《生物化学》教学课件-第六章 酶

最适温度：使V达到最大时的反应温度
四、 pH对反应速度的影响
• 影响酶、底物、辅助因子等的解离程度 • 体外实验选取适当缓冲液
最适pH——酶促反应速度达到最大时的溶液的pH
五、激活剂对反应速度的影响
激活剂——能使酶活性提高的物质 Mg2+－ATP对己糖激酶 Cl－对唾液淀粉酶
必需激活剂（无活性变为有活性 ） 非必需激活剂（酶活性提高）
六、抑制剂对反应速度的影响
抑制剂（inhibitor）—— 使酶活性降低而又不使酶变性的物质
抑制作用
不可逆抑制
丝氨酸酶抑制剂 巯基酶抑制剂 竞争性抑制作用
可逆性抑制
非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用
（一）不可逆抑制作用
• 概念：抑制剂与酶活性中心必需基团共价结合， 不能用透析、超滤等物理方法将其除去恢复酶 活性。
J.B.萨姆纳 James Batcheller Sumner 美国 (1887～1955) 1926年：脲酶结晶 1937年：过氧化氢酶结晶 1946年：获诺贝尔化学奖
生物催化剂
酶 核酶（具有催化作用的核酸）
教学内容
酶的分子组成与活性中心 酶促反应特点与机制 酶促反应动力学 酶的调节 酶的命名与分类 酶与医学的关系
酶的磷酸化与脱磷酸化
ATP
ADP
蛋白激酶 Thr Ser -OH Tyr
磷蛋白磷酸酶
酶蛋白
Thr Ser -O-PO3H2 Tyr
磷酸化的酶蛋白
Pi
H2O
3.酶促化学修饰调节的特点及生理意义
（1）具有 无活性 和 有活性 两种 (低活性) (高活性)
（2）活性互变由不同的酶所催化 （3）属快速调节方式 （4）有共价键的变化 （5）有放大效应
酶的分类——分六大类
1. 氧化还原酶类 2. 转移酶类 3. 水解酶类 4. 裂解酶类 5. 异构酶类 6. 合成酶类
国际系统分类：每种酶的分类编号均有4组数字组成 如：乳酸脱氢酶——EC1.1.1.27
第六节 酶与医学的关系
• 酶与某些疾病发生的关系 • 酶在疾病诊断上的应用 • 酶在疾病治疗中的应用
一条多肽链具有多种催化
(multifunctional enzyme) 功能 的酶,也称串连酶
一、酶的分子组成
酶
单纯酶
结合酶
蛋白质部分 + 非蛋白质部分 = 全酶
（酶蛋白）
（辅助因子） （有活性）
辅酶 辅基
小分子有机化合物 （B族维生素）
无机金属离子
辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合疏松，可以用透析 或超滤方法除去的辅助因子；
（三）Km值和Vm值的求法
双倒数作图法（林－贝氏作图法）
1 Km 1 1
=
.+
v Vm S Vm
（y = a x + b）
二、酶浓度对反应速度的影响
当[S] »[E]时，则 V ∝ [E]
三、温度对反应速度的影响
T对酶产生双重影响（T↑） ①使分子碰撞↑→V↑ ②使酶变性→V↓ T较低时， T↑， ① > ② ，V↑， T较高时， T↑， ② > ① ，V↓。
CH3 CHOH
COOH
+ NAD+
(心 肌)
LDH1
LDH5
(骨骼肌)
CH3 C=O + NADH + H+ COOH
人体某些组织LDH同工酶电泳图谱
LDH同工酶谱分析的临床意义
心肌梗塞——血清LDH1 染色斑点大而深 肝癌——血清LDH5 染色斑点大而深
第五节 酶的命名与分类
酶的命名： 习惯命名法 系统命名法
甲基 酰基和氢原子
二、酶的活性中心
• 必需基团： 酶分子中与酶活性相关的基团 （羟基、巯基、咪唑基和羧基）
活性中心内必需基团——结合和催化 活性中心外必需基团——维持酶构象
• 活性中心：酶分子表面与底物结合并将底物转化 为产物的空间结构区域
结合基团 催化基团
酶的活性中心特点：
1. 体积小 2. 三维空间构象,酶分子表面形成裂隙 3. 以非共价键与底物结合
辅酶或辅基名称
TPP FMN FAD NAD+ NADP+ 磷酸吡哆醛 辅酶A(CoA) 生物素 四氢叶酸 钴胺素辅酶类 硫辛酸
所含维生素 维生素B1 维生素B2 同上 烟酰胺 同上 吡哆醛 泛酸 生物素 叶酸 维生素B12 硫辛酸
转移基团或原子 羟乙基
氢原子(电子) 同上 同上 同上 氨基 酰基
二氧化碳 一碳单位
第一节 酶的分子组成与活性中心
