酶的介绍

变构激活剂 变构抑制剂
变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应。
V
变构激活
无变构效应剂
变构抑制
[S] 变构酶的Ｓ形曲线
酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速 调节方式之一。
常见类型
➢ 磷酸化与脱磷酸化（最常见） ➢ 乙酰化和脱乙酰化 ➢ 甲基化和脱甲基化 ➢ 腺苷化和脱腺苷化 ➢ －SH与－S－S互变
肠激酶 胰蛋白酶 缬天天天天赖异缬甘
组
46 丝
S
18
S
3
SS
缬天天天天赖
活性中心
缬
异甘组
丝
S
S
SS
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。
（二）酶促反应具有高度的特异性 酶的特异性 (specificity) 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。
（三）酶促反应的可调节性
根据酶对其底物结构选择的严格程度不同， 酶的特异性可大致分为以下3种类型： ➢ 绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于 特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成 一种特定结构的产物 。 ➢ 相对特异性(relative specificity)：作用于一类 化合物或一种化学键。 ➢ 立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立 体异构体中的一种。
Vmax[S] V = Km+[S]
两边同取倒数
1/V=
Km Vmax
1/[S] + 1/Vmax
（林－贝氏方程）
1/V -1/Km
1/Vmax
1/[S]
2. Hanes作图法 在林－贝氏方程基础上，两边同乘[S]
[S]/V
[S]/V= [S]/Vmax +Km/Vmax
1/Vmax
Km/Vm
-Km
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。
酶的活性中心 (active center)
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。
➢ 活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合
治疗方法：催吐洗胃，硫酸镁导泻，阿托品和 解磷定静注。
RO
O
P
+ HO E
R' O
X
有机磷化合物 羟基酶
Cl
SH
As CH Cl
CHCl + E
SH
路易士气
巯基酶
S
CH2 SH
E
As CH CHCl + CH SH
S
CH2 OH
失活的酶
BAL
RO
O
P
R' O
O
失活的酶
+ HX
E
酸
S
E
As CH
S
失活的酶
Vmax/2
Km = [S]
Km
[S]
➢ Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
Vmax定义：是酶完全被底物饱和时的反应速率， 与酶浓度成正比。
（三）Ｋm值与Ｖmax值可以通过作图法求取
1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法
乳酸脱氢酶的同工酶
LDH5 (M4)
举例 2
BB
MB
CK1(BB) CK2(MB)
脑
心肌
MM
CK3(MM) 骨骼肌
肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶
第二节
酶的工作原理
The Mechanism of Enzyme Action
一、酶促反应的特点
（一）酶促反应具有极高的效率 酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。
酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。
ATP
ADP
蛋白激酶
Thr
Ser -OH
Tyr
酶蛋白
磷蛋白磷酸酶
Pi
H2O
Thr Ser -O-PO32Tyr
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
酶原激活的机理 酶原 在特定条件下
一个或几个特定的肽键断裂，水解 掉一个或几个短肽
分子构象发生改变
形成或暴露出酶的活性中心
(deoxyribozyme)。
第一节
酶的分子结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
➢酶是一类对其特异底物具有高效催化 作用的蛋白质或核酸。
酶的不同形式: ➢单体酶(monomeric enzyme) ➢寡聚酶(oligomeric enzyme) ➢多酶体系(multienzyme system) ➢多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶
尼克酰胺（维生素PP）之一
维生素B2（核黄素） 维生素B2（核黄素） 维生素B1（硫胺素） 泛酸 硫辛酸
烷基 二氧化碳
钴胺素辅酶类 生物素
维生素B12 生物素
氨基
磷酸吡哆醛
甲基、甲烯基、甲炔基、 四氢叶酸 甲酰基等一碳单位
吡哆醛（维生素B6之一） 叶酸
二、酶的活性中心是酶分子中执行 其催化功能的部位
➢ 酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH (optimum pH)。
pH对某些酶活 性的影响
案例分析
患者：女性，45岁，已婚，汉族，农民。自服 “敌百虫”（有机磷农药）约100mL。
表现：头晕、恶心、呕吐。神志不清、刺激反 应差。
体格检查：体温37.1度，脉搏85次/分，呼吸30 次/分，血压115/65mmHg，，神智模糊，急 性病容，光敏，唇无发绀，呼吸急促，口吐 白沫，双肺湿性罗音，腹平软。
目录
能 量
一般催化剂催 化反应的活化能
底物
非催化反应活化能
酶促反应 活化能
反应总能量改变
产物 反应过程
酶促反应活化能的改变
活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量 。
（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成 过渡态
酶底物复合物
E+S
ES
(过渡态)
E+P
1. 诱导契合作用使酶与底物密切结合
[S]
二、酶浓度对反应速率的影响
V
➢ 当[S]＞＞[E]，酶可被底 物饱和的情况下，反应 速率与酶浓度成正比。
➢ 关系式为：V = k3 [E]
0
[E]
当[S]>>[E]时，Vmax = k3 [E] 酶浓度对反应速率的影响
温度对淀粉酶活性的影响
四、pH通过改变酶和底物分子解离状态 影响反应速率
Vmax 不 变 ， 表 观 Km增大。
抑制剂↑ 无抑制剂
1/[S]
举例
➢丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶
琥珀酸
琥珀酸脱氢酶
延胡索酸
