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1、2004.1,酶,1,第六章 酶(Enzyme),2004.1,酶,2,酶（Enzyme）是由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质,又称为生物催化剂(biocatalyst)。反应通式 E S P(substrate)（product）,2004.1,酶,3,本章讨论内容,酶的分子组成及活性酶促反应的特点与机制酶促反应动力学酶的命名、分类和活性测定酶与医学的关系,2004.1,酶,4,第一节 酶的分子结构 一.酶的分子组成 二.酶的活性中心,2004.1,酶,5,一.酶的分子组成 单纯酶酶 酶蛋白 结合酶 无机金属离子（全酶）辅助因子 辅酶*低分子有机物（最大活性形式）辅基,2004.1,酶,6,
2、辅酶与辅基的比较 辅酶以非共价键与酶蛋白结合（疏松）可以用透析或超滤方法去除之；低分子有机物（辅因子）辅基以共价键与酶蛋白结合（紧密）不能用透析或超滤方法去除之。（辅酶和辅基中均含有B族维生素）,2004.1,酶,7,维生素与辅酶,2004.1,酶,8,相同的辅酶（基）与不同的酶蛋白结合成催化特异性不相同的结合酶。举例：乳酸脱氢酶（LDH）苹果酸脱氢酶 酶蛋白不同，有不同的催化特异性：L-乳酸 NAD+丙酮酸+NADH+H+苹果酸 NAD+草酰乙酸+NADH+H+,两者含相同辅酶：NAD+（递氢体）,LDH,苹果酸脱氢酶,2004.1,酶,9,在酶促反应中：酶蛋白作用：决定催化特异性；结合酶
3、辅酶或辅基作用：起传递电子、原子和某些基团的作 用，从而决定催化反应类型。,2004.1,酶,10,单体酶 寡聚酶酶的存在形式 多酶体系 串联酶,2004.1,酶,11,在酶分子表面特定区域上有些特殊基团，可与底物结合，并催化底物转变为产物，这个区域称为酶的活性中心（active center）。,酶活性中心的必需基团（essential group）结合基团催化基团,二.酶的活性中心,2004.1,酶,12,酶的活性中心示意图,活性中心必需基团结合基团结合底物，形成酶-底物复合物ES；催化基团催化底物转变为产物。,2004.1,酶,13,第二节 酶促反应的特点和机制,一.酶促反应的特点 二.
4、酶促反应的机制 三.酶原与酶原激活 四.同工酶,2004.1,酶,14,一、酶促反应的特点（与一般无机催化剂比较）共性：两者都能催化热力学上允许的化学反应；用量少，催化效率高；不改变反应的平衡点；降低反应所需的活化能。S S*P（V S*）基态 活化分子 产物,活化能,快,2004.1,酶,15,2004.1,酶,16,高度的不稳定性,绝对特异性（脲酶）相对特异性（酯酶）立体异构特异性（乳酸脱氢酶）,高度的催化效率,高度的特异性,酶活力的可调节性,特殊性（酶促反应的特点）,2004.1,酶,17,E+S ES E+P 2H2O2 2H2O+O2 需活化能 活化分子数 反应速度无催化剂 73kJ
5、/mol 少 慢铂作催化剂 49kJ/mol 快酶作催化剂 8kJ/mol 大大加快,外加一定能量,单位体积内,中间产物学说,2004.1,酶,18,二、酶促反应的机制,（一）决定酶作用高效率的机制,邻近效应与定向排列表面效应多元催化,2004.1,酶,19,（二）决定酶作用特异性的机制诱导契合学说,2004.1,酶,20,三.酶原与酶原激活1.酶原(zymogen)无活性的、酶的前体。酶原激活 酶原激活举例（胰蛋白酶原的激活过程）4.意义（1）保护组织免遭自身消化；（2）保证应激需要。,2004.1,酶,21,胰蛋白酶原的激活过程,trypsin,2004.1,酶,22,四、同工酶（isoe
6、nzyme）,H型 乳酸脱氢酶（LDH）四聚体,5种同工酶 M型,2004.1,酶,23,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 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5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 4,2004.1,酶,24,LDH同工酶的功能,葡萄糖 丙酮酸 乳酸（LDH5：丙酮酸还原酶）,三羧酸循环 丙酮酸 乳酸（LDH1
7、：乳酸脱氢酶）,经血液运输,NADH+H+,NAD+,氧化磷酸化,ATP,骨骼肌,心 肌,2004.1,酶,25,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：LDH1：染色斑点大而深帮助诊断心肌梗塞；LDH5：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,2004.1,酶,26,第三节 酶促反应动力学,酶浓度 E 底物浓度 S 温度(T)酸碱度(pH)抑制剂 i 激活剂 a,2004.1,酶,27,一、酶浓度对酶促反应速度的影响,条件：S E,E,2004.1,酶,28,二、底物浓
8、度对酶促反应速度的影响,(一)矩形双曲线图形,E+S ES E+P,中间复合物学说,2004.1,酶,29,1.米氏常数（Km）意义：（1）=1/2 Vmax，Km=S,（2）Km 可以近似地代表E与S的亲和力,Vmax.S（二）米氏方程式=Km+S,*Km越小，表示E与S亲和力越大；*对于多底物，Km越小者，为酶的最佳底物。,2004.1,酶,30,2.Km值和Vmax值的测定（双倒数作图法）,2004.1,酶,31,三、温度对酶促反应速度的影响,在一定温度范围内，T 酶活性，T 酶活性；T 超过一定范围时，酶反而变性失活；最适温度酶活性最高、变性程度 最小时的温度。,2004.1,酶,32
