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1、第五章 酶一、什么是酶?一、什么是酶?(一一一一)酶是由酶是由酶是由酶是由活细胞活细胞活细胞活细胞产生的,对特异底物具有高产生的,对特异底物具有高产生的,对特异底物具有高产生的,对特异底物具有高效催化作用的蛋白质。又称生物催化剂。效催化作用的蛋白质。又称生物催化剂。效催化作用的蛋白质。又称生物催化剂。效催化作用的蛋白质。又称生物催化剂。(二二二二)化学本质化学本质化学本质化学本质蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质核酸核酸核酸核酸 (三三三三)酶所催化的化学反应称为酶促反应酶所催化的化学反应称为酶促反应酶所催化的化学反应称为酶促反应酶所催化的化学反应称为酶促反应 (四四四四)被酶催化的物质称被酶催化的物质
2、称被酶催化的物质称被酶催化的物质称底物底物底物底物(substrate,Ssubstrate,S),催化所生成的物质称催化所生成的物质称催化所生成的物质称催化所生成的物质称产物产物产物产物(product,Pproduct,P)。(Enzyme)教学大纲教学大纲n n1 1 酶的概念酶的概念n n2 2 酶的化学组成及各组分的功能酶的化学组成及各组分的功能n n3 3 酶促反应的特点酶促反应的特点n n4 4 必需基团的概念和分类必需基团的概念和分类n n5 5 活性中心的概念活性中心的概念n n6 6 酶原、酶原的激活的概念和意义酶原、酶原的激活的概念和意义n n7 7 同工酶的概念同工酶的
3、概念n n8 LDH8 LDH、CKCK在临床的应用在临床的应用n n9 9 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素n n10 10 米氏方程及米氏方程及KmKm的意义的意义n n11 11 竞争性抑制作用的特点竞争性抑制作用的特点一、一、酶的化学组成酶的化学组成(二二)结合酶结合酶(conjugated enzyme),即即全酶全酶 由氨基酸组分和非氨基酸组分构成的酶由氨基酸组分和非氨基酸组分构成的酶由氨基酸组分和非氨基酸组分构成的酶由氨基酸组分和非氨基酸组分构成的酶(一一)单纯酶单纯酶(simple enzyme)蛋白质部分:酶蛋白蛋白质部分:酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅
4、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)只有蛋白质部分,无辅助因子的酶即单纯酶。只有蛋白质部分,无辅助因子的酶即单纯酶。只有蛋白质部分,无辅助因子的酶即单纯酶。只有蛋白质部分,无辅助因子的酶即单纯酶。第一节 概 述(outline)1.辅助因子类型辅助因子类型(1)辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松,可疏松,可用用透析或超滤的方法除去。透析或超滤的方法除去。(2)辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合:与酶蛋白结合紧密,紧密,不能用不能用透析或超滤的方法除去。透析或超滤的方法除去。2.
