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项目三项目三 酶酶第第1页页1 1酶概念及特征酶概念及特征定义：定义：酶是活细胞所产酶是活细胞所产生含有催化活性生物大分子，生含有催化活性生物大分子，包含蛋白质及核酸，又名包含蛋白质及核酸，又名生生物催化剂物催化剂。核糖酶核糖酶：含有催化作用：含有催化作用RNARNA。作业一：酶概念是什么？作业一：酶概念是什么？第第2页页3酶学研究简史酶学研究简史公元前两千多年，我国已经有酿酒记载，古埃及人烤出了第一个面包1850年，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动结果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。1897年，Buchner弟兄用不含细胞酵母提取液，实现了发酵。19，Michaelis和Menten提出了酶促动力学原理米氏学说。1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。证实酶蛋白质本质，获1946年诺贝尔奖。第第3页页怎样证实酶是蛋白质？怎样证实酶是蛋白质？酶水解产物是氨基酸酶水解产物是氨基酸能使蛋白变性条件都能使酶活性降低能使蛋白变性条件都能使酶活性降低酶也有两性解离和等电点酶也有两性解离和等电点酶溶液也展现胶体性质酶溶液也展现胶体性质有与蛋白质相同颜色反应有与蛋白质相同颜色反应结论：酶是一类有特殊活结论：酶是一类有特殊活性蛋白质。性蛋白质。第第4页页5酶学研究简史酶学研究简史19301930年年NorthropNorthrop等等得得到到了了胃胃蛋蛋白白酶酶、胰胰蛋蛋白白酶酶和和胰胰凝凝乳乳蛋白酶结晶，并深入证实了酶是蛋白质。蛋白酶结晶，并深入证实了酶是蛋白质。19821982年年，CechCech首首次次发发觉觉RNARNA也也含含有有酶酶催催化化活活性性，提提出出核核酶酶(ribozyme)(ribozyme)概念。概念。CechCech等取得等取得19891989年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。19951995年年，Jack Jack W.SzostakW.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了含含有有DNADNA连连接酶活性接酶活性DNADNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。第第5页页酶特征：酶特征：1 1）高效性）高效性2)2)高度专一性高度专一性3 3）反应条件温和）反应条件温和4 4）高度不稳定性）高度不稳定性5 5）酶活力可调整控制酶活力可调整控制作业二：酶特征有哪些？作业二：酶特征有哪些？（酶与普通催化剂区分有哪些）（酶与普通催化剂区分有哪些）第第6页页（一）酶促反应含有（一）酶促反应含有极高效率极高效率 酶酶催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高1081020倍倍，比普通催化剂高比普通催化剂高1071013倍。倍。第第7页页一一个个酶酶仅仅作作用用于于一一个个或或一一类类化化合合物物，或或一一定定化化学学键键，催催化化一一定定化化学学反反应应并并生生成成一一定定产产物物。酶酶这种选择性称为酶这种选择性称为酶特异性或专一性特异性或专一性。酶特异性酶特异性(specificity)（二）酶促反应含有（二）酶促反应含有高度特异性高度特异性绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)相对特异性相对特异性(relative specificity)立体结构特异性立体结构特异性(stereo specificity)第第8页页绝对特异性绝对特异性酶只作用于特定结构底物，进行一个专一反酶只作用于特定结构底物，进行一个专一反应，生成一个特定结构产物应，生成一个特定结构产物。如：如：第第9页页相对特异性相对特异性酶作用于一类化合物或一个化学键。酶作用于一类化合物或一个化学键。如：如：第第10页页立体结构特异性立体结构特异性酶仅作用于立体异构体中一个。酶仅作用于立体异构体中一个。第第11页页(三三)高度高度不稳定性不稳定性 多数酶是蛋白质。多数酶是蛋白质。酶作用条件普通应在酶作用条件普通应在温和温和条件下，如中性条件下，如中性pHpH、常温和常压下进行。常温和常压下进行。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。