第三章酶-生物化学与分子生物学教研室课件.ppt

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1、Enzyme,第 三 章 酶,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。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。,J.B.Sumner,1982年，Cech首次发现四膜虫的rRNA前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，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)。,Thomas Cech University

2、 of Colorado at Boulder,USA,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。,本章内容,第一节 酶的分子结构与功能,第二节 酶的工作原理,第 四 节 酶 的 调 节,第五节 酶的命名与分类,第六节 酶与医学的关系,第三节 酶促反应动力学,底物浓度、酶浓度、温度、pH、抑制剂、激活剂对反应速度的影响；酶活性测定与酶活性单位,酶活性、酶含量的调节；同工酶,酶的分子组成、活性中心,第一节酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme,单体酶

3、(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶，一般由一条肽链组成，如溶菌酶。,酶的不同形式,寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。（己糖激酶、3磷酸甘油醛脱氢酶等）多酶体系：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。所有反应依次连接，有利于一系列反应的连续进行。如丙酮酸脱氢酶复合体。,多酶复合体,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(cofac

4、tor),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),金属离子的作用稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失（如羧基肽酶）金属激活酶(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需，与酶的结合不甚紧密。（己糖激酶）,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。,小分子有机化合物在催化中的作用,*酶蛋白和辅助因子在

5、催化反应中的作用,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,辅助因子分类（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。,二、酶的活性中心,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），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为酶分子的必需基团。,酶的一级结构是决定其催化功能最重要的化学结构，是酶发挥催化功能的结构基础。,酶的特异的三维空间结构是

6、酶催化功能的基础。酶的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的必需结构。,活性中心内的必需基团,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,酶,必需基团,非必需基团,活性中心,活性中心外基团,结合基团,催化基团,S-S,活性中心外必需基团,结合基团催化基团,活性中心必需基团,底物,肽链,活性中心,酶活性中心示意图,一些酶活性中心的氨基酸残基,酶 残基总数 活性中心残基牛胰核糖核酸酶 124 His12,His119,Lys41溶菌酶 129 Asp52,Glu35牛胰凝乳蛋白酶 245 His57,Asp102,Ser195牛胰蛋白酶 238 His46,As

7、p90,Ser183木瓜蛋白酶 212 Cys25,His159 弹性蛋白酶 240 His45,Asp93,Ser188枯草杆菌蛋白酶 275 His46,Ser221碳酸酐酶 258 His93-Zn-His95 His117,溶菌酶的活性中心,*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基团；,*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；,*AF为底物多糖链的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。,63,三、同工酶,*定义同工酶(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。,*举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),乳酸脱氢酶同工酶

8、的不同生理功能,心肌,骨骼肌,*生理及临床意义在代谢调节上起着重要的作用；用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,第二节 酶的工作原理,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。,（一）酶促反应具有极高的效率,一、酶促反应的特点,酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activation energy)。酶比一般催化

9、剂更有效地降低反应的活化能。,酶与一般催化剂催化效率的比较,底物 催化剂 反应温度 反应速度常数脲素 H+62 7.4 10-7 脲酶 21 5.0 106过氧化氢 Fe 2+22 56 过氧化氢酶 22 3.5 107,活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。,过氧化氢分解反应所需活化能,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,根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：,绝对特异性(absolute sp

10、ecificity)：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。,A B,酶对所作用的键及键一侧的基团的选择性，,立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立体异构体中的一种。,D-，L-立体异构专一性,几何异构专一性,（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。其中包括三方面的调节。,锁钥学说（lock and Key theory）

11、：1894年 Fischer 提出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。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。,二、酶促反应的机理,（一）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,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,羧肽酶的诱导契合模式,（二）酶促反应的机制,1.邻近效应(proximity effect)与定向排列(orientation arrange),2.多元催化(multielement catalys

