） 酸+ + EOHEOHN N| |CHCH3 3P P OE OE O O

19、R R1 1O OR R2 2O OCHNOHCHNOHN NCHCH3 3CHNOCHNOO OP POROR1 1OROR2 2解磷啶解磷啶磷酰化的解磷啶磷酰化的解磷啶磷酰化酶磷酰化酶复活的酶复活的酶 低浓度的低浓度的重金属离子（如重金属离子（如Hg2+、Ag +)及及As 3+ 可与酶分子的巯基结合，使酶失活可与酶分子的巯基结合，使酶失活。由于这些抑制剂所结合的巯基不局限于必由于这些抑制剂所结合的巯基不局限于必需基团，所以此类抑制剂又称为非专一性需基团，所以此类抑制剂又称为非专一性抑制剂。抑制剂。化学毒剂路易士气（化学毒剂路易士气（Lewisite)是是一种含砷的化合物，它也能抑制体内的

20、巯一种含砷的化合物，它也能抑制体内的巯基酶而使人畜中毒。基酶而使人畜中毒。Cl SH S AsCH CHCl E E As CH CHCl2HClCl SH s 路易士气巯基酶失活的酶酸 S CH2SHE AsCH CHCl S + CHSH CH2OH CH2S SH AsCH CHCl E + CH S SH CH2OH 失活的酶二巯基丙醇巯基酶二巯基丙醇与砷剂结合物 砒霜也是砷化物（As2O3），也可抑制巯巯基酶基酶的活性而引起中毒。水浒传里武大郎即死于砒霜中毒。水浒传中的潘金莲（王思懿饰）金瓶梅中的潘金莲（杨思敏饰） 抑制剂通过非共价键与酶或酶抑制剂通过非共价键与酶或酶-底底物复合物可

21、逆性结合，使酶活性降低或物复合物可逆性结合，使酶活性降低或消失。采用透析或超滤的方法可将抑制消失。采用透析或超滤的方法可将抑制剂除去。可逆性抑制又可分为三种：剂除去。可逆性抑制又可分为三种： 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 （二）可逆性抑制作用（二）可逆性抑制作用 概念：抑制剂的结构与底物相似，可与底物竞争同一种酶的活性中心，从而阻碍酶与底物的结合，表现了对酶活性的抑制。这种现象称为竟争性抑制作用（见257页图）。 竟争性抑制作用的反应过程如下页图 所示：+ I EIE + PE + SE S增加底物浓度平衡移动方向增加抑制剂平

22、衡移动方向 抑制作用的强弱取决于抑制剂与抑制作用的强弱取决于抑制剂与底物浓度的相对比例；通过增加底物底物浓度的相对比例；通过增加底物浓度可减弱或解除抑制作用；浓度可减弱或解除抑制作用；Vmax不不变，变，Km值增大（如下页图）。值增大（如下页图）。SVKmKmVmax无抑制剂有抑制剂1/2Vmax 例如，琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱例如，琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢的反应，就可被丙二酸抑制。因为丙氢的反应，就可被丙二酸抑制。因为丙二酸的结构与琥珀酸相似（见下页页）。二酸的结构与琥珀酸相似（见下页页）。COOHCH2COOHCOOHCH2CH2COOHCOOHHOOCHCCH琥珀酸脱氢酶琥珀酸延胡索酸

23、丙二酸上图：竞争性抑制作用竞争性抑制作用 竞争性抑制作用的原理可用来阐明某些药物的作用机理，竞争性抑制作用的原理可用来阐明某些药物的作用机理，还可以指导抗代谢新药的开发。磺胺类药物是典型的代表。对还可以指导抗代谢新药的开发。磺胺类药物是典型的代表。对磺胺类药物敏感的细菌在生长繁殖时，不能直接利用环境中的磺胺类药物敏感的细菌在生长繁殖时，不能直接利用环境中的叶酸，而是在菌体内二氢叶酸合成酶的催化下，以对氨基苯甲叶酸，而是在菌体内二氢叶酸合成酶的催化下，以对氨基苯甲酸等为底物合成二氢叶酸。二氢叶酸是核苷酸合成过程中的辅酸等为底物合成二氢叶酸。二氢叶酸是核苷酸合成过程中的辅酶之一四氢叶酸的前体。磺胺

