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作者:田余祥单位:大连医科大学第三章酶与酶促反应EnzymesandEnzyme-Catalyzedreactions目录第一节酶分子的结构与功能第二节酶的工作原理第三节酶促反应动力学第四节酶的调节第五节酶的分类与命名第六节酶在医学中的应用重点难点熟悉了解掌握酶的分子组成、酶的活性中心、同工酶、酶促反应特点、米氏方程、别构调节、化学修饰调节、酶原及其激活熟悉影响酶促反应速率的因素及其机制酶的分类与命名、酶在医学中的应用酶的分子结构与功能第一节StructureandFunctionofEnzymes1.单纯酶（simpleenzyme）：仅含有肽链的酶称为单纯酶2.缀合酶（conjugatedenzyme）：由酶蛋白和辅助因子共同构成的酶一、酶的分子组成中常含有辅助因子3.辅助因子（cofactor）：分为辅酶和辅基部分辅酶/辅基在催化中的作用辅酶或辅基转移的基团NAD+或NADP+氢原子和电子FMN或FAD氢原子和电子TPP醛基磷酸吡哆醛氨基辅酶A酰基生物素CO2四氢叶酸一碳单位甲基钴胺素/5'-脱氧腺苷钴胺素甲基/相邻碳原子上氢原子、烷基、羧基的互换某些金属酶和金属激活酶金属酶金属离子金属激活酶金属离子过氧化氢酶Fe2+丙酮酸激酶K+、Mg2+过氧化物酶Fe2+丙酮酸羧化酶Mn2+、Zn2+己糖激酶Mg2+蛋白激酶Mg2+、Mn2+固氮酶Mo2+精氨酸酶Mn2+核糖核苷酸还原Mn2+磷脂酶CCa2+羧基肽酶Zn2+细胞色素氧化酶Cu2+碳酸酐酶Zn2+脲酶Ni2+二、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位酶的活性中心示意图溶菌酶的活性中心三、同工酶催化相同的化学反应乳酸脱氢酶同工酶的亚基构成LDH同工酶红细胞白细胞血清骨骼肌心肌肺肾肝脾LDH14312270731443210LDH2444934.70243444425LDH3123320.95335121140LDH41611.7160512720LDH5005.7790120565人体各组织器官LDH同工酶谱（活性%）酶的工作原理第二节WorkingPrinciplesofEnzymes（一）酶对底物具有极高的催化效率一、酶具有不同于一般催化剂的显著特点底物催化剂反应温度（℃）速率常速苯酰胺H+522.4×10-6OH-538.5×10-6α-胰凝乳蛋白酶2514.9尿素H+627.4×10-7脲酶215.0×106H2O2Fe2+5622某些酶与一般催化剂催化效率的比较1.绝对专一性（二）酶对底物具有高度的特异性乳酸脱氢酶催化L乳酸脱氢2.相绝对专一性消化道中各种蛋白酶对肽键的专一性（三）酶的活性与酶的含量具有可调节性（四）酶具有不稳定性（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率酶促反应活化能的变化（二）酶与底物结合形成中间产物酶与底物结合的诱导契合作用1.诱导契合作用使酶与底物密切结合酶与底物的邻近效应与定向排列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3.表面效应使底物分子去溶剂化胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶与底物结合时的“口袋”状活性中心（三）酶的催化机制呈现多元催化作用胰凝乳蛋白酶的催化机制酶促反应动力学第三节KineticsofEnzyme-catalyzedReactions一、底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线底物浓度对酶促反应速率的影响（一）米－曼方程揭示单底物反应的动力学特性E+SESE+Pk1k2k3（1）k1([Et]－[ES])[S]=k2[ES]+k3[ES]（2）=k2+k3k1([Et]－[ES])[S][ES]k2+k3k1Km=（3）（4）令[Et][S][ES]=Km+[S]（5）v=k3[ES]（6）Km+[S]k3[Et][S]v=（7）Vmax=k3[Et]（8）Vmax[S]Km+[S]v=（9）（二）Km与Vmax是重要的酶促反应动力学参数1.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2.Km是酶的特征性常数酶底物Km（mol/L）己糖激酶（脑）ATP4×10-4D-葡萄糖5×10-5D-果糖1.5×10-3碳酸酐酶HCO3-2.6×10-2胰凝乳蛋白酶甘氨酰酪氨酰甘氨酸1.08×10-1N-苯甲酰酪氨酰胺2.5×10-3β-半乳糖苷酶D-乳糖4.0×10-3过氧化氢酶H2O22.5×10-2溶菌酶己-N-乙酰氨基葡糖6.0×10-3某些酶对其底物的Km3.Km值在一定条件下可表示酶对底物的亲和力4.Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率5.酶的转换数：当酶被底物完全饱和时（Vmax），单位时间内每个酶分子（或活性中心）催化底物转变成产物的分子数（三）Km与Vmax常通过林-贝作图法求取林-贝方程[S]Vmaxv=1KmVmax1+1林-贝方程作图二、底物饱和时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系酶浓度对酶促反应速率的影响三、温度对酶促反应速率的影响具有双重性温度对酶促反应速率的影响四、pH通过改变酶分子及底物分子的解离状态影响酶促反应速率pH对酶促反应速率的影响五、抑制剂可降低酶促反应速率解磷定解救有机磷农药中毒（一）不可逆性抑制剂与酶共价结合有机磷化合物抑制羟基酶二巯基丙醇（BAL）解救砷化物中毒砷化合物抑制巯基酶（二）可逆性抑制剂与酶非共价结合1．竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心竞争性抑制剂双倒数方程竞争性抑制剂抑制特点：表观Km增大，Vmax不变竞争性抑制作用双倒数作图磺胺类药物的抑菌作用机制6-羟甲基-7,8-二氢蝶呤焦磷酸对氨基苯甲酸H2NCOOH二氢蝶酸合酶7,8-二氢蝶酸ATPL-谷氨酸ADP+Pi二氢叶酸合酶二氢叶酸二氢叶酸还原酶四氢叶酸H2NSO2NHR磺胺类药物鸟苷三磷酸（GTP）2．非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点非竞争性抑制剂双倒数方程竞争性抑制剂抑制特点：表观Km不变，Vmax下降非竞争性抑制作用双倒数作图3．