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1、第三章 酶,是对其特异底物起高效催化作用的蛋白质和核酸，是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂,酶(enzyme)：,核酶(ribozyme)：,具有高效、特异催化作用的核酸，是一类新的生物催化剂，其作用主要参与RNA的剪接或DNA的连接,包括：单体酶 寡聚酶 多酶体系 多功能酶,酶的分子结构与功能,第一节,一、酶的分子组成,仅由氨基酸残基构成,1.单纯酶,2.结合酶,维生素及其衍生物,各部分在催化反应中的作用：,酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质,辅助因子,K+、Na+、Mg2+、 Cu2+、 Zn2+、Fe2+,辅助因子分类（与酶蛋白结合紧密程度）,辅酶:与酶蛋白结合疏松
2、，可用透析或超滤的 方法除去,辅基:与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤 的方法除去,金属激活酶：金属离子与酶的结合不甚紧密 金属酶：金属离子与酶结合紧密，提取过程 中不易丢失,某些辅酶（辅基）在催化中的作用,二、酶的活性中心(active center),必需基团(essential group) 指酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团,酶的活性中心定义：,指必需基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转化为产物，或称活性部位(active site),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,活性中心内的
3、必需基团,位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间结构所必需,活性中心外的必需基团,三、同工酶(isoenzyme),催化相同的化学反应,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,概念,举例：乳酸脱氢酶（LDH）,酶的工作原理,第二节,一、酶促反应的特点,1. 高效率,2. 高度特异性/专一性,绝对特异性,相对特异性,立体异构特异性,3. 可调节性,酶可极大地降低反应所需的活化能,二、酶催化作用机制,活化能：底物由初态变为活化态所需的能量,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。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合,酶底物复合物,酶-底物复合物的形成有
4、利于底物转变成过渡态,1.诱导契合作用使酶与底物密切结合,2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心,酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋” 酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化 (desolvation) 排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成 利于底物与酶分子的密切接触和结合,3.表面效应使底物分子去溶剂化,酶促反应动力学,第三节,酶促反应动力学:,概念 研究各种因素对酶促反应速率的影 响，并加以定量的阐述,酶促反应速率的影响因素,底物浓度、酶浓度、p、温度、激活剂和抑制剂等,当底物浓度较低时,反应速率与底物浓度成正比；反应为一级
5、反应,一、底物浓度对反应速率的影响,随着底物浓度的增高,反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应,当底物浓度高达一定程度,反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应,(一)米曼氏方程式,依据：,中间产物学说,SE,假设：,测定的是初速度,S：底物浓度 V：反应速率 Vmax：最大反应速率 m：米氏常数,(二)Km与Vm的意义,Km=S,2) Km可近似表示酶对底物的亲和力， Km值越大，亲和力越小 3) Km是酶的特征性常数之一,同一种 酶对于不同底物有不同的Km值,Km：,Vm：酶完全被底物饱和时的反应速率,1) Km等于酶促反应速率为最大反应 速率一半时的底物浓度,双倒数作图法,米氏方
6、程两边取倒数：,(三) Km值和Vm值的测定,二、 酶浓度对反应速率的影响,SE时,V=k3 E,三、温度对反应速率的影响,最适温度: 酶促反应速率最快时的环境温度,四、pH对反应速率的影响,最适pH: 酶促反应速率最快时的环境pH,五、抑制剂对反应速率的影响,可逆性抑制作用 （reversible inhibition),1.概念：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质，称为抑制剂,2.类型：,不可逆性抑制作用 （irreversible inhibition),（一）不可逆性抑制作用,1. 概念,抑制剂通常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，使酶失活,(不能用透析、超滤等方法除
7、去),2. 举例,(1)有机磷化合物,（二）可逆性抑制作用,抑制剂通常以非共价键与酶或酶底物复合物可逆性结合，使酶活性降低或消失,概念,竞争性抑制作用,非竞争性抑制作用,反竞争性抑制作用,1.竞争性抑制作用,抑制剂与酶的底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，阻碍酶与底物结合形成中间产物,抑制程度取决于： 抑制剂与酶的相对亲和力与底物浓度的相对比例,底物、竞争性抑制剂与酶的结合部位,I,无抑制剂,竞争性抑制,Vm不变 表观Km,特点,(2)抑制程度取决于抑制剂与酶的相对 亲和力及与底物浓度的相对比例,(1)I与S结构类似，竞争酶的活性中心,(3) Vmax不变，表观Km增大,实例,2.非竞争性
8、抑制作用,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合,底物与抑制剂之间无竞争关系,但酶-底物-抑制剂复合物（ESI）不能进一步释放出产物,非竞争性抑制剂与酶的结合部位,非竞争性抑制,Vmax,Km不变,特点,(1)抑制剂与酶活性中心外必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系,(2)抑制程度取决于抑制剂的浓度,(3)Vmax降低，表观Km不变,3.反竞争性抑制作用,抑制剂仅与酶和底物形成的ES结合，使ES的量下降。既减少从ES转化为产物的量，也同时减少从ES解离出E和S的量,反竞争性抑制剂与酶的结合部位,Uncompetitive inhibitor,反竞争性抑制,Vmax ,Km,特点,(1)抑制剂只
9、与酶底物复合物结合,(2)抑制程度取决于抑制剂浓度和底物浓度的相对比例,(3)Vmax降低，表观Km降低,竞交Y，非交X，反平行,六、激活剂对反应速率的影响,非必需激活剂,可提高酶的催化活性,酶 的 调 节,第四节,一、酶活性的调节,酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程,胰蛋白酶原,胰蛋白酶原的激活过程,胰蛋白酶,酶原与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 使酶在特定的部位和环境中发 挥作用 有的酶原可以视为酶的储存形式,体内一些代谢物可以与某些酶分子活性中心以外的某部位可逆结合，使酶发生变构并改变其催化活性。称为酶的变构调节,（二）酶的变构调节,变构效应剂,变
10、构酶,变构部位,最常见：磷酸化与脱磷酸化,酶的磷酸化与脱磷酸化,二、酶含量的调节,1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏,2. 酶降解的调控,酶的分类与命名,第五节,一、酶的分类,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),系统命名法：标明酶的所有底物与反应性质， 底物名称之间以“：”分隔。 例如： L-谷氨酸+H2O+NAD+ -酮戊二酸+NH3+NADH 酶：L-谷氨酸：NAD+ 氧化还原酶,推荐用名：
11、谷氨酸脱氢酶,二、酶的命名,酶与医学的关系,第六节,(自学),酶活性的测定与酶的活性单位,酶活性的测定：间接了解组织提取液或纯 化的酶液中酶的存在与多寡,酶催化化学反应的能力即为酶的活性,常 用酶促反应速率V来表示,国际单位（IU） 催量单位（katal),酶的活性单位：,酶的活性单位： 单位时间内把一定底物转化为产物所需酶量,V=单位时间内底物消耗量或产物生成量,一、概念：酶、核酶、必需基团、活性中心、辅基与辅酶、最适温度及最适PH、酶原激活、变构酶、酶的共价修饰、同工酶 二、酶的分子结构及功能 三、酶促反应的特点 四、底物浓度对反应速率的影响 五、各种抑制剂对反应速率影响的异同及临床实例,思考题,