[基础医学]02 第二章 酶.ppt

第二章 酶ENZYME生物化学护理学专业本科教材酶是由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的蛋白质，是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂随着科学技术发展，对生物催化剂的认识不断深入，近年来发现一些核酸分子也具有催化作用，称为核酶(ribozyme)生物化学护理学专业本科教材第一节酶的分子结构与催化功能生物化学护理学专业本科教材根据酶蛋白的结构特点和分子大小可将酶分为三类：单体酶(monomeric enzyme)：由一条多肽链组成，仅具有三级结构寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶多酶体系(multienzyme system)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物其中多种不同的催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶(multifunctional enzyme)生物化学护理学专业本科教材一、酶的分子组成u单纯酶(simple enzyme):单纯酶是仅由氨基酸残基构成的酶，是单纯蛋白质u结合酶(conjugated enzyme):由蛋白质和非蛋白质成分结合形成的酶称为结合酶，其中蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅助因子。

酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶，只有全酶才具有催化作用生物化学护理学专业本科教材蛋白质部分:酶蛋白 非蛋白质部分:辅助因子 金属离子小分子有机化合物*全酶 决定反应的特异性决定反应的种类与性质生物化学护理学专业本科教材小分子有机化合物是一些化学性质稳定的小分子物质，在酶的催化反应中传递电子、质子或一些基团虽然含小分子有机化合物的酶很多，但此种辅助因子的种类却不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质 生物化学护理学专业本科教材B族维生素及其辅酶（辅基）形式B族维维生素辅辅酶或辅辅基主要作用硫胺素(维维生素B1)硫胺素焦磷酸酯酯(TPP)α-酮酮酸氧化脱羧羧、酮酮基转换转换作用硫辛酸6, 8-二硫辛酸α-酮酮酸氧化脱羧羧泛酸(维维生素B3)辅辅酶A(CoA-SH)酰酰基转换转换作用核黄素(维维生素B2)黄素单单核苷酸(FMN) 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)转转移氢氢原子 转转移氢氢原子尼克酰酰胺(维维生素PP )尼克酰酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 尼克酰酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)转转移氢氢原子 转转移氢氢原子吡哆素(维维生素B6)磷酸吡哆醛醛转转移氨基、参与氨基酸脱羧羧基生物素(维维生素B7)生物素羧羧化酶的辅辅酶转转移CO2叶酸(维维生素B11)四氢氢叶酸转转移“一碳单单位”钴钴胺素(维维生素B12)5-甲基钴铵钴铵素 5-脱氧腺苷钴铵钴铵素转转移甲基生物化学护理学专业本科教材与底物结合催化底物转变成产物必需基团：结合基团催化基团活性中心外的必需基团 目 录二、酶的活性中心生物化学护理学专业本科教材底 物 活性中心以外 的必需基团结合基团催化基团 活性中心 目 录生物化学护理学专业本科教材三、酶催化作用机制（一）酶-底物复合物的形成酶与底物结合进而催化底物转变为产物，解释酶与底物结合方式的学说，首先是Emil fischer提出“锁-匙”结合的机械模式。

继而发展为酶和底物接近时，其结构相互诱导、变形并彼此适应结合的“诱导契合”模式生物化学护理学专业本科教材（二）酶促反应的机制1．邻近效应2．多元催化3．表面效应生物化学护理学专业本科教材第二节 酶促反应的特性生物化学护理学专业本科教材酶是生物体活细胞内合成具有催化作用的蛋白质，具有两方面的特性：既有与一般催化剂相同的催化性质，又具有生物大分子的特征生物化学护理学专业本科教材提高反应物分子达到活化状态的能量，称为活化能(activation energy)催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，使更多的分子活化从而加速反应的进行 一、反应的高效性生物化学护理学专业本科教材酶促反应活化能的改变生物化学护理学专业本科教材酶对其所催化的底物具有较严格的选择性即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并产生一定的产物，酶的这种特性称为酶的特异性或专一性酶的特异性可大致分为以下三种类型二、反应的特异性生物化学护理学专业本科教材u绝对特异性u相对特异性u立体异构特异性生物化学护理学专业本科教材u酶原的激活u酶活性的激活或抑制u酶合成诱导、阻遏u酶的降解u同工酶调节三、反应的调节性生物化学护理学专业本科教材无活性酶的前体称为酶原(zymogen)。

酶原向有活性酶的转化过程称为酶原的激活一）酶原与酶原激活生物化学护理学专业本科教材酶原的激活具有重要生理意义：例如消化道内蛋白酶初期以酶原形式分泌，这不仅保护消化器官本身不受酶水解破坏，且保证了酶在特定的部位与环境中才发挥催化作用若酶在不合适的时间和部位被激活，即可造成疾病此外，酶原还可认为是酶的贮存形式生物化学护理学专业本科教材u变构酶(allosteric enzyme)u变构调节(allosteric regulation)u变构效应剂(allosteric effector)u变构激活剂(allosteric activator)u 变构抑制剂(allosteric inhibitor)（二）酶的变构调节生物化学护理学专业本科教材酶的共价修饰(covalent modification)调节或化学修饰(chemical modification)调节在共价修饰过程中，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所催化酶的共价修饰包括磷酸化与脱磷酸化、乙酰化与脱乙酰化、甲基化与脱甲基化、腺苷化与脱腺苷化，以及-SH与-S-S-的互变等其中以磷酸化修饰最为常见。

