项目三项目三 酶酶1 1酶的概念及特性酶的概念及特性定义：定义：酶是活细胞所产酶是活细胞所产生的具有催化活性的生物大生的具有催化活性的生物大分子，包括蛋白质及核酸，分子，包括蛋白质及核酸，又名又名生物催化剂生物催化剂。核糖酶核糖酶：具有催化作用的：具有催化作用的RNARNA。作业一：酶的概念是什么？作业一：酶的概念是什么？酶学研究简史酶学研究简史公公元元前前两两千千多多年年，我我国国已已有有酿酿酒酒记记载载，古古埃埃及及人人烤烤出出了了第一个面包第一个面包18501850年，年，PasteurPasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。18771877年，年，KuhneKuhne首次提出首次提出EnzymeEnzyme一词。一词。18971897年年，BuchnerBuchner兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液，实实现现了了发酵。发酵。19131913年年，MichaelisMichaelis和和MentenMenten提提出出了了酶酶促促动动力力学学原原理理米米氏学说氏学说。19261926年年，SumnerSumner首首次次从从刀刀豆豆中中提提纯纯出出脲脲酶酶结结晶晶。证证实实酶酶的的蛋白质本质蛋白质本质，获，获19461946年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。3如何证明酶是蛋白质？如何证明酶是蛋白质？酶的水解产物是氨基酸酶的水解产物是氨基酸能使蛋白变性的条件都能使酶的活性降能使蛋白变性的条件都能使酶的活性降低低酶也有两性解离和等电点酶也有两性解离和等电点酶的溶液也呈现胶体的性质酶的溶液也呈现胶体的性质有与蛋白质相同的颜色反应有与蛋白质相同的颜色反应结论：酶是一类有特殊活结论：酶是一类有特殊活性的蛋白质。性的蛋白质。酶学研究简史酶学研究简史19301930年年NorthropNorthrop等等得得到到了了胃胃蛋蛋白白酶酶、胰胰蛋蛋白白酶酶和和胰胰凝凝乳乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。 19821982年年，CechCech首首次次发发现现RNARNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提提出出核核酶酶(ribozyme)(ribozyme)的的概概念念。CechCech等等获获得得19891989年年诺诺贝贝尔尔化化学学奖。奖。 19951995年年，Jack Jack W.SzostakW.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNADNA连连接酶活性接酶活性DNADNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。5酶的特性：酶的特性：1 1）高效性）高效性2) 2) 高度专一性高度专一性3 3）反应条件温和）反应条件温和4 4）高度不稳定性）高度不稳定性5 5）酶活力可调节控制酶活力可调节控制作业二：酶的特性有哪些？作业二：酶的特性有哪些？（酶与一般催化剂的区别有哪些）（酶与一般催化剂的区别有哪些）（一）酶促反应具有（一）酶促反应具有极高的效率极高的效率 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1081020倍倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。一一种种酶酶仅仅作作用用于于一一种种或或一一类类化化合合物物，或或一一定定的的化化学学键键，催催化化一一定定的的化化学学反反应应并并生生成成一一定定的的产产物。酶的这种选择性称为酶的物。酶的这种选择性称为酶的特异性或专一性特异性或专一性。酶的特异性酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有（二）酶促反应具有高度的特异性高度的特异性绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)相对特异性相对特异性(relative specificity)立体结构特异性立体结构特异性(stereo specificity)绝对特异性绝对特异性酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一酶只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的反应，生成一种特定结构的产物 。如：如： 相对特异性相对特异性酶作用于一类化合物或一种化学键。酶作用于一类化合物或一种化学键。如：如：立体结构特异性立体结构特异性酶仅作用于立体异构体中的一种。酶仅作用于立体异构体中的一种。(三三) 高度的高度的不稳定性不稳定性 多数酶是蛋白质。多数酶是蛋白质。 酶的作用条件一般应在酶的作用条件一般应在温和温和的条件下，如中的条件下，如中性性pHpH、常温和常压下进行。、常温和常压下进行。 强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。 （四）（四）酶促反应的酶促反应的可调节性可调节性对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等酶的分类酶的分类1 1、根据酶参与的反应性质分类：、根据酶参与的反应性质分类：1) 1) 氧化还原酶类氧化还原酶类 ：AHAH2 2+B+B A+BHA+BH2 22)2) 转移酶类转移酶类 ：AR+B A+BRAR+B A+BR3 3）水解酶类）水解酶类: AB+H: AB+H2 2O AOH+BHO AOH+BH4 4）裂合酶类）裂合酶类: AB A+B: AB A+B5 5）异构酶类）异构酶类: A B: A B6 6）连接酶类（合成酶类）连接酶类（合成酶类）: : A+B+ATP AB+ADP+Pi A+B+ATP AB+ADP+Pi2 2酶的分类与命名酶的分类与命名氧化氧化- -还原酶催化氧化还原酶催化氧化- -还原反应。还原反应。主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。如乳酸如乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1 1）氧化）氧化- -还原酶类还原酶类 Oxido-reductases转移酶催化基团转移反应，即将一个底物转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。子上。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。2 2） 转移转移( (移换移换) )酶类酶类 TransferasesTransferases水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶例如，脂肪酶( (Lipase) )催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：3 3） 水解酶类水解酶类 hydrolaseshydrolases主要包括醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨主要包括醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨酶等。酶等。裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子而形成双键的反应及其逆反应。子而形成双键的反应及其逆反应。例如，苹果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化例如，苹果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化的反应。的反应。4 4）裂合（裂解）酶类）裂合（裂解）酶类 LyaseLyase异构酶催化各种同分异构体的相互转化，异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。即底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应磷酸葡萄糖异构酶催化的反应5 5）异构酶类）异构酶类 IsomerasesIsomerases合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须键的形成反应。这类反应必须与与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。A + B + ATP + H-O-H =A-B + ADP + Pi A + B + ATP + H-O-H =A-B + ADP + Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸丙酮酸 + + COCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸6 6） 合成酶类合成酶类 Ligases or SynthetasesLigases or Synthetases2. 根据酶的存在状态（活动部位）根据酶的存在状态（活动部位） 胞内酶：胞内酶： 在合成分泌后定位于细胞内（主要是胞在合成分泌后定位于细胞内（主要是胞液内）发生作用的酶，大多数的酶属于此类。液内）发生作用的酶，大多数的酶属于此类。 胞外酶：胞外酶： 在合成后分泌到细胞外发生作用的酶，在合成后分泌到细胞外发生作用的酶，主要为水解酶。主要为水解酶。 表面酶：表面酶： 主要分布在生物膜上，如原生质膜、各主要分布在生物膜上，如原生质膜、各种细胞器的膜和内质网上等，发生作用的酶。种细胞器的膜和内质网上等，发生作用的酶。3、根据酶的组成成分分类4. 4. 根据酶的结构特点及分子组成形式根据酶的结构特点及分子组成形式 单体酶单体酶 ：只含一条肽链，分子量小，大多只含一条肽链，分子量小，大多 数水解酶属于此类。数水解酶属于此类。 寡聚酶寡聚酶：由相同或不同的若干亚基构成。由相同或不同的若干亚基构成。 每条肽链是一个亚基，单独的亚基无酶的每条肽链是一个亚基，单独的亚基无酶的 活力。如乳酸脱氢酶含四个亚基。活力。如乳酸脱氢酶含四个亚基。 多酶复合体：多酶复合体： 若干个功能相关的酶彼此嵌合形成的复合若干个功能相关的酶彼此嵌合形成的复合 体。每个单独的酶都具有活性，当它们形成体。每个单独的酶都具有活性，当它们形成 复合体时，可催化某一特定的链式反应，如复合体时，可催化某一特定的链式反应，如 脂肪酸合成酶复合体，含有六个酶及一个非脂肪酸合成酶复合体，含有六个酶及一个非 酶蛋白质。酶蛋白质。 