王镜岩生化课件4酶.pptx

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1、 酶酶是是非非常常有有效效的的和和特特异异性性高高的的生生物物催催化化剂剂。酶酶催催化化反反应应条条件件温温和和、常常温温、常常压压。酶酶催催化化的的反反应应比比相相应应的的没没有有催催化化剂剂的的反反应应快快10103 310101717倍倍。例例如如在在0 0时时，1mol1mol过过氧氧化化氢氢酶酶能能使使5105106 6 mol mol H H2 2OO2 2分分解解为为H H2 2OO和和OO2 2；而而在在同同样样条条件件下下，每每克克离离子子铁铁只只能能使使6106104 4mol Hmol H2 2OO2 2分解，酶比铁离子快了分解，酶比铁离子快了10101010倍。倍。酶作

2、用的特异性分为绝对特异性、相对特异性和立体异构特异性。酶作用的特异性分为绝对特异性、相对特异性和立体异构特异性。绝绝对对特特异异性性是是指指酶酶只只能能催催化化一一种种或或两两种种结结构构极极相相似似的的化化合合物物的的反反应应，如如脲脲酶酶只只水水解解尿尿素素。而而相相对对特特异异性性是是指指酶酶可可作作用用于于一一类类化化合合物物或或一一种种化化学学键键，如如脂脂肪肪酶酶或或酯酯酶酶催催化化酯酯键键水水解解，对对酯酯键键两两侧侧的的基基团团要要求求不不严严格格，对对很很多多有有机机酸酸和和醇醇（或或酚酚）形形成成的的酯酯键都能水解。键都能水解。第1页/共70页 立体异构特异性是指酶作用的底

3、物应具有特定的立体结构才能被催化。这立体异构特异性是指酶作用的底物应具有特定的立体结构才能被催化。这种异构性包括光学异构性和几何异构性。种异构性包括光学异构性和几何异构性。光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一种，而对另一种不光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一种，而对另一种不起作用。例如精氨酸酶只水解起作用。例如精氨酸酶只水解L-L-精氨酸生成精氨酸生成L-L-鸟氨酸和尿素，而对鸟氨酸和尿素，而对D-D-精氨酸没有精氨酸没有作用。作用。几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，-、-构型。有的酶具有这种立构型。有的酶具有这种立体异构的专

4、一性，如延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果体异构的专一性，如延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸不起作用。酸，对顺丁烯二酸不起作用。第2页/共70页4.1 4.1 酶的命名和分类是根据酶催化的反应酶的命名和分类是根据酶催化的反应 将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型：将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型：1.1.氧氧化化还还原原酶酶：催催化化氧氧化化还还原原反反应应。其其中中的的大大多多数数酶酶称称之之脱脱氢氢酶酶，但但有有些些也也称称之之氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶。氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶。2.2.转转移移酶酶：

5、催催化化基基团团转转移移反反应应。其其中中许许多多转转移移酶酶需需要要辅辅酶酶。通通常常底底物物分分子子的的一一部部分分与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶。与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶。3.3.水解酶水解酶：催化水解反应。这是特殊的一类转移酶，水作为转移的基团的受体。：催化水解反应。这是特殊的一类转移酶，水作为转移的基团的受体。第3页/共70页4.4.裂裂合合酶酶：催催化化非非水水解解和和非非氧氧化化的的底底物物的的消消除除反反应应，或或裂裂解解，生生成成一一个个双双键键。在在裂裂解解酶酶催催化化的的可可逆逆反反应应中中，裂裂解解酶酶催催化化一一个个底底物物加加到到第第二二个个底底物物的

6、的一一个个双双键键处。催化细胞内的加成反应的裂解酶常命名为合成酶。处。催化细胞内的加成反应的裂解酶常命名为合成酶。5.5.异异构构酶酶：催催化化异异构构化化反反应应。这这类类反反应应是是最最简简单单的的酶酶促促反反应应，因因为为这这些些反反应应只只有一个底物或一个产物。有一个底物或一个产物。6.6.连连接接酶酶：催催化化两两个个底底物物的的连连接接反反应应或或称称之之交交联联反反应应。这这类类反反应应通通常常需需要要输输入入能量，例如腺苷三磷酸能量，例如腺苷三磷酸ATPATP。连接酶也常称之合成酶。连接酶也常称之合成酶。第4页/共70页4.2 4.2 比活是酶纯化程度的指标比活是酶纯化程度的指

7、标 酶活性也称为酶活力酶活性也称为酶活力，是指酶催化指定化学反应的能力。是指酶催化指定化学反应的能力。酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示。酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示。比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数。比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数。纯化步骤纯化步骤 级分体积级分体积 （ml）总蛋白总蛋白 （mg）活力活力 （U）比活比活（U/mg）粗提取液粗提取液 1860 6720 13440 2丙酮分级丙酮分级80960960015凝胶层析凝胶层析80300870029离子交换离子交换2290423047猪肾氨基酰化酶各个步骤纯化数据第5页/共70页4.3 4.3 酶降低反应的活化能，但不会

