3酶及辅酶.pptx

,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,#,第,3,章 酶与辅酶,第,1,节 酶,生物催化剂,一、酶的概念,酶是生物体活细胞产生的具有催化活性的生物大分子，又称为生物催化剂。,酶的化学本质：,绝大多数酶是蛋白质,少数是核酸,RNA,，后,者称为,核酶,。,酶促反应：,由酶催化所进行的反应。,在酶催化下，发生化学变化的物质称为,底物,，,反应后生成的物质称为,产物,。,反应物,二、酶催化作用的特点,（一）酶与普通催化剂的共性：,酶也是通过,降低化学反应的活化能,来加快反应速度；,只能催化热力学上允许进行的反应，对于可逆反应，酶,只能缩短反应达到平衡的时间，但不改变平衡常数；,酶在反应中,用量很少,，,反应前后数量、性质不变。,酶依靠,降低活化能,加速化学反应,过渡态：,指在反应物转变为产物过程中存在的不稳定的化学结构，过渡态具有较高的能量。,活化能：,从初态转化成过渡态所需的能量。,非催化反应和酶催化反应活化能的比较,Ea,，活化能；,G,，自由能变化,（二）酶催化作用的特性,：,指酶不同于一般的催化剂的性质。,1.,反应条件温和,：酶所催化的反应通常都在常温、常压、中性酸碱度等较温和的条件下进行。,2.,高效性：,酶比一般的普通催化剂效率高,10,6-,10,13,倍。,3.,高度专一性：,酶的专一性,：也称为酶的特异性,(specificity),，它是指酶对所作用底物,(substrate),的选择性。,1),结构专一性,概念,：,酶对所催化的分子（底物）化学结构的特殊要求和选择。,类别,：,绝对专一性,和,相对专一性,2),立体异构专一性,概念,：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求。,类别,：,旋光异构专一性,和,几何异构专一性,根据酶对底物的选择方式不同，酶的专一性分为：,结构专一性,绝对专一性,:,有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。如脲酶、淀粉酶、麦芽糖酶等。,相对专一性,有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。,1,）,键专一性：,有的酶只作用于一定的键，而对键两端的基团并无严格要求。如酯酶。,2,）,基团专一性：,另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。如胰蛋白酶（,Lys,或,Arg,的羧基形成的肽键）,相对专一性,:,1.,旋光异构专一性（光学专一性）,(,optical specificity,),：指酶对所作用底物光学异构的选择性，如：,L-,氨基酸氧化酶。,2.,几何异构专一性,(,geometrical specificity,),：指酶对所作用底物顺反异构的选择，如：延胡索酸酶,立体异构专一性,酶作用的专一性是酶与一般催化剂最主要的区别。,4.,酶活性的可调控性,酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，,酶的催化活性也受多方面的调控。,例如,:,酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的共价修饰、抑制剂的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、酶原激活、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等,.,这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。,三、酶的分类,1.,单纯蛋白质酶类,（,simple enzyme,）,又称简单酶类，分子中,仅含有蛋白质，,其水解产物,只有氨基酸。,主要是,水解酶,，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。,1,单纯蛋白酶（,simple enzyme,）,2,结合蛋白酶（,conjugated enzyme,）,1.,根据化学组成分类,2.,结合酶类（,conjugated enzyme,）,也称,复合酶类,，在酶的结构中，除含有蛋白质（,酶蛋白,）外，还含有非蛋白质组分（酶的,辅因子,），两者结合成的复合物称作,全酶,(,holoenzyme),，即：,全酶,=,酶蛋白,（蛋白质部分）,+,辅因子,（非蛋白质部分，辅酶或辅基）,对于结合酶而言，,只有全酶才具有催化活性。