第第12页页（四）（四）酶促反应酶促反应可调整性可调整性对酶生成与降解量调整对酶生成与降解量调整酶催化效力调整酶催化效力调整经过改变底物浓度对酶进行调整等经过改变底物浓度对酶进行调整等第第13页页酶分类酶分类1 1、依据酶参加反应性质分类：、依据酶参加反应性质分类：1)1)氧化还原酶类氧化还原酶类 ：AHAH2 2+B+B A+BHA+BH2 22)2)转移酶类转移酶类 ：AR+B A+BRAR+B A+BR3 3）水解酶类）水解酶类:AB+H:AB+H2 2O AOH+BHO AOH+BH4 4）裂合酶类）裂合酶类:AB A+B:AB A+B5 5）异构酶类）异构酶类:A B:A B6 6）连接酶类（合成酶类）连接酶类（合成酶类）:A+B+ATP AB+ADP+Pi A+B+ATP AB+ADP+Pi2 2酶分类与命名酶分类与命名第第14页页氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。主要包含脱氢酶主要包含脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。如乳酸如乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸脱氢反应。脱氢酶催化乳酸脱氢反应。1 1）氧化）氧化-还原酶类还原酶类 Oxido-reductases第第15页页转移酶催化基团转移反应，即将一个底物转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子基团或原子转移到另一个底物分子上。分子基团或原子转移到另一个底物分子上。比如，谷丙转氨酶催化氨基转移反应。比如，谷丙转氨酶催化氨基转移反应。2 2）转移转移(移换移换)酶类酶类 TransferasesTransferases第第16页页水解酶催化底物加水分解反应。水解酶催化底物加水分解反应。主要包含淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包含淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。比如，脂肪酶比如，脂肪酶(Lipase)催化脂水解反应：催化脂水解反应：3 3）水解酶类水解酶类 hydrolaseshydrolases第第17页页主要包含醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨主要包含醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨酶等。酶等。裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子而形成双键反应及其逆反应。子而形成双键反应及其逆反应。比如，苹果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化比如，苹果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化反应。反应。4 4）裂合（裂解）酶类）裂合（裂解）酶类 LyaseLyase第第18页页异构酶催化各种同分异构体相互转化，即异构酶催化各种同分异构体相互转化，即底物分子内基团或原子重排过程。底物分子内基团或原子重排过程。比如，比如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化反应磷酸葡萄糖异构酶催化反应5 5）异构酶类）异构酶类 IsomerasesIsomerases第第19页页合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键形成反应。这类反应必须与键形成反应。这类反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H=A-B+ADP+Pi A+B+ATP+H-O-H=A-B+ADP+Pi 比如，丙酮酸羧化酶催化反应。比如，丙酮酸羧化酶催化反应。丙酮酸丙酮酸 +COCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸6 6）合成酶类合成酶类 Ligases or SynthetasesLigases or Synthetases第第20页页2.依据酶存在状态（活动部位）依据酶存在状态（活动部位）胞内酶：胞内酶：在合成份泌后定位于细胞内（主要是胞在合成份泌后定位于细胞内（主要是胞液内）发生作用酶，大多数酶属于这类。液内）发生作用酶，大多数酶属于这类。胞外酶：胞外酶：在合成后分泌到细胞外发生作用酶，主在合成后分泌到细胞外发生作用酶，主要为水解酶。要为水解酶。表面酶：表面酶：主要分布在生物膜上，如原生质膜、各主要分布在生物膜上，如原生质膜、各种细胞器膜和内质网上等，发生作用酶。种细胞器膜和内质网上等，发生作用酶。