王峰 第06章 酶.ppt

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1、第六章 酶,Enzyme,酶的概念：酶是生物体内由活细胞产生的，具有催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸，又称为生物催化剂。（E）,概述,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。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。1982年，Cech首次发现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连接酶活性的DN

2、A片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。,1、催化剂 加快化学反应的速度。2、化学本质 生物大分子物质，绝大多数是蛋白质，少数是RNA或DNA。将具有酶活性的核酸及脱氧核酸称为核酶或脱氧核酶。专一作用于抗原，有催化活性的蛋白质称 为抗体酶（Abzyme）。,酶所催化的体内化学反应称为酶促反应；被酶催化的物质叫底物（Substrate,S）；催化所产生的物质叫产物（Product,P）,一、酶的生物学意义1、酶与一般催化剂的相同点：*在化学反应前后没有质与量的改变；*只催化在热力学允许的化学反应；*只加速可逆反应的进程，而不能改变反应的平衡点。,第一节 酶是生物催化剂,（1）不稳定性

3、：酶是蛋白质，对外界环境极敏感。任何导致蛋白质变性的因素都会使酶发生变性。（2）高度催化效率：使反应加快1031017倍（3）高度专一性：酶对所催化的底物有严格的选择性,2、主要特点,（4）可调控性：（5）酶催化体内某些重要的合成反应。,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,二、酶的专一性（酶对S的严格选择性）,一种酶只能作用于一类化合物或一型化学键，发生一定的化学反应，生成 一定的产物。这种酶对S的特异要求，即对S的严格选择，称之为酶的专一性。,一概念：,二分类：,1、立体化学专一性,（1）立体异构专一性,作用于某种旋光异构体（D或L型其中一种）,（2）几何异

4、构专一性,酶只能作用于顺反异构体的一种，这种专一性称为几何异构专一性。,2、非立体化学专一性,（1）键专一性：作用于一类化学键,（2）基团专一性：作用于一种基团,各种水解酶类：磷酸酶 ROP 酯酶 R1COOR2 蛋白酶 肽键,如胰蛋白酶作用于赖或精氨酸的羧基形成的肽键,（3）绝对专一性：作用一种底物 脲酶尿素,锁钥学说（Fisher）及诱导契合学说（Koshland）酶活性中心的某些AA残基或基团可在S诱导下，其空间构象发生变化，以使有利于ES的生成。,3、酶作用专一性的机理,三、酶的分类与命名一、酶的分类 IEC（国际酶学委员会）1961年制定：氧化还原、转移、水解、裂合、异构、合成 1

5、2 3 4 5 6 1、氧化还原酶类：脱氢或加氢；加氧或脱 氧；电子得失 2、转移酶类：基团从一个化合物转移到另一个 化合物,3、水解酶类：水解某类化学键 4、裂合酶类：从双键上去掉基团或将基团 加至双键上；包括“裂”及“合”5、异构酶类：分子基团重排 6、合成酶类：使二分子缔合,二、酶的命名 一习惯命名法 酶的来源或特点+底物名称+反应性质+“酶”水解酶类，用底物名或来源加底物名来命名。如：蛋白酶（胃蛋白酶，胰蛋白酶）淀粉酶（唾液淀粉酶，胰淀粉酶）磷酸酶（酸性、碱性磷酸酶）,二系统命名法1、一酶一名：S（S1：S2）+反应类型 例：醇脱氢酶 醇：NAD+氧化还原酶 2、EC（酶号）四码分类编

6、号（如EC.1.1.1.1）EC.类 亚类 亚亚类 序号,底物,反应的性质,一、酶的化学本质与分子组成 单纯酶=蛋白质 结合酶=蛋白质+非蛋白质（全酶）（酶蛋白）（辅助因子）,按组成分类,(holoenzyme),(apoenzyme),(cofactor),第二节 酶的化学本质、结构与功能,辅酶：非共价松散结合，可用透析除去。辅助因子 辅基：共价牢固结合，不能用透析除去。,小分子有机物：维生素、铁卟啉无机金属离子：Zn2+、Mn2+、Fe2+、Cu2+蛋白质辅酶,化学本质,丙酮酸,乳酸,NADH+H+,NAD+,乳酸脱氢酶,例如：,异柠檬酸,-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,NAD+,NADH+H

