第3章酶与维生素.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,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,*,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,*,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,Enzyme and,Vitamins,酶,与维生素,第 三 章,酶 学,ENZYME,第 二 部 分,一、概念,酶,是对其,特异底物,具有,高效催化作用,的,蛋白质,和,核糖核酸,。,概 论,酶学研究的意义,二、酶学研究简史,公元前,21,世纪，中国已有酿酒记载；,1833,年，,Payen&Persoz,发现,淀粉酶,(diastase),；,二、酶学研究简史,19,世纪，对酶的知识来源于,发酵过程,的研究；,1 Glucose,2 alcohol+2CO,2,1878,年,Kuhne,首次提出,Enzyme,一词；,1897,年,Buchner,兄弟用酵母提取液,实现了发酵,；,1913,年,Michaelis,和,Menten,提出了“,米氏方程,”,一、酶的分子组成及分类,结合酶,(conjugated enzyme),单纯酶,(simple enzyme),基本组成仅为,氨基酸,的一类酶。,由,蛋白质,和,非蛋白,两部分组成。,(,一,),根据酶,的,组成成分,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),辅助因子分类,：,辅酶,(coenzyme):,辅基,(prosthetic group):,按其与酶蛋白,结合的紧密程度,分为,与酶蛋白结合,疏松,，,可用,透析或超滤的方法除去。,与酶蛋白,共价结合,，,不能用,透析或超滤的方法除去,。,金属离子,：,与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。,如,Fe,2+,、,Fe,3+,、,Cu,2+,、,Zn,2+,、,Mn,2+,、,Co,3+,过渡金属离子。,约,2/3,的酶催化活性需要金属离子。,金属酶,(metalloenzyme),金属激活酶,(metal-activated enzyme),为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。,如,Na,+,、,K,+,、,Mg,2,+,、,Ca,2+,碱和碱土金属离子。,稳定酶的构象；,参与催化反应，传递电子；,酶与底物间起桥梁作用；,电荷屏蔽作用,，降低反应中的静电斥力等。,金属离子的作用,金属离子的电荷屏蔽作用,激酶的底物,Mg,2+,-ATP,，,Mg,2+,屏蔽磷酸基的负电荷，减少具有阴离子性质的电子对攻击亲核体。,腺嘌呤,核糖,传递,电子,、,质子,或,其它基团,的,运载体的作用,。,酶的种类繁多，辅酶,(,辅基,),数目有限。,酶蛋白,决定反应的,特异性,，,辅酶,(,辅基,),决定反应的,种类和性质,。,大多数水溶性维生素作为辅酶或辅基。,小分子有机化合物的作用,特点,小分子有机化合物在催化中的作用,转移基团,辅酶或辅基,所含维生素,氢原子,NAD,+,(,辅酶,),尼克酰胺,(vit pp),NADP,+,(,辅酶,),尼克酰胺,(vit pp),FMN,核黄素,(vitB2),FAD,核黄素,(vitB2),醛基,TPP,硫胺素,(vitB1),酰基,辅酶,A,泛酸,烷基,钴胺素,vit(B12),CO,2,生物素,生物素,氨基,磷酸吡哆醛,吡哆醛,(vitB6),一碳单位,四氢叶酸,叶酸,(,二,),根据酶的结构特点及分子组成形式,多功能酶,(,串联酶,),：,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。,单体酶：,单一肽链仅具有三级结构的酶。,寡聚酶,：,多个相同或不同亚基组成的酶。,多酶体系,：,几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。,以一定次序结合，形成催化作用的“流水线”。,(,三,),根据酶的存在状态,在合成后分泌到细胞外发生作用的酶,胞内酶：,在合成分泌后定位于细胞内发生作用的酶,大多数的酶属于此类。,胞外酶,：,主要为水解酶。,二、酶的活性中心,酶分子中，,与酶活性密切相关的化学基团,。,必需基团,(essential group),酶的特殊催化能力只局限在大分子一定的区域，既只有,少数氨基酸残基,参与,底物结合,和,催化作用,。,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,活性中心外的必需基团,位于活性中心以外，维持酶活性中心空间构象所必需。,酶分子中,必需基团,在一级结构上可能相距甚远，甚至位于不同的肽链上，通过肽链的盘绕、折叠而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,。,酶的活性中心,(active center),酶的活性部位,(active site),结合酶,：,辅酶,或,辅基,往往是活性中心的组成成分。