第第21页页3、依据酶组成成份分类第第22页页4.4.依据酶结构特点及分子组成形式依据酶结构特点及分子组成形式 单体酶单体酶 ：只含一条肽链，分子量小，大多只含一条肽链，分子量小，大多 数水解酶属于这类。数水解酶属于这类。寡聚酶寡聚酶：由相同或不一样若干亚基组成。由相同或不一样若干亚基组成。每条肽链是一个亚基，单独亚基无酶每条肽链是一个亚基，单独亚基无酶 活力。如乳酸脱氢酶含四个亚基。活力。如乳酸脱氢酶含四个亚基。多酶复合体：多酶复合体：若干个功效相关酶彼此嵌合形成复合若干个功效相关酶彼此嵌合形成复合 体。每个单独酶都含有活性，当它们形成体。每个单独酶都含有活性，当它们形成 复合体时，可催化某一特定链式反应，如复合体时，可催化某一特定链式反应，如 脂肪酸合成酶复合体，含有六个酶及一个非脂肪酸合成酶复合体，含有六个酶及一个非 酶蛋白质。酶蛋白质。第第23页页、酶命名1、习惯命名法、习惯命名法 底物底物+酶：酶：蛋白酶 起源起源+底物底物+酶：酶：胃蛋白酶 反应性质反应性质+酶：酶：水解酶 底物底物+反应性质反应性质+酶：酶：琥珀酸脱氢酶缺点：缺点：一酶多名，多酶一名一酶多名，多酶一名第第24页页2、系统命名法、系统命名法“底物底物+反应性质反应性质+酶酶”(假如底物不只一个，应全部列假如底物不只一个，应全部列出，用冒号隔开出，用冒号隔开)第第25页页举例：举例：乙醇乙醇NAD+乙醛乙醛NADHH+系统名：系统名：乙醇：乙醇：NAD氧化还原酶氧化还原酶习惯名：习惯名：乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶丙氨酸丙氨酸-酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸谷丙酮酸谷氨酸氨酸系统名：系统名：丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶习惯名：习惯名：谷丙转氨酶谷丙转氨酶第第26页页3、酶编号、酶编号“EC酶大类号酶大类号亚类号亚类号亚亚类号亚亚类号序号序号”第第27页页乳酸脱氢酶EC1.1.1.27第第1大类，氧化还原酶大类，氧化还原酶第第1亚类，氧化基团亚类，氧化基团CHOH第第1亚亚类，亚亚类，H受体为受体为NAD+该酶在亚亚类中流水编号该酶在亚亚类中流水编号酶类检索表酶类检索表第第28页页一些酶命名举例一些酶命名举例第第29页页底底 物物 活性中心以外活性中心以外必需基团必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 3 3酶分子结构酶分子结构 第第30页页酶酶分分子子活性中心活性中心活性中心外必需基团活性中心外必需基团非必需基团非必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团必需基团必需基团第第31页页酶活性中心酶活性中心：酶分子中能直接与底：酶分子中能直接与底物分子结合并催化底物发生化学反物分子结合并催化底物发生化学反应应空间空间部位称为酶活性中心，又称部位称为酶活性中心，又称为酶活性部位为酶活性部位结合部位结合部位：决定底物专一性：决定底物专一性催化部位催化部位：决定反应专一性：决定反应专一性活性中心外必需基团活性中心外必需基团：维持酶特有：维持酶特有 空间结构空间结构第第32页页活性活性活性活性中心中心中心中心酶活性中心酶活性中心酶活性中心酶活性中心第第33页页小结小结 活性中心特点活性中心特点1.仅由几个氨基酸组成仅由几个氨基酸组成2.是一个三维结构是一个三维结构3.位于酶分子内部裂隙或凹陷内位于酶分子内部裂隙或凹陷内4.底物经过次级键与酶结合底物经过次级键与酶结合第第34页页溶菌酶活性中溶菌酶活性中心心*谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基团；基团；*色色氨氨酸酸62和和83、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结结合基团；合基团；*AF为为底底物物多多糖糖链链糖糖基基，位位于于酶酶活活性性中中心心形形成成裂隙中。裂隙中。第第35页页锁钥学说锁钥学说诱导契合学说诱导契合学说降低反应活化能降低反应活化能中间产物学说中间产物学说4 4酶作用机制酶作用机制第第36页页u酶与普通催化剂共同点酶与普通催化剂共同点在反应前后没有质和量改变；在反应前后没有质和量改变；只能催化热力学允许化学反应；只能催化热力学允许化学反应；经过降低活化能来加速反应经过降低活化能来加速反应;只能加速可逆反应进程，而不改变反只能加速可逆反应进程，而不改变反应平衡点。应平衡点。酶促反应特点酶促反应特点第第37页页“锁钥学说锁钥学说”（FischerFischer，18901890）：酶活性）：酶活性中心结构与底物结构相互吻合，紧密结合中心结构与底物结构相互吻合，紧密结合成中间络合物。