1、1 第四章第四章 酶酶 酶酶（enzyme）核酶核酶(ribozyme)2 第第一节 酶的概念酶的概念 1.酶的概念酶的概念 现代科学认为现代科学认为酶是由活细胞所产生酶是由活细胞所产生，能，能 在体内或体外发挥相同在体内或体外发挥相同催化作用催化作用的一类的一类 具有具有活性中心和特殊结构活性中心和特殊结构的生物大分子，的生物大分子，包括包括蛋白质和核酸蛋白质和核酸 32.酶的特点酶的特点:1)酶具有高度专一性酶具有高度专一性 2)高度催化效率高度催化效率 3)催化活性的可调节性催化活性的可调节性 4)高度的不稳定性高度的不稳定性 3.酶在体外适当条件下，仍具有催化活性酶在体外适当条件下，仍
2、具有催化活性4.核酶核酶是具有是具有催化功能的催化功能的RNA4 第二节第二节 酶作用的分子基础酶作用的分子基础 一、酶的化学组成一、酶的化学组成 (一一)单纯酶单纯酶 由氨基酸残基组成的肽链组成由氨基酸残基组成的肽链组成 (二二)结合酶结合酶 酶蛋白酶蛋白(apoenzyme(apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)(cofactor)5 酶蛋白酶蛋白 全酶全酶 (holoenzyme(holoenzyme)辅基辅基 (prosthetic group)(prosthetic group)辅助因子辅助因子 辅酶辅酶 (coenzyme)(coenzyme)61.1.酶蛋白酶蛋
3、白 决定酶催化反应的特异性决定酶催化反应的特异性 2.2.辅助因子辅助因子 1)1)金属离子金属离子 功能：功能：酶活性中心的组成成分酶活性中心的组成成分 稳定酶分子的构象稳定酶分子的构象 酶与作用物之间起连接作用酶与作用物之间起连接作用 78 2)2)小分子有机物小分子有机物 铁卟啉化合物和铁卟啉化合物和B B属维生素化合物属维生素化合物 辅基辅基(prosthetic group)(prosthetic group)与酶蛋白与酶蛋白 共价键相连共价键相连 辅酶辅酶(coenzyme(coenzyme）与酶蛋白非共价键相连与酶蛋白非共价键相连 功能：功能：参与酶反应，主要起传递氢或参与酶反应
4、，主要起传递氢或 化学基团作用化学基团作用910 二、酶的活性中心二、酶的活性中心 1.1.底物底物（substratesubstrate）的概念：的概念：酶所催化的反应物。酶所催化的反应物。2.必需基团必需基团(essential group)是组成酶蛋白的氨基酸残基侧链的化是组成酶蛋白的氨基酸残基侧链的化 学基团，它们与酶的活性中心密切相关学基团，它们与酶的活性中心密切相关,这些化学基团称为必需基团。这些化学基团称为必需基团。113.酶的活性中心酶的活性中心的概念：的概念：在酶分子上的必需基团组合成特定空在酶分子上的必需基团组合成特定空 间结构，在该区域中酶与底物结合并发间结构，在该区域中
5、酶与底物结合并发 挥催化作用，使底物转变为产物。这区挥催化作用，使底物转变为产物。这区 域称域称 酶的活性中心酶的活性中心12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 132.2.酶活性中心的氨基酸残基上的功能基团：酶活性中心的氨基酸残基上的功能基团：-NH-NH2 2、-COOH-COOH、-SH-SH、-OH-OH、咪唑基等。、咪唑基等。3.3.酶活性中心的必需基团酶活性中心的必需基团(essential groups)(essential groups)结合基团结合基团(binding group)(binding gro
6、up)催化基团催化基团(catalytic group)(catalytic group)4.4.辅基辅基(辅酶辅酶)参与酶活性中心的组成。参与酶活性中心的组成。5.5.酶活性中心外的必需基团是对形成并维持酶活性中心外的必需基团是对形成并维持 酶的空间构象上也是必需的。酶的空间构象上也是必需的。14三、酶的分子结构与催化活性的关系三、酶的分子结构与催化活性的关系1.1.酶分子的氨基酸的序列，决定酶的空间结构酶分子的氨基酸的序列，决定酶的空间结构 和活性中心的形成以及酶催化的专一性和活性中心的形成以及酶催化的专一性 2.酶的催化特异性与酶分子结构的紧密关系。酶的催化特异性与酶分子结构的紧密关系。
