第03章酶2012.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目 录,目 录,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目 录,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用,胃内的化学物质将肉块分解了。,鹰消化掉了铁笼子里的肉,一般化学反应的条件,Fe,Br,2,Br,HBr,水浴,（,1,）高温（,2,）高压,（,3,）强酸（,4,）强碱（,5,）催化剂,在化学反应里,能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化,的物质叫做,。,催化剂只是改变反应速率,并不改变化学平衡,催化剂,细胞内外的环境是很温和的,1.,常温,2.,常压,3.,水溶液环境,4.pH,接近中性,细胞内会发生一系列的化学反应，这些化学反应发生的环境条件是什么？,在这种环境状态下发生的化学反应，应该有适合的生物催化剂,酶,酶的概念,目前将生物催化剂分为两类,酶、,核酶（脱氧核酶）,酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质和,核糖核酸,。,底物,(substrates)-S,产物,(products)P,酶促反应,酶活性,酶催化化学反应的能力,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“在酵母中”（希腊文）,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,研究室首先报道了具有,DNA,连接酶活性,DNA,片段，称为,脱氧核酶,(deoxyribozyme),。,邹承鲁,院士,第一节,酶的分子结构与功能,The Molecular Structure and Function of Enzyme,酶的不同形式,单体酶,(monomeric 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。,(,一系列反应,),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。,一、酶的分子组成,蛋白质部分：酶蛋白,(,apoenzyme),辅助因子,(cofactor),金属离子,小分子有机化合物,全酶,(holoenzyme),结合酶,(conjugated enzyme),单纯酶,(simple enzyme),*酶蛋白,:,决定反应特异性,*辅助因子,:,决定反应的种类和性质,12,单纯酶,酶,酶蛋白,(apoenzyme),结合酶 无机金属离子,（,全酶,）,辅助因子,辅酶,*低分子有机物,辅基,*,辅助因子分类（,小分子有机化合物,),（按其,与酶蛋白结合的紧密程度,）,辅酶,(coenzyme):,与酶蛋白结合,疏松，可用,透析或超滤的方法除去。,辅基,(prosthetic group):,与酶蛋白结合,紧密，不能用,透析或超滤的方法除去,。,（,大多数,B,族维生素,均可作为,辅酶,或,辅基,的前体,）,小分子有机化合物,的作用,在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。,15,维生素与辅酶,维生素,辅酶,(,基,),形式,主要作用,维生素,B,2,TPP,传递羟乙基,维生素,B,2,FMN、FAD,递氢体,维生素,PP,NAD,+,、NADP,+,递氢体,维生素,B,6,磷酸吡哆醛（胺）,氨基传递体,生物素,生物素,固定,CO,2,叶酸,四氢叶酸,一碳单位 载体,维生素,B,12,甲基-,B,12,转移甲基,硫辛酸,硫辛酸,递氢和转移酰基,维生素,C,抗坏血酸,参与递氢及羟化反应,四氢叶酸,四氢叶酸是一碳单位的传递体，而一碳单位是指在人体新陈代谢过程中含有一个碳原子的基团，例如甲基、羟甲基等。正是这些活跃的一碳单位四氢叶酸，参与了许多化合物的生成和代谢，例如生命物质中各种氨基酸的相互转换，遗传物质脱氧核糖核酸,(DNA),的合成，以及血红蛋白、肾上腺素、肌酸、胆碱的合成等。,维持正常的细胞分裂过程；预防巨红血球性贫血的发生；帮助胎儿发育，预防胎儿神经管畸形的发生；预防某些心脑血管疾病的发生；有助于稳定初期孕妇精神状态。,金属酶,(metalloenzyme),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。,*,辅助因子分类（,金属离子,),金属离子的作用,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；,(Mn2+,Mg2+),中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,SOD超氧化物歧化酶,第一种是含铜（,Cu,）锌（,Zn,）金属辅基的称（,Cu.ZnSOD,），最为常见的一种酶，呈绿色，主要存在于机体细胞浆中；第二种是是含锰（,Mn,）金属辅基的称（,MnSOD,），呈紫色，存在于真核细胞的线粒体和原核细胞内；第三种是含铁（,Fe,）金属辅基的称（,FeSOD,），呈黄褐色，存在于原核细胞中。