第三章_酶(2012.09).ppt

《第三章_酶(2012.09).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章_酶(2012.09).ppt（124页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章第三章 酶酶一般概述一般概述n酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的有高效催化作用的蛋白质蛋白质和和核酸核酸，前者是机，前者是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。n核酶核酶（ribozyme）：具有高效、特异催化作）：具有高效、特异催化作用的用的核酸（核酸（RNA）。主要参与）。主要参与RNA的剪接。的剪接。n酶催化的生物化学反应，称为酶催化的生物化学反应，称为酶促反应。酶促反应。在在酶的催化下发生化学变化的物质，称为酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物底物。第一节第一节 酶的分子结构酶的分子结

2、构与功能与功能一、分子组成一、分子组成 1、酶的分类、酶的分类n单体酶：只有一条多肽链单体酶：只有一条多肽链n寡聚酶：具有多条多肽链寡聚酶：具有多条多肽链n多酶体系多酶体系：在细胞内存在着许多由几种不同功：在细胞内存在着许多由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。如：丙酮酸能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。如：丙酮酸脱氢酶体系。脱氢酶体系。n多功能酶（串联酶）：一个酶分子具有多种生多功能酶（串联酶）：一个酶分子具有多种生物催化活性，由多酶体系在进化中基因融合形成物催化活性，由多酶体系在进化中基因融合形成酶蛋白酶蛋白 (apoenzyme)：多肽；决定多肽；决定特异性、高效性特异性、高效性辅助

3、因子辅助因子(cofactor)：非蛋白组分；非蛋白组分；递氢、电子、基团；决定反应类型、递氢、电子、基团；决定反应类型、性质性质全酶全酶(holoenzyme)结合酶结合酶（conjugated enzyme）：）：单纯酶单纯酶（simple enzyme）：）：仅由氨基酸残基构成仅由氨基酸残基构成的酶。如：淀粉酶、脲酶、脂酶、一些消化蛋白酶、的酶。如：淀粉酶、脲酶、脂酶、一些消化蛋白酶、核糖核酸酶等。核糖核酸酶等。二、活性中心二、活性中心(active site)必需基团：与酶活性密切相关的基团。包括活必需基团：与酶活性密切相关的基团。包括活性中心的必需基团、活性中心以外的必需基团。性中心

4、的必需基团、活性中心以外的必需基团。活性中心：底物结合部位催化部位活性中心：底物结合部位催化部位 活性中心是酶的必需基团在空间结构上彼此靠活性中心是酶的必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构、能与底物特异地结合近，组成具有特定空间结构、能与底物特异地结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心或活性部位。或活性部位。三、三、同工酶同工酶G定义：定义：同工酶同工酶(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

5、组酶。H HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4)LDHLDH2 2(H(H3 3M)M)LDH LDH3 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)人体心、肝和骨骼肌人体心、肝和骨骼肌LDHLDH同工酶谱同工酶谱组织器官组织器官LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 （占总占总 LDH活性的百

6、分比）活性的百分比）心心 3570 2845 216 06 05 肝肝 08 210 333 627 308 骨骼肌骨骼肌 110 418 838 936 4097正常血清正常血清 27.12.8 34.7 4.3 20.9 2.4 11.7 3.3 57 2.9G生理及临床意义生理及临床意义J在代谢调节上起在代谢调节上起着重要的作用；着重要的作用；J用于解释发育过用于解释发育过程中阶段特有的代谢程中阶段特有的代谢特征；特征；J同工酶谱的改变同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；有助于对疾病的诊断；J同工酶可以作为同工酶可以作为遗传标志，用于遗传遗传标志，用于遗传分析研究。分析研究。心肌梗死和肝病

7、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 512345酶活性酶活性迁移位置迁移位置酶活性酶活性迁移位置迁移位置ab(a)LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱 (b)（a）正常人）正常人LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱,（b）心肌梗塞病人血清）心肌梗塞病人血清LDH同工酶电泳图谱同工酶电泳图谱 12345第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理n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；只能催化热力学允许的化学反应；只

8、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，而不改变反应的平衡点。反应的平衡点。酶与一般催化剂催化效率的比较酶与一般催化剂催化效率的比较底物底物 催化剂催化剂 反应温度反应温度 反应速度常数反应速度常数尿素尿素 H+62 7.4 10-7 脲酶脲酶 21 5.0 106过氧化氢过氧化氢 Fe 2+22 56 过氧化氢酶过氧化氢酶 22 3.5 107 酶反应具有极高的效率酶反应具有极高的效率与不加催化剂相比提高与不加催化剂相比提高1081020，与普通催化剂相比提高，与普通催化剂相比提高1071013（一）（一）酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效

