第四章第四章酶与催化反应酶与催化反应ENZYMES AND CATALYTIC REACTIONS酶学研究简史酶学研究简史 公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 18331833年，年，年，年，AnselmeAnselme PayenPayen提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）。 18781878年，年，年，年，WilhelmWilhelm KhneKhne首次提出首次提出首次提出首次提出enzymeenzyme一词。一词。一词。一词。 18941894年，年，年，年，Emil FischerEmil Fischer证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系。 18971897年，年，年，年，BuchnerBuchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 19131913年年年年，Leonor Leonor MichaelisMichaelis和和和和Maud Maud MentenMenten推推推推导导导导出出出出酶酶酶酶反反反反应应应应的的的的动动动动力力力力学学学学方方方方程程程程式式式式。 1926193019261930年年年年，James James SumnerSumner和和和和John John H. H. NorthropNorthrop分分分分别别别别将将将将脲脲脲脲酶酶酶酶和和和和胃胃胃胃蛋蛋蛋蛋白白白白酶、胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。酶、胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。酶、胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。酶、胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。 19411941年年年年，George George BeadleBeadle和和和和Edward Edward TatumTatum的的的的“ “一一一一个个个个基基基基因因因因一一一一个个个个酶酶酶酶” ”假假假假说说说说首首首首次将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合次将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合次将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合次将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合。 19821982年年年年，CechCech首首首首次次次次发发发发现现现现RNARNA也也也也具具具具有有有有酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性，提提提提出出出出核核核核酶酶酶酶( (ribozymeribozyme) )的概念。的概念。的概念。的概念。 19951995年年年年，Jack Jack W. W. SzostakSzostak研研研研究究究究室室室室首首首首先先先先报报报报道道道道了了了了具具具具有有有有DNADNA连连连连接接接接酶酶酶酶活活活活性性性性DNADNA片片片片段，称为脱氧核酶段，称为脱氧核酶段，称为脱氧核酶段，称为脱氧核酶( (deoxyribozymedeoxyribozyme) )。第一节第一节 酶和酶促反应酶和酶促反应 Enzymes and Enzymatic Reactions 一、化学反应具有热力学和动力学特性一、化学反应具有热力学和动力学特性 （一）热力学性质涉及反应平衡和能量平衡（一）热力学性质涉及反应平衡和能量平衡1 1反应平衡可用平衡常数来描述反应平衡可用平衡常数来描述 反应平衡（反应平衡（reactionequilibrium） 任何一个化学反应在正向反应与逆向反应任何一个化学反应在正向反应与逆向反应速率相等时，反应便不再有新的产物生成速率相等时，反应便不再有新的产物生成, ,这这时的化学反应称为反应平衡。时的化学反应称为反应平衡。 平衡常数（平衡常数（equilibriumconstant,Keq） 平衡常数是指化学反应达到平衡时，反平衡常数是指化学反应达到平衡时，反应产物浓度成积与剩余底物浓度成积之比。应产物浓度成积与剩余底物浓度成积之比。 一一定定的的温温度度下下，Keq与与反反应应的的初初始始浓浓度度无关，它反映化学反应的本性。无关，它反映化学反应的本性。Keq越越大大则则反反应应越越倾倾向向于于产产物物的的生生成成；Keq越小则逆反应的程度越大。越小则逆反应的程度越大。2 2自由能的变化是化学反应的动力自由能的变化是化学反应的动力 自由能（自由能（freeenergy） 自由能是能够用于做功的能量。自由能是能够用于做功的能量。 自由能变（自由能变（ G G）在生物系统中，生物分子在等温、等压条在生物系统中，生物分子在等温、等压条件下，在化学反应中能量的变化可以用自由能件下，在化学反应中能量的变化可以用自由能变（变（ G G）来量度。）来量度。 自由能的变化是化学反应的动力，影响化学反自由能的变化是化学反应的动力，影响化学反应的方向。应的方向。 G0 反应为吸能反应（反应为吸能反应（endergonicreaction）不能自发进行）不能自发进行 G=0 反应正逆向速率相等，反应处于平衡状态反应正逆向速率相等，反应处于平衡状态 （二）动力学性质是对反应速率的描述（二）动力学性质是对反应速率的描述 动力学是研究化学反应速率及其影动力学是研究化学反应速率及其影响因素的科学。响因素的科学。 反应速率：反应速率：是单位体积内反应进度随时间的变化率是单位体积内反应进度随时间的变化率, ,由底物浓度和速率常数（由底物浓度和速率常数（rateconstant,k）所决定。所决定。 一级反应（一级反应（first-order reaction）:单底物反应单底物反应 二级反应（二级反应（second-order reaction） ：双底：双底物反应物反应 V仅依赖于一个底物浓度仅依赖于一个底物浓度S；V=kSk的的单位是秒单位是秒 1 V依赖于两个底物浓度依赖于两个底物浓度和反应速率常数和反应速率常数V=kS1S2 k的单位是的单位是Lmol 1s 1二、酶的化学本质是蛋白质二、酶的化学本质是蛋白质 （一）单纯酶仅含有氨基酸组分（一）单纯酶仅含有氨基酸组分有些酶其分子结构仅由氨基酸残基组成，有些酶其分子结构仅由氨基酸残基组成，没有辅助因子。这类酶称为单纯酶（没有辅助因子。这类酶称为单纯酶（simpleenzyme）。）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。核糖核酸酶等。（二）结合酶既含有氨基酸组分又含有非氨（二）结合酶既含有氨基酸组分又含有非氨基酸组分基酸组分结合酶（结合酶（conjugatedenzyme）是除了在其组）是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分非蛋白质部分 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)决定反应的特异性及其催化机制决定反应的特异性及其催化机制 决定反应的性决定反应的性质和反应类型质和反应类型 辅助因子分类辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）（按其与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。方法除去。辅基辅基(prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去滤的方法除去。一些化学稳定的小分子有机化合物一些化学稳定的小分子有机化合物是重要的辅酶或辅基。是重要的辅酶或辅基。 辅酶在反应过程中可与多种酶蛋白结合，辅酶在反应过程中可与多种酶蛋白结合，作为底物作为底物在不同的酶之间传递电子、质子在不同的酶之间传递电子、质子或化学基团。在一种酶或化学基团。在一种酶蛋白反应中接受化蛋白反应中接受化学基团，离开后到另一种酶蛋白中提供化学基团，离开后到另一种酶蛋白中提供化学基团。学基团。辅基在反应中不能离开与其结合的酶蛋白。辅基在反应中不能离开与其结合的酶蛋白。 金属离子是常见的辅助因子，大概金属离子是常见的辅助因子，大概2/3的酶的酶含金属离子。含金属离子。金属酶金属酶(metalloenzyme)：两者结合紧密，两者结合紧密，提取过程中不易丢失的叫金属酶。提取过程中不易丢失的叫金属酶。金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)：两两者结合不紧密的叫金属激活酶，者结合不紧密的叫金属激活酶，金属离子为金属离子为酶的活性所必需，却不与酶直接结合，而是酶的活性所必需，却不与酶直接结合，而是通过底物通过底物相连接相连接金属离子的作用金属离子的作用1. 1. 稳稳定定构构象象：稳稳定定酶酶蛋蛋白白催催化化活活性性所所必必需需的分子构象；的分子构象；2. 2. 构构成成酶酶的的活活性性中中心心：作作为为酶酶的的活活性性中中心心的组成成分，参与构成酶的活性中心；的组成成分，参与构成酶的活性中心；3. 3. 连连接接作作用用：作作为为桥桥梁梁，将将底底物物分分子子与与酶酶蛋白螯合起来。蛋白螯合起来。4.4.中和阴离子，降低反应中的静电斥力。中和阴离子，降低反应中的静电斥力。