12、is)3.表面效应(surface effect),根据酶的组成成分,根据酶蛋白的特点和分子大小,单纯酶,结合酶,酶蛋白辅助因子,与酶蛋白结合程度化学本质,单体酶寡聚酶多酶体系、多功能酶,酶的组成,酶组成及酶反应特点,酶,必需基团,非必需基团,活性中心,活性中心外基团,结合基团,催化基团,酶促反应具有极高的效率 酶促反应特点 酶促反应具有高度的特异性 酶促反应的可调节性 中间产物和诱导契合学说 酶促反应机制 邻近效应、张力效应 多元催化、表面效应,酶的工作原理,第三节酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,概念研究各种因素对酶促反应速度的影响，

13、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。,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。,目 录,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达

14、最大速度；反应为零级反应,目 录,（一）米曼氏方程式,酶促反应模式中间产物学说,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Vmax：最大反应速度(maximum velocity)m：米氏常数(Michaelis constant),米曼氏方程式推导基于三个假设：1.反应处于初速度阶段产物生成很少，逆反应可不预考虑。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SS0。3.处于稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等,即

15、 ES恒定。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 Vk3ES。(1),推导过程,稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即 ES恒定。K1(EtES)SK2 ES+K3 ES,则(2)变为:(EtES)S Km ES,当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即EtES，反应达最大速度VmaxK3ESK3Et(5),将(5)代入(4)得米氏方程式：,当反应速度为最大反应速度一半时,Km值的推导,KmS,Km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。,米氏方程的几个特点,从米氏方程中可以看出：当S Km时，反

16、应速率达到最大，并与底物浓度无关，属零级反应；当S=Km时，所以，Km的意义是使反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。,（二）Km与Vmax的意义,Km值 Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。意义:a)Km是酶的特征性常数一；b)Km可近似表示酶对底物的亲和力；c)同一酶对于不同底物有不同的Km值。,亲和力不同,Km,S2,S1,S3,S1 S2 S3,Vmax,1/2,Vmax定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。,意义：Vmax=K3 E如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算 酶的转换数(turnover number)，即动力学常数K3。,定义 当酶

17、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,106mol/L的碳酸酐酶溶液在1秒钟内催化生成0.6mol/LH2CO3,则酶的转换数是?,k3=Vmax/E=0.6/106 6105s1,（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,-1/Km,1/Vmax,1/S,1/V,2.Hanes作图法,S,S/V,-Km,Km/Vm,S/V=Km/Vmax+S/Vmax,（林贝氏方程）,+,1/V=,Km,Vmax,1/Vm

18、ax,1/S,例题,Neurospora crassa 的D-丝氨酸脱水酶需要磷酸吡哆醛作为辅酶。催化反应：CH2OH CHNH2 COOH CH3CO COOH+NH3在实验中测定酶的磷酸吡哆醛饱和曲线得到下列数据：s v磷酸吡哆醛10-5（M）20分钟生成丙酮酸（M）0.20 0.150 0.40 0.200 0.85 0.275 1.25 0.315 1.70 0.340 2.00 0.350 8.00 0.360,用这些数据求丝氨酸脱水酶对磷酸吡哆醛的米氏常数。,vVm0.30.2Vm 20.1,0 1 2 3 4 5 6 7 8 10-6 S,丙酮酸M/20min,Vm=0.36 1

19、/2Vm=0.18 Km=3.210-6 M,解：1、v对S作图法:,磷酸吡哆醛10-5（M）20分钟生成丙酮酸（M）S 1/S v 1/v 0.20 5.0 0.150 6.66 0.40 2.5 0.200 5.00 0.85 1.17 0.275 3.64 1.25 0.80 0.315 3.17 1.70 0.58 0.340 2.94 2.00 0.50 0.350 2.86 8.00 0.125 0.360 2.78,解2、1/v 对1/S作图法：,7654321,-4-3-2-1 0 1 2 3 4 5,1/v,1/S,-1/Km=-2.8510 5 Km=3.51 10-6,1