,葡萄糖酸锌,锌存在于众多的酶系中，如碳酸酐酶，呼吸酶，乳酸脱氢酸，超氧化物歧化酶，碱性磷酸酶，,DNA,和,RNA,聚中酶等中，为核酸，蛋白质，碳水化合物的合成和维生素,A,的利用所必需。锌具有促进生长发育，改善味觉的作用。锌缺乏时出现味觉，嗅觉差，厌食，生长与智力发育低于正常。,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,*,各部分在催化反应中的作用,或称活性部位,(active site),，,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。,通常位于酶分子表面的凹穴（裂隙）中。,酶的活性中心,(active center),二、酶的活性中心,必需基团,(essential group),指,酶分子中一些与酶活性密切相关的化学基团,。,目 录,主要包括：,亲核性基团：丝氨酸的羟基,半胱氨酸的巯基,组氨酸的咪唑基。,酶活性中心的必需基团,活性中心内的必需基团,结合基团,(,binding group,),与底物相结合,催化基团,(c,atalytic group),催化底物转变成产物,位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。,活性中心外的必需基团,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,溶菌酶的活性中心,*Glu35,和,Asp52,是催化基团；,*Trp62,和,63,、,Asp101,和,Trp108,是结合基团；,*A,F,为底物多糖链的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。,三、同工酶,1.,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。,2.,国际生化学会建议,:,同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链,或由同一基因转录生成的不同,mRNA,翻译的不同多肽链组成的蛋白质。,3.,同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织,30,葡萄糖 丙酮酸 乳酸（,LDH,5,：,丙酮酸还原酶,）,三羧酸循环 丙酮酸 乳酸（,LDH,1,：,乳酸脱氢酶,）,经血液运输,NADH+H,+,NAD,+,氧化磷酸化,ATP,骨骼肌,心 肌,*,举例：乳酸脱氢酶,(LDH,1,LDH,5,),H,H,H,H,H,H,H,M,H,H,M,M,H,M,M,M,M,M,M,M,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),乳酸脱氢酶的同工酶,2004.1,酶,32,LDH,同工酶在人体各组织器官中的,分布,同工酶百分比,组织器官,LDH,1,LDH,2,LDH,3,LDH,4,LDH,5,心肌,67,29,4,1,1,肾,52,28,16,4,1,肝,2,4,11,27,56,骨骼肌,4,7,21,27,41,红细胞 42,36,15,5,2,肺,10,20,30,25,15,胰腺,30,15,50,5,脾,10,25,40,25,5,子宫,5,25,44,22,4,*,生理及临床意义,(1),在代谢调节上起着重要的作用；,(2),用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；,(3),同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；,(4),同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,心肌梗死和肝病病人血清,LDH,同工酶谱的变化,1,酶活性,心肌梗死酶谱,正常酶谱,肝病酶谱,2,3,4,5,34,H,型与,M,型亚基性质差别,H,型亚基,分子量,小于,M,型亚基,H,型亚基,带电量,多于,M,型亚基,LDH,同工酶谱分析的,临床意义：,LDH,1,：染色斑点大而深帮助诊断,心肌梗塞；,LDH,5,：染色斑点大而深帮助诊断,肝癌。,各类,LDH,有不同的分子量和带电量,利用,电泳技术可使,彼此间分离开来,本节要点,单体酶,寡聚酶,多功能酶,串联酶,金属酶和金属激活酶,辅酶和辅基,什么是酶的活性中心，包括哪些必需基团,同工酶的定义和生理以及医学意义,第二节,酶促反应的特点与机理,The C,haracteristic,and Mechanism of E,nzyme-,C,atalyzed,R,eaction,酶与一般催化剂的共同点,在反应前后没有质和量的变化；,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。,酶与一般催化剂的不同点,具有极高的效率,具有高度的特异性,酶促反应的可调节性,酶是蛋白质具有高度的不稳定性,酶在体内不断更新,（一）,酶促反应具有极高的效率,一、酶促反应的特点,通常比非催化反应高,10,8,10,20,倍，比一般催化剂高,10,7,10,13,倍。,不需要较高的反应温度。,酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能,(activation energy),。