9、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。（1 1）绝对特异性绝对特异性：一种酶只作用于：一种酶只作用于一种

10、底物一种底物,发生特发生特定反应，生成一种产物。如：定反应，生成一种产物。如：（二）酶促反应具有高度特异性（二）酶促反应具有高度特异性HH2 2NCNHNCNH2 2 +H +H2 2O 2NHO 2NH3 3+CO+CO2 2OO脲酶脲酶脲酶脲酶（2 2）相对特异性相对特异性：作用于作用于一类化合物一类化合物或或一种化学键一种化学键。如脂肪酶、。如脂肪酶、磷酸酶和蛋白水解酶等。磷酸酶和蛋白水解酶等。包括键专一性和基团包括键专一性和基团专一性专一性（3 3）立体异构特异性立体异构特异性：只能催化一种只能催化一种立体异构体立体异构体进行反应。如：进行反应。如：L-乳酸脱氢酶：作用于乳酸脱氢酶：作

11、用于L-乳酸乳酸 延胡索酸酶：作用于反式的延胡索酸酶：作用于反式的丁烯二酸丁烯二酸组组 HOCH3COOH组组HOOCCH3OHL L（-）乳酸）乳酸 D D（+）乳酸）乳酸 （与（与LDHLDH契合）契合）（不能在（不能在LDHLDH中的三点结合）中的三点结合）精精精精L-L-乳酸脱氢酶的催化作用特异性乳酸脱氢酶的催化作用特异性（三）（三）酶促反应具有可调节性酶促反应具有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

12、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。括三方面的调节。过渡态过渡态起始态起始态终态终态能能量量反应过程反应过程X化学反应速率的依赖因素：化学反应速率的依赖因素：分子间碰撞频率；分子间碰撞频率；有有效碰撞分子的百分数。效碰撞分子的百分数。v能阈能阈:反应物分子发生化学变化所需最低能量反应物分子发生化学变化所需最低能量v活化分子活化分子:含有高于反应能阈而能起反应的分子含有高于反应能阈而能起反应的分子v活化能活化能:活化分子具有的高于平均水平的能量活化分子具有的高于平均水平的能量 供给能量，如加温、光照等供给能量，如加温、光照等 降低活化能

13、降低活化能加快反应速度的方法：加快反应速度的方法：几个概念：几个概念：酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制 中间产物学说中间产物学说n 在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶酶底物中间复合物底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，分解成产物和酶。生化学变化后，分解成产物和酶。n E +S =E-S E +S =E-S P +E P +E许多实验事实证明了许多实验事实证明了E ES S复合物的存在。复合物的存在。E ES S复复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。合物形成的速率与酶和底物的性质有关。一般催化剂一般催化剂一

14、般催化剂一般催化剂反应活化能反应活化能反应活化能反应活化能反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能初初初初 态态态态终终终终 态态态态能能 量量 改改 变变活活 化化 过过 程程酶促反应降低活化能酶促反应降低活化能过渡态过渡态1、酶酶-底物结合方式：底物结合方式：诱导契合诱导契合酶酶AB2 2、邻近效应和定向效应、邻近效应和定向效应n在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大心，一方面底物

15、在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；大增加，有利于提高反应速度；n另一方面，由于活性中心的立体结构和相关另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。使酶促反应具有高效率和专一性特点。举例举例 n咪唑和对咪唑和对-硝基苯酚乙酸酯的反应是一个双硝基苯酚乙酸酯的反应是一个双分子氨解反应分子氨解反应.实验结果表明，分子内咪唑基参与的氨解反应实验结果表明，分子内咪唑基参与的氨解反应速度比相应的分子间反应速度大速

16、度比相应的分子间反应速度大 24 24 倍。说明倍。说明咪唑基与酯基的相对位置对水解反应速度具有咪唑基与酯基的相对位置对水解反应速度具有很大的影响。很大的影响。举例举例 3 3、表面效应、表面效应(surface effect)(surface effect)：疏水疏水“口袋口袋”疏水口袋疏水口袋肽链肽链底物底物4 4、多元催化作用、多元催化作用n酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置

