生化 第三章 酶.ppt

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1、2019/8/17,第03章 酶和维生素,1,2019/8/17,第03章 酶和维生素,2,教学大纲对本章的要求 P20,2019/8/17,第03章 酶和维生素,3,教学大纲对本章的要求,2019/8/17,第03章 酶和维生素,4,教学大纲对本章的要求,2019/8/17,第03章 酶和维生素,5,概 述,一、概念： 酶是一类由活细胞产生的，能在体内或体外对其特异底物发挥高效催化作用的蛋白质。,生物催化剂,酶,非酶生物催化剂 （核酶、脱氧核酶）,2019/8/17,第03章 酶和维生素,6,酶的不同形式:,单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。 寡聚酶(oligo

2、meric 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) ：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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,7,酶促反应,酶,酶催化化学反应的能力通常称为酶的活性，其衡量的标准是酶促反应速率。 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。,适宜的反应条件：温度、溶液pH等。,因此，反映酶活力大小的尺度常

3、用酶活性单位。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,8,它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间内生成一定量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。,单位时间：用s、min或h表示。,产物生成量或消耗底物的量：用mg、g 、mol等表示。,酶的活性单位,常用国际单位和催量单位两种。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,9,国际单位(IU) 在特定的条件下，在250C每分钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。,催量单位(katal) 催量(1kat)是指在特定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,10,反 应 时 间,

4、酶促反应进展曲线,S,S,P,P,初速度时间段,0,2019/8/17,第03章 酶和维生素,11,第一节 酶的分子结构与功能 The Molecular Structure and Function of Enzyme,2019/8/17,第03章 酶和维生素,12,辅助因子,小分子有机化合物 金属离子：如：CU+、Fe+、Zn+、Mn+等。,单纯酶：只含有氨基酸，不含其它物质。,结合酶：酶蛋白和辅助因子共同组成。,酶,结合酶（全酶） = 酶蛋白 + 辅助因子,一、酶的分子组成中常含有辅助因子,全酶分子中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,201

5、9/8/17,第03章 酶和维生素,13,辅酶：与酶蛋白疏松结合，可用透析或超滤法将其分离。,辅基：与酶蛋白紧密结合，不能用透析、超滤法将其分离。,小分子 有机化合物,1、小分子有机化合物,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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,14,小分子有机化合物在催化中的作用 P49/P21,2019/8/17,第03章 酶和维生素,15,辅酶/辅基的作用特点,1）一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合成一种特异的酶； 2）同一种辅助因子可以与不同的酶蛋白结合，形成不同的结合酶。辅助因

6、子在反应中起传递电子、原子或某些基团的作用； 例如：LDH（NAD+） 萍果酸DH （NAD+） 3）只有全酶才有活性。酶蛋白和辅助因子单独存在是均无催化活性。在全酶中，辅酶决定底物反应的类型，而酶蛋白则决定底物反应的特异性。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,16,2、金属离子存在的意义,4）中和阴离子，降低反应中的静电斥力。,1）作为酶活性中心的催化基因参与催化反应、传递电子；,2）作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用；,3）稳定酶的构象；,金属激活酶：金属离子为酶的活性所必需，但与 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。,金属离子,金属离子作

7、用,2019/8/17,第03章 酶和维生素,17,2019/8/17,第03章 酶和维生素,18,第二节 酶的分类与命名 The Naming and Classification of Enzyme,2019/8/17,第03章 酶和维生素,19,一.酶的分类,1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：,1、氧化还原酶（oxidoreductase） 2、转移酶（transferase） 3、水解酶（hydrolase） 4、裂解酶（或裂合酶lyase） 5、异构酶（isomerase） 6、合成酶（synthease

8、）或连接酶（ligase）,2019/8/17,第03章 酶和维生素,20,系统命名：包括所有底物的名称和反应类型。,惯用名：只取较重要的底物名称和反应类型。,对于催化水解反应的酶一般在底物名称上直接加上酶的名称，省去反应类型。,如蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等,二、酶的命名,2019/8/17,第03章 酶和维生素,21,一些酶的命名举例,2019/8/17,第03章 酶和维生素,22,第三节 酶促反应的特点与机制,2019/8/17,第03章 酶和维生素,23,一、酶催化作用的特点,（一）催化效率极高：反应速度与非催化剂相比可提高1081020，与一般催化剂相比可提高1071013。酶的催化时不