（三）单体酶和寡聚酶（三）单体酶和寡聚酶单体酶（单体酶（monomericenzyme） 由一条多肽链组成，只具有三级结构的酶。由一条多肽链组成，只具有三级结构的酶。 如核糖核酸酶、一些肠道蛋白水解酶、溶菌酶。如核糖核酸酶、一些肠道蛋白水解酶、溶菌酶。 寡聚酶（寡聚酶（oligomericenzyme） 由多条相同或不同的亚基组成的酶。由多条相同或不同的亚基组成的酶。 多酶复合物（多酶复合物（multienzymecomplex），），或称多酶体系（或称多酶体系（multienzymesystem） 由催化不同化学反应的多种酶聚合组成由催化不同化学反应的多种酶聚合组成如：丙酮酸脱氢酶复合物如：丙酮酸脱氢酶复合物 多功能酶（多功能酶（multifunctionalenzyme）或称串联酶（或称串联酶（tandemenzyme） 多种催化功能融合于一条多肽链的酶多种催化功能融合于一条多肽链的酶 如：哺乳动物脂肪酸如：哺乳动物脂肪酸合成酶合成酶合成酶合成酶三、按酶所催化反应的类型将酶分为六大类三、按酶所催化反应的类型将酶分为六大类氧化还原酶类：氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶催化氧化还原反应的酶转移酶类：催化分子间基团转移或交换的酶转移酶类：催化分子间基团转移或交换的酶水解酶类：催化底物发生水解反应的酶水解酶类：催化底物发生水解反应的酶裂合酶类：催化从底物移去一个基团并形成双裂合酶类：催化从底物移去一个基团并形成双键的反应或其逆反应的酶键的反应或其逆反应的酶异构酶类：催化同分异构体相互转化的酶类异构酶类：催化同分异构体相互转化的酶类合成酶类：催化两种底物形成一种产物同时偶合成酶类：催化两种底物形成一种产物同时偶联有高能键的水解释能的酶联有高能键的水解释能的酶四、酶可按其所催化的反应类型予以命名四、酶可按其所催化的反应类型予以命名 （一）酶的系统命名（一）酶的系统命名 习惯命名法习惯命名法:较混乱较混乱一一般般是是按按酶酶所所催催化化的的底底物物命命名名，在在其其底底物物英文名词上加后缀英文名词上加后缀“ase”作为酶的名称。作为酶的名称。 如：蛋白酶（如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatase） 系统命名法系统命名法: :较烦琐较烦琐根根据据酶酶所所催催化化的的整整体体反反应应，按按酶酶的的分分类类对对酶命名酶命名，每个酶都有一个名称和一个编号每个酶都有一个名称和一个编号。 酶的分类酶的分类酶的分类酶的分类系统名称系统名称系统名称系统名称编号编号编号编号催化的反应催化的反应催化的反应催化的反应推荐名称推荐名称推荐名称推荐名称1.1.氧化还原氧化还原氧化还原氧化还原酶类酶类酶类酶类(S)-(S)-乳酸：乳酸：乳酸：乳酸：NADNAD+ +- -氧化还原氧化还原氧化还原氧化还原酶酶酶酶EC1.1.1.27EC1.1.1.27(S)-(S)-乳酸乳酸乳酸乳酸+NAD+NAD+ + 丙酮丙酮丙酮丙酮酸酸酸酸+NADH+H+NADH+H+ +L-L-乳酸脱乳酸脱乳酸脱乳酸脱氢酶氢酶氢酶氢酶2.2.转移酶类转移酶类转移酶类转移酶类L-L-丙氨酸：丙氨酸：丙氨酸：丙氨酸： - -酮酮酮酮戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移酶酶酶酶EC2.6.1.2EC2.6.1.2L-L-丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸+ + - -酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+L-+L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸转丙氨酸转丙氨酸转丙氨酸转氨酶氨酶氨酶氨酶3.3.水解酶类水解酶类水解酶类水解酶类1,4-1,4- -D-D-葡聚糖葡聚糖葡聚糖葡聚糖- -聚糖水解酶聚糖水解酶聚糖水解酶聚糖水解酶EC3.2.1.1EC3.2.1.1水解含有水解含有水解含有水解含有3 3个以上个以上个以上个以上1,4-1,4- -D-D-葡萄葡萄葡萄葡萄糖基的多糖中糖基的多糖中糖基的多糖中糖基的多糖中1,4-1,4- -D-D-葡糖苷葡糖苷葡糖苷葡糖苷键键键键 - -淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶4.4.裂合酶类裂合酶类裂合酶类裂合酶类D-D-果糖果糖果糖果糖-1,6-1,6-二二二二磷酸磷酸磷酸磷酸D-D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛- -3-3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸裂合酶EC4.1.2.13EC4.1.2.13D-D-果糖果糖果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸二磷酸二磷酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+D-+D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-磷磷磷磷酸酸酸酸果糖二磷果糖二磷果糖二磷果糖二磷酸醛缩酶酸醛缩酶酸醛缩酶酸醛缩酶5.5.异构酶类异构酶类异构酶类异构酶类D-D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-磷磷磷磷酸醛酸醛酸醛酸醛- -酮酮酮酮- -异构酶异构酶异构酶异构酶EC5.3.1.1EC5.3.1.1D-D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙糖磷酸丙糖磷酸丙糖磷酸丙糖磷酸异构酶异构酶异构酶异构酶6.6.连接酶类连接酶类连接酶类连接酶类L-L-谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连接酶（生成接酶（生成接酶（生成接酶（生成ADPADP）EC6.3.1.2EC6.3.1.2ATP+L-ATP+L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+NH+NH3 3 ADP+PADP+Pi i+L+L- -谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸- -氨连接酶氨连接酶氨连接酶氨连接酶 酶的分类与命名举例酶的分类与命名举例 （二）推荐名称简便而常用（二）推荐名称简便而常用 由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会为每一个酶从常用的习惯名称中挑选出一个为每一个酶从常用的习惯名称中挑选出一个推荐名称推荐名称（recommendedname）。）。推荐名称是从每种酶的数个习惯名称中推荐名称是从每种酶的数个习惯名称中以简便实用为原则而选定的。以简便实用为原则而选定的。也叫也叫惯用名惯用名系统名称系统名称 L-乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶氧化还原酶推荐名称推荐名称 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 五、同工酶五、同工酶（一）同工酶是催化相同化学反应而结构不（一）同工酶是催化相同化学反应而结构不同的一组酶同的一组酶 定定义义: :同同工工酶酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，而而酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构、理理化化性性质质乃至免疫学性质不同的一组酶。乃至免疫学性质不同的一组酶。基因性同工酶基因性同工酶由不同基因编码的多肽链由不同基因编码的多肽链）多基因位点同工酶）多基因位点同工酶 ： 肽链由不同染色体或同一染色体上不同位点肽链由不同染色体或同一染色体上不同位点的基因所编码，彼此独立，受不同因素调的基因所编码，彼此独立，受不同因素调控，可以不同时表达。控，可以不同时表达。）等位基因酶（和复等位基因酶）等位基因酶（和复等位基因酶 ）：）： 基因位点发生遗传变异，酶蛋白上氨基酸置基因位点发生遗传变异，酶蛋白上氨基酸置换或缺失，酶仍能催化相同反应。换或缺失，酶仍能催化相同反应。 同一基因不同同一基因不同mRNA的同工酶的同工酶同一基因生成不同同一基因生成不同mRNAmRNA：由不同起始点转录；由不同起始点转录；原始原始RNARNA经不同剪接加工而生成不同经不同剪接加工而生成不同mRNAmRNA。不同不同mRNAmRNA翻译成不同多肽链组成的蛋白质。翻译成不同多肽链组成的蛋白质。乳酸脱氢酶同工酶乳酸脱氢酶同工酶乳酸脱氢酶同工酶（乳酸脱氢酶同工酶（LDHLDH），），基因性的基因性的多基多基因位点同工酶。为四聚体，由因位点同工酶。为四聚体，由M M、H H两种亚两种亚基组成。在体内共有五种分子形式，五种基组成。在体内共有五种分子形式，五种同工酶在组织中分布和含量具有特征。同工酶在组织中分布和含量具有特征。