生物催化物质课件.ppt

1、生 物 催 化 物 质第一节第一节 概概 述述酶酶是由活细胞产生的一类具有催化活性的蛋白质是由活细胞产生的一类具有催化活性的蛋白质特点：活细胞产生特点：活细胞产生 催化活性不依赖完整细胞的存在催化活性不依赖完整细胞的存在 不都是蛋白质不都是蛋白质目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类酶、核酸催化剂（核酶、脱氧核酶）酶、核酸催化剂（核酶、脱氧核酶）一、酶的概念一、酶的概念与一般催化剂的异同与一般催化剂的异同 加快反应速度加快反应速度,本身在反应前本身在反应前后无变化后无变化 催化热力学上催化热力学上允许进行的化允许进行的化学反应学反应 来源来源 本质本质 催化特点催化特点 高度催化效率

2、高度催化效率 高度专一性高度专一性 高度不稳定性高度不稳定性 可代谢及可调节性可代谢及可调节性绝对特异性绝对特异性相对特异性相对特异性立体异构特异性立体异构特异性1.核酶核酶(ribozyme)具有催化活性的具有催化活性的RNA二、核酶的简介二、核酶的简介1982年,Cech等在研究四膜虫rRNA前体加工时，发现其rRNA前体具有自我剪接的能力。是对传统酶学的补充。核酶二级结构核酶二级结构槌头状结构槌头状结构底物部分底物部分同一分子上包括有催化同一分子上包括有催化部份和底物部份部份和底物部份 催化部份和底物部份组催化部份和底物部份组成锤头结构成锤头结构 第二节第二节 酶的分子结构与催化活性酶的

3、分子结构与催化活性一、一、酶的化学组成酶的化学组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)n 单纯酶单纯酶 (simple enzyme)n 结合酶结合酶(conjugated enzyme)q 酶蛋白决定反应的特异性酶蛋白决定反应的特异性q 辅助因子参与具体反应过程辅助因子参与具体反应过程 辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，非共价键相连，可疏松，非共价键相连，可用用透析或超滤的方法除去。透析或超滤的方法除去。辅基辅基 (prosth

4、etic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，共价键相连，不紧密，共价键相连，不能用能用透析或超滤的方法除去。透析或超滤的方法除去。金属离子的作用金属离子的作用组成酶的活性中心；组成酶的活性中心；稳定酶的构象；稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；小分子有机化合物的作用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、在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。质子或其它基团。尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）维生素维生素B2（核黄素）（核黄

5、素）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素B12生物素生物素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）叶酸叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II）FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基

6、酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含的维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素B12生物素生物素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）叶酸叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸

7、，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II）FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳单位等一碳单位所含的维生素所含的维生素名名称称小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转移的基团转移的基团二、二、

8、维生素的种类及维生素的种类及B B族维生素的族维生素的辅酶（辅基）形式和主要作用辅酶（辅基）形式和主要作用三、酶的活性中心三、酶的活性中心必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团。的化学基团。或称活性部位或称活性部位(active site)，指必需基团指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间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结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(act

9、ive center)活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 四、酶的分子结构与催化活性的关系四、酶的分子结构与催化活性的关系五、酶原与酶原的激活五、酶原与酶原的激活 酶原酶原 (zym

10、ogen)：有些酶在特定细胞内合成或刚有些酶在特定细胞内合成或刚分泌时没有形成活性中心或活性中心被酶分子的分泌时没有形成活性中心或活性中心被酶分子的其它部位覆盖，因此无催化活性。其它部位覆盖，因此无催化活性。酶原的激活：酶原的激活：酶原在一定条件下经蛋白水解酶作酶原在一定条件下经蛋白水解酶作用，切去一段或几段肽段使其形成活性中心或已用，切去一段或几段肽段使其形成活性中心或已形成的活性中心暴露，使无催化活性的酶原转变形成的活性中心暴露，使无催化活性的酶原转变为有催化活性的酶的过程。为有催化活性的酶的过程。酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中

11、心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝肠激酶肠激酶胰蛋白胰蛋白酶酶胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程酶原激活的生理意义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避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化 酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证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。体内代谢正常进行。六、六、同工酶同工酶同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学是指催化相

12、同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至反应，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。免疫学性质不同的一组酶。乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶举例：举例：乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5)四个亚基四聚体，四个亚基四聚体，M型、型、H型型 分子结构不同，电泳速度不同，电泳分离分子结构不同，电泳速度不同，电泳分离LDH1LDH2LDH3 LDH4 LDH5 不同组织中各酶的含量与分布比例不同不同组织中各酶的含量与分布比例不同 与组织利用乳酸的生理过程有关与组织利用乳酸的生理过程有关 LDH1、2 乳酸亲和力大，氧化成丙酮酸乳酸亲和力大，氧化成丙酮酸 心肌心肌 有氧