7、图图4-2 糜蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶的底物结合糜蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶的底物结合 部位中的功能基团组成上的微小差别部位中的功能基团组成上的微小差别15 四、酶原与酶原激活四、酶原与酶原激活 （zymogen and activation of zymogenzymogen and activation of zymogen）1.1.酶原定义酶原定义 不具催化活性的酶的前体称为酶原不具催化活性的酶的前体称为酶原 如如:胃蛋白酶原胃蛋白酶原 胰蛋白酶原胰蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原162.2.酶原的激活酶原的激活 1)1)酶原的激活定义：酶原的激活定义：某种物质作用于酶原使之
8、转变成有活性的某种物质作用于酶原使之转变成有活性的 酶的过程称为酶原的激活酶的过程称为酶原的激活 2)2)酶原激活的本质酶原激活的本质:酶原在一定条件下，切去酶原在一定条件下，切去酶原分子中特异酶原分子中特异 肽键或去除部分肽段后有利于酶活性中心肽键或去除部分肽段后有利于酶活性中心 的形成的形成。1718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19 3)3)酶原与酶原激活的生理意义：酶原与酶原激活的生理意义：保证合成酶的细胞本身不受蛋白酶的保证合成酶的细胞本身不受蛋白酶的 消化破坏。消化破坏。使它们在特定的生理条件和规定的部位使它们在特定的生理条
9、件和规定的部位 受到激活并发挥其生理作用受到激活并发挥其生理作用 酶原是酶的贮存形式酶原是酶的贮存形式 4)4)如：如：a.a.凝血因子凝血因子激活激活 b.b.糜蛋白酶原、糜蛋白酶原、胰蛋白酶原、弹胰蛋白酶原、弹 性蛋白酶原激活性蛋白酶原激活20 五、五、同工酶同工酶（isoenzymeisoenzyme）1.1.定义定义 同工酶是一类催化相同的化学反应，但同工酶是一类催化相同的化学反应，但 酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫原酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫原 性各不相同的一类酶。它们存在于生物性各不相同的一类酶。它们存在于生物 的同一种族或同一个体的不同组织，甚的同一种族或同一个体的不同组
10、织，甚 至在同一组织、同一细胞的不同细胞器至在同一组织、同一细胞的不同细胞器 中。中。21 2.2.：乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（lactic dehydrogenaselactic dehydrogenase,LDH,LDH）(1)(1)分子结构：由两种亚基组成的四聚体分子结构：由两种亚基组成的四聚体 亚基种类分为亚基种类分为 M M型型 和和 H H型型 (2)(2)同工酶种类同工酶种类 5 5种种 LDHLDH1 1 LDH LDH2 2 LDHLDH3 3 LDH LDH4 4 LDHLDH5 5 （H H4 4）（H H3 3M M1 1）（H H2 2M M2 2）（）（H H1 1M
11、M3 3）（M M4 4）22乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶CHCH3 3CHCOOH+NADCHCOOH+NAD+CH CH3 3COCOOH+NADH+HCOCOOH+NADH+H+LDH(3)催化的反应催化的反应23 原点原点 LDH5 LDH4 LDH3 LDH2 LDH1(4)五种五种LDH同工酶的电泳行为同工酶的电泳行为(6)LDH(6)LDH在各组织中酶谱的差异与组织利用在各组织中酶谱的差异与组织利用 乳酸的生理过程有关乳酸的生理过程有关 心肌中心肌中 LDHLDH1 1，LDHLDH2 2 量较多量较多 骨骼肌和肝骨骼肌和肝 LDHLDH5 5，LDHLDH4 4 为主为