LDHLDH1 1（H H4 4）LDHLDH2 2（H H3 3M M）LDHLDH3 3（H H2 2M M2 2）LDHLDH4 4（HMHM3 3）LDHLDH5 5（M M4 4）LDHLDH同工酶同工酶红细胞红细胞白细胞白细胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺肾肾肝肝脾脾LDHLDH1 1 （H H4 4）4343121227.127.10 07373141443432 21010LDHLDH2 2 （H H3 3M M）4444494934.734.70 02424343444444 42525LDHLDH3 3（H H2 2M M2 2）1212333320.920.95 53 33535121211111010LDHLDH4 4 （HMHM3 3）1 16 611.711.716160 05 51 127272020LDHLDH5 5 （M M4 4）0 00 05.75.779790 012120 056565 5人体各组织器官人体各组织器官LDHLDH同工酶谱（活性同工酶谱（活性% %） 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+心心肌肌中中以以LDH1含含量量最最多多，LDH1对对乳乳酸酸的的亲和力较高。亲和力较高。因因此此它它的的主主要要作作用用是是催催化化乳乳酸酸转转变变为为丙丙酮酮酸酸再再进进一一步步氧氧化化分分解解，以以供供应应心心肌肌的的能能量。量。在在骨骨骼骼肌肌中中含含量量最最多多的的是是LDH5，LDH5对对丙丙酮酮酸酸的的亲亲和和力力较较高高，因因此此它它的的主主要要作作用用是是催催化化丙丙酮酮酸酸转转变变为为乳乳酸酸，以以促促进进糖糖酵解的进行。酵解的进行。 己糖激酶己糖激酶 ：作用于多种己糖：作用于多种己糖 同工酶同工酶 ，型型 肝外组织肝外组织 肝脏肝脏 特点：特点： 强亲和力强亲和力 强专一性强专一性催化同一反应，表现不同的催化特点催化同一反应，表现不同的催化特点己糖己糖磷酸己糖磷酸己糖ATPATPADPADP（二）同工酶在生物体中的表达分布具有时（二）同工酶在生物体中的表达分布具有时空特异性空特异性同工酶存在于同一种属的不同个体；同一同工酶存在于同一种属的不同个体；同一个体的不同组织、同一细胞的不同亚细胞结个体的不同组织、同一细胞的不同亚细胞结构；构；以及同一组织、细胞的不同发育阶段。以及同一组织、细胞的不同发育阶段。 LDHLDH同工酶同工酶红细胞红细胞白细胞白细胞血清血清骨骼肌骨骼肌心肌心肌肺肺肾肾肝肝脾脾LDHLDH1 1 （H H4 4）4343121227.127.10 07373141443432 21010LDHLDH2 2 （H H3 3M M）4444494934.734.70 02424343444444 42525LDHLDH3 3（H H2 2M M2 2）1212333320.920.95 53 33535121211111010LDHLDH4 4 （HMHM3 3）1 16 611.711.716160 05 51 127272020LDHLDH5 5 （M M4 4）0 00 05.75.779790 012120 056565 5人体各组织器官人体各组织器官LDHLDH同工酶谱（活性同工酶谱（活性% %） （三）检测组织器官同工酶谱的变化有重要（三）检测组织器官同工酶谱的变化有重要的临床意义的临床意义 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用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；谢特征；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。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第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理Mechanism of Enzymatic Reactions 一、酶具有与一般催化剂相似的工作原理、酶具有与一般催化剂相似的工作原理（一）酶与一般催化剂一样能降低反应的活化能（一）酶与一般催化剂一样能降低反应的活化能活化能活化能：指在一定温度下一摩尔底物，从低自由指在一定温度下一摩尔底物，从低自由能的初始态转变成能量较高的过渡态所需要能的初始态转变成能量较高的过渡态所需要的自由能。的自由能。即过渡态中间产物比基态底物高出的那部分能量。即过渡态中间产物比基态底物高出的那部分能量。酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机制制都都是是降降低反应的活化能低反应的活化能( (activationenergy) )。酶酶比比一一般般催催化化剂剂更更有有效效地地降降低低反反应应的的活活化能。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 结合能结合能结合能结合能（二）酶与一般催化剂一样能加速化学（二）酶与一般催化剂一样能加速化学反应而不改变反应的平衡点反应而不改变反应的平衡点酶酶与与一一般般催催化化剂剂一一样样，只只能能加加快快反反应应速速率率，使使其其缩缩短短到到达达反反应应平平衡衡的的时时间间，而不能改变反应的平衡点。而不能改变反应的平衡点。 反反应应达达到到平平衡衡时时自自由由能能的的变变化化仅仅取取决决于底物与产物的自由能之差。于底物与产物的自由能之差。 任任何何催催化化剂剂都都不不能能改改变变底底物物和和产产物物自自身的自由能。身的自由能。 二、酶具有不同于一般催化剂的显著特点二、酶具有不同于一般催化剂的显著特点 酶的催化效率通常比无催化剂时的自发反应酶的催化效率通常比无催化剂时的自发反应高高1081020倍，比一般无机催化剂高倍，比一般无机催化剂高1071013倍。倍。（一）酶对底物具有极高的催化效率（一）酶对底物具有极高的催化效率酶的特异性或专一性酶的特异性或专一性（specificity）酶对其所催化的底物和反应类型具有严酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的选择性，一种酶只作用于一种化合物，格的选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化学键，催化一定的化学反应并产或一类化学键，催化一定的化学反应并产生一定结构的产物的现象。生一定结构的产物的现象。 （二）酶对底物具有高度的特异性或专一性（二）酶对底物具有高度的特异性或专一性1.1.有的酶对其底物具有极其严格的绝对专一性有的酶对其底物具有极其严格的绝对专一性 有有的的酶酶仅仅对对一一种种特特定定结结构构的的底底物物起起催催化作用，产生具有特定结构的产物。化作用，产生具有特定结构的产物。酶酶对对底底物物的的这这种种极极其其严严格格的的选选择择性性称称为绝对特异性（为绝对特异性（absolutespecificity）。）。 脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。 2.2.多数酶对其底物具有相对特异性多数酶对其底物具有相对特异性多数酶可对一类化合物或一种化学键多数酶可对一类化合物或一种化学键起催化作用，这种对底物分子不太严格起催化作用，这种对底物分子不太严格的选择性称为相对特异性（的选择性称为相对特异性（relativespecificity）。）。 脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。 胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）的羧基所形成的肽键。和赖氨酸）的羧基所形成的肽键。 各种蛋白酶对肽键的专一性各种蛋白酶对肽键的专一性 人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的蛋白质丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化磷酸化 3 3立体异构特异性：立体异构特异性： 一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异生成一种立体异构体，称为立体异构特异性。性。 （1)1)光学专一性：光学异构体的识别。光学专一性：光学异构体的识别。 例例 L-L-gluglu脱氨酶：识别脱氨酶：识别L-L-gluglu，不识别，不识别 D-D-gluglu 延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 H2O （2)顺反专一性顺反专一性(几何）几何）（三）（三） 酶的催化活性是可以调节的：酶的催化活性是可以调节的：酶酶促促反反应应受受多多种种因因素素的的调调控控，以以适适应应机机体体不断变化的内外环境和生命活动的需要。不断变化的内外环境和生命活动的需要。如如代代谢谢物物对对酶酶分分子子的的变变构构调调节节、共共价价修修饰饰，酶蛋白合成的诱导和阻遏等。酶蛋白合成的诱导和阻遏等。三、酶活性中心是酶与底物结合并将底物转化三、酶活性中心是酶与底物结合并将底物转化为产物的特定部位为产物的特定部位或或称称活活性性部部位位(activesite)，指指必必需需基基团团在在空空间间结结构构上上彼彼此此靠靠近近，组组成成具具有有特特定定空空间间结结构构、能能与与底底物物特特异异结结合合并将底物转化为产物的区域。并将底物转化为产物的区域。酶的活性中心酶的活性中心( (activecenter) )（一）酶分子上的必需基团与酶的活性密切相关（一）酶分子上的必需基团与酶的活性密切相关酶的活性中心由许多必需基团组成酶的活性中心由许多必需基团组成 必需基团必需基团(essentialgroup)酶分子中氨基酸残基酶分子中氨基酸残基侧链侧链的化学基团的化学基团中中，与酶活性密切相关的化学基团与酶活性密切相关的化学基团。