24、类药物的化学结构与对氨基苯甲酶之一四氢叶酸的前体。磺胺类药物的化学结构与对氨基苯甲酸相似，是二氢叶酸合成酶的竟争增性抑制剂，能抑制二氢叶酸相似，是二氢叶酸合成酶的竟争增性抑制剂，能抑制二氢叶酸的合成；磺胺增效剂（酸的合成；磺胺增效剂（TMP）与二氢叶酸结构相似，是二氢）与二氢叶酸结构相似，是二氢叶酸还原酶的竟争增性抑制剂，可以抑制四氢叶酸的合成。磺叶酸还原酶的竟争增性抑制剂，可以抑制四氢叶酸的合成。磺胺类药物和磺胺增效剂分别从两个环节抑制了四氢叶酸的合成，胺类药物和磺胺增效剂分别从两个环节抑制了四氢叶酸的合成，从而抑制细菌体内核酸和蛋白质的生物合成，使细菌的生长繁从而抑制细菌体内核酸和蛋白质的

25、生物合成，使细菌的生长繁殖受到抑制（见下页图）。殖受到抑制（见下页图）。对-氨基苯甲酸二氢喋呤谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸二氢叶酸还原酶四氢叶酸磺胺类药物磺胺增效剂（TMP）H2NCOOH对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸SO2NHRH2N磺胺类药物磺胺类药物 人体能从食物中直接获取叶酸，叶酸在体内可转变为人体能从食物中直接获取叶酸，叶酸在体内可转变为四氢叶酸。所以人体核酸的合成不受磺胺类药物的影响。四氢叶酸。所以人体核酸的合成不受磺胺类药物的影响。根据竟争性抑制作用的特点，服用磺胺类药物时必须保持根据竟争性抑制作用的特点，服用磺胺类药物时必须保持血液中药物的高浓度，以达到有效的抑菌作用。血液中药物的高

26、浓度，以达到有效的抑菌作用。 许多许多抗癌药物抗癌药物如氨甲蝶呤（如氨甲蝶呤（MTXMTX）、）、5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶（5-FU5-FU）、）、6-6-巯基嘌呤（巯基嘌呤（6-MP6-MP）等都是酶的竟争性抑制剂。）等都是酶的竟争性抑制剂。它们分别抑制四氢叶酸、脱氧胸苷酸及嘌呤核苷酸的合成，它们分别抑制四氢叶酸、脱氧胸苷酸及嘌呤核苷酸的合成，达到抑制肿瘤生长的目的。这些药物的开发研制就是在竟达到抑制肿瘤生长的目的。这些药物的开发研制就是在竟争性抑制作用的原理指导下完成的。争性抑制作用的原理指导下完成的。 有些抑制剂的化学结构与底物不相似，不与有些抑制剂的化学结构与底物不相似，不与底物竟争酶

27、的活性中心，也不影响酶与底物的结底物竟争酶的活性中心，也不影响酶与底物的结合。抑制剂可与酶活性中心外的必需基团结合，合。抑制剂可与酶活性中心外的必需基团结合，生成的酶生成的酶-抑制剂复合物（抑制剂复合物（E-I）也可再与底物结）也可再与底物结合（合（E-S-I）。酶与底物生成的复合物（）。酶与底物生成的复合物（E-S）也）也可以与抑制剂结合（可以与抑制剂结合（E-S-I ） 。但抑制剂与酶、。但抑制剂与酶、底物结合生成的酶底物结合生成的酶-底物底物-抑制剂复合物（抑制剂复合物（E-S-I）不能进一步释放出产物不能进一步释放出产物,成为死端复合物。这种抑成为死端复合物。这种抑制作用称为非竟争性抑

28、制作用（见制作用称为非竟争性抑制作用（见257页图），页图），反应式如下：反应式如下： E + SE + P ESE-S-I+II+（死端复合物） E + SE + P ESE-S-IE-I + S+II+增加底物平衡移动方向 抑制作用的强弱只取决于抑制剂的浓抑制作用的强弱只取决于抑制剂的浓度，与底物浓度无关，不能通过增加底物度，与底物浓度无关，不能通过增加底物浓度减弱抑制；浓度减弱抑制；Kmax降低，降低，Km值不变值不变（见下页图）。（见下页图）。 如麦芽糖对淀粉酶的抑制就是非竞争性如麦芽糖对淀粉酶的抑制就是非竞争性抑制作用。抑制作用。无抑制剂下图：非竞争性抑制的特征曲线有抑制剂无抑制剂酶