8、改变反应平衡酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示。一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示。E ES SESESE EP P 可以用相应反应历程图表示。可以用相应反应历程图表示。a.a.无酶催化的反应无酶催化的反应b.b.酶催化的反应酶催化的反应无催化催化反应剂产物自由能活化能过渡态自由能变化自由能第6页/共70页 纵坐标表示自由能（纵坐标表示自由能（GG），横坐标为反应过程。从图中可以看到，），横坐标为反应过程。从图中可以看到，S S和和P P都含都含有一定的自由能，即处于称为基态的一种稳定的状态。有一定的自由能，即处于称为基态的一种稳定的状态。S S和

9、和P P之间的平衡反映了它之间的平衡反映了它们的基态自由能的差别，它们之间存在着象座们的基态自由能的差别，它们之间存在着象座“山山”的能障，反应的底物必须的能障，反应的底物必须提高能量水平才能跨越能障。提高能量水平才能跨越能障。“山山”顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以转化为顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以转化为 S S 或或 P P。从。从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称为反应的活化能。反应物的基态到达过渡态所需要的能量称为反应的活化能。S SPPPP的活化能用的活化能用GGGG0 0 0 0 S SP P，PSPSPSPS的活化能用的活化能用GGGG0 0 0 0

10、 P PS S表示。而表示。而GGGG0 0 0 0 代表由代表由S S到到P P的整个标准自由能变化。的整个标准自由能变化。一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可以增加具有克服活化一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降低。能障的底物分子数，但活化能并没有降低。第7页/共70页 酶酶分分子子一一般般都都很很大大，但但酶酶中中真真正正起起催催化化作作用用的的部部位位只只是是酶酶分分子子中中某某一一部部位位，该该部位称为酶的活性部位，活性部位是酶结合和催化底物的场所。部位称为酶的活性部位，活性部位是酶结合和催化底物的场

11、所。活活性性部部位位是是一一个个三三维维空空间间结结构构；通通常常位位于于酶酶蛋蛋白白的的两两个个结结构构域域或或亚亚基基之之间间的的裂裂隙，或位于蛋白质表面的凹槽。隙，或位于蛋白质表面的凹槽。活活性性部部位位是是多多肽肽链链折折叠叠形形成成的的一一个个特特殊殊的的空空间间结结构构，一一些些在在氨氨基基酸酸序序列列相相距距很很远远的的氨氨基基酸酸残残基基经经折折叠叠会会靠靠近近，有有的的就就是是活活性性部部位位的的组组成成成成分分，直直接接参参与与酶酶的的催催化化作作用。用。对对活活性性部部位位没没有有直直接接贡贡献献的的其其它它部部位位是是形形成成和和稳稳定定酶酶天天然然结结构构所所需需要要

12、的的。当当然然酶的其它功能还包括调节功能和指导酶正确定向于细胞中的信号部分酶的其它功能还包括调节功能和指导酶正确定向于细胞中的信号部分。4.4 4.4 酶催化作用发生在活性部位酶催化作用发生在活性部位第8页/共70页4.5 4.5 存在着几种解释酶催化作用的机制存在着几种解释酶催化作用的机制几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制 在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催化，即酸碱催化和在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催化，即酸碱催化和共价催化，是两种主要的化学催化模式。共价催化，是两种主要的化学催化模式。在酸碱催化中，一个反应的加速是

13、通过催化一个质子转移完成的。酶利用在在酸碱催化中，一个反应的加速是通过催化一个质子转移完成的。酶利用在细胞接近中性细胞接近中性pHpH条件下可以给出或接受质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提条件下可以给出或接受质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提供一个相当于强酸或强碱溶液的生物环境。供一个相当于强酸或强碱溶液的生物环境。由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的pKpK值是值是6 6到到7 7，所以它是，所以它是一个在中性一个在中性pHpH下用于质子转移的理想的基团。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶下用于质子转移的理想的基团。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在

14、某些酶中也可以充当酸碱催化剂，因为这些羧基解离的中也可以充当酸碱催化剂，因为这些羧基解离的pKpK 值近似为值近似为4 4。第9页/共70页 用用B B：表示一个碱，或一个质子受体，而用：表示一个碱，或一个质子受体，而用BHBH表示相应的共轭酸，一个质子表示相应的共轭酸，一个质子的供体。一个质子受体可以通过除去一个质子切断的供体。一个质子受体可以通过除去一个质子切断C-HC-H键形成一个负碳离子。键形成一个负碳离子。第10页/共70页 也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个C-NC-N键的断裂，通过键的断裂，通过B B：在中：在中性溶液中除去水分子的一个质