常见的必需基团常见的必需基团 丝氨酸残基的羟基丝氨酸残基的羟基组氨酸残基的咪唑基组氨酸残基的咪唑基半胱氨酸残基的巯基半胱氨酸残基的巯基酸性氨基酸残基的羧基酸性氨基酸残基的羧基 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(bindinggroup)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalyticgroup)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。应有的空间构象所必需。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目目录录组成酶活性中心的必需基团在一级结构组成酶活性中心的必需基团在一级结构上可能相距很远，但在形成三级结构时相互上可能相距很远，但在形成三级结构时相互接近，形成具有三维结构的区域。接近，形成具有三维结构的区域。多是酶分子中的裂隙或凹陷所形成的疏多是酶分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口袋。水口袋。 （二）酶的活性中心的构象有利于酶与底（二）酶的活性中心的构象有利于酶与底物结合及催化反应物结合及催化反应胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心活性中心“口袋口袋”酶的活性中心对底物具有高度的特异性酶的活性中心对底物具有高度的特异性 酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，相互诱导契合，增加与底物的互补性相互诱导契合，增加与底物的互补性 大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合是非大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合是非共价性的共价性的 氢键氢键离子键离子键疏水键疏水键vanderWaals力力 酶与底物结合的力酶与底物结合的力酶与底物结合的力酶与底物结合的力（一）酶与底物之间的相互作用表现有多种效应（一）酶与底物之间的相互作用表现有多种效应1 1酶与底物结合时相互诱导发生构象改变酶与底物结合时相互诱导发生构象改变 诱导契合假说（诱导契合假说（induced-fithypothesis） 酶酶-底物复合物底物复合物E + S E + P ES酶酶与与底底物物相相互互接接近近时时，其其结结构构相相互互诱诱导导、相相互互变变形形和和相相互互适适应应，进进而而相相互互结结合合。这这一一过过程称为酶程称为酶- -底物结合的诱导契合假说底物结合的诱导契合假说 。四、酶对底物具有多种催化机制四、酶对底物具有多种催化机制 羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式底物底物2 2形成酶形成酶- -底物底物过渡态复合物过渡态复合物过程中释放结合能过程中释放结合能 底底物物与与酶酶的的活活性性中中心心相相互互诱诱导导契契合合形形成成过过渡渡态态化化合合物物，过过渡渡态态与与酶酶的的活活性性中中心心以以次次级级键键相结合。相结合。这这一一过过程程是是释释能能反反应应，所所释释放放的的能能量量称称为为结合能结合能。结结合合能能是是酶酶反反应应降降低低活活化化能能的的主主要要能能量量来来源。源。 如如果果酶酶不不能能使使底底物物形形成成过过渡渡态态，就就没没有有结结合能的释放，也就不能催化反应的进行。合能的释放，也就不能催化反应的进行。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 结合能结合能结合能结合能3 3邻近效应和定向排列有利于底物形成过渡态邻近效应和定向排列有利于底物形成过渡态 邻邻近近效效应应（proximityeffect）和和定定向向排排列列（orientationarrange）将将分分子子间间的的反反应应变变成成类类似似分分子子内内的的反反应应，使使反反应应速速率率显著提高。显著提高。底物底物B B底物底物A A酶酶酶酶- -底物复合物底物复合物在在疏疏水水环环境境中中进进行行酶酶反反应应有有很很大大的的优优越越性性，此此现象称为表面效应（现象称为表面效应（surfaceeffect）。）。 酶酶的的活活性性中中心心多多位位于于其其分分子子内内部部的的疏疏水水“口口袋袋”中，酶反应在酶分子内部的疏水环境中进行。中，酶反应在酶分子内部的疏水环境中进行。疏疏水水环环境境排排除除周周围围大大量量水水分分子子对对酶酶和和底底物物分分子子中中功功能能基基团团的的干干扰扰，防防止止二二者者之之间间形形成成水水化化膜膜，利利于底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。于底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。 4. 4. 表面效应有利于底物和酶的接触与结合表面效应有利于底物和酶的接触与结合 （二）酶对底物呈现多元催化（二）酶对底物呈现多元催化酸酸-碱催化碱催化酶酶是是两两性性解解离离的的蛋蛋白白质质，酶酶活活性性中中心心上上有有些些基基团团是是质质子子供供体体（酸酸），有有些些是是质质子子接接受体（碱）。受体（碱）。 有有利利于于质质子子的的转转移移，这这种种酸酸-碱碱催催化化可可以以使反应速率提高使反应速率提高102 105倍。倍。一般催化剂只有一种解离状态，仅表现一般催化剂只有一种解离状态，仅表现酸催酸催化或碱催化化或碱催化 氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基 酸（质子供体）酸（质子供体）酸（质子供体）酸（质子供体）碱（质子接受体）碱（质子接受体）碱（质子接受体）碱（质子接受体）谷氨酸、天谷氨酸、天谷氨酸、天谷氨酸、天冬氨酸冬氨酸冬氨酸冬氨酸 R R COOHCOOHR R COOCOO 赖氨酸、精赖氨酸、精赖氨酸、精赖氨酸、精氨酸氨酸氨酸氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸R R SHSHR R S S 组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸 丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸R R OHOHR R OO 酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸 R N HHH +R NH2.CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶分子中具有酸酶分子中具有酸- -碱催化作用的基团碱催化作用的基团 共价催化（共价催化（covalent catalysis）。）。 很多酶在催化过程中，与底物形成很多酶在催化过程中，与底物形成瞬时瞬时共价键共价键，底物与酶形成共价键后被激活，底物与酶形成共价键后被激活，并很容易进一步水解形成产物和游离的酶。并很容易进一步水解形成产物和游离的酶。这种催化机制称为共价催化（这种催化机制称为共价催化（covalentcatalysis）。）。 AB + E： AE + BH2OAE A + E：+ B亲核催化或亲电子催化亲核催化或亲电子催化酶酶活活性性中中心心有有的的催催化化基基团团属属于于亲亲核核基基团团，可可以以提提供供电电子子给给带带有有部部分分正正电电荷荷的的过过渡渡态态底底物物，形形成成瞬瞬间间共共价价键键。这这种种催催化化作作用用称称为为亲亲核催化（核催化（nucleophiliccatalysis）。）。 亲亲电电子子催催化化（electrophiliccatalysis）可可使使酶酶活活性性中中心心的的阳阳离离子子亲亲电电子子基基团团与与富富含含电子的底物形成电子的底物形成共价键共价键。 第三节第三节 酶促反应动力学酶促反应动力学The Kinetics of Enzymatic Reactions 研究各种因素对酶促反应速率的影响，研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。并加以定量的阐述。I.单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；II.酶酶促促反反应应速速率率（velocity，V）一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时时间间内内底底物的消耗量和产物的生成量来表示；物的消耗量和产物的生成量来表示；III.反反应应速速率率取取其其初初速速率率，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小小（一一般般在在5以以内内）时时的的反反应应速速率；率；IV.底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。V.研研究究一一种种因因素素的的影影响响时时，其其余余各各因因素素均恒定均恒定研究前提研究前提一、采用酶促反应初速率来研究酶促反一、采用酶促反应初速率来研究酶促反应动力学应动力学（一）酶活性是指酶催化化学反应的能力（一）酶活性是指酶催化化学反应的能力衡量酶活性的尺度是酶促反应速率的大衡量酶活性的尺度是酶促反应速率的大小。小。酶促反应速率可用单位时间内底物的减酶促反应速率可用单位时间内底物的减少量或产物的生成量来表示。少量或产物的生成量来表示。由于底物的消耗量不易测定，所以实际由于底物的消耗量不易测定，所以实际工作中经常是测定单位时间内产物的生成量。工作中经常是测定单位时间内产物的生成量。酶的活性酶的活性:以以国国际际单单位位（internationalunit,IU）表表示。示。在在规规定定的的实实验验条条件件下下（如如温温度度、pH的的限限定定和和足足够够的的底底物物浓浓度度等等），每每分分钟钟催催化化1 mol底底物物转转变变成成产产物物所所需需要要的的酶酶量量为为1个个国国际单位（际单位（IU）。）