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第六章 酶 （ enzyme）

第六章 酶 （ enzyme）. . 第一节 酶是生物催化剂 1926年， Sumner 从刀豆 中分离出脲酶结晶，后来 Northrop 得到了胃蛋白酶、 胰和胰凝乳的结晶。 一 酶的生物学意义 生物体内一切化学反应，几 乎都是在酶催化下进行的，只要有生命的地方，就有酶在起作用，生命不能离开酶而存在。 酶是生物体内一类具有催化活性和特定空间构相的生物大分子，包括蛋白质和核酸。. 二 酶作用的专一性 1.立体化学专一性 (1)旋光异构专一性 (2)几何异构专一性. 2.非立体化学专一性

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第六章 酶 （ enzyme）

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  1. 第六章 酶（enzyme） . 第一节 酶是生物催化剂 • 1926年，Sumner从刀豆 • 中分离出脲酶结晶，后来 • Northrop得到了胃蛋白酶、 • 胰和胰凝乳的结晶。 • 一 酶的生物学意义 • 生物体内一切化学反应，几 • 乎都是在酶催化下进行的，只要有生命的地方，就有酶在起作用，生命不能离开酶而存在。 • 酶是生物体内一类具有催化活性和特定空间构相的生物大分子，包括蛋白质和核酸。

  2. 二 酶作用的专一性 • 1.立体化学专一性 • (1)旋光异构专一性 (2)几何异构专一性

  3. 2.非立体化学专一性 • (1)键专一性 A B (2)基团专一性 • (3)绝对专一性 • Fisher 锁钥学说 • Koshland • 诱导契合学说

  4. 三 酶的分类与命名 • （一） 酶的分类 国际酶学委员会（IEC）分六类 • 1.氧化还原酶类(oxidoreductases)：催化氧化还原反应 • 2.转移酶类(transferases)：催化功能基团的转移 • 3.水解酶类(hydrolases)：催化水 解反应 4.裂合酶类(lyases)：催化水,氨或co2 的去除或加入 • 5.异构酶类(isomerases)：催化各种类型的异构作用 • 6.合成酶类(ligases)：催化消耗ATP的成键反应 • ( 二 ) 酶的命名 • 1. 习惯命名法：如反应类型蛋白水解酶、乳酸脱氢酶等； 底物名称：如蔗糖酶、胆碱酯酶、蛋白酶等。 • 底物加来源名称：如胃蛋白酶、唾液淀粉酶等。 • 2 .系统命名法 E.C2.7.1.1. ATP:葡萄糖磷酸转移酶

  5. . .

  6. 第二节 酶的结构与功能 • 一 酶的化学组成 • 酶和其他蛋白质一样，分简单蛋白质单纯酶和结合蛋白质结合酶两类。结合酶（conjugated enzyme）酶蛋白（apoenzyme）辅助因子（cofactor）辅（coenzyme, Co）辅基（prosthetic group）全酶（holoenzyme） • 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子 （辅酶或辅基） • 1 单体酶 只有一条多肽链分子量约 13000—35000 • 2 寡聚酶 由几条到几十条亚基组 成 35000到几百万 • 3 多酶体系 由几种酶彼此嵌合的复合体，几百万以上 • 二 酶的辅助因子 （辅酶或辅基） • 1.无机离子对酶的作用 • 2.维生素与辅酶的关系 3.蛋白质类辅酶

  7. ．

  8. 血红素(heme group) 硫氧还原蛋白(thioredoxins) • 三、酶的结构与功能 （一）酶的活性中心和必需基团

  9. （二）酶的活性中心与酶作用的专一性 • (三)空间结构与催化活性

  10. ． • （四）酶原的激活 • 第三节 酶的作用机制 • 一.酶能显著降低 • 反应活化能

  11. 二 中间复合物学说和酶作用的过度态 • 酶 （E） 底物 (S) 酶底物复合物 (ES) 产物 (P) • E + S ≒ ES ——→ E + P 三 酶作用高效率的机制 • （一）底物的 “趋近” 和 “定向” 效应 • 趋近效应（approximation） • 定向效应（oreintation）

  12. (二)底物变形与张力作用

  13. (三) 共价催化作用 1.亲核催化作用 • 非催化反应 RX +H2O --慢ROH + HX • 酶催化反应 RX + E-OH –快ROE + HX • ROE+ H2O –快 ROH + E-OH • 总反应 RX + H2O -酶(快) ROH + HX • 2. .亲电子催化作用: 如—NH3๋ • (四)酸碱催化作用ֿ • 四 核糖酶与抗体酶的催化反应 • （一）核酶（ribozyme）