成中间络合物。认为整个酶分子天然构象是含有刚性结构，认为整个酶分子天然构象是含有刚性结构，酶表面含有特定形状。酶与底物结合如同酶表面含有特定形状。酶与底物结合如同一把钥匙对一把锁一样一把钥匙对一把锁一样第第38页页诱导契合学说诱导契合学说（KoshlandKoshland，19581958）该学说认为酶表面）该学说认为酶表面并没有一个与底物互补固定形状，而只并没有一个与底物互补固定形状，而只是因为底物诱导才形成了互补形状是因为底物诱导才形成了互补形状.第第39页页“诱导契合诱导契合”假说：假说：1)1)酶在结合底物前含有特定形状酶在结合底物前含有特定形状,酶分酶分子活性中心结构并不与底物分子结构相子活性中心结构并不与底物分子结构相互吻合。互吻合。2)2)酶活性部位是柔性，可改变构象，使酶活性部位是柔性，可改变构象，使其发生有利于与底物结合改变，酶与底其发生有利于与底物结合改变，酶与底物在此基础上互补契合，生成酶底物物在此基础上互补契合，生成酶底物复合物，进行反应。复合物，进行反应。3)3)酶构象改变是可逆，酶与底物结合生酶构象改变是可逆，酶与底物结合生成产物后，酶又可回到原有构象。成产物后，酶又可回到原有构象。第第40页页羧肽酶诱导契合模式羧肽酶诱导契合模式 底物底物目目 录录第第41页页酶工作原理酶工作原理 1、活化能、活化能(activation energy)在化学反应中，使底物分子从在化学反应中，使底物分子从初态初态转变到转变到活化态活化态所需能量。所需能量。第第42页页反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 普通催化剂催普通催化剂催化反应活化能化反应活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能改变酶促反应活化能改变 第第43页页第第44页页过氧化氢分解反应所需活化能过氧化氢分解反应所需活化能催化剂催化剂每摩尔需活化能每摩尔需活化能无无18 000cal胶态钯胶态钯11 700cal过氧化氢酶过氧化氢酶2 000cal第第45页页中间产物学说：中间产物学说：第第46页页 酶怎样降低化学反应活化能酶怎样降低化学反应活化能 ：中间产物学说中间产物学说 中间产物学说认为：酶在催化化学反应时，酶与底物首先形成不稳定中间物，然后分解酶与产物。即酶将原来活化能很高反应分成两个活化能较低反应来进行，因而加紧了反应速度。中间产物学说酶工作方式酶工作方式 S +E ES P +ES +E ES P +E底物底物 酶酶 中间产物中间产物 产物产物 中间产物存在证据：中间产物存在证据：1.1.同位素同位素3232P P标识底物法（磷标识底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；酸化酶与葡萄糖结合）；2.2.吸收光谱法（过氧吸收光谱法（过氧 化物酶与过氧化氢结合）。化物酶与过氧化氢结合）。第第47页页邻近效应和定向排列邻近效应和定向排列 邻近效应：邻近效应：就是酶能够结合底物使它们相就是酶能够结合底物使它们相互靠近。互靠近。定向效应：定向效应：就是酶能够将底物按有利于反就是酶能够将底物按有利于反应方向进行排列。应方向进行排列。第第48页页表面效应（疏水效应）表面效应（疏水效应）酶活性中心疏水环境排除水分子对催化作酶活性中心疏水环境排除水分子对催化作用干扰。用干扰。n n酶活性中心是酶分子中含有三酶活性中心是酶分子中含有三酶活性中心是酶分子中含有三酶活性中心是酶分子中含有三维结构区域，或为裂缝，或为凹维结构区域，或为裂缝，或为凹维结构区域，或为裂缝，或为凹维结构区域，或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部，常为氨陷，深入到酶分子内部，常为氨陷，深入到酶分子内部，常为氨陷，深入到酶分子内部，常为氨基酸残基疏水基团组成。基酸残基疏水基团组成。基酸残基疏水基团组成。基酸残基疏水基团组成。第第49页页多元催化多元催化 酸碱催化：酸碱催化：酶活性中心一些基团能够酶活性中心一些基团能够提供质子或接收提供质子或接收质子质子，从而激活底物加速反应。，从而激活底物加速反应。第第50页页 亲核亲电子催化（共价催化）：亲核亲电子催化（共价催化）：酶活性中心一些基团能够酶活性中心一些基团能够提供电子或接提供电子或接收电子收电子，形成瞬间共价键，从而激活底物，形成瞬间共价键，从而激活底物加速反应。加速反应。第第51页页52酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 第第52页页53q酶促反应动力学酶促反应动力学研究研究酶促反应速率酶促反应速率及其及其影响原因影响原因q影响原因包含有影响原因包含有底物浓度、酶浓度、底物浓度、酶浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。