5、2.结合酶结合酶结合酶结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用。催化作用。催化作用。催化作用。3.3.全酶各部分在催化反应中的作用全酶各部分在催化反应中的作用全酶各部分在催化反应中的作用全酶各部分在催化反应中的作用(1)(1)酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性。决定反应的特异性。决定反应的特异性。决定反应的特异性。(2)(2)辅助因子辅助因子辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质。决定反应的种类与性质。决定反应的种类与性质。决定反应的种类与性质。4.金属酶金属酶(metalloen
6、zyme)其金属离子与酶结合紧密,提取过程中不易丢失。其金属离子与酶结合紧密,提取过程中不易丢失。5.金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)其金属离子为酶的活性所必需,但与酶的结合不甚其金属离子为酶的活性所必需,但与酶的结合不甚紧密。紧密。6.金属离子金属离子的作用的作用 (1)稳定酶的空间构象。稳定酶的空间构象。(2)参与酶活性中心的组成。参与酶活性中心的组成。(3)在酶与底物间起桥梁作用。在酶与底物间起桥梁作用。(4)中和阴离子,降低反应中的静电斥力等。中和阴离子,降低反应中的静电斥力等。7.小分子有机化合物小分子有机化合物的作用的作用 反应中起运载体作用,传
7、递电子、质子或其他基团。反应中起运载体作用,传递电子、质子或其他基团。族维生素与辅酶或辅基的关系族维生素与辅酶或辅基的关系维维生素生素辅辅酶酶或或辅辅基基转转移的基移的基团团维维生素生素B1(硫胺素硫胺素)焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)醛醛基基维维生素生素B2(核黄素核黄素)黄素黄素单单核苷酸核苷酸(FMN)黄素腺黄素腺嘌嘌呤二核苷酸呤二核苷酸(FAD)氢氢原子原子(质质子子)氢氢原子原子(质质子子)维维生素生素PP(尼克尼克酰酰胺胺)尼克尼克酰酰胺腺胺腺嘌嘌呤二核苷酸呤二核苷酸(NAD+,辅辅酶酶)尼克尼克酰酰胺腺胺腺嘌嘌呤二核苷酸磷酸呤二核苷酸磷酸(NADP+,辅辅酶酶)氢氢原子原子(
8、质质子子)氢氢原子原子(质质子子)维维生素生素B6(吡哆吡哆醛醛,吡哆胺,吡哆胺)磷酸吡哆磷酸吡哆醛醛,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆胺氨基氨基泛酸泛酸辅辅酶酶A酰酰基基生物素生物素生物素生物素二氧化碳二氧化碳叶酸叶酸四四氢氢叶酸叶酸一碳一碳单单位位维维生素生素B12 钴钴胺素胺素辅辅酶酶类类一碳一碳单单位位1.习惯命名法习惯命名法推荐名称推荐名称(1)依据酶所催化的底物命名,如淀粉酶等。依据酶所催化的底物命名,如淀粉酶等。(2)依据催化反应类型命名,如脱氢酶、转氨酶等。依据催化反应类型命名,如脱氢酶、转氨酶等。(3)综合上述两项原则命名,如乳酸脱氢酶等。综合上述两项原则命名,如乳酸脱氢酶等。2.系统命
9、名法系统命名法系统名称系统名称(1)明确标明酶的底物及所催化的反应的性质。明确标明酶的底物及所催化的反应的性质。(2)如果一种酶催化两个底物起反应,应在它们的系如果一种酶催化两个底物起反应,应在它们的系统名称中包括两种底物的名称,并以统名称中包括两种底物的名称,并以“:”隔开。隔开。二、二、酶的命名与分类酶的命名与分类(一一)酶的命名酶的命名(二二)酶的分类:酶的分类:根据各种酶所催化反应的根据各种酶所催化反应的类型类型1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类转移酶类(transferases)3.水解酶类水解酶类(hydrolases)4.裂解酶类裂解酶类(
10、lyases)5.异构酶类异构酶类(isomerases)6.合成酶类合成酶类(ligases,synthetases)三、酶活性三、酶活性(一一)酶的活性酶的活性 是指酶催化化学反应的能力,其衡量是指酶催化化学反应的能力,其衡量是指酶催化化学反应的能力,其衡量是指酶催化化学反应的能力,其衡量的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。的标准是酶促反应速度。(二二)酶促反应速度酶促反应速度 可在适宜的反应条件下,用单位可在适宜的反应条件下,用单位可在适宜的反应条件下,用单位可在适宜的反应条件下,用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。时间内底物的消耗量或产物的生成量
11、来表示。时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。(三三)酶的活性单位酶的活性单位1.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底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。n2.催量单位催量单位 催量催量(kat)是指在特定条件下,每是指在特定条件下,每秒钟使秒钟使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。n3.kat与与IU的换算的换算:1 IU=16.6710-9 kat第二节 酶促反应的特点(The C(The Characteristicharacteri