17、等起到协同作用，从而使底物达到基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应状态最佳反应状态。(1)(1)酸碱催化酸碱催化n酸酸-碱催化可分为狭义的酸碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义碱催化和广义的酸的酸-碱催化。酶参与的酸碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。般都是广义的酸碱催化方式。n广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子质子,或是通过质子碱接受部分质子的作或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程用，达到降低反应活化能的过程。酶催化反应机制类型酶催化反应机制类型 n广义酸基团广义酸基团 广义碱基团广义碱基

18、团（质子供体）（质子供体）（质子受体）（质子受体）酶分子中可以作为广义酸、碱的基团：酶分子中可以作为广义酸、碱的基团：His His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。(2)(2)共价催化共价催化 n催化剂通过与底物形成反催化剂通过与底物形成反应活性很高的应活性很高的共价过渡产共价过渡产物物，使反应活化能降低，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，从而提高反应速度的过程，称为共价催化称为共价催化。n酶中参与共价催化的基团酶中参与共价催化的基团主要包括主要包括 His His 的咪唑基，的咪唑基，Cys Cys 的硫基，的硫基，Asp A

19、sp 的羧基，的羧基，Ser Ser 的羟基等。的羟基等。n某些辅酶，如焦磷酸硫胺某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。参与共价催化作用。(3)(3)亲核催化作用亲核催化作用n酶活性中心有的基团属于亲核基团，酶活性中心有的基团属于亲核基团，可以提供电子给带有部分正电荷的过可以提供电子给带有部分正电荷的过渡态中间物，从而加速产物的生成。渡态中间物，从而加速产物的生成。此种催化机制称为亲核催化作用。此种催化机制称为亲核催化作用。第三节第三节 酶促反应动力学酶促反应动力学 底物浓度的影响底物浓度的影响酶浓度的影响酶浓度的影响温度、温度、pH的影响的影响抑

20、制剂、激活剂的影响抑制剂、激活剂的影响 单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；酶酶促促反反应应速速率率一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时时间间内内底底物物的的消消耗耗量量和和产产物物的的生生成成量量来来表示；表示；反反应应速速率率取取其其初初速速率率，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小小（一般在（一般在5 以内）时的反应速率以内）时的反应速率 底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。n研究前提：研究前提：一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线双曲线n在低底物浓度时在低底物浓度时,反反应速度与底物浓度成应速度与底物浓

21、度成正比，表现为一级反正比，表现为一级反应特征。应特征。n当底物浓度达到一定当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应与底物结合后，反应速度达到最大值速度达到最大值（V Vmaxmax），此时再增），此时再增加底物浓度，反应速加底物浓度，反应速度不再增加，表现为度不再增加，表现为零级反应。零级反应。v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈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：反应速率与底物浓度成正比；反应为反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。一级反应。SSV VV V

22、maxmax随着底物浓度的增高：随着底物浓度的增高：反应速率不再成正比例加速；反应为反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。混合级反应。SSV VV Vmaxmax当底物浓度高达一定程度：当底物浓度高达一定程度：反应速率不再增加，达最大速率；反反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应应为零级反应SSV VV Vmaxmax中间产物中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是最合理学说是中间产物学说中间产物学说：E+S k1k2k3ESE+P（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性动力学特性1913

23、年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速率率与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米曼曼氏氏方方程程式式，简简称称米氏方程式米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速率时的反应速率Vmax：最大反应速率最大反应速率(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S 1.E与与S形形成成ES复复合合物物的的反反应应是是快快速速平平衡衡反反应应，而而ES分分解解为为E及及P的的反反应应为为慢慢反反应应，反反应应速速率率取决于慢反应即取决于慢

24、反应即 V=k3ES。(1)2.S的的总总浓浓度度远远远远大大于于E的的总总浓浓度度，因因此此在在反反应应的的初始阶段，初始阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即S=St。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：n米曼氏方程式推导过程：米曼氏方程式推导过程：ES的生成速率的生成速率=ES的分解速率的分解速率k2+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：k1(EtES)S=k2 ES+k3 ES当反应处于稳态时：当反应处于稳态时：E+S k1k2k3ESE

25、+P当底物浓度很高，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Et=ES，反应达最大速率反应达最大速率Vmax=k3ES=k3Et (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：Vmax S Km+S V=将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得k3EtS Km+S(4)V=（二）（二）Km与与Vm是有意义的酶促反应动力学参数是有意义的酶促反应动力学参数nKm值的推导值的推导nKm与与Vmax的意义的意义当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：当