20、/Vm=2.55;Vm=0.39,二、酶浓度对反应速度的影响,当SE，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=K3 E,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。,*低温的应用,低温的作用:贮存生物制品、菌种等 低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度升高后，酶活性又可恢复。临床上的低温麻醉减少组织细胞的代谢程度，使机体耐受手术时氧和营养物质的缺乏,四、pH对反应速度的影响,最适pH,酶的最适pH

21、不是一个固定的常数，它受到底物的种类、浓度;缓冲液的种类、浓度;酶的纯度;反应的温度、时间等的影响。,例:碱性磷酸酶催化磷酸苯酯水解时,s为2.5x10-5 M，最适pH为 8.3 s为2.5x10-2 M，最适pH为10.0,一些酶的最适 pH 值,酶 最适 pH胃蛋白酶 1.8过氧化氢酶 7.6胰蛋白酶 7.7延胡索酸酶 7.8核糖核酸酶 7.8精氨酸酶 9.8,五、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,不可逆性抑制(irreversib

22、le 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),非专一性不可逆抑制剂不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂（必需基团结合）,(一)不可逆性抑制作用,概念 抑制剂与酶以牢固的共价键结合,使酶丧失活性,不能用透析超滤等物理方法除去抑制剂使酶恢复活性.举例(不可逆专一性抑制）有机磷化合物 羟基酶 解毒-解磷定(PAM),(不可逆非专一性抑制）重金属离子及砷化合物 巯基酶 解毒

23、-二巯基丙醇(BAL),RO O RO ORO X RO OE,P+EOH P+HX,有机磷化合物 羟基酶 磷酰化酶(失活),RO ORO OE,P+-CHNOH,磷酰化酶(失活),N,+,CH3,-CHN,N,+,CH3,O ORO OR+EOH,P,例1：羟基酶的抑制,羟基酶:有丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的酶有机磷(敌百虫、敌敌畏、对硫磷)不可逆抑制羟基酶的活性中心,解磷定,例2：巯基酶的抑制,SE Hg+S,COONaCHSHCHSHCOONa,SHE+Hg SH,COONaCHS CHSCOONa,二巯基丁二酸钠,S CH2OH SH CH2OHE As-CH=CHCl+CHSH E

24、+CHS S CH2SH SH CH2S,As-CH=CHCl,二巯基丙醇,解毒方法：,（二）可逆性抑制作用,*概念抑制剂通常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。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,反应模式,S,S,E,E,I,I,E,E+P,竞争性抑制的底物浓度曲线,竞争性抑制作用过程,1/2,Km Km/,*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

25、类似，竞争酶的活性中心；,动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。,*举例,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,概念 抑制剂与酶分子活性中心以外的其它部位结合而抑制酶活性，I和S与酶结合不存在竞争关系。非竞争性抑制作用过程：,S,S,E,E,E,E+P,S,E,S,I,I,I,I,2.非竞争性抑制,*反应模式,*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：Vmax降低，表观Km不变。,竞争性与非竞争性抑制剂的区别,3、反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）概念 抑制剂仅与酶和底物的中间复合物结合而抑制酶

26、活性。反竞争性抑制作用过程：,E,E,E+P,E,I,I,S,S,S,*反应模式,反竞争性抑制剂存在下，Km、Vmax都变小。,*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；,动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。,竞争性,非竞争性,反竞争性,E,E,另一結合区,竞争結合区,抑制剂,图解,抑制机理及说明,I 只与自由的 E 結合，与 S 竞争；S可克服 I 的抑制。,I 可与自由的 E 或已占据有 S 的 ES 結合，S不能克服 I 的抑制。,I 只能与 ES 結合，S反而有利 I 的抑制。,X,Vmax,Km,Km,S,mM,vo,I,I,Vmax 不变；

27、Km变大,Vmax 变小；Km 不变,Vmax 及 Km 均变小,I,=Km,各种可逆性抑制作用的比较,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。,酶的激活剂,（1）一些金属离子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等。,（2）阴离子：如Cl-、Br-、I-、CN-等,还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂：EDTA 激活酶原的酶,底物浓度曲线 米氏方程 底物浓度的影响 米氏常数与最大反应速度的意义 Km值与Vmax值的测定 酶浓度的影响酶促反应动力学 PH的影响 不可逆抑制 抑制剂的影响 可逆抑制