,3,4,4,3,少量肝脏,研磨液,说明过氧化氢酶比,Fe,3+,的催化效率高得多。,比较过氧化氢酶和,Fe,3+,的催化效率,酶的催化效率可用酶的,转换数,(turnover number),来表示,.,酶的,转换数,是指在酶被底物饱和的条件下,每个酶分子每秒将底物转化为产物的分子数,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生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性,。,*,酶的特异性,(specificity),（二）酶促反应具有高度的特异性,绝对特异性,(absolute 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,(,stereo,specificity,),：,作用于立体异构体中的一种。,绝对特异性,(absolute specificity),：,相对特异性,(relative specificity),：,作用于一类化合物或一种化学键。,(1),键专一性,酯酶,甘油三酯,3 H,2,O,甘油,3,脂肪酸,酯酶,R,1,-COO-R,2,+H,2,O R,1,-COOH +R,2,OH,(2),基团专一性（族专一性）,胰蛋白酶,立体结构特异性,(,stereo,specificity,),：,作用于立体异构体中的一种。,（,1,）,光学特异性,（,optical specificity):,对具有旋光异构体的底物，酶只能催化其中一种底物反应，这种特异性称为旋光异构特异性。,乳酸脱氢酶催化,L-,乳酸；,乳酸脱氢酶仅催化,L-,乳酸脱氢产生丙酮酸，对,D-,乳酸则无反应,（,2,）,几何异构特异性,（,geometrical specificity):,对具有顺反异构体的底物，酶只能催化其中一种底物反应，这种特异性称为几何异构特异性。,（三）,酶促反应的可调节性,对酶生成与降解量的调节,酶催化效力的调节,通过改变底物浓度对酶进行调节等,酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。包括三方面的调节。,酶与一般催化剂的不同点,具有极高的效率,具有高度的特异性,酶促反应的可调节性,二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率,(,一,),酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能,常态：常叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。当原子处于基态时，电子处于离核最近的轨道上，此时原子处于稳定状态。,活跃状态就是激发态。,激发态：微观粒子其内部能量高于基态能量时所处的能量状态。当原子获得能量的时候，便由基态跃迁到激发态。,活化能,分子从常态变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。,加入催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道,反应总能量改变,非催化反应活化能,酶促反应,活化能,一般催化剂催,化反应的活化能,能,量,反 应 过 程,底物,产物,酶促反应活化能的改变,活化能,：,底物分子从初态转变到活化态所需的能量,。,催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的优越性,酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。,（二）酶,-,底物复合物的形成与诱导契合假说,*,诱导契合假说,(induced-fit hypothesis),酶底物复合物,E+S,E+P,ES,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假说,。,目 录,酶,-,底复合物形成时，酶分子构象发生变化，底物分子也常常受到酶的作用而发生变化，甚至使底物分子发生扭曲变形，从而使底物分子某些键的键能减弱，产生键扭曲，有助于过度态的中间产物形成,从而降低了反应的活化能。,羧肽酶的诱导契合模式,底物,目 录,（三）酶促反应的机理,1.,邻近效应,(proximity effect),与定向排列,(orientation arrange),2.,表面效应,(surface effect),3.,多元催化,(multielement catalysis),1.,邻近效应,(proximity effect),与定向排列,(orientation arrange),在酶促反应中，由于酶和底物分子结合形成中间复合物以后，酶的催化基团与底物之间结合于同一分子而使有效浓度大大增加的效应叫做,邻近效应。,定向效应：由于酶和底物分子结合形成中间复合物以后，酶的催化基团和底物的反应基团正确定向排列产生使酶促反应易于进行的效应叫做,定向效应。,临近效应,定向效应,酶活性中心的疏水环境排除了水分子对酶和底物功能基团的干扰、吸引或排斥，防止酶和底物之间形成水化膜，有利于酶和底物的密切接触。