12、stic of E of Enzyme-nzyme-C Catalyzed atalyzed R Reactioneaction)酶与一般催化剂的共同点是:酶与一般催化剂的共同点是:1.在反应前后没有在反应前后没有质和量质和量的变化;的变化;2.只能催化只能催化热力学热力学允许的化学反应;允许的化学反应;3.只能只能加速加速可逆反应的进程,而不改可逆反应的进程,而不改 变反应的变反应的平衡点平衡点。酶是酶是蛋白质或核酸,蛋白质或核酸,又具有一般催又具有一般催 化剂所没有的特征。化剂所没有的特征。一、高度的催化效率一、高度的催化效率 酶酶的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高1
13、081020倍,比一般催化剂高倍,比一般催化剂高1071013倍。倍。二、高度的特异性二、高度的特异性酶的特异性酶的特异性(specificity)一种酶仅作用于一种一种酶仅作用于一种一种酶仅作用于一种一种酶仅作用于一种或一类化合物,或一定的化学键,催化一定的化学或一类化合物,或一定的化学键,催化一定的化学或一类化合物,或一定的化学键,催化一定的化学或一类化合物,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反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特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异性或专一性异性
14、或专一性异性或专一性。根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为3 3种类型。种类型。种类型。种类型。(一一)绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)一种酶只能作用于一种特定的底物,一种酶只能作用于一种特定的底物,生成一种特定的产物。生成一种特定的产物。(二二)相对特异性相对特异性(relative specificity):一种酶可作用于一类化合物或一种化一种酶可作用于一类化合物或一种化学键。学键。(三三)立体结构特异性立体结构特异性(stereo speci
15、ficity)一种酶只能作用于一种立体异构底物。一种酶只能作用于一种立体异构底物。三、酶促反应具有可调节性三、酶促反应具有可调节性(一一)通过变构调节和共价修饰调节改变酶通过变构调节和共价修饰调节改变酶的活性;的活性;(二二)通过诱导和阻遏调节酶的含量。通过诱导和阻遏调节酶的含量。酶促反应受多种因素的调控。调节因素有酶促反应受多种因素的调控。调节因素有神经系统、激素、代谢产物等。调节方式主要神经系统、激素、代谢产物等。调节方式主要有以下两种:有以下两种:四、酶活性具有不稳定性四、酶活性具有不稳定性 酶的本质是蛋白质,凡是影响蛋白质酶的本质是蛋白质,凡是影响蛋白质生物学活性的因素都能影响酶的活性
16、。生物学活性的因素都能影响酶的活性。活性中心活性中心或称活性部位或称活性部位(active site),指指必需基团在空间结构上彼此靠近,组成具有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。将底物转化为产物。一、酶的活性中心一、酶的活性中心(active center)(一一)什么是活性中心什么是活性中心(Mechanism and AdjustmentMechanism and Adjustment of Eof Enzyme-nzyme-C Catalyzed atalyzed R Reactionea
17、ction)第三节 酶的作用机制及调节1.1.活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团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的空间位于活性中心以外,维持酶活性中心应有的空间构象所必需。构象所必需。2.活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团(二二)必需基团必需基团 (essential group)酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中侧链的化学基团中,一些一些与