12、主24图图4-5 4-5 人体各正常组织或病理状态下血清中同工酶的电泳图谱，人体各正常组织或病理状态下血清中同工酶的电泳图谱，图中图中1 2 3 4 51 2 3 4 5分别表示分别表示LDHLDHl l、LDHLDH2 2、LDHLDH3 3、LDHLDH4 4和和LDHLDH5 5 25 *LDH LDH1 1与与LDHLDH2 2 与乳酸的亲和力大，有利于与乳酸的亲和力大，有利于 乳酸脱氢氧化为丙酮酸。乳酸脱氢氧化为丙酮酸。（有利于心肌从乳酸中获得能量）（有利于心肌从乳酸中获得能量）*LDHLDH4 4与与LDHLDH5 5 与丙酮酸的亲和力大，有利与丙酮酸的亲和力大，有利 于丙酮酸还原
13、成乳酸。于丙酮酸还原成乳酸。（保证肌肉通过酵解获得能量）（保证肌肉通过酵解获得能量）263.3.同工酶同工酶生理及临床意义生理及临床意义 1)1)在代谢调节上起着重要的作用；在代谢调节上起着重要的作用；2)2)用于解释发育过程中阶段特有的代谢用于解释发育过程中阶段特有的代谢 特征；特征；3)3)同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；4)4)同工酶可以作为遗传标志，用于遗传同工酶可以作为遗传标志，用于遗传 分析研究。分析研究。27六、六、别构酶别构酶（allostericallosteric enzyme enzyme）1.1.概念：概念：别构酶别构酶是具有四级结构
14、的多亚基的寡是具有四级结构的多亚基的寡聚酶，聚酶，在在别别构剂构剂(生理小分子物质生理小分子物质)的作的作用下用下,酶分子的酶分子的构象构象发生发生轻微的变化轻微的变化,从从而使酶的活性而使酶的活性升高升高或或降低降低,这类酶属这类酶属别别构酶。构酶。28 2.2.结构特点结构特点:1)1)多亚基的寡聚酶多亚基的寡聚酶 2)2)有两个位点有两个位点 催化位点催化位点(catalytic site)(catalytic site)别别构位点构位点(allosteric(allosteric site)site)3.3.别别构剂构剂:是生理小分子物质是生理小分子物质 (产物、产物、底物、中间代谢物
15、底物、中间代谢物)别别构激活剂构激活剂 (allosteric(allosteric activator)activator)别别构抑制剂构抑制剂 (allosteric(allosteric inhibitor)inhibitor)29 4.4.别构酶在细胞物质代谢上的调节中别构酶在细胞物质代谢上的调节中 发挥重要作用发挥重要作用,又称调节酶。又称调节酶。（regulatory enzymeregulatory enzyme）磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1是变构酶是变构酶 别构抑制剂：别构抑制剂：高浓度高浓度ATPATP、拧檬酸、拧檬酸、H H+别构激活剂：别构激活剂：AMPAMP、ADP
16、ADP、果糖果糖-1.6-1.6二磷酸二磷酸,果糖果糖-2,6-2,6二磷酸、二磷酸、H H3 3POPO4 4磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-130 七、修饰酶七、修饰酶（modification enzymemodification enzyme）1.概念：概念：体内有些酶需在其它酶作用下，对酶体内有些酶需在其它酶作用下，对酶 分子结构进行修饰后才具催化活性，分子结构进行修饰后才具催化活性，这类酶称为修饰酶这类酶称为修饰酶 2.2.修饰酶以共价修饰为多见，如修饰酶以共价修饰为多见，如磷酸化磷酸化 与去磷酸化、乙酰化与去乙酰化、尿与去磷酸化、乙酰化与去乙酰化、尿 苷酸化与去尿苷酸化、甲基化与去
17、甲苷酸化与去尿苷酸化、甲基化与去甲 基化基化 31 3.3.共价修饰调节的概念：共价修饰调节的概念：(covalent modification regulation)(covalent modification regulation)由于共价修饰导致酶活力改变称为由于共价修饰导致酶活力改变称为 酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节 体内最常见的共价修饰是酶的磷酸体内最常见的共价修饰是酶的磷酸 化与去磷酸化，还有酶的乙酰化与化与去磷酸化，还有酶的乙酰化与 去乙酰化、尿苷酸化与去尿苷酸化、去乙酰化、尿苷酸化与去尿苷酸化、甲基化与去甲基化等。甲基化与去甲基化等。32如如:糖原合成的限速酶糖原合成酶活性