13、氧化有氧氧化 LDH4、5 丙酮酸亲和力大，还原成乳酸丙酮酸亲和力大，还原成乳酸 骨骼肌骨骼肌 无氧酵解无氧酵解代谢调节代谢调节心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5六、别构酶六、别构酶别构调节别构调节 (allosteric regulation)别构酶别构酶(allosteric enzyme)别构效应剂别构效应剂(allosteric effector)别构激活剂与别构抑制剂别构激活剂与别构抑制剂别构剂与某些酶分子别构剂与某些酶分子活性中心外活性

14、中心外的某部分的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称化活性，此种调节方式称别构调节。别构调节。别构酶别构酶结构特点：多亚基寡聚酶结构特点：多亚基寡聚酶 催化位点与别构位点催化位点与别构位点 别构剂别构剂：生理小分子物质：生理小分子物质 (底物、产物、中间代谢物底物、产物、中间代谢物)别构激活剂与别构抑制剂别构激活剂与别构抑制剂 调节代谢调节代谢,常位于代谢途径的开端常位于代谢途径的开端别构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具别构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应。有协同效应。别构激活别构激活别构抑制别构抑制别构酶的形曲线别

15、构酶的形曲线无别构效应剂无别构效应剂七、多酶复合体、多酶体系与多功能酶七、多酶复合体、多酶体系与多功能酶 多酶复合体：多酶复合体：几种酶分子聚集在一起组成一物理几种酶分子聚集在一起组成一物理复合体，若把物理复合体解体，各酶活性消失复合体，若把物理复合体解体，各酶活性消失 丙酮酸脱氢酶复合体：丙酮酸脱氢酶复合体：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶 多酶体系：多酶体系：代谢途径中许多酶参与，依次完成反代谢途径中许多酶参与，依次完成反应过程，但彼此结构无关联应过程，但彼此结构无关联 糖酵解糖酵解过程中的过程中的1111个酶均位于细

16、胞液中，组成一个酶均位于细胞液中，组成一个多酶体系个多酶体系 多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)：有的有的酶分子中存在多种催化活性部位酶分子中存在多种催化活性部位 大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶I、哺乳动物的脂肪酸、哺乳动物的脂肪酸合成酶合成酶 意义：提高催化效率意义：提高催化效率第三节第三节 酶促反应的特点及作用机制酶促反应的特点及作用机制（一）酶促反应具有高度的催化速率（一）酶促反应具有高度的催化速率 一、一、酶促反应的特点酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高10710

17、13倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。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酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能活化能(activation energy)。酶比一般催化剂更有。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。效地降低反应的活化能。反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态

18、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一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。或专一性。*酶的特异性酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性 绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)：只能作用只能作用于一种底物进行反应于一种底物进行反应 相对特异性相对特异性(relative specificity)：作用于一作用于一类化合物或一类化学键进行

19、反应类化合物或一类化学键进行反应。立体结构特异性立体结构特异性(stereo specificity)：对底物对底物的立体构型有严格要求。的立体构型有严格要求。（三）酶活性的可调节性（三）酶活性的可调节性 别构调节别构调节 酶原与酶原的激活酶原与酶原的激活 共价修饰的调节共价修饰的调节 酶含量的调节酶含量的调节二、酶促反应的作用机制二、酶促反应的作用机制1、酶与底物形成酶、酶与底物形成酶-底物复合物底物复合物2、酶与底物的过渡状态互补、酶与底物的过渡状态互补酶底物复合物酶底物复合物 E+S E+P ES 酶降低反应的活化能：酶降低反应的活化能：释放出的结合能抵消部分活化能释放出的结合能抵消部分

20、活化能酶与底物相互接近时酶与底物相互接近时,其结构相其结构相互诱导、相互变形和相互适应，互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。进而相互结合。二、酶促反应作用机制二、酶促反应作用机制1.邻近效应邻近效应(proximity effect)与与 定向排列定向排列(orientation arrange)2.多元催化多元催化 两性电解质，含有两性电解质，含有多种功能基团，同多种功能基团，同一种功能基团在不一种功能基团在不同的蛋白质分子中同的蛋白质分子中处于不同的微环境处于不同的微环境下，解离度也有差下，解离度也有差异。异。3.表面效应表面效应 第四节第四节酶促反应的动力学酶促反应的动力学q概念概

21、念研究研究酶促反应速度酶促反应速度和影响和影响酶促反应酶促反应速度速度的因素的因素q影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂抑制剂、激活剂等等研究一种因素的影响时研究一种因素的影响时,其余各因素均恒定其余各因素均恒定反应初速度条件：当底物浓度足够大、产物不影反应初速度条件：当底物浓度足够大、产物不影响催化效率响催化效率,此时酶促反应速度与此时酶促反应速度与E E浓度成正比浓度成正比酶促反应速度一般在规定的反应条件下，酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示