9、需要较高的反应温度。,细菌繁殖一代、第一人工合成的蛋白质、实验室合成蛋白质需多少时间？,2019/8/17,第03章 酶和维生素,24,1、酶为什么催化效率高？,酶催化效率很高的原因是比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。,活化能：底物分子由初态转变为活化状态时所需要的能量称为活化能，单位是：卡/克分子。,酶的催化效率可用酶的转换数来表示。,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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,25,能阈：反应物分子发生化学变化所需最低能量。,活化分子：高于反应能阈能起反应的分子。,酶促反应活化能的改变,反应总能量改变,B

10、,B1,一般初始状态,B、B1、B2分别为不同的活化状态,酶,B2,非催化剂,催化剂,2019/8/17,第03章 酶和维生素,26,2. 酶为什么会降低活化能,1913年最早由Michaelis和Menten提出。酶能降低活化能，加快反应速度，首先是酶与底物结合形成复合物，其过程如下：,2019/8/17,第03章 酶和维生素,27,酶通过活性中心与底物结合,在一级结构中，相隔较远的几个氨基酸残基在空间结构上彼此靠近、集中在一起所形成的一种特定的空间区域，它能特异地与底物结合并催化底物起反应，这一区域就称为酶的活性中心。 P49 /13,酶活性中心概念,2019/8/17,第03章 酶和维生

11、素,28,与底物结合结合基团,必需基团,活性中心内,活性中心外：,维持和保护活性中心构象的基团,发挥催化作用催化基团,活性中心的常见基团：His的咪唑基，Ser的羟基，Cys的巯基，Glu的羧基,2019/8/17,第03章 酶和维生素,29,谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基团；,色氨酸62和83、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；,AF为底物多糖链的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。,溶菌酶的活性中心,2019/8/17,第03章 酶和维生素,30,酶的催化机制 P53,1）酶-底物复合物的形成与诱导契合,酶与底物诱导契合,酶底物复合物,酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和

12、相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶与底物诱导契合的结合。,3. 酶通过哪些方法降低活化能？,2019/8/17,第03章 酶和维生素,31,该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.,诱导契合学说,2019/8/17,第03章 酶和维生素,32,羧肽酶的诱导契合模式,2019/8/17,第03章 酶和维生素,33,2）共价催化,酶与底物结合，形成特殊的共价结构的过渡中间产物，再转变成终产物。反应中有共价键形成与断裂。,+,+,亲核共价催化：酶-底物共价复合物的形成,3）酸碱催化,同一种酶常常兼有酸、碱双重催化作用，这种催化基团的协同作用可极大地提

13、高催化效率。,HO-,HOR,+,酶是两性电解质，不同基团其解离常数不一样，同种基团在同一种酶分子中所处的微环境不同，解离度也有差异。,HO,C,O-,OR,R,+,HO,C,O-,OR,R,HB,HOR,+,B,专一的酸碱催化,总酸碱催化,B,2019/8/17,第03章 酶和维生素,35,4) 金属离子催化,金属离子作用机制复杂，目前主要有以下几种情况。,金属离子作为酶活性中心催化基团直接参与传递电子反应；,金属离子与酶结合稳定酶空间构象，以保持酶活性；,金属离子改变局部环境负电荷，降低静电排斥力而促进酶与底物的结合；,金属离子作为酶的辅助因子，便于酶对底物的识别；,2019/8/17,第

14、03章 酶和维生素,36,5）邻近效应与定向排列使多底物正确定位于酶的活性中心,这种邻近效应定向排列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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,37,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。这种现象称为表面效应(surface effect)。,表面效应使底物分子去溶剂化,2019/8/17,第03章 酶和维生素,38,表面效应(surface

15、effect)： 疏水“口袋”,2019/8/17,第03章 酶和维生素,39,酶的活性中心常形成疏水“口袋”,2019/8/17,第03章 酶和维生素,40,(二)高度特异性：,一种酶只作用于一类物质或一定的化学键进行一定的化学反应，生成一定的产物，称为酶的特异性。,一种酶只催化一种底物起反应。,1、绝对特异性(absolute specificity)：,2、相对特异性(relative specificity)： 作用于一类化合物或一种化学键。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,41,2019/8/17,第03章 酶和维生素,42,蔗 糖,棉子糖,6,6,蔗 糖 酶,2019/8