,疏水的为微环境极大利于酶的催化作用,-,+,2.,表面效应,(surface effect),3.,多元催化,(multielement catalysis),（,1,）,酸碱催化,（,acid-base catalysis):,酶,作为质子,H,+,供体或受体对底物进行催化。,酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化功能基团,（,2,）共价催化（,covalent catalysis):,通过催化剂与底物的共价结合，形成过渡态,来加速反应。,蔗糖磷酸 葡萄糖,-1-,磷酸果糖,蔗糖酶 葡萄糖基,-,酶果糖,葡萄糖基,-,酶磷酸 葡萄糖,-1-,磷酸酶,本节要点,酶促反应的特点,绝对特异性和相对特异性,诱导契合学说的基本概念,第三节 酶的命名与分类,The Naming and Classification of Enzyme,一、酶的命名,1.,习惯命名法,推荐名称,2.,系统命名法,系统名称,例如乳酸脱氢酶催化下列反应：,乳酸脱氢酶的编号是,EC 1.1.1.27,表示第一大类既：氧化还原酶,表示第一亚类被氧化的基团为,CHOH,表示第一亚亚类氢受体为,NAD,+,表示该酶在此亚亚类中的顺序号,二、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,synthetases),本节要点,酶有哪六大类,第三节,酶促反应动力学,Ki,netics of Enzyme-Catalyzed Reaction,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。,影响因素包括有,酶浓度、底物浓度、,pH,、温度、,抑制剂、激活剂等。,研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,一、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度,研究前提,在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈,矩形双曲线关系,。,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。,S,V,Vmax,目 录,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。,S,V,Vmax,目 录,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,S,V,Vmax,目 录,（一）米曼氏方程式,酶促反应模式,中间产物学说,E+S,k,1,k,2,k,3,ES,E+P,1913,年,Michaelis,和,Menten,提出反应速度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,时的反应速度,V,max,：,最大反应速度,(maximum velocity),m,：,米氏常数,(Michaelis constant),V,max,S,K,m,+S,米曼氏方程式推导基于两个假设：,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，反应速度取决于,慢反应即,V,k,3,ES,。,(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,S,t,。,推导过程,酶促反应的速度与,ES,的形成和分解速度直接相关。,ES,形成的速度,:,V,1,=k,1,S(E,ES,）,ES,分解的速度,:,V,2,k,2,ES,ES,分解的速度,:,V,3,=k,3,ES,稳态：,是指,ES,的生成速度与分解速度相等，即,V,1,=V,2,+V,3,。,K,1,(E,ES)S,K,2,ES+K,3,ES,K,2,+K,3,K,m,（米氏常数）,K,1,令：,则,:,(E,ES)S,K,m,ES,(2),(E,ES)S,K,2,+K,3,ES,K,1,整理得：,当,S,很高，将酶的活性中心全部饱和时，即,E=ES,，,V=Vmax,V,max,K,3,ES,K,3,E,(5),ES,ES,K,m,+S,(3),整理得,:,将,(5),代入,(4),得米氏方程式：,V,max,S,K,m,+S,V,将,(3),代入,(1),得,K,3,ES,K,m,+S,(4),V,1.,当反应速度为最大反应速度一半时,（二）,Km,与,Vmax,的意义,K,m,S,K,m,值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是,mol/L,。,2,K,m,+S,V,max,V,max,S,V,max,V,S,K,m,V,max,/2,2.,Km,是酶的特征性常数之一，仅与酶的结构、,底物和反应的环境（温度、,pH,、离子强度）有,关，与酶的浓度无关。,3.,当,k,2,k,3,时,，,Km,时可近似地表示酶对底物的亲,和力，,Km,愈小,，,酶对底物的亲和力愈大,。,4.,一种酶有几种底物就有几种,Km,值，,Km,值最小,的底物为该酶的天然底物。,5.,V,max,定义：,V,m,是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。