作业三：影响酶促反应速率原作业三：影响酶促反应速率原因有哪些？因有哪些？第第53页页研究意义研究意义探索条件探索条件探寻机理探寻机理第第54页页55酶活力与酶促反应速度酶活力与酶促反应速度单位：浓度单位：浓度/单位时间单位时间酶促反应速度酶促反应速度=单位时间单位时间S 降低许或降低许或P 增加量增加量第第55页页56I.单底物、单产物反应单底物、单产物反应II.反反应应速速度度取取其其初初速速度度，即即底底物物消消耗耗量量很小（普通在很小（普通在5 以内）时反应速度以内）时反应速度研究前提研究前提 研究一个原因影响时，其余各原研究一个原因影响时，其余各原因均恒定。因均恒定。第第56页页酶活力酶活力：又名酶活性，指酶加速其所催：又名酶活性，指酶加速其所催化化学反应速度能力。化化学反应速度能力。酶活力单位：酶活力单位：在最适条件下在最适条件下(25(25，最适最适pHpH，饱合底物浓度，饱合底物浓度)，每分钟催化，每分钟催化1mol1mol底物转化为产物酶量为一个酶活底物转化为产物酶量为一个酶活力单位力单位(U)(U)。在最适条件下，每秒钟催在最适条件下，每秒钟催化化1mol1mol底物转化为产物酶量为一个酶活底物转化为产物酶量为一个酶活力单位力单位(Kat)(Kat)，又称，又称1 1催量催量。1Kat=6 1Kat=6 10107 7U U 第第57页页酶酶比比活活力力：每每单单位位酶酶蛋蛋白白所所含含有有酶酶活活力力单单位位数数。用用U/mgU/mg酶酶蛋蛋白白或或U/mlU/ml酶酶制制剂剂来来表表示示。比比活活力力越越大大，酶活力越大。酶活力越大。第第58页页酶浓度 对酶促反应速度影响底物浓度 对酶促反应速度影响抑制剂 对酶促反应速度影响激活剂 对酶促反应速度影响pH值 对酶促反应速度影响温度 对酶促反应速度影响各原因对酶反应速度影各原因对酶反应速度影响响第第59页页1 1、酶浓度对反应速度影响、酶浓度对反应速度影响 在有在有足够底物足够底物，而又不受其，而又不受其它原因影响情况下，酶反应速它原因影响情况下，酶反应速度度(v)(v)与酶浓度成与酶浓度成正比正比。v=kE v=kE (k (k为反应速度常数，为反应速度常数，EE为酶浓为酶浓度度)第第60页页2 2、底物浓度对反应速度影响、底物浓度对反应速度影响第第61页页19Michaelis和和Menten提出米氏方程提出米氏方程作业四：誊录米氏方程，写出作业四：誊录米氏方程，写出其中各项意义其中各项意义第第62页页米氏常数米氏常数K Km m：指当反应速度到指当反应速度到达达V Vmaxmax二分之一时底物浓度。二分之一时底物浓度。第第63页页KKm m意义：意义：1 1、K Km m是酶一个特征性常数是酶一个特征性常数K Km m只与酶性质相关，与酶只与酶性质相关，与酶浓度浓度无无关关 K Km m只是在一定底物、一定温度和只是在一定底物、一定温度和pHpH条件下测定，条件不一样，条件下测定，条件不一样，K Km m值值不一样。不一样。第第64页页2 2、K Km m可近似表示酶与底物亲可近似表示酶与底物亲和力和力K Km m越小，表示酶与底物亲和力越小，表示酶与底物亲和力越大，反之亦然越大，反之亦然假如一个酶有多个底物，则假如一个酶有多个底物，则K Km m最小底物是该酶最适底物最小底物是该酶最适底物第第65页页3 3、假如代谢路径中各酶假如代谢路径中各酶K Km m值已值已知，知，K Km m值最大酶是限速酶。值最大酶是限速酶。4 4、在可逆反应中，两个、在可逆反应中，两个K Km m值中最值中最小反应方向是该酶促反应主要小反应方向是该酶促反应主要方向。方向。第第66页页67双倒数作图法或林贝氏作图法双倒数作图法或林贝氏作图法 第第67页页68抑制剂对反应速度影响抑制剂对反应速度影响酶抑制剂酶抑制剂(inhibitor)凡能凡能使酶催化活性下降使酶催化活性下降而而不引发酶蛋白变不引发酶蛋白变性性物质统称为酶抑制剂。物质统称为酶抑制剂。区分于酶变性区分于酶变性抑制剂对酶抑制剂对酶有一定选择性有一定选择性，而，而变性原因对酶没有选择性变性原因对酶没有选择性第第68页页69 抑制作用类型抑制作用类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制(reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)第第69页页70(一一)不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以共共价价键键与与酶酶活活性性中中心心必必需需基基团团相相结结合合，使使酶酶失失活活，不不能能用用透透析析、超超滤滤等等方方法给予法给予除去除去。