  14. ( 二 ) 抗体酶(abzyme)

  15. (1) 酰基转移反应: • (2) 水解反应:

  16. 第四节 酶促反应的动力学 • 一.底物浓度对酶反应速度的影响 • Henri “酶底物中间复合体学说” • S + E ≒ ES -- E + P

  17. （一）米氏方程及其推导 Michaelis 和Menten ．

  18. 米氏方程： • V = K3 [ES] （5-2）ES生成速度= K1 [E][S]（5-3） • ES解离速度 =（K2+K3） [ES] （ 5-4） （ 5-5）重排： • [ES]= [E][S]/Km （5-7） 　　　　　　　　　恒态时 [E]= [Eo]- [ES]（ 5-8）

  19. 将（ 5-8）代入 （5-7）式，得到： [ES]=（ [Eo]- [ES]） [S]/Km（5-9） • 从（5-9）式中求解[ES] • 或 [ES]= [Eo] [S]/Km +[S]（5-11） • 将（5-11）代入 （5-2），得： • V=K3 [Eo] [S]/Km +[S]（5-12） 故V =Vmax Vmax= K3 [Eo] [Eo]= Vmax / K3 （5-13） 将（5-13代入5-12） V=Vmax[S]/Km +[S]（5-14）

  20. （5-14）式就是米氏方程， 整理得： VKm+V [S]= Vmax [S] （5-15） VKm +V [S]- Vmax [S]- VmaxKm = - VmaxKm（5-16） （V-Vmax）（ [S]+Km）= - VmaxKm（5-17） （5-17）可写成（x-a）（y+b）=K （二）米氏常数的意义 酶促反应处于V=1/2Vmax时，则米氏方程为： Vmax/2= Vmax [S]/ Km +[S]. Km+ [S]=2 [S]. Km= [S] （1）1/Km愈大，酶促反应易于进行。 （2） [S]=3Km时代入（5-14）式 V= Vmax.3Km/ Km +3Km=3/4Vmax=75%Vmax

  21. （3）在测定酶活性时[S]值大于Km10倍以上；…..（3）在测定酶活性时[S]值大于Km10倍以上；….. (三米氏常数的求法 1. Lineweaver Burk 方程 米氏方程 两边取倒数 2.Hanes作图法: （5-17)两侧均乘以[S]可得: [S]/V=1/Vmax [S]+ Km/ Vmax （5-19)

  22. 二. pH的影响与最适pH • 1.影响酶和底物的解离; • 2. .影响酶分子的构象。 • 三 温度的影响与 • 最适温度

  23. 四　酶浓度的影响 • Ｖ＝Ｖmax[S]/Km+[S] • 因为Ｖmax=K3 [Eo] 所以V=K3 [Eo] [S]/ Km +[S] 为一直线,这是酶活力测定的依据。 五 激活剂的影响 六 抑制剂的影响

  24. （一）不可逆抑制 1.非专一性不可逆抑制 : • 2.专一性不可逆抑制 :

  25. (二) 可逆抑制 1.竟争性抑制(competitive inhibition)

  26. Ks=[E][S]/[ES], 故[ES]= [E][S]/ Ks (5-21) • Ki=[E][I]/[EI], 故[EI]= [E][I]/ Ks (5-22) • 即Ｖ＝Ko[ES] Vmax= Ko[Eo] (5-23) • 故 V/ Vmax= [ES]/ [Eo] (5-24) • 而酶的总浓度[Eo]=[E]+ [ES]+ [EI] (5-25) • 将(5-25)式代入(5-24)式，再将(5-21) (5-22)式中的[ES] [EI]值代入(5-25)式

  27. .