15、子后产生的一个等价的性溶液中除去水分子的一个质子后产生的一个等价的OHOH来完成。来完成。第11页/共70页许多酶催化的基团转移反应都是通过共价催化进行的许多酶催化的基团转移反应都是通过共价催化进行的 共共价价催催化化是是第第二二种种类类型型的的化化学学催催化化模模式式，主主要要通通过过一一个个底底物物或或底底物物的的一一部部分分与与催催化化剂剂形形成成共共价价键键催催化化基基团团的的转转移移反反应应。在在酶酶作作用用下下的的共共价价催催化化中中，一一个个底底物物的的一一部部分分首首先先转转移移到到酶酶上上，然然后后再再转转移移到到第第二二个个底底物物上上。例例如如基基团团X X从从分分子子A

16、-XA-X转转移移到到分分子子B B上就是经共价上就是经共价ESES复合物复合物X-EX-E，按如下两个步骤进行的。，按如下两个步骤进行的。A-A-X XE E A AX X-E-EX X-E-EB B B-B-X XE EA-A-X X B-B-X X第12页/共70页底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用1.1.底物靠近和定向于酶的活性部位底物靠近和定向于酶的活性部位 显显然然活活性性部部位位处处的的底底物物浓浓度度越越高高越越有有利利于于反反应应。底底物物（也也包包括括辅辅助助因因子子）的的敏敏感感键键逐逐渐渐靠靠近近活活性性部部位位的的催催化化

17、基基团团，为为的的是是定定向向于于催催化化基基团团以以便便容容易易形形成成过过渡渡态。态。2.2.底物变形底物变形 许多活性部位开始与底物并不相适合，但为了结合底物酶的活性部位不得不许多活性部位开始与底物并不相适合，但为了结合底物酶的活性部位不得不变形（诱导契合）以适合底物。一旦与底物结合，酶可以使底物变形，使得敏感变形（诱导契合）以适合底物。一旦与底物结合，酶可以使底物变形，使得敏感键易于断裂和促使新键形成。键易于断裂和促使新键形成。第13页/共70页4.6 4.6 米氏方程是表示酶促反应的速度方程米氏方程是表示酶促反应的速度方程 酶酶促促反反应应动动力力学学简简称称之之酶酶动动力力学学，主

18、主要要研研究究酶酶促促反反应应的的速速度度以以及及其其它它因因素素，例如抑制剂等对反应速度的影响。例如抑制剂等对反应速度的影响。在酶促反应中，如果底物的量远远超过酶量，则反应速度与酶浓度成正比在酶促反应中，如果底物的量远远超过酶量，则反应速度与酶浓度成正比。酶浓度反应速度第14页/共70页 如果固定酶浓度，改变底物浓度，酶促反应的速度与底物浓度有什么样关系如果固定酶浓度，改变底物浓度，酶促反应的速度与底物浓度有什么样关系呢？呢？在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应，反应速度与底物成直线在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应，反应速度与底物成直线关系。关系。当底物浓度处于中间范围时

19、，相对于底物的反应是混合级反应。当底物浓度当底物浓度处于中间范围时，相对于底物的反应是混合级反应。当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应过渡。增加时，反应由一级反应向零级反应过渡。在高浓度底物下，酶被底物饱和，反应相对于底物是零级反应。反应速度与在高浓度底物下，酶被底物饱和，反应相对于底物是零级反应。反应速度与底物浓度无关。酶被底物饱和时的速度称之最大反应速度底物浓度无关。酶被底物饱和时的速度称之最大反应速度V Vmaxmax，当底物浓度当底物浓度SS逐渐增大时，速度逐渐增大时，速度 相对于相对于SS的曲线为一双曲线。的曲线为一双曲线。第15页/共70页酶浓度固定，反应速度与底物浓度之间的

20、关系底物浓度零级反应一级反应第16页/共70页双曲线方程可以写成双曲线方程可以写成：VmaxS （4.2）KmS该方程称为该方程称为Michaelis-MentenMichaelis-Menten方程（米氏方程），其中方程（米氏方程），其中 K Kmm 值称之米氏常数，值称之米氏常数，V Vmaxmax是酶被底物饱和时的反应速度。是酶被底物饱和时的反应速度。米氏常数米氏常数K Kmm是酶促反应速度是酶促反应速度 为最大酶为最大酶促反应速度值一半时的底物浓度。这可促反应速度值一半时的底物浓度。这可通过用通过用SS取代米氏方程（取代米氏方程（4.24.2）中的）中的K Kmm证明，通过计算可得证明

21、，通过计算可得 V Vmaxmax/2/2。第17页/共70页 酶酶（E E）催催化化底底物物（S S）在在酶酶活活性性部部位位裂裂隙隙中中先先形形成成一一个个酶酶-底底物物复复合合物物（ESES），底底物物与与酶酶短短暂暂反反应应转转化化为为一一个个产产物物（P P）的的双双分分子子反反应应起起始始时时的的反反应应可可以写作（把酶看作一个反应分子）：以写作（把酶看作一个反应分子）：k k1 1 k kc catat E ES ES ES ES EP P （4.14.1）k k1 1 方方程程中中的的速速度度常常数数k k1 1为为 S S 和和 E E 的的结结合合常常数数，k k1 1是是