、 酶的命名1、习惯命名法、习惯命名法 底物底物+酶：酶：蛋白酶 来源来源+底物底物+酶：酶：胃蛋白酶 反应性质反应性质+酶：酶：水解酶 底物底物+反应性质反应性质+酶：酶：琥珀酸脱氢酶缺点：缺点：一酶多名，多酶一名一酶多名，多酶一名2、系统命名法、系统命名法“底物底物+反应性质反应性质+酶酶”(如果底物不只一个，应全部列如果底物不只一个，应全部列出，用冒号隔开出，用冒号隔开)举例：举例：乙醇乙醇NAD+乙醛乙醛NADHH+系统名：系统名：乙醇：乙醇：NAD氧化还原酶氧化还原酶习惯名：习惯名：乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶丙氨酸丙氨酸-酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸谷丙酮酸谷氨酸氨酸系统名：系统名：丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶习惯名：习惯名：谷丙转氨酶谷丙转氨酶3、酶的编号、酶的编号“EC酶大类号酶大类号亚类号亚类号亚亚类号亚亚类号序号序号”乳酸脱氢酶EC1.1.1.27第第1大类，氧化还原酶大类，氧化还原酶第第1亚类，氧化基团亚类，氧化基团CHOH第第1亚亚类，亚亚类，H受体为受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号该酶在亚亚类中的流水编号酶类检索表酶类检索表一些酶的命名举例一些酶的命名举例底底 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 3 3酶的分子结构酶的分子结构 酶酶分分子子活性中心活性中心活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团非必需基团非必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团必需基团必需基团酶的活性中心酶的活性中心：酶分子中能直接与：酶分子中能直接与底物分子结合并催化底物发生化学底物分子结合并催化底物发生化学反应的反应的空间空间部位称为酶的活性中心，部位称为酶的活性中心，又称为酶的活性部位又称为酶的活性部位结合部位结合部位：决定底物的专一性：决定底物的专一性催化部位催化部位：决定反应的专一性：决定反应的专一性活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团：维持酶特有：维持酶特有 的空间结构的空间结构活性活性活性活性中心中心中心中心酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心小结小结 活性中心的特点活性中心的特点1. 仅由几个氨基酸组成仅由几个氨基酸组成2. 是一个三维结构是一个三维结构3. 位于酶分子内部的裂隙或凹陷内位于酶分子内部的裂隙或凹陷内4. 底物通过次级键与酶结合底物通过次级键与酶结合溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心* 谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基团；基团；* 色色氨氨酸酸62和和83、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结结合基团；合基团；* AF为为底底物物多多糖糖链链的的糖糖基基，位位于于酶酶的的活活性性中中心心形成的裂隙中。形成的裂隙中。锁钥学说锁钥学说诱导契合学说诱导契合学说降低反应的活化能降低反应的活化能中间产物学说中间产物学说4 4酶的作用机制酶的作用机制u酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；通过降低活化能来加速反应通过降低活化能来加速反应;只能加速可逆反应的进程，而不改变只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。反应的平衡点。酶促反应的特点酶促反应的特点“锁钥学说锁钥学说”（FischerFischer，18901890）：酶的活）：酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。结合成中间络合物。认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样的结合如同一把钥匙对一把锁一样诱导契合学说诱导契合学说（KoshlandKoshland，19581958）该学说认为酶表面）该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状只是由于底物的诱导才形成了互补形状. .“诱导契合诱导契合”假说：假说：1)1)酶在结合底物前具有特定的形状酶在结合底物前具有特定的形状, ,酶酶分子的活性中心结构并不与底物分子的分子的活性中心结构并不与底物分子的结构互相吻合。结构互相吻合。2)2)酶的活性部位是柔性的，可改变构象，酶的活性部位是柔性的，可改变构象，使其发生有利于与底物结合的变化，酶使其发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合，生成酶与底物在此基础上互补契合，生成酶底物复合物，进行反应。底物复合物，进行反应。3)3)酶的构象变化是可逆的，酶与底物结酶的构象变化是可逆的，酶与底物结合生成产物后，酶又可回到原有构象。合生成产物后，酶又可回到原有构象。羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物目目 录录酶的工作原理酶的工作原理 1、活化能、活化能(activation energy) 在化学反应中，使底物分子从在化学反应中，使底物分子从初态初态转变到转变到活化态活化态所需的能量。所需的能量。