26、反应速率为最大反应速率一半时：n Km值的推导值的推导Km=S Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2=Km+S Vmax VmaxSV VmaxmaxV VSSK KmmV Vmaxmax/2 /2 km=（k2+k3)/k1Km k2/k1S +EESE+P km可以看作可以看作ES的解离常数的解离常数ks：km=ks=SEES当当km大，说明大，说明ES容易解离，酶与底物结合的亲和力小。容易解离，酶与底物结合的亲和力小。k1k2k3n Km与与Vmax的意义的意义定义：定义：Km等于酶促反应速率为

27、最大反应速率一等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。半时的底物浓度。意义：意义：nKm是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强、离子强度）有关，与酶的浓度无关。度）有关，与酶的浓度无关。nKm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；n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Km值。值。Km值值 Vmax意义：意义：Vmax=k3 E定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速率，是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。如果酶的总浓度已知，

28、可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算酶的转换数酶的转换数(turnover number)，即动力学常，即动力学常数数k3。定定义义:当当酶酶被被底底物物充充分分饱饱和和时时，单单位位时时间间内内每每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。个酶分子催化底物转变为产物的分子数。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。n酶的转换数酶的转换数(turnover number)1.双倒数作图法双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为，又称为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)作图法作图法 V VmaxmaxS S K Kmm+

29、S+SV=V=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=1/V=K KmmV Vmax max 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（三）（三）m值与值与max值可以通过作图法求取值可以通过作图法求取-1/Km 1/V 1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V2.Hanes作图法作图法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SSS/V=S/V=K Kmm/V/Vmax max+S/V+S/Vmax max S S S/V S/V -Km K Kmm/V/Vm m 1

30、/V1/Vmax max 二、酶浓度的影响：正比二、酶浓度的影响：正比三、温度影响：最适温度三、温度影响：最适温度四、四、pH值影响：最适值影响：最适pH五、抑制剂影响五、抑制剂影响v竞争性抑制：丙二酸；磺胺药，等竞争性抑制：丙二酸；磺胺药，等1、不可逆抑制剂、不可逆抑制剂2、可逆抑制剂、可逆抑制剂v非竞争性抑制非竞争性抑制v反竞争性抑制反竞争性抑制六、激活剂的影响六、激活剂的影响第四节第四节 酶的调节酶的调节 调节对象：调节对象：关键酶关键酶酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）调节方式调节方式酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓

31、慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）（一）别构酶（变构酶）与变构调节（一）别构酶（变构酶）与变构调节P 变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂P 变构调节变构调节变构调节变构调节 (allosteric regulation)(allosteric regulation)P 变构酶变构酶变构酶变构酶 (allosteric enzyme)(allosteric enzyme)P 变构部位变构部位变构部位变构部位 (allosteric site)(allosteric

32、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。一、调节酶实现对酶促反应速率快速调节一、调节酶实现对酶促反应速率快速调节vS变构酶的变构酶的S形曲线形曲线变构抑制变构抑制变构激活变构激活变构酶变构酶米氏酶米氏酶变构激活变构激活ATP、柠檬酸柠檬酸（）AMP、ADP 2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(+)6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1的变构调节的变构调节蛋白激酶蛋白激酶A A (无活性

33、无活性)蛋白激酶蛋白激酶A A (有活性有活性)cAMPCCCCRRRR蛋白激酶蛋白激酶A的激活的激活（二）（二）酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节共价修饰共价修饰(covalent modification)在在其其他他酶酶的的催催化化作作用用下下，某某些些酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上的的一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆的的共共价价结结合，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。常见类型常见类型常见类型常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（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

34、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 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-酶蛋白酶蛋白三、酶原和酶原的激活三、酶原和酶原的激活J 酶原酶原(zymogen)(zymogen)(zymogen)(zymogen)：酶的无活性的前体：酶的无活性的前体J 酶原的激活酶原的激活：由无活性的酶原转变为有：由无活

35、性的酶原转变为有活性的酶的过程。活性的酶的过程。J 酶原激活的意义酶原激活的意义：在特定的环境和条件：在特定的环境和条件下发挥作用；避免细胞自身消化；有的酶下发挥作用；避免细胞自身消化；有的酶原可以视为酶的储存形式。原可以视为酶的储存形式。G 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