。 比活性（比活性（specificactivity）：比较酶的纯度）：比较酶的纯度 比活性单位是每比活性单位是每mg蛋白质所含酶的国际单位数，蛋白质所含酶的国际单位数，其单位是其单位是IUmg蛋白蛋白 1（二）酶促反应初速率是反应刚刚开始时测得（二）酶促反应初速率是反应刚刚开始时测得的反应速率的反应速率酶促反应初速率是指反应刚刚开始，各酶促反应初速率是指反应刚刚开始，各种影响因素尚未发挥作用时的酶促反应速率，种影响因素尚未发挥作用时的酶促反应速率，即反应时间进程曲线为直线部分时的反应速即反应时间进程曲线为直线部分时的反应速率。率。二、二、底物浓度对底物浓度对酶促反应速率的影响酶促反应速率的影响（一）酶促反应速率对底物浓度作图呈矩形双曲线（一）酶促反应速率对底物浓度作图呈矩形双曲线在在酶酶浓浓度度和和其其他他反反应应条条件件不不变变的的情情况况下下，反反应应速速率率V对对底底物物浓浓度度S作作图图呈呈矩矩形双曲线。形双曲线。 当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速率与底物浓度成正比；反反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。SSV VV Vmaxmax随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速率不再成正比例加速；反应反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。SSV VV Vmaxmax当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度酶被底物所饱和，反应速率不再增酶被底物所饱和，反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应。加，达最大速率；反应为零级反应。SSV VV Vmaxmax（二）反应速率与底物浓度的关系可用米（二）反应速率与底物浓度的关系可用米- -曼氏曼氏方程式表示方程式表示 米米- -曼氏方程定量地描述底物浓度与反应速率的曼氏方程定量地描述底物浓度与反应速率的关系关系 中间产物中间产物中间产物中间产物 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+Sk1k2k3ESE+P1913年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速率率与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米-曼曼氏氏方方程程式式，简称米氏方程式简称米氏方程式(Michaelisequation)。S：底物浓度：底物浓度V：不同：不同S时的反应速率时的反应速率Vmax：最大反应速率：最大反应速率(maximumvelocity) m：米氏常数：米氏常数(Michaelisconstant) VmaxSKm+S米米-曼氏方程式推导基于两个假设：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复合物的反应是快速平衡反应，而衡反应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应。的反应为慢反应。产物生成反应速率取决于慢反应产物生成反应速率取决于慢反应。即即Vk3ESS的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反的总浓度，因此在反应的初始阶段，应的初始阶段，S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt。2 2米米- -曼氏方程的推导过程引入了稳态概念曼氏方程的推导过程引入了稳态概念 稳态：是指稳态：是指ES的生成速率与分解速率相等，的生成速率与分解速率相等，即即 ES恒定。恒定。 k k1 1 (E(Et t ES) SES) Sk k2 2 ES + ES + k k3 3 ESESk2+k3Km（米氏常数）（米氏常数）k1令：令：则则(2)(2)变为变为: :(EtES)SKmES(2)(EtES)Sk2+k3ESk1整理得：整理得：将将(3)(3)代入代入(1) (1) 得得k3EtSKm+S(4)V当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即即EtES，反应达最大速率反应达最大速率Vmaxk3ESk3Et(5)ESEtSKm+S(3)整理得整理得: :将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：VmaxSKm+SVKmSKm值等于酶促反应速率为最大反应速率一半值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km+SVmaxVmaxSV VmaxmaxV VSSK KmmV Vmaxmax/2/2（三）动力学参数可用来比较酶促反应的动力学（三）动力学参数可用来比较酶促反应的动力学性质性质 1Km值等于即刻反应速率达到值等于即刻反应速率达到Vmax一半时的底物浓度一半时的底物浓度 2 2Km是酶的特征性常数是酶的特征性常数 在酶的结构、溶液在酶的结构、溶液pH、温度等条件不变的情、温度等条件不变的情况下，酶促反应底物的况下，酶促反应底物的Km不因反应中酶浓度的改不因反应中酶浓度的改变而不同。变而不同。同一酶对其所催化的不同底物有不同的同一酶对其所催化的不同底物有不同的Km；不同酶对同一底物也有其各自的不同酶对同一底物也有其各自的Km。Km的范围多在的范围多在10-610-2mol/L之间。之间。3 3Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力在一定条件下可表示酶对底物的亲和力 k1Km =k2+ k3当当k3 E E2 2 E E3 3。从图中。从图中可知，可知， EE的变化不影响酶促反应的的变化不影响酶促反应的K Km m。 B：反应速率对酶浓度作图，：反应速率对酶浓度作图，V与与E呈直线关系。呈直线关系。 四、四、温度对温度对酶促反应速率的影响酶促反应速率的影响 双重影响：双重影响：一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加快。但当温度增加达到某一点后，由于酶快。但当温度增加达到某一点后，由于酶蛋白的热变性作用，反应速度迅速下降，蛋白的热变性作用，反应速度迅速下降，直到完全失活。直到完全失活。 酶促反应速度随温度升高而达到一最大值酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度。时的温度就称为酶的最适温度。酶的最适温度与实验条件有关，因而它不酶的最适温度与实验条件有关，因而它不是酶的特征性常数。是酶的特征性常数。 哺乳动物组织中酶的最适温度多在哺乳动物组织中酶的最适温度多在35354040之间之间 TaqTaq DNA DNA聚合酶最适温度为聚合酶最适温度为7272 * * 低温的应用低温的应用一般的酶在低温下活性降低，但酶本一般的酶在低温下活性降低，但酶本身不被破坏，其活性可随温度的回升而身不被破坏，其活性可随温度的回升而恢复恢复 低温保存酶和菌种等生物制品低温保存酶和菌种等生物制品 低温麻醉低温麻醉 五、五、pH对对酶促反应速率的影响酶促反应速率的影响 pHpH对几种酶活性的影响对几种酶活性的影响 pHpH对酶活性的影响主要有下列几个方面：对酶活性的影响主要有下列几个方面：（1 1）极强的酸或碱可以使酶的）极强的酸或碱可以使酶的空间结构空间结构破坏，破坏，引起酶变性；引起酶变性；（2 2）影响酶活性中心）影响酶活性中心催化基团催化基团的解离状态，的解离状态，使底物不能分解成产物；使底物不能分解成产物；（3 3）影响酶活性中心）影响酶活性中心结合基团结合基团的解离状态，的解离状态，使底物不能与它结合；使底物不能与它结合；（4 4）影响）影响底物和辅酶底物和辅酶功能基团的解离状态。功能基团的解离状态。酶酶催催化化活活性性最最高高时时溶溶液液的的pHpH值值就就称称为为酶的最适酶的最适pHpH。人体内大多数酶的最适人体内大多数酶的最适pHpH在在6.56.58.08.0之间。之间。 酶的最适酶的最适pHpH不是酶的特征性常数。不是酶的特征性常数。观察观察pHpH对酶促反应速度的影响，通常为一对酶促反应速度的影响，通常为一“钟形钟形”曲线，即曲线，即pHpH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。过高或过低均可导致酶催化活性的下降。Pepsin胃蛋白酶Cholinesterase胆碱酯酶Trypsin胰蛋白酶Papain木瓜蛋白酶六、激活剂对酶促反应速率的影响六、激活剂对酶促反应速率的影响 酶的激活剂（酶的激活剂（activator） 使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。 必需激活剂（必需激活剂（essentialactivator）为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性 MgMg2+2+为己糖激酶的必需激活剂为己糖激酶的必需激活剂 非必需激活剂（非必需激活剂（non-essentialactivator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的可以提高酶的催化活性，但不是必需的 ClCl- -对唾液淀粉酶的激活作用对唾液淀粉酶的激活作用 在酶促反应中，凡能与酶结合而使酶的在酶促反应中，凡能与酶结合而使酶的催化活性下降或消失，但又催化活性下降或消失，但又不引起酶变性不引起酶变性的物质称为酶的抑制剂（的物质称为酶的抑制剂（inhibitor，I）。）