酶的存在形式：
• 单体酶： (monomeric enzyme)
• 寡聚酶： (oligomeric enzyme)
只由一条多肽链构成的酶
由多个亚基以非共价键连 接的酶
• 多酶体系：
由几种不同功能的酶彼此聚
(multienzyme system) 合形成
• 多功能酶：
PABA
FH2合成酶
FH2还原酶
二氢蝶呤
FH2
FH4
谷氨酸
磺胺类药物（-）
MTX（-）
（氨甲蝶呤）
结构相似
结构相似 蛋白质←核酸
SN抑制敏感细菌பைடு நூலகம்生长、繁殖
2.非竞争性抑制
抑制剂与活性中心以外的必需基团相结合，而
使酶失去活性，称为非竞争性抑制作用。
E
E
E
E
非竞争性抑制特点：
（1）底物和抑制剂结构不相似 （2）底物和抑制剂可同时与酶的不同部位相结合 （3）抑制程度只取决于[I] （4）增加[S]不能去除抑制作用 （5）Km值不变，Vmax值降低
• 消化酶类（多酶片……） • 抗炎清创酶类（胰蛋白酶、纤溶酶……） • 抗氧化酶类（SOD……） • 抗栓酶类（尿激酶……） • 抗肿瘤细胞生长的酶（天冬酰胺酶……）
The end
酶促反应高效性机制：有效降低活化能
... ...
... .
具高度特异性：酶对底物的选择性 类型：绝对特异性
相对特异性 立体异构的特异性
• Kat单位：每秒钟转化1mol底物所需的酶量 1Kat——1mol ·s -1 IU＝16.67×10-9Kat
第四节 酶 的 调 节
体内代谢途径的调节——酶（关键酶）的调 节（结构 、含量）
代谢途径：
A
B
C
D
E1活性低 E2 活性高
E3活性高
整个代谢途径中催化单向反应、速度较慢的酶： 关键酶或限速酶
Km增大
1 Vm
Vm不变
-1 Km
竞争性抑制作用
竞争性抑制作用举例：
1. 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用
2. 磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制作用
H2 N
COOH
PABA (对氨基苯甲酸)
H2 N
SO2NHR
SN
（磺胺类药）
磺胺药与PABA相互竞争与FH2合成酶结合
磺胺类药物的抑菌机理
第二节 酶促反应的特点与机制
一、酶促反应的特点
• 高度不稳定性 • 具高度的催化效率 • 具高度特异性（专一性） • 酶活力的可调节性
二、酶促反应的机制
酶作用特异性的机制——诱导契合学说
E+S
ES
E+ P
第三节 酶促反应动力学
1. 底物浓度[S] 2. 酶的浓度[E] 3. 温度（T） 4. pH值 5. 激活剂（A） 6. 抑制剂（I）
胰蛋白酶原激活示意图
别构抑制与别构激活
2. 别构调节的机制
别构酶（多亚基）
催化亚基 调节亚基
3. 别构调节的意义
• 防止产物过多 • 代谢物合理调配和有效利用
二、 酶促化学修饰调节(共价修饰调节)
1. 概念: 酶蛋白肽链上一些基团在酶的催化下与某些化学
基团发生可逆的共价结合，从而改变酶活性。
2.共价修饰类型：
（1）磷酸化与脱磷酸（最常见） （2）乙酰化与脱乙酰 （3）甲基化与去甲基 （4）腺苷化与脱腺苷 （5）-SH与-S-S-互变
一、底物浓度对反应速度的影响
E+S K1 ES K3 E+P
K2
（一）米－曼氏方程式
1913年，L.Michaelis和M.L.Menten提出米氏 方程式
Vm [S]
V= Km + [S]
Km ＝
K2＋ K3 K1
Km ——米氏常数 Vm——最大反应速度
（二）Km的意义
1. = 1/2 Vm， Km = [S]， Km单位：mol/L 2. Km 可以近似地代表E与S的亲和力 （Km越小，E与S亲和力越大；反之，亲和力越小。） 3. Km是酶的特征性常数
1 Vm
1 Km
Km不变 Vm变小
非竞争性抑制作用
3.反竞争性抑制
这类抑制剂只可与ES复合物结合,不能与 E直 接结合,主要抑制催化功能, 不影响底物结合位点。
E+S
ES
E+P
+
I
EIS
Km变小 Vm变小
1 Vm 1 Km
反竞争性抑制作用
各种可逆性抑制作用的比较
竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制
辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密，不易 用透析或超滤方法除去的辅助因子。
酶蛋白作用： 决定酶催反应的特异性
结合酶
（1）稳定酶蛋白活性构象
金属离子作用：（（23））参连与接构酶成和酶底的物活的性桥中梁心
辅助因子
（4）中和阴离子
辅酶或辅基的作用： 传递电子、原子或某些基团
含B族维生素的辅酶(或辅基)及其在催化中的作用
三、酶蛋白含量的调节
1.酶蛋白合成的诱导与阻遏 诱导剂、诱导作用 阻遏剂、阻遏作用
2.酶降解的调控
四、酶原与酶原的激活
酶原(zymogen)：无活性的酶前身 酶原激活:酶原转化为有活性的酶的过程 举例：胰蛋白酶原的激活
酶原激活机理：活性中心的形成与暴露 意义：（1）避免细胞的自身的消化
（2）保证酶在特定部位或环境发挥作用 （3）可视为酶的储存形式
一、 别构调节
1. 概念
体内一些代谢物（别构效应剂）与酶蛋白分子活 性中心以外的某一部位可逆地结合，引起酶蛋白分 子构象变化，从而改变酶的活性，又称变构调节。
活性中心
EE
（激活或抑制） 酶活性改变
酶结构改变
别构部位
别构效应剂
• 受别构调节的酶—— 别构酶 • 别构效应剂： 别构激活剂
别构抑制剂
I 结合的对象
E
E、ES
ES
Km变化 Vmax变化
增大 不变
不变 降低
减小 降低
七、酶的活性测定与酶活性单位
酶活性： 酶在最适条件下，单位时间内，酶催化底物的
减少量或产物的生成量。 酶纯度表示：比活力（酶活性单位/mg蛋白）
酶活性单位表示：
• 国际单位（IU）：每分钟转化1μmol底物所需 的酶量 1IU——1μmol · min-1
第六章 酶 enzyme
导学
1.掌握酶的分子组成与活性中心，酶促反应特点， 酶的调节；
2.熟悉酶促反应动力学，酶活性测定与酶活性单 位；
3.了解酶促反应机制，核酶概念，酶的命名与分 类，酶与医学的关系。
酶的定义：
是由活细胞产生的具有催化作用 的蛋白质。
James Batcheller Sumner
五、 同工酶（isoenzyme）
• 概念: 催化相同的化学反应，但酶的分子结 构、理
化性质、免疫学性质乃至生物学功能有所不同的 一组酶。
• 举例：乳酸脱氢酶（LDH）
两种亚基：H型、M型，四聚体, 5种同工酶 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
H4
H3M
H2M2
HM3
M4
LDH同工酶的生理功能
• 常见抑制剂：丝氨酸酶抑制剂 巯基酶抑制剂
1.巯基酶抑制剂
• 巯基酶：以巯基（-SH）为必需基团的酶 • 抑制剂：重金属离子Ag+、Hg2+、砷剂等 • 解除重金属离子中毒的常用物质：二巯基丙醇
巯基酶的失活与复活
2. 丝氨酸酶抑制剂
• 丝氨酸酶：以丝氨酸羟基(-OH)为必需基团的酶 • 抑制剂：有机磷化合物 • 如胆碱酯酶抑制可用解磷定解救
胆碱酯酶的失活与复活
有机磷农药的中毒机理：
有机磷杀虫剂
乙酰胆碱 + H2O
胆碱酯酶
×
胆碱 + 乙酸
胆碱能神经兴奋↑
中毒
（心跳变慢、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难）
（二）可逆性抑制作用
• 概念：抑制剂与酶非共价结合，可用透析、 超滤等方法除去而恢复酶活性。
• 类型：竞争性抑制作用 非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用
1.竞争性抑制
• 抑制剂与底物结构相似，两者竞争与酶的活性中
心结合，当抑制剂与酶结合后，可以干扰酶E与底
物的结合，使酶的催化活性降低。
E
E
竞争性抑制特点：
（1）抑制剂与底物的结构相似； （2）抑制剂与底物相互竞争与酶活性中心结合； （3）抑制程度取决于[I]/ [S]相对比例； （4）增加底物浓度，可以减少或解除抑制作用； （5）Km值增大，Vm值不变
一、酶与某些疾病发生的关系
酪氨酸酶缺陷 ——白化病
苯丙氨酸羟化酶缺陷 ——苯丙酮酸尿症
二、酶在疾病诊断上的应用
ALT（GPT）——肝脏疾患 LDH同工酶谱——心肌梗塞、肝癌等 碱性磷酸酶（ALP）——骨与肝脏疾患 酸性磷酸酶（ACP）——前列腺转移癌 肌酸激酶（CK）——心肌梗塞、肌肉疾患
三、酶在疾病治疗中的应用