18、酶活性密切相关的化学与酶活性密切相关的化学基团基团。+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 二、酶原与酶原的激活二、酶原与酶原的激活(一一)酶原酶原 有些酶在细胞有些酶在细胞内合成或初分泌时内合成或初分泌时无活性,此无活性无活性,此无活性前体称为酶原。前体称为酶原。(二二)酶原的激活酶原的激活 酶原在一定条件酶原在一定条件下,下,水解掉一个或几水解掉一个或几个短肽,形成或暴露个短肽,形成或暴露出活性中心,出活性中心,转化为转化为有活性酶的过程。有活性酶的过程。(三三)激活过程激活过程特定的肽链水解特定的肽链水解酶酶 原原分子
19、构象发生改变分子构象发生改变酶的活性中心形成酶的活性中心形成在特定在特定条件下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S SS SS SS S4646183183甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程(四四)酶原激活的意义酶原激活的意义1.避免酶对细胞进行自身消化,并使酶在特避免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。定的部位和环境中发挥作用。2.有的酶原可以视为酶的储存
20、形式。在需要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,发挥其催时,酶原适时地转变成有活性的酶,发挥其催化作用。化作用。3.胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶的抗酶物质。的抗酶物质。三、酶促反应的机制三、酶促反应的机制(一一)活化分子与活化能活化分子与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 1.活化能活化能:底物分子从基态转变
21、到活化态所需的能量底物分子从基态转变到活化态所需的能量。2.活化分子:活化分子:从基态转变到活化态的底物分子。从基态转变到活化态的底物分子。酶底物复合物酶底物复合物 E+S E+P ES 酶与底物相互接近酶与底物相互接近时,其结构相互诱导、时,其结构相互诱导、相互变形和相互适应,相互变形和相互适应,进而相互结合。这一过进而相互结合。这一过程称为酶程称为酶-底物结合的底物结合的诱诱导契合假说导契合假说 。(二二)诱导契合假说诱导契合假说(三三)邻近效应与定向排列邻近效应与定向排列 酶必须与底物靠近并方向正确才能发生反应。酶必须与底物靠近并方向正确才能发生反应。酶必须与底物靠近并方向正确才能发生反
22、应。酶必须与底物靠近并方向正确才能发生反应。(四四)多元催化多元催化 酶是两性电解质,酶是两性电解质,酶是两性电解质,酶是两性电解质,具有酸、碱双重性质。具有酸、碱双重性质。具有酸、碱双重性质。具有酸、碱双重性质。有利于酶与底物结合,有利于酶与底物结合,有利于酶与底物结合,有利于酶与底物结合,提高催化效率。提高催化效率。提高催化效率。提高催化效率。(五五)表面效应表面效应 活性中心位于酶分子表面,有利于酶与底物活性中心位于酶分子表面,有利于酶与底物活性中心位于酶分子表面,有利于酶与底物活性中心位于酶分子表面,有利于酶与底物的接触。的接触。的接触。的接触。四、酶活性的调节四、酶活性的调节酶活性的
23、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:关键酶关键酶(一一)变构调节变构调节(allosteric regulation)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合,使使酶酶构构象象改改变变,从从而而改改变变酶的催化活性,此种调节方式称变构调节。酶的催化活性,此种调节方式称变构调节。3.3.变构效应剂变构效应剂变构效应剂变构效应剂 (allostericallosteric effectoreffector)变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构激活剂变构
24、抑制剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂1.1.变构酶变构酶变构酶变构酶 (allostericallosteric enzyme)enzyme)2.2.变构部位变构部位变构部位变构部位 (allostericallosteric site)site)(二二)共价修饰调节共价修饰调节1.1.共价修饰共价修饰共价修饰共价修饰(covalent modification)(covalent modification)在在在在其其其其他他他他酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化作作作作用用用用下下下下,某某某某些些些些酶酶酶酶蛋蛋蛋蛋白白白白肽肽肽肽链链链链上上上上的的的的一一一一些些些些基基基基团团团团可
25、可可可与与与与某某某某种种种种化化化化学学学学基基基基团团团团发发发发生生生生可可可可逆逆逆逆的的的的共共共共价价价价结结结结合,从而改变酶的活性,此过程称为共价修饰。合,从而改变酶的活性,此过程称为共价修饰。合,从而改变酶的活性,此过程称为共价修饰。合,从而改变酶的活性,此过程称为共价修饰。2.2.常见类型常见类型常见类型常见类型 磷酸化与脱磷酸化磷酸化与脱磷酸化(最常见)(最常见)乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化 SHSHSHS