18、糖原合成的限速酶糖原合成酶活性 受共价修饰的调节：受共价修饰的调节：依赖依赖cAMP的蛋白激酶的蛋白激酶 糖原合成酶糖原合成酶a 糖原合成糖原合成b 去磷酸化去磷酸化 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷酸化磷酸化 有活性有活性 无活性无活性 共价修饰反应迅速，具有级联式放大效共价修饰反应迅速，具有级联式放大效 应，是体内调节物质代谢的重要方式。应，是体内调节物质代谢的重要方式。3334 八、多酶复合体与多酶体系八、多酶复合体与多酶体系 1.多酶复合体多酶复合体（mutienzyme complex）概念：概念：体内有些酶彼此聚合在一起，组成一体内有些酶彼此聚合在一起，组成一 个物理的结合体，此结
19、合体称为多酶复个物理的结合体，此结合体称为多酶复 合体。若把多酶复合体解体，则各酶的合体。若把多酶复合体解体，则各酶的 催化活性消失催化活性消失。35 多酶复合体是生物体提高酶催化效率多酶复合体是生物体提高酶催化效率 的一种有效措施的一种有效措施 如：丙酮酸脱氢酶系属多酶复合体如：丙酮酸脱氢酶系属多酶复合体362.2.多酶体系多酶体系(multienzyme(multienzyme system)system)概念：概念：体内某些物质代谢途径有多种酶共同体内某些物质代谢途径有多种酶共同 参与，依次完成反应过程，这些酶在参与，依次完成反应过程，这些酶在 结构上无彼此关联，称为多酶体系结构上无彼此
20、关联，称为多酶体系。例如：糖酵解有例如：糖酵解有1111个酶参与反应，个酶参与反应，均存在于胞液，组成一个多酶体系。均存在于胞液，组成一个多酶体系。37 九、九、多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)1)定义：定义：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 的酶称为多功能酶或串联酶。的酶称为多功能酶或串联酶。2 2）分子结构：）分子结构：多功能酶中多功能酶中含多个活性中心含多个活性中心，相关，相关 的化学反应在一个酶分子上进行的化学反应在一个酶分子上进行 ，比多酶复合体更有效。比多酶复合体更有效。383）例如例如:大肠埃希菌大肠埃希菌DNADNA聚合酶
21、聚合酶I I 具有催化具有催化DNADNA链的合成链的合成、3-53-5核酸外核酸外 切酶切酶和和5-35-3核酸外切酶核酸外切酶三种三种活性活性 39第三节第三节 酶的分类与命名原则酶的分类与命名原则一一、根据酶的反应性质将酶分成六大类：根据酶的反应性质将酶分成六大类：1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductases)SH+S(0SH+S(02 2)S+SH(H)S+SH(H2 20)0)2.转移酶类转移酶类(transferases)SG+S S+SGSG+S S+SG 3.水解酶类水解酶类(hydrolases)SS+H SS+H2 2O SH+SOHO SH+SOH 40
22、4.裂解酶类裂解酶类(lyases)SS S+SSS S+S 5.异构酶类异构酶类(isomerases)S SS S 6.连接酶类连接酶类(ligases)S+S+ATP SS+ADP(AMP)+Pi(PPiS+S+ATP SS+ADP(AMP)+Pi(PPi)41 二、二、习惯命名法习惯命名法 1.以酶催化的底物加反应类型来命以酶催化的底物加反应类型来命 如：如：蛋白水解酶，蛋白水解酶，乳酸脱氢酶等乳酸脱氢酶等 2.对水解酶类，习惯上只用底物名称对水解酶类，习惯上只用底物名称 如：如：蛋白酶，蛋白酶，胆碱酯酶等胆碱酯酶等 3.有时在底物前加酶的来源有时在底物前加酶的来源 如：如：胃蛋白酶，
23、胃蛋白酶，唾液淀粉酶等唾液淀粉酶等 42三、系统命名法三、系统命名法 国际酶学委员会规定系统命名法包括国际酶学委员会规定系统命名法包括:1.酶的系统命名酶的系统命名 2.4位数字分类的酶编号位数字分类的酶编号 43如如:ATP+D-葡萄糖葡萄糖 ADP+D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸酶的系统命名为酶的系统命名为:ATP:葡萄糖磷酸转移酶葡萄糖磷酸转移酶 分类数是分类数是 E、C、2,7,1,1 E、C、2,7,1,1 (分类分类)(亚类亚类)(亚亚类亚亚类)(排号排号)(反应类型反应类型)(供体类型供体类型)(受体类型受体类型)国际酶学委员会国际酶学委员会 转移酶类转移酶类 磷酸磷酸 羟基羟基
