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1、Enzyme,第 三 章 酶,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。,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DNA片段
2、，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。,酶,1酶的概述2酶的结构和功能3影响酶促反应速度的因素4酶与医学的关系,第二节酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme,一、酶的分子组成,*各部分在催化反应中的作用,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一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合一种辅助因子可以与多种酶蛋白结合,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
3、去。,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。,小分子有机化合物在催化中的作用,二、酶的活性中心,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。,目 录,或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。,酶的活性中心(active center),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
4、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,目 录,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83、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。,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,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
5、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。,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),*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。,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。,第二节 酶促反应的特点与机理,（一
6、）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)。酶比一般催化剂 更有效地降低反应的活化能。,快6105 倍左右,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,概念研究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
7、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。,第三节 酶促反应动力学,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。,目 录,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，达最大速度；反应为零级反应,
8、目 录,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,四、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。,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
9、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(competitive 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,*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。*举例有机磷化合物 羟基酶解毒-解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物 巯基酶解毒-二巯基丙醇(BAL),有机磷化合物,路易士气,失活的酶,羟基酶,失活
10、的酶,酸,巯基酶,失活的酶,酸,BAL,巯基酶,BAL与砷剂结合物,（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抑制作用。,*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,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,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。,各种可逆性抑制作用的比较,（一）酶与疾病的发生（二）酶与疾病的诊断（三）酶与疾病的治疗,一、酶与疾病的关系,第四节酶与医学的关系,一、酶与疾病的发生,1先天性或遗传性 酪氨酸酶 白化病后天性酶缺乏 维生素，微量元素缺乏,二酶与疾病的诊断,细胞中酶合成速度增加细胞损伤或膜通透性增高酶在细胞内合成障碍 酶活性受到抑制,三 酶与疾病的治疗,帮助消化消炎抑菌防治血栓治疗肿瘤,