16、/17,第03章 酶和维生素,43,延胡索酸酶：作用于反式的丁烯二酸,3.立体异构特异性： 只能催化一种立体异构体进行反应。如： L-乳酸脱氢酶：作用于L-乳酸,2019/8/17,第03章 酶和维生素,44,L- 乳酸脱氢酶的催化作用特异性,2019/8/17,第03章 酶和维生素,45,酶活性在活细胞内受到精密严格的调节和控制，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。酶促反应的调控包括：,（四）酶活性的可调节性,1、酶生成与降解,2、酶催化效力的调节,3、通过改变酶表达量对酶进行调节,（三）酶的敏感性：很易受各种因素的影响，而使酶失去活性。,2019/8/17,第03章 酶和维生素

17、,46,第四节 酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,2019/8/17,第03章 酶和维生素,47,一、概念 研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。, 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,48,二、底物浓度对反应速度的影响,单底物、单产物反应 酶促反应速度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 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度 底物浓度远远大于酶浓

18、度,研究前提,2019/8/17,第03章 酶和维生素,49,S,V,Vmax,当底物浓度较低时,反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,50,S,V,Vmax,随着底物浓度的增高,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,51,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应,2019/8/17,第03章 酶和维生素,52,底物浓度对酶促反应速度的影响,v Vm 0.3 0.2 Vm 2 0.1,S与v关系： 当S很低时，S与v成比例- 一级反应 当S较高时，S与v不成比例 当S很

19、高时，S，v不变-零级反应,0 1 2 3 4 5 6 7 8 S,Km,2019/8/17,第03章 酶和维生素,53,中间产物,解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是中间产物学说：,（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性,2019/8/17,第03章 酶和维生素,54,1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式 (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)

20、,2019/8/17,第03章 酶和维生素,55,1. E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速率取决于慢反应即 V = k2ES。 (1) 2. S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始阶段，S的浓度可认为不变即S =St。,当反应是单底物反应时；米曼氏方程式推导基于两个假设：,2019/8/17,第03章 酶和维生素,56,米曼氏方程式推导过程：,ES的生成速率 = ES的分解速率,则(2)变为: (EtES) S = Km ES,整理得：,k1 (EtES) S = k-1 ES + k2 ES,当反应处于稳态时：,2019/8/17,第0

21、3章 酶和维生素,57,当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即Et =ES，反应达最大速率 Vmax = k2ES = k2Et (5),将(5)代入(4)得米氏方程式：,2019/8/17,第03章 酶和维生素,58,（二）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数,Km值的推导 Km与Vmax的意义,2019/8/17,第03章 酶和维生素,59,当反应速率为最大反应速率一半时：,Km值的推导,Km = 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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,60,（1）S - v曲线：呈矩形双曲线 （2）sKm(当S很大时

22、)，酶被底物饱和， v Vmax，达到最大反应速率，再增加底物浓度也不再影响反应速率。 （4）v(1/2)Vmax时，sKm,底物浓度对酶促反应速率的特点：,2019/8/17,第03章 酶和维生素,61,1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法,1 Km 1 1 = + V Vmax S Vmax,（二）酶动力学参数的测定 （Km值和Vmax值的测定）,2019/8/17,第03章 酶和维生素,62,1、双倒数作图法又称林-贝氏作图法（1934） 1 = Km 1 + 1 V Vmax S Vmax,201

23、9/8/17,第03章 酶和维生素,63,2. Hanes作图法,在林贝氏方程基础上，两边同乘S,2019/8/17,第03章 酶和维生素,64,（三）Km的意义,1. 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、离子强度）有关，与酶的浓度无关。,Km值,定义：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。,意义：,2. Km可近似表示酶对底物的亲和力；Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,65,3. 从km值可判断酶的专一性和天然底物。同一酶对于不同底物有不同的Km值。

24、Km值最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。 4. km还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。 5. 从km的大小，可以知道测定酶活力时所需的底物浓度。在进行酶活力测定时，通常用4km的底物浓度即可。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,66,Vmax的意义,定义： Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。 意义： 1. Vmax=K2E。 即如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转换数，即动力学常数K2。 酶的转换数(turnover number): 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。,2019/8/17,第03

25、章 酶和维生素,67,例：10-6mol/L碳酸酐酶溶液在1秒钟内催化生成0.6mol/L H2CO3,则每秒钟每1分子酶可催化生成6 105个分子的H2CO3. 意义： 酶的转换数可用来比较每单位酶的催化能力。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,68,三、酶浓度对反应速度的影响,当SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。,关系式为：V = K2 E,2019/8/17,第03章 酶和维生素,69,双重影响 温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 。,四、温度对反应速度的影响,最适温度 (optimum tempera