,酶的辅因子可以是,金属离子,（如,K,+,、,Na,+,、,Mg,2+,、,Cu,2+,或,Cu,+,、,Zn,2+,、,Fe,2+,或,Fe,3+,等），也可以是,对热稳定的小分子有机化合物,（如维生素、铁卟啉等）。,辅酶和辅基的差别仅仅是它们与酶蛋白结合的牢固程度不同，而无严格的界限。,有时也把辅酶和辅基统称为辅酶。,常可按其,与酶蛋白结合的牢固程度不同,分为两大类：,辅酶,（,coenzyme,）与酶蛋白结合较松，可以用透析或超滤方法除去；,辅基,（,prosthetic group,）与酶蛋白以,共价键,相结合，不易用透析或超滤方法除去。,体内酶的种类很多，而辅酶（基）的种类却较少，,通常一种酶蛋白只能与一种辅酶（基）结合，成为一种特异的酶；但一种辅酶（基）往往能与不同的酶蛋白结合，构成多种特异性强的全酶。,如：,3-,磷酸,甘油醛脱氢酶、乳酸脱氢酶等脱氢酶的辅酶均为,NAD,+,或,NADP,，但各自催化不同的底物脱氢；转氨酶类的辅酶都是磷酸吡哆醛。,可见：,酶蛋白决定着酶催化的专一性,，即决定反应底物的种类。,而辅酶或辅基在酶促反应中则,决定底物的反应类型,，在催化中起转移电子、原子和功能基团的作用,。,2.,根据酶蛋白分子的结构特点将酶分成,3,类,单体酶,寡聚酶,多酶复合体,单体酶,（,monomeric enzyme,）：指,仅有一个活性中心的酶。,一般是由一条肽链组成,，如牛胰核糖核酸酶、溶菌酶、羧肽酶,A,等；,但有的单体酶是由多条肽链组成的，如胰凝乳蛋白酶是由,3,条肽链组成，肽链间,二硫键,相连构成一个共价整体。,种类少，一般多是催化水解反应的酶，分子质量在,13,35kD,。,寡聚酶,（,oligomeric enzyme,）：,由两个或两个以上亚基组成的酶,，亚基可以相同，也可以不同。,亚基之间靠,次级键,结合，彼此容易分开。,聚合形式是活性型，解聚形式是失活型。,相当数量的寡聚酶是调节酶，在代谢调控中起重要作用。,分子质量一般大于,35kD,。,多酶复合体,（,multienzyme complex,）：,是由多个功能上相关的酶彼此嵌合而形成的复合体。,所有反应依次连接，有利于一系列反应的连续进行。,这种多酶复合体分子质量很高，例如脂肪酸合成中的,脂肪酸合成酶复合体,，是由,7,种酶和一个酰基载体蛋白构成，分子质量为,2.2MD,；,E.coli,丙酮酸脱氢酶复合体,由,60,个亚基,3,种酶组成，分子质量约,4.6MD,。,3.,根据酶所催化的反应类型，将酶分为,6,类,“,酶的国际系统分类法”由,1961,年国际酶学委员会（,Enzyme Commission,，,EC,）提出,:,（,氧转水 裂异合,）,1.,氧化还原酶（,oxidoreductase,）,2.,转移酶（,transferase,）,3.,水解酶（,hydrolase,）,4.,裂合酶（,lyase,）,5.,异构酶（,isomerase,）,6.,合成酶（,synthetase,）,催化氧化还原反应，可分为,脱氢酶,(dehydrogenase),和,氧化酶,(oxidase),两类。,反应为：,如，乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。,1.,氧化还原酶（,oxidoreductase,）,催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。如转甲基酶、转氨酶。,反应为：例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。,2.,转移酶（,transferase,）,催化底物的加水分解或其逆反应。如淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。,反应为：,例如，脂肪酶,（,Lipase,）催化酯的水解反应：,3.,水解酶（,hydrolase,）,催化底物的裂解或其逆反应，如醛缩酶、水化酶、脱羧酶及脱氨酶等。,反应为：,例如，延胡索酸水合酶催化的反应。,4.,裂合酶（,lyase,）,催化同分异构体之间的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。,反应为：例如，,6-,磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。,5.,异构酶（,isomerase,）,醛缩酶,异构酶,催,化由两种或两种以上的物质合成一种物质的反应。这类反应必须,与,ATP,分解反应相互偶联,。,反应为：,例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。