29、底物竞争性抑制剂酶酶酶底物ES复合物EI复合物ESI复合物非竞争性抑制剂 此类抑制剂与上述两种抑制作用不同，仅与此类抑制剂与上述两种抑制作用不同，仅与酶和底物形成的中间复合物（酶和底物形成的中间复合物（ES）结合，生成）结合，生成ESI复合物，使中间产物复合物，使中间产物(ES)的量减少，从而抑的量减少，从而抑制酶促反应。这种抑制作用称为反竞争性抑制作制酶促反应。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。其反应式如下：用。其反应式如下： E + S ES E + P + I ESI 反竟争性抑制作用的特点是反竟争性抑制作用的特点是Vmax降低，降低，Km值值减小（见下页图）。减小（见下页图）。有抑制剂

30、无抑制剂 凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质统称为酶的激活剂。物质统称为酶的激活剂。激活剂大多为金属离子，激活剂大多为金属离子，如如Mg2+（是磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶等许多激酶（是磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶等许多激酶的激活剂）、的激活剂）、 K+、Mn2+等，少数为阴离子，如等，少数为阴离子，如Cl（是唾液淀粉酶的激活剂）等。也有一些激活剂为（是唾液淀粉酶的激活剂）等。也有一些激活剂为有机化合物，如有机化合物，如ADP（是异柠檬酸脱氢酶的激活（是异柠檬酸脱氢酶的激活剂）、剂）、AMP、NAD+、1，6-二磷酸果糖是（磷酸果二磷酸果糖是（磷酸

31、果糖激酶激活剂）、胆汁酸盐（胰脂肪酶的激活剂）糖激酶激活剂）、胆汁酸盐（胰脂肪酶的激活剂）等。等。 有些激活剂对酶促反应是不可缺少的，有些激活剂对酶促反应是不可缺少的，称为酶的必需激活剂。例如，称为酶的必需激活剂。例如，Mg2+就是己就是己糖激酶的必需激活剂。有些激活剂不存在糖激酶的必需激活剂。有些激活剂不存在时酶仍有一定的催化活性，这类激活剂称时酶仍有一定的催化活性，这类激活剂称为非必需激活剂。例如为非必需激活剂。例如Cl就是唾液淀粉酶就是唾液淀粉酶的非必需激活剂。许多有机化合物激活剂的非必需激活剂。许多有机化合物激活剂也属非必需激活剂。也属非必需激活剂。 在生物组织中，由于酶的含量甚微，又

32、多在生物组织中，由于酶的含量甚微，又多与其它蛋白质混合存在，将其提存是一件耗时与其它蛋白质混合存在，将其提存是一件耗时费力的事，所以很难直接测定其含量。临床上费力的事，所以很难直接测定其含量。临床上酶的定量测定都不是直接测定酶的绝对含量，酶的定量测定都不是直接测定酶的绝对含量，而是用酶的活性大小表示酶的相对含量。酶的而是用酶的活性大小表示酶的相对含量。酶的活性是指酶催化化学学反应的能力，其衡量的活性是指酶催化化学学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度的大小。酶促反应速度可标准是酶促反应速度的大小。酶促反应速度可在适宜的反应条件下（足够的底物浓度在适宜的反应条件下（足够的底物浓度 10Km以上

33、；最适的以上；最适的PH；最适温度；反应体系中有适；最适温度；反应体系中有适宜的辅助因子、激活剂等），用单位时间内底宜的辅助因子、激活剂等），用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。物的消耗或产物的生成量来表示。 1976年，国际生化学会（年，国际生化学会（IUB）酶学委员会）酶学委员会规定：规定：在特定的条件下，每分钟催化在特定的条件下，每分钟催化1mol底底物转化为产物所酶量为一个国际单位（物转化为产物所酶量为一个国际单位（IU）。 1979年该学会又推荐以催量单位（年该学会又推荐以催量单位（katal）来表示酶的活性。来表示酶的活性。1催量（催量（1kat）是指在特定条）是指在特定条

34、件下，每秒钟使件下，每秒钟使1mol底物转化为产物所需的酶底物转化为产物所需的酶量。量。 1 IU=16.67109 kat。 体内物质代谢的调节主要是对代体内物质代谢的调节主要是对代谢途径中关键酶的调节。调节的方式谢途径中关键酶的调节。调节的方式主要有两种：酶活性的调节和酶含量主要有两种：酶活性的调节和酶含量的调节。的调节。返回本章目录返回本章目录 （一）（一）酶原与酶原的激活酶原与酶原的激活 有些酶在细胞内合成或刚分泌时没有催化有些酶在细胞内合成或刚分泌时没有催化活性，必须在一定条件下水解脱落掉一个或几活性，必须在一定条件下水解脱落掉一个或几个肽段，分子结构发生改变，才能转变为有催个肽段，