7、+,结合酶的酶蛋白或辅助因子单独存在时无催化活性;只有当它们结合为全酶时才具有催化活性。酶蛋白决定酶的专一性，辅助因子决定反应类型。,根据酶蛋白特点和分子大小分为：单体酶只由一条多肽链构成的酶，称为单体酶。(monomeric enzyme),寡聚酶由多个相同或不同多肽链亚基以非共价键连接的酶。(oligomeric enzyme),多酶复合体即多酶体系（multienzyme system),是在细胞内由几种不同功能的酶彼此聚合形成。,多功能酶即由一条多肽链组成却具有多种不同催化功能的酶。（P137）(multifunctional enzyme),二、酶蛋白的结构（一）酶的活性中心和必需基

8、团1、活性中心酶分子中（表面的局部区域）由必需基团构成的，能直接与底物结合并 发挥催化作用的部位。2、活性中心位于酶分子表面，呈口袋或裂缝状。,酶的活性中心,3.必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。,结合基团活性中心内 催化基团-COOH、-NH2、-OH、-SH、咪唑基。活性中心外的必需基团 SS,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,底 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,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

9、核酸酶 124 His12,His119,Lys41溶菌酶 129 Asp52,Glu35牛胰蛋白酶 238 His46,Asp90,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,酶活性中心的几点说明,所占体积小，1%2%；活性中心是个三维实体；活性中心可发生空间结构的变化诱导契合；位于酶分子表面的裂缝内，内部疏水，有利于催化。,二、酶的辅助因子,（一）无机金属离子对酶的作用。1、稳定酶构象，参与组成酶的活性中心 2、

10、传递电子：各种细胞色素（Cyt）3、结合底物（桥梁作用）EM+S 丙酮酸激酶，EMg2+ATP，使丙酮酸磷酸化 4、中和电荷,金属酶：金属离子和酶蛋白结合牢固金属活化酶：酶蛋白不和金属离子结合，但发挥活 性时离不开金属离子的存在。,1、维生素（Vit）概念：维持细胞正常功能所必需、但需要量极少、许多动物体内不能合成而必须由食物提供的一类低分子有机化合物。2、分类：（公认为13种）脂溶性（4种）：A、D、E、K,水溶性（9种）,（二）维生素与辅酶的关系,B族：B1、B2、PP、B6、泛酸、生物素（H）、叶酸、B12 VitC,脂溶性维生素的主要生理功用 VitA 视蛋白的辅基 感光（暗视光）（抗

11、干眼病V）组织发育和分化 VitD 1,25(OH)2D3 促进Ca、P的吸收（抗佝偻病V）与成骨 VitE 抗氧化，避免脂质过氧(-生育酚)化物的产生，保护生物膜 抗不育（动物）VitK 谷氨酸羧化酶的辅(凝血V)助因子，维持凝血因子、的正常水平,维生素B1,维生素B1又名硫胺素(thiamine)体内活性形式为焦磷酸硫胺素(TPP),（一）化学本质及性质,3、水溶性维生素与辅酶,TPP是-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮醇酶的辅酶。在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性。,（二）生化作用及缺乏症,1.生化作用,2.缺乏症脚气病，末梢神经炎,维生素B2,（二）生化作用及缺乏症生化作用：F

12、MN及FAD是体内氧化还原酶的辅基，主要起氢传递体的作用。缺乏症：口角炎，唇炎，阴囊炎等。,（一）化学本质及性质维生素B2又名核黄素(riboflavin)体内活性形式为黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),维生素PP,维生素PP包括：尼克酸(nicotinic acid)尼克酰胺(nicotinamide),体内活性形式：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+),（一）维生素PP是NAD+和NADP+的组成成分,生化作用 NAD+及NADP+是体内多种不需氧脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起传 递氢的作用。,（二）维生素PP的作用,