,丙酮酸,+,CO,2,+ATP,草酰乙酸,+ADP+H,3,PO,4,6.,合成酶（,synthetase,）,1.,胞内酶,：在细胞内合成并在细胞内起作用的酶，大多数的酶属于此类。,2.,胞外酶,：在细胞内合成后分泌到细胞外起作用的酶，主要为水,解酶。,4.,根据酶的存在状态，将酶分为,2,类,国际系统分类法及标码,国际生物化学会酶学委员会,（,EC,）,在每一,大类,酶中，根据底物分子中被作用的基团或键的性质分为若干,亚类,，每一亚类再分为若干,亚亚类,。然后再把属于这一亚亚类的酶按,序号,排好。,这样就把所有的酶分门别类地排成一个表，称为,酶表,。,每个酶在表中的位置可用一个统一的,编号,表示。,如：乳酸脱氢酶,1.,习惯命名法,（,recommended name,）,根据其催化底物来命名,，,底物,+,酶：如淀粉酶、脂肪酶；,根据所催化反应的性质来命名,，,反应性质,+,酶：如水解酶、转移酶、氧化酶；,结合上述两个原则来命名,，,底物,+,反应性质,+,酶：如琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶；,有时在这些命名基础上加上,酶的来源或其他特点,，,来源,+,底物,+,酶：如胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰脂肪酶。,四、酶的命名,2.,国际系统命名法,（,systematic name,）,底物,+,反应性质,+,酶,如果底物不止一个，应全部列出，用冒号分隔；如其中一,个底物为水时，水可略去。,例,1,：丙氨酸,+,-,酮戊二酸,谷氨酸,+,丙酮酸,丙氨酸：,-,酮戊二酸氨基转移酶,例,2,：脂肪,+H,2,O,脂肪酸,+,甘油,脂肪水解酶,第,2,节 酶的作用机理,一、酶的活性中心,1.,酶活性中心的概念,酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫,酶的活性中心,（,active center,）或,活性部位,（,active site,）。,与酶的催化活性直接相关的并非酶的整个分子，而往往只是酶分子中的一小部分结构。,Asp,His,Ser,胰凝乳蛋白酶的活性中心,活性中心重要基团,:,His,57,Asp,102,Ser,195,为,Tyr,248,为,Arg,145,为,Glu,270,为底物,Zn,Zn,羧肽酶活性中心示意图,酶的活力中心通常包括两部分：,结合部位,:,与底物结合的部位，它决定酶的,专一性,；,催化部位,:,促进底物发生化学变化的部位，它决定酶所催化,反应的性质以及催化的效率,。,有些酶的结合中心与催化中心是同一部分。,参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团称为酶分子的,必需基团,。,注意：,虽然酶的催化作用取决于构成活性中心的几个氨基酸，但并不意味着酶分子中的其他部分就不重要了。因为酶活性中心的形成首先依赖于整个酶分子的结构。,如木瓜蛋白酶，失去,N,端的,20,个氨基酸后虽然仍有活性，但此时酶分子并不稳定，很容易丧失活性。因此，,没有酶蛋白结构的完整性，酶蛋白分子的稳定性就随之降低，活性中心也就不,存在了。,2.,酶活性中心的特点,通常只占酶的一小部分,，,1%-2%,。,是一种三维结构,。,构成酶活性中心的几个氨基酸残基可能在一级结构上相距很远，甚至在不同肽链上,但由于肽链的折叠与盘绕使它们在空间结构上彼此靠近，形成具有一定空间结构的区域。,是位于酶分子表面的、呈裂缝状的小区域。,具有柔性。当它与底物结合时就可发生变化,变得与底物形状互补。,酶与其专一性底物的结合一般通过离子键、氢键等非共价键。,酶（,E,）与底物（,S,）结合生成不稳定的中间产物（,ES,），再分解成产物（,P,）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。,二、酶与底物分子的结合,1.,中间络合物学说,两步反应所需活化能总和比一般催化剂存在时发生的一步反应所需的活化能要低得多。,酶作用专一性机理,认为整个酶分子的天然构象是具有,刚性,结构的，酶表面具有特定的形状。,将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。,专一性应包含结合专一性和催化专一性。有的钥匙能插入锁孔中，但不一定能把锁打开。