1、Enzyme,酶,第3章 酶 Chapter 3 Enzyme,重点与难点： 酶的活性中心与酶的催化机理 活化能 辅酶与维生素 米氏常数的意义 可逆性抑制作用 酶原的激活 同工酶 变构酶 酶的共价修饰,酶的概念,目前将生物催化剂分为两类: 酶 、 核酶（脱氧核酶）,酶是一类对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。,Enzymes： Biological macromolecules that act as catalysts for biochemical reactions; although almost all are composed of protein, catalytically
2、active RNA molecules have been recently discovered.,第一次提出酶（enzyme）的名称,Eduard Buchner（1860-1917，Germany ） The Nobel Prize in Chemistry 1907 for his biochemical researches and his discovery of cell-free fermentation （发酵） 证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，称为enzyme。,第一节 酶的分子结构与功能 The Molecular Structure and Function
3、of Enzyme,酶的不同形式:,单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。 寡聚酶(oligomeric enzyme)：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(multienzyme system)：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(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：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。,一、酶的分子组成中常含有辅助因子,结合酶 (conjugated enzyme),单纯酶 (simple enzym
4、e),Holoenzyme: An intact enzyme containing all of its subunits and any necessary cofactors with full enzymatic activity. apoenzyme: The protein portion of an enzyme, exclusive of any organic or inorganic cofactors or prosthetic groups that might be required for catalytic activity.Cofactor: A small m
5、olecule required for enzyme activity. It could be organic in nature, like a coenzyme, or inorganic in nature, like a metallic cation.,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-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。,金属离子是最多见的辅助因子,全酶分子中各部分在催化反应中的作用:,酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质,需要金属离子的一些酶
6、,金属离子 酶,Mo6+ 黄嘌呤氧化酶 Fe3+/Fe2+ 细胞色素酶、过氧化氢酶类、过氧化物类 Cu2+/Cu+ 细胞色素氧化酶、氨酸酶 Zn2+ 碳酸酐酶、羧肽酶 Mg2+ 激酶类、磷氨酸酶 Mn2+ 精氨酸酶、超氧化物歧化酶 Na+ 质膜 ATP 酶 (也需K+和Mg2+) K+ 丙酮酸激酶 (也需Mg2+和Mn2+ ),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； 稳定酶的构象； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,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
7、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。,第十八章 维生素 P433,维生素(vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的，但在生物体内不能自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。 Vitamin：An organic substance required in small quantities in the diet of some mammals, essential for life but not synthesizable by the organism. Most vitamins function as a component of a coenzyme.
8、大部分的辅酶与辅基衍生于维生素。维生素的重要性就在于它们是体内一些重要的代谢酶的辅酶或辅基的组成成分。,特点： 既不供给能量，也不构成组织成分 体内不能合成或合成甚微，必须由食物供给 需要量很少，但不可缺少 （ugmg/d)功能： 参与体内物质代谢与调节 参与辅酶组成，调节物质代谢（Vit B族）,维生素可按其溶解性的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维生素有VitA、VitD、VitE和VitK四种。水溶性维生素有VitB1，VitB2，VitPP，VitB6，VitB12，VitC，泛酸，生物素，叶酸等。,脂溶性维生素 Vit 别名 生理功能 缺乏症A 视黄醛 合成视紫红质
9、夜盲症、干眼病D 钙化醇 促进钙磷吸收 佝偻病、软骨病E 生育酚 抗氧化 治疗习惯性流产K 凝血Vit 合成凝血因子 凝血时间延长,某些辅酶（辅基）在催化中的作用,辅助因子分类 （按其与酶蛋白结合的紧密程度）,辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。,辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合紧密 (共价结合) ，不能用透析或超滤的方法除去，在反应中不能离开酶蛋白，如FAD、FMN、生物素等。,coenzyme: An organic cofactor required for the action of certain enzymes; oft
10、en contains a vitamin as a component. Prosthetic Group: Prosthetic group is the same as the coenzyme but are tightly bound to the enzyme. When they are split off, the enzyme is mostly denatured. Examples include flavin nucleotides and heme.,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。,