13、2.缺乏症:癞皮病,泛酸,（一）化学本质及性质泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸体内活性形式为辅酶A(CoA)酰基载体蛋白(ACP)（二）生化作用及缺乏症CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用。,生物素,生化作用生物素(biotin)是多种羧化酶（如丙酮酸羧化酶）的辅酶，参与CO2的羧化过程。,与羧基结合生成羧基生物素,与赖氨酸残基-氨基结合成生物胞素,维生素B6,（一）化学本质及性质维生素B6包括吡哆醇，吡哆醛及吡哆胺体内活性形式为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺,（二）生化作用及缺乏症磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的辅酶。,

14、叶酸,生化作用：FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。缺乏症：巨幼红细胞贫血,（一）化学本质及性质,（二）生化作用及缺乏症,叶酸(folic acid)又称蝶酰谷氨酸体内活性形式为四氢叶酸(FH4),叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H+,NADP+,二氢叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H+,NADP+,四氢叶酸,5,6,7,8-四氢叶酸,维生素B12,生化作用：参与体内甲基转移作用缺乏症：巨幼红细胞贫血、神经疾患,（一）化学本质及性质,维生素B12又称钴胺素(coholamine)体内活性形式为甲基钴胺素5-脱氧腺苷钴胺素,（二）生化作用及缺乏症,分子较小，有更高的热稳定性。金

15、属离子、铁硫复合体和血红素是存在于这些蛋白质类辅酶中的反应中心。,如：细胞色素是含有血红素辅基的蛋白质类辅酶,（三）蛋白质类辅酶,某些蛋白质起辅酶作用，它们自身不起催化作用，但为某些酶所必需，这些酶称基团转移蛋白或蛋白质类辅酶。,（一）酶的活性中心与酶作用的专一性酶催化的高效率及其对底物的高度专一性的基础是：酶的特殊分子结构。酶活性中心的空间结构决定了酶的专一性。,四、酶的结构与功能,不同酶的活性中心是不同的，它只能结合并催 化那些与之相适应的底物。（这也说明了酶为什 么具有专一性）,酶,底物,（二）空间结构与催化活性,保持活性中心的结构是维持酶活性必需的。,酶原(zymogen)有些酶(大多

16、数是蛋白酶)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。,（三）酶原的激活,酶原激活的机理,胰蛋白酶原的激活过程,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的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。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,第三节 酶的作用机制,一、酶能显著降低反应活化能,酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的活化能(activation energy)实现的。,活化能：底物分子从初态转变到过渡态所需的能量。,反应总能量改

17、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,酶促反应活化能的改变,中间产物学说 E+SESE+P S 底物（受酶催化的物质）ES酶与底物形成的中间复合物，ES 结合为非共价结合,中间产物的产 生降低了反应的活化能，加快了 反应的速度。,二、中间复合物学说和酶作用的过渡态,反应历程：A+B AB C+D 反应产物 中间产物 产物（初态）（过渡态）（终态）,E+S ES E+P 诱导契合 趋近效应 定向效应 张力作用 酸碱催化 共价催化,三、酶作用高效率的机制,（一）趋近和定向效应（见图）当A、B两底物分子结合于酶分子表面的某一区域，其反应

18、基团互相靠近，降低了活化能，称为趋近效应。酶可以使反应物在其表面对着特定的基团几何地定向，即具有定向效应。,趋近和定向效应,（二）底物变形与张力作用：（见图）底物与酶结合后，酶的活性中心的某些基团 可以作用于底物的某些敏感键，从而使底物 分子内部产生张力，底物扭曲,键易断裂，促进化学反应的进行。,底物变形与张力作用,3、共价催化作用 E与S形成共价复合物。（不稳定的中间复合 物）亲核催化，亲电子催化4、酸碱催化作用 酶可以作为质子供体（H，如ECOOH）或质子受体（ENH2）或二者 兼之而发挥 作用。,第四节酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reactio

19、n,研究反应动力学的原因,为研究酶的结构与功能的关系提供证据；为研究酶的作用机制提供证据；寻找最有利的反应条件；了解酶在代谢中的作用。,概念研究酶催化反应的速度及各种因素对酶促反应速度的影响，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。,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：V=S/t;或=P/t,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。,一、底物浓度对酶反应速度的影响,底物浓度对反应速度的影响是一种特殊的饱和现象。,当底物浓度较低时,反

