【生物化學(xué)】第三章 酶

1、1,第三章 酶Enzyme（E）,2,,蛋白質(zhì)（E）,核酸類（核酶、脫氧核酶）,生物催化劑,是活細(xì)胞合成的一類蛋白質(zhì)具有高度特異性和高度催化效率的生物催化劑。,,何謂酶？,3,第一節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能,The Molecular Structure and Function of Enzyme,4,E的不同形式,單體酶(monomeric enzyme)寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶體系(multien

2、zyme system)多功能酶(multifunctional enzyme)/串聯(lián)酶(tandem enzyme),5,一、 E的分子組成常含有輔助因子,單純E (simple enzyme),結(jié)合E (conjugated enzyme),結(jié)合E,蛋白部分：,輔助因子,E蛋白 (apoenzyme),小分子有機(jī)化合物,金屬離子,全E(holoenzyme),決定反應(yīng)的特異性,,,,6,二、E的活性中心是酶分子中執(zhí)行其催化功能的

3、部位,必需基團(tuán)(essential group)E的活性中心(active center)/活性部位(active site）活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)活性中心外的必需基團(tuán),幾個(gè)名詞：,7,三、同工酶是催化相同化學(xué)反應(yīng) 但一級(jí)結(jié)構(gòu)不同的一組酶,舉例：,什么是？,人LDH同工酶譜：,意義：,（一同三不同）,指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。,8,第 二 節(jié)酶的工作原理,The Mec

4、hanism of Enzyme Action,9,（一）極高的催化效率（二）高度的特異性（三）可調(diào)節(jié)性,一、 酶反應(yīng)的特點(diǎn),10,二、酶通過(guò)促進(jìn)底物形成過(guò)渡態(tài) 而提高反應(yīng)速率,（一）酶-底物復(fù)合物的形成與誘導(dǎo)契合假說(shuō),（二）酶促反應(yīng)的機(jī)制,11,12,,研究某一因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定。,何謂酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)?,研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速度V的影響，并加以定量的闡述。,影響因素有:,酶濃度[E]、底物濃度[S]、

5、pH、溫度T、抑制劑I及激活劑等。,采用反應(yīng)的初速度（initial velocity）,13,一、[S]對(duì)V的影響的作圖呈矩形雙曲線,[S]對(duì)V的影響呈矩形雙曲線關(guān)系:,研究條件:,此矩形雙曲線可用米-曼氏方程表示,14,矩形雙曲線和米-氏方程的對(duì)應(yīng)關(guān)系,,V與[S]成正比為一級(jí)反應(yīng),V不成正比例加速,介于a、c之間, 為混合級(jí)反應(yīng)。,達(dá)Vmax,V不再增加為零級(jí)反應(yīng),a、b、c、,初速度V,Km,15,（一）米－曼氏方程式推導(dǎo)

6、,米－曼氏方程式推導(dǎo)的條件：,推導(dǎo)過(guò)程：,（二）Km與Vmax的意義,（三）Ｋm值與Ｖmax值的測(cè)定,16,二、底物足夠時(shí)[E]對(duì)V的影響呈直線關(guān)系,當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，V與[E]成正比。關(guān)系式：V = K3 [E],,當(dāng)[S]>>[E]時(shí)，Vmax = k3 [E],[E]對(duì)V的影響,17,三、T對(duì)V的影響具有雙重性,四、pH通過(guò)改變酶和底物分子解離狀態(tài)影響V,雙重影響,最適溫度 (optimum

7、 temperature)： —酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度,低溫的應(yīng)用,,T升高→V↑,最適pH (optimum pH) —酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。,18,類型,不可逆性抑制,可逆性抑制,競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (competitive inhibition)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (non-competitive inhibition)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (uncompetitive inhibition),五、

8、抑制劑可逆地或不可逆地降低酶促反應(yīng)速率,酶的抑制劑( inhibitor/I ) —使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì),,,19,(一) 不可逆性抑制作用,什么是？ 抑制劑以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活； 不能用物理方法去除抑制劑。,舉例：,20,（二） 可逆性抑制作用,什么是？,三種類型,抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去

9、。,21,1、競(jìng)爭(zhēng)性抑制,什么是？,競(jìng)爭(zhēng)性抑制的具體情形：,舉例:,I與E的S結(jié)構(gòu)相似共同競(jìng)爭(zhēng)E的活性中心，防礙E與S的結(jié)合。,22,2、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制,什么是？,非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的具體情形：,I與E活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合，不防礙E與S的結(jié)合， I與S之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng) 。,23,3、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制,什么是？,反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的具體情形：,I 只與ES結(jié)合成EIS，使ES的量減少，影響產(chǎn)物的生成和E的釋放。,24,三種可逆性抑制及無(wú)抑制作用的比較