22、一、酶浓度对酶促反应速度的影响一、酶浓度对酶促反应速度的影响当当SE，酶反应，酶反应速度与酶浓度成正比速度与酶浓度成正比 V=K E0 V E 当当SE时，时，V=k E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 二、底物浓度对酶促反应速度的影响二、底物浓度对酶促反应速度的影响研究前提研究前提其他因素不变其他因素不变反应初速度条件反应初速度条件v 底物浓度对反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响 矩形双曲线矩形双曲线当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比反应速度与底物浓度成正比随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速反应速度不再成正比例加速当底物浓度高

23、达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度反应速度不再增加，达最大速度SV米曼氏方程式米曼氏方程式中间复合物中间复合物酶促反应模式酶促反应模式中间复合物学说中间复合物学说E+S k1k2k3ESE+P米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，反应速度取决于的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即慢反应即 Vk3ES。(1)S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始的总浓度，因此在反应的初始阶段，阶段，S的浓度可认为不变即的

24、浓度可认为不变即SSt。1913年年Michaelis和和Menten提出反应速度与底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，简称米氏方程式式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速度时的反应速度Vmax：最大反应速度最大反应速度(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S Sm：V=Vmax S=m：V=()VmaxVmaxS Km+S 当反应速度为最大反应速度一半时当反应速度为最大反应速度一半时Km值的推导

25、值的推导KmS Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km+S Vmax VmaxSKm与与Vmax的意义的意义 Km值值 Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。时的底物浓度。意义：意义：a)Km是酶的特征性常数之一；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；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同一酶对于不同底物有不同的Km值。值。Vmax定义：定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，是酶完全被底物饱和时的反应速度，

26、与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。意义：意义：Vmax=K3 E如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算计算 酶的酶的转换数转换数(turnover number)，即动力学常数即动力学常数K3。当酶被底物充分饱和时，单位时当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。物的分子数。可用来比较每单位酶的催化能力。可用来比较每单位酶的催化能力。m值与值与max值的测定值的测定双倒数作图法双倒数作图法(Lineweave-Burk plot)同工酶同工酶A、B催化同一反应，催化同一反应，EA Km 10uM，EB Km 100u

27、M，哪个催化反应快？，哪个催化反应快？如果使如果使v达到达到Vm的的80%，EA、EB各加入多少各加入多少S？当酶促反应中当酶促反应中S=15 Km，v为为Vm的百分之几？的百分之几？要使要使v=90%Vm，加入多少，加入多少S?q双重影响双重影响温度升高，酶促反应温度升高，酶促反应速度升高；速度升高；温度升高温度升高,可引起酶的可引起酶的变性变性,从而反应速度降低从而反应速度降低三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 q最适温度最适温度 ：酶促反应速

28、度最酶促反应速度最快时的环境温度。快时的环境温度。四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响q催化作用与活性催化作用与活性基团、底物分子、基团、底物分子、辅助因子的电离辅助因子的电离状态有关状态有关q最适最适pHpH0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶 246810五、激活剂的影响五、激活剂的影响 激活剂激活剂(activator)提高酶活性提高酶活性,加速酶促反应进行的物质加速酶促反应进行的物质 无机离子激活剂无机离子激活剂 小分子有机化合物小分子有机化合物 生物大分子激活剂生物大分子激活剂六、抑制剂对反应速度的影

29、响六、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋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。白变性的物质称为酶的抑制剂。酶的钝化作用酶的钝化作用 强酸强碱造成酶的变性失活强酸强碱造成酶的变性失活 酶的抑制作用：酶的抑制作用：抑制剂作用下酶活性中心或必需基团发生性抑制剂作用下酶活性中心或必需基团发生性质的改变并导致酶活性降低或丧失的过程。质的改变并导致酶活性降低或丧失的过程。抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制(irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制(reversible in

30、hibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)(一一)不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活；结合牢固不能用透析相结合，使酶失活；结合牢固不能用透析或超滤的方法去除抑制剂。或超滤的方法去除抑制剂。非专一性不可逆性抑制非专一性不可逆性抑制 专一性不可逆性抑制专一性不可逆性抑制非专一性不可逆性抑制非专一性不可逆性抑制

31、 抑制剂与酶的一类或几类基团结合抑制剂与酶的一类或几类基团结合,不区不区分其结合的基团属必需基团或非必需基团分其结合的基团属必需基团或非必需基团 重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒 -二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)ESSAsCHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAsCHCHClClAsClCHCHCl+ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl路易士气路易士气失活的酶失活的酶巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物 抑制剂专一性作用于酶活性中心的必需基团抑制剂专一性作用于酶活性中心的必需

