沈阳药科大学生物化学课件——第3章 酶.ppt

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1、目目 录录Enzyme第第 三三 章章 酶酶目目 录录酶的概念酶的概念n n目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类酶酶酶酶 、核酶（核酶（核酶（核酶（脱氧核酶）脱氧核酶）脱氧核酶）脱氧核酶）n酶是一类由活细胞产生的，酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物对其特异底物具有高效催化作用的具有高效催化作用的蛋白质。蛋白质。目目 录录酶学研究简史酶学研究简史n n公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。n n一一一一百百百百余余余余年年年年前前前前，P

2、asteurPasteur认认认认为为为为发发发发酵酵酵酵是是是是酵酵酵酵母母母母细细细细胞胞胞胞生生生生命命命命活活活活动动动动的的的的结果。结果。结果。结果。n n18771877年，年，年，年，KuhneKuhne首次提出首次提出首次提出首次提出EnzymeEnzyme一词。一词。一词。一词。n n18971897年年年年，BuchnerBuchner兄兄兄兄弟弟弟弟用用用用不不不不含含含含细细细细胞胞胞胞的的的的酵酵酵酵母母母母提提提提取取取取液液液液，实实实实现现现现了发酵。了发酵。了发酵。了发酵。n n19261926年，年，年，年，SumnerSumner首次从刀豆中提纯出脲酶结

3、晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。n n19821982年年年年，CechCech首首首首次次次次发发发发现现现现RNARNA也也也也具具具具有有有有酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性，提提提提出出出出核酶核酶核酶核酶(ribozymeribozyme)的概念。的概念。的概念。的概念。n n19951995年年年年，Jack Jack W.SzostakW.Szostak研研研研究究究究室室室室首首首首先先先先报报报报道道道道了了了了具具具具有有有有DNADNA连连连连接酶活性接酶活性接酶活性接酶活性DNADNA片段，称为片段

4、，称为片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozymedeoxyribozyme)。目目 录录第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme 目目 录录酶的不同形式酶的不同形式n n单体酶单体酶单体酶单体酶(monomericmonomeric enzyme)enzyme)：仅具有三级结仅具有三级结仅具有三级结仅具有三级结构的酶。构的酶。构的酶。构的酶。n n寡聚酶寡聚酶寡聚酶寡聚酶(oligomericoligomeric enzyme)enzyme)：由多个相同或不

5、由多个相同或不由多个相同或不由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。同亚基以非共价键连接组成的酶。同亚基以非共价键连接组成的酶。同亚基以非共价键连接组成的酶。n n多酶体系多酶体系多酶体系多酶体系(multienzymemultienzyme system)system)：由几种不同由几种不同由几种不同由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。n n多功能酶多功能酶多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)(multifunctional enzyme)或串联酶或串

6、联酶或串联酶或串联酶(tandem enzyme)(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程一些多酶体系在进化过程一些多酶体系在进化过程一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在中由于基因的融合，多种不同催化功能存在中由于基因的融合，多种不同催化功能存在中由于基因的融合，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。于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。目目 录录一、一、酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofacto

7、r)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)n n结合酶结合酶结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)n n单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 (simple enzyme)目目 录录*各部分在催化反应中的作用各部分在催化反应中的作用qq酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性决定反应的特异性决定反应的特异性qq辅助因子辅助因子辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易

8、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)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。目目 录录金属离子的作用金属离子的作用稳定酶的构象；稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。小分子有机化合物小分子有机化合物的作用的作用在反应中起运载体的作用，传递电子、在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。质子或其它基团。目目 录录

9、小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用 目目 录录辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超透析或超滤的方法除去滤的方法除去。二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关

10、的化学基团的化学基团。目目 录录目目 录录或称活性部位或称活性部位(active site)，指必需基指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。转化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)目目 录录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 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)催化底物转变成产物催化底物