26、ture)： 酶促反应速度最快时的环境温度。它不是酶的特征性常数。它与反应进行的时间有关。,* 低温的应用,2019/8/17,第03章 酶和维生素,70,五、 pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率,最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大时的环境pH。它不是酶的特征性常数。 它受底物浓度、缓冲液种类与浓度、以及酶纯度等因素的影响。,pH,pH对某些酶活性的影响,2019/8/17,第03章 酶和维生素,71,六、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率,酶的抑制剂：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。,不可逆性抑制,可逆性抑制,竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性

27、抑制,2019/8/17,第03章 酶和维生素,72,(一)不可逆抑制（irreversible inhibition）,概念：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。,举例 有机磷化合物 羟基酶 解毒剂 - - - - 解磷定（PAM） 重金属离子及砷化合物 巯基酶 解毒剂 - - - - 二巯基丙醇（BAL）,2019/8/17,第03章 酶和维生素,73,羟基酶: 以丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的酶 有机磷农药(敌百虫、敌敌畏、对硫磷)不可逆抑制羟基酶的活性中心,解毒剂- - - 解磷定(PAM)：,2019/8/17,第03章 酶和维生素,74,路易士气,失活的酶,

28、巯基酶,失活的酶,酸,BAL,巯基酶,BAL与砷剂结合物,2019/8/17,第03章 酶和维生素,75,（二）可逆抑制(reversible inhibition)：,抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。 类型： 1、竞争性抑制 (competitive inhibition) 2、非竞争性抑制 (non-competitive I.） 3、反竞争性抑制 (uncompetitive I.),2019/8/17,第03章 酶和维生素,76,1、竞争性抑制,某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竞争性结合酶的

29、同一个活性中心,从而阻碍酶-底物复合物的形成，这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,定义,2019/8/17,第03章 酶和维生素,77,反应模式,2019/8/17,第03章 酶和维生素,78,竞争抑制的特点,抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度,增大S可减轻或消除抑制作用。,I与S结构类似，竞争酶的活性中心。,动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。,排斥性抑制。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,79,【举例】,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,2019/8/17,第03章 酶和维生素,80,磺胺类药物的抑菌机制： 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶,二氢蝶呤啶 对氨基

30、苯甲酸 谷氨酸,二氢叶酸 合成酶,二氢叶酸,2019/8/17,第03章 酶和维生素,81,有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和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。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。,非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力,定义,2019/8/17,第03章 酶和维生素,82,反应模式,2019/8/17,第03章 酶和维生素,83,非竞争抑制的特点,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,抑制程度取决于抑制剂的浓度,不能通过增大底

31、物浓度的方法来消除。,动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。,是一种旁若无人式抑制,2019/8/17,第03章 酶和维生素,84,抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使中间产物ES的量下降。这样，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。,定义,3.反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶-底物复合物结合,2019/8/17,第03章 酶和维生素,85,反应模式,E+S,E+P,ES,举例氰化物或肼对芳香硫酸酯酶的抑制,2019/8/17,第03章 酶和维生素,86,反竞争抑制的特点：,抑制剂只与酶底物复合物结合,抑制程度

32、取决于抑制剂的浓度及底物的浓度,动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。,是一种条件性抑制,2019/8/17,第03章 酶和维生素,87,各种可逆性抑制作用的比较,三种可逆性抑制作用的特征曲线,竞争性抑制作用,非竞争性抑制作用,反竞争性抑制作用,2019/8/17,第03章 酶和维生素,89,七、激活剂对反应速度的影响,激活剂: 凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。 分类： 必需激活剂：如，Mg2+ 对己糖激酶 非必需激活剂：如，Cl- 对淀粉酶 大部分是一些无机离子和小分子有机物。如：金属离子：Mg2+、K+、Mn2+、 Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+等；阴离子：Cl-

33、、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-等； 有机物： 胆汁酸盐,2019/8/17,第03章 酶和维生素,90,这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合，可能是酶活性部位的组成部分，也可能作为辅酶或辅基的一个组成部分起作用； 一般情况下，一种激活剂对某种酶是激活剂，而对另一种酶则起抑制作用； 对于同一种酶，不同激活剂浓度会产生不同的作用。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,91,第 五 节 酶 活 性 调 节,2019/8/17,第03章 酶和维生素,92,一、 酶原和酶原的激活,酶原激活的意义：在特定的环境和条件下发挥作用；避免细胞自身消化。,酶原：没有活性的酶前体,酶原的激活：

