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1、Enzyme,第3章 酶,http:/ 酶的分子结构与功能 The Molecular Structure and Function of Enzyme,http:/ enzyme)：仅具有三级结构的酶。 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。 多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。,http:/
2、 (conjugated enzyme),单纯酶 (simple enzyme),http:/ 辅助因子决定反应的种类与性质,http:/ 金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。 金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。,金属离子是最多见的辅助因子,http:/ 参与催化反应，传递电子； 在酶与底物间起桥梁作用； 稳定酶的构象； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,http:/ (coenzyme)。,其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。 辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质
3、。,http:/ pyrophosphate, TPP),http:/ 在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性,1. 生化作用,脚气病，末梢神经炎,（二）维生素B1在糖代谢中具有重要作用，缺乏可引起脚气病,2.缺乏症,http:/ 体内活性形式为黄素单核苷酸(FMN) 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),（一）FAD和FMN是维生素B2的是活性形式,http:/ B2,FMN,AMP,FAD,http:/ . 缺乏症：口角炎，唇炎，阴囊炎等,（二）FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基,http:/ 尼克酸(nicotinic acid) 尼克酰胺(nicotinamide),体内活性形式： 尼
4、克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+),（一）维生素PP是NAD+和NADP+的组成成分,http:/ H,NADP+：R为,尼克酰胺,http:/ 生化作用,（二）维生素PP缺乏可引起癞皮病,2. 缺乏症: 癞皮病,3. 大量长期服用会中毒,肝损伤,NAD+及NADP+是体内多种不需氧脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作用。,http:/ acid)又名遍多酸 体内活性形式为辅酶A(CoA)、酰基载体蛋白(ACP),（一）泛酸在辅酶A和酰基载体蛋白分子中发挥作用,（二）泛酸参与酰基转移反应,CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转
5、移作用。,http:/ 巯基乙胺,CoA的结构式,http:/ 活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺,http:/ 磷酸吡哆醛也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的辅酶。缺乏导致低血色素小细胞性贫血和血清铁增高。 磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代谢酶的辅酶，缺乏引起高同型半胱氨酸血症。,（二）磷酸吡哆醛的辅酶作用多种多样,1磷酸吡哆醛是多种酶的辅酶,http:/ 维生素B6缺乏：可增加人体对雌激素、雄激素、皮质激素和维生素D作用的敏感性。,3维生素B6缺乏不多见，而过量可引起中毒,日摄入量超过200mg可引起神经损伤，表现为周围感觉神经病。,http:/ acid)又称蝶酰谷氨酸 体内活性形式为四氢
6、叶酸(FH4),七、叶酸以四氢叶酸形式参与一碳单位代谢,（一）四氢叶酸是叶酸的活性形式,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。N5、N10 是一碳单位的结合位点。,http:/ 高同型半胱氨酸血症和DNA低甲基化,叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H+,NADP+,二氢叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H+,NADP+,四氢叶酸,5, 6, 7, 8-四氢叶酸,http:/ 体内活性形式为甲基钴胺素 5 -脱氧腺苷钴胺素,八、维生素B12是含钴维生素,（一）维生素B12的吸收需要内因子,http:/ 5-脱氧腺苷钴胺素,http:/ B12是N5-C
7、H3-FH4转甲基酶（甲硫氨酸合成酶）的辅酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸。,Vit B12 缺乏：,相应缺乏症：巨幼红细胞贫血 高同型半胱氨酸血症,（二）维生素B12影响一碳单位的代谢和脂肪酸的合成,一是引起甲硫氨酸合成减少； 二是影响四氢叶酸的再生。,http:/ 相应缺乏症：神经疾患,http:/ group)。,辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如FAD、FMN、生物素等。,http:/ group),http:/ (active center),http:/ 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,http:/ (
8、isoenzyme)是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。,定义,http:/ 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，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。,http:/ 1,http:/ 2,B,B,M,M,M,CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM),脑 心肌 骨骼肌,肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶,B,B,http:/ 在代谢调节上起着重要的作用； 用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征； 同工酶谱的改变有助于对疾病
9、的诊断； 同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,http:/ 酶的工作原理 The Mechanism of Enzyme Action,http:/ 只能催化热力学允许的化学反应； 只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。,酶与一般催化剂的共同点：,http:/ 酶的催化不需要较高的反应温度。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。,http:/ (turnover number) 来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。,http:/ (sp
10、ecificity),（二）酶促反应具有高度的特异性,http:/ specificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 。 相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合物或一种化学键。 立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立体异构体中的一种。,http:/ 酶催化效力的调节 通过改变底物浓度对酶进行调节等,http:/ (activation energy) 实现的。,活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。,http:/ 。,http:/ 这种邻近效应(proximity effect)与定向
11、排列(orientation arrange)实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。,http:/ (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。这种现象称为表面效应(surface effect)。,3.表面效应使底物分子去溶剂化,http:/ acid-base catalysis) 共价催化作用(covalent catalysis) 亲核催化作用(nucleophilic catalysis),http:/ 酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Ca