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 过氧化氢分解反应所需活化能过氧化氢分解反应所需活化能催化剂催化剂每摩尔需活化能每摩尔需活化能无无18 000cal胶态钯胶态钯11 700cal过氧化氢酶过氧化氢酶2 000cal中间产物学说：中间产物学说： 酶如何降低化学反应的活化能酶如何降低化学反应的活化能 ：中间产物学说中间产物学说 中间产物学说认为：酶在催化化学反应时，酶与底物首先形成不稳定的中间物，然后分解酶与产物。即酶将原来活化能很高的反应分成两个活化能较低的反应来进行，因而加快了反应速度。 中间产物学说酶的工作方式酶的工作方式 S + E ES P + ES + E ES P + E底物底物 酶酶 中间产物中间产物 产物产物 中间产物存在的证据：中间产物存在的证据：1.1.同位素同位素3232P P标记底物法标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；（磷酸化酶与葡萄糖结合）；2.2.吸收光谱法（过氧吸收光谱法（过氧 化物酶与过氧化氢结合）。化物酶与过氧化氢结合）。邻近效应和定向排列邻近效应和定向排列 邻近效应：邻近效应：就是酶可以结合底物使它们互就是酶可以结合底物使它们互相靠近。相靠近。 定向效应：定向效应：就是酶可以将底物按有利于反就是酶可以将底物按有利于反应的方向进行排列。应的方向进行排列。 表面效应（疏水效应）表面效应（疏水效应） 酶活性中心的疏水环境排除水分子对催化酶活性中心的疏水环境排除水分子对催化作用的干扰。作用的干扰。n n酶活性中心是酶分子中具有三酶活性中心是酶分子中具有三酶活性中心是酶分子中具有三酶活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，或为裂缝，或为维结构的区域，或为裂缝，或为维结构的区域，或为裂缝，或为维结构的区域，或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部，常为凹陷，深入到酶分子内部，常为凹陷，深入到酶分子内部，常为凹陷，深入到酶分子内部，常为氨基酸残基的疏水基团组成的。氨基酸残基的疏水基团组成的。氨基酸残基的疏水基团组成的。氨基酸残基的疏水基团组成的。多元催化多元催化 酸碱催化：酸碱催化： 酶活性中心的某些基团可以酶活性中心的某些基团可以提供质子或接提供质子或接受质子受质子 ，从而激活底物加速反应。，从而激活底物加速反应。 亲核亲电子催化（共价催化）：亲核亲电子催化（共价催化）： 酶活性中心的某些基团可以酶活性中心的某些基团可以提供电子或提供电子或接受电子接受电子，形成瞬间共价键，从而激活底，形成瞬间共价键，从而激活底物加速反应。物加速反应。酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 52q酶促反应动力学酶促反应动力学研究研究酶促反应速率酶促反应速率及其及其影响因素影响因素q影响因素包括有影响因素包括有底物浓度、酶浓度、底物浓度、酶浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。作业三：影响酶促反应速率的作业三：影响酶促反应速率的因素有哪些？因素有哪些？53研究意义研究意义摸索条件摸索条件探寻机理探寻机理酶活力与酶促反应速度酶活力与酶促反应速度单位：浓度单位：浓度/单位时间单位时间酶促反应速度酶促反应速度=单位时间单位时间S 减少量或减少量或P 增加量增加量55I.单底物、单产物反应单底物、单产物反应II.反反应应速速度度取取其其初初速速度度，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度度研究前提研究前提 研究一种因素的影响时，其余各研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。因素均恒定。56酶活力酶活力：又名酶活性，指酶加速其所催：又名酶活性，指酶加速其所催化的化学反应速度的能力。化的化学反应速度的能力。酶活力单位：酶活力单位：在最适条件下在最适条件下(25(25，最适最适pHpH，饱合底物浓度，饱合底物浓度) )，每分钟催化，每分钟催化1mol1mol底物转化为产物的酶量为一个酶底物转化为产物的酶量为一个酶活力单位活力单位(U)(U)。在最适条件下，每秒钟在最适条件下，每秒钟催化催化1mol1mol底物转化为产物的酶量为一个底物转化为产物的酶量为一个酶活力单位酶活力单位(Kat)(Kat)，又称，又称1 1催量催量。 1Kat =6 1Kat =6 10107 7U U 酶酶的的比比活活力力：每每单单位位酶酶蛋蛋白白所所具具有有的的酶酶活活力力单单位位数数。用用U/mgU/mg酶酶蛋蛋白白或或U/mlU/ml酶酶制制剂剂来来表表示示。比比活活力力越越大大，酶的活力越大。酶的活力越大。酶浓度 对酶促反应速度的影响底物浓度 对酶促反应速度的影响抑制剂 对酶促反应速度的影响激活剂 对酶促反应速度的影响pH值 对酶促反应速度的影响温度 对酶促反应速度的影响各因素对酶反应速度的各因素对酶反应速度的影响影响1 1、酶浓度对反应速度的影响、酶浓度对反应速度的影响 在有在有足够底物足够底物，而又不受其，而又不受其他因素影响的情况下，酶的反他因素影响的情况下，酶的反应速度应速度(v)(v)与酶浓度成与酶浓度成正比正比。 v=kE v=kE (k (k为反应速度常数，为反应速度常数，EE为酶浓为酶浓度度) )2 2、底物浓度对反应速度的影响、底物浓度对反应速度的影响1913年年Michaelis和和Menten提出提出米氏方程米氏方程作业四：抄写米氏方程，写出作业四：抄写米氏方程，写出其中各项的意义其中各项的意义米氏常数米氏常数K Km m：指当反应速度达指当反应速度达到到V Vmaxmax一半时的底物浓度。一半时的底物浓度。