20、应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,S,V,Vmax,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。,S,V,Vmax,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应,S,V,Vmax,（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,k1,k2,k3,ES,E+P,1913年Michaelis和Menten推导了米氏方程,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(

21、maximum velocity)m：米氏常数(Michaelis constant),米曼氏方程式推导基于两个假设：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)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。,米曼氏方程只适用于单底物、单产物的酶体系。,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(EES)SK2 ES+K3 ES,则(2)变为:(EES)S Km ES,当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即EES，反应达最大速度VmaxK3ESK3E(5),将(5

22、)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。,（二）Km的意义和应用,Km的意义 a)Km是酶的特征性常数之一；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。,（三）m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,2.Hanes作图法,在林贝氏方程基础上，两边同乘S,S/V=Km/Vmax+S/Vmax,2005年硕士研究生入学考试西医综合科目试题,一个简单的酶促反应，当

23、S Km时，出现的现象是：A.反应速度最大 B.反应速度太慢难以测定C.反应速度与底物浓度成正比D.增加底物浓度反应速度不变E.增加底物浓度反应速度降低,血糖浓度低时，脑仍能摄取葡萄糖而肝不能是因为：A.脑细胞膜葡萄糖载体易将葡萄糖转运入细胞 B.脑己糖激酶的Km值低C.肝葡萄糖激酶的Km值低D.葡萄糖激酶具有特异性E.血脑屏障在血糖低时不起作用,pH对V的关系曲线：,V,0,7,14,pH,二、pH对反应速度的影响,二、pH对反应速度的影响,最适pH(optimum pH)：酶催化活性最大时的环境pH,应用,最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液的种类与浓度、以及酶的纯度等因素的影

24、响。,除少数例外，体内多数酶的最适pH接近中性。,pH影响酶蛋白、辅酶及底物的解离，最终影响酶蛋白与辅酶的结合及酶与底物的结合。过高、过低的pH导致酶蛋白变性。,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。,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,温度对V影响的表现,（1）温度较低时，V随温度升高而增大。（2）使酶促反应V达到最大时的反应温度称为 酶的最适

25、温度（不是酶的特征性常数）。(3)反应温度达到或超过最适温度后,随着反应 温度的升高,V 下降。,*低温的应用,一般的酶在低温下活性降低，但酶本身不被破坏，其活性可随温度的回升而恢复。,四、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,0,V,E,当SE时，Vmax=k3 E,酶浓度对反应速度的影响,必需激活剂（essential activator）为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性。,Mg2+为己糖激酶的必需激活剂,非必需激活剂（non-essential activator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的。,Cl-对唾液

26、淀粉酶的激活作用,五、激活剂对反应速度的影响,六、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,抑制作用分类,不可逆抑制,可逆性抑制,非专一性 如：巯基酶的抑制,专一性 如:羟基酶的抑制,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,(一)不可逆性抑制作用,*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。不能用透析、超滤等方法去除抑制剂使酶恢复活性。1.非专一性不可逆抑制：重金属离子及砷化合物 巯基酶解毒-二巯基丙醇(BAL),失活的酶,B

27、AL,巯基酶,BAL与砷剂结合物,路易士气,巯基酶,失活的酶,酸,解救方法：加入解磷定（PAM）,2.专一性不可逆抑制,胆碱酯酶（羟基酶）作用:,乙酰胆碱 乙酸+胆碱,胆碱酯酶,乙酰胆碱是神经递质，当胆碱酯酶失活，乙酰胆碱在体内堆积，引起胆碱能神经兴奋性增强的中毒症状。,（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,反应模式,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

28、抑制作用。,Competitive inhibition,*特点,2、抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；,1、I与S结构类似，竞争酶的活性中心；,3、动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。,无抑制剂,1/V,1/S,*举例,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶,四氢叶酸,核酸,2.非竞争性抑制,*反应模式,noncompetitive inhibition,*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。,1/V,1/S,无抑制剂,.反