12、talyzed Reaction,http:/ 影响因素包括：酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。,http:/ 酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示； 反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速率 底物浓度远远大于酶浓度。,研究前提：,http:/ (Michaelis equation)。,S：底物浓度 V：不同S时的反应速率 Vmax：最大反应速率(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant),http:/ V = k3ES。 (1) S的总浓度远远大于E的总浓度，因
13、此在反应的初始阶段，S的浓度可认为不变即S =St。,米曼氏方程式推导基于两个假设：,http:/ = ES的分解速率,则(2)变为: (EtES) S = Km ES,整理得：,k1 (EtES) S = k2 ES + k3 ES,当反应处于稳态时：,http:/ =ES，反应达最大速率 Vmax = k3ES = k3Et (5),将(5)代入(4)得米氏方程式：,http:/ Km与Vmax的意义,http:/ = S,Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是mol/L。,http:/ 意义： Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、pH、
14、离子强度）有关，与酶的浓度无关。 Km可近似表示酶对底物的亲和力； 同一酶对于不同底物有不同的Km值。,Km值,http:/ E,定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。,如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转换数(turnover number)，即动力学常数k3。,http:/ 当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。 意义: 可用来比较每单位酶的催化能力。,酶的转换数 (turnover number),http:/ 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法
15、,（三）m值与max值可以通过作图法求取,http:/ Hanes作图法,在林贝氏方程基础上，两边同乘S,S/V=Km/Vmax + S/Vmax,http:/ 关系式为：V = k3 E,当SE时，Vmax = k3 E,酶浓度对反应速率的影响,http:/ 温度升高加快化学反应速度，同时增加酶变性的机会 酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度(optimum temperature)。,http:/ 酶发挥最大催化活性时反应体系的温度,http:/ 酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。 临床应用：低温麻醉,http:/ (opt
16、imum pH)。,pH对某些酶活性的影响,http:/ 引起变性的因素对酶没有选择性,凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。,http:/ (irreversible inhibition),可逆性抑制 (reversible inhibition),竞争性抑制 (competitive inhibition) 非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition),根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：,http:/ 羟基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金属
17、离子及砷化合物 巯基酶 解毒 - - - 二巯基丙醇(BAL),概念,举例,抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。,（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合,http:/ 可逆性抑制作用,竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制,类型,概念,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。,http:/ 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶,http:/ (essential activator) 非必需激活剂 (non-essential activator),http:/ 酶的调节 The Regulation of En
18、zyme,http:/ (allosteric effector),变构调节 (allosteric regulation),变构酶 (allosteric enzyme),变构部位 (allosteric site),一些代谢物可与某些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，此种调节方式称变构调节。,（一）变构酶通过变构调节酶的活性,一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节,http:/ modification),http:/ 乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化 SH与SS互变,常见类型,酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。,http
19、:/ (zymogen),酶原的激活,http:/ 有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,酶原激活的本质 酶活性中心形成或暴露的过程,http:/ 酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节,诱导作用(induction) 阻遏作用(repression),（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏,http:/ 非溶酶体蛋白酶降解途径（又称依赖ATP和泛素的降解途径）,（二）酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同,http:/ 酶的命名与分类 The Naming and Classification of Enzyme,http:/ (oxidoreduct
20、ases) 转移酶类 (transferases ) 水解酶类 (hydrolases) 裂解酶类 (lyases) 异构酶类 (isomerases) 合成酶类 (synthetases, ligases),根据酶反应的类型，酶可分为六大类，其排序如下:,http:/ (systematic name) 推荐名称 (recommended name),http:/ 酶与医学的关系 The Relation of Enzyme and Medicine,http:/ 许多疾病也可引起酶的异常，这种异常又使病情加重。 激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。 酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。
21、,http:/ 酶促反应速率可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。 酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量（mg、g、mol等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。,http:/ 1 IU=16.6710-9 kat,国际单位(IU),催量单位(katal),http:/ 通过阻断相应的酶活性，以达到遏制肿瘤生长的目的。 酶还可以直接用于治疗目的。,http:/ coupled assays)，是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。,1酶法分析是以酶作为工具对化合物和酶活性进行定量分析的一种方法,http:/ 当前应用最多的是酶联免疫测定法（enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）。,http:/