34、由无活性的酶原转变为有活性的酶的过程。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,93,酶原激活的本质:,2019/8/17,第03章 酶和维生素,94,胰蛋白酶原的激活过程,2019/8/17,第03章 酶和维生素,95,2019/8/17,第03章 酶和维生素,96,酶原激活的生理意义,1、保护消化器官：在特定的环境和部位发挥催化功能。,2、酶的一种贮存形式：一旦需要随时可转化成有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,97,酶活性的调节（快速调节）,酶含量的调节（缓慢调节）,调节方式,调节对象 关键酶,二、 酶的共价修饰与级联效应,2019/8/17

35、,第03章 酶和维生素,98,共价修饰(covalent modification) 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。,常见类型 磷酸化与脱磷酸化（最常见） 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,（一）酶共价修饰,2019/8/17,第03章 酶和维生素,99,酶的磷酸化与脱磷酸化,H2O,Pi,磷蛋白磷酸酶,ATP,ADP,蛋白激酶,-O-PO32-,磷酸化的酶蛋白,（二）酶级联效应,磷酸化,去磷酸化,ATP,cAMP,（第二信使）,无活性PKA,有活性PKA,ATP M

36、g 2+,无活性的磷酸化酶b激酶,有活性的磷酸化酶b激酶,-P,无活性的磷酸化酶b,有活性的磷酸化酶a,-P,ATP Mg 2+,糖原磷酸化酶的激活与失活,102,104,106,糖原,葡萄糖,108,肾上腺素促进肝糖原分解级联放大效应,2019/8/17,第03章 酶和维生素,101,磷酸化与脱磷酸化,磷酸化酶a （四聚体） 低活性,2019/8/17,第03章 酶和维生素,102,（一） 变构酶 (allosteric enzyme)概念,四、变构酶（别构酶）与变构调节,变构酶是具有四级结构的多亚基的寡聚酶，在变构剂(生理小分子物质)的作用下,酶分子的构象发生轻微的变化,从而使酶的活性升高

37、或降低, 这类酶属变构酶。,（二）结构特点: 1)多亚基的寡聚酶 2)有两个位点 催化位点(catalytic site) 变构位点(allosteric site),2019/8/17,第03章 酶和维生素,103,（一） 变构酶 (allosteric enzyme)概念,四、变构酶（别构酶）与变构调节,小分子化合物与酶分子活性中心以外的调节亚基特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节。,R,R,R： 调节亚基 C： 催化亚基,cAMP,蛋白激酶（PKA） 无活性,蛋白激酶有活性,2019/8/17,第03章 酶和维生素,104,（二）结构特点

38、: 1)多亚基的寡聚酶 2)有两个位点 催化位点(catalytic site) 变构位点(allosteric site),（三）变构剂: 是生理小分子物质 (产物、底物、中间代谢物) 变构激活剂 (allosteric activator) 变构抑制剂 (allosteric inhibitor),2019/8/17,第03章 酶和维生素,105,变构酶的S形曲线,酶变构调节特点：,2019/8/17,第03章 酶和维生素,106,4.变构酶在细胞物质代谢上的调节中发挥重要作用,6-磷酸果糖激酶-1,磷酸果糖激酶-1是变构酶 变构抑制剂： 高浓度ATP、拧檬酸、H+ 变构激活剂： AMP、

39、ADP、H3PO4 果糖-1.6二磷酸, 果糖-2,6二磷酸、,2019/8/17,第03章 酶和维生素,107,五、 酶含量的调节,（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏 诱导作用(induction) 阻遏作用(repression) （二）酶降解的调控,通过改变酶分子降解速度调节细胞内酶含量，这种调节主要来自于激素等信号的启动。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,108,第六节 酶与医学的关系 The Relation of Enzyme and Medicine,（自学）,2019/8/17,第03章 酶和维生素,109,一、酶和疾病密切相关,（一）酶的质、量与活性的异常均可引起某些疾病

40、,有些疾病的发病机理直接或间接和酶的异常或酶活性受到抑制相关。 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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,110,酶的数量、结构、位置及其调节改变,2019/8/17,第03章 酶和维生素,111,在2型糖尿病患者中，血谷氨酸增高会引起血-谷氨酰转移酶（GGT）水平升高，亮、赖、谷引起谷丙转氨酶（ALT）水平升高，可预测2型糖尿病风险。,糖尿病患者中血浆游离丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、谷氨酸和赖氨酸水平均升高，而甘氨酸水平降低。,肝酶