26、H与与与与S S S SS S S S互变互变互变互变第四节 影响酶促反应速率的因素 主要是研究各种因素对主要是研究各种因素对主要是研究各种因素对主要是研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度酶促反应速度的影的影的影的影响,并加以定量的阐述。响,并加以定量的阐述。响,并加以定量的阐述。响,并加以定量的阐述。研究一种因素的影响研究一种因素的影响研究一种因素的影响研究一种因素的影响时,其余各因素均为恒定。时,其余各因素均为恒定。时,其余各因素均为恒定。时,其余各因素均为恒定。酶浓度酶浓度酶浓度酶浓度底物浓度底物浓度底物浓度底物浓度pHpH温度温度温度温度抑制剂抑制剂抑制剂抑制剂激活剂激活
27、剂激活剂激活剂影响因素影响因素影响因素影响因素(influencing factor of Enzyme-Catalyzed Reaction)EEEEEEEEEEEE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;反应为反应速度与底物浓度成正比;反应为一级反应一级反应。VS一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响表示表示SaVSEEEEEEEEEEEE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;反应反应速度不再成正比例加速;反应为为混合级反应混合级反应。bVS当底物浓度高达极大时当底物浓度高达极大时反应速度不再增加,达最大速度;反应速度不再增加,达
28、最大速度;反应为反应为零级反应零级反应。EEEEEEEEEEEEc(一一)米曼氏方程式米曼氏方程式中间产物中间产物中间产物中间产物 1.1.酶促反应模式酶促反应模式中间产物学说中间产物学说E+S k1k2k3ESE+P19131913年年年年MichaelisMichaelis和和和和MentenMenten提提提提出出出出反反反反应应应应速速速速度度度度与与与与底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度关关关关系系系系的的的的数数数数学学学学方方方方程程程程式式式式,即即即即米米米米曼曼曼曼氏氏氏氏方方方方程程程程式,简称米氏方程式式,简称米氏方程式式,简称米氏方程式式,简称米氏方程式(Michael
29、isMichaelis equation)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m:米氏常数米氏常数VmaxS Km+S 2.2.米曼氏方程式米曼氏方程式米曼氏方程式米曼氏方程式 (1)Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度,与是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度成正比,酶浓度成正比,Vmax=K3 E,如果酶的总浓度已知,如果酶的总浓度已知,可从可从Vmax计算计算 酶的转换数酶的转换数(turnover number),即动,即动力学常数力学常数K3。1.K1.Kmm值值值值 KKmm等于酶促反应速度为最大反应速
30、等于酶促反应速度为最大反应速等于酶促反应速度为最大反应速等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。度一半时的底物浓度。度一半时的底物浓度。度一半时的底物浓度。2.K2.Kmm值的意义值的意义值的意义值的意义(1)K(1)Kmm是酶的特征性常数之一。是酶的特征性常数之一。是酶的特征性常数之一。是酶的特征性常数之一。(2)K(2)Kmm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。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。(3)(3)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KmKm值。值。值。值。(二二)
31、Km值值及其意义及其意义二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响(一一一一)当当当当SSEE,酶酶酶酶可可可可被被被被底底底底物物物物饱饱饱饱和和和和的的的的情情情情况况况况下下下下,反反反反应应应应速速速速度度度度与与与与酶酶酶酶浓浓浓浓度成正比。度成正比。度成正比。度成正比。(二二二二)关系式为关系式为关系式为关系式为 V=KV=K3 3 E E0 V E 当当SE时,时,Vmax=k3 E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 (一一一一)双重影响双重影响双重影响双重影响温温温温度度度度升升升升高高高高,酶酶酶酶促促促促反反反反应应应应速速速速度度度度升升升升高高高高