29、竞争性抑制,*反应模式,*特点：,a)抑制剂只与酶底物复合物结合；,抑制程度取决于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。,1/V,1/S,无抑制剂,各种可逆性抑制作用的比较,第五节 酶的分离、提纯及活性测定,1选材：选择含酶最丰富的材料2破碎细胞：细胞外酶用水或缓冲液浸泡，得粗抽提液 细胞内酶研磨（动物细胞）等 超声波（细菌细胞）等,一、酶的分离、提纯,3抽提：用稀盐、稀酸、稀碱溶液；在合适的pH范围内，远离pI，温度04；4去核酸、去多糖：鱼精蛋白或氯化锰去除核酸，醋酸铅去除粘多糖；5纯化：去除杂蛋白，利用溶解度，分子大小，电荷性质等的不同，进行分离纯化；6保存

30、,由于酶的特殊性，在提纯过程中要注意:1全部操作在低温04。2在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌。3在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量EDTA、少量-巯基乙醇。4在分离提纯过程中要不断测定酶活力和蛋白质浓度，从而求得比活力，还要计算总活力。,酶的纯度用比活力表示,总活力,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。,二、酶的活力测定,用酶活力测定来定性、定量的原因酶蛋白含量低；与多种蛋白混杂，提纯困难，难以直接定量。酶活力测定更能反映酶的功能状态。,酶的活力单位在最适条件下，单位时间内酶催化底物的减少量

31、或产物生成量。,1961年国际酶学会议规定：,1个酶活力的国际单位（IU）=特定条件下，一分钟内生成1微摩尔产物的酶量。(1mol/min),1972年国际酶学委员会又推荐催量(Katal,Kat)单位:,1个Katal=最适条件下，每秒钟催化1摩尔底物 的酶量。(1mol/sec),1 Kat=6107 IU,酶活力的习惯单位,一、寡聚酶,由两个或两个以上，乃至多达数十个亚基组成的酶称为寡聚酶。其分子量从35000到几百万，可分为几种不同的类型：1 含相同亚基的寡聚酶2 含不同亚基的寡聚酶,第六节 重要的酶类,1.含相同亚基的寡聚酶,目前，带倾向性的认为单体酶（仅含一条肽链，如一些蛋白水解酶

32、、核糖核酸酶等）比较少见，而更普遍的是以寡聚酶的形式存在。例如，在糖酵解（糖的无氧分解代谢）中的许多酶都是寡聚酶，各有不同数目的亚基。,2.含不同亚基的寡聚酶,双功能寡聚酶具有底物载体亚基的寡聚酶,（1）双功能寡聚酶,有的寡聚酶所含的亚基结构不同，每种亚基表现不同的功能，因而整个酶分子催化两个相关的反应，这种寡聚酶称为双功能寡聚酶。,（2）具有底物载体亚基的寡聚酶,在某些寡聚酶中，亚基作为底物载体而起作用。这种寡聚酶可以看作是由具有酶活性的蛋白部分和作为底物载体的蛋白部分组成。,3.寡聚酶的意义,亚基之间互相配合，完成功能；通过亚基之间的聚合与解聚进行活性调节。,二、同工酶(Isoenzyme

33、)一概念 能催化相同的化学反应，但酶的分子结构、理化性质、免疫学性质乃至生物学功能有所 不同的一组酶。,二分布 同工酶可以存在于同一机体的不同组织中，亦存在于同一细胞的不同亚细胞结构中。,同工酶是基因分化的产物。同工不同功。不同的同工酶其专一性、与底物亲和力及动 力学不同。,*举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),NAD+NADH+H+OH CH3-CH-COOH CH3-CO-COOH 乳酸 LDH 丙酮酸,每个酶分子有四个亚基；亚基有两种：心脏亚基（H）；肌肉亚基（M）,乳酸 丙酮酸,LDH5,骨骼肌:,乳酸 丙酮酸,心肌:,LDH1,*生理及临床意义在代谢调节上起着重要的作用；用于解释

34、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。,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,2,3,4,5,三、诱导酶,诱导酶（induced enzyme）：当细胞中加入特定诱导物质而诱导产生的酶。诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。例如：大肠杆菌利用乳糖,调节对象 关键酶,四、调节酶,限速反应、限速酶与关键酶 概念：在多酶体系催化的代谢途径中，各步酶促 反应的速度不一样。其中，反应速度最慢，决定着 整个代谢途径速率的少数一、二步反应，称为限速 反应。,催化限速反应的酶称为限速酶。限

