生物化学05.第五章 酶

幻灯片1 第五章 酶 (Enzyme) 一、什么是酶

(一) 酶是由活细胞产生的，对特异底物具有高效催化作用的蛋白质。又称生物催化剂。 酶

核酶(脱氧核酶)

(二) 生物催化剂分为两类

(三) 被酶催化的物质称底物(substrate,S)， 催化所生成的物质称产物(product,P)。 幻灯片2

二、酶的不同形式

(一) 单体酶：仅具有三级结构的酶。

(二) 寡聚酶：由多个相同或不同亚基组成的酶。

(三) 多酶体系：由不同功能的酶聚合形成的多酶复合体。

(四) 多功能酶或串联酶：具有多种不同催化功能的多酶体系称为多功能酶。 幻灯片3

第一节 概 述

(outline)

一、 酶的化学组成

(一)单纯酶 (simple enzyme)

只有蛋白质部分，无辅助因子的酶即单纯酶。 (二)结合酶 (conjugated enzyme)，即全酶

蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)

全酶

(holoenzyme)

小分子有机化合物

辅助因子

(cofactor) 金属离子

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1.辅助因子类型

(1) 辅酶 (coenzyme)：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。

(2) 辅基 (prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。

2. 结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用。

3.全酶各部分在催化反应中的作用

(1)酶蛋白决定反应的特异性。

(2)辅助因子决定反应的种类与性质。 幻灯片5

4.金属酶(metalloenzyme)

其金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。 5.金属激活酶(metal-activated enzyme)

其金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。 6.金属离子的作用

(1) 稳定酶的构象。

(2) 参与催化反应，传递电子。 (3) 在酶与底物间起桥梁作用。

(4) 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 7.小分子有机化合物的作用

反应中起运载体作用，传递电子、质子或其他基团。 幻灯片6

Ｂ族维生素与辅酶或辅基的关系

维生素 维生素B1 (硫胺素) 维生素B2 (核黄素) 维生素PP (尼克酰胺) 辅酶或辅基 焦磷酸硫胺素(TPP) 黄素单核苷酸(FMN) 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+，辅酶Ⅰ) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+ ，辅酶Ⅱ) 磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺 辅酶A 生物素 四氢叶酸 钴胺素辅酶类 转移的基团 醛基 氢原子(质子)氢原子(质子) 氢原子(质子)氢原子(质子) 维生素B6 (吡哆醛，吡哆胺) 泛酸 生物素 叶酸 维生素B12 氨基 酰基 二氧化碳 一碳单位 一碳单位 幻灯片7

二、 酶的命名与分类 (一)酶的命名

1.习惯命名法——推荐名称

(1) 依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。

(2) 依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。 (3) 综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。

2. 系统命名法——系统名称 幻灯片8

(二) 酶的分类

1.氧化还原酶类(oxidoreductases) 2.转移酶类 (transferases ) 3.水解酶类 (hydrolases) 4.裂解酶类 (lyases)

5.异构酶类( isomerases)

6.合成酶类 (ligases, synthetases) 幻灯片9

幻灯片10 三、酶活性

(一)酶的活性 是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。

(二)酶促反应速度 可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。

(三)酶的活性单位

1. 国际单位(IU) 在特定的条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。

2. 催量单位 １催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量。

3. kat与IU的换算： 1 IU=16.67×10-9 kat

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第二节 酶催化作用的特点

(The Characteristic of Enzyme-Catalyzed Reaction)

酶与一般催化剂的共同点是：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。 酶是蛋白质或核酸，又具有一般催化剂所没有的特征。

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一、高度的催化效率

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。

二、高度的特异性

酶的特异性(specificity)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。 根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为3种类型。 幻灯片13

(一) 绝对特异性(absolute specificity)

一种酶只能作用于一种特定的底物，生成一种特定的产物。 (二) 相对特异性(relative specificity)：

一种酶可作用于一类化合物或一种化学键。 (三) 立体结构特异性(stereo specificity) 一种酶只能作用于一种立体异构底物。 幻灯片14

三、酶催化活性的可调节性

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。其中包括三方面的调节。

(一) 对酶生成与降解量的调节。 (二) 酶催化活性的调节。

(三) 通过改变底物浓度对酶进行调节等。 四、酶催化活性的不稳定性

酶的本质是蛋白质，凡是影响蛋白质生物学活性的因素都能影响酶的活性。

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第三节 酶的作用机制及调节

( Mechanism and Adjustment of Enzyme-Catalyzed Reaction) 一、酶的活性中心(active center) (一)什么是活性中心