22、ESES的的解解离离常常数数。k kc catat为为第第二二步步反反应应的的速速度度常常数数，也也称称为为催催化化常常数数（或或转转换换数数）。由由ESES转转换换为为游游离离的的酶酶和和产产物物的的反反应应是是用用单单箭箭头头表表示示的的。这这是是因因为为在在刚刚开开始始的的时时候候，生生成成的的产产物物非非常常少少，所所以可逆反应（以可逆反应（ES EES ES S）可以忽略。）可以忽略。第18页/共70页 当当底底物物浓浓度度非非常常大大时时，反反应应速速度度接接近近于于一一个个恒恒定定值值。在在曲曲线线的的这这个个区区域域，酶酶几几乎乎被被底底物物饱饱和和，反反应应相相对对于于底底物

23、物S S是是个个零零级级反反应应。就就是是说说再再增增加加底底物物对对反反应应速速度度没没有有什什么影响。么影响。（饱和时）（饱和时）V Vmaxmax ESES0 0 EEtotaltotal catcatES ES （4.34.3）速速度度常常数数 等等于于催催化化常常数数 catcat。饱饱和和时时，所所有有的的E E都都是是以以ESES存存在在。方方程程（4.34.3）中中还有另一个简单的关系式：还有另一个简单的关系式：V Vmaxmax catcat E Etotaltotal 从从中中得得出出：catcatV Vmaxmax /EEtotaltotal。催催化化常常数数是是V Vm

24、axmax除除以以起起始始的的酶酶浓浓度度EEtotaltotal或或除除以以在饱和条件下每秒每摩尔酶催化下转化成产物的底物的摩尔数。在饱和条件下每秒每摩尔酶催化下转化成产物的底物的摩尔数。catcat的的单单位位是是s s1 1。catcat的的倒倒数数是是完完成成一一个个催催化化过过程程所所需需要要的的时时间间，所所以以催催化化常常数数可以衡量一个酶促反应的快慢。可以衡量一个酶促反应的快慢。第19页/共70页米氏方程的推导米氏方程的推导 假定存在一个时间周期，在此期间假定存在一个时间周期，在此期间 S S 结合结合 E E的速度与的速度与 ES ES 解离的速度相同。此时解离的速度相同。此

25、时ESES是个恒定值，因为是个恒定值，因为 ES ES 解离为解离为 E ES S 或或 E EP P 的速度等于由的速度等于由 E ES S 形成形成 ES ES 的的速度。由速度。由E ES S 形成形成 ESES的速度取决于游离酶的浓度，即等于的速度取决于游离酶的浓度，即等于EEtotaltotalESES。可写成：。可写成：（1 1 catcat ）ESES 1 1（EEtotaltotalESES）S S （4.44.4）整理方程，将速度常数集中在一边，并定义为米氏常数整理方程，将速度常数集中在一边，并定义为米氏常数K Kmm。（1 1 catcat ）（EEtotaltotalES

26、ES）SS K Km m （4.54.5）1 1 ESES从方程（从方程（4.54.5）：）：K KmmESES（EEtotaltotalESES）SS ES ES（K KmmSS）EEtotaltotalSS第20页/共70页 E EtotaltotalSS ES ES （4.64.6）K KmmSS由于酶促反应速度取决于由于酶促反应速度取决于ESES转换为转换为E EP P的速度。的速度。catcatES ES （4.74.7）将方程（将方程（4.64.6）代入（）代入（4.74.7），），catcat E EtotaltotalSS （4.84.8）K KmmSS因为因为 catcat

27、E EtotaltotalV Vmaxmax，代入方程（，代入方程（4.84.8），就得到了米氏方程。），就得到了米氏方程。V VmaxmaxSS （4.94.9）K KmmSS第21页/共70页 （1 1 catcat ）K Kmm 1 1 如如果果 catcat比比 1 1或或 1 1小小得得多多，catcat可可以以忽忽略略，K Kmm就就变变成成了了 1 1 /1 1 ，这是，这是 ES ES 解离为解离为E ES S的平衡常数。的平衡常数。同同样样MichaelisMichaelis和和MentenMenten假假定定ESES与与E ES S处处于于快快速速的的平平衡衡中中，K Km