32、基团 并导致酶活性的抑制并导致酶活性的抑制有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒 -解磷定解磷定(PAM)专一性不可逆性抑制专一性不可逆性抑制ROROPOX+HOEROROPOOE+HX有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸（二）（二）可逆性抑制作用可逆性抑制作用 抑制剂以非共价键与酶或酶抑制剂以非共价键与酶或酶-底物复合物底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去抑制剂可用透析、超滤等方法除去 竞争性抑制竞争性抑制 非竞争性抑制非竞争性抑制 反竞争性抑制反竞争性抑制.竞争性抑制作用竞争性抑制作用+IE

33、IE+SE+PES反应模式反应模式抑制剂与底物的抑制剂与底物的结构相似结构相似，能与底物竞争酶，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，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。使酶的活性降低。特点特点b)b)抑制抑制作用强弱作用强弱取决于取决于I/SI/S；抑制作用可被抑制作用可被高浓度高浓度S S解除解除a)I与与S结构类似结构类似,竞竞争酶的活性中心争酶的活性中心c)c)动力学特点：动力学特点：V Vmaxmax不变不变,K,Km m增增大大,斜率增大斜率增大抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V 1/S VSmaxVIK(1)SmKiiKI111m(1)VV

34、KSVmaxmax举例举例 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制*反应模式反应模式特点特点a)a)抑制剂与酶活性中抑制剂与酶

35、活性中心外的必需基团结心外的必需基团结合，底物与抑制剂合，底物与抑制剂之间无竞争关系；之间无竞争关系；b)b)抑制程度取决于抑抑制程度取决于抑制剂的浓度；制剂的浓度；抑制抑制作用不能被高浓度作用不能被高浓度S S解除解除c)c)动力学特点：动力学特点：Vmax降低，降低，Km不变，不变，斜率增大斜率增大 抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 iiKI11I1m(1)(1)VVKSVKmaxmaxVmaxVI（K S）KiS(1+）m.反竞争性抑制反竞争性抑制反应模式反应模式特点：特点：a)a)抑制剂与酶抑制剂与酶-底底物复合物结合物复合物结合b)b)抑制程度取决与抑制程度取决与抑制剂

36、的浓度及抑制剂的浓度及底物的浓度；底物的浓度；抑抑制作用不能被高制作用不能被高浓度浓度S S解除解除c)c)动力学特点：动力学特点：V Vmaxmax降低降低 ,K,Km m降降低，低，斜率不变斜率不变抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 VmaxVIK SKiSm(1+）各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 动力学参数动力学参数表观表观Km Km增大增大不变不变减小减小最大速度最大速度Vmax不变不变降低降低降低降低林林-贝氏作图贝氏作图斜率斜率Km/Vmax增大增大增大增大不变不变纵轴截距纵轴截距1/Vmax不变不变增大增大增大增大横轴截距横轴截距-1/Km增大增大不

37、变不变减小减小与与I结合的组分结合的组分EE、ESES作用特征作用特征无抑制剂无抑制剂竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制第五节第五节酶的调节酶的调节酶活性的调节（快速调节）酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）调节方式调节方式调节对象调节对象 限速酶限速酶/关键酶关键酶（一）别构酶 变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)一些代谢物可与某些酶分子一些代谢物可与某些酶分子活性中心外活性中心外的的某部分可逆地结合，使某部分可逆地结合，使酶构象改变酶构象改变，从而改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构

38、调节。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，具有协同效应变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应 （二）修饰酶共价修饰共价修饰(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。酶的活性，此过程称为共价修饰。磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷

39、酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白二、二、酶含量的调节酶含量的调节（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用诱导作用(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)（二）酶降解的调控（二）酶降解的调控第六节第六节酶在医学上的应用酶在医学上的应用一、酶活力测定和酶单位一、酶活力测定和酶单位酶促反应速度酶促反应速度在适宜的反应条件下，用单位时间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。内底物的消耗或产物的生成量来表示。酶的活性单位酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反是衡量酶活力大

40、小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或或h）内生成一定量（）内生成一定量（mg、g、mol等）等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。国际单位国际单位(IU)在特定的条件下，每分钟催化在特定的条件下，每分钟催化1mol底物底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。转化为产物所需的酶量为一个国际单位。催量单位催量单位(katal)催量催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟是指在特定条件下，每秒钟使使mol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。kat与与IU的换算：的换算：1 IU=16.6710-9 kat（一）（一）酶与疾病的发生酶与疾病的发生（二）（二）酶与疾病的诊断酶与疾病的诊断（三）（三）酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗二、酶与某些疾病的关系二、酶与某些疾病的关系