41、升高会导致2型糖尿病者血氨基酸水平异常,2019/8/17,第03章 酶和维生素,112,二、血清酶活性测定可应用于疾病诊断,（一）许多疾病与体液酶活性异常相关,2019/8/17,第03章 酶和维生素,113,（二）血清酶对某些疾病的诊断具有更重要的价值,2019/8/17,第03章 酶和维生素,114,（三）同工酶分析有助于疾病的鉴别诊断,定义：同工酶（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。,举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),PH=8.6 快 慢 电泳速度依次递减,2019/8/17,第03章 酶和维生素,115,2019

42、/8/17,第03章 酶和维生素,116,生理及临床意义 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的诊断； 同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,117,2,3,4,酶活性,a,b,(a) LDH同工酶电泳图谱 (b) （a）正常人LDH同工酶电泳图谱,（b）心肌梗塞病人血清LDH同工酶电泳图谱,1,2,3,4,5,迁移位置,迁移位置,5,1,2019/8/17,第03章 酶和维生素,118,心肌梗死酶谱时间变化,3-磷酸甘油脱氢酶 3小时达高峰,门冬氨酸转移酶 12-48小时达高峰,磷酸肌

43、酸激酶 24-36小时达高峰,LDH 3-4天后增高,2019/8/17,第03章 酶和维生素,119,三、酶和某些疾病的治疗关系密切,许多药物可通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗目的。 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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,120,酶与疾病的治疗 替代治疗：消化不良-胃酶、胰酶 抗菌治疗：磺胺药 对症治疗：预防血栓形成-尿激酶、链激酶、纤溶酶 抗癌治疗：MTXFH2还原酶,2019/8/17,第03章 酶和维生素,121,四、酶在医学上的应用领域广泛,（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究,酶法分析即酶偶联测定

44、法(enzyme 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,2019/8/17,第03章 酶和维生素,122,2酶标记测定法是酶学与免疫学相结合的一种测定方法,酶标记测定法是利用酶检测的敏感性对无催化活性的蛋白质进行检测的一种方法。酶可以代替同位素与某些物质相结合，从而使该物质被酶所标记。通过测定酶的活性来判断被其定量结合的物质的存在和含量。 当前应用最多的是酶联免疫测定法（enzyme-linked immunosorbent assay, ELIS

45、A）。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,123,3工具酶广泛地应用于分子克隆领域,除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,124,（二）酶的分子工程是方兴未艾的酶工程学,酶分子工程主要是利用物理、化学或分子生物学方法对酶分子进行改造，包括对酶分子中功能基团进行化学修饰、酶的固定化、抗体酶等等，以适应医药业、工业、农业等的某种需要。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,125,1固定化酶是固相酶,固定化酶（immobilized enzyme）是将水溶性酶经物

46、理或化学方法处理后，成为不溶于水但仍具有酶活性的酶衍生物。 固定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶的高度特异性和催化的高效率。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,126,2抗体酶是具有酶活性的抗体,将底物的过渡态类似物作为抗原，注入动物体内产生抗体，则抗体在结构上与过渡态类似物互相适应并可相互结合。该抗体便具有能催化该过渡态反应的酶活性。当抗体和底物结合时，就可使底物转变为过渡态进而发生催化反应。 这种具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme)。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,127,本章结束,2019/8/17,第03章 酶和维生素,128,二、酶在医学

47、上的其他应用,1、酶作为试剂用于临床检验和科学研究,（1）酶法分析：即酶偶联测定法(enzyme 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。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,129,（2）酶标记测定法：酶可以代替同位素与某些物质相结合，从而使该物质被酶所标记。通过测定酶的活性来判断被标记物质或与其定量结合的物质的存在和含量。,（3）工具酶：除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,130,

48、2、酶作为药物用于临床治疗,3、酶的分子工程,（1）固定化酶 (immobilized enzyme),将水溶性酶通过吸附、耦联、交联和包埋等物理或化学方法处理后，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。,作用特点：稳定性提高，易分离，可反复使用，提高操作的机械强度。,2019/8/17,第03章 酶和维生素,131,（2）抗体酶(abzyme),具有催化功能的抗体分子称为抗体酶,（3）模拟酶（mimic enzyme）,模拟酶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。,三、其它生物催化剂及其与医学的关系,（1）核酸酶（催化核酸） Ribozyme 核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的