举例举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒-解磷定解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒-二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)第第70页页71有机磷化合物对羟基酶抑制有机磷化合物对羟基酶抑制第第71页页72(二二)可逆性可逆性抑制作用抑制作用(reversible inhibition)特点：特点：(1)非共价键非共价键(2)易除去易除去透析、超滤等透析、超滤等(3)三种类型：三种类型：第第72页页731.竞争性竞争性抑制作用抑制作用(competitive inhibition)定义定义抑抑制制剂剂与与底底物物结结构构相相同同，能能与与底底物物竞竞争争酶酶活活性性中中心心，从从而而妨妨碍碍酶酶底底物物复复合合物形成，使酶活性降低。物形成，使酶活性降低。第第73页页74+IEIE+SE+PESIS第第74页页75竞争性抑制竞争性抑制第第75页页76*特点特点b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶相相对对亲亲和和力力及及S；a)I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶酶活活性性中中心；心；c)动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/v 1/S 第第76页页77琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸第第77页页78磺胺药对细菌二氢叶酸合成酶抑制磺胺药对细菌二氢叶酸合成酶抑制首首 剂剂 倍倍 量量第第78页页792.非竞争性抑制非竞争性抑制(noncompetitive inhibition)抑制剂与酶活性中心外必需基团结合，底抑制剂与酶活性中心外必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。物与抑制剂之间无竞争关系。第第79页页80非竞争性抑制非竞争性抑制第第80页页81*特点特点a)抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外必必需需基基团团结合；结合；b)抑抑制制程程度度取取决决于于I；c)动动力力学学特特点点：Vmax，表表 观观Km不变。不变。抑制剂抑制剂 1/v 1/S 无抑制剂无抑制剂 第第81页页823.反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)抑制剂仅与酶和底物形成中间产物抑制剂仅与酶和底物形成中间产物结合，使结合，使ES量下降。量下降。第第82页页83反竞争性抑制反竞争性抑制第第83页页84*特点特点a)抑抑制制剂剂只只与与ES结合；结合；b)抑抑制制程程度度取取决决与与I及及S；c)动力学特点：动力学特点：Vmax，表观，表观Km。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 第第84页页85各种可逆性抑制作用比较各种可逆性抑制作用比较 作用特征作用特征竞争性竞争性抑制抑制非竞争性非竞争性抑制抑制反竞争性反竞争性抑制抑制与与I结合组分结合组分EE、ESES表观表观Km增大增大不变不变减小减小Vmax不变不变降低降低降低降低第第85页页4 4、激活剂对酶促反应速度影响、激活剂对酶促反应速度影响1 1）定义：）定义：提升酶活性物质提升酶活性物质(其中大部分其中大部分是离子或简单有机化合物是离子或简单有机化合物)和使非活性和使非活性酶原变为活性酶物质。酶原变为活性酶物质。2 2）特点：）特点：激活剂作用是相正确，通常激活剂作用是相正确，通常酶对激活剂有一定选择性，且有一定酶对激活剂有一定选择性，且有一定浓度要求。浓度要求。第第86页页激活剂激活剂第第87页页5 5、pHpH值对酶促反应速度影响值对酶促反应速度影响第第88页页 动物体内多数酶最适动物体内多数酶最适pHpH值靠近中性，但值靠近中性，但也有例外，如胃蛋白酶最适也有例外，如胃蛋白酶最适pHpH约约1.81.8，肝，肝精氨酸酶最适精氨酸酶最适pHpH约为约为9.8(9.8(见下表见下表)。最适最适pHpH酶酶pIpI 一些酶最适一些酶最适pHpH 第第89页页6 6、温度对酶促反应速度影响、温度对酶促反应速度影响 酶最适温度：酶最适温度：在一定温在一定温度范围内，度范围内，反应速度反应速度到达最大到达最大时温度时温度第第90页页91不一样生物酶最适温度不一样生物酶最适温度第第91页页酶活性调控机制酶活性调控机制别构调整别构调整酶原激活酶原激活第第92页页别构调整（变构调整）酶分子别构部位酶分子别构部位(调整部位调整部位)与一些与一些化合物结合后，引发酶构象轻微改变，化合物结合后，引发酶构象轻微改变，进而改变酶活性状态，酶这种调整作进而改变酶活性状态，酶这种调整作用称为用称为别构调整别构调整，含有别构调整酶称，含有别构调整酶称别构酶别构酶，凡能使酶分子发生别构作用，凡能使酶分子发生别构作用物质称为物质称为别构剂（效应剂）别构剂（效应剂）。