36、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胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽+弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶+碎片碎片胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶+二肽二肽羧基肽酶原羧基肽酶原A羧基肽酶羧基肽酶A+碎片碎片肠激酶肠激酶自自身身催催化化肠激酶启动的酶原激活肠激酶启动的酶原激活二、二、酶含量的调节包括对酶合成与分解酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节速率的调节诱导作用诱导作用(in

37、duction)阻遏作用阻遏作用(repression)（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖ATP的降的降解途径）解途径）非溶酶体蛋白酶降解途径（又称依赖非溶酶体蛋白酶降解途径（又称依赖ATP和泛素的降解途径）和泛素的降解途径）（二）酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同（二）酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同 第五节第五节 酶的分类与命名酶的分类与命名酶的分类及命名酶的分类及命名一一.酶的分类酶的分类G 1961 1961年国际酶学委员会（年国际酶学委员会（Enzyme Committee,Enzyme Comm

38、ittee,ECEC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6 6大类：大类：一、酶的分类一、酶的分类1、氧化还原酶（、氧化还原酶（oxidoreductase）2、转移酶（、转移酶（transferase）3、水解酶（、水解酶（hydrolase）4、裂解酶（或裂合酶、裂解酶（或裂合酶lyase）5、异构酶（、异构酶（isomerase）6、合成酶（、合成酶（synthease）或连接酶（）或连接酶（ligase）n氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应，催化氢的转还原反应，催化氢的转移或电子传递。移或电子传递。n主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶

39、(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。n如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1 1、氧化、氧化-还原酶还原酶 OxidoreductaseOxidoreductaseAH2+B（O2）A+BH2（H2O2，H2O）（1）脱氢酶类）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应：催化直接从底物上脱氢的反应AH2+BA+BH2（需辅酶（需辅酶或辅酶或辅酶）（2）氧化酶类）氧化酶类催化底物脱氢，氧化生成催化底物脱氢，氧化生成H2O2：AH2+O2A+H2O2（需（需F

40、AD或或FMN）催化底物脱氢，氧化生成催化底物脱氢，氧化生成H2O：2AH2+O22A+2H2O（3）过氧化物酶）过氧化物酶ROO+H2O2RO+H2O+O2（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）O2+OHOHC=OC=OOHOH（顺，顺（顺，顺-已二烯二酸）已二烯二酸）RH+O2+还原型辅助因子还原型辅助因子ROH+H2O+氧化型辅助因子氧化型辅助因子（又称（又称羟化酶羟化酶）n转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。n根据根据X X分类：转移碳基、酮基

41、或醛基、酰基、糖分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。n例如，例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。2 2、转移酶、转移酶 TransferaseTransferaseAX+BA+BXn水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。n主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。n例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：3 3、水解酶、水解酶 hydrolasehydrolaseAB+H2O

42、AOH+BHn裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。原子形成双键的反应及其逆反应。n主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。n例如，例如，延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。4 4、裂合酶、裂合酶 LyaseLyasen异构酶催化各种同分异构体的相互转化，异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。即底物分子内基团或原子的重排过程。n例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应磷酸葡萄糖异构酶催化的反应5 5、异构酶、异构酶 IsomeraseIsomeras

43、eABn合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类键的形成反应。这类反应必须与反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。n例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸丙酮酸 +COCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸6 6、合成酶、合成酶 Ligase or SynthetaseLigase or SynthetaseA+B+ATPAB+ADP+Pi二、酶的命名二、酶的命名习惯命名习惯命名：由发现者命名，常以底物名、反：由发现者命名，常以底物名、反应性质以及酶的

44、来源命名；应性质以及酶的来源命名；系统命名系统命名（1961年国际酶学委员会确定）每年国际酶学委员会确定）每一个酶由下列三种表示：一个酶由下列三种表示：1、系统名称：底物名、系统名称：底物名+反应性质反应性质 2、分类编号：、分类编号：E.C.+四个数字四个数字 3、推荐名：选一个习惯名（实用、简单）、推荐名：选一个习惯名（实用、简单）I 系统名系统名：包括所有底物的名称和反应类型。：包括所有底物的名称和反应类型。乳酸乳酸+NAD+丙酮酸丙酮酸+NADH+H+乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶氧化还原酶I 惯用名惯用名：只取较重要的底物名称和反应类型。：只取较重要的底物名称和反应类型。乳酸：乳酸：