11、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底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 目目 录录目目 录录溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心*谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基团；基团；*色色氨氨酸酸62和和63、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结结合基团；合基团；*AF为为底底物物多多糖糖链链的的糖糖基基，位位于于酶酶的的活活性性中中心心形成的裂隙中。形成的裂隙中。目目 录录第二

12、节第二节 酶促反应的特点与机理酶促反应的特点与机理The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 目目 录录uu酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变只能加速可逆反应的进程，而不改变只能加速可逆反应的进程，而不改变只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平

13、衡点。反应的平衡点。反应的平衡点。反应的平衡点。目目 录录（一）（一）（一）（一）酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率 一、一、酶促反应的特点酶促反应的特点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1081020倍倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation energy)。酶酶比比一一般般催催化化剂剂更更有有效地降低反应的活化能。效地降低

14、反应的活化能。目目 录录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 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 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。目目 录录根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3 3种类型：种类型：n n绝对特异性绝对特异性绝对特异性绝对特异性(absolute specificity

15、)(absolute specificity)：只能作用于只能作用于只能作用于只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生特定结构的底物，进行一种专一的反应，生特定结构的底物，进行一种专一的反应，生特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物成一种特定结构的产物成一种特定结构的产物成一种特定结构的产物 。n n相对特异性相对特异性相对特异性相对特异性(relative specificity)(relative specificity)：作用于一类作用于一类作用于一类作用于一类化合物或一种化学键。化合物或一种化学键。化合物或一种化学键。化合物或一种化学键。n n立体结构特异性

16、立体结构特异性立体结构特异性立体结构特异性(stereostereo specificityspecificity)：作用于立作用于立作用于立作用于立体异构体中的一种。体异构体中的一种。体异构体中的一种。体异构体中的一种。目目 录录（三）（三）酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。括三方面

17、的调节。目目 录录二、酶促反应的机理二、酶促反应的机理（一）酶（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说底物复合物的形成与诱导契合假说*诱导契合假说诱导契合假说(induced-fit hypothesis)酶底物复合物酶底物复合物 E+SE+PES 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 。目目 录录目目 录录酶酶酶酶 的的的的 诱诱诱诱 导导导导 契契契契 合合合合 动动动动 画画画画羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模

18、模式式 底物底物目目 录录目目 录录（二）酶促反应的机理（二）酶促反应的机理1.邻近效应邻近效应(proximity effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange)2.多元催化多元催化(multielement catalysis)3.表面效应表面效应(surface effect)目目 录录第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 目目 录录qq概念概念概念概念研究各种因素对研究各种因素对研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度的影响，并的影响，并的影响

19、，并的影响，并加以定量的阐述。加以定量的阐述。加以定量的阐述。加以定量的阐述。qq影响因素包括有影响因素包括有影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pHpH、温度、温度、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。目目 录录一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响I.I.单底物、单产物反应单底物、单产物反应单底物、单产物反应单底物、单产物反应II.II.酶酶酶酶促促促促反反反反应应应应速速速速度度度

20、度一一一一般般般般在在在在规规规规定定定定的的的的反反反反应应应应条条条条件件件件下下下下，用用用用单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内底底底底物物物物的的的的消消消消耗耗耗耗量量量量和和和和产产产产物物物物的的的的生生生生成成成成量量量量来来来来表示表示表示表示III.III.反反反反应应应应速速速速度度度度取取取取其其其其初初初初速速速速度度度度，即即即即底底底底物物物物的的的的消消消消耗耗耗耗量量量量很很很很小小小小（一般在（一般在（一般在（一般在5 5 以内）时的反应速度以内）时的反应速度以内）时的反应速度以内）时的反应速度IV.IV.底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度底

21、物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度研究前提研究前提v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。SSV VVmaxVmax目目 录录随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。SSV VVmaxVmax目目 录录当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应速度不再增加，达最