32、;酶酶酶酶本本本本质质质质是是是是蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质,温温温温度度度度升升升升高高高高,可可可可引引引引起起起起酶酶酶酶的的的的变变变变性性性性,从而反应速度降低从而反应速度降低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(二二)最适温度最适温度酶促反应速度最大时的酶促反应速度最大时的酶促反应速度最大时的酶促反应速度最大时的环境温度。环境温度。环境温度。环境温度。(三三)应用意义应用意义温度温度 C V0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 如低温麻醉、生物样本的如低温麻醉、生物
33、样本的如低温麻醉、生物样本的如低温麻醉、生物样本的低温保存、高温高压灭菌等。低温保存、高温高压灭菌等。低温保存、高温高压灭菌等。低温保存、高温高压灭菌等。四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响0V pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶 246810(一一)强酸、强碱强酸、强碱可使酶变性失活。可使酶变性失活。(二二)最适最适pH 酶酶催化活性最大时的催化活性最大时的环境环境pH。(三三)体内大部分酶体内大部分酶最适最适pH为中性,为中性,但胃蛋白酶与胰蛋但胃蛋白酶与胰蛋白酶例外。白酶例外
34、。五、激活剂对反应速度的影响五、激活剂对反应速度的影响(一一)激活剂激活剂(activator)1.1.必需激活剂必需激活剂必需激活剂必需激活剂 (essential activator)(essential activator)对酶促反应不可缺少的激活剂。对酶促反应不可缺少的激活剂。对酶促反应不可缺少的激活剂。对酶促反应不可缺少的激活剂。2.2.非必需激活剂非必需激活剂非必需激活剂非必需激活剂 (non-essential activator)(non-essential activator)缺少时酶仍有催化活性的激活剂。缺少时酶仍有催化活性的激活剂。缺少时酶仍有催化活性的激活剂。缺少时酶仍
35、有催化活性的激活剂。使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。如金属离子物质。如金属离子物质。如金属离子物质。如金属离子(Mg(Mg2 2)和小分子化合物和小分子化合物和小分子化合物和小分子化合物(胆盐胆盐胆盐胆盐)。六、抑制剂对反应速度的影响六、抑制剂对反应速度的影响1.1.酶的抑制剂酶的抑制剂酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)(inhibitor)(一一)抑制剂与抑制作用抑制剂与抑制作用 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凡能使酶的催
36、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。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。2.2.抑制作用的类型抑制作用的类型抑制作用的类型抑制作用的类型(1)(1)不可逆性抑制不可逆性抑制不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)(irreversible inhibition)(2)(2)可逆性抑制可逆性抑制可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)(reversible inhibition):竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制 (competi
37、tive inhibition)(competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)(non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)(uncompetitive inhibition)(二二)不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用1.概念概念 抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需
38、基团相结合,使酶失活;抑制剂不可用透析、超滤团相结合,使酶失活;抑制剂不可用透析、超滤团相结合,使酶失活;抑制剂不可用透析、超滤团相结合,使酶失活;抑制剂不可用透析、超滤等方法去除。等方法去除。等方法去除。等方法去除。(1)(1)有机磷中毒有机磷中毒有机磷中毒有机磷中毒 有机磷物质抑制羟基酶活性,有机磷物质抑制羟基酶活性,有机磷物质抑制羟基酶活性,有机磷物质抑制羟基酶活性,可用解磷定可用解磷定可用解磷定可用解磷定(PAM)(PAM)解毒。解毒。解毒。解毒。(2)(2)重金属离子及砷中毒重金属离子及砷中毒重金属离子及砷中毒重金属离子及砷中毒 抑制巯基酶活性,抑制巯基酶活性,抑制巯基酶活性,抑制巯