9、,四、pH对酶促反应速度的影响,pH：影响酶活性中心上的必需基团和底物基团的解离程度最适 pH酶与底物处于最佳解离状态，利于形成【ES】,反应速度最大时的pH。体外实验选取相应pH的缓冲液,2004.1,酶,33,五、激活剂对酶促反应速度的影响,凡能提高酶活性的物质，统称为酶的激活剂。（大部分是离子或简单的有机化合物）必需激活剂非必需激活剂 如，Cl-是唾液淀粉酶的激活剂,2004.1,酶,34,六、抑制剂对酶促反应速度的影响 巯基酶抑制剂*专一性抑制 丝氨酸酶抑制剂 不可逆抑制 非专一性抑制抑制作用*竞争性抑制作用 可逆性抑制 非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用,2004.1,酶,35,（一
10、）不可逆抑制作用,irreversible inhibition i 以共价键与E活性中心上的必需基团 结合，从而抑制酶活性。这种i不能用透析、超滤等物理方法 除去。常见抑制剂：丝氨酸酶抑制剂 巯基酶抑制剂,2004.1,酶,36,1、巯基酶抑制剂,抑制剂：重金属离子：Ag+、Hg2+、砷剂（As3+）等,Cu2+:是唾液淀粉酶的抑制剂,2004.1,酶,37,2、丝氨酸酶抑制剂,抑制剂：有机磷化合物,丝氨酸酶,解磷定,2004.1,酶,38,乙酰胆碱+H2O,胆碱+乙酸,胆碱酯酶,有机磷杀虫剂,胆碱能神经过度兴奋,中毒,（心跳变慢、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难）,2004.1,酶,39,（
11、二）可逆性抑制作用,reversible inhibition i 与E或ES以非共价键结合，从而抑制酶活性。这种i可用透析、超滤等方法除去。*竞争性抑制作用分类：非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用,2004.1,酶,40,1、竞争性抑制(competitive inhibition),i 结构与s 结构相似，互相竞争 与 酶活性中心结 合，从而抑制酶活性。,2004.1,酶,41,丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制,琥珀酸脱氢酶,（-）,succinate,fumarate,malonate,2004.1,酶,42,磺胺类药物的竞争性抑制作用,磺胺药与PABA相互竞争与FH2合成酶结合,(p-
12、aminobenzoic acid,PABA）,sulfa drugs,2004.1,酶,43,PABA,二氢蝶呤啶,谷氨酸,FH2合成酶,磺胺类药物,FH2,FH2还原酶,MTX,FH4,相互竞争,相互竞争,磺胺类药物的抑菌机理,（-）,（-）,氨甲蝶呤（methotrexate,MTX）,促进核酸 的合成,2004.1,酶,44,竞 争 性 抑 制 作 用 特 点 1.i与S结构相似；2.i与S互相竞争与 酶 活性中心结合；3.抑制程度取决于i 和S的相对比例；4.S，可以减少或去除抑制作用。（Km，Vmax不变）,2004.1,酶,45,2、非竞争性抑制作用(non-competitiv
13、e inhibition),i 和 s 结构不相似，两者互不干扰同时与酶结 合，从而抑制酶活性。E+S ES E+P+I I EI+S ESI,2004.1,酶,46,非竞争性抑制作用特点,1.i与S结构不相似；2.i与S互不干扰同时与 酶 结合；3.抑制程度只取决于i的浓度；4.S，不能去除抑制作用。（Km不变，Vmax）,2004.1,酶,47,3、反竞争性抑制作用,抑制剂仅与酶-底物复合物ES结合，使酶失去催化活性。,2004.1,酶,48,第四节 酶的命名、分类和 酶活性测定酶的命名和分类（一）习惯命名法根据底物命名；2.根据反应类型命名根据底物反应类型命名（二）系统命名（国际酶学委员
14、会规定，IEC）系统名称 酶的分类与编号 习惯名称（所有底物反应性质）1 6 大类 底物 反应类型 1、2亚类/大类 1、2亚亚类/亚类 酶的特定编号/亚亚类,4个数字,乳酸:NAD+氧化还原酶(EC 1.1.1.27),乳酸脱氢酶,2004.1,酶,49,酶的分类与编号,氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂解酶类（裂合酶类）异构酶类合成酶类（连接酶类）,每种酶的分类编号均有4个数字组成,2004.1,酶,50,二.酶活性测定 1.酶活性：酶催化某一化学反应的能力 常用单位时间内底物的减少量或产物的生成量来表示酶活性大小。2.酶活性单位(u):1)国际单位 25，最适PH，最适底物浓度，每分钟转化1
15、mol底 物所需的酶量定为1个 国际单位（IU）催量(Kat)：每秒钟使1mol底物转化为产物所需的酶量 Kat与IU的换算：1Kat=6 x 107 IU,2004.1,酶,51,酮戊二酸 丙氨酸 谷氨酸 丙酮酸(37,pH 7.4，30 min.)GPT/ALT活性单位定义：1 ml血清在37、pH7.4条件下、催化底物发生转氨反应30min.,产生2.5g丙酮酸定为1个谷丙转氨酶单位（U）。丙酮酸含量（g）1 2.5 g 0.13.酶的比活性(u/mg.Pr),ALT/GPT,X,=GPT(U/ml 血清),2)实用单位 根据实验条件而决定酶活性单位（如，GPT）,2004.1,酶,52
16、,第五节 酶与医学的关系,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,2004.1,酶,53,一、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,54,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,55,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
17、羟化酶缺陷苯丙酮酸尿症,2004.1,酶,56,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,57,二、酶在疾病诊断上的应用,2004.1,酶,58,2004.1,酶,59,三、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,60,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,