28、m就就是是 ES ES 的的解解离离常常数数。因因此此 K Kmm是是 E E 对对 S S 的的亲亲和和力力的的量量度度。如如果果 K Kmm的的值越小，表明值越小，表明 E E 与与 S S 结合的越紧密。结合的越紧密。如如果果一一个个酶酶可可作作用用几几个个底底物物，例例如如己己糖糖激激酶酶对对葡葡萄萄糖糖的的K Kmm值值为为1.5101.5104 4；对对果果糖糖的的K Kmm值值为为1.5101.5103 3，显显然然酶酶对对葡葡萄萄糖糖的的亲亲和和性性更更高，葡萄糖就称之为己糖激酶的天然底物。高，葡萄糖就称之为己糖激酶的天然底物。第22页/共70页m m 和和 V Vmaxmax

29、可以用双倒数作图法确定可以用双倒数作图法确定 在在计计算算机机广广泛泛应应用用之之前前，通通常常都都是是利利用用米米氏氏方方程程的的转转换换形形式式求求出出K Kmm和和V Vmaxmax值值。常用的米氏方程转换形式是常用的米氏方程转换形式是Lineweaver-BurkLineweaver-Burk方程，也称为双倒数方程。方程，也称为双倒数方程。1 K1 Kmm 1 1 1 1 V Vmaxmax S V S Vmaxmax 将将1/1/对对1/S1/S作图，可以获得一条直线。从直线与作图，可以获得一条直线。从直线与x x轴的截距可以得到轴的截距可以得到 1/K1/Km m 的绝对值；而的绝

30、对值；而 1/V1/Vmax max 是直线与是直线与y y轴的截距。虽然由双倒数作图得到的轴的截距。虽然由双倒数作图得到的 K Km m 和和 V Vmax max 值值的精确性要比计算机计算给出的值差，但双倒数作图直观、容易理解，为酶抑制研的精确性要比计算机计算给出的值差，但双倒数作图直观、容易理解，为酶抑制研究提供了易于识别的图形。究提供了易于识别的图形。第23页/共70页第24页/共70页竞争性抑制剂只与游离的酶结合竞争性抑制剂只与游离的酶结合 4.7 4.7 可逆抑制剂通过非共价键与酶结合可逆抑制剂通过非共价键与酶结合第25页/共70页 竞争性抑制剂一与酶结合就阻止了底物与酶的结合，

31、所以说底物、抑制剂与酶的结合是竞争性的。只要底物浓度浓度足够大，酶仍然可以被底物饱和，就象没有抑制剂存在时一样，即最大反应速度应当是不变的。因此在有竞争性抑制剂存在下，V Vmaxmax不变，但K Km m 增加。吲哚是胰凝乳蛋白酶的竞争性，这是由于酶作用的底物Trp的侧链中含有吲哚基。第26页/共70页反竞争性抑制剂只与反竞争性抑制剂只与ESES结合结合反竞争性抑制剂只与反竞争性抑制剂只与ESES结合，而不与游离酶结合。结合，而不与游离酶结合。第27页/共70页在在反反竞竞争争性性抑抑制制作作用用中中，V Vmaxmax减减小小（1/V1/Vmaxmax增增大大），K Kmm减减小小（即即1

32、/K1/Kmm的的绝绝对对值值增增大）。大）。第28页/共70页非竞争性抑制剂与非竞争性抑制剂与ESES和和E E都结合都结合非竞争性抑制剂与底物结合部位不同，所以他既可与非竞争性抑制剂与底物结合部位不同，所以他既可与E E结合，也可与结合，也可与ESES结合，结合，生成的生成的EIEI和和ESIESI都是失活形式的复合物。都是失活形式的复合物。第29页/共70页在非竞争性抑制作用中，在非竞争性抑制作用中，K Kmm不变，不变，V Vmaxmax变小变小。第30页/共70页可逆的酶抑制剂常用于酶学研究和临床 临床上通过改变酶活性可以提供非常有效的治疗手段。在癌症和微生物或临床上通过改变酶活性可

33、以提供非常有效的治疗手段。在癌症和微生物或病毒感染中，药物治疗的目的是在不伤害宿主细胞的条件下防止受侵害细胞或病病毒感染中，药物治疗的目的是在不伤害宿主细胞的条件下防止受侵害细胞或病毒的繁殖。例如通过抑制病毒毒的繁殖。例如通过抑制病毒DNADNA合成所需要的酶就可使病毒感染减轻。合成所需要的酶就可使病毒感染减轻。核苷核苷3 3-叠氮叠氮-2-2,3 3-脱氧胸腺嘧啶（脱氧胸腺嘧啶（AZT,AZT,）是第一个用于治疗获得性免疫缺）是第一个用于治疗获得性免疫缺陷综合症（陷综合症（AIDSAIDS）的药物，它通过代谢可转换为相应的）的药物，它通过代谢可转换为相应的AZT 5AZT 5-三磷酸，该三磷