24、44第四节第四节 酶促反应的特点和作用机制酶促反应的特点和作用机制 酶与一般催化剂的相同点酶与一般催化剂的相同点:1.降低反应的活化能降低反应的活化能 2.反应前后本身的质与量无明显改变反应前后本身的质与量无明显改变 3.加速反应平衡点的到达加速反应平衡点的到达,但不改变化学但不改变化学 反应的平衡点反应的平衡点 4.只能催化热力学上可能进行的反应只能催化热力学上可能进行的反应.(G E 在初速度条件下。反应开始在初速度条件下。反应开始 阶段游离阶段游离 S认为不变认为不变 S=St*ES处在恒态处在恒态 K1 ES=(K2+K3)ES(3)65方程方程(3)重排整理得到：重排整理得到：(4)
25、K2 K3令令 Km K1 Km为米氏常数为米氏常数将将 Km代入代入(4)得到得到 ES E S/Km(5)(5)K1 E S E S ES=K2+K3 (K2+K3)/K166 设在反应体系中：设在反应体系中：S E Et-ES=E(6)将将(6)代入代入(5)整理后得到：整理后得到：S Et ES =(7)Km+S E S Et-ES S ES=Km Km67从方程从方程(2)中得到中得到ES=v/K3,代入代入(7)得到：得到：K3 Et S v =(8)Km+S 当当 Et =ES ,此时反应速度达到最大速度，以此时反应速度达到最大速度，以Vmax表示，表示，即即V=K3 Et ,代
26、入代入(8),即即 Vmax S v=(9)Km+S 681.当当s Km时时 V maxs v=Km V,Km均为常数反应速度与底物浓度成正比均为常数反应速度与底物浓度成正比2.当当s Km时时,Vmax s v=Vmax s 此时反应速度达到最大速度此时反应速度达到最大速度,再增加底物浓度再增加底物浓度 反应速度不会改变反应速度不会改变3.s=Km时时,Vmax s Vmax v=2 s 2693.3.米氏方程中的米氏方程中的KmKm与与V Vmaxmax的意义的意义1）Km的意义的意义:酶促反应最大反应速度一半时的酶促反应最大反应速度一半时的 底物浓度底物浓度,为该酶的为该酶的Km 70
27、2)Km的大小代表酶对底物亲和力大小的指标的大小代表酶对底物亲和力大小的指标 K2+K3因为因为 Km =K1 当当K2 K3时时 Km=K2/K1=E S/ES此时此时Km即为即为ES的解离常数的解离常数 *Km的大小代表的大小代表E与与S的的亲和力亲和力 *Km越大越大，亲和力，亲和力越小越小(反应速度慢反应速度慢)*Km越小越小，亲和力，亲和力越大越大(反应速度快反应速度快)713)Km值是酶的特征性常数之一，只与酶值是酶的特征性常数之一，只与酶 的结构、酶所催化的底物和反应环境的结构、酶所催化的底物和反应环境 （如温度、（如温度、pH、离子强度）有关，与酶、离子强度）有关，与酶 的浓度
28、无关。的浓度无关。催化相同反应的不同酶，各有其特征催化相同反应的不同酶，各有其特征Km 一种酶作用于不同底物时，一种酶作用于不同底物时，Km不同不同 724)已知一个酶的已知一个酶的Km,和底物浓度可从和底物浓度可从Vmax 计算酶的转换数计算酶的转换数（turnover number）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，与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。73 Vmax=K3 E K3=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 酶的转换数酶的转换数即动力学常数即动力学常数K3。VmaxE 744.Km和和Vmax值的测定
29、值的测定 双倒数作图法双倒数作图法 (Lineweaver-Burk plot)1 Km 1 1 =+v Vmax S Vmax75三、温度对酶促反应速度的影响和酶三、温度对酶促反应速度的影响和酶 作用的最适温度作用的最适温度 1.温度对酶促反应速温度对酶促反应速 度的影响温度升高度的影响温度升高,酶促反应速度加快酶促反应速度加快,并可使酶变性失活。并可使酶变性失活。2.酶的最适酶的最适 温温（optimun temperature）在某一温度使酶促反在某一温度使酶促反 应效率最高应效率最高,这个温这个温 度称该酶的最适度称该酶的最适 温度。温度。图图4-15763.酶的最适酶的最适 温度不是
