1、第三章第三章 酶酶Chapter 3 Enzymen酶酶enzyme是由活細胞產生的、能對特異底是由活細胞產生的、能對特異底物進展高效率催化的生物催化劑，其化學本質物進展高效率催化的生物催化劑，其化學本質是蛋白質。是蛋白質。酶的分類按構造酶的分類按構造: :單體酶單體酶(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶體系多酶體系多酶復合體多酶復合體(multienzyme complex)多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)多功能酶多功能酶多酶復合體多酶復合體HS-ACP第一節第一節 酶的分子構造與功能酶的分子構造與功能Se

2、ction 1 The Molecular Structure and Function of Enzyme 一、酶的分子組成一、酶的分子組成酶可根據其化學組成的不同，分為兩類：酶可根據其化學組成的不同，分為兩類： 酶酶單純酶單純酶(simple enzyme)結合酶全酶結合酶全酶(conjugated enzyme) 輔基輔基輔酶輔酶金屬離子金屬離子 輔助因子輔助因子酶蛋白酶蛋白n由酶蛋白與輔助因子組成的酶稱為全酶。由酶蛋白與輔助因子組成的酶稱為全酶。n酶蛋白決議反響的特異性。酶蛋白決議反響的特異性。n輔助因子決議反響的種類與性質。輔助因子決議反響的種類與性質。n與酶蛋白疏松結合并與酶的催化

3、活性有關的耐與酶蛋白疏松結合并與酶的催化活性有關的耐熱低分子有機化合物稱為輔酶熱低分子有機化合物稱為輔酶(coenzyme)。n與酶蛋白結實結合并與酶的催化活性有關的耐與酶蛋白結實結合并與酶的催化活性有關的耐熱低分子有機化合物稱為輔基熱低分子有機化合物稱為輔基(prosthetic group)。二、輔酶與輔基的來源及其生理功用二、輔酶與輔基的來源及其生理功用n大部分的輔酶與輔基衍生于維生素。維生素的大部分的輔酶與輔基衍生于維生素。維生素的重要性就在于它們是體內一些重要的代謝酶的重要性就在于它們是體內一些重要的代謝酶的輔酶或輔基的組成成分。輔酶或輔基的組成成分。n維生素維生素(vitamin)

4、(vitamin)是指一類維持細胞正常功能是指一類維持細胞正常功能所必需的，但在生物體內不能本身合成而必需所必需的，但在生物體內不能本身合成而必需由食物供應的小分子有機化合物。由食物供應的小分子有機化合物。n維生素可按其溶解性的不同分為脂溶性維生素維生素可按其溶解性的不同分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。和水溶性維生素兩大類。n脂溶性維生素有脂溶性維生素有Vit A、Vit D、Vit E和和Vit K四四種。種。n水溶性維生素主要包括水溶性維生素主要包括B族維生素族維生素Vit B1，Vit B2，Vit PP，Vit B6，Vit B12，泛酸，生，泛酸，生物素，葉酸和物素，葉酸和Vi

5、t C。 由維生素衍生的輔酶或輔基：由維生素衍生的輔酶或輔基：1. TPP：焦磷酸硫胺素，由硫胺素焦磷酸硫胺素，由硫胺素thiamine, Vit B1焦焦磷酸化而生成。磷酸化而生成。TPP是脫羧酶的輔酶，在體內參與糖代謝過程中是脫羧酶的輔酶，在體內參與糖代謝過程中-酮酸的氧化脫羧反響。酮酸的氧化脫羧反響。 TPPTPP的分子構造的分子構造2. FMN和和FAD：黃素單核苷酸黃素單核苷酸flavin mononucleotide, FMN和和黃 素 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 黃 素 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 f l a v i n a d e n i n e dinucleotide, F

6、AD，是核黃素，是核黃素riboflavin, VitB2的衍生物。的衍生物。VitB2具有氧化復原性，酶蛋白與具有氧化復原性，酶蛋白與FMN或或FAD結合結合后統稱為黃素酶，催化脫氫氧化反響，其輔基后統稱為黃素酶，催化脫氫氧化反響，其輔基FMN或或FAD在酶促反響中作為遞氫體雙遞氫在酶促反響中作為遞氫體雙遞氫體。體。 FMNFMN和和FADFAD的分子構造的分子構造110FMNFMN的作用機制的作用機制3. NAD+和和NADP+：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD+，輔酶，輔酶和和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+，輔，輔酶酶是是Vit PP的衍

7、生物。的衍生物。在體內，由尼克酰胺參與構成的兩種輔酶均有氧在體內，由尼克酰胺參與構成的兩種輔酶均有氧化 型 化 型 N A D + ， N A D P + 和 復 原 型 和 復 原 型NADH+H+，NADPH+H+兩種方式。它兩種方式。它們作為脫氫酶的輔酶，在酶促反響中起遞氫體們作為脫氫酶的輔酶，在酶促反響中起遞氫體的作用，為單遞氫體。的作用，為單遞氫體。 NAD+NAD+和和NADP+NADP+的分子構造的分子構造+ H+4. 磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺是Vit B6的衍生物。的衍生物。Vit B6包括吡哆醇包括吡哆醇(

8、pyridoxine)，吡哆醛，吡哆醛(pyridoxal)和吡哆胺和吡哆胺(pyridoxamine)等三種方等三種方式。式。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作為氨基轉移酶，氨磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作為氨基轉移酶，氨基酸脫羧酶，半胱氨酸脫硫酶等的輔酶?；崦擊让?，半胱氨酸脫硫酶等的輔酶。 磷酸吡哆醛與磷酸吡哆胺的分子構磷酸吡哆醛與磷酸吡哆胺的分子構造造5. 輔酶輔酶ACoA：泛酸泛酸pantothenic acid, 遍多酸在體內參與構遍多酸在體內參與構成輔酶成輔酶ACoA，后者的構呵斥分為，后者的構呵斥分為3-磷磷酸腺苷酸腺苷-5-焦磷