第第93页页94蛋白激酶蛋白激酶A变构调整变构调整第第94页页95变构调整第第95页页96变构激活变构激活变构激活变构激活变构抑制变构抑制变构抑制变构抑制 变构酶变构酶S形曲线形曲线S S V V 无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂 n变构酶常为多个亚基组成寡聚体，含有变构酶常为多个亚基组成寡聚体，含有协同效应。协同效应。第第96页页97协同效应：协同效应：蛋白质分子（酶）中蛋白质分子（酶）中1个亚基与其配体个亚基与其配体结合能影响其它亚基与配体（底物）结合结合能影响其它亚基与配体（底物）结合能力现象。能力现象。包含：包含：正协同效应和负协同效应正协同效应和负协同效应 第第97页页98（二）（二）酶共价修饰调整酶共价修饰调整共价修饰共价修饰(covalent modification)在在其其它它酶酶催催化化下下，酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆共共价价结结合合，从从而而改改变变酶酶活性，此过程称为共价修饰。活性，此过程称为共价修饰。常见类型常见类型磷酸化与脱磷酸化磷酸化与脱磷酸化（最常见）（最常见）乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化SHSH与与与与S SS S互变互变互变互变第第98页页99第第99页页100共价修饰调整特点共价修饰调整特点受共价修饰酶存在有（高）活性和无（低）受共价修饰酶存在有（高）活性和无（低）活性两种形式；活性两种形式；催化正、逆转化所需其它酶往往不一样催化正、逆转化所需其它酶往往不一样是体内经济、有效快速调整方式。是体内经济、有效快速调整方式。同一个酶能够同时受同一个酶能够同时受变构变构调整和调整和共价共价修饰修饰调整。调整。第第100页页101瀑布效应（级联放大效应）瀑布效应（级联放大效应）第第101页页102（三）酶原与酶原激活（三）酶原与酶原激活酶原酶原(zymogen)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶酶无活性前体无活性前体，以前体物质称为酶原。，以前体物质称为酶原。酶原激活酶原激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化过程。过程。第第102页页103 酶原激活机理酶原激活机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶活性中心形成或暴露出酶活性中心 一个或几个特定肽键断裂，水一个或几个特定肽键断裂，水解掉一个或几个短肽解掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下第第103页页104胰蛋白酶原激活过程胰蛋白酶原激活过程胰蛋白酶原激活过程胰蛋白酶原激活过程第第104页页胃蛋白酶原激活过程 第第105页页胃蛋白酶原激活过程 第第106页页107 酶原激活生理意义酶原激活生理意义1.防止细胞产生酶对细胞进行本防止细胞产生酶对细胞进行本身消化身消化2.并使酶在特定部位和环境中发并使酶在特定部位和环境中发挥作用，确保体内代谢正常进行。挥作用，确保体内代谢正常进行。3.酶原能够视为酶储存形式。酶原能够视为酶储存形式。第第107页页108二、二、酶含量调整酶含量调整（一）酶蛋白合成诱导和阻遏（一）酶蛋白合成诱导和阻遏诱导作用诱导作用(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)（二）酶降解调控（二）酶降解调控第第108页页3.3.同工酶同工酶(isoenzyme)(isoenzyme)能催化相同化学反应，但在蛋白质分能催化相同化学反应，但在蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在显著差异一组酶。在显著差异一组酶。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 （LDH）MHMM MMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4第第109页页*生理及临床意义生理及临床意义在代谢调整上起在代谢调整上起着主要作用；着主要作用；用于解释发育过用于解释发育过程中阶段特有代谢特程中阶段特有代谢特征；征；同工酶谱改变有同工酶谱改变有利于对疾病诊疗；利于对疾病诊疗；同工酶能够作为同工酶能够作为遗传标志，用于遗传遗传标志，用于遗传分析研究。