22、大速度；反应为零级反应反应为零级反应SSV VVmaxVmax目目 录录目目 录录（一）米曼氏方程式（一）米曼氏方程式中间产物中间产物中间产物中间产物 酶促反应模式酶促反应模式中间产物学说中间产物学说E+S k1k2k3ESE+P目目 录录19131913年年年年MichaelisMichaelis和和和和MentenMenten提提提提出出出出反反反反应应应应速速速速度度度度与与与与底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度关关关关系系系系的的的的数数数数学学学学方方方方程程程程式式式式，即即即即米米米米曼曼曼曼氏氏氏氏方方方方程程程程式，简称米氏方程式式，简称米氏方程式式，简称米氏方程式式，简称米氏

23、方程式(MichaelisMichaelis equation)equation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速度时的反应速度Vmax：最大反应速度最大反应速度(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S 目目 录录米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，反应速度取决于的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即慢反应即 Vk3ES。(1)S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E

24、的总浓度，因此在反应的初始的总浓度，因此在反应的初始阶段，阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt。目目 录录推导过程推导过程n n稳态：稳态：稳态：稳态：是指是指是指是指ESES的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即 ESES恒定。恒定。恒定。恒定。KK1 1(E(Et t ES)SES)SKK2 2 ES+KES+K3 3 ESESK2+K3 Km（米氏常数）米氏常数）K1令：令：则则(2)(2)变为变为:(EtES)S Km ES(2)(EtES)SK2+K3ES K1整理得：整理得：目目 录录当底物浓度

25、很高，将酶的活性中心全部饱和时，当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即即EtES，反应达最大速度反应达最大速度VmaxK3ESK3Et (5)ES EtSKm+S(3)整理得整理得:将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：VmaxS Km+S V 将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得K3EtS Km+S(4)V目目 录录当反应速度为最大反应速度一半时当反应速度为最大反应速度一半时当反应速度为最大反应速度一半时当反应速度为最大反应速度一半时v Km值的推导值的推导KmS Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单

26、位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km+S Vmax VmaxSV VmaxmaxV VSSKKmmV Vmaxmax/2 /2 目目 录录（二）（二）Km与与Vmax的意义的意义 KKmm值值值值 K Kmm等于酶促反应速度为最大反应速度一半时等于酶促反应速度为最大反应速度一半时等于酶促反应速度为最大反应速度一半时等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。的底物浓度。的底物浓度。的底物浓度。意义：意义：意义：意义：a)a)KKmm是酶的特征性常数之一；是酶的特征性常数之一；是酶的特征性常数之一；是酶的特征性常数之一；b)b)KKmm可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲

27、和力；可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；c)c)同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的KmKm值。值。值。值。目目 录录 Vmax定义：定义：定义：定义：V Vmm是酶完全被底物饱和时的反应速度，是酶完全被底物饱和时的反应速度，是酶完全被底物饱和时的反应速度，是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。意义：意义：Vmax=K3 E如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算 酶的酶的转换数转换数(turnover number)，即动

28、力学常数即动力学常数K3。目目 录录定义定义定义定义 当酶被底物充分饱和时，单位时间内当酶被底物充分饱和时，单位时间内当酶被底物充分饱和时，单位时间内当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分每个酶分子催化底物转变为产物的分每个酶分子催化底物转变为产物的分每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。子数。子数。子数。意义意义意义意义 可用来比较每单位酶的催化能力。可用来比较每单位酶的催化能力。可用来比较每单位酶的催化能力。可用来比较每单位酶的催化能力。酶的转换数酶的转换数目目 录录（三）（三）m m值与值与maxmax值的测定值的测定1.双倒数作图法双倒数作图法(double

29、reciprocal plot)，又又称为称为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)作图法作图法-1 1/KKmm 1/V1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V V VmaxmaxSS KKmm+S+SV=V=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=1/V=KKmmV Vmaxmax 1/V1/Vmax max 1/S 1/S 两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数 目目 录录2.Hanes作图法作图法S S S/V S/V -Km KKmm/V Vmm 在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘

30、SSSSS/V=KS/V=Kmm/V Vmaxmax +S/+S/V Vmaxmax 目目 录录二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响当当当当SSEE，酶酶酶酶可可可可被被被被底底底底物物物物饱饱饱饱和和和和的的的的情情情情况况况况下下下下，反反反反应应应应速度与酶浓度成正比。速度与酶浓度成正比。速度与酶浓度成正比。速度与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：关系式为：关系式为：V=K3 EV=K3 E0 V E 当当SE时，时，Vmax=k3 E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 目目 录录qq双重影响双重影响双重影响双重影响温温温温度度度度升升升升高高高高，酶酶酶酶促

31、促促促反反反反应应应应速速速速度度度度升升升升高高高高；由由由由于于于于酶酶酶酶的的的的本本本本质质质质是是是是蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质，温温温温度度度度升升升升高高高高，可可可可引引引引起起起起酶酶酶酶的的的的变变变变性性性性，从从从从而而而而反反反反应应应应速速速速度度度度降降降降低低低低 。三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度 (optimum temperature)：酶促反应速度最快时的酶促反应速度最快时的环境温度。环境温度。*低温的应用低温的应用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的

32、影响温度对淀粉酶活性的影响目目 录录四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响q最适最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大酶催化活性最大时的环境时的环境pH。0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶 246810目目 录录五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物

33、质称为酶的抑制剂。变性的物质称为酶的抑制剂。变性的物质称为酶的抑制剂。变性的物质称为酶的抑制剂。区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性目目 录录 抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制(reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncom

34、petitive inhibition)目目 录录(一一)不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用*概念概念概念概念抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂通通通通常常常常以以以以共共共共价价价价键键键键与与与与酶酶酶酶活活活活性性性性中中中中心心心心的的的的必必必必需需需需基团相结合，使酶失活。基团相结合，使酶失活。基团相结合，使酶失活。基团相结合，使酶失活。*举例举例举例举例有机磷化合物有机磷化合物有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶羟基酶羟基酶解毒解毒解毒解毒 -解磷定解磷定解磷定解磷定(PAM)(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶巯基酶巯基

35、酶解毒解毒解毒解毒 -二巯基丙醇二巯基丙醇二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)目目 录录有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物目目 录录（二）（二）可逆性抑制作用可逆性抑制作用*概念概念概念概念抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂通通通通常常常常以以以以非非非非共共共共价价价价键键键键与与与与酶酶酶酶或或或或酶酶酶酶-底底底底物物物物复复复复合合合合物物物物可可可可逆逆逆逆性性性性结结结结合合合合，使使使使酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性降降降降低低低低或或或或丧丧丧丧失失

36、失失；抑抑抑抑制剂可用透析、超滤等方法除去。制剂可用透析、超滤等方法除去。制剂可用透析、超滤等方法除去。制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 *类型类型类型类型目目 录录.竞争性抑制作用竞争性抑制作用+IEIE+SE+PES反应模式反应模式定义定义定义定义抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂与与与与底底底底物物物物的的的的结结结结构构构构相相相相似似似似，能能能能与与与与底底底底物物物物竞竞竞竞争争争争酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性中中中中心心心心，从从从从而而而而阻阻阻阻碍碍碍碍酶酶酶酶底底底底物物物物复复复复合合合合物物物物的的的的形形形

37、形成成成成，使使使使酶酶酶酶的活性降低。的活性降低。的活性降低。的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。目目 录录+E EE ES SI IESESEIEIEPEP目目 录录*特点特点b)b)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及底物浓度；及底物浓度；a)I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶酶的的活活性性中心；中心；c)动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V1/S目目 录录*举例举例 丙二酸丙二酸

38、与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸目目 录录 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸目目 录录2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制*反应模式反应模式反应模式反应模式E+SE+SESESE+PE+P+S S S S+S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P+I IE EI I+S +S E EI IS S +I I目目 录录*特点