10、,與I結(jié)合的成分 E E、ES ES動(dòng)力學(xué)參數(shù)表觀Km Km 增大 不變 減小最大速度 Vmax 不變 ↓ ↓林-貝氏作圖 斜率

11、 Km/Vmax 增大 增大 不變 縱軸截距 1/Vmax 不變 增大 增大 橫軸截距 -1/Km 增大 不變 減小,25,六、激活劑可加快酶促反應(yīng)速率,激活劑(activator) 使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)分

12、為,激活劑大多數(shù)為金屬離子如Mg2+、K+、Mn2+等， 少數(shù)陰離子也有激活作用。,一些金屬酶和金屬激活酶類：,26,第 四 節(jié) 酶 的 調(diào) 節(jié),The Regulation of Enzyme,27,酶活性的調(diào)節(jié)酶含量的調(diào)節(jié),（快速調(diào)節(jié)） （緩慢調(diào)節(jié)）,,調(diào)節(jié)方式：,—代謝途徑的關(guān)鍵酶,調(diào)節(jié)對(duì)象：,28,（一）變構(gòu)酶通過(guò)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的活性,變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑,,變構(gòu)調(diào)節(jié) (allost

13、eric regulation),變構(gòu)酶 (allosteric enzyme),代謝物與酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性。,變構(gòu)部位 (allosteric site),變構(gòu)效應(yīng)劑 (allosteric effector),變構(gòu)酶的S形曲線,幾個(gè)名詞：,一 、調(diào)節(jié)酶實(shí)現(xiàn)對(duì)酶促反應(yīng)速率的快速調(diào)節(jié),29,（二）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)是通過(guò)某些化學(xué)基團(tuán) 與酶的共價(jià)結(jié)合與分離實(shí)現(xiàn)的,舉例：,何謂共

14、價(jià)修飾(covalent modification)？,共價(jià)修飾的類型：,共價(jià)修飾的特點(diǎn)：,30,,（三）酶原的激活使無(wú)活性的酶原轉(zhuǎn)變成有 催化活性的酶,,舉例,酶原、酶原激活及酶原激活的本質(zhì),酶原激活的意義,某些酶原的激活,31,二、酶含量的調(diào)節(jié)包括對(duì)酶合成與 分解速率的調(diào)節(jié),酶蛋白合成的調(diào)節(jié)酶降解的調(diào)節(jié),,誘導(dǎo)作用(induction)阻遏作用(repression),溶酶體蛋白酶降解途徑

15、非溶酶體蛋白酶降解途徑,,,32,33,習(xí)慣命名法—推薦名稱（多用）系統(tǒng)命名法—系統(tǒng)名稱,以酶催化的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)，明確酶的底物及催化反應(yīng)性質(zhì)，多個(gè)底物時(shí)都要寫(xiě)明，用冒號(hào)（∶）隔開(kāi)。,（國(guó)際生物化學(xué)會(huì)酶學(xué)委員會(huì)）,酶的命名舉例,一、酶的命名,34,1.氧化還原酶類(oxidoreductases)2.轉(zhuǎn)移酶類 (transferases )3.水解酶類 (hydrolases)4.裂解酶類 (lyases)5.異構(gòu)酶類( i

16、somerases)6.合成酶類 (ligases, synthetases),二、酶的分類,35,酶的分類編號(hào),四個(gè)用點(diǎn)“●”分開(kāi)的數(shù)字前冠以EC（酶學(xué)委員會(huì)）,EC 3·5·3·1,6大類：1、2、3、4、5,酶隸屬的亞類,酶隸屬的亞-亞類,酶在亞-亞類序號(hào),36,37,（一） 酶與疾病的發(fā)生,一、酶與疾病的關(guān)系,（三） 酶與疾病的治療,（二） 酶與疾病的診斷,酶先天性缺乏與先天性代謝障酶活性改變

17、與疾病發(fā)生,對(duì)血液、尿等體液中某些酶活性的測(cè)定，能反映某些器官組織的疾病狀況并有助于診斷。,許多藥物通過(guò)抑制酶活性來(lái)治療疾病。,38,二、酶在醫(yī)學(xué)上的其他應(yīng)用,（一）酶作為試劑用于臨床檢驗(yàn)和科學(xué)研究,1、酶法分析2、酶標(biāo)記測(cè)定法3、工具酶,（二）酶作為藥物用于臨床治療,39,（三）酶的分子工程,1．固定化酶 (immobilized enzyme),將水溶性酶經(jīng)物理/化學(xué)方法處理后，成為不溶于水但仍具有酶活性的一種酶的衍生物。 固定