COOH FAD
FADH2
CH2 CH2 COOH
COOH
CH2 COOH
丙二酸
➢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
二氢蝶呤啶 ＋ 对氨基苯甲酸 ＋ 谷氨酸
── Ｖ ＝ Vmax[S] Km + [S]
[S]：底物浓度 V：不同[S]时的反应速率 Vmax：最大反应速率(maximum velocity)
Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
Km值的推导
当反应速率为最大反应速率一半时：
Vmax = Vmax[S]
2
Km + [S]
V Vmax
转移的基团
小分子有机化合物（辅酶或辅基）
名称
所含的维生素
氢原子（质子）
醛基 酰基
NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，辅酶I NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸，辅酶II FMN（黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸） TPP（焦磷酸硫胺素）
辅酶A（CoA） 硫辛酸
尼克酰胺（维生素PP）之一
作用特征 无抑制剂 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制
与I结合的组分
动力学参数 表观Km 最大速度
林-贝氏作图 斜率 纵轴截距 横轴截距
Km Vmax
Km/Vmax 1/Vmax -1/Km
E
增大 不变
增大 不变 增大
E、ES
不变 降低
增大 增大 不变
ES
减小 降低
不变 增大 减小
一、调节酶实现对酶促反应速率的 快速调节
第五节
酶的命名与分类
The Naming and Classification of Enzyme
(tandem enzyme)
一、酶的分子组成中常含有辅助因子
单纯酶 (simple enzyme)
结合酶 (conjugated enzyme)
全酶 (holoenzyme)
蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
辅助因子 (cofactor)
金属离子 小分子有机化合物
某些辅酶（辅基）在催化中的作用
V Vmax
[S] ➢当底物浓度高达一定程度：
反应速率不再增加，达最大速率；反 应为零级反应
（一）米－曼氏方程式揭示单底物反应的 动力学特性
➢ 解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的 最合理学说是中间产物学说：
E+S
k1 ES k3
k2
中间产物
E+P
➢ 1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底物 浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简 称米氏方程式 (Michaelis equation)。
➢ 101位Asp和108位 Trp是结合基团。
三、同工酶
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 1
HH HH
HH HM
HH MM
HM MM
MM MM
LDH1 (HHale Waihona Puke Baidu)
LDH2
LDH3
LDH4
()H3M
()H2M2
()HM3
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
活性中心以外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
溶菌酶的活性中心
➢ 溶菌酶的活性中心 是一裂隙，可以容 纳肽多糖的6个单 糖基（A，B，C， D，E，F），并与 之 形 成 氢 键 和 van derwaals力。
➢ 催 化 基 团 是 35 位 Glu，52位Asp；
酶促反应动力学：研究各种因素对酶促 反应速率的影响，并加以定量的阐述。
影响因素包括：底物浓度、酶浓度、
pH、温度、抑制剂、激活剂等。
V Vmax
[S] ➢当底物浓度较低时：
反应速率与底物浓度成正比；反应为 一级反应。
V Vmax
[S] ➢随着底物浓度的增高：
反应速率不再成正比例加速；反应为 混合级反应。
CHCl + 2HCl
酸
SH
CH2
E
+ CH
SH
CH2
S As CH
S
OH
CHCl
巯基酶 BAL与砷剂结合物
反应模式
E+S + I
ES E + P I
EI S
E +S
ES
E +P
E +I
EI
特点
➢I与S结构类似，竞
1/V
争酶的活性中心；
➢抑制程度取决于抑 制剂与酶的相对亲 和力及底物浓度；
➢动 力 学 特 点 ：
➢酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相 互变形和相互适应，进而相互结合。这一过 程称为酶-底物结合的诱导契合(induced-fit) 。
酶的诱导契合动画
羧
肽
酶
的
底物
诱 导
契
合
模
式
邻近效应与定向排列：
第三节
酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
第3章
酶
Enzyme
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。 ➢ 1878年，Kühne首次提出Enzyme一词。 ➢ 1897年，Eduard Buchner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
1/V
抑制剂↑ 无抑制剂
1/[S]
反应模式
E+S ES E+P +
I ESI
E+ S
ES
E +P
ESI
特点：
➢抑制剂只与酶－底
1/V
物复合物结合；
➢抑制程度取决与抑 制剂的浓度及底物 的浓度；
➢动力学特点：Vmax 降 低 ， 表 观 Km 降 低。
抑制剂↑ 无抑制剂
1/[S]
各种可逆性抑制作用的比较
（一）变构酶通过变构调节酶的活性
变构调节 (allosteric regulation)
一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的 某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变 酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。
变构酶 (allosteric enzyme) 变构部位 (allosteric site) 变构效应剂 (allosteric effector)
二氢叶酸 H2N 合成酶
COOH
二氢叶酸
H2N
SO2NHR
磺胺类药物
➢非竞争性抑制
E+S
ES
反应模式
+
+
I
I
EI+S
EIS
+S
E
ES
－S
+S
EI
ESI
－S
E+P
E +P
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。