35、分子结构发生改变，才能转变为有催化活性的酶。化活性的酶。 1.酶原：尚未具备催化活性的酶的前体称酶原：尚未具备催化活性的酶的前体称为酶原。为酶原。 2.酶原的激活：在激活剂的作用下，酶原酶原的激活：在激活剂的作用下，酶原转变为有活性的酶的过程称为酶原的激活。能转变为有活性的酶的过程称为酶原的激活。能使酶原转变为酶的物质称为酶原的激活剂。使酶原转变为酶的物质称为酶原的激活剂。 胰蛋白酶原的激活就是一个典型的例胰蛋白酶原的激活就是一个典型的例子。子。胰蛋白酶原是由胰腺细胞分泌的单链胰蛋白酶原是由胰腺细胞分泌的单链蛋白质，没有活性中心。进入肠道以后，蛋白质，没有活性中心。进入肠道以后，在钙离子存在下

36、受肠激酶的激活，第六位在钙离子存在下受肠激酶的激活，第六位赖氨酸残基与第七位异亮氨酸残基之间的赖氨酸残基与第七位异亮氨酸残基之间的肽键断裂，水解掉一个六肽，分子构象发肽键断裂，水解掉一个六肽，分子构象发生改变，形成酶的活性中心，从而成为有生改变，形成酶的活性中心，从而成为有催化活性的胰蛋白酶（如下页图）。催化活性的胰蛋白酶（如下页图）。甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝肠激酶肠激酶/ /胰蛋白酶胰蛋白酶 消化道内多种与蛋白质消化有关的酶都以酶消化道内多种与蛋白质消化有关的酶都以酶原形式存在，它们的激活过程有级连反应性质。原形式存在，它们的激活过程有级连反应性质。胰

37、蛋白酶原被激活以后，生成的胰蛋白酶除了可胰蛋白酶原被激活以后，生成的胰蛋白酶除了可以激活自己的酶原以外还可以进一步激活胰凝乳以激活自己的酶原以外还可以进一步激活胰凝乳蛋白酶原、羧基肽酶原、弹性蛋白酶元等，从而蛋白酶原、羧基肽酶原、弹性蛋白酶元等，从而加速食物中蛋白质的消化过程。加速食物中蛋白质的消化过程。 酶原的激活具有重要的生理意义。消化管内酶原的激活具有重要的生理意义。消化管内蛋白酶以酶原形式分泌，不仅保护消化器官本身蛋白酶以酶原形式分泌，不仅保护消化器官本身不受酶的水解破坏，而且保证酶在其特定的部位不受酶的水解破坏，而且保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用。此外，酶原还可以视为与环境

38、发挥其催化作用。此外，酶原还可以视为酶的储存形式。如凝血酶和纤维蛋白溶解酶以酶酶的储存形式。如凝血酶和纤维蛋白溶解酶以酶原性的形式在血液循环中运行，一旦需要便转化原性的形式在血液循环中运行，一旦需要便转化为有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。为有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。 体内某些代谢物可以与酶分子活性中心外体内某些代谢物可以与酶分子活性中心外某一部位进行可逆的结合，使酶发生变构并改某一部位进行可逆的结合，使酶发生变构并改变其催化活性。这种现象称为酶的变构调节。变其催化活性。这种现象称为酶的变构调节。受变构调节的酶称为变构酶。使酶发生变构的受变构调节的酶称为变构酶。使酶发生变构的物质叫

39、变构剂。物质叫变构剂。酶分子中与变构剂结合的部位酶分子中与变构剂结合的部位称为变构部位或调解部位。称为变构部位或调解部位。 变构酶分子中常含有多个亚基，酶分子的变构酶分子中常含有多个亚基，酶分子的催化部位（活性中心）和调节部位有的在同一催化部位（活性中心）和调节部位有的在同一亚基内，也有的不在同一亚基内。含催化部位亚基内，也有的不在同一亚基内。含催化部位的亚基叫催化亚基；含调节部位的亚基叫调节的亚基叫催化亚基；含调节部位的亚基叫调节亚基（如下页图）。亚基（如下页图）。C:催化亚基R:调节亚基变构酶 变构后酶活性增加的效应称为变构激活；酶活性降低的效应称为变构抑制。变构剂也相应的称为变构激活剂和