KKm m的意义：的意义：1 1、K Km m是酶的一个特征性常数是酶的一个特征性常数K Km m只与酶的性质有关，与酶只与酶的性质有关，与酶浓度浓度无关无关 K Km m只是在一定的底物、一定的温只是在一定的底物、一定的温度和度和pHpH条件下测定的，条件不同，条件下测定的，条件不同， K Km m值不同。值不同。2 2、 K Km m可近似表示酶与底物的亲可近似表示酶与底物的亲和力和力K Km m越小，表示酶与底物的亲和越小，表示酶与底物的亲和力越大，反之亦然力越大，反之亦然如果一个酶有多个底物，则如果一个酶有多个底物，则K Km m最小的底物是该酶的最适底物最小的底物是该酶的最适底物3 3、 如果代谢途径中各酶的如果代谢途径中各酶的K Km m值值已知，已知，K Km m值最大的酶是限速酶。值最大的酶是限速酶。4 4、在可逆反应中，两个、在可逆反应中，两个K Km m值中最值中最小的反应方向是该酶促反应的小的反应方向是该酶促反应的主要方向。主要方向。双倒数作图法或林贝氏作图法双倒数作图法或林贝氏作图法 67抑制剂对反应速度的影响抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)凡能凡能使酶的催化活性下降使酶的催化活性下降而而不引起酶蛋白不引起酶蛋白变性变性的物质统称为酶的抑制剂。的物质统称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性区别于酶的变性抑制剂对酶抑制剂对酶有一定选择性有一定选择性，而，而变性的因素对酶没有选择性变性的因素对酶没有选择性68 抑制作用的类型抑制作用的类型不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)：竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)69(一一) 不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用概念概念抑抑制制剂剂通通常常以以共共价价键键与与酶酶活活性性中中心心的的必必需需基基团团相相结结合合，使使酶酶失失活活，不不能能用用透透析析、超超滤滤等等方法予以方法予以除去除去。 举例举例有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒 - - - 解磷定解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒 - - - 二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL) 70有机磷化合物对羟基酶的抑制有机磷化合物对羟基酶的抑制71(二二)可逆性可逆性抑制作用抑制作用(reversible inhibition)特点：特点：(1)非共价键非共价键(2)易除去易除去透析、超滤等透析、超滤等(3)三种类型：三种类型：721.竞争性竞争性抑制作用抑制作用(competitive inhibition)定义定义抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从从而而阻阻碍碍酶酶底底物物复合物的形成，使酶的活性降低。复合物的形成，使酶的活性降低。73+IEIE + SE + PESIS74竞争性抑制竞争性抑制75 * * 特点特点b)抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和和力力及及S；a)I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶酶的的活活性性中心；中心；c)动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km。 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/v 1/S 76琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸77磺胺药对细菌二氢叶酸合成酶的抑制磺胺药对细菌二氢叶酸合成酶的抑制首首 剂剂 倍倍 量量782. 非竞争性抑制非竞争性抑制(noncompetitive inhibition) 抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，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。底物与抑制剂之间无竞争关系。79非竞争性抑制非竞争性抑制80* 特点特点a)抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团结合；团结合；b)抑抑制制程程度度取取决决于于I；c)动动力力学学特特点点：Vmax， 表表 观观Km不变。不变。 抑制剂抑制剂 1/v 1/S 无抑制剂无抑制剂 813. 反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition) 抑制剂仅与酶和底物形成的中间产抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使物结合，使ES的量下降。的量下降。82反竞争性抑制反竞争性抑制83* 特点特点a)抑抑制制剂剂只只与与ES结合；结合；b)抑抑制制程程度度取取决决与与I及及S；c)动力学特点：动力学特点：Vmax，表观，表观Km。 抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 84各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 作用特征作用特征竞争性竞争性抑制抑制非竞争性非竞争性抑制抑制反竞争性反竞争性抑制抑制与与I结合的组分结合的组分EE、ESES表观表观Km增大增大不变不变减小减小Vmax不变不变降低降低降低降低854 4、激活剂对酶促反应速度的影响、激活剂对酶促反应速度的影响1 1）定义：）定义：提高酶活性的物质提高酶活性的物质( (其中大部其中大部分是离子或简单的有机化合物分是离子或简单的有机化合物) )和使非和使非活性酶原变为活性酶的物质。活性酶原变为活性酶的物质。2 2）特点：）特点：激活剂的作用是相对的，通激活剂的作用是相对的，通常酶对激活剂有一定的选择性，且有常酶对激活剂有一定的选择性，且有一定的浓度要求。一定的浓度要求。激活剂激活剂5 5、pHpH值对酶促反应速度的影响值对酶促反应速度的影响 动物体内多数酶的最适动物体内多数酶的最适pHpH值接近中性，值接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最适但也有例外，如胃蛋白酶的最适pHpH约约1.81.8，肝精氨酸酶最适，肝精氨酸酶最适pHpH约为约为9.8(9.8(见下表见下表) )。最适最适pHpH酶的酶的pIpI 一些酶的最适一些酶的最适pHpH 6 6、温度对酶促反应速度的影响、温度对酶促反应速度的影响 酶的最适温酶的最适温度：度：在一在一定温度范定温度范围内，反围内，反应速度达应速度达到最大时到最大时的温度的温度不同生物酶的最适温度不同生物酶的最适温度91酶活性的调控机制酶活性的调控机制别构调节别构调节酶原激活酶原激活别构调节（变构调节） 酶分子的别构部位酶分子的别构部位( (调节部位调节部位) )与某与某些化合物结合后，引起酶的构象的轻些化合物结合后，引起酶的构象的轻微改变，进而改变酶的活性状态，酶微改变，进而改变酶的活性状态，酶的这种调节作用称为的这种调节作用称为别构调节别构调节，具有，具有别构调节的酶称别构调节的酶称别构酶别构酶，凡能使酶分，凡能使酶分子发生别构作用的物质称为子发生别构作用的物质称为别构剂别构剂（效应剂）（效应剂）。蛋白激酶蛋白激酶A的变构调节的变构调节94变构调节95变构激活变构激活变构激活变构激活变构抑制变构抑制变构抑制变构抑制 变构酶的变构酶的S形曲线形曲线S S V V 无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂 n变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应。有协同效应。96协同效应：协同效应： 蛋白质分子（酶）中的蛋白质分子（酶）中的1个亚基与其配个亚基与其配体结合能影响其它亚基与配体（底物）结体结合能影响其它亚基与配体（底物）结合能力的现象。合能力的现象。 包括：包括：正协同效应和负协同效应正协同效应和负协同效应 97（二）（二） 酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节共价修饰共价修饰(covalent modification)在在其其他他酶酶的的催催化化下下，酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上的的一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆的的共共价价结结合合，从从而而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。改变酶的活性，此过程称为共价修饰。 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SHSH与与与与S SS S互变互变互变互变9899共价修饰调节的特点共价修饰调节的特点受共价修饰的酶存在有（高）活性和无（低）受共价修饰的酶存在有（高）活性和无（低）活性两种形式；活性两种形式；催化正、逆转化所需的其他酶往往不同催化正、逆转化所需的其他酶往往不同是体内经济、有效的快速调节方式。是体内经济、有效的快速调节方式。 同一个酶可以同时受同一个酶可以同时受变构变构调节和调节和共价共价修饰修饰调节。调节。100瀑布效应（级联放大效应）瀑布效应（级联放大效应）101（三）酶原与酶原的激活（三）酶原与酶原的激活酶原酶原 (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酶的无活性前体无活性前体，此前体物质称为酶原。，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在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。的过程。102 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 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，一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽水解掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下103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104胃蛋白酶原的激活过程 胃蛋白酶原的激活过程 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义1. 避免细胞产生的酶对细胞进行避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化自身消化2. 