。七、抑制剂对酶活性抑制作用七、抑制剂对酶活性抑制作用 抑制剂可与酶抑制剂可与酶活性中心内或活性中心活性中心内或活性中心外外的必需基团结合，从而抑制酶的活性。的必需基团结合，从而抑制酶的活性。根据抑制剂与酶是否共价结合及抑制效根据抑制剂与酶是否共价结合及抑制效果的不同，将抑制剂对酶的抑制作用分为可果的不同，将抑制剂对酶的抑制作用分为可逆性抑制剂逆性抑制剂（reversibleinhibitor）和不可和不可性逆抑制剂性逆抑制剂（irreversibleinhibitor）。）。（一）不可逆抑制作用：（一）不可逆抑制作用： 抑抑制制剂剂与与酶酶分分子子的的必必需需基基团团共共价价结结合合引引起起酶酶活性的抑制。活性的抑制。且且不不能能采采用用透透析析等等物物理理方方法法使使酶酶活活性性恢恢复复的的抑制作用就是不可逆抑制作用。抑制作用就是不可逆抑制作用。 不可逆性抑制作用的抑制剂不可逆性抑制作用的抑制剂 ：基团特异性抑制剂（基团特异性抑制剂（group-specificinhibitor）底物类似物（底物类似物（substrateanalog）自杀性抑制剂（自杀性抑制剂（suicideinhibitor） 1 1基团特异性抑制剂与酶分子中特异的基团基团特异性抑制剂与酶分子中特异的基团共价结合共价结合 一些酶活性中心的催化基团是丝氨酸残基上一些酶活性中心的催化基团是丝氨酸残基上的羟基，这些酶称为羟基酶。的羟基，这些酶称为羟基酶。 如胆碱酯酶和丝氨酸蛋白酶如胆碱酯酶和丝氨酸蛋白酶 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CH3CHN+HONROPROOOE+NROPROOOCHCH3N+EOH 解磷定解磷定 失活的酶失活的酶 有机磷有机磷- -解磷定复合物解磷定复合物 活化的酶活化的酶 半半胱胱氨氨酸酸残残基基上上的的巯巯基基是是许许多多酶酶的的必必需需基团。基团。低低浓浓度度的的重重金金属属离离子子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等等)及及As3+等等可可与与巯巯基基酶酶分分子子中中的的巯巯基基结结合合，使酶失活。使酶失活。2 2底物类似物可共价地修饰酶的活性中心底物类似物可共价地修饰酶的活性中心 与基团特异性抑制剂不同，底物类似物与基团特异性抑制剂不同，底物类似物与底物的结构相似，可特异地与与底物的结构相似，可特异地与酶的活性中酶的活性中心心共价结合，不可逆地抑制酶的活性。共价结合，不可逆地抑制酶的活性。此类抑制剂可作为亲和标记物，用来定此类抑制剂可作为亲和标记物，用来定性酶活性中心的功能基团。性酶活性中心的功能基团。 酶的自杀性抑制剂可以作为酶的底物与酶酶的自杀性抑制剂可以作为酶的底物与酶活性中心相结合，生成酶活性中心相结合，生成酶- -底物复合物，并接受底物复合物，并接受酶的催化作用。酶的催化作用。然而，经催化后的然而，经催化后的中间产物不游离出产物中间产物不游离出产物，而，而是是转化为酶的抑制剂转化为酶的抑制剂，进一步与酶活性中心共进一步与酶活性中心共价结合价结合，对酶产生抑制作用。，对酶产生抑制作用。 E+SESEIE-I3 3自杀性抑制剂是经过修饰的酶的底物自杀性抑制剂是经过修饰的酶的底物+ N,N-二甲基丙炔酰胺二甲基丙炔酰胺 酶酶-底物复合物底物复合物（FAD）无活性酶中无活性酶中被修饰的被修饰的FADN，N-二甲基丙炔酰胺二甲基丙炔酰胺单胺氧化酶为催化单胺氧化脱氨反应的酶。自自杀杀性性抑抑制制剂剂N,N-二二甲甲基基丙丙炔炔酰酰胺胺在在与与单单胺胺氧氧化化酶酶结结合合后后，由由于于填填加加1个个质质子子，使使之之与与酶酶的的辅辅基基FAD结结合合生生成成稳稳定定的的烷烷化化物物，从从而酶被抑制。而酶被抑制。 （二）可逆抑制作用：（二）可逆抑制作用： 抑抑制制剂剂以以非非共共价价键键与与酶酶分分子子可可逆逆性性结结合合造造成成酶酶活活性性的的抑抑制制，且且可可采采用用透透析析等等简简单单方方法法去去除除抑抑制制剂剂而而使使酶酶活活性性完完全全恢恢复复的的抑抑制制作作用用就就是是可可逆逆抑制作用。抑制作用。 可可逆逆抑抑制制作作用用包包括括竞竞争争性性、反反竞竞争争性、和非竞争性抑制几种类型。性、和非竞争性抑制几种类型。 1.1.竞争性抑制（竞争性抑制（competitive competitive inhibi-tioninhibi-tion) )： 抑抑制制剂剂与与底底物物竞竞争争与与酶酶的的同同一一活活性性中中心心结结合合，从从而而干干扰扰了了酶酶与与底底物物的的结结合合，使使酶酶的的催催化化活活性降低，称为竞争性抑制作用。性降低，称为竞争性抑制作用。由由于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的结结合合是是可可逆逆的的，抑抑制制程程度度则取决于：则取决于：抑制剂与酶的相对亲和力抑制剂与酶的相对亲和力与底物浓度的相对比例。与底物浓度的相对比例。竞竞争争性性抑抑制制的的速速度度方方程程与与图图形形特特征征抑制剂对反应速度的影响竞争性抑制 竞争性抑制的特点：竞争性抑制的特点：抑抑制制剂剂与与酶酶的的底底物物结结构构相相似似，往往往往是是酶酶的的底物类似物或反应产物；底物类似物或反应产物； 抑抑制制剂剂与与酶酶的的结结合合部部位位与与底底物物与与酶酶的的结结合合部部位位相相同同，抑抑制制剂剂与与底底物物竞竞争争结结合合酶酶的的活性中心；活性中心； 抑抑制制剂剂浓浓度度越越大大，则则抑抑制制作作用用越越大大；但但通过增加底物浓度可以减少甚至消除抑制。通过增加底物浓度可以减少甚至消除抑制。 动力学参数：动力学参数：KmKm值增大，值增大，VmVm值不变。值不变。丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制 磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺对对磺胺类药物磺胺类药物敏感的细菌在生长繁殖时，不能敏感的细菌在生长繁殖时，不能直接利用叶酸。而是在体内直接利用叶酸。而是在体内二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶催化下以催化下以对氨基苯甲酸为原料合成对氨基苯甲酸为原料合成二氢叶酸，二氢叶酸，再合成四氢叶酸，为核苷酸合成的辅酶。再合成四氢叶酸，为核苷酸合成的辅酶。磺胺类药物的磺胺类药物的对氨基苯磺酰胺结构与对氨基苯对氨基苯磺酰胺结构与对氨基苯甲酸甲酸相似，是二氢叶酸合成酶的相似，是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制竞争性抑制剂，抑制剂，抑制二氢叶酸合成。二氢叶酸合成。细菌生长繁殖受阻。细菌生长繁殖受阻。人能直接利用食物中的人能直接利用食物中的叶酸。核酸合成不受磺叶酸。核酸合成不受磺胺类药物影响。胺类药物影响。属于抗代谢物的抗癌药物，甲氨蝶呤，属于抗代谢物的抗癌药物，甲氨蝶呤，5-5-氟氟尿嘧啶，尿嘧啶，6-6-巯基嘌呤，都是酶的竞争性抑巯基嘌呤，都是酶的竞争性抑制剂。制剂。2 2反竞争性抑制：反竞争性抑制：抑抑制制剂剂与与酶酶和和底底物物形形成成的的中中间间产产物物（ESES）结结合合，不不能能与与游游离离酶酶结结合合，使使中中间间产产物物ESES的的量量下降。下降。这这样样，既既减减少少从从中中间间产产物物转转化化为为产产物物的的量量，也也同同时时减减少少从从中中间间产产物物解解离离出出游游离离酶酶和和底底物物的量。的量。反反竞竞争争性性抑抑制制的的速速度度方方程程与与图图形形特特征征反竞争性抑制的双倒数图形特征反竞争性抑制的双倒数图形特征 反竞争性抑制的特点：反竞争性抑制的特点： 反反竞竞争争性性抑抑制制剂剂的的化化学学结结构构不不一一定定与与底底物物的分子结构类似；的分子结构类似； 抑抑制制剂剂与与底底物物可可同同时时与与酶酶的的不不同同部部位位结结合合；抑制剂不与活性中心结合抑制剂不与活性中心结合。 必必须须有有底底物物存存在在，抑抑制制剂剂才才能能对对酶酶产产生生抑抑制作用；制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；抑制程度随底物浓度的增加而增加； 动力学参数：动力学参数：KmKm减小，减小，VmVm降低。降低。3 3非竞争性抑制：非竞争性抑制：抑制剂可与酶活性中心外的必需基团结合，抑制剂可与酶活性中心外的必需基团结合，不影响酶与底物的结合。不影响酶与底物的结合。抑制剂既可以抑制剂既可以与游离酶结合，也可以与与游离酶结合，也可以与ESES复复合物结合合物结合。酶和底物的结合也不影响酶与。酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物与抑制剂之间无竞争抑制剂的结合。底物与抑制剂之间无竞争关系。但酶关系。但酶- -底物底物- -抑制剂复合物（抑制剂复合物（ESIESI）不）不能进一步释放出产物。能进一步释放出产物。非非竞竞争争性性抑抑制制的的速速度度方方程程与与图图形形特特征征非竞争性抑制的双倒数图形特征非竞争性抑制的双倒数图形特征非竞争性抑制的特点：非竞争性抑制的特点： 非非竞竞争争性性抑抑制制剂剂的的化化学学结结构构不不一一定定与与底底物物的分子结构类似；的分子结构类似； 底底物物和和抑抑制制剂剂分分别别独独立立地地与与酶酶的的不不同同部部位位相结合；相结合； 抑抑制制剂剂对对酶酶与与底底物物的的结结合合无无影影响响，故故底底物物浓度的改变对抑制程度无影响；浓度的改变对抑制程度无影响； 动力学参数：动力学参数：KmKm值不变，值不变，VmVm值降低。值降低。 