,2.,锁钥学说,酶专一性的“锁钥学说”,酶的活性中心在结构上具,柔性,，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使与酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机地结合而催化反应进行。,3.,诱导契合学说,酶专一性的“诱导契合学说”,己糖激酶构象的改变,三、,影响酶催化效率的因素,1,、邻近与定向效应,2,、诱导契合与底物变形,3,、共价催化,4,、酸碱催化,5,、微环境影响,由于化学反应速率与反应物浓度成正比，若在反应体系的某一局部,区域，反应物浓度增高，反应速率也随之增高。,1.,邻近与定向效应,在生理条件下，底物浓度一般约为,0.001M,，而酶活性中心的底物浓度达,100M,，因此在活性中心区域反应速度必然大为提高。,邻近效应,（,Approximation effect,）：,是指酶由于,具有与底物较高的亲和力,，从而使,游离的底物集中于酶分子表面的活性中心区域,，使活性中心的底物有效浓度得以极大的提高，并同时使,反应基团之间互相靠近,，增加攻击的机会，从而使自由碰撞机率增加，提高了反应速度。,定向效应,：指酶的催化基团与底物的反应基团之间和反应物的反应基团之间的,正确取位,产生的效应。,酶的邻近效应与定向效应示意图,A.,酶的催化基团和底物的反应基团,既不靠近，也不定向。,B.,两个基团靠近，但不定向,，不利于反应进行。,C.,两个基团,既靠近，又定向,，有利于反应进行。,2.,底物的形变与诱导契合,当酶分子与底物分子接近时，由于酶的活性中心关键性电荷基团可使底物分子电子云密度改变，产生张力作用使底物扭曲，削弱有关的化学键，从而使底物从基态转变成过渡态，有利于反应进行。,在酶反应中主要是广义的酸碱催化，是指质子供体和质子受体的催化。,很多酶活性中心存在酸性或碱性氨基酸残基，例如羧基、氨基、胍基、巯基、酚羟基和咪唑基等，它们在近中性,pH,范围内，可作为催化性质的质子受体或质子供体，有效地进行酸碱催化。,3.,酸碱催化,酶分子中可作为广义酸碱催化的功能基团,组氨酸的,咪,唑基,是酶催化反应中的最有效、最活泼的催化功能基团。咪唑基的,pK=6.0,，在生理,pH,条件下，有一半以酸性形式存在，另一半以碱性形式存在，因此既可以作质子的供体又可以作质子的受体，在酶促反应中发挥作用。,指酶在催化时作为亲核催化剂或亲电子催化剂分别放出电子或汲取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，迅速形成不稳定的反应活性很高的,共价络合物,，降低反应活化自由能。,4.,共价催化,:,可分为亲核催化和亲电催化。,通常酶分子活性中心内都含有,3,种亲核基团，即：,Ser,的羟基、,Cys,的巯基、,His,的咪唑基。,这些基团都有剩余的电子对，可以对底物缺电子基团发动亲核攻击。,常见的亲电基团有,NH,+,、,Mg,2+,、,Mn,2+,、,Fe,2+,以及蛋白质中的,Tyr,羟基。,酶的活性中心周围的环境是一个,非极性环境,，即,低介电环境,，在低的介电环境中排斥水分子，酶的催化基团和底物分子的敏感键之间有很大的反应力，有助于加速酶促反应。,如果酶的活性中心周围是一个高介电环境中，活性中心就会有水分子存在，水分子对带电离子有,屏蔽作用,，削弱带电离子之间的静电作用，不利于酶促反应的进行。,5.,活性中心低介电微环境的影响,例如：,酶活性中心的羧基与水形成氢键，导致酶活性中心羧基表面有一层,水化层,，水分子的屏蔽作用，大大削弱了酶分子与底物离子间的静电相互引力，不利于酶促反应。,第,3,节 酶促反应动力学,一、,酶促反应速度的测定,酶促反应动力学是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。,测定反应速度时一般,采用产物增加法,因为测定时底物量足够大,其减少量很少，测定不准确，而产物从无到有,变化较明显，测定起来较灵敏。,通常测定其初始速度（反应,初速度,）来代表酶促反应速度。,原因,:,1.,底物浓度下降，产物浓度上升而加速逆反应。,2.,部分酶在,pH,及温度变化下变性失活。,3.,产物对酶的反馈抑制,。,斜率,=P,/,t,=V,（,初速度,）,P,t,二、底物浓度对酶促反应速率的影响,1.,底物浓度与酶促反应速率的关系,在酶浓度、,pH,、温度,等条件不变,的情况下,研究底物浓度和反应,速度的关系。如右图,所示：,底物浓度对反应速度的影响呈现,矩形双曲线,。,1.,在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系，表现为,一级反应,。,2.,随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比例加快，反应速度,增加的幅度不断下降,，表现为,混合级反应,。