分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱改变同工酶谱改变1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5第第110页页一、材料预处理及破碎细胞一、材料预处理及破碎细胞1、物理粉碎法、物理粉碎法2、化学法、化学法2.5.3 2.5.3 酶分离、提纯及保留酶分离、提纯及保留第第111页页1 1、物理粉碎法、物理粉碎法（1 1）研磨）研磨（2 2）机械捣碎）机械捣碎（3 3）高压法）高压法（4 4）爆破性减压法）爆破性减压法（5 5）快速冰冻融化法）快速冰冻融化法第第112页页2、化学法、化学法（1 1）渗透作用）渗透作用（2 2）干燥处理）干燥处理（3 3）自溶）自溶（4 4）溶菌酶处理）溶菌酶处理（5 5）酶处理）酶处理（6 6）表面活性剂处理）表面活性剂处理（7 7）其它）其它第第113页页二、抽提二、抽提1 1、PHPH2 2、盐、盐3 3、温度、温度4 4、抽提液用量、抽提液用量5 5、其它、其它第第114页页三、酶溶液净化与脱色三、酶溶液净化与脱色1 1、使用絮凝剂、使用絮凝剂2 2、脱色、脱色第第115页页四、浓缩四、浓缩1 1、冷冻干燥法、冷冻干燥法2 2、蒸发法、蒸发法3 3、超出滤、超出滤第第116页页五、酶分离纯化基本过程五、酶分离纯化基本过程1 1、酶分离纯化方法选择、酶分离纯化方法选择2 2、酶分离纯化过程中一些数据、酶分离纯化过程中一些数据3 3、结晶、结晶第第117页页六、酶制剂与保留六、酶制剂与保留1 1、酶制剂、酶制剂2 2、酶保留、酶保留（1 1）冰箱保留；（）冰箱保留；（2 2）加保护剂；）加保护剂；（3 3）制成干粉：冷冻干燥法）制成干粉：冷冻干燥法第第118页页2.5.4 酶应用一、酶在食品工业上应用一、酶在食品工业上应用 1 1、淀粉加工、淀粉加工 2 2、乳品工业、乳品工业 3 3、果蔬加工、果蔬加工 4 4、酿酒工业、酿酒工业 5 5、制糖工业、制糖工业 6 6、肉类及鱼类加工、肉类及鱼类加工 7 7、面包烤焙食品制造、面包烤焙食品制造第第119页页二、在医药工业上应用二、在医药工业上应用（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究 1 1酶法分析酶法分析 即酶偶联测定法即酶偶联测定法(enzyme(enzyme coupled assays)coupled assays)，是利用酶作为分析试，是利用酶作为分析试剂，对一些酶活性、底物浓度、激活剂、剂，对一些酶活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析一个方法。抑制剂等进行定量分析一个方法。第第120页页2 2酶酶标标识识测测定定法法 酶酶能能够够代代替替同同位位素素与与一一些些物物质质相相结结合合，从从而而使使该该物物质质被被酶酶所所标标识识。经经过过测测定定酶酶活活性性来来判判断断被被标标识识物物质质或或与与其其定量结合物质存在和含量。定量结合物质存在和含量。3 3工具酶工具酶 除上述酶偶联测定法外，人们利除上述酶偶联测定法外，人们利用酶含有高度特异性特点，将酶做为工具，用酶含有高度特异性特点，将酶做为工具，在分子水平上对一些生物大分子进行定向在分子水平上对一些生物大分子进行定向分割与连接。分割与连接。第第121页页（二）酶作为药品用于临床治疗（二）酶作为药品用于临床治疗1 1、药用酶、药用酶2 2、诊疗用酶、诊疗用酶第第122页页三、酶分子工程三、酶分子工程1 1固定化酶固定化酶 (immobilized enzyme)(immobilized enzyme)将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水但仍含有酶活性一个酶衍生物。不溶于水但仍含有酶活性一个酶衍生物。固定化固定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶活性。酶活性。第第123页页 2 2抗体酶抗体酶3 3模拟酶模拟酶含有催化功效抗体分子称为抗体酶含有催化功效抗体分子称为抗体酶(abzyme)(abzyme)。模拟酶是依据酶作用原理，利用有机化学合模拟酶是依据酶作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成含有底物结合部位和催化部位成方法，人工合成含有底物结合部位和催化部位非蛋白质有机化合物。非蛋白质有机化合物。第第124页页
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