30、酶的特征性常数，温度不是酶的特征性常数，其取决与反应的持续时间其取决与反应的持续时间.图图 4-1677四、四、pH对酶促反应速度的影响和酶对酶促反应速度的影响和酶 作用的最适作用的最适pH 1.酶促反应受介质酶促反应受介质pH的影响的影响 酶促反应与酶分子活性基团，底物酶促反应与酶分子活性基团，底物 分子及辅分子及辅 酶酶 或辅基电离状态与酶或辅基电离状态与酶 的催化作用有关。的催化作用有关。78图图4-1779 2.酶作用的最适酶作用的最适pH(optimum,pH)在某一在某一 pH时酶促反应效率最高时酶促反应效率最高,这个这个pH称为该酶作用的最适称为该酶作用的最适pH.3.酶作用的最
31、适酶作用的最适pH不是酶的特征性常数不是酶的特征性常数 4.体内多数酶的最适体内多数酶的最适pH接近中性接近中性80五、激活剂的影响五、激活剂的影响 1.激活剂激活剂(activator)的定义的定义:凡能提高酶活性，加速酶促反应进行的凡能提高酶活性，加速酶促反应进行的 物质都称为该酶的激活剂物质都称为该酶的激活剂(activator)。2.激活剂的分类激活剂的分类 1)无机离子激活剂无机离子激活剂 如：如：Cl-、Mg2+、Zn2+离子等离子等 2)一些小分子的有机化合物一些小分子的有机化合物 如：半胱氨酸、谷胱甘肽等如：半胱氨酸、谷胱甘肽等 81 3)生物大分子激活剂生物大分子激活剂 如：
32、蛋白激酶如：蛋白激酶3.3.激活剂对酶的作用具有一定的选择性激活剂对酶的作用具有一定的选择性 82六六、抑制剂对酶促反应速度的影响、抑制剂对酶促反应速度的影响 1.抑制剂抑制剂(inhibitor)的定义的定义:能使酶活力下降低而不使酶蛋白能使酶活力下降低而不使酶蛋白 变性的物质变性的物质 2.抑制作用方式分类抑制作用方式分类:不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用(irreversible inhibition）可逆性抑制作用可逆性抑制作用(reversible inhibition)83*不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用 非专一性不可逆性抑制作用非专一性不可逆性抑制作用 专一性不可逆性抑制作用专
33、一性不可逆性抑制作用 *可逆性抑制作用可逆性抑制作用 竞争性抑制作用竞争性抑制作用 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用84 1.不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用 1）定义：）定义：抑制剂以抑制剂以共价键共价键与酶的必需基与酶的必需基 团结合团结合,能使酶活力下降低。能使酶活力下降低。抑制剂不能抑制剂不能 用透析或超滤方法与酶分开。用透析或超滤方法与酶分开。2）分类：）分类：非专一性不可逆性抑制作用非专一性不可逆性抑制作用 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 分是必需基团还是非必需基团。分是必需基团还是非必需基团。85例如例如:
34、重金属离子重金属离子pb2+、Cu 2+、Hg2+等与等与 酶分子的酶分子的-SH结合结合ClAsClCHCHCl+ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl路易士气路易士气巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶86二巯基丙醇二巯基丙醇或或丁二酸钠等含巯基丁二酸钠等含巯基的化合物的化合物 87 专一性不可逆性抑制作用专一性不可逆性抑制作用 抑制剂专一性地以共价键与酶的活性中心的抑制剂专一性地以共价键与酶的活性中心的 必需基团结合，能使酶活力下降低。必需基团结合，能使酶活力下降低。例如例如:二异丙基氟磷酸二异丙基氟磷酸(DIFP)结合于胆碱结合于胆碱 酯酯酶活性中心的酶活性中心的丝氨酸残基丝氨酸残基88