35、速酶是催化单向反应的酶，其活力大小决定了代谢途径的速率乃至代谢方向，故又称为关键酶。,限速酶（关键酶）的特点：控制整个代谢途径的速率与方向。往往在代谢途径的起始反应或分叉点起作 用。多受代谢途径终产物的反馈抑制。,（一）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,（二）变构酶,变构效应剂(allosteric effector

36、),变构调节(allosteric regulation),变构酶(allosteric enzyme),变构部位(allosteric site),代谢物可与酶分子活性中心外的部位（变构中心）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。,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应,变构激活,变构抑制,变构酶的形曲线,无变构效应剂,变构调节的机制,变构效应剂：,底物、终产物其他小分子代谢物,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体,变构效应剂+酶的调节亚基,*协同作用 变构酶为多亚基组成，当一个配体（调节物或底物分子）与酶蛋白结合后，可以影响另一配体与酶的结合，亚基之间的这

37、种互相影响，称为协同效应。同种效应：影响与同一物质（配体）的结合，异种效应：影响与另一物质（配体）的结合 正协同效应（变构激活）负协同效应（变构抑制）,影响的方式,影响的效果,四、核酶与抗体酶,研究发现RNA分子具有酶的活性，称为核酶，又称为核糖酶、类酶、酶性RNA。1、核酶（ribozyme）：具有生物催化活性的RNA。主要参与RNA的自我剪接过程。,(一)核酶(ribozyme),1982年美国T.Cech等人发现四膜虫的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有催化活性,Thomas Cech,University of Colorado at Boulder,US

38、A,1983年美国S.Altman等研究RNaseP（由20%蛋白质和80%的RNA组成），发现RNaseP中的RNA可催化E.coli tRNA的前体加工。,Sidney Altman Yale University New Haven,CT,USA,Cech和Altman各自独立地发现了RNA的催化活性，并命名这一类酶为ribozyme（核酶），2人共同获1989年诺贝尔化学奖。,3、核酶发现的意义：1对研究生命起源和进化有重大意义：核 酶大多在古老生物中发现，或许是现代 生物物种内存在的“活化石”。2人工核酶：可用人工合成的核酶连接于 病原体（如RNA病毒）、有害基因（如 癌细胞基因）的

39、RNA或DNA并使其破坏。,（二）抗体酶（Catalysis antibody）,既有酶活性又有抗体活性的模拟酶称为抗体酶,抗体酶催化的反应：,酰基转移反应水解反应,氨基酸的活化反应,酯水解酰胺水解,第七节 酶在医药学上的应用,一、酶在疾病诊断上的应用,（一）血清酶测定应用于肝胆疾病,1、转氨酶2、卵磷脂-胆固醇转酰基酶（LCAT）3、-谷氨酰转肽酶（-GT）,（二）血清酶测定应用于急性心肌梗塞的诊断,1、LDH同工酶2、CK同工酶,（三）血清酶测定应用于诊断肿瘤,1、GT2、半乳糖基转移酶（Gal T）同工酶,二、酶在疾病治疗上的应用,1、帮助消化的酶2、消炎酶3、治疗冠心病用酶4、止血酶和

40、抗血栓酶5、抗肿瘤酶6、其他酶类药物,胰弹性蛋白酶等凝血酶及溶栓酶,三、固定化酶及其在医药上的应用,（一）概念借助于物理和化学的方法把酶束缚在一定空间内并仍具有催化活性的酶制剂称为固定化酶。（immobilized enzyme）,（二）优点,1、稳定性提高2、可反复使用，提高效率，降低成本3、有一定机械强度，适合现代规模生产4、极易和产物分离，可简化产品纯化工艺,（三）固定化酶的制备方法,1、吸附法2、共价结合法3、交联法4、包埋法,如：戊二醛与酶蛋白的交联,物理吸附：高岭土、磷酸钙凝胶离子吸附：CM-纤维素等载体,（四）固定化酶在医药上的应用,1、药物生产中的应用2、亲和层析中的应用3、医疗上的应用：人工肾,