40、变构抑制剂。有些酶促反应的底物或产物本身就是变构剂。例如，ATP和柠檬酸就是糖酵解途径中的关键酶之一磷酸果糖激酶的变构抑制剂。这两种物质增多时酶活性受到抑制，该途径变慢，以防止产物过剩。而ADP和AMP是磷酸果糖激酶的变构激活剂，它们增多时酶活性增强，糖酵解途径加快，使ATP生成增加。酶的变构调节是体内一种快速调节方式，一般在数秒或数分钟内即可发生作用。 酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这种现象称为可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这种现象称为酶的共价修饰调节或酶促化学修饰调解。酶的共价修饰调节或酶促化学修饰

41、调解。在修饰过程在修饰过程中，酶发生无活性（或低活性）与有活性（或高活性）中，酶发生无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种形式的互变。这种互变由不同的酶催化，后者又两种形式的互变。这种互变由不同的酶催化，后者又受激素的调控。酶的共价修饰调节包括磷酸化和脱磷受激素的调控。酶的共价修饰调节包括磷酸化和脱磷酸、乙酰化和脱乙酰基、甲级化与脱甲基、腺苷化与酸、乙酰化和脱乙酰基、甲级化与脱甲基、腺苷化与脱腺苷化以及脱腺苷化以及SH与与SS的互变等。其中以磷的互变等。其中以磷酸化修饰最为常见（如下页图）。例如，糖原磷酸化酸化修饰最为常见（如下页图）。例如，糖原磷酸化酶有两种形式，即磷酸化的酶有两种形式，

42、即磷酸化的a型和脱磷酸的型和脱磷酸的b型，前者型，前者有活性，后者无活性。这两种形式在不同酶的催化下有活性，后者无活性。这两种形式在不同酶的催化下可互相转变。可互相转变。 酶的共价修饰是体内快速调节的另一种方式。酶的共价修饰是体内快速调节的另一种方式。ATPADPE蛋白激酶磷蛋白磷酸酶PiH2OE EP P （一）酶蛋白合成的诱导与阻遏 某些底物、产物、激素、药物等可以影响一些酶的生物合成。一般在转录水平上促进酶生物合成的作用称为诱导作用，具有诱导作用的化合物称为诱导剂；在转录水平上减少酶生物合成的作用称为阻遏作用，具有阻遏作用的化合物称为辅阻遏剂。辅阻遏剂与无活性的阻遏蛋白结合而影响基因的转

43、录。由于诱导剂在诱导酶生物合成过程的转录后还需要有翻译和翻译后加工等过程，所以其效应出现较迟，一般需要几个小时才能见效。然而，一旦酶蛋白诱导合成以后，即使去除诱导因素，酶的活性仍然存在。可见，酶蛋白合成的诱导与阻遏作用是对代谢的缓慢而长效的调节。 酶是机体的组成成分，也要不断的进行自我更新。细胞内各种酶的半寿期相差很大，机体可以通过改变酶分子的降解速度来调节细胞内酶的含量。细胞内酶的降解速度与机体的营养和激素的调节有关。 同工酶是长期进化过程中基因分化的产同工酶是长期进化过程中基因分化的产物。同工酶是指催化相同的化学反应，而酶物。同工酶是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性子乃至免

44、疫学性质蛋白的分子结构、理化性子乃至免疫学性质不同的一组酶。它们是由不同基因或等位基不同的一组酶。它们是由不同基因或等位基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同不同mRNA翻译的不同多肽链组成的蛋白质。翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。它在代织或同一细胞的不同亚细胞结构中。它在代谢调节上起着重要的作用。谢调节上起着重要的作用。 现已发现百余种酶具有同工酶。现已发现百余种酶具有同工酶。例如，乳酸脱氢酶就有五种同工酶。例如，乳酸脱氢酶就有五种同工酶。乳酸

45、脱氢酶是四聚体酶。该酶有两种乳酸脱氢酶是四聚体酶。该酶有两种亚基组成：骨骼肌型（亚基组成：骨骼肌型（M型）和心肌型）和心肌型（型（H型）。两种亚基以不同比例组成型）。两种亚基以不同比例组成五种同工酶：五种同工酶：LDH1(H4)、LDH2(H3M)、LDH3(H2M2)、LDH4(HM3) 、 LDH5 (M4)。它们的电泳速度依次递减；对。它们的电泳速度依次递减；对同一底物表现不同的同一底物表现不同的Km值；在不同组值；在不同组织器官中的含量与分布比例也不同织器官中的含量与分布比例也不同（如下（如下2页图）。页图）。HMMMLDH4(HM3) HHHHLDH1(H4)HHHMLDH2(H3M

