生物化学第三章酶
第三章 酶 Enzyme（E）,蛋白质（E）,核酸类（核酶、脱氧核酶）,生物催化剂,是活细胞合成的一类蛋白质 具有高度特异性和高度催化效率的生物催化剂。,何谓酶？,第一节 酶的分子结构与功能,The Molecular Structure and Function of Enzyme,E的不同形式,单体酶(monomeric enzyme) 寡聚酶(oligomeric enzyme) 多酶体系(multienzyme system) 多功能酶(multifunctional enzyme)/串联酶(tandem enzyme),一、 E的分子组成常含有辅助因子,单纯E (simple enzyme),结合E (conjugated enzyme),结合E,蛋白部分：,辅助因子,E蛋白 (apoenzyme),小分子有机化合物,金属离子,全E (holoenzyme),决定反应的特异性,二、E的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位,必需基团(essential group) E的活性中心(active center)/活性部位(active site） 活性中心内的必需基团 活性中心外的必需基团,几个名词：,三、同工酶是催化相同化学反应 但一级结构不同的一组酶,举例：,什么是？,人LDH同工酶谱：,意义：,（一同三不同）,指催化相同的化学反应，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。,第 二 节 酶的工作原理,The Mechanism of Enzyme Action,（一）极高的催化效率 （二）高度的特异性 （三）可调节性,一、 酶反应的特点,二、酶通过促进底物形成过渡态 而提高反应速率,（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说,（二）酶促反应的机制,研究某一因素的影响时，其余各因素均恒定。,何谓酶促反应动力学?,研究各种因素对酶促反应速度V的影响，并加以定量的阐述。,影响因素有:,酶浓度E、底物浓度S、pH、温度T、 抑制剂I及激活剂等。,采用反应的初速度（initial velocity）,一、S对V的影响的作图呈矩形双曲线,S对V的影响呈矩形双曲线关系:,研究条件:,此矩形双曲线可用米-曼氏方程表示,矩形双曲线和米-氏方程的对应关系,V与S成正比为一级反应,V不成正比例加速,介于a、c之间, 为混合级反应。,达Vmax,V不再增加为零级反应,a、 b、 c、,初速度V,Km,（一）米曼氏方程式推导,米曼氏方程式推导的条件：,推导过程：,（二）Km与Vmax的意义,（三）m值与max值的测定,二、底物足够时E对V的影响呈直线关系,当SE，酶可被底物饱和的情况下，V与E成正比。 关系式：V = K3 E,当SE时，Vmax = k3 E,E对V的影响,三、T对V的影响具有双重性,四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响V,双重影响,最适温度 (optimum temperature)： 酶促反应速度最快时的环境温度,低温的应用,T升高V,最适pH (optimum pH) 酶催化活性最大时的环境pH。,类型,不可逆性抑制,可逆性抑制,竞争性抑制 (competitive inhibition) 非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition),五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率,酶的抑制剂( inhibitor/I ) 使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质,(一) 不可逆性抑制作用,什么是？ 抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活； 不能用物理方法去除抑制剂。,举例：,（二） 可逆性抑制作用,什么是？,三种类型,抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物 可逆性结合，使酶的活性降低或丧失； 抑制剂可用透析、超滤等方法除去。,1、竞争性抑制,什么是？,竞争性抑制的具体情形：,举例:,I与E的S结构相似共同竞争E的活性中心， 防碍E与S的结合。,2、非竞争性抑制,什么是？,非竞争性抑制的具体情形：,I与E活性中心以外的必需基团结合， 不防碍E与S的结合， I与S之间无竞争 。,3、反竞争性抑制,什么是？,反竞争性抑制的具体情形：,I 只与ES结合成EIS，使ES的量减少， 影响产物的生成和E的释放。,三种可逆性抑制及无抑制作用的比较,与I结合的成分 E E、ES ES 动力学参数 表观Km Km 增大 不变 减小 最大速度 Vmax 不变 林-贝氏作图 斜率 Km/Vmax 增大 增大 不变 纵轴截距 1/Vmax 不变 增大 增大 横轴截距 -1/Km 增大 不变 减小,六、激活剂可加快酶促反应速率,激活剂(activator) 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质 分为,激活剂大多数为金属离子如Mg2+、K+、Mn2+等， 少数阴离子也有激活作用。,一些金属酶和金属激活酶类：,第 四 节 酶 的 调 节,The Regulation of Enzyme,酶活性的调节 酶含量的调节,（快速调节） （缓慢调节）,调节方式：,代谢途径的关键酶,调节对象：,（一）变构酶通过变构调节酶的活性,变构激活剂 变构抑制剂,变构调节 (allosteric regulation),变构酶 (allosteric enzyme),代谢物与酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性。,变构部位 (allosteric site),变构效应剂 (allosteric effector),变构酶的S形曲线,几个名词：,一 、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节,（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团 与酶的共价结合与分离实现的,举例：,何谓共价修饰(covalent modification)？,共价修饰的类型：,共价修饰的特点：,（三）酶原的激活使无活性的酶原转变成有 催化活性的酶,举例,酶原、酶原激活及酶原激活的本质,酶原激活的意义,某些酶原的激活,二、酶含量的调节包括对酶合成与 分解速率的调节,酶蛋白合成的调节 酶降解的调节,诱导作用(induction) 阻遏作用(repression),溶酶体蛋白酶降解途径 非溶酶体蛋白酶降解途径,习惯命名法推荐名称（多用） 系统命名法系统名称,以酶催化的整体反应为基础，明确酶的底物及催化反应性质，多个底物时都要写明，用冒号（）隔开。,（国际生物化学会酶学委员会）,酶的命名举例,一、酶的命名,1.氧化还原酶类(oxidoreductases) 2.转移酶类 (transferases ) 3.水解酶类 (hydrolases) 4.裂解酶类 (lyases) 5.异构酶类( isomerases) 6.合成酶类 (ligases, synthetases),二、酶的分类,酶的分类编号,四个用点“”分开的数字前冠以EC（酶学委员会）,EC 3·5·3·1,6大类：1、2、3、4、5,酶隶属的亚类,酶隶属的亚-亚类,酶在亚-亚类序号,（一） 酶与疾病的发生,一、酶与疾病的关系,（三） 酶与疾病的治疗,（二） 酶与疾病的诊断,酶先天性缺乏与先天性代谢障 酶活性改变与疾病发生,对血液、尿等体液中某些酶活性的测定，能反映某些器官组织的疾病状况并有助于诊断。,许多药物通过抑制酶活性来治疗疾病。,二、酶在医学上的其他应用,（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究,1、酶法分析 2、酶标记测定法 3、工具酶,（二）酶作为药物用于临床治疗,（三）酶的分子工程,1固定化酶 (immobilized enzyme),将水溶性酶经物理/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生物。 固定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶的活性。,2抗体酶,3模拟酶,具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme),是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。,