39、基酶活性,可用可用可用可用二巯基丙醇二巯基丙醇二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)(BAL)解毒。解毒。解毒。解毒。2.举例举例有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸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ROROPOX+HOEROROPOOE+HXClAsClC HCHCl+ESHSHESAsSCHCHCl+2 HCl(三三)可逆性抑制作用可逆性抑制作用1.概念概念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 2.类型类型 抑制剂通常以非共价键与酶或酶抑制剂通常以非共价键与酶或酶抑制剂
40、通常以非共价键与酶或酶抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合底物复合底物复合底物复合物可逆性结合,使酶的活性降低或丧失;抑制物可逆性结合,使酶的活性降低或丧失;抑制物可逆性结合,使酶的活性降低或丧失;抑制物可逆性结合,使酶的活性降低或丧失;抑制剂可用透析、超滤等方法去除。剂可用透析、超滤等方法去除。剂可用透析、超滤等方法去除。剂可用透析、超滤等方法去除。3.3.竞争性抑制作用竞争性抑制作用竞争性抑制作用竞争性抑制作用(2)反应模式反应模式(1)(1)定定定定义义义义 抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂与与与与底底底底物物物物的的的的结结结结构构构构相相相相似似似似,能能能能与与与与底底底底物物物物竞竞竞
41、竞争争争争酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性中中中中心心心心,从从从从而而而而阻阻阻阻碍碍碍碍酶酶酶酶底底底底物物物物复复复复合合合合物物物物的的的的形形形形成成成成,使使使使酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性降降降降低低低低。这这这这种种种种抑抑抑抑制制制制作作作作用用用用称为竞争性抑制作用。称为竞争性抑制作用。称为竞争性抑制作用。称为竞争性抑制作用。+E ES SESESE PE PE EI IEIEI(3)特点特点I与与S结构类似,竞争酶的活性中心。结构类似,竞争酶的活性中心。I与酶活性中心结合后,酶失去催化作用。与酶活性中心结合后,酶失去催化作用。抑制程抑制程度度取决于取决于I与与S之间的
42、相对浓度。之间的相对浓度。酶不能同时与酶不能同时与I和和S结合。结合。+IEIE+SE+PES 磺胺类药物的抑菌机制与磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢二氢叶酸合成酶。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(4)举例举例4.4.非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制(2)(2)反应模式反应模式反应模式反应模式(1)(1)定定定定义义义义 抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂与与与与酶酶酶酶活活活活性性性性中中中中心心心心外外外外
43、的的的的基基基基团团团团可可可可逆逆逆逆性性性性结结结结合合合合,导导导导致致致致酶酶酶酶的的的的三三三三维维维维构构构构象象象象改改改改变变变变,降降降降低低低低酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性,但但但但不不不不影响酶与底物的结合。影响酶与底物的结合。影响酶与底物的结合。影响酶与底物的结合。+S S S S+S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P+S S S S+S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P(3)特点特点抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合,底物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。与抑制剂之间
44、无竞争关系。抑制程度取决于抑制剂的浓度。抑制程度取决于抑制剂的浓度。酶酶-底物底物-抑制剂复合物不能进一步释放产物抑制剂复合物不能进一步释放产物。E+SE+SESESE+PE+P+I IE EI I+S +S E EI IS S +I I5.反竞争性抑制反竞争性抑制(2)(2)反应模式反应模式反应模式反应模式(1)(1)定义定义定义定义 抑制剂只能与抑制剂只能与抑制剂只能与抑制剂只能与酶酶-底物复合物底物复合物(ES)结合,结合,结合,结合,使使使使ESES不能分解成产物。不能分解成产物。不能分解成产物。不能分解成产物。ESIESI+S SESESE PE PE E(3)(3)特点:特点:特点