,3.,如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加，表现为,零级反应,。此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加，说明,酶已被底物所饱和,。所有的酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需底物浓度各不相同而,已。,2.,米氏方程,米氏方程,:,1913,年，德国化学家,Michaelis,和,Menten,根据中间产物学说对酶促反应的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为,米氏方程，,式中,K,m,称为,米氏常数,。,米氏方程特点：,当,S,低时,，,K,m,S,，,S,可忽略不计。,则：,v,与,S,成,正比,关系，符合,一级,反应。,当,S,高时,，,K,m,E,，,酶促反应的速度和酶浓度成正比：,V=kE,。,四、温度对酶促反应速率的影响,温度对唾液淀粉酶活性的影响,温度,相,对,活,性,温度对酶促反应速度的影响机理：,1.,温度影响反应体系中的活化分子数：,温度增加，活化分子数增加，反应速度增加。,2.,温度影响酶的活性,：过高的温度使酶变性失活，反应速度下降。,酶,促反应与其它化学反应一样，随温度的增加，反应速度加快。,化学反应中温度每增加,10,反应速度增加的倍数称为,温度系数,Q,10,。,一般的化学反应的,Q,10,为,2-3,，而酶促反应的,Q,10,为,1-2,。,最适温度不是酶的特征常数,，因为一种酶的最适温度不是一成不变的，它要受到酶的纯度、底物、激活剂、抑制剂、酶反应时间等因素的影响。因此，酶的最适温度与其它反应条件有关。,在一定范围内，反应速度达到最大时对应的温度称为该酶促反应的,最适温度,（,optimum temperature,Tm,）,.,一般动物组织中的酶其最适温度为,35-40,，植物与微生物中的酶其最适温度为,30-60,，少数酶可达,60,以上，如细菌淀粉水解酶的最适温度,90,以上。,五、,pH,对酶促反应速率的影响,pH,最适,pH,v,pH,对酶促反应速度的影响机理：,1.pH,影响酶和底物的解离,:,酶的活性基团的解离受,pH,影响，底物有的也能解离，其解离状态也受,pH,的影响。,在某一反应,pH,下，二者的解离状态最有利于它们的,结合,，酶促反应表现出最大活力，此,pH,称为,酶的最适,pH,；,2.pH,影响酶分子的构象：,过高或过低,pH,都会影响酶分子活性中心的构象或引起酶的变性失活。,酶,最适,pH,酶,最适,pH,酶,最适,pH,胃蛋白酶,1.8,过氧化氢酶,7.6,延胡索酸酶,7.8,胰蛋白酶,7.7,精氨酸酶,9.8,核糖核酸酶,7.8,动物体内多数酶的最适,pH,值接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最适,pH,约,1.8,，肝精氨酸酶最适,pH,约为,9.8,。,最适,pH,不是酶的特征性常数，,它受底物浓度、缓冲液的种类和浓度以及酶的纯度等因素的影响。,六、激活剂,对酶促反应速率的影响,凡是能提高酶活性的物质，称为,酶的激活剂,（,activator,）,其中大部分是无机离子或简单的有机化合物。按分子大小可分,为,3,类：,1.,无机离子,金属阳离,子：,K,+,、,Na,+,、,Mg,2+,、,Cu,2+,、,Mn,2+,、,Zn,2+,、,Se,3+,、,Co,2+,、,Fe,2+,，如,Mg,2+,是多种激酶和合成酶的激活剂。,阴离子：,Cl,-,、,Br,-,，如：动物唾液中的,-,淀粉酶则受,Cl,-,的激活。,激活剂对酶的作用有一定的选择性,，一种酶的激活剂对另一种酶来说可能是抑制剂，如,Mg,2+,对脱羧酶有激活作用，而对肌球蛋白腺三磷酸酶却有抑制作用。,有时离子之间有拮抗现象,，如,Na,+,抑制,K,+,激活的酶。,激活剂对于同一种酶，可因浓度不同而起不同的作用，,当激活剂的浓度超过一定的范围时，它就成为抑制剂。,注意,:,2.,中等大小的有机分子,某些还原剂，如：抗坏血酸、半胱氨酸、还原型谷胱甘肽、巯基乙醇等能激活某些酶，使含巯基酶中被氧化的二硫键还原成巯基，从而提高酶活性；,金属螯合剂，,EDTA,（乙二胺四乙酸）是金属鳌合剂，能除去酶中重金属杂质，从而解除重金属离子对酶的抑制作用。,3.,具有蛋白质性质的大分子,专指对某些无活性的酶原起作用的酶,通常是一些专一性的,蛋白水解酶,。