28、 反竞争性抑制,温度的影响,米氏方程的推导,竞争性抑制,非竞争性抑制,激活剂的影响,第 四 节 酶 的 调 节The Regulation of Enzyme,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,一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽,胰蛋白酶原的激活过程,胃蛋白酶原的激活过程,酶原激活的本质是酶的活性中心形成或暴露的过程。,某些酶原的激活,酶原激活的生理意义,1、避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化 2、

29、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。3、有的酶原可以视为酶的储存形式。,酶原激活举例,使蛋白质水解的消化酶，在胃和胰脏中刚合成时是以酶原的形式存在，分泌到肠胃中被切割后才成为有活性的酶。血液凝固系统中许多酶都是以酶原的形式存在，到需要血液凝固时才被激活。在需要时，前胶原酶转变成活性的胶原酶，降解胶原。如蝌蚪尾巴的消失。,（二）变构酶,变构调节(allosteric regulation),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，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。,变构酶,调节亚基 与变构剂结合，改变酶的构象,催化亚基 含有催化基团（活

30、性中心）,被调节的酶称为变构酶或别构酶(allosteric enzyme)使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂(allosteric effector),变构激活剂allosteric effector引起酶活性增加的变构效应剂。变构抑制剂allosteric effector 引起酶活性降低的变构效应剂。,酶的别构（变构）效应示意图,蛋白激酶的变构调节蛋白激酶A（R2C2）的R2与4个cAMP（4）结合后，使R亚基对C亚基的抑制作用消失，C亚基则具有催化活性。,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应,变构酶的形曲线,酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；(2)调节酶活性的因素为代

31、谢物；(3)为一非耗能过程；(4)无放大效应。(5)变构酶动力学不符合米氏方程。,变构调节的特点,（三）酶的共价修饰调节,共价修饰(covalent modification)在其他酶的催化作用下，某些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SS互变,酶的磷酸化与脱磷酸化,共价修饰酶的级联反应,共价修饰调节的特点,酶以两种不同修饰和不同活性的形式 存在；(2)受其他调节因素（如激素）的影响；(3)一般为耗能过程；(4)存在联级放大效应。,二、酶含量的

32、调节,（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用(induction)阻遏作用(repression),加速酶合成的化合物称为诱导剂(inducer),减少酶合成的化合物称为阻遏剂(repressor),(二)酶降解的调控,溶酶体,蛋白酶体,释放蛋白水解酶，降解蛋白质,泛素识别、结合蛋白质；蛋白水解酶降解蛋白质,通过改变酶蛋白分子的降解速度，也能调节酶的含量。,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,1、习惯命名法主要根据以下几个原则：,（1）底物酶：如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等；主

33、要 是省略了“水解”二字。（2）反应的性质酶：如脱氢酶、脱羧酶、水解酶等；（3）来源底物作用条件酶等：如细菌淀粉酶、碱 性磷酸酯酶、胃蛋白酶等。,2、系统命名法：酶的习惯命名法不够系统，不够准确，难免会出现一酶多名或一名多酶的现象。1961年国际酶学委员会（Enzyme Commission，EC）提出了系统命名法。系统命名法规定，酶的名称包括两部分：底物名称反应类型 如果反应中有多个底物，每个底物均需列出（水解反应中的水可省略），底物名称之间用“：”隔开。若底物有构型，也需标出.,ATPD葡萄糖 ADPD葡萄糖6磷酸,ATP：葡萄糖磷酸转移酶,系统名：乳酸：NAD+脱氢酶习惯名：乳酸脱氢酶,