,意义：,V,max,=K,3,E,如果酶的总浓度已知，可从,V,max,计算,酶的转换数,(turnover number),，即动力学常数,K,3,。,定义,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,V,max,E,K,3,（三）,m,值与,max,值的测定,1.,双倒数作图法,(double reciprocal plot),，,又称为 林,-,贝氏,(Lineweaver-Burk),作图法,V,max,S,K,m,+S,V=,+,1/V=,K,m,V,max,1/V,max,1/S,两边同取倒数,以 1/,V,和 1/,S,作图，即得一条直线,2.Hanes,作图法,S,S/V,-K,m,K,m,/V,m,在林贝氏方程基础上，两边同乘,S,S/V=K,m,/V,max,+S/V,max,二、酶浓度对反应速度的影响,当,S,E,，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=K,3,E,0,V,E,当,S,E,时，,V,=k,3,E,酶浓度对反应速度的影响,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。,三、温度对反应速度的影响,最适温度,(optimum temperature),：,酶促反应速度最快时的环境温度。,酶,活,性,0.5,1.0,2.0,1.5,0 10 20 30 40 50 60,温度,C,温度对淀粉酶活性的影响,环境温度最适温度时，温度每升高,10C,，,V,加快,1,2,倍。,环境温度最适温度时，温度升高，,V,降低，,一般,60C,时，酶开始变性，,80,C,时变性,不可逆。,最适温度不是酶的特征性常数，它与反应时,间有关。,*,低温的应用,四、,pH,对反应速度的影响,最适,pH (optimum pH),：,酶催化活性最大时的环境,pH,。,0,酶,活,性,pH,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,环境,pH,的作用方式,:,结合基团,1.,影响酶的解离 催化基团,辅助因子,.,2.,影响底物的解离。,3.,影响酶分子的构象。,4.,最适,pH,不是酶的特征性常数,五、抑制剂对反应速度的影响,酶的抑制剂,(inhibitor),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。,区别于酶的变性,抑制剂对酶有一定选择性,引起变性的因素对酶没有选择性,抑制作用的类型,不可逆性抑制,(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),(,一,),不可逆性抑制作用,*,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,-,解磷定,(PAM),重金属离子及砷化合物,巯基酶,解毒,-,二巯基丙醇,(BAL),有机磷化合物,路易士气,失活的酶,羟基酶,失活的酶,酸,巯基酶,失活的酶,酸,BAL,巯基酶,BAL,与砷剂结合物,（二）可逆性抑制作用,*,概念,抑制剂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。,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,*,类型,.,竞争性抑制作用,定义,抑制剂与底物的,结构相似,，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。,反应模式,+,+,+,E,E,S,I,ES,EI,E P,*,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；,I,与,S,结构类似，竞争酶的活性中心；,动力学特点：,V,max,不变，表观,K,m,。,抑制剂,无抑制剂,1/V,1/S,*,举例,丙二酸,与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,延胡索酸,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,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 对氨基苯甲酸 谷氨酸,二氢叶酸,合成酶,二氢叶酸,2.,非竞争性抑制,*,反应模式,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，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,底物与抑制剂之间无竞争关系,.,*,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；,动力学特点：,V,max,，表观,K,m,不变。,抑制剂,1/V,1/S,无抑制剂,3.,反竞争性抑制,*,反应模式,+,+,E,S,ES,ESI,E,P,*,特点：,抑制剂只与酶底物复合物结合；,抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度；,动力学特点：,V,max,，表观,K,m,。