,溶菌酶的三维结构及酶,-,底物复合物,催化基团：,Glu,35,和,Asp,52,；,结合基团：,Trp,62,和,63,、,Asp,101,、,Trp,108,129,个氨基酸残基,酶,氨基酸残基数,活性中心的氨基酸残基,核糖核酸酶,A,溶菌酶,胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶,弹性蛋白酶,胃蛋白酶,木瓜蛋白酶,羧肽酶,A,肝乙醇脱氢酶,124,129,223,241,240,348,212,307,3742,His12,，,His19,，,Lys41,Glu35,，,Asp52,His57,，,Asp102,，,ser195,His57,，,Asp102,，,ser195,His57,，,Asp102,，,ser195,Asp32,，,Asp215,Cys25,，,His159,Arg127,，,Glu270,，,Tyr248,，,Zn+,Ser48,，,His51,，,NAD+,，,Zn+,某些酶活性中心的催化基团,思考题,您用什么方法证明酶活性中心的存在？,纸上谈兵，请设计您的实验。,三、,同工酶,催化的化学反应,相同,，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。,(,一,),同工酶,(isoenzyme),概念,同工酶属于不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录产生上的,mRNA,翻译的不同多肽链组成的蛋白质。,*,乳酸脱氢酶,(,lactate dehydrogenase,，,LDH),乳酸脱氢酶的同工酶,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),LDH3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH5,(M,4,),乳酸,+NAD,+,丙酮酸,+NADH,+H,+,LDH,生理及临床意义,在代谢调节上起着重要的作用；,解释发育过程阶段特有的代谢特征；,同工酶谱的改变于 用对疾病的诊断；,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,酶的工作原理,第二节,The Mechanism of E,nzyme-,C,atalyzed,R,eaction,能显著改变化学反应速度；,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,A B,K,1,=10,-4,s,-1,K,2,=10,-6,s,-1,K,=,100,B,A,k,1,k,2,10,-4,10,-6,（一）酶促反应具有极高的效率,一、酶反应的特点,催化效率比非催化反应高,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。,加速反应的机理都是,降低反应的活化能,。,酶比一般催化剂,更有效地降低反应的活化能,。,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,。,酶的特异性,(specificity),（二）酶促反应具有高度的特异性,酶对所作用,底物,的,选择性,。,酶的,专一性,根据酶对其底物结构选择的严格程度,作用,立体异构体,中的一种,(,光学、几何异构体,),绝对特异性,(absolute specificity),只能作用于一种,特定结构的底物,。,相对特异性,(relative specificity),：,作用于,一类底物,(,一类化合物,或,一种化学键,),立体结构特异性,(,stereospecificity,),：,（三）,酶促反应的可调节性,对酶生成,（诱导与阻遏）,与降解量的调节,酶催化效力的调节,（别构调节和共价修饰）,不同组织、亚细胞同工酶,酶原激活,酶促反应受多种因素的调控：,（四）,酶易失活,使蛋白质变性的因素都可引起酶失活。,二、酶促反应的机理,降低化学反应的活化能,增加反应体系活化分子数,注入能量,酶比一般催化剂,更有效地,降低反应的活化能,。,（一）降低反应的活化能,提高反应速度的途径,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,一定温度下，,1mol,底物分子从,初态,转变到,活化态,所需要的自由能,。,活化能,：,结论：,催化剂降低反应活化能,蔗糖水解,催化剂,活化能,(kj/mol),无,1339.8,H,+,104.7,蔗糖酶,39.4,E+S,E+P,ES,酶底物复合物,（二）酶,-,底物复合物,有利于底物转变成过渡态,1.,诱导契合理论,酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化；底物在酶的诱导下也发生变形，处于不稳定的过渡态，,底物过渡态,与,酶的活性中心互补,。,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,。,2.,酶促反应的高效性,邻近效应与定向效应,(proximity and orientation,),酶和底物复合物形成既是专一性的识别过程，也是使底物分子间反应变为,分子内反应,的过程。,底物和底物,(,双分子反应,),，酶的催化基团与底物之间结合于同一分子，使,底物有效浓度,得以,极大提高,而使反应大大增加的一种效应。