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1、1,第三章 酶 Enzyme（E）,2,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？,3,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。 1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。 1995年，Jack W.Szostak研究室首
2、先报道了具有DNA连接酶活性的DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。,4,第一节 酶的分子结构与功能,The Molecular Structure and Function of Enzyme,5,E的不同形式,单体酶(monomeric enzyme) 寡聚酶(oligomeric enzyme) 多酶复合体/多酶体系(multienzyme system) 多功能酶(multifunctional enzyme)/串联酶(tandem enzyme),6,一、E的分子组成,单纯E (simple enzyme),结合E (conjugated enzyme),结合E,蛋
3、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,7,二、E的活性中心,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：,8,三、同工酶(isoenzyme),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。,9,第 二 节 酶的工作原理,The Mechanism of Enzyme Actio
4、n,10,（一）高度的催化效率 （二）高度的特异性 （三）可调节性 （四）不稳定性,一、 酶促反应的特点,11,二、酶促反应的机制,（二）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说,（三）酶促反应的其他机制,（一）降低反应活化能,12,13,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）,14,一、S对V的影响,S对V的影响呈矩形双曲线关系:,此矩形双曲线可用米-曼氏方程表示,15,矩形双曲线和米-氏方程
5、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,16,（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,17,二、E对V的影响,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,18,三、T对V的影响,四、 pH对V的影响,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
6、(optimum pH) 酶催化活性最大时的环境pH。,19,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、抑制剂对反应速度的影响,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,20,(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：,21,（二） 可逆性抑制作用,什么是？,三种类型,抑制剂
7、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。,22,1、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。,23,2、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 。,24,3、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。,25,三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
8、 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,26,六、激活剂对反应速度的影响,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：,27,第 四 节 酶 的 调 节,The Regulation of Enzyme,28,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：,2
9、9,（一）酶的变构调节,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,一 、酶活性的调节,30,（二）酶的共价修饰调节,举例：,何谓共价修饰(covalent modification)？,共价修饰的类型：,共价修饰的特点：,31,（三）酶原与酶原的激活,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
10、酶原的激活,32,二、 酶含量的调节,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,33,34,1.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),一、酶的分类,35,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 3531,6大类：1、2、3、4、5、6,酶隶属
11、的亚类,酶隶属的亚-亚类,酶在亚-亚类序号,36,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,二、酶的命名,37,38,（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碍 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。,39,二、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,40,（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。,41,2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。,