39、特点a)a)抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团结结合合，底底物物与与抑抑制制剂剂之之间间无无竞竞争关系；争关系；b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑制剂的浓度；抑制剂的浓度；c)动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km不变。不变。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 目目 录录.反竞争性抑制反竞争性抑制*反应模式反应模式反应模式反应模式E+SE+SE+P E+P ESES+I IESESI I+E ES SESESESIESIE EP P目目 录录*特点：特点：a)a)抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物物复复合物结合；合物结合；b)b)抑抑制制程程

40、度度取取决决与与抑抑制制剂剂的的浓浓度度及及底底物的浓度；物的浓度；c)动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km降低。降低。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 目目 录录各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 目目 录录六、激活剂对反应速度的影响六、激活剂对反应速度的影响激活剂激活剂激活剂激活剂(activator)(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。的物质。的物质。的物质。必需激活剂必需激活剂必需激活剂必需激活剂 (ess

41、ential activator)(essential activator)非必需激活剂非必需激活剂非必需激活剂非必需激活剂 (non-essential activator)(non-essential activator)目目 录录七、酶活性测定和酶活性单位七、酶活性测定和酶活性单位酶的活性酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位可在

42、适宜的反应条件下，用单位可在适宜的反应条件下，用单位可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。酶的活性单位酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s s、minmin或或h h）内生成一定量（内生成一定量（mgmg、gg、molmol等）的等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。目目 录录国际单位国际单位(IU)在特定的条

43、件下，每分钟催化在特定的条件下，每分钟催化1mol底物底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。转化为产物所需的酶量为一个国际单位。催量单位催量单位(katal)催量催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使是指在特定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。kat与与IU的换算：的换算：1 IU=16.6710-9 kat目目 录录第第 四四 节节 酶酶 的的 调调 节节The Regulation of Enzyme 目目 录录酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）调节方式调节方式 调节对象调节对象 关键

44、酶关键酶目目 录录一一、酶活性的调节、酶活性的调节（一）酶原与酶原的激活（一）酶原与酶原的激活酶原酶原酶原酶原 (zymogenzymogen)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。

45、的过程。的过程。目目 录录 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象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目目 录录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

46、目目 录录 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证并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。体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。化作用。目目 录录（二）变构酶（二）变构酶 变构效应剂变构效应剂变构效应剂变构效应剂 (allostericallosteric effectoreffector)变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构激活剂

47、变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂 变构调节变构调节变构调节变构调节 (allostericallosteric regulation)regulation)变构酶变构酶变构酶变构酶 (allostericallosteric enzyme)enzyme)变构部位变构部位变构部位变构部位 (allostericallosteric site)site)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。目目 录录变构酶

48、常为多个亚基构成的寡聚体，变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应具有协同效应 变构激活变构激活变构激活变构激活变构抑制变构抑制变构抑制变构抑制 变构酶的形曲线变构酶的形曲线变构酶的形曲线变构酶的形曲线S S S S V V V V 无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂 目目 录录（三）（三）酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节共价修饰共价修饰共价修饰共价修饰(covalent modification)(covalent modification)在在在在其其其其他他他他酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化作作作作用用用用下下下下，某某某某些些些些酶酶酶酶蛋蛋蛋蛋白白白白肽肽肽肽链链

49、链链上上上上的的的的一一一一些些些些基基基基团团团团可可可可与与与与某某某某种种种种化化化化学学学学基基基基团团团团发发发发生生生生可可可可逆逆逆逆的的的的共共共共价价价价结结结结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。常见类型常见类型常见类型常见类型磷酸化与脱磷酸化磷酸化与脱磷酸化（最常见）（最常见）乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和

50、脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化SHSHSHSH与与与与S S S SS S S S互变互变互变互变目目 录录 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白目目 录录二、二、酶含量的调节酶含量的调节（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用诱导作用诱导作用诱导作用(induction)(induction)阻遏作用阻遏作用阻遏作用阻遏作用(repression)(repression)（二）酶降解的调控二）酶降解的调控目目 录录三、三、同