34、三磷酸，该三磷酸化合物抑制催化由病毒酸化合物抑制催化由病毒RNARNA模板合成模板合成DNADNA的逆转录酶。的逆转录酶。第31页/共70页 氨甲蝶呤和三甲氧苄二氨嘧啶都是二氢叶酸还原酶的竞争性抑制剂，该酶氨甲蝶呤和三甲氧苄二氨嘧啶都是二氢叶酸还原酶的竞争性抑制剂，该酶是胸腺嘧啶单磷酸（是胸腺嘧啶单磷酸（TMPTMP）合成所必需的酶。）合成所必需的酶。氨甲蝶呤可以抑制脊椎动物二氢叶酸还原酶和被用于选择性杀伤快速分裂氨甲蝶呤可以抑制脊椎动物二氢叶酸还原酶和被用于选择性杀伤快速分裂的细胞，是最成功的癌症化疗制剂之一。的细胞，是最成功的癌症化疗制剂之一。三甲氧苄二氨嘧啶是原核生物二氢叶酸还原酶的一个

35、有潜力的选择性抑制三甲氧苄二氨嘧啶是原核生物二氢叶酸还原酶的一个有潜力的选择性抑制剂，但对人的还原酶的抑制很弱，所以常被用于某些细菌感染和疟疾的治疗。剂，但对人的还原酶的抑制很弱，所以常被用于某些细菌感染和疟疾的治疗。第32页/共70页第33页/共70页 另外，磺胺药是以对氨基苯磺酰胺为主要成分的消炎药（杀菌药），它的结构非常类似于细菌生长繁殖所需要的叶酸中对氨基苯甲酸，叶酸在二氢叶酸合成酶的催化下生成二氢叶酸，所以磺胺药与叶酸竞争结合二氢叶酸合成酶，因此磺胺药是细菌二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂。人由于可以直接从食物中获得叶酸，所以基本上不受磺胺药。但细菌不能利用外源的叶酸。第34页/共70页

36、磺胺药中的主要成分 叶 酸第35页/共70页4.8 4.8 不可逆抑制剂共价修饰酶不可逆抑制剂共价修饰酶 不可逆抑制抑制剂与酶分子形成一个稳定的共价键。有机磷化合物、有机汞、不可逆抑制抑制剂与酶分子形成一个稳定的共价键。有机磷化合物、有机汞、有机砷化合物、氰化物等都是酶的不可逆抑制剂。有机磷化合物可以使以可反应有机砷化合物、氰化物等都是酶的不可逆抑制剂。有机磷化合物可以使以可反应的丝氨酸为活性部位残基的水解酶失活。的丝氨酸为活性部位残基的水解酶失活。神经毒气二异丙基氟磷酸（神经毒气二异丙基氟磷酸（DFPDFP）是有机磷化合物中的一员。）是有机磷化合物中的一员。DFPDFP与酶活性与酶活性部位的

37、丝氨酸残基反应生成二异丙基磷酰丝氨酸。神经毒气对神经极端有毒，生部位的丝氨酸残基反应生成二异丙基磷酰丝氨酸。神经毒气对神经极端有毒，生物学上的作用抑制乙酰胆碱酯酶，使乙酰胆碱不能分解为乙酸和胆碱，乙酰胆碱物学上的作用抑制乙酰胆碱酯酶，使乙酰胆碱不能分解为乙酸和胆碱，乙酰胆碱的堆积引起一系列神经中毒症状，所以也称为神经毒剂。的堆积引起一系列神经中毒症状，所以也称为神经毒剂。第36页/共70页 二异丙基氟磷酸二异丙基氟磷酸（DFPDFP）与酶活性部位的丝）与酶活性部位的丝氨酸残基反应生成二异丙基氨酸残基反应生成二异丙基磷酰丝氨酸。两者之间形成磷酰丝氨酸。两者之间形成的是共价健。的是共价健。第37页

38、/共70页 低低浓浓度度的的吡吡啶啶醛醛肟肟甲甲碘碘化化物物（PAMPAM）可可以以作作为为解解毒毒药药取取代代磷磷酸和重新激活取代的酶。酸和重新激活取代的酶。因因为为带带正正电电荷荷的的甲甲基基吡吡啶啶基基团团可可以以与与乙乙酰酰胆胆碱碱酯酯酶酶的的阴阴离离子子部部位位结结合合，取取代代靠靠近近有有机机酯酯的的磷磷原子的亲核氧，使酶恢复活性。原子的亲核氧，使酶恢复活性。第38页/共70页4.9 4.9 酶促反应的速度受酶促反应的速度受pHpH的影响的影响 反应的起始速度对反应的起始速度对pHpH作图，大多数情况下可得到一个钟形曲线，例如作图，大多数情况下可得到一个钟形曲线，例如葡萄糖葡萄糖-