活性中心或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。 幻灯片16

(二)必需基团

(essential group)

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。 1.活性中心内的必需基团

结合基团

(binding group) 与底物相结合

催化基团

(catalytic group)

催化底物转变成产

物

2.活性中心外的必需基团

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。 幻灯片17

活性中心以外的必需基团 底 物 催化基团 + + 结合基团 活性中心 幻灯片18

二、酶原与酶原的激活 (一)酶原

有些酶在细胞内合成或初分泌时无活性，此无活性前体称为酶原。 (三)激活过程

酶 原

在特定条件下

分子构象发生改变

酶的活性中心形成

特定的肽链水解

(二)酶原的激活

酶原在一定条件下，水解掉一个或几个短肽，形成或暴露出活性中心，转化为有活性酶的过程。

幻灯片19 肠激酶 胰蛋白酶

缬 天 天 天 天 赖 异 缬 甘

组 46 丝 183 S S S S 活性中心

缬 异 甘 组 丝 S S S S 缬 天 天 天 天 赖 胰蛋白酶原的激活过程 幻灯片20

(四) 酶原激活的意义

1.避免酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用。

2.有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。

3.胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶的抗酶物质。 幻灯片21

三、酶促反应的机制 (一)活化分子与活化能

1.活化能：底物分子从基态转变到活化态所需的能量。 2.活化分子：从基态转变到活化态的底物分子。

E + S + I

ES E + P

EI

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(4)举例

磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶。

二氢蝶呤啶 ＋ 对氨基苯甲酸 ＋ 谷氨酸 二氢叶酸 合成酶 H N2 COOH 二氢叶酸 H N2 磺

胺

类

药

S2 NHR 物

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4.非竞争性抑制

(1)定义 抑制剂与酶活性中心外的基团可逆性结合，导致酶的三维构象改变，降低酶的催化活性，但不影响酶与底物的结合。 (2)反应模式

+ S + E － ES E

+ S EI － ESI 幻灯片46 (3)特点

①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。 ②抑制程度取决于抑制剂的浓度。

③酶-底物-抑制剂复合物不能进一步释放产物。 E+S

ES E+P

+ + I

I

EI+S EIS

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5. 反竞争性抑制

(1)定义 抑制剂只能与酶-底物复合物(ES)结合， 使ES不能分解成产物。 (2)反应模式

+ + E

S

ES E ESI P

P

E+S ES + I

E+P

ESI

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第五节 酶与医学的关系

(The Relation of Enzyme and Medicine) 一、酶与疾病的发生

(一) 遗传性酶缺乏疾病，如白化病，蚕豆病，苯丙酮酸尿症等。 (二) 中毒性疾病，如有机磷中毒，氰化物中毒等。 幻灯片50

二、酶与疾病的诊断

(一)血清（浆）酶的测定 1．血清(浆)功能性酶的测定

在血浆中发挥其特异催化作用的酶，故称血浆功能性酶，如卵磷脂胆固醇酰基转移酶和脂蛋白酯酶等。

2．血清(浆)非功能性酶的测定

在血浆中的浓度很低，来自于全身各组织细胞，在血浆中没有实际的功能，被称做非功能性酶。 如转氨酶、淀粉酶等。 幻灯片51

(二) 同工酶(isoenzyme)

1.定义 是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。

2. 举例 乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5) H H H H H H H M H M H M H M M M M M M M LDH1 (H4) LDH2 (H3M) LDH3 (H2M2) LDH4 (HM3) LDH5 (M4)

乳酸脱氢酶的同工酶

幻灯片52 3.临床意义

(1)在代谢调节上起着重要的作用。

(2)用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征。 (3)同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。

(4)同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。

心肌梗死酶谱 酶活性 正常酶谱 肝病酶谱 1 2 3 4 5 心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化

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三、酶与疾病的治疗

(一) 消化酶治疗消化不良。

(二) 链激酶、尿激酶治疗和预防血栓形成。 (三) 天冬酰氨酶抑制血癌细胞生长。 四、酶在医学研究上的应用 (一)酶的分子工程

(二)酶与工业和日常应用

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