,酶,原,（,zymogen,）：不具催化活性的酶的前体称为酶原。,酶原的激活,：使无活性,的酶原转变成有活性的酶的过程。,胰脏合成的是没有活性的胰蛋白酶原，分泌到小肠后，经小肠内的肠激酶（或胰蛋白酶）活化，转化成有活性的胰蛋白酶。,胰蛋白酶原的激活,：,胰蛋白酶原的激活过程,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,活性中心,肠激酶,/,胰蛋白酶,酶原激活的机制为,：,酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子空间结构的改变，使催化活性中心得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。,酶原激活的生理意义在于,：,保护自身组织细胞不被酶水解消化。,只能使酶的催化活性降低或丧失，而,不引起酶变性的,作用称为,抑制作用,（,inhibition,）。能对酶产生抑制作用的物质称为酶的,抑制剂,（,inhibitor,）。,机理：,抑制剂使酶的必需基因或酶的活性部位中的基团的化学性质发生了改变。,七、抑制剂对酶促反应速率的影响,抑制剂与变性剂：,抑制剂对酶有一定选择性,，一种抑制剂只能引起某一种酶或某一类酶的活性降低或丧失；,变性剂对酶的作用没有选择性。,1.,抑制作用的类型,不可逆抑制（,irreversible inhibition,）,可逆抑制（,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,）,抑制剂与酶反应中心的活性基团以,共价键,的形式结合，,不能用物理方法（透析、超滤、凝胶过滤等）除去抑制剂而使酶恢复活性，,这种抑制作用称为,不可逆抑制。,1,）不可逆抑制,（,irreversible inhibition,）,重要的不可逆抑制剂有以下几种：,有机汞、有机砷化合物,，如：对氯汞苯甲酸（,PCMB,）,能与酶分子的,巯基,进行不可逆结合。,烷化剂、酰化剂：,作用于巯基等富含电子的基团，如碘乙酸、碘乙酰胺、,DNFB,等。,有机磷化合物,：二异丙基氟磷酸（,DIFP,）、有机磷农药。,有机磷杀虫剂能专一作用于,胰凝乳蛋白酶或胆碱酯酶,活性中心的,丝氨酸羟基,，使其磷酰化。,-Ser-,OH,-Ser-,O,P,O-R,O-R,O,P,O-R,O-R,O,X,有机磷杀虫剂,细胞呼吸抑制剂,：氰化物、,CO,等，能与,铁卟啉中的,Fe,2+,结合，使酶失去活性。,青霉素：,能与,糖肽转肽酶,活性部位的,丝氨酸残基,上的羟基结合，使酶失活。该酶在细菌细胞壁合成中起重要作用。,2,）可逆抑制,（,reversible inhibition,）,抑制剂与酶蛋白以,非共价键的,方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析、过滤等物理方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。,竟争性抑制,（,competitive inhibition,）,某些抑制剂的化学结构,与底物相似,，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。,+,I,E,I,ES,P+E,E+S,竞争性抑制作用,竟争性抑制通常可以,通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。,竞争性抑制曲线,v,max,不变，,K,m,增大。,竞争性抑制作用特点,1.,抑制剂与底物结构相似,，竞争酶的活性中心。,2.,抑制程度取决于抑制剂的浓度和与酶的亲和力,又取决于底物的浓度和与酶的亲和力，即,I/S,。,3.,动力学特点是,K,m,增大，,v,max,不变,。,竞争性抑制剂在临床治疗方面十分重要。不少有疗效的药物实际上就是酶的竞争性抑制剂。,磺胺类药物,：基本结构是,对氨基苯磺胺衍生物,，可与,对氨基苯甲酸,竞争与,二氢叶酸合成酶,结合，影响二氢叶酸的合成，最后抑制细菌的生长繁殖，从而达到治病的效果。,磺胺类药物有抑制细菌生长繁殖的作用，而不伤害人和畜。,非竞争性抑制,（,noncompetitive inhibition,）,底物和抑制剂与酶的结合,没有竞争性,，抑制剂和底物可同时结合到,同一酶的不同部位,，抑制剂既可以与游离酶结合，也可以与,ES,复合物结合，但,ESI,三元复合物不能分解形成产物。,非竞争性抑制作用,+,I,E,I,+S,ES,I,ES,P+E,E+S,+,I,实例：重金属离子（,Cu,2+,、,Hg,2+,、,Ag,+,、,Pb,2+,）,非竟争性抑制,不可以,通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。