,抑制剂,1/V,1/S,无抑制剂,各种可逆性抑制作用的比较,竞争性抑制作用与非竞争性抑制作用比较示意图：,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。,必需激活剂,(essential activator),如多数金属离子。,非必需激活剂,(non-essential activator),如,Cl,。,七、酶活性测定和酶活性单位,酶的活性,是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度,(,即在适宜的反应条件下，单位时间内底物的消耗或产物的生成量,),。,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。,国际单位,(IU),在特定的条件下，每分钟催化,1,mol,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,(kat),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。,kat,与,IU,的换算：,1 IU=16.6710,-9,kat,比活力（,specific activity,）：,指每毫克酶蛋白,含有的酶单位数。,酶活性测定,:,酶活性测定的原则是在特定的最适条件,(,如采用最适,pH,、最适温度、适当的底物浓度和排除抑制剂等,),下测定酶反应体系内产物的生成量或底物的消耗量,应尽可能测反应的初速度。底物的量要足够,(S,一般,10Km),使酶被底物饱和。,本节要点,酶促反应有哪些影响因素,Km,和,Vmax,的定义和意义,可逆性抑制和不可逆性抑制的区别,三种可逆性抑制的作用比较,第 四 节,酶 的 调 节,The Regulation of Enzyme,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,一、酶活性的调节,（一）酶原与酶原的激活,酶原,(zymogen),有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。,酶原的激活,在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。,酶原激活的机理,酶 原,分子构象发生改变,形成或暴露出酶的活性中心,一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽,在特定条件下,赖,缬,天,天,天,天,甘,异,赖,缬,天,天,天,天,缬,组,丝,S,S,S,S,46,183,甘,异,缬,组,丝,S,S,S,S,肠激酶,胰蛋白酶,活性中心,胰蛋白酶原的激活过程,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，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。,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。,Another sample:,凝血因子以酶原形式存在,（二）变构酶,变构效应剂,(allosteric effector),变构激活剂,变构抑制剂,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,，从而改变酶的活性，此种调节方式称变构调节。,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体,:,（,1,）,催化亚基,含催化部位,(,活性中心,),（,2,）,调节亚基,含调节部位,变构酶具有协同效应,即一个效应剂分子与酶结合后对第二个效应剂分子的结合产生影响。,变构激活,变构抑制,变构酶的形曲线,S,V,无变构效应剂,（三）酶的共价修饰调节,共价修饰,(covalent modification),在其他酶的作用下，酶蛋白肽链上的某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,S,S,互变,酶的磷酸化与脱磷酸化,-,OH,Thr,Ser,Tyr,酶蛋白,H,2,O,Pi,磷蛋白磷酸酶,ATP,ADP,蛋白激酶,Thr,Ser,Tyr,-,O-PO,3,2-,酶蛋白,二、酶含量的调节,（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏,1.,诱导作用,(induction):,某些化合物可在转录水平上促进酶蛋白合成,此作用称为诱导作用,此化合物称为诱导剂,(inducer),。,2.,阻遏作用,(repression):,在转录水平减少酶蛋白合成的物质称为辅阻遏剂,(corepressor),辅阻遏剂与阻遏蛋白结合,可影响基因的转录,此作用称为阻遏作用,。