三）共价修饰调节生物化学护理学专业本科教材u诱导u阻遏作用u酶的降解u溶酶体蛋白降解途径u泛素-蛋白酶体途径（四）酶含量的调节生物化学护理学专业本科教材同工酶(isoenzyme)是指催化的化学反应相同，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，它在代谢调节上起着重要作用五）同工酶生物化学护理学专业本科教材同工酶的测定已应用于临床实践当某组织发生疾病时，可能有某种特殊的同工酶释放出来，同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究生物化学护理学专业本科教材第三节酶促反应的动力学生物化学护理学专业本科教材酶促反应动力学(kinetics of enzyme-catalyzed reaction)研究酶促反应速度及其影响因素这些因素包括酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等生物化学护理学专业本科教材确定底物浓度与酶促反应速度间关系，是酶促反应动力学的核心内容在酶浓度、温度、pH不变的情况下，以底物浓度为横坐标，酶促反应速度为纵坐标作图呈矩形双曲线一、底物浓度对反应速度的影响生物化学护理学专业本科教材底物浓度与酶促反应速度的关系生物化学护理学专业本科教材当底物浓度较低时，反应速度随底物浓度的增加而增加，二者呈正比关系；随着底物浓度增加，反应速度与底物浓度的增加不再呈正比。

当反应达到一定阶段，继续加大底物浓度，反应速度将不再增加，这是因为酶的活性中心已被底物饱和酶反应的初速度越大，意味着酶的催化活力越大生物化学护理学专业本科教材Michaelis-Menten于1913年，提出了酶促反应速度与底物浓度定量关系的数学方程式，即米-曼氏方程式，简称米氏方程式n（一）米-曼氏方程生物化学护理学专业本科教材uVmax为最大反应速度u[S]为底物浓度uKm为米氏常数(Michaelis constant)uV是在不同[S]时的反应速度生物化学护理学专业本科教材当底物浓度很低(Km >> [S])时，反应速度与底物浓度呈正比，反应为一级反应当底物浓度很高([S] >>Km)时，V ≌ Vmax，反应速度达最大速度，再增加底物浓度也不再影响反应速度，反应为零级反应生物化学护理学专业本科教材1．当反应速度为最大反应速度一半时，米氏方程可以整理为：[S] = Km即Km等于反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度2．Km值可以近似的表示酶与底物的亲和力，Km值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物亲和力愈大二）Km与Vmax的意义生物化学护理学专业本科教材3．Km值是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、酶所催化的底物和反应温度、pH、缓冲液的离子强度有关，与酶的浓度无关。

4．已知某酶的Km值，就可以计算出在某一底物浓度时，其反应速率相当于Vmax的百分率5．酶浓度一定时，则对特定底物Vmax为一常数Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比生物化学护理学专业本科教材1．双倒数作图2. Hanes作图法（三）Km与Vm值的测定生物化学护理学专业本科教材双倒数作图法生物化学护理学专业本科教材Hanes作图法生物化学护理学专业本科教材当酶促反应体系的温度、pH不变，底物浓度远远大于酶浓度，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比关系二、酶浓度对反应速度的影响生物化学护理学专业本科教材酶浓度对反应速度的影响生物化学护理学专业本科教材温度对酶促反应速度具有双重影响：一方面在温度较低时，反应速度随温度升高而加快，另一方面温度进一步升高会增加酶变性的机会温度升高超过一定数值后，酶受热变性的因素占优势，反应速度减缓，形成倒U形曲线三、温度对反应速度的影响生物化学护理学专业本科教材温度对淀粉酶活性的影响生物化学护理学专业本科教材综合这两种因素，在此曲线顶点所代表的温度，反应速度最大，称为酶的最适温度酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关酶的活性随温度的下降也会降低，但低温一般不破坏酶结构。

温度回升后，酶又恢复活性生物化学护理学专业本科教材pH的改变可以影响酶的活性只有在特定的pH条件下，酶、底物和辅酶的解离情况，最适宜于它们互相结合，并发挥催化作用，使酶促反应速度达最大值，此时环境中的pH值称为酶的最适pH 四、pH对反应速度的影响生物化学护理学专业本科教材最适pH不是酶的特征性常数，它受环境因素的影响很大溶液的pH高于或低于最适pH时，酶的活性都会降低，远离最适pH时还会导致酶的变性失活V-pH曲线为较典型的钟罩形生物化学护理学专业本科教材pH对某些酶活性的影响生物化学护理学专业本科教材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剂根据抑制剂与酶结合的紧密程度不同，除去抑制剂后酶的活性是否得以恢复可将抑制作用分为可逆性抑制与不可逆性抑制两大类 五、抑制剂对反应速度的影响生物化学护理学专业本科教材抑制剂与酶分子活性中心的某些必需基团以共价键相结合而引起酶活性的丧失，这种结合不能用简单的透析、超滤等物理方法解除抑制剂而恢复酶活性，这种抑制作用称为不可逆抑制作用 （一）不可逆性抑制作用生物化学护理学专业本科教材1．羟基酶的抑制生物化学护理学专业本科教材2．巯基酶的抑制生物化学护理学专业本科教材可逆性抑制作用是指抑制剂通过非共价键与酶或酶-底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剂除去，使酶活性得以恢复二）可逆性抑制作用生物化学护理学专业本科教材可逆抑制作用通常分为三种类型：1. 竞争性抑制作用 2．非竞争性抑制作用 3．反竞争性抑制作用 生物化学护理学专业本科教材有些抑制剂分子的结构与底物分子的结构非常相似，因此可与底物竞争结合酶的活性中心，从而抑制酶的活性，故称为竞争性抑制1. 竞争性抑制作用生物化学护理学专业本科教材竞争性抑制双倒数作图曲线生物化学护理学专业本科教材医学上竞争性抑制的实例：u磺胺类药物治疗细菌性传染病生物化学护理学专业本科教材u抗癌药物：如氨甲蝶呤（MTX）5-氟尿嘧啶（5-FU）6-巯基嘌呤（6-MP）生物化学护理学专业本科教材有些。