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1、1,第三章 酶Enzyme（E）,2,蛋白质（E）,核酸类（核酶、脱氧核酶）,生物催化剂,是活细胞合成的一类蛋白质具有高度特异性和高度催化效率的生物催化剂。,何谓酶？,3,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DN
2、A连接酶活性的DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。,4,第一节酶的分子结构与功能,The Molecular Structure and Function of Enzyme,5,E的不同形式,单体酶(monomeric enzyme)寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶复合体/多酶体系(multienzyme system)多功能酶(multifunctional enzyme)/串联酶(tandem enzyme),6,一、E的分子组成,单纯E(simple enzyme),结合E(conjugated enzyme),结合E,蛋白部分：,辅助因子,E蛋白(
3、apoenzyme),小分子有机化合物,金属离子,全E(holoenzyme),决定反应的特异性,7,二、E的活性中心,必需基团(essential group)E的活性中心(active center)/活性部位(active site）活性中心内的必需基团活性中心外的必需基团,几个名词：,8,三、同工酶(isoenzyme),举例：,什么是？,人LDH同工酶谱：,意义：,（一同三不同）,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。,9,第 二 节酶的工作原理,The Mechanism of Enzyme Action,10,（一）高度的催化效率（二）高度
4、的特异性（三）可调节性（四）不稳定性,一、酶促反应的特点,11,二、酶促反应的机制,（二）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说,（三）酶促反应的其他机制,（一）降低反应活化能,12,13,研究某一因素的影响时，其余各因素均恒定。,何谓酶促反应动力学?,研究各种因素对酶促反应速度V的影响，并加以定量的阐述。,影响因素有:,酶浓度E、底物浓度S、pH、温度T、抑制剂I及激活剂等。,采用反应的初速度（initial velocity）,14,一、S对V的影响,S对V的影响呈矩形双曲线关系:,此矩形双曲线可用米-曼氏方程表示,15,矩形双曲线和米-氏方程的对应关系,V与S成正比为一级反应,V不成正比例加
5、速,介于a、c之间,为混合级反应。,达Vmax,V不再增加为零级反应,a、b、c、,初速度V,Km,16,（一）米曼氏方程式推导,米曼氏方程式推导的条件：,推导过程：,（二）Km与Vmax的意义,（三）m值与max值的测定,17,二、E对V的影响,当SE，酶可被底物饱和的情况下，V与E成正比。关系式：V=K3 E,当SE时，Vmax=k3 E,E对V的影响,18,三、T对V的影响,四、pH对V的影响,双重影响,最适温度(optimum temperature)：酶促反应速度最快时的环境温度,低温的应用,T升高V,最适pH(optimum pH)酶催化活性最大时的环境pH。,19,类型,不可逆性
6、抑制,可逆性抑制,竞争性抑制(competitive inhibition)非竞争性抑制(non-competitive inhibition)反竞争性抑制(uncompetitive inhibition),五、抑制剂对反应速度的影响,酶的抑制剂(inhibitor/I)使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质,20,(一)不可逆性抑制作用,什么是？抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活；不能用物理方法去除抑制剂。,举例：,21,（二）可逆性抑制作用,什么是？,三种类型,抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。
7、,22,1、竞争性抑制,什么是？,竞争性抑制的具体情形：,举例:,I与E的S结构相似共同竞争E的活性中心，防碍E与S的结合。,23,2、非竞争性抑制,什么是？,非竞争性抑制的具体情形：,I与E活性中心以外的必需基团结合，不防碍E与S的结合，I与S之间无竞争。,24,3、反竞争性抑制,什么是？,反竞争性抑制的具体情形：,I 只与ES结合成EIS，使ES的量减少，影响产物的生成和E的释放。,25,三种可逆性抑制及无抑制作用的比较,与I结合的成分 E E、ES ES动力学参数表观Km Km 增大 不变 减小最大速度 Vmax 不变 林-贝氏作图 斜率 Km/Vmax 增大 增大 不变 纵轴截距 1/
8、Vmax 不变 增大 增大 横轴截距-1/Km 增大 不变 减小,26,六、激活剂对反应速度的影响,激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质分为,激活剂大多数为金属离子如Mg2+、K+、Mn2+等，少数阴离子也有激活作用。,一些金属酶和金属激活酶类：,27,第 四 节 酶 的 调 节,The Regulation of Enzyme,28,酶活性的调节酶含量的调节,（快速调节）（缓慢调节）,调节方式：,代谢途径的关键酶,调节对象：,29,（一）酶的变构调节,变构激活剂变构抑制剂,变构调节(allosteric regulation),变构酶(allosteric
9、enzyme),代谢物与酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性。,变构部位(allosteric site),变构效应剂(allosteric effector),变构酶的S形曲线,一、酶活性的调节,30,（二）酶的共价修饰调节,举例：,何谓共价修饰(covalent modification)？,共价修饰的类型：,共价修饰的特点：,31,（三）酶原与酶原的激活,举例,酶原、酶原激活及酶原激活的本质,酶原激活的意义,某些酶原的激活,32,二、酶含量的调节,酶蛋白合成的调节酶降解的调节,诱导作用(induction)阻遏作用(repression),溶酶体蛋白酶降
10、解途径非溶酶体蛋白酶降解途径,33,34,1.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),一、酶的分类,35,酶的分类编号,四个用点“”分开的数字前冠以EC（酶学委员会）,EC 3531,6大类：1、2、3、4、5、6,酶隶属的亚类,酶隶属的亚-亚类,酶在亚-亚类序号,36,习惯命名法推荐名称（多用）系统命名法系统名称,以酶催化的整体反应为基础，明确酶的底物及催化反应性质，多个底物时都要写明，用冒号
11、（）隔开。,（国际生物化学会酶学委员会）,酶的命名举例,二、酶的命名,37,38,（一）酶与疾病的发生,一、酶与疾病的关系,（三）酶与疾病的治疗,（二）酶与疾病的诊断,酶先天性缺乏与先天性代谢障碍酶活性改变与疾病发生,对血液、尿等体液中某些酶活性的测定，能反映某些器官组织的疾病状况并有助于诊断。,许多药物通过抑制酶活性来治疗疾病。,39,二、酶在医学上的其他应用,（一）酶作为试剂用于临床检验和科学研究,1、酶法分析2、酶标记测定法3、工具酶,（二）酶作为药物用于临床治疗,40,（三）酶的分子工程,1固定化酶(immobilized enzyme),将水溶性酶经物理/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。固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。,41,2抗体酶,3模拟酶,具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme),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部位的非蛋白质有机化合物。,