,底物反应基团之间或酶的催化基团与底物的反应基团之间的,正确取位,产生的效应。,邻近效应：,定向效应,底物变形,（,distortion,）,酶活性中心存在着,广义的酸碱基团,，能在近中性的,pH,范围内，作为催化性的,质子供体,或,受体,。,酶诱导底物分子内敏感键中某些基团的电子云密度发生变化，产生,电子张力,。底物更接近过渡态，,降低反应活化能,。,酸碱催化,（,acid-base catalysis,）,活性中心疏水环境中，较低的介电常数易于底物分子与催化基团的相互作用。,活性中心中的微环境影响催化基团的解离。,共价催化,（,covalent catalysis,）,酶活性中心,亲核基团,或,亲电子基团,，作用于底物的,缺电子中心,或,负电中心,，形成不稳定的共价中间复合物，,降低反应活化能,。,金属离子催化,活性中心微环境的影响,Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,第三节,酶促反应动力学,酶浓度、底物浓度、,pH,、温度、抑制剂、激活剂等。,研究一种因素影响时，其余各因素均恒定。,酶促反应动力学,的,概念,研究,酶促反应速度,以及影响,酶促反应速度各种因素,的学科。,影响因素包括有,酶促反应速度,单位时间,内,底物减少量,或,产物生成量,来表示，通常测定,单位时间,内,产物的生成量,。,P,t,酶促反应时间进程曲线,反应速度,初速度,，,取底物的消耗量很小（一般在,5,以内）的反应速度。,-,dS,d,t,V,=,=,d,t,dP,S,较低时，反应速度与底物浓度成正比；反应为,一级反应,。,Vmax,一、底物浓度对反应速度的影响,S,增高，反应速度不再成正比例加速；为,混合级反应,。,S,达一定程度，反应速度不再增加，达最大速度；为,零级反应,。,底物浓度对反应速度的影响呈,矩形双曲线,S,V,（一）米曼氏方程式,中间产物,酶促反应模式,中间产物学说,E+S,k,1,k,2,k,3,ES,E+P,1903,年，,Henri,根据蔗糖酶水解蔗糖实验,S,V,酶,-,底物复合物的形成,(,中间产物学说,),E,不变时,米氏方程式,(Michaelis equation),V,max,S,K,m,+S,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),K,m,：,米氏常数,(Michaelis constant),反应速度,与,底物浓,度,关系的数学方程式,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),米氏方程式推导基于两个假设,(,稳态法,),E+S,k,1,k,2,k,3,ES,E+P,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,S=S,t,指,ES,的,生成速度,与,分解速度相,等，即,ES,恒定,E+S,k,1,k,2,k,3,ES,E+P,K,1,(E,-,ES)S=K,2,ES+K,3,ES,=K,1,(E,-,ES)S,dES,d,t,-dES,d,t,=K,2,ES+K,3,ES,稳态法,(steady state),推导过程,：,K,2,+K,3,K,m,（米氏常数）,K,1,令：,则,(2),变为,:,(E-ES)S,K,m,ES,整理：,K,1,(E-ES)S=K,2,ES+K,3,ES,(2),=,(E,-,ES)S,K,2,+K,3,ES,K,1,得：,ES=,ES,K,m,+S,(3),整理得：,将,(3),代入,(1),：,V=K,3,ES,V,max,=K,3,ES=K,3,E,(5),将,(5),代入,(4),得,米氏方程式：,V,max,S,K,m,+S,V,=,K,3,ES,K,m,+S,(4),V=,得,:,在底物浓度远远大于酶浓度时，当酶的活性中心全部饱和时，即,E,ES,，反应达最大速度,当反应速度为最大反应速度一半时：,K,m,=S,2,=,K,m,+S,V,max,V,max,S,V,max,V,S,K,m,V,max,1/2,底物的浓度,（二）,K,m,与,V,max,的意义,Km,值,K,m,是酶的特性常数之一；,当,K,2,K,3,时，,K,m,=K,2,/K,1,=Ks,(ES,解离常数,),1/,K,m,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,K,m,值。,Km,意义：,V,m,：酶完全被底物饱和时的反应速度,K,3,：,酶的转换数,(turnover number),，,催化常数,k,cat,V,max,意义：,V,max,=K,3,E,K,3,=,V,m,E,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。,与酶浓度成正比。,用来比较每单位酶的催化能力。,双倒数作图法,（,Lineweaver-Burk,作图法）,V,max,S,K,m,+S,V=,两边同取倒数,（,林,贝氏方程,）,+,1,V,K,m,V,max,1,V,max,1,S,=,1/V,max,-1/K,m,1/S,1/V,（三）,K,m,值与,V,max,值的测定,Hanes,作图法,在,林贝氏方程,基础上，两边同乘,S,+,1,V,K,m,V,max,1,V,max,1,S,=,-K,m,K,m,/V,m,S,S/V,S,V,=,K,m,V,max,+,S,V,max,二、酶浓度对反应速度的影响,酶没有被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。