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目录Enzyme第三章酶目录生物催化剂(biocatalyst)核酶(ribozyme)：具有高效、特异催化作用的核酸。酶是由活细胞产生的，对其底物具有高度特异和高度催化效能的蛋白质。目前将生物催化剂分为两类:酶、核酶（脱氧核酶）目录酶在生命活动中的地位体内的物质代谢过程是由一系列连续的化学反应组成，而这些化学反应几乎都是在酶的催化下完成的。任何一种酶的质或量的异常，都会导致不同程度的物质代谢障碍，甚至引起疾病。许多药物也可通过对酶的作用来达到治疗目的。目录巴西罕见黑人家庭:5个孩子竟有3个患白化病目录有关酶的概念酶促反应：酶所催化的反应酶活性：酶所具有的催化能力酶失活：酶失去催化能力底物（S）：被酶催化的物质产物（P）：反应的生成物SPE酶活性酶失活目录第一节酶的分子结构与功能TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme目录酶的不同形式:单体酶(monomericenzyme)：仅具有三级结构的酶。寡聚酶(oligomericenzyme)：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系(multienzymesystem)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶(multifunctionalenzyme)或串联酶(tandemenzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。目录一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子(cofactor)金属离子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)结合酶(conjugatedenzyme)单纯酶(simpleenzyme)目录各部分在催化反应中的作用单独的酶蛋白或单独的辅助因子均无活性，只有当两者结合在一起构成全酶才有催化活性。酶蛋白决定反应的特异性及其催化机制辅助因子决定反应的性质与类型目录辅助因子与酶蛋白结合的紧密程度辅助因子FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸）NAD+(辅酶I)、NADP+(辅酶Ⅱ)紧密透析、超滤不能分离疏松透析、超滤能分离辅基辅酶酶的辅助因子与功能目录金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。金属激活酶(metal-activatedenzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。金属离子是最常见的辅助因子目录目录金属离子的作用：参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，减少静电斥力稳定酶的构象等。目录小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。目录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）NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素PP）之一NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素PP）之一FMN（黄素单核苷酸）维生素B2（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素B2（核黄素）醛基TPP（焦磷酸硫胺素）维生素B1（硫胺素）酰基辅酶A（CoA）泛酸硫辛酸硫辛酸烷基钴胺素辅酶类维生素B12二氧化碳生物素生物素氨基磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素B6之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位四氢叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用目录二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位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。必需基团(essentialgroup)目录是酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转化为产物的具有特定三维结构的区域。酶的活性中心(activecenter)——常位于酶分子表面或深入酶分子内部，呈裂缝、凹陷或袋状。目录活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)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构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。活性中心外的必需基团底物结合基团催化基团活性中心活性中心以外的必需基团目录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vanderwaals力。催化基团是35位Glu，52位Asp；101位Asp和108位Trp是结合基团。目录三、同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。定义目录根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。目录乳酸脱氢酶（LDH）同工酶的组成LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(H1M3)LDH5(M4)H亚基M亚基举例1目录乳酸脱氢酶（lacticdehydrogenase,LDH）COO-COO-C=O+NADH+H+HCOH+NAD+CH3CH3LDH5丙酮酸乳酸LDH1目录人体心、肝和骨骼肌LDH同工酶谱组织器官LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5（占总LDH活性的百分比）心7324300肝24112756骨骼肌0051679正常血清27.134.720.911.75.7目录各组织、器官都有自己的同工酶谱当某组织细胞病变时，会有某种特殊的同工酶释放入血。严重的肝损伤，——可使血清中LDH5，活性显著升高。目录心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化1酶活性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱2345目录*生理及临床意义在代谢调节上起着重要的作用；用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。目录举例2BBBMMMCK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑心肌骨骼肌肌酸激酶(creatinekinase,CK)同工酶目录第二节酶的工作原理TheMechanismofEnzymeAction目录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；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。酶与一般催化剂的共同点：目录（一）酶促反应具有极高的效率一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。目录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。酶的特异性(specificity)（二）酶对底物具有高度的特异性目录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2种类型：（一）绝对特异性（二）相对特异性：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。作用于一类化合物或一种化学键。目录1.绝对专一性有的酶只作用于特定结构的底物分子，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。目录（1）光学异构专一性：（2）立体异构专一性：绝对专一性目录组HOCH3COOH组CH3OHL（-）乳酸D（+）乳酸（与LDH契合）（不能在LDH中的三点结合）精精L-乳酸脱氢酶的催化作用特异性目录（1）键专一：只要求合适的化学键，对键两端的基团并无严格要求。（2）基团专一：不但要求一定的化学键，还要求键一端的基团是一定的。a-葡萄糖苷酶a-是糖苷键糖苷键的一端是葡萄糖底物：蔗糖、麦芽糖2.相对专一性目录（三）酶活性与酶量具有可调性对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节酶的区域化分布酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括二方面的调节。抑制激活目录二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的活化能(activationenergy)实现的。活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。目录反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变目录（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+SE+PES(过渡态)目录1.诱导契合作用使酶与底物密切结合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)。目录酶的诱导契合动画目录2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心酶在反应中将两个以上底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种邻近效应(proximityeffect)与定向排列(orientationarrange)实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。目录邻近效应与定向排列：目录酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化(desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表面效应(surfaceeffect)。3.表面效应使底物分子去溶剂化3、表面效应(surfaceeffect)：疏水“口袋”OHCH2CHNHCOO-COCH2NH+NH2CNH2Arg145OH+Tyr248OHHCOO_Glu270Zn2+疏水口袋肽链底物目录（三）酶的催化机制呈多元催化作用1.一般酸-碱催化作用(generalacid-basecatalysis)2.共价催化作用(covalentcatalysis)3.亲电催化作用(electrophiliccatalysis)目录1.酸碱催化作用酸碱催化是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的一类催化机制。酶分子中可以作为广义酸、碱的基团广义酸基团（质子供体）广义碱基团（质子受体）-COOH,-NH3,-SH,+OHNHNH+-COO,-NH2,-S,-..-O-NHN:酚羟基咪唑基目录共价催化•催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。它包括两种类型：亲核催化和亲电催化•亲核基团：His的咪唑基，Cys的硫基，Ser的羟基等；•亲电子基团：H+、Mg2+、Mn2+、Fe3+•某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。目录酶催化作用机理：综上所述：酶与底物结合时，由于酶的变形（诱导契合）或底物变形使二者相互适合，并依靠离子键、氢键、范德华力的作用和水的影响，结合成中间产物，在酶分子的非极性区域内，由于酶与底物的趋近、定向，使二者可以通过亲核\亲电催化、一般酸\碱催化或金属离子催化方式进行多元催化，从而大大降低反应所需的活化能，使酶促反应迅速进行。目录第三节酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction目录酶促反应动力学：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：酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。目录一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速率的影响呈矩形双曲线关系。[S]V目录①单底物、单产物反应；②酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示；③反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一