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1、第 3 章 酶(enzyme),第一节概述一、生物催化剂的类别：酶 核酶(脱氧核酶)蛋白质 核酸二、酶的定义：酶是由活细胞产生、对特异的底物具有高效催化作用的蛋白质。,三、酶在体内的存在形式：单体酶寡聚酶 多功能酶 多酶体系常用的缩写：酶：E 底物：S 产物：P（Enzyme）（Substrate）（Product）,单体酶：由单条肽链构成,仅具有三级结构的酶。寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。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。多功能酶或串联酶：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,第二节酶的分子结构与功能The Mo
2、lecular Structure and Function of Enzyme,一、酶的分子组成*：分类:单纯酶:完全由氨基酸组成的酶 结合酶=酶蛋白+辅助因子（蛋白部分）（非蛋白部分）,多含B族维生素,决定反应的性质和反应类型,决定酶促反应的特异性,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。,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。,2.辅助因子在酶促反应中的具体作用,注：1、结合酶只有两部分结合在一起才有 活性 2、酶蛋白多，辅助因子少，一种辅助 因子可以和多种酶蛋白结合 3、辅基与辅酶
3、的区别 辅酶：与酶蛋白结合的比较疏松，用透析或超滤的方法可使之分离 辅基：与酶蛋白结合的比较紧密 用透析或超滤的方法不易分离,二、酶的活性中心*1、酶的必需基团：酶分子上与酶活性密切相关的化学基团。,2、酶的活性中心*：定义*:酶分子上的一些必需基团在空间结构上彼此靠近集中在一起形成具有一定空间结构的区域，此区域可与底物结合并将底物转化为产物。酶的活性中心常位于酶蛋白分子表面，含有较多疏水氨基酸残基，形成疏水性“裂缝”或“口袋”，提供利于酶促反应发生的疏水环境,酶的活性中心,1)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。,2)活性中心外的必需基团,3、必需基团
4、的分类与作用,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,酶与一般催化剂作用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。,第三节 酶促反应的特点和机制,1、催化效率高*,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)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。,反应总能量改变,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
5、物,酶促反应活化能的改变,活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。,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。,1)酶的特异性(specificity),2、特异性强*：,2）分类 绝对特异性 相对特异性 立体异构特异性 3）生物学意义：为机体代谢调节提供物 质基础 3、具有可调节性：酶活性、含量均可调节。4、高度不稳定性：易受周围环境因素影响。,绝对特异性：一种酶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：一种酶作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性：一种酶作用于立
6、体异构体中的一种。,立体异构特异性,例如：L-乳酸脱氢酶 L-乳酸 丙酮酸 D-乳酸脱氢酶 D-乳酸 丙酮酸,二、酶促反应的机理(了解),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。,过渡态(中间产物),酶-底物复合物,酶与底物相互诱导发生构象变化以适应相互的识别和结合，进而产生生化反应。,诱导契合假说,第四节 酶促反应动力学 概述：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。酶促反应速度：反应速度取其初速度，
7、即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度 表示方法：在规定的反应条件下，用单位时间内底物的 减少量或产物的生成量来表示,影响因素包括*：底物浓度、酶浓度、温度、pH、激动剂、抑制剂。研究的前提条件：观察某一种因素的影响时，其它因素不变。一、酶浓度对酶促反应的影响：在底物浓度足够大的前提下，酶浓度与酶促反应速度成正比。,酶浓度与反应速度间的关系曲线,二、底物浓度对反应速度的影响,1、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。,一级反应,零级反应,混合级反应,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。(反应速度与底物接近线性关系）,随着底物浓度的增
8、高：,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,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，酶被底物饱和,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 m：米氏常数,2、数学关系式-米氏方程：,（要求熟记并会计算）,思考：当 时，？当 时，？,米氏方程：,1、当 S 远小于 Km 时，米氏方程分母中的 S 可忽略 不计，Vm/Km 均为常数，反应速度v与s成正比。,2、当S 远大于 Km 时，米
9、氏方程分母中的 Km可忽略不计，即vVm，反应速度达到最大，酶被底物饱和。,3、当S 和 Km 之间相差不大，酶反应的初速度对底物 浓度的响应接近于以最大速度为渐进线的双曲线。,3.Km值的意义及应用,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。,Km值的应用*：a)Km是酶的特征性常数之一；Km 只与酶的性质有关,与酶的浓 度无关，可用于鉴定不同的酶。b)Km可近似表示酶对底物亲和力的大 小（反比）c)同一酶对于不同底物有不同的Km值。可用于确定最合适底物或天然底物,4、m值与max值的测定,双倒数作图法，又称为 林-贝氏作图法,y=ax+b,0,斜率：,