,V=K,3,E,0,v,E,酶浓度对反应速度的影响,当,SE,温度升高，酶促反应速度,升高,；,温度升高，可引起酶的变性，反应速度,降低,。,三、温度对反应速度的影响,最适温度：,酶促反应速度最快时的,反应体系,温度。,不是酶的特征常数,双重影响,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,四、,pH,对反应速度的影响,酶催化活性最大时的反应体系,pH,。,0,酶活性,pH,pH,对某些酶活性的影响,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,酶的最适,pH,不是酶的特征常数,影响,活性中心必须基团,酶分子构象,辅助因子,底物,最适,pH,五、抑制剂对反应速度的影响,凡能使酶的,催化活性下降,，,而不引起酶蛋白变性的物质。,凡能使,酶蛋白变性,而引起,酶活力丧失,的作用称为,失活作用,。,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。,酶的抑制剂,(inhibitor),酶的变性,（,inactivation,）,区别,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),专一性不可逆抑制,非专一性不可逆抑制,(,一,),不可逆性抑制作用,不能用,透析,、,超滤,等物理方法除去抑制剂使酶复活。,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。,特点,有机磷化合物,羟基酶,失活的酶,酸,有机磷化合物,胆碱酯酶的抑制,解毒：,解磷定,(PAM),与有机磷化合物形成稳定化合物。,机理：,抑制,胆碱酯酶,的活性，造成,乙酰胆碱,堆,积，引起迷走神经兴奋性增高而中毒。,路易士气,失活的酶,巯基酶,失活的酶,酸,BAL,巯基酶,BAL,与砷剂结合物,重金属离子,(Hg,2+,Ag,+,),及,砷化合物,巯基酶,解毒：,二巯基丙醇,(BAL),（二）可逆性抑制作用,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；,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,类型：,概念：,抑制剂可用,透析,、,超滤,等方法除去。,特点：,竞争性抑制作用,抑制剂,与,底物,的结构相似，,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,+,I,E,I,E+S,E+P,ES,k,1,k,2,k,3,k,i1,k,i2,k,i2,k,i1,抑制剂常数,K,i=,+,+,E,S,ES,E P,+,E I EI,竞争性抑制作用示意图,特点,抑制程度,取决于抑制剂与酶对底物的相对亲和力及抑制剂与底物浓度的比例；,I,与,S,结构类似；,V,max,不变,，,表观,K,m,增大。,抑制剂,无抑制剂,1/V,1/S,1,Vm,1,Km,（,1+I/Ki,）,动力学特点：,丙二酸,与,琥珀酸,竞争,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,FAD,FADH,2,延胡索酸,磺胺类药物,的,抑菌机制,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,与对,氨基苯甲酸,竞争,二氢叶酸合成酶,非竞争性抑制,反应模式,酶,可以同时与,底物,和,抑制剂,结合，两者没有竞争作用，但,中间物,EIS,不能分解为产物。,抑制剂,是与,酶活性中心,以外,的,必须基团,结合。,E+S,ES,E+P,+,I,E,I,+S,E,I,S,+,I,+,E,P,+S,-S,+,E,ES,E,P,非竞争性抑制作用示意图,+S,-S,EI ESI,-I +I,+I -I,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；,V,max,降低，,表观,K,m,不变。,抑制剂,1/V,1/S,无抑制剂,-1/Km,K,m,（,1+I/Ki,）,Vm,动力学特点：,反竞争性抑制,反应模式,酶,只有在与,底物,结合后，才能与,抑制剂,结合。,抑制剂,与,ES,复合物,结合,，导致,ES,降低。,E+S,E+P,ES,+,I,ES,I,+,+,E S ES E S,ESI,-I +I,反竞争性抑制作用示意图,特点：,抑制剂,只与,酶底物复合物,结合；,抑制程度,取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；,V,max,降低，,表观,K,m,降低。,1/V,1/S,无抑制剂,1,（,1+I/Ki,）,Km,Km,（,1+I/Ki,）,Vm,抑制剂,动力学特点：,各种可逆性抑制作用的比较,六、激活剂对反应速度的影响,使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。