11、必需基团(essential group),必需基团在酶的一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近。,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。,酶的活性中心 (active center),特点：必需基团相对集中,活性中心内的必需基团,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,组氨酸残基的咪唑基、丝氨酸残基的羟基、半胱氨酸残基的巯基以及谷氨酸残基的 羧基是最常见的必需基团。,酶的活性中心,对结合酶来说，辅酶或辅基参与酶活性中心的组成。,active center （Ac
12、tive site）. The region of an enzyme molecule that contains the substrate binding site and the catalytic site for converting the substrate(s) into product(s). usually a small portion of the total enzyme molecule.,溶菌酶（Lysozyme）的活性中心及其作用机理,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van de
13、rwaals力。 催化基团是35位Glu，52位Asp； 101位Asp和108位Trp是结合基团。,三、同工酶,同工酶 (isoenzyme)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。 Isozymes: Multiple forms of an enzyme that catalyze the same reaction but differ from each other in their amino acid sequence, substrate affinity, Vmax, tissue expression or regulatory pro
14、perties; also called isoenzymes.,定义,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。,乳酸脱氢酶的同工酶,举例 1,乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH）,LDH的电泳行为,心肌中以LDH1含量最多，LDH1对乳酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解，以
15、供应心肌的能量。在骨骼肌中含量最多的是LDH5，LDH5对丙酮酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸，以促进糖酵解的进行。,举例 2,B,B,B,M,M,M,CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM),脑 心肌 骨骼肌,肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶CK是二聚体酶 两种亚基：M型（肌型）和B型（脑型）； 三种同工酶,第二节 酶的工作原理 The Mechanism of Enzyme Action,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。一般情况下，对可逆反应的正反两个方向的催
16、化作用相同，能缩短反应达到平衡所需的时间。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activation energy)。,酶与一般催化剂的共同点：,（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1081020倍，比一般催化剂高1071013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(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。,酶的催化效率可用酶的转换数 (turnover number) 来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分
17、子数。,酶的催化效率比一般催化剂高的实例如：H2O2 H2O + O2酶催化为 5106 molFe2+催化为610-4 mol,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）酶促反应具有高度的特异性,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3种类型：,绝对特异性(absolute specificity)：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 。 相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合物
18、或一种化学键。 立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立体异构体中的一种。,绝对特异性酶举例： 脲酶只水解尿素，而不能水解甲基尿素。,相对特异性酶举例：蔗糖酶对蔗糖和棉子糖均起催化作用。,组 HO,CH3,COOH,组,HOOC,CH3,OH,L（-）乳酸 D（+）乳酸 （与LDH契合） （不能在LDH中的三点结合）,精,精,“三点附着理论”解释:L- 乳酸脱氢酶的催化作用特异性,立体异构特异性酶举例： 乳酸脱氢酶只作用于L-乳酸，而对D-乳酸无作用。,（三）酶促反应的可调节性,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。,对酶生成与降解量的
19、调节 酶催化效力的调节 通过改变底物浓度对酶进行调节等,酶蛋白容易变性失活,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 (activation energy) 实现的。,活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。,活化能：使低能(底物)分子达到活化状态(过渡态)所需要的能量。 Activation energy: The difference in energy between that of the activated complex and that of reactants, th
20、e energy that must be supplied to the reactants before they can undergo transformation to product.,化学反应:,A+B,AB,C+D,反应物 (初态),中间产物 (过渡态),产物 (终态),活化能也就是底物分子从初态转化成过渡态所需的能量,酶加速化学反应的机制是能够极大地降低反应的活化能,（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,(过渡态),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
21、(induced-fit) 。,羧肽酶的诱导契合模式,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,酶在反应中将诸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(proximity effect)与定向排列(orientation arrange)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。,邻近效应与定向排列：,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