,非竞争性抑制曲线,K,m,不变；,v,max,随,I,增加减小,非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；,底物和抑制剂分别独立地,与酶的不同部位相结合；,抑制剂对酶与底物的结合无影响，故,底物浓度的改变对抑制程度无影响；,动力学参数：,K,m,值不变，,v,max,值降低,。,非竞争性抑制的特点,当反应体系中存在抑制剂时，不仅不排斥,E,和,S,的结合，反而增加二者的亲和力；这与竞争性抑制那个作用恰巧相反，故称为,反竞争性抑制,。,抑制剂不能与游离酶结合，但可与,ES,复合物结合并阻止产物生成,。,反竞争性抑制,（,uncompetitive inhibition,）,反竞争性抑制作用,ES,I,ES,P+E,E+S,+,I,反竞争性抑制曲线,v,max,、,K,m,随,I,增加而减小,反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类,似；,抑制剂与底物可,同时,与酶的不同部位结合；,必须有底物存在,，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；,动力学参数：,K,m,减小，,v,max,降低,。,反竞争性抑制的特点,v,max,K,m,竞争性抑制 不变 增加,非竞争性抑制 减小 不变,反竞争性抑制 减小 减小,八、酶的别构调控,调节酶（,regulatory enzyme,）,:,是指对代谢途径的反应速度起调节作用的酶,一般位于一个或多个代谢途径内的关键部位，它的活性可因调节剂结合而改变,一般可分为,别构酶和共价调节酶,。,某些酶在某种因素作用下发生构象改变而使活性改变，这类酶称为,别构酶,或,变构酶,。,调节物与酶分子中的别构中心结合后，引起酶蛋白构象的变化，使酶活性中心对底物的结合与催化作用受到影响，从而调节酶促反应速度及代谢过程，此效应称为酶的,别构效应,（,allosteric effcet,）。,调节物又称,效应物、调节因子,或,别构剂,，一般是作用的底物、底物类似物或代谢的终产物。,因别构导致酶活力升高的物质，称为,正效应物,或,别构激活剂,，反之为,负效应物,或,别构抑制剂,。,1.,别,构酶 的特点：,为寡聚酶，一般含有多个亚基。,分子上除了有可以结合底物、催化底物反应的,活性中心,外，还有可以结合调节物、调节酶的反应速度的作用的,别构中心。,两个中心可能位于同一亚基上，也可能位于不同亚基上,（,存在别构中心的亚基称为调节亚基）。,每个别构酶分子上可以有一个以上的活性中心和调节中心，所以可以结合一个以上的底物分子和调节物分子。,当别构酶的一个亚基与其底物或效应物结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对第二个底物或效应物分子的亲和力发生改变，这种效应就称为别构酶的,协同效应,。,如果构象改变后有利于后续分子（底物或效应物）与酶的结合，则称为,正协同效应,；反之，则称为,负协同效应,。,协同是指底物或效应物之间的关系,。,2.,别构酶的动力学,别,构酶的,v,与,S,的关系不服从米氏方程。,正协同效应的别构酶呈现特征性的,S,形动力学曲线，,即：,底物浓度较低时，酶活性的增加缓慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性显著加强，最终达到最大值,V,max,。,正协同效应使酶的反应速率对底物浓度的变化极为敏感,，因此更具可,调节性。,负协同效应的别构酶的动力学曲线为,类似双曲线（表观双曲线），,即：,底物浓度较低时，酶表现出较大活性，但底物浓度明显增加时，其反应速度无明显变化。,负协同效应使酶的反应速率对底物浓度的变化不敏感。,三者区别用协同指数（,CI,）或饱和比值（,Rs,）判断。,协同指数：,是指酶分子中的结合位点被底物饱和,90%,和,10%,时底物浓度的比值。,位点被,90%,饱和时的,S,Rs=81,位点被,10%,饱和时的,S,Rs=81,为米氏类型,Rs,81,为正协同类型,Rs,81,为负协同类型,A-,非调节酶,B-,正协同别构酶的,S,形曲线,别构酶的动力学曲线,别构调节的生理意义：,1.,在正协同效应的变构酶的,S,形曲线中段，底物浓度稍有降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开，因此可以,通过细胞内底物浓度的变化来灵敏地控制代谢速度。