34、举例：,一些酶的命名举例,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),每个酶都有一个有四个数字组成的编号,EC：酶学委员会Enzyme Commission,第六节酶与医学的关系The Relation of Enzyme and Medicine,（一）酶与疾病的发生（二）酶与疾病的诊断,一、酶与疾病的关系,1.酶活性测定和酶活性单位是定量酶的基础。2.血清酶对某些疾病的诊断具有更

35、重要的价值。,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。,酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。,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1mol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,如何测

36、定酶活力？,以产物浓度对反应时间作图，可得到酶促反应速度曲线,注意：初速度的测定是关键，为什么？,可见，反应速度只在最初一段时间内保持恒定，随着时间的延长，反应速度逐渐下降,原 因底物浓度的降低、产物的增加造成的逆反应的加快产物的抑制作用酶本身逐渐失活,测定酶活力时应注意几点,（1）应测反应初速度,（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),S10Km,例题：,某无细胞的粗提液，每ml含20 mg 蛋白质。在0.5ml的标准总反应体积中，含有1

37、0 l 这种提取液。在最适宜条件下，一分钟内生成30ng的产物。求：用下述单位表示反应速度v:nmol/ml/min,nmol/L/min,mol/L/min,mol/L/min 若10 l该提取液，在1 ml总反应体积中进行实验，其反应速度是多少？反应混合液和提取液中酶活性浓度各是多少？,解：,V=30/0.5=60 nmol/ml/min=60 10 3 nmol/L/min=60 mol/L/min=6 10-5 mol/L/minV=30/1=30 nmol/ml/min=3 10-5 mol/L/min反应液酶活性浓度=60 nmol/ml/min=0.06mol/ml/min=0.

38、06单位/ml 0.5 ml的反应液内含0.03单位酶，即10 l(0.01 ml)提取液含0.03单位酶，所以：提取液酶活性浓度=0.03/0.01=3单位/ml,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,1酶法分析 即酶偶联测定法(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。,临床诊断部分常用酶 酶 主要临床应用谷丙转氨酶 肝实质疾患谷草转氨酶 心肌梗塞、肝实质疾患胆碱酯酶 有机磷中毒乳酸脱氢酶 心肌疾患、肝实质疾患淀粉酶 胰腺疾病碱性磷酸酶 骨病、肝胆疾患胰蛋白酶(原)胰腺疾

39、病肌酸激酶 心肌梗塞、肌肉疾患醛缩酶 肌肉疾病 酸性磷酸酶 前列腺癌、骨病谷氨酰转移酶 肝实质病变、酒精中毒5核苷酸酶 肝胆疾患山梨醇脱氢酶 肝实质病变,2酶标记测定法 酶可以代替同位素与某些物质相结合，从而使该物质被酶所标记。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。,3工具酶 除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。,（二）酶作为药物用于临床治疗,（三）酶的分子工程,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

40、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。作用特点：稳定性提高，易分离，可反复使用，提高操作的机械强度。,固定化酶是将水溶性的酶连接到固相载体上，使它以固相的状态作用于底物，因此也称固相酶。,指具有催化活性的免疫球蛋白，即在其高可变区赋予了酶的属性。是抗体的高度选择性与酶的高效催化性相结合的产物。,2.抗体酶（abzyme）,中间产物类似物 免疫动物 抗体,具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme)。,（三）酶与疾病的治疗,替代治疗：消化不良-胃酶、胰酶对症治疗：预防血栓形成-尿激酶、链激酶、纤溶酶调整代谢，纠正紊乱：单胺氧化酶抑制剂-抑郁症,1、掌握酶的化学本质及催化特点。2、掌握活性中心、酶原、酶原激活、别构酶、共价调节酶、同工酶的概念及其意义；3、重点掌握酶促反应动力学：米氏方程、温度、pH、激活 剂、抑制剂对酶促反应速度的影响；掌握三种可逆抑制作 用的动力学特点；4、理解酶活性测定及酶活性单位。5、了解酶的分类、组成及命名原则；了解酶的高效、专一性 机理。了解多酶体系、固定化酶的概念；,第三章 酶要求,