46、)HHMMMMLDH3(H2M2)MMMMLDH5 (M4) 如图所示：心肌中LDH1最多，而肝脏中 LDH5最多。 同工酶的测定已应用于临床实践。例如，正常血浆种LDH2的活性高于LDH1，心肌梗死时，由于心肌中的LDH1释放入血，使血浆中的LDH1大于LDH2。心肌梗死时，血清中肌酸激酶（CK）同工酶的升高更加明显，且比LDH1的升高提前一到两天。 按照酶促反应的性质质，酶可分为六大类：按照酶促反应的性质质，酶可分为六大类： 1.氧化还原酶类氧化还原酶类 催化底物进行氧化还原催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如，乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢反应的酶类。例如，乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化

47、酶、过氧化氢酶等。酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。 2.转移酶类转移酶类 催化底物之间进行某些基团催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。例如，甲基转移酶、氨的转移或交换的酶类。例如，甲基转移酶、氨基转移酶、己糖激酶、磷酸化酶等。基转移酶、己糖激酶、磷酸化酶等。 3.水解酶类水解酶类 催化底物发生水解反应的酶催化底物发生水解反应的酶类。例如，淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶类。例如，淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。等。返回本章目录返回本章目录 4.裂解酶类裂解酶类（或裂合酶类）（或裂合酶类） 催化一种化催化一种化合物分裂为两种化合物及其逆反应的酶类。例合物分裂为两种化合物及其逆反应的酶类

48、。例如碳酸酐酶、醛缩酶等。如碳酸酐酶、醛缩酶等。 5.异构酶类异构酶类 催化两种同分异构体之间催化两种同分异构体之间相互转变的酶类。例如，磷酸丙糖异构酶、消相互转变的酶类。例如，磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。旋酶等。 6.合成酶类合成酶类（或称连接酶类）（或称连接酶类） 催化两分催化两分子不同的底物合成为一种化合物，同时偶联有子不同的底物合成为一种化合物，同时偶联有ATP的高能键断裂释放能量的酶类的高能键断裂释放能量的酶类 。例如，。例如， 谷氨酰胺合成酶、氨基酸：谷氨酰胺合成酶、氨基酸：tRNA连接酶等。连接酶等。 国际系统分类法除按上述六类将酶依次编国际系统分类法除按上述六类将酶依次编号外，还

49、根据酶所催化的特点及参加反应的底号外，还根据酶所催化的特点及参加反应的底物不同，将每一大类酶又进一步分类。每一种物不同，将每一大类酶又进一步分类。每一种酶的分类编号均有四个数字组成，数字前冠以酶的分类编号均有四个数字组成，数字前冠以EC（酶学委员会）。编号中第一个数字表示（酶学委员会）。编号中第一个数字表示该酶属于六大类中的那一类；第二个数字表示该酶属于六大类中的那一类；第二个数字表示亚类；第三个数字表示亚亚类；第三个数字表示亚-亚类；第四个数字亚类；第四个数字表示该酶在亚表示该酶在亚-亚类中的排序。例如，谷氨酸亚类中的排序。例如，谷氨酸脱氢酶的系统名称为：脱氢酶的系统名称为：L-谷氨酸：谷氨

50、酸：NAD氧化氧化还原酶。其编号为：还原酶。其编号为：EC1.4.1.3。反应如下：。反应如下：+NH3+NADHL-谷氨酸谷氨酸+H2O+NAD +-酮戊二酸酮戊二酸 （一）酶与疾病的发生（一）酶与疾病的发生 1.酶的先天性缺陷可导致先天性遗传性疾病酶的先天性缺陷可导致先天性遗传性疾病 现已发现现已发现140多种先天性代谢缺陷疾病中，大多种先天性代谢缺陷疾病中，大多是由于酶的先天性缺损所致。例如多是由于酶的先天性缺损所致。例如， 白化病白化病、蚕豆病等（见下页表）。蚕豆病等（见下页表）。返回本章目录返回本章目录酪氨酸酶白化病黑尿酸氧化酶黑尿酸症苯丙氨酸羟化酶系苯丙酮酸尿症1-磷酸半乳糖尿苷移