22、接触和结合。这种现象称为表面效应(surface effect)。,3.表面效应使底物分子去溶剂化, 疏水环境 介电常数低，加强极性基团间的作用。 电荷环境 在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子,（三）酶的催化机制呈多元催化作用,一般酸-碱催化作用(general acid-base catalysis) 共价催化作用(covalent catalysis) 亲核催化作用(nucleophilic catalysis),1. 酶活性中心提供H+或提供H+受体使敏感键断裂的机制称酸碱催化。,酸催化(OH、NH3+、NH+、-COOH、SH),AH + B+,碱催化(失电子态),
23、+ E-COO-,A- + E-COOH,E-COO- + H+,3、 酸碱催化,2. 共价催化,酶活性中心亲电基团或亲核基团与底物形成一个反应活性很高的共价中间物同时参与底物敏感键断裂的机制称共价催化。底物亲电中心：磷酰基（-P=O），酰基（-C=O），糖基（Glu-C-OH）还有 亲电基团 Mg2+、 Mn2+ （有空轨道）,酶活性中心金属离子的催化作用金属酶（metalloenzyme):Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+ 金属-激活酶（metal-activated enzyme):Na+、K+、Mg2+、Ca2+（1）通过结合底物为反应定向 （2）通过自身价数的改变参加
24、氧化还原反应 （3）屏蔽底物或酶活性中心的负电荷,+ -OH,(有孤对电子),亲电催化,亲核催化,中间产物不稳定，断裂，相互结合形成产物，酶复原。 （不同酶促反应中的催化因素影响大小不同。）,3、 亲核催化作用,亲核基团 如：Ser-OH，Cys-SH，His-N：,第三节 酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction,概念 研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。, 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,在探讨各种因素对酶促反应速度的影响时，通常测定其初始速度来代表
25、酶促反应速度，即底物转化量5%时的反应速度。,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。,单底物、单产物反应； 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； 反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速率 底物浓度远远大于酶浓度。,研究前提：,当底物浓度较低时：,反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。,随着底物浓度的增高：,反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。,当底物浓度高达一定程度：,反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应,中间产物,解释酶促反应中
26、底物浓度和反应速率关系的最合理学说是中间产物学说：,（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性,Michaelis-Menten equation：The equation describing the hyperbolic dependence of the initial reaction velocity, v, on substrate concentration, S, in many enzyme-catalyzed reactions: v=VmaxS/Km+S,1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式 (
27、Michaelis equation)。,S：底物浓度 V：不同S时的反应速率 Vmax：最大反应速率(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant),E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速率取决于慢反应即 V = k3ES。 (1) S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始阶段，S的浓度可认为不变即S =St。,米曼氏方程式推导基于两个假设：,米曼氏方程式推导过程：,ES的生成速率 = ES的分解速率,则(2)变为: (EtES) S = Km ES,整理得：,k1 (EtES) S = k2 ES
28、+ k3 ES,当反应处于稳态时：,当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即Et =ES，反应达最大速率 Vmax = k3ES = k3Et (5),将(5)代入(4)得米氏方程式：,当S Km时，=Vmax，反应为零级反应；当0.01KmS100Km时，为混合级反应。,（二）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数,Km值的推导Km与Vmax的意义,当反应速率为最大反应速率一半时：,Km值的推导,Km = S,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，单位是mol/L。,Km与Vmax的意义,定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。 意义： Km是酶的特征性
29、常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强度）有关，与酶的浓度无关。 Km可近似表示酶对底物的亲和力； 同一酶对于不同底物有不同的Km值。,Km值,当k2k3时， Km可近似表示酶对底物的亲和力,Km愈大，酶与作用物亲和力愈小 Km愈小，酶与作用物亲和力愈大, km= （k2 +k3)/k1,Km k2 / k1, km可以看作ES的解离常数ks,k1,k2,k3,3）同一酶对于不同底物有不同的Km值4）可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度：当S=10Km时，= 91%Vmax，此时即为最合适的测定酶活性所需的底物浓度。5）Km可用来判断酶的最适底物：当酶有几种不同的底物存
30、在时，通过测定酶在不同底物存在时的Km值，Km值最小者，即为该酶的最适底物。,Vmax 定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。 Vmax :The maximum velocity of an enzymatic reaction when the binding site is saturated with substrate.,意义：Vmax=K3 E 如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算 酶的转换数(turnover number)，即动力学常数K3。,定义 当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。 turnover number ：Th
31、e number of times an enzyme molecule transforms a substrate molecule per sec, under conditions giving maximal activity at substrate concentrations that are saturating. 意义 可用来比较每单位酶的催化能力。,酶的转换数,1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法,（三）m值与max值可以通过作图法求取,2. Hanes作图法,在林贝氏方程基础上，两