39、6-6-磷酸酶。有的酶温度曲线不是钟形，例如胃蛋白酶是个偏向酸性区磷酸酶。有的酶温度曲线不是钟形，例如胃蛋白酶是个偏向酸性区的半钟形曲线。从曲线可以看出，在某一的半钟形曲线。从曲线可以看出，在某一pHpH下，反应速度可达到最大，这一下，反应速度可达到最大，这一pHpH称为酶的最适称为酶的最适pHpH。葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 胃蛋白酶钟形曲线半钟形曲线半钟形曲线第39页/共70页 丝丝氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶家家族族活活性性部部位位中中都都含含有有丝丝氨氨酸酸残残基基，包包括括凝凝血血因因子子和和胰胰凝凝乳乳蛋白酶、胰蛋白酶和弹性蛋白酶等消化酶。蛋白酶、胰蛋白酶和弹性蛋白酶等消化酶。细细

40、胞胞合合成成的的是是蛋蛋白白酶酶的的非非活活性性前前体体酶酶原原，必必须须经经过过共共价价修修饰饰才才能能具具有有活活性。性。肠肠胰胰蛋蛋白白酶酶原原、胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶原原、弹弹性性蛋蛋白白酶酶原原和和羧羧肽肽酶酶原原在在合合适适的的生生理理条件下，于细胞外通过有选择地水解一个或几个肽键后被激活。条件下，于细胞外通过有选择地水解一个或几个肽键后被激活。4.10 4.10 丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原是胰凝乳蛋白酶的非活性前体是胰凝乳蛋白酶的非活性前体第40页/共70页 胰凝乳蛋白酶原的激活首先是在胰蛋白酶的催化下，

41、胰凝乳蛋白酶原的激活首先是在胰蛋白酶的催化下，Arg-15Arg-15和和Ile-16Ile-16之间的之间的肽键被切断，生成一个具有很高活性的，但相当不稳定的称为肽键被切断，生成一个具有很高活性的，但相当不稳定的称为 -胰凝乳蛋白酶。胰凝乳蛋白酶。-胰凝乳蛋白酶的氨基酸残基第胰凝乳蛋白酶的氨基酸残基第1313和和1414、146146和和147147以及以及148148和和149149之间的肽键之间的肽键易于被活性的胰凝乳蛋白酶切割，称为自动激活作用，切下了易于被活性的胰凝乳蛋白酶切割，称为自动激活作用，切下了Ser-14Ser-14Arg-15Arg-15和和Thr-147Thr-147A

42、sn-148Asn-148两个二肽，最后生成了最稳定形式的酶，即两个二肽，最后生成了最稳定形式的酶，即 -胰凝乳蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，或简称为胰凝乳蛋白酶。或简称为胰凝乳蛋白酶。胰凝乳蛋白酶是含有胰凝乳蛋白酶是含有241241个氨基酸残基的由个氨基酸残基的由3 3条链组成的蛋白酶。胰凝乳蛋白条链组成的蛋白酶。胰凝乳蛋白酶的三级结构是通过连接残基酶的三级结构是通过连接残基1 1和和122122、4242和和5858、136136和和201201、168168和和182182以及以及191191和和220220的的5 5个二硫键稳定的。个二硫键稳定的。第41页/共70页胰凝乳蛋白酶原的激活过程胰凝

43、乳蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 -胰凝乳胰凝乳 蛋白酶蛋白酶胰凝乳蛋胰凝乳蛋白酶白酶第42页/共70页凝血涉及酶原激活的级联反应凝血涉及酶原激活的级联反应 凝凝血血涉涉及及十十多多种种蛋蛋白白，其其中中某某些些蛋蛋白白质质是是以以非非活活性性的的丝丝氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶原原形形式式在在血血液液中中循循环环。当当血血管管损损伤伤时时，凝凝血血酶酶原原通通过过级级联联反反应应的的方方式式被被快快速速地地激激活活。每每一一个个丝氨酸蛋白酶对它的底物都具有很高的特异性，催化一个或几个肽键的水解。丝氨酸蛋白酶对它的底物都具有很高的特异性，催化一个或几个肽键的水解。酶酶原原的

44、的依依次次激激活活最最终终导导致致凝凝血血酶酶的的生生成成，凝凝血血酶酶催催化化可可溶溶性性的的循循环环中中的的血血纤纤维蛋白原转化为不溶的血纤维。维蛋白原转化为不溶的血纤维。凝凝血血蛋蛋白白数数字字的的大大小小大大致致表表示示出出发发现现的的先先后后次次序序，脚脚标标a a特特指指有有活活性性的的因因子子。凝凝血血酶酶和和因因子子VIIVIIa a、IXIXa a、X Xa a、XIXIa a和和XIIXIIa a是是与与其其它它丝丝氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶，例例如如胰胰蛋蛋白白酶酶同同源源的丝氨酸蛋白酶。的丝氨酸蛋白酶。第43页/共70页 凝血酶原和因子凝血酶原和因子VIIVII、XIXI和和