,（二）酶降解的调控,本节要点,酶原激活的原理,变构调节,共价修饰调节,酶含量的调节,第五节 酶的命名与分类,The Naming and Classification of Enzyme,一、酶的命名,1.,习惯命名法,推荐名称,2.,系统命名法,系统名称,一些酶的命名举例,例如乳酸脱氢酶催化下列反应：,乳酸脱氢酶的编号是,EC 1.1.1.27,表示第一大类既：氧化还原酶,表示第一亚类被氧化的基团为,CHOH,表示第一亚亚类氢受体为,NAD,+,表示该酶在此亚亚类中的顺序号,二、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,synthetases),本节要点,酶有哪六大类,第六节,酶与医学的关系,The Relation of Enzyme and Medicine,145,酶与某些疾病发生的关系,酶在疾病诊断上的应用,酶在疾病治疗中的应用,146,一、酶与某些疾病发生的关系,酶缺陷所致的疾病,酪氨酸酶缺陷,白化病,6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷,蚕豆病,苯丙氨酸羟化酶缺陷,苯丙酮酸尿症,酶活性被抑制所致疾病,有机磷农药中毒抑制胆碱酯酶,重金属离子抑制巯基酶,氰化物抑制细胞色素氧化酶,2004.1,酶,147,皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素。,酪氨酸酶缺陷白化病,2004.1,酶,148,智力低下，60%患儿有脑电图异常，头发细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿有,“,发霉,”,臭味或鼠尿味。,苯丙氨酸羟化酶缺陷,苯丙酮酸尿症,2004.1,酶,149,同型半胱氨酸尿症,多发性血栓形成，晶体脱位，身体瘦长，蜘蛛样指（趾），轻中度智力低下,2004.1,酶,150,二、酶在疾病诊断上的应用,常用于临床诊断的血清酶1,血 清 酶,主 要 来 源,主 要 疾 病,谷氨酸脱氢酶,肝,肝实质疾病,乳酸脱氢酶,心脏、肝、骨骼肌、红细胞、血小板、淋巴结,心肌梗死、溶血、肝实质疾病,山梨醇脱氢酶,肝,肝实质疾病,丙氨酸氨基转移酶,肝、骨骼肌、心脏,肝实质病变,天冬氨酸氨基转移酶,肝、骨骼肌、心脏、肾、红细胞,心肌梗死、肝实质疾病、肌肉病,-,谷氨酰转肽酶,肝、肾,肝实质疾病、酒精中毒,肌酸激酶,骨骼肌、心脏、平滑肌,心肌梗死、肌肉病,2004.1,酶,151,肌肉病,骨骼肌、心肌,醛缩酶,胰腺疾病,胰腺,胰蛋白酶（原）,肝胆疾病,肝、胆管,5/-核苷酸酶,有机磷杀虫剂中毒、肝实质疾病,肝,胆碱酯酶,胰腺疾病,唾液腺、胰腺、卵巢,淀粉酶,前列腺癌、骨病,前列腺、红细胞,酸性磷酸酶,骨病、肝胆疾病,肝、骨、肠粘膜、胎盘、肾,碱性磷酸酶,主 要 疾 病,主 要 来 源,血 清 酶,常用于临床诊断的血清酶2,2004.1,酶,152,三、酶在疾病治疗中的应用,消化酶类,抗炎清创酶类,抗栓酶类,抗氧化酶,抗肿瘤细胞生长的酶,2004.1,酶,153,美国一位4岁小女孩,Ashanti DiSilva,她患了一种,严重联合免疫缺陷征（,SCID）,的疾病，机体对任何微生物都缺乏抵抗力，她只能呼吸过滤了的空气，饮用严格消毒的水和吃严格消毒的食物。,病因：,腺苷酸脱氨酶（,ADA）,基因先天遗传缺陷。,Dr.W.French Anderson,和他的同事在,小女 孩的,T,细胞中插入一个正常的,ADA,基因，将其注入她的血液系统。,正常的,T,细胞以每月增长25%的速度生,长，改善了她的免疫功能,1990年首次基因疗法,（一）酶与疾病的发生,（二）酶与疾病的诊断,（三）酶与疾病的治疗,一、酶与疾病的关系,酶与疾病的发生,大多数疾病的发生都与体内酶的活性发生变化有关,.,葡萄糖六磷酸脱氢酶缺乏症,由基因突变造成,.,不完全显性遗传,临床表现,:,蚕豆病,;,新生儿黄疸,;,感染诱发的溶血,鸟苷酸转氨甲酰酶缺陷症,该酶为尿素循环相关的重要酶,.,缺陷会引起严重的尿素中毒症状,.,重症患儿常在出生后数日内发生呕吐,拒食,嗜睡,昏迷等症状,甚至死亡,.,苯丙氨酸羟化酶缺陷,-,苯丙酮尿症,遗传性疾病。发病率随种族而异，约为,l,6000,l,25000,，我国发病率约为,1,16500,由于酶缺陷，患儿无法将苯丙氨酸转化为酪氨酸。,酶与疾病的诊断,通过血液检查酶的活性来进行疾病的诊断,肝脏疾病的诊断,急性肝炎患者在黄疸前期，血清中转氨酶（,ALT,，,AST,）活性就已明显增高,-,谷氨酰基转移酶（,GGTP,），碱性磷酸酶（,ALP,）指标都可以用于诊断多种肝病,GGTP,和,ALP,同工酶测定有辅助诊断肝癌作用,心血管疾病的酶学检测,肌酸磷酸激酶（,CK,或,CPK,）：参考范围,0,190IU/L,天冬氨酸氨基转移酶（,AST,）：参考范围,0,40IU/L,乳酸脱氢酶（,LDH,）：参考范围,114,240IU/L,肿瘤的酶学诊断,端粒酶与肿瘤诊断,酸性磷酸酶：由前列腺分泌，前列腺癌时可见血清酸性磷酸酶增高。,乳酸脱氢酶（,LDH,）：肝癌及恶性淋巴瘤有不同程度的增高。,5,一核苷酸磷酸二酯酶同工酶和,一谷酰胺转移酶,（,GGT-,）：原发或转移性肝癌时可增高。,酶与疾病的治疗,通过引入或者抑制酶的活性来有针对性的对不同疾病进行治疗,酶类药物在心脑血管疾病治疗中的应用,酶类药物包括尿激酶、蝮蛇抗栓酶、蚓激酶、降纤酶等,酶抑制剂在疾病治疗中的作用,磷酸二酯酶,4,抑制剂在肺疾病中的治疗,血管紧张素转化酶抑制剂在慢性冠状动脉疾病中的治疗,磷酸二酯酶抑制剂在过敏性疾病治疗,二、酶在医学上的其他