32、边同乘S,S/V=Km/Vmax + S/Vmax,二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系,在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。,当SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。 关系式为：V = k3 E,当SE时，Vmax = k3 E,酶浓度对反应速率的影响,三、温度对反应速率的影响具有双重性,温度对酶促反应速率具有双重影响。 酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度(optimum temperature)。 Optimum temperature: Temperature
33、 at which an enzyme operates at maximal efficiency.,酶的最适温度与实验条件有关，因而它不是酶的特征性常数。低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度升高后，酶活性又可恢复。,四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率,酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH (optimum pH)。,pH对某些酶活性的影响,optimum pH：The characteristic pH at which an enzyme has maximal catalytic activity.,人体内大多数酶的最适pH在6.58.0之间。
34、酶的最适pH不是酶的特征性常数。pH对酶促反应速度的影响，其原因主要是由于pH的改变导致了酶的催化基团以及底物分子的解离状态改变或者导致了酶蛋白的变性。,五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率,酶的抑制剂(inhibitor),酶的抑制区别于酶的变性：,抑制剂对酶有一定选择性引起变性的因素对酶没有选择性,凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。,抑制作用的类型,不可逆性抑制 (irreversible inhibition),可逆性抑制 (reversible inhibition),竞争性抑制 (competitive inhibition) 非竞争性抑制 (no
35、n-competitive inhibition) 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition),根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：,有机磷化合物 羟基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 巯基酶 解毒 - - - 二巯基丙醇(BAL),概念,举例,抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。,（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合,胆碱酯酶 乙酰胆碱 胆碱乙酸乙酰胆碱堆积引起付交感兴奋症状：恶心，呕吐，多汗，肌肉震颤，瞳孔缩小,巯基酶抑制剂重金属离子及砷，为非专一性抑制剂。可用二巯基丙醇（BAL）解毒。,（二） 可逆
36、性抑制作用,竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制,类型,概念,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。,竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心,有些抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 competitive inhibition: A type of enzyme inhibition characterized by the inhibitor binding to the active site. The inhibition can b
37、e reversed by increasing the concentration of substrate. A competitive inhibitor is usually a structural analog of the substrate.,定义,反应模式,特点,抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；,I与S结构类似，竞争酶的活性中心；,动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。,举例,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,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,有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂
38、的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。但酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。 noncompetitive inhibition：A type of enzyme inhibition not reversed by increasing the substrate concentration. The inhibitor binds to a site on the enzyme other than the active site.,非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力,定义,反应模式,特点,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底
39、物与抑制剂之间无竞争关系；,抑制程度取决于抑制剂的浓度；,动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。,抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使中间产物ES的量下降。这样，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。 Uncompetitive inhibition where the inhibitor binds to the enzyme when the substrate is already bound.,定义,反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶-底物复合物结合,反应模式,特点：,抑制剂只与酶底物复合物结合；,抑制程
40、度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；,动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。,六、激活剂可加快酶促反应速率,定义,使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为激活剂(activator)。,种类,必需激活剂 (essential activator) 非必需激活剂 (non-essential activator),第四节 酶的调节 The Regulation of Enzyme,酶活性的调节（快速调节）,酶含量的调节（缓慢调节）,调节方式,调节对象：关键酶,变构效应剂 (allosteric effector),变构调节 (allosteric regulation),变构酶 (allo