,激活剂,(activator),必需激活剂,(essential activator),对酶的活性是必须的。,无机离子：,K,+,、,Na,+,、,Mg,2+,、,Fe,2+,、,Cl,-,、,Br,-,有机化合物：,胆汁酸盐、,Cys,、,GSH,、,EDTA,非必需激活剂,(non-essential activator),激活剂不存在时，酶仍表现一定的活性。,酶 的 调 节,第 四 节,The Regulation of Enzyme,关键酶,调节方式,代谢途径的调节酶,调节对象,酶活性的调节,（快速调节）,酶含量的调节,（缓慢调节）,1.,变构调节,(allosteric regulation),变构酶,(allosteric enzyme),一些,代谢物,与某些酶分子,活性中心外,的某部位可逆地结合，使,酶构象改变,，从而改变酶的催化活性。,（一）变构酶与变构调节,变构部位,(allosteric site),一、酶活性的调节,2.,变构效应剂,(allosteric effector),变构激活剂：,引起酶对底物的亲和力增加,变构激活,变构抑制,变构酶的形曲线,S,V,变构酶,变构抑制剂：,引起酶对底物的亲和力减弱,3.,变构酶的协同效应,当底物与一个亚基上的,活性中心,结合后，引起酶分子构象的改变，使其它亚基的活性中心与底物的结合能力发生改变。,正协同效应,(positivecooperative effect),效应剂,是,底物,本身，具有,协同效应,负协同效应,(negative cooperative effect),其,v-S,动力学曲线为,S,形曲线。,其,v-S,动力学曲线为类似双曲线。,例：,6-,磷酸果糖激酶,-1,(PFK-1,),别构调节,别构激活剂,：,AMP;ADP;F-1,6-2P,;,F-2,6-2P,别构抑制剂：,柠檬酸,;,ATP,（高浓度）,此酶有二个结合,ATP,的部位：,活性中心底物结合部位（低浓度时）,活性中心外别构调节部位（高浓度时）,F-1,6-2P,正反馈,调节该酶,F-6-P+ATP,F-1,6-2P,6-,磷酸果糖激酶,-1,（二）酶的化学修饰,在其他酶的作用下，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,，从而改变酶活性的过程。,1.,共价修饰的概念,(covalent modification,),是体内对代谢快速调节的方式之一。,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,2.,共价修饰常见类型,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,Mg,2+,（三）酶原与酶原的激活,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,。,一定条件下,酶原,向有,活性酶,转化的过程。,酶原,(zymogen,，,proenzyme),酶原激活,实质,是,酶的活性中心形成,或,暴露,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,酶原激活的特点,无活性酶原转变为酶的活性状态是不可逆。,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,+6,个多肽片段,H,+,或胃蛋白酶,某些蛋白水解酶原的激活过程,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,+,六肽,肠激酶,或胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶原,-,胰凝乳蛋白酶,+2,个二肽,胰蛋白酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,+,几个片段,胰蛋白酶,肠液中酶原的激活,胆汁酸,肠激酶,(enterokinase),-,肠粘膜细胞纹状缘表面,胰蛋白酶,原,胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶原,胰凝乳,蛋白酶,羧基肽酶,原,羧基肽酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,胰蛋白酶抑制剂,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,胰蛋白酶原的激活过程,活性中心：,His,57,，,Aap,102,Ser,195,胰凝乳蛋白酶原,(,无活性,),-,胰凝乳蛋白酶,(,有活性,),胰蛋白酶,Arg,15,-Ile,16,断裂,-,胰凝乳蛋白酶,Leu,13,Tyr,146,-Asn,148,15,14,Ser Arg,147,148,Thr Asn,-,胰凝乳蛋白酶,(,有活性,),酶原激活的生理意义,避免,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。需要时酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,二、酶含量的调节,诱导剂诱发酶蛋白生物合成的作用。,诱导剂,(inducer),：,一般在转录水平上促进酶生物合成的化合物,(,底物、产物、激素、药物等,),。