抑制剂对反应速度的影响抑制剂对反应速度的影响不变不变增大增大增大增大Km / Vmax斜率斜率林林-贝氏作图贝氏作图降低降低降低降低不变不变Vmax最大速度最大速度减小减小不变不变增大增大Km表观表观KmESE、ESE与与I结合的组分结合的组分反竞争性抑制反竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制无抑制剂无抑制剂作用特征作用特征各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较第四节第四节 酶活性的调节酶活性的调节Regulation of Enzyme Activities 调节酶（调节酶（regulatoryenzyme） 对环境因素的作用表现出催化活性增高对环境因素的作用表现出催化活性增高或降低、或酶量的增多或减少，进而能影或降低、或酶量的增多或减少，进而能影响和调整反应途径，反应速率的酶。响和调整反应途径，反应速率的酶。 机机体体通通过过改改变变调调节节酶酶的的活活性性或或诱诱导导、阻阻遏遏酶酶的的生生物物合合成成，可可实实现现细细胞胞代代谢谢水水平平的的调调节节；物物质质代代谢谢的的整整体体调调节节和和激激素素水水平平的的调调节节最终也都是通过影响酶促反应速率实现的。最终也都是通过影响酶促反应速率实现的。 一、调节酶的活性可受别构效应剂的调节一、调节酶的活性可受别构效应剂的调节 （一）别构效应剂与别构酶结合引发酶的构象（一）别构效应剂与别构酶结合引发酶的构象改变改变别构调节别构调节 (allostericregulation)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酶的的催催化化活活性性，此此种种调调节节方方式式称别构调节。称别构调节。别构酶（别构酶（allostericenzyme）：）：能发生别构效应的酶能发生别构效应的酶别构效应剂（别构效应剂（allostericeffector）：）：能引起酶发生构象改变的化合物能引起酶发生构象改变的化合物调节部位（调节部位（regulatorysite）：）：别构效应剂与酶结合的部位别构效应剂与酶结合的部位 别别构构酶酶也也有有两两种种构构象象形形式式，紧紧缩缩态态(T)和和松松弛弛态态(R)。T态态和和R态态对对底底物物的的亲亲和和力力或或催催化化活活性性不不同同，别别构构效效应应剂剂就就是是通通过过引引起起酶酶R态态与与T态态的的互互变变，改改变酶的催化速率。变酶的催化速率。 （二）别构效应剂可引起别构酶分子中各亚（二）别构效应剂可引起别构酶分子中各亚基间的协同作用基间的协同作用 亚基的构象改变可以相互影响，发生协同效应。亚基的构象改变可以相互影响，发生协同效应。（cooperativity） 正协同效应（正协同效应（positivecooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。 负协同效应（负协同效应（negativecooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。同种协同效应（同种协同效应（homotropiccooperativity） 别构效应剂引起的构象改变增加或降别构效应剂引起的构象改变增加或降低后续亚基对低后续亚基对同种同种别构效应剂的亲和力。别构效应剂的亲和力。 异种协同效应（异种协同效应（heterotropiccooperativity） 别构效应剂引起的构象改变增加或降低别构效应剂引起的构象改变增加或降低后续亚基对后续亚基对他种他种别构效应剂的亲和力。别构效应剂的亲和力。 别别构构效效应应剂剂引引起起的的构构象象改改变变增增加加酶酶对对底底物物的的亲亲和和力力，这这种种现现象象（属属于于异异种种正正协协同同效效应应 ） 称称 为为 别别 构构 激激 活活 作作 用用 （ allostericactivation）。此此别别构构效效应应剂剂称称为为别别构构激激活活剂剂（allostericactivator） 引引起起酶酶对对底底物物亲亲和和力力降降低低的的现现象象（属属于于异异 种种 负负 协协 同同 效效 应应 ） 称称 为为 别别 构构 抑抑 制制 作作 用用（allostericinhibition）。此此别别构构效效应应剂剂称称为别构抑制剂（为别构抑制剂（allostericinhibitor）（三）别构酶的动力学不遵守米（三）别构酶的动力学不遵守米- -曼氏方程曼氏方程 正正协协同同效效应应的的底底物物浓浓度度- -反反应应速速率率曲曲线为线为S S形曲线形曲线 负负协协同同效效应应的的底底物物- -速速率率曲曲线线外外形形类类似似矩矩形形双双曲曲线线，但但不不是是矩形双曲线矩形双曲线 二、共价修饰二、共价修饰（一）磷酸化与去磷酸化是最常见的共价（一）磷酸化与去磷酸化是最常见的共价修饰方式修饰方式共价修饰共价修饰( (covalentmodification) )或或化学修饰化学修饰( (chemicalmodification) ) 酶酶分分子子中中的的某某些些基基团团可可在在其其他他酶酶的的催催化化下下，共共价结合某些化学基团；价结合某些化学基团；同同时时又又可可在在另另一一种种酶酶的的催催化化下下，将将此此结结合合上上的的化学基团去掉，从而影响酶的活性。化学基团去掉，从而影响酶的活性。 酶的共价修饰种类：酶的共价修饰种类： 1. 1. 磷酸化（磷酸化（phosphorylation） 和去磷酸化（和去磷酸化（dephosphorylation） 2. 2. 甲基化（甲基化（methylation） 和去甲基化（和去甲基化（demethylation） 3. 3. 腺苷化（腺苷化（adenylation） 和去腺苷化（和去腺苷化（deadenylation） 4. 4. 尿苷化尿苷化( (uridylation) ) 和去尿苷化和去尿苷化（deuridylation） 磷酸化和去磷酸化修饰是最常见的共价修饰磷酸化和去磷酸化修饰是最常见的共价修饰 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）共价修饰可引起（二）共价修饰可引起级联级联放大效应放大效应 在一个连锁反应中，一个酶被磷酸化或去在一个连锁反应中，一个酶被磷酸化或去磷酸化激活后，后续的其他酶可同样的依次被磷酸化激活后，后续的其他酶可同样的依次被其上游的酶共价修饰而激活，引起原始信号的其上游的酶共价修饰而激活，引起原始信号的放大。放大。这种多重共价修饰的连锁反应称为这种多重共价修饰的连锁反应称为级联反级联反应应（cascadereaction）。）。 级联反应的主要作用是产生快速、级联反应的主要作用是产生快速、高效的放大效应。高效的放大效应。 三、酶原需经激活后才具有催化活性三、酶原需经激活后才具有催化活性 酶原酶原 (zymogen)：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。 酶原的激活：酶原的激活：在一定条件下，酶原向有活性酶转化的在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。过程。酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构的改变。结构的改变。酶原激活的原理酶原激活的原理酶酶 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S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激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酶原酶原激活因子激活因子激活途径激活途径胃蛋白酶原胃蛋白酶原H H+ +或胃蛋白酶或胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 + + 六肽六肽胰蛋白酶原胰蛋白酶原肠激酶、胰蛋白酶肠激酶、胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶 + + 六肽六肽胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 + 2+ 2个二肽个二肽弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶 + + 几个肽段几个肽段羧基肽酶原羧基肽酶原胰蛋白酶胰蛋白酶羧基肽酶羧基肽酶 + + 几个肽段几个肽段消化蛋白酶原的激活消化蛋白酶原的激活 酶原的激活的重要生理意义酶原的激活的重要生理意义：（1）保护酶的分泌器官本身不受酶的消化；）保护酶的分泌器官本身不受酶的消化；（2）保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化）保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用；作用；（3）酶原还可以视为酶的贮存形式。）酶原还可以视为酶的贮存形式。第五节第五节酶与医学酶与医学 Enzymes and Medical Sciences 一、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关一、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关1 1酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一 酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。 