41、steric enzyme),变构部位 (allosteric site),一些代谢物可与某些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，此种调节方式称变构调节。,（一）变构酶通过变构调节酶的活性,一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节,变构酶的特点：,1. 变构酶分子中常含有多个(偶数)亚基，酶分子的催化部位(活性中心)和调节部位有的在不同亚基，也有的在同一亚基内2. 当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，就可导致酶的空间构象发生改变，从而导致酶的催化活性中心的构象发生改变而致酶活性的改变。,allosteric enzyme: A regulatory enzym
42、e, with catalytic activity modulated by the noncovalent binding of a specific metabolite or a small molecule at a site other than the active site.,当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶的协同效应。如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力增加，则称为正协同效应；反之，则称为负协同效应。,3协同效应：,4. 观察变构酶的底物浓度对酶促反应速度影响时，可发现S为一“
43、S”形曲线。,酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。,变构调节举例：,R,R,C,R,R,C,C,C,（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价结合与分离实现的,在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。 covalent modification： The attachment to and removal of chemical groups from an enzyme and the consequent change in the catalytic properties of tha
44、t enzyme. Catalytic properties of many enzymes are altered by the covalent attachment and removal of phosphoryl groups, whereas a smaller number of others undergo reversible attachment of AMP units from ATP.,共价修饰(covalent modification),磷酸化与脱磷酸化（最常见） 乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化 SH与SS互变,常见类型,酶的化学修饰是体内快
45、速调节的另一种重要方式。,酶的磷酸化与脱磷酸化,共价修饰的特点：,1.共价修饰的酶存在有（高）活性和无（低）活性两种形式； 2.共价键修饰 3.放大效应（有瀑布或级联效应）； 4.磷酸化消耗ATP 5.是体内经济、有效的快速调节方式。,有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。,在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。,（三）酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶,酶原 (zymogen),酶原的激活,Zymogen activation：The inactive precursor is converted to active form by limited
46、proteolysis and the active center of the enzyme is formed or exposed.,酶原激活的机理,酶原的激活过程,自身激活作用：酶原受其本身激活产物的催化而激活的过程。,酶原激活通常伴有酶蛋白一级结构的改变。肠激酶/胰蛋白酶胰蛋白酶原 胰蛋白酶 + N端6肽片段 酶原激活的本质是酶活性中心形成或暴露的过程。,胰蛋白酶原的激活过程,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的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，保证体内代谢正常进行。 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。,二、 酶
47、含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节,诱导作用(induction) 阻遏作用(repression),（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏,溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖ATP的降解途径） 非溶酶体蛋白酶降解途径（又称依赖ATP和泛素的降解途径）,（二）酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同,第五节 酶的命名与分类 The Naming and Classification of Enzyme,一、酶可根据其催化的反应类型予以分类,氧化还原酶类 (oxidoreductases) 转移酶类 (transferases ) 水解酶类 (hydrolases) 裂解酶类 (lyases) 异构酶类 (i
48、somerases) 合成酶类 (synthetases, ligases),根据酶反应的类型，酶可分为六大类，其排序如下:,第六节 酶与医学的关系 The Relation of Enzyme and Medicine,一、酶和疾病密切相关,（一）酶的质、量与活性的异常均可引起某些疾病,有些疾病的发病机理直接或间接和酶的异常或酶活性受到抑制相关。 许多疾病也可引起酶的异常，这种异常又使病情加重。 激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。 酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。,（二）酶的测定有助于对许多疾病的诊断,1酶活性测定和酶活性单位是定量酶的基础,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率。 酶促反应速率可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。 酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量（mg、g、mol等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。,在特定的条件下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。,催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。,