10、双倒数作图法,三、*温度对酶促反应的影响：1、最适温度：在其他因素不变的情况 下，使酶促反应达到最大时的温度，称为酶的最适温度。2、温度对酶促反应具有双重影响：（低温与高温对酶活性影响的本质区别）,双重影响:温度升高，酶促反应速度升高；温度升高10oC,反应速度增加一倍由于酶的本质是蛋白质，温度升高到一定程度，可引起酶的变性，反应速度反而降低。最适温度不是酶的特征性常数，随作用时间而改变。,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对酶促反应的影响
11、：1、最适pH:使酶活性最大时的溶液pH（不同酶的最适pH取决于作用的环境）2、pH对酶促反应的影响的机制：影响酶、辅助因子、底物的解离状态。而不同的解离状态或直接影响酶与底物的 结合,或影响酶的空间结构,从而改变酶 的活力,五、抑制剂对酶促反应速度的影响,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,抑制作用的类型,不可逆性抑制(irreversible inhibition),可逆性抑制(reversible inhibition)：,竞争性抑制*(competitiv
12、e inhibition)非竞争性抑制(non-competitive inhibition)反竞争性抑制(uncompetitive inhibition),(一)不可逆性抑制作用,1.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。2.特点：抑制剂与酶共价结合 3.分类：专一性抑制：如:路易士气对巯基酶的抑制 非专一性抑制：如:碘乙酰胺对酶的抑制作用,中毒：,解毒：,（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
13、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,I与酶的活性中心结合,*特点,竞争性抑制剂往往是酶的底物结构的类似物；抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同-酶的活性中心 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除；动力学特点：(表观）Km值增大，Vm值不变,*举例:,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,*举例: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,人体细胞的叶酸由食物获得，不受磺胺类药物的抑制,2.非竞争性抑制,*反应模式,I与酶的活性中心外的位点结合,*特点,抑制剂与酶活性中心外的必需
14、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。,.反竞争性抑制,*反应模式,抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合,*特点：,a)抑制剂只与酶底物复合物结合；,抑制程度取决与抑制剂与酶的亲和力；,动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。,-,各种可逆性抑制作用的比较,六、激动剂对酶促反应的影响：（一）定义：使酶从无活性变为有活 性或使酶活性增加的物质（二）分类：必需激动剂 非必需激动剂(三）举例：己糖激酶的激动剂：Mg2+唾液淀粉酶的激动剂：Cl-,第 五 节 酶 的 调 节The Regulation of Enzyme
15、,调节对象:关键酶,一、酶活性的调节（一）酶原与酶原的激活*1、酶原：无活性的酶的前体。2、酶原的激活：在一定条件下，无活性 的酶原转变为有活性的酶的过程。3、酶原的激活的实质：活性中心形成或 暴露的过程 4、生物学意义：保护机体（举例：胰蛋 白酶及凝血酶的激活）,胰蛋白酶原的激活过程,（二）变构调节及变构酶1、定义：小分子的化合物与酶蛋白活性中 心以外的某一部位特异性地结合，引起酶 蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性。这种调节方式称为变构调节，受变构调节 的酶称为变构酶。2、变构酶及其组成特点：一般具有四级结构，分催化亚基和结合 亚基，但也有催化部位、结合部位位于同 一亚基上。,3、变构剂：
16、1）定义：能够引起变构效应的物质。分:变构激活剂（底物）变构抑制剂（产物)注：变构剂可以是酶的底物、产物或其 他小分子化合物 2）特点：变构剂与酶的调节亚基以非共价 键的方式结合 4、意义：通过变构效应改变酶的活性，从 而改变代谢的速度或代谢途径的方向。,5、变构调节的特点：,酶活性的改变通过酶分子构象的改 变而实现；酶的变构仅涉及非共价键的变化；调节酶活性的因素为代谢物；为一非耗能过程；无放大效应。,（三）酶的共价修饰调节,1、共价修饰调节的定义：在其它酶的催化作用下，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。,2、常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰
17、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,引起酶分子在有活性形式与无活性形式或者高活性与低活性之间进行相互转变,3、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；有共价键的变化；一般为耗能过程 受其它调节因素（如激素）的影响 具有放大效应,二、酶含量的调节,（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用(induction)阻遏作用(repression)（二）酶降解的调控,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。,同工酶存在于同一种属；同一个体的不同组织；同一细胞
18、的不同亚细胞结构，它在代谢调节上起着重要的作用。,*举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),H型（心肌型）M型（骨骼肌型）,同工酶,3、临床意义 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断,（一）酶与疾病的发生（二）酶与疾病的诊断（三）酶与疾病的治疗,酶与疾病的关系(简介),第六节 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,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(synthetases),