35、解磷定解磷定89 2.可逆性抑制作用可逆性抑制作用 抑制剂以抑制剂以非共价键非共价键与酶的结合与酶的结合,抑制剂可抑制剂可 用透析等物理方法把酶与抑制剂分开用透析等物理方法把酶与抑制剂分开,恢复恢复 酶的催化活性酶的催化活性.90 竞争性抑制作用竞争性抑制作用(competitive inhibition)K1 K3 +S E +PE K2 ES Ki EII K1 K3E+S ES E +P+IEIKiK2911)竞争性抑制作用的特点竞争性抑制作用的特点 I与与S结构相似结构相似 抑制作用的强弱取决于抑制作用的强弱取决于I与与S的浓度的的浓度的 相对比例。当增大相对比例。当增大S浓度时能恢复
36、酶浓度时能恢复酶 活性活性，Vmax不变。不变。I与与S竞争与酶的活性中心结合竞争与酶的活性中心结合，使，使 酶的活性抑制，酶的活性抑制，Km增大。增大。92 2)例如：对琥珀酸脱例如：对琥珀酸脱 氢酶的竞争性抑制作用氢酶的竞争性抑制作用E-琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶S-琥珀酸琥珀酸 I-丙二酸、草酰乙酸、苹果酸丙二酸、草酰乙酸、苹果酸933)竞争性抑制作用动力学方程为竞争性抑制作用动力学方程为：*双倒数法动力学方程为双倒数法动力学方程为 I1 Km(1+)ki 1 1 =+v Vmax S Vmax IKm增大增大(1+)倍，倍，V不变不变 Ki Vmax S v =Km(1+I/Ki)+S1
37、994 4)实际应用：实际应用：磺胺类药物的抑菌作用磺胺类药物的抑菌作用 E 二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 S 对氨基苯甲酸，二氢蝶啶，谷氨酸对氨基苯甲酸，二氢蝶啶，谷氨酸 I 磺胺类药物磺胺类药物95 作用机制：作用机制：磺胺类药物与对氨基苯甲酸化学磺胺类药物与对氨基苯甲酸化学 结构相似结构相似.对氨基苯甲酸竞争与二氢叶酸合成对氨基苯甲酸竞争与二氢叶酸合成 酶的活性中心酶的活性中心 结合结合.抑制酶的活性，使抑制酶的活性，使FH4 合成受阻合成受阻，导致导致DNA不能合成，使细菌繁殖停不能合成，使细菌繁殖停 止，起到抑菌作用。止，起到抑菌作用。96 S+I+S+IKiKiEESEIESIE+
38、P(2)非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用E+S ES E +P+IEsIKi+IEIKi97 1)非竞争性抑制作用的特点非竞争性抑制作用的特点I 可逆地与可逆地与E的非活性中心结合。的非活性中心结合。无论先生成无论先生成ES或或EI，均可形成，均可形成ESI，从而使从而使 P的生成量减少，因此的生成量减少，因此Vmax下降。下降。I 存在不妨碍存在不妨碍ES的形成，故的形成，故Km不变。不变。增加增加 S 的浓度，不能解除的浓度，不能解除I 的抑制作用。的抑制作用。98双倒数法动力学方程为双倒数法动力学方程为 1 I Km 1 1 =(1+)(+)v ki Vmax S V IKm不变不变，V
39、max降低降低(1+)倍倍 Ki VmaxS v =Km+S(1+I/K)2）非竞争性抑制作用动力学方程为）非竞争性抑制作用动力学方程为：20Vmax 1Vmax99+S E+P+IKiEESIES 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用E+S ES E +P+IESIKi100 1）反竞争性抑制作用的特点）反竞争性抑制作用的特点 I 不直接与酶结合而是与不直接与酶结合而是与ES的复合的复合物结合生成物结合生成ESI。生成生成ESI后后,使酶失活使酶失活,因此因此Vmax减小。减小。除形成除形成ES后产生产物外，还生成后产生产物外，还生成ESI，故故Km减小。减小。增加增加 S 的浓度，不能解除的浓
40、度，不能解除I 的抑制作用。的抑制作用。101 Vmax S v=I Km+S(1+)Ki双倒数法动力学方程为双倒数法动力学方程为 1 Km 1 1 I =+(1+)v Vmax S Vmax ki IKm与与Vmax均降低均降低(1+)倍倍 Ki2)反竞争性抑制作用动力学方程为反竞争性抑制作用动力学方程为：21Vmax1Vmax102103第六节、其他类型的生物催化剂第六节、其他类型的生物催化剂一、一、核酶核酶（ribozymeribozyme）1.1.核酶核酶发现发现 19821982年，年，CechCech在四膜虫在四膜虫rRNArRNA前体的研前体的研 究中发现究中发现rRNArRNA