反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生反竞争性抑制剂双倒数方程反竞争性抑制剂抑制特点：表观Km减小，Vmax下降反竞争性抑制作用双倒数作图1.必需激活剂：为酶的活性所必需使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂2.非必需激活剂：不是酶的活性所必需六、激活剂可提高酶促反应速率酶的调节第四节RegulationofEnzymes1.别构酶：多含偶数亚基，有催化亚基和调节亚基（有的别构酶的催化和调节位点在同一亚基上），亚基间有协同效应（一）别构效应剂通过改变酶的构象而调节酶活性2.别构效应剂：有别构激活剂和别构抑制剂一、酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节3.别构酶正协同效应的反应速率与底物浓度作图呈S形曲线别构酶的正协同效应速率-底物浓度作图酶的共价修饰有多种形式，其中最常见的形式是磷酸化和去磷酸化（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价可逆结合来实现酶的磷酸化和去磷酸化E(Ser/Thr/Tyr)—OHATPADP蛋白激酶Mg2+E(Ser/Thr/Tyr)—O—P—OOOH2OPi磷蛋白磷酸酶酶原：无活性的酶的前体（三）酶原需要通过激活过程才能转变为有活性的酶胰蛋白酶原的激活酶原激活：酶原转变为有活性的酶激活的本质：使酶活性中心形成或暴露酶原存在的意义：保护机体（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏细胞也可通过改变酶蛋白合成与分解的速率来调节酶的含量，进而影响酶促反应速率。二、酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节（二）酶的降解与一般蛋白质降解途径相同酶的分类与命名第五节ClassificationandNomenclatureofEnzymes（一）氧化还原酶类催化氧化还原反应的酶一、酶可根据其催化的反应类型予以分类（二）转移酶类催化底物之间基团转移或交换的酶（三）水解酶类催化底物发生水解反应的酶（四）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。（五）异构酶类催化分子内部基团的位置互变，几何或光学异构体互变，以及醛酮互变的酶（六）连接酶类催化两种底物形成一种产物并同时偶联有高能键水解和释能的酶1.系统名称如L-乳酸：NAD+-氧化还原酶（EC.1.1.1.27）二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称2.推荐名称如乳酸脱氢酶酶在医学中的应用第六节ApplicationofEnzymesinMedicine（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关一、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关1.酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一2.一些疾病可引起酶活性或量的异常1.有些酶作为助消化的药物（二）体液中酶活性的改变可作为疾病的诊断指标（三）某些酶可作为药物用于疾病的治疗2.有些酶用于清洁伤口和抗炎3.有些酶具有溶解血栓的疗效（一）有些酶可作为酶偶联测定法中的指示酶或辅助酶二、酶可作为试剂用于临床检验和科学研究（二）有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶（三）多种酶成为基因工程常用的工具酶本章小结•酶是对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。结合酶由酶蛋白和辅助因子组成•同工酶是指催化相同的化学反应的一组酶。•酶对底物具有极高的催化效率和对底物具有高度的特异性（绝对特异性与相对特异性）•酶的活性中心是酶分子中能与底物结合并催化底物转变为产物的三维结构区域•酶与底物结合形成酶-底物复合物，具有邻近效应和定向排列、表面效应，并呈现多元催化作用。•酶促反应速率受底物浓度、酶浓度、温度、pH、抑制剂和激活剂等影响•Km值等于反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度本章小结•竞争性抑制剂存在时表观Km增大，Vmax不变；非竞争性抑制剂存在时Km不变，Vmax下降；反竞争性抑制剂存在时表观Km和Vmax均降低•别构调节是由于别构效应剂与酶的活性中心外的某个部位非共价可逆结合而改变酶的活性•化学修饰调节是因酶蛋白肽链上的一些基团在其他酶的催化下，与某些化学基团共价可逆结合，而影响酶的活性•酶原是无活性的酶前体。酶原激活的实质是酶的活性中心形成或暴露•酶分为6大类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和合成酶类本章小结知识点框架酶的分子结构与功能结构形式：单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多功能酶、单纯酶、缀合酶缀合酶：全酶、酶蛋白及其作用、辅助因子及其作用酶的活性中心：必需基团、结合基团、催化基团同工酶：概念、临床意义酶的工作原理酶的不稳定性多元催化作用酶的催化特点极高的催化效率高度特异性酶活性和酶量的可调节性酶的催化机制酶和底物诱导契合临近效应和定向排列本章小结知识点框架底物浓度的影响酶浓度的影响酶促反应动力学酶促反应初速率、酶活性及活性单位影响酶促反应的因素底物浓度的影响pH的影响抑制剂的影响不可逆抑制可逆抑制激活剂的影响Vmax及其意义米氏方程双倒数作图法Km值及其意义竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制本章小结知识点框架别构调节：别构酶、别构效应剂酶的调节酶活性的调节酶的命名：系统命名、习惯命名酶原激活：激活的本质及其意义水解酶类裂合酶类氧化还原酶类酶量的调节：酶的合成、酶的降解酶的分类转移酶类异构酶类连接酶类疾病的发生、诊断、治疗化学修饰调节：修饰形式酶的分类与命名酶在医学上的应用谢谢观看