,2.,变构抑制剂常是代谢通路的终产物，变构酶常处于代谢通路的入口，,通过反馈抑制，可以及早地调节整个代谢通路，减少不必要的底物消耗。,例如,:,葡萄糖的氧化分解可提供能量使,AMP,、,ADP,转变成,ATP,，当,ATP,过多时，通过,变构抑制剂,ATP,抑制磷酸果糖激酶的活性，可限制葡萄糖的分解,;,而,ADP,、,AMP,增多时，则可通过,变构激活剂,AMP,、,ADP,激活磷酸果糖激酶的活性促进糖的分解。随时调节,ATP/ADP,的水平，可以维持细胞内能量的正常供应。,第,4,节 酶活力的测定,酶活力,酶活力,（,enzyme activity,）：指酶催化一定化学反应的能力，也称为,酶活性,。,酶活力的大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示。,测定酶活力实际就是测定酶促反应的速度。,测定酶活力时应注意几点,（,1,）应测反应,初速度,（,initial velocity or initial speed,）,（,2,）酶的反应速度一般用单位时间内,产物的增加量,来表示。,（,3,）测酶活力时应使反应温度、,pH,、离子强度和底物浓度等因素保持,恒定,。,（,4,）测定酶反应速度时，应使,SE,。,产,物,浓,度,P,(t),酶活力的表示方法,活力单位,（,active unit,）,量度酶催化能力大小,量度酶纯度,比活力,（,specific activity,）,2.,酶的活力单位,（,active unit,）,U,：,表示酶活力的大小。,（,1,）国际单位（,IU,）,International Unit,一个国际单位表示为在最适条件下（,25,，,pH,opt,），,每分钟,催化,1,mol,底物,转化为产物所需的酶量，即,1 IU=1,mol,/min,。,（,2,）卡特尔（,Katal,）,缩写为,Kat,，表示为在最适条件下,（,25,，,pH,opt,），,每秒,催化,1 mol,底物转化为产物所需的酶量，,即,1 Kat=1 mol/s,。,1 Kat,6,10,7,IU,酶活性可以看成是一个溶液中所含酶的总活力单位数。,3.,酶的比活力（,specific activity,）,比活力,：指每毫克蛋白质所具有的酶活力单位数，一般用,U/mg,蛋,白质来表示，,比活力说明酶的纯度,。也称,比活性,。,对同一种酶来说，酶的比活力越高，纯度越高。,第,5,节 维,生素和辅酶,一、,维生素的概念、分类,维生素（,vitamin,）,维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从食物中摄取。维生素可分为脂溶性（,A,，,D,，,K,，,E,）和水溶性两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代谢受阻，出现维生素缺乏症。,多数,水溶性维生素作为辅酶的主要成分,，或本身就是辅酶参与体内代谢过程。,二、,重要的水溶性维生素及相应辅酶,主要可溶性维生素和相应辅酶,维生素 辅酶 功能,1.B,1,(,硫胺素,)TPP,-,酮酸氧化脱羧,2.B,2,(,核黄素,)FMN,、,FAD,氢载体,3.PP,尼克酸（酰胺）,NAD,+,、,NADP,+,氢载体,4.,泛酸（遍多酸）,CoASH,酰基载体,5.B,6,吡哆醇（醛、胺）,磷酸吡哆醛（胺）氨基酸的 转氨、脱,羧、消旋,6.,叶酸,THF (THFA),一碳基团载体,7.,生物素 羧化辅酶,8.,硫辛酸 硫辛酰胺 酰基载体、氢载体,9.B,12,（氰钴胺素）,5,-,脱氧腺苷钴胺素 某些变位酶辅酶,一碳基团载体,R,AMP,NAD,+,:,R,=H,NADP,+,:,R,=PO,3,H,2,尼克酰胺核苷酸,维生素,pp,和,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）,NAD(P),+,NAD(P)H+H,+,NAD(P),+,+2H,FMN,AMP,FAD,核黄素,FMN+2H FMNH,2,FAD+2H FADH,2,维生素,B,2,和黄素单核苷酸（,FMN,）,.,黄素腺嘌呤二核苷（,FAD,）,SH,泛酸,和 辅酶,A,（,CoA,）,维生素,B,1,和,焦磷酸硫胺素,（,TPP,）,维生素,B,6,和磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺,叶酸,和 四氢叶酸（,TFHA,）,叶酸,四氢叶酸,H,H,10,5,对氨基苯甲酸,谷氨酸,蝶呤,硫辛酸,氧化型硫辛酸,还原型硫辛酸,羧 基 生 物 素,COOH,维生素,B,12,