41、前体具有自我剪接作用前体具有自我剪接作用2.2.核酶的定义：核酶的定义：具有催化活性的具有催化活性的RNARNA称为核酶称为核酶3.3.核酶作用方式：剪切型、剪接型等类型核酶作用方式：剪切型、剪接型等类型1044.4.核酶催化作用需有特定的二级结构，主要核酶催化作用需有特定的二级结构，主要 为锤头状结构为锤头状结构 与发夹状结构与发夹状结构 5.5.核酶可用于核酶可用于RNA重组、控制基因表达重组、控制基因表达、破坏病毒、癌基因等致病基因。破坏病毒、癌基因等致病基因。1055.5.核酶可用于核酶可用于RNA重组、重组、控制基因表达控制基因表达、破坏、破坏 病毒、癌基因等致病病毒、癌基因等致病
42、基因。基因。106 二、抗体酶二、抗体酶（abzyme）1.1.抗体酶的概念：抗体酶的概念：具有催化功能的抗体分子具有催化功能的抗体分子 称为抗体酶。称为抗体酶。1072.2.抗体酶的应用前景抗体酶的应用前景1 1）制备自然界不存在的新酶种）制备自然界不存在的新酶种2 2）为选择性切割病毒或肿瘤特异蛋白）为选择性切割病毒或肿瘤特异蛋白 质以治疗病毒感染和肿瘤等疾病开质以治疗病毒感染和肿瘤等疾病开 辟了新途径。辟了新途径。108三、模拟酶三、模拟酶1.1.模拟酶的概念模拟酶的概念 模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部位学合成
43、方法，人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。和催化部位的非蛋白质有机化合物。2.2.如：胰凝乳蛋白酶的模拟酶如：胰凝乳蛋白酶的模拟酶3.3.模拟酶的优越性模拟酶的优越性 具有天然酶的高效、特异的催化作用具有天然酶的高效、特异的催化作用 分子小，稳定，应用方便分子小，稳定，应用方便109 第七节第七节 酶在医学上的应用酶在医学上的应用 一、酶活力测定与酶单位一、酶活力测定与酶单位 1.酶活性单位酶活性单位：在：在规定的温度、规定的温度、pH、和、和 底物的浓度的条件下，测定单位时间内底物的浓度的条件下，测定单位时间内 底物的消耗量或产物的生成量底物的消耗量或产物的生成量作为酶
44、活作为酶活 性单位性单位。1102.酶国际单位酶国际单位：1 1min内使内使1mol底物转变的底物转变的 酶量酶量作为一个酶国际单位。作为一个酶国际单位。3.催量（催量（Katal,简称简称 Kat）的定义：）的定义：在特定的测定系统中，催化底物每秒钟转在特定的测定系统中，催化底物每秒钟转 变变1mol的酶量。的酶量。1国际单位国际单位=1 mol/分分=1 mol/60s =16.67 nmol/s =16.67nKcat111二、酶与某些疾病的关系二、酶与某些疾病的关系1.酶缺陷所致的疾病酶缺陷所致的疾病 酶缺陷引起的疾病多为先天性或遗传性疾病酶缺陷引起的疾病多为先天性或遗传性疾病 如如
45、:1):1)缺乏葡萄糖缺乏葡萄糖-6-6-磷酸脱氢梅磷酸脱氢梅 引起的蚕豆黄引起的蚕豆黄 2)2)酪氨酸羟化酶缺乏导致的白化症等酪氨酸羟化酶缺乏导致的白化症等1122.2.重金属与有机磷农药中毒与酶活性的抑制重金属与有机磷农药中毒与酶活性的抑制 如如:1):1)常用的有机磷农药敌百虫等，能与胆常用的有机磷农药敌百虫等，能与胆 碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合而碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合而 失活失活 2)2)重金属重金属As2+,Hg2+,Ag2+等可与某些酶等可与某些酶 的巯基结合而使酶活性丧失，的巯基结合而使酶活性丧失，3)3)氰化物能与细胞色素氧化酶的结合，氰化物能与细胞色素氧化酶的结合，可使生物氧化中断，严重威胁生命。可使生物氧化中断，严重威胁生命。113三、酶与疾病的诊断和治疗中的应用三、酶与疾病的诊断和治疗中的应用1.1.酶与疾病的诊断酶与疾病的诊断2.2.酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗 替代治疗替代治疗 抑菌治疗抑菌治疗 抗癌治疗抗癌治疗 对症治疗对症治疗 调整代谢调整代谢