,（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏,辅阻遏物与,阻遏蛋白,结合后抑制转录的过程。,辅阻遏物,：,在转录水平上减少酶生物合成的物质。,1.,诱导作用,(induction),2.,阻遏作用,(repression),酶的结构一旦发生改变，就易受,蛋白水解酶,的降解。,（二）酶降解的调控,溶酶体蛋白酶降解,非溶酶体蛋白酶降解,酶在细胞内不断的自我更新,降解途径,酶的命名与分类,第五节,The Naming and Classification of Enzyme,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),编号,一、酶的国际系统分类及编号,分类,EC1.4.1.3,谷氨酸脱氢酶,二、酶的命名,习惯命名法,多数依据其,底物,命名：,如淀粉酶、蛋白酶,依据催化的,反应性质,：,如水解酶、转氨酶,结合,底物,和,性质,：,如琥珀酸脱氢酶,在前面基础上，加上酶的,来源,或,特点,：,如胃蛋白酶；碱性磷酸酶,系统命名法,每一种酶有一个,系统名称,和,推荐名称,标明酶的,底物,及催化,反应性质,，若底物之一是水，可将水略去不写。,如,谷丙转氨酶,丙氨酸,:,-,酮戊二酸氨基转移酶,每个酶还有一个特定的,编号,。,丙氨酸,+,-,酮戊二酸 谷氨酸,+,丙酮酸,酶与医学的关系,第六节,The Relation of Enzyme and Medicine,（一）酶与疾病的发生,一、酶与疾病的关系,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。,（二）酶与疾病的诊断,1.,酶活性测定和酶活性单位,酶活性,(enzyme activity,酶活力,),酶,催化化学反应的,能力,。,大小或量值用在一定条件下催化某一化学反应的反应速率表示,。,酶的活力单位,（,activity unit,）,在,一定条件,下，,一定时间,内将,一定量,的,底物,转化为,产物,所需要的,酶量,。,在最适反应,(,温度,25,),条件下，,每分钟,催化,1,mol,底物转化为产物所需的,酶量,为,1,个国际单位。,在最适反应条件下，,每秒钟,使,mol,底物转化为产物所需的,酶量,为,1,个催量,。,1 kat=60,10,6,IU,1 IU=16.6710,-9,kat=16.67 n kat,国际单位,(IU),催量单位,(kat),kat,与,IU,的换算：,2.,血清酶对某些疾病的诊断,血清酶,酶水平的改变,病毒性肝炎,胆管阻塞,肌营养不良,急性心肌梗死,肿瘤转移到,肝,骨,丙氨酸转氨酶,或,或,天冬氨酸转氨酶,碱性磷酸酶,乳酸脱氢酶,或,肌酸激酶,-,谷氨酰转移酶,（三）酶与疾病的治疗,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。,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,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。,1,酶法分析,分光光度法,(spectrophotometry),葡萄糖,+ATP,葡糖,-6-,磷酸,+ADP,HK,葡糖,-6-,磷酸,+NADP,+,葡糖酸,-6-,磷酸,+NADPH+H,+,G-6-PDH,进行的酶偶联分析，测定,己糖激酶,活性,260 300 340 380 420,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,波长,nm,A,NAD(P),+,NAD(P)H,+,NAD(P),+,和,NAD(P)H,的光吸收曲线,以酶作为,标记物,，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。如,ELISA,利用酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。,2,酶标记测定法,3,工具酶,（二）酶工程,（,enzyme engineering,）,1,固定化酶,(immobilized enzyme),将水溶性酶经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。,2.,抗体酶,（,abzyme,）,3.,模拟酶,（,artificial enzyme,）,具有催化功能的抗体分子称为抗体酶,。,又叫,催化抗体,(catalytic antibody),。,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。,掌握酶的概念，了解酶学发展史。,掌握酶分子结构与功能，酶的组成、分类，酶的必须基团和活性中心的概念。,掌握酶促反应的特点，熟悉酶的催化作用机制。,掌握酶促反应动力学的概念，底物浓度对酶促反应速度的影响、米氏方程及意义，了解其推导方法和过程。掌握影响酶促反应速度的各种因素，可逆性抑制酶的促动力学机制，特点，熟悉酶活性测定及酶活力单位。,握酶活性调节的主要方式，酶原激活、共价修饰、酶的变构效应、同工酶的概念；熟悉酶含量调节。,熟悉酶的分类，了解酶的命名。,了解酶在疾病的发生、疾病诊断和治疗等应用。,总 结,