45、X X都含有钙结合部位，都含有钙结合部位，CaCa2+2+是将这些凝血因子定是将这些凝血因子定位于血小板膜表面所必需的。位于血小板膜表面所必需的。组织因子和因子组织因子和因子V Va a以及以及 VIIIVIIIa a是促进特殊蛋白酶活性的非酶辅助因子蛋白质。是促进特殊蛋白酶活性的非酶辅助因子蛋白质。血友病是一种遗传病，常见的血友病血友病是一种遗传病，常见的血友病A A是缺少因子是缺少因子VIIIVIII的血液遗传病，而不的血液遗传病，而不常见的血友病常见的血友病B B是由于缺少因子是由于缺少因子XIXI造成的。编码这两种因子的基因都位于造成的。编码这两种因子的基因都位于X X染色染色体上，所

46、以血友病是与体上，所以血友病是与X X染色体相关的疾病。染色体相关的疾病。患有血友病患有血友病A A的病人现在可以通过注射因子的病人现在可以通过注射因子VIIIVIII治疗，因子治疗，因子VIIIVIII是通过编码是通过编码该蛋白的基因的克隆和表达制备的该蛋白的基因的克隆和表达制备的。第44页/共70页内在途径外在途径血管损伤组织因子交联的血纤维蛋白第45页/共70页第46页/共70页射线晶体图分析揭示了丝氨酸蛋白酶底物结合特异性射线晶体图分析揭示了丝氨酸蛋白酶底物结合特异性 胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶、胰胰蛋蛋白白酶酶和和弹弹性性蛋蛋白白酶酶结结构构上上的的微微小小差差别别反反映映出出它它们们

47、底底物物的的特特异异性性。胰胰蛋蛋白白酶酶与与胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶之之间间结结构构上上的的主主要要区区别别是是胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶的的疏疏水水性性口口袋袋的的底底部部是是一一个个不不带带电电荷荷的的氨氨基基酸酸残残基基（图图a a），而而胰胰蛋蛋白白酶酶是是一一个个带带电电荷荷的的天天冬冬氨氨酸酸残残基基（图图b b），这这个个带带负负电电荷荷的的残残基基是是造造成成胰胰蛋蛋白白酶酶底底物物特特异异性性的的原原因因，在在ESES复复合物中，它与底物的带正电荷的合物中，它与底物的带正电荷的ArgArg和和LysLys残基的侧链形成离子对。残基的侧链形成离子对。弹弹性性蛋蛋白白酶酶在在三三

48、级级结结构构上上类类似似于于胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶，但但弹弹性性蛋蛋白白酶酶的的结结合合口口袋袋要要浅浅得得多多。胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶和和胰胰蛋蛋白白酶酶结结合合部部位位的的入入口口处处有有两两个个甘甘氨氨酸酸残残基基，而而在在弹弹性性蛋蛋白酶的入口处是比甘氨酸大得多的缬氨酸和苏氨酸残基（图白酶的入口处是比甘氨酸大得多的缬氨酸和苏氨酸残基（图c c）。）。第47页/共70页胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一个不带电荷的氨基酸残基胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一个不带电荷的氨基酸残基第48页/共70页底物底物“口袋口袋”中有一个带电荷的天冬氨酸残基中有一个带电荷的天冬氨酸残基第49页/共

49、70页酶结合底物的口袋中含有缬氨酸和苏氨酸残基，限制大的底物进酶结合底物的口袋中含有缬氨酸和苏氨酸残基，限制大的底物进入入第50页/共70页4.11 4.11 调节酶一般都是寡聚体调节酶一般都是寡聚体 上面是一个多酶催化途径，总的结果是由上面是一个多酶催化途径，总的结果是由A A生成生成P P。终产物是调节酶。终产物是调节酶E E1 1的一个别构的一个别构抑制剂，抑制剂，E E1 1催化第一个关键的反应。催化第一个关键的反应。这种类型的调节称为反馈抑制。一个调节酶有一个位于它的催化中心以外的第二个配体结合部位，这个部位称为调节部位。酶构象的变化是与一个别构激活剂或抑制剂和酶的调节部位的结合有关

50、，这种构象的变化传递给酶的活性部位，活性部位形状的变化改变了酶的活性。第51页/共70页调节酶的一些共同特征：调节酶的一些共同特征：1 1、调调节节酶酶的的活活性性对对代代谢谢的的抑抑制制剂剂和和激激活活剂剂是是很很敏敏感感的的。调调节节化化合合物物是是结结合合在在与与催化部位不同的另一个部位。这样的调节剂称为别构调节剂。催化部位不同的另一个部位。这样的调节剂称为别构调节剂。2 2、典典型型的的别别构构调调节节剂剂非非共共价价地地结结合合在在它它们们调调节节的的酶酶上上。许许多多调调节节剂剂改改变变了了酶酶对对底物的底物的K Kmm值，而有些调节剂是改变值，而有些调节剂是改变V Vmaxmax