45、NAD+氧化还原酶氧化还原酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。省去反应类型。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶EC1.1.1.27第1大类，氧化还原酶第1亚类，氧化基团CHOH第1亚亚类，H受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号第六节第六节 酶与医学的关系酶与医学的关系一、酶与疾病的发生：一、酶与疾病的发生：酶的数量、结构、位置及其调节改变酶的数量、结构、位置及其调节改变 酶缺乏或异常引起的疾病酶缺乏或异常引起的疾病 酶酶 疾疾 病病苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶 苯丙酮酸尿症苯丙酮酸尿症6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 蚕豆病蚕

46、豆病酪氨酸酶酪氨酸酶 白化病白化病细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 氰化物中毒氰化物中毒胆碱酯酶胆碱酯酶 有机磷中毒有机磷中毒蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶 炎症炎症炎症炎症2、酶与疾病的诊断：血清酶活性测定、酶与疾病的诊断：血清酶活性测定 临床诊断部分常用酶临床诊断部分常用酶 酶酶酶酶 主要临床应用主要临床应用主要临床应用主要临床应用谷丙转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶 肝实质疾患肝实质疾患肝实质疾患肝实质疾患谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶 心肌梗塞、肝实质疾患心肌梗塞、肝实质疾患心肌梗塞、肝实质疾患心肌梗塞、肝实质疾患胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶 有机磷中毒有机磷中毒有机磷中毒有机

47、磷中毒乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 心肌疾患、肝实质疾患心肌疾患、肝实质疾患心肌疾患、肝实质疾患心肌疾患、肝实质疾患淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶 胰腺疾病胰腺疾病胰腺疾病胰腺疾病碱性磷酸酶碱性磷酸酶碱性磷酸酶碱性磷酸酶 骨病、肝胆疾患骨病、肝胆疾患骨病、肝胆疾患骨病、肝胆疾患胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶(原原原原)胰腺疾病胰腺疾病胰腺疾病胰腺疾病肌酸激酶肌酸激酶肌酸激酶肌酸激酶 心肌梗塞、肌肉疾患心肌梗塞、肌肉疾患心肌梗塞、肌肉疾患心肌梗塞、肌肉疾患醛缩酶醛缩酶醛缩酶醛缩酶 肌肉疾病肌肉疾病肌肉疾病肌肉疾病 酸性磷酸酶酸性磷酸酶酸性磷酸酶酸性磷酸酶 前列腺癌、骨病前列腺癌、骨病前列

48、腺癌、骨病前列腺癌、骨病 谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶 肝实质病变、酒精中毒肝实质病变、酒精中毒肝实质病变、酒精中毒肝实质病变、酒精中毒55核苷酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷酸酶 肝胆疾患肝胆疾患肝胆疾患肝胆疾患山梨醇脱氢酶山梨醇脱氢酶山梨醇脱氢酶山梨醇脱氢酶 肝实质病变肝实质病变肝实质病变肝实质病变3、酶与疾病的治疗、酶与疾病的治疗&替代治疗替代治疗：消化不良：消化不良-胃酶、胰酶胃酶、胰酶&抗菌治疗抗菌治疗：磺胺药：磺胺药&对症治疗对症治疗：预防血栓形成：预防血栓形成-尿激酶、尿激酶、链激酶、纤溶酶链激酶、纤溶酶&抗癌治疗抗癌治疗：MTXFH2还原酶还原酶二、酶在医学上的其他

49、应用二、酶在医学上的其他应用1、酶作为试剂用于、酶作为试剂用于临床检验临床检验和和科学研究科学研究 （1）酶法分析：）酶法分析：即酶偶联测定法即酶偶联测定法(enzyme coupled assays)，是利用酶作为分析试剂，是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。剂等进行定量分析的一种方法。（2）酶酶标标记记测测定定法法：酶酶可可以以代代替替同同位位素素与与某某些些物物质质相相结结合合，从从而而使使该该物物质质被被酶酶所所标标记记。通通过过测测定定酶酶的的活活性性来来判判断断被被标标记记物物质或与其定量结合

50、的物质的存在和含量。质或与其定量结合的物质的存在和含量。（3）工具酶：工具酶：除上述酶偶联测定法外，人们除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。行定向的分割与连接。2、酶作为药物用于、酶作为药物用于临床治疗临床治疗3、酶的、酶的分子工程分子工程（1）固定化酶）固定化酶(immobilized enzyme)将水溶性酶经物理或化学方法处理后，将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的