并使酶在特定的部位和环境中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。发挥作用，保证体内代谢正常进行。3. 酶原可以视为酶的储存形式。酶原可以视为酶的储存形式。107二、二、 酶含量的调节酶含量的调节（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用诱导作用(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)（二）酶降解的调控（二）酶降解的调控1083. 3. 同工酶同工酶(isoenzyme)(isoenzyme)能催化相同的化学反应，但在蛋白质能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。都存在明显差异的一组酶。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 （LDH）MHMM MMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4* *生理及临床意义生理及临床意义在代谢调节上起在代谢调节上起着重要的作用；着重要的作用；用于解释发育过用于解释发育过程中阶段特有的代谢程中阶段特有的代谢特征；特征；同工酶谱的改变同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为同工酶可以作为遗传标志，用于遗传遗传标志，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 5一、材料预处理及破碎细胞一、材料预处理及破碎细胞1、物理粉碎法、物理粉碎法2、化学法、化学法2.5.3 2.5.3 酶的分离、提纯及保存酶的分离、提纯及保存1 1、物理粉碎法、物理粉碎法（1 1）研磨）研磨（2 2）机械捣碎）机械捣碎（3 3）高压法）高压法（4 4）爆破性减压法）爆破性减压法（5 5）快速冰冻融化法）快速冰冻融化法2、化学法、化学法（1 1）渗透作用）渗透作用（2 2）干燥处理）干燥处理（3 3）自溶）自溶（4 4）溶菌酶处理）溶菌酶处理（5 5）酶处理）酶处理（6 6）表面活性剂处理）表面活性剂处理（7 7）其他）其他二、抽提二、抽提1 1、PHPH2 2、盐、盐3 3、温度、温度4 4、抽提液用量、抽提液用量5 5、其他、其他三、酶溶液的净化与脱色三、酶溶液的净化与脱色1 1、使用絮凝剂、使用絮凝剂2 2、脱色、脱色四、浓缩四、浓缩1 1、冷冻干燥法、冷冻干燥法2 2、蒸发法、蒸发法3 3、超过滤、超过滤五、酶分离纯化的基本过程五、酶分离纯化的基本过程1 1、酶分离纯化方法的选择、酶分离纯化方法的选择2 2、酶分离纯化过程中的一些数据、酶分离纯化过程中的一些数据3 3、结晶、结晶六、酶的制剂与保存六、酶的制剂与保存1 1、酶制剂、酶制剂2 2、酶的保存、酶的保存（1 1）冰箱保存；（）冰箱保存；（2 2）加保护剂；）加保护剂； （3 3）制成干粉：冷冻干燥法）制成干粉：冷冻干燥法2.5.4 酶的应用一、酶在食品工业上的应用一、酶在食品工业上的应用 1 1、淀粉加工、淀粉加工 2 2、乳品工业、乳品工业 3 3、果蔬加工、果蔬加工 4 4、酿酒工业、酿酒工业 5 5、制糖工业、制糖工业 6 6、肉类及鱼类加工、肉类及鱼类加工 7 7、面包烤焙食品制造、面包烤焙食品制造二、在医药工业上应用二、在医药工业上应用（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究 1 1酶法分析酶法分析 即酶偶联测定法即酶偶联测定法(enzyme (enzyme coupled assays)coupled assays)，是利用酶作为分析试，是利用酶作为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。 2 2酶酶标标记记测测定定法法 酶酶可可以以代代替替同同位位素素与与某某些些物物质质相相结结合合，从从而而使使该该物物质质被被酶酶所所标标记记。通通过过测测定定酶酶的的活活性性来来判判断断被被标标记记物物质质或或与与其定量结合的物质的存在和含量。其定量结合的物质的存在和含量。 3 3工具酶工具酶 除上述酶偶联测定法外，人们利除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。定向的分割与连接。 （二）酶作为药物用于临床治疗（二）酶作为药物用于临床治疗1 1、药用酶、药用酶2 2、诊断用酶、诊断用酶三、酶的分子工程三、酶的分子工程1 1固定化酶固定化酶 (immobilized enzyme)(immobilized enzyme)将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。 固固定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶的活性。保持酶的活性。 2 2抗体酶抗体酶3 3模拟酶模拟酶具有催化功能的抗体分子称为抗体酶具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme) (abzyme) 。模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学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和催化合成方法，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。部位的非蛋白质有机化合物。125