  28. (5-28) 和(5-29式是竟争性抑制作用的反应速度公式 竟争性抑制作用的例子：

  29. 竟争性抑制作用的例子：磺氨类药物 • 非竟争性抑制：

  30. 非竟争性抑制：

  31. 根据平衡学说： • [ES]= [E][S]/Ks [IE]=[E] [I]/Ki (5-30) • [IES]=[ES] [I]/Ki.= [E][S] [I]/ KsKi. (5-31) 或[IES]= [IE][S]/Ks.= [E][S] [I]/ KiKs. (5-32) • 而[Eo]= [E]+[ES]+ [IE] + [IES] (5-33)

  32. 非竟争性抑制动力学图: • 反竟争性抑制作用:

  33. 反竟争性抑制作用:

  34. [ES] = [E] [S] /Ks (5-36) • [IES]=[ES] [I]/Ki= [E][S] [I]/ Ks Ki (5-37) • [Eo]= [E]+[ES]+ [IE] + [IES] (5-38)

  35. 反竟争性抑制动力学图:

  36. （三）过渡态类似物与自杀底物

  37. 自杀底物Ss自杀底物在酶催化下产生的抑制剂Is自杀底物Ss自杀底物在酶催化下产生的抑制剂Is • 第五节 酶的分离、提纯及活性测定 • 一 酶的分离、提纯 • （一 ） 酶的抽提 • （二 ）酶的纯化

  38. 酶的纯度用比活力表示，比活力即每毫克蛋白（或每酶的纯度用比活力表示，比活力即每毫克蛋白（或每 • 毫克蛋白氮）所含的酶活力单位数。 • 比活力（纯度）= 活力单位数/毫克蛋白（氮）

  39. . • 二 酶的活力测定 酶的活力高低以酶活力单位（U）表示。1961年国际 酶学会议规定：1个酶活力国际单位（International Unit）指在特定条件下，1分钟内生成1微摩尔（1umol/L）产物的酶量（或转化1个微摩尔底物的酶量） 1972年国际酶学委员会推荐Katal（Kat）

  40. 第六节 寡聚酶、同工酶、诱导酶、调节酶 • 一 .寡聚酶 1.含相同亚基的寡聚酶 : • 2.含不同亚基的寡聚酶 :(1)双功能寡聚酶 :

  41. (2)含有底物载体亚基的寡聚酶 : • 二 同工酶 • 乳酸脱氢酶(LDH)分M亚基N亚基 HHHH H H H M H H M M H M M M M M M M. H4 .H 3M .H 2M2 .H M3 M4

  42. 三 诱导酶 • 四 调节酶 (一)共价调节酶 • (二)变构酶 1.同种效应和 异种效应 2.正协同效应 和负协同效应

  43. 2 蛋白质的变构现象 • 血红蛋白运输O2和CO2的功能 • 血红蛋白与氧结合的变构现象

  44. 第七节 酶在医学上的应用 • 一 .酶在疾病诊断上的应用 （一）血清酶测定应用于肝胆疾病的诊断 • 1.转氨酶 血清谷草转氨酶(SGOT) • 2.卵磷脂-胆固醇转酰基酶(LCAT) • 3.y-谷氨酰转肽酶 (y-GT) 反应如下: 谷氨酰(GSH)-半胱氨酰-甘氨酸+L-氨基酸—y-GT Y-谷氨酰-L-氨基酸+半胱氨酰-甘氨酸 （二）血清酶测定应用于急性心肌梗死的诊断 1.LDH同工酶: 乳酸脱氢酶 LDH-H1/H2高 2.CK同工酶: 肌酸激酶(CK-MB高6倍) （三）血清酶测定应用于诊断肿瘤 y-GT Gal T

  45. 二 . 酶在治疗上的应用 • 1. 助消化酶 2.消炎酶 3.防治冠心病用酶 4.止血酶和抗血栓酶 5.抗肿瘤酶类 6.其他酶类药物 • 三 . 固定化酶及其在医药上的应用 • (一) 固定化酶的概念和优点 (二) 固定化酶的制备方法 1.吸附法 2.共价结合法 3.交联法 4.包埋法

  46. (三 ). 固定化酶在医药上的应用 • 1. 在医药生产中的应用 • 2. 亲和层析中的应用 • 3.医疗上的应用

  47. 第六章 作业 • 1.写出下列物质的英文名称: • 酶 底物 核糖酶 酶蛋白 专一性 辅酶 • 全酶 维生素 血红素 必需基团 酶原 • 活化能 激活剂 抑制剂 变构酶 • 2.什麽是酶? 酶在生物体内主要功能是什么? • 3.写出下列英文缩的中文名称: • LDH SGOT LCAT CK y-GT Gal T LDH-1 LDH-2 LDH-3 LDH-4 LDH-5 4.米氏常数的意义是什么? 5.酶在治疗上有哪些应用?

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