45、:特点:抑制剂只与酶底物复合物结合。抑制剂只与酶底物复合物结合。抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度。抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度。E+SE+SE+P E+P ESES+I IESESI I抑抑制制剂剂可可增增加加ESES之之间间的的亲亲合合力力,与与竞竞争争性性抑抑制制作用相反。作用相反。第五节 酶与医学的关系(The Relation of Enzyme and Medicine)(The Relation of Enzyme and Medicine)一、酶与疾病的发生一、酶与疾病的发生(一一)遗传性酶缺乏疾病,如白化病,蚕遗传性酶缺乏疾病,如白化病,蚕豆病,苯丙酮酸尿症等。
46、豆病,苯丙酮酸尿症等。(二二)中毒性疾病,如有机磷中毒,氰中毒性疾病,如有机磷中毒,氰化物中毒等。化物中毒等。二、酶与疾病的诊断二、酶与疾病的诊断(一一)血清(浆)酶的测定血清(浆)酶的测定 1血清血清(浆浆)功能性酶的测定功能性酶的测定 2血清血清(浆浆)非功能性酶的测定非功能性酶的测定 在血浆中发挥其特异催化作用的酶,故在血浆中发挥其特异催化作用的酶,故称血浆功能性酶,称血浆功能性酶,如卵磷脂胆固醇酰基转移如卵磷脂胆固醇酰基转移酶和脂蛋白酯酶等。酶和脂蛋白酯酶等。在血浆中的浓度很低,来自于全身各组织在血浆中的浓度很低,来自于全身各组织细胞,在血浆中没有实际的功能,被称做非功细胞,在血浆中没
47、有实际的功能,被称做非功能性酶。能性酶。如转氨酶、淀粉酶等。如转氨酶、淀粉酶等。(二二)同工酶同工酶(isoenzyme)1.定义定义 是指催化相同的化学反应,而酶蛋白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分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。的一组酶。HHHHHHHHHHHHHH MMHHHHMMMMHHMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4)LDHLDH2 2(H(H3 3M)M)LDH LDH3 3(H(H2 2MM2 2)LDHLDH4 4(HM(HM3 3)LDHLDH5 5 (M(M4 4)乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢
48、酶的同工酶2.2.举例举例举例举例 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH(LDH1 1 LDHLDH5 5)3.临床意义临床意义 (1)在代谢调节上起着在代谢调节上起着重要的作用。重要的作用。(2)用于解释发育过程用于解释发育过程中阶段特有的代谢特中阶段特有的代谢特征。征。(3)同工酶谱的改变有同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。助于对疾病的诊断。(4)同工酶可以作为遗同工酶可以作为遗传标志,用于遗传分传标志,用于遗传分析研究。析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDH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
49、谱2 23 34 45 5三、酶与疾病的治疗三、酶与疾病的治疗(一一)消化酶治疗消化不良。消化酶治疗消化不良。(二二)链激酶、尿激酶治疗和预防血栓形成。链激酶、尿激酶治疗和预防血栓形成。(三三)天冬酰氨酶抑制血癌细胞生长。天冬酰氨酶抑制血癌细胞生长。四、酶在医学研究上的应用四、酶在医学研究上的应用(一一)酶的分子工程酶的分子工程(二二)酶与工业和日常应用酶与工业和日常应用第五章第五章 糖代谢糖代谢(教学大纲)(教学大纲)n n1 1 糖原合成与分解的概念、生理意义。糖原合成与分解的概念、生理意义。n n2 2 糖原合成与分解的关键酶、调节方式。糖原合成与分解的关键酶、调节方式。n n3 3 糖酵解的主要过程、关键酶和生理意义。糖酵解的主要过程、关键酶和生理意义。n n4 4 糖有氧氧化的主要过程、关键酶和生理意义。糖有氧氧化的主要过程、关键酶和生理意义。n n5 5 三羧酸循环产生三羧酸循环产生ATPATP的数目。的数目。n n6 6 磷酸戊糖途径的生理意义。磷酸戊糖途径的生理意义。n n7 7 糖异生的概念、关键酶和生理意义。糖异生的概念、关键酶和生理意义。n n8 8 乳酸循环的概念。乳酸循环的概念。n n9 9 血糖的概念、来源和去路以及血糖浓度的调节。血糖的概念、来源和去路以及血糖浓度的调节。n n10 10 血糖正常值和高血糖、低血糖。血糖正常值和高血糖、低血糖。
限制150内