2 2酶原异常激活和酶活性异常改变可引起疾病酶原异常激活和酶活性异常改变可引起疾病 胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。 3 3一些疾病可以引起酶活性的改变一些疾病可以引起酶活性的改变 严重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而严重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而影响血液凝固。影响血液凝固。 （二）体液中酶的活性可作为疾病的诊断指标（二）体液中酶的活性可作为疾病的诊断指标 2. 2. 恶性肿瘤可因肿瘤组织的增殖加快，其标志酶恶性肿瘤可因肿瘤组织的增殖加快，其标志酶释放入血增多，有助于对该组织肿瘤的诊断。释放入血增多，有助于对该组织肿瘤的诊断。 前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。 1.1.组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入血，有助于对此组织器官疾病的诊断。血，有助于对此组织器官疾病的诊断。 急性肝炎时，血清中丙氨酸转氨酶活性升高。急性肝炎时，血清中丙氨酸转氨酶活性升高。 3. 3. 有些酶的清除和排泄障碍也可造成血清含量升高。有些酶的清除和排泄障碍也可造成血清含量升高。 肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。 4. 4. 酶的诱导合成增多也可以从血清中检测出来，酶的诱导合成增多也可以从血清中检测出来，用于协助诊断和预后判断。用于协助诊断和预后判断。 胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。 （三）酶作为药物可用于疾病的治疗（三）酶作为药物可用于疾病的治疗 1 1有些酶作为助消化的药物有些酶作为助消化的药物 消化腺分泌功能不良所致的消化不良可消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以纠正。淀粉酶等予以纠正。 3 3有些酶具有溶解血栓的疗效有些酶具有溶解血栓的疗效 链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，用于治疗心、脑血管栓塞等。用于治疗心、脑血管栓塞等。 胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠萝胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等可加强伤口的净化、抗炎和防止浆蛋白酶等可加强伤口的净化、抗炎和防止浆膜粘连等。膜粘连等。 2.2.有些酶用于清洁伤口和抗炎有些酶用于清洁伤口和抗炎（四）有些药物通过抑制或激活体内某种酶的（四）有些药物通过抑制或激活体内某种酶的活性起治疗作用活性起治疗作用 一些药物通过抑制某些酶的活性，纠正体内一些药物通过抑制某些酶的活性，纠正体内代谢紊乱。代谢紊乱。如抗抑郁药通过抑制单胺氧化酶而减少儿茶如抗抑郁药通过抑制单胺氧化酶而减少儿茶酚胺的灭活，治疗抑郁症。酚胺的灭活，治疗抑郁症。洛伐他汀通过竞争性抑制洛伐他汀通过竞争性抑制HMG-CoA还原酶还原酶的活性，抑制胆固醇的生物合成，降低血胆固醇。的活性，抑制胆固醇的生物合成，降低血胆固醇。给新生儿服用苯巴比妥可诱导肝细胞给新生儿服用苯巴比妥可诱导肝细胞UDP-葡葡萄糖醛酸基转移酶的合成，减轻新生儿黄疸，防萄糖醛酸基转移酶的合成，减轻新生儿黄疸，防止出现胆红素脑病。止出现胆红素脑病。二、酶作为试剂可用于生物化学分析二、酶作为试剂可用于生物化学分析 （一）有些酶可作为酶偶联测定法中的指示酶（一）有些酶可作为酶偶联测定法中的指示酶或辅助酶或辅助酶 当有些酶促反应的底物或产物不能被直接测当有些酶促反应的底物或产物不能被直接测定时，可偶联另一种或两种酶，使初始反应产定时，可偶联另一种或两种酶，使初始反应产物定量地转变为可测量的某种产物。从而测定物定量地转变为可测量的某种产物。从而测定初始反应的底物、产物或初始酶活性。这种方初始反应的底物、产物或初始酶活性。这种方法称为酶偶联测定法。法称为酶偶联测定法。 若偶联一种酶，这个酶即为指示酶；若偶若偶联一种酶，这个酶即为指示酶；若偶联两种酶，则前一种酶为辅助酶，后一种酶为联两种酶，则前一种酶为辅助酶，后一种酶为指示酶。指示酶。（二）有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶（二）有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶 酶联免疫吸附测定（酶联免疫吸附测定（enzyme-linkedimmunosorbentassays，ELISA）法就是利用抗原）法就是利用抗原-抗体特异性结合的特点，将标记酶与抗体偶联，抗体特异性结合的特点，将标记酶与抗体偶联，对抗原或抗体做出检测的一种方法。对抗原或抗体做出检测的一种方法。常用的标记酶：辣根过氧化物酶常用的标记酶：辣根过氧化物酶碱性磷酸酶碱性磷酸酶葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶-半乳糖苷酶半乳糖苷酶（三）多种酶成为基因工程常用的工具酶（三）多种酶成为基因工程常用的工具酶 多种酶已常规用于基因工程操作过多种酶已常规用于基因工程操作过程中。程中。例如，例如，型限制性内切核酸酶、型限制性内切核酸酶、DNA连接酶、逆转录酶、连接酶、逆转录酶、DNA聚合酶等。聚合酶等。三、酶工程是对酶进行改造的新型应用技术三、酶工程是对酶进行改造的新型应用技术酶酶工工程程（enzyme engineering）是是利利用用化化学学的的和和基基因因工工程程方方法法对对酶酶的的结结构构、理化性质进行改造，或研发新的酶分子。理化性质进行改造，或研发新的酶分子。使使之之具具有有更更高高的的催催化化效效率率、高高度度稳稳定定性性，更更容容易易提提取取与与纯纯化化，便便于于工工业业、农业和医药卫生等领域应用的一门技术。农业和医药卫生等领域应用的一门技术。 （一）有些酶可通过化学工程手段进行改造（一）有些酶可通过化学工程手段进行改造 1 1固定化酶是固相酶固定化酶是固相酶 固固定定化化酶酶（immobilizedenzyme）是是将将水水溶溶性性酶酶用用物物理理或或化化学学方方法法处处理理，将将其其固固定定于于有有机机或或无无机机物物的的介介质质上上，或或包包埋埋于于某某种种膜膜中中，使使之之成成为为不不溶溶于于水水的的、稳稳定定的的、可可以以反反复使用的固态酶。复使用的固态酶。 固固定定化化酶酶可可以以装装柱柱，这这样样，固固定定化化酶酶不不但但具具有有酶酶的的高高催催化化效效率率和和高高特特异异性性，反反应应自自动动化化、连续化、管道化。连续化、管道化。 2 2抗体酶是具有酶活性的抗体抗体酶是具有酶活性的抗体 抗体酶（抗体酶（abzyme）是人工制造的具）是人工制造的具有催化活性的单克隆抗体。有催化活性的单克隆抗体。 根据酶底物的过渡态与酶的活性中心密切根据酶底物的过渡态与酶的活性中心密切结合并易于生成产物的特性，设计出过渡态分结合并易于生成产物的特性，设计出过渡态分子的类似物，并以此作为抗原，接种于动物产子的类似物，并以此作为抗原，接种于动物产生相应的抗体。生相应的抗体。该抗体既然能与过渡态类似物相互结合，该抗体既然能与过渡态类似物相互结合，也就有可能具有催化过渡态反应的酶活性。这也就有可能具有催化过渡态反应的酶活性。这种具有酶活性的抗体，称为抗体酶。种具有酶活性的抗体，称为抗体酶。 3 3对酶活性中心必需基团的化学修饰对酶活性中心必需基团的化学修饰可改变酶的催化性质可改变酶的催化性质 通过对酶活性中心的某一必需基通过对酶活性中心的某一必需基团的化学修饰，改变酶的催化性质。团的化学修饰，改变酶的催化性质。这种酶即保持酶蛋白的理化性质这种酶即保持酶蛋白的理化性质和稳定性，又可使其具有人们预想和稳定性，又可使其具有人们预想的催化目的。的催化目的。 4 4模拟酶是人工合成的具有催化作用的非模拟酶是人工合成的具有催化作用的非蛋白质有机化合物蛋白质有机化合物 利利用用有有机机合合成成的的方方法法合合成成的的具具有有底底物物结结合合部部位位和和催催化化部部位位的的非非蛋蛋白白质质有有机机化合物称为模拟酶（化合物称为模拟酶（mimicenzyme）。）。 模模拟拟酶酶具具有有天天然然酶酶的的高高效效、特特异异催催化作用。化作用。还有以下优点还有以下优点: : 1 模拟酶是小分子的稳定的化合物，应用方模拟酶是小分子的稳定的化合物，应用方便；便；2 模拟酶还克服了天然酶提取纯化的复杂性；模拟酶还克服了天然酶提取纯化的复杂性；3 产量高；产量高；4 酶的稳定性增加；酶的稳定性增加；5 克服生物大分子在应用上的抗原性不便。克服生物大分子在应用上的抗原性不便。（二）基因工程是对酶一级结构的修饰（二）基因工程是对酶一级结构的修饰酶的基因工程是利用重组酶的基因工程是利用重组DNA技术对技术对酶一级结构的修饰酶一级结构的修饰.以发现催化活性更高、更稳定的可以以发现催化活性更高、更稳定的可以大量生产的酶。大量生产的酶。 在准确了解和掌握酶的结构、功能在准确了解和掌握酶的结构、功能和催化机制的基础上，采用定点突变改和催化机制的基础上，采用定点突变改变酶蛋白的氨基酸序列。变酶蛋白的氨基酸序列。 yyyy-M-164举例说明3种可逆抑制作用的区别，掌握其动力学特点。反应平衡 结合酶 辅酶和辅基 金属激活酶和金属酶 多酶复合物和多功能酶 同工酶 酶的活性中心 酶活性 米-曼氏方程式 m 最适温度 酶的抑制剂 可逆抑制作用和不可逆抑制作用 别构酶 共价修饰 酶原和酶原的激活 固定化酶 抗体酶第四章复习要点概念论述题概述题1简述简述酶作用的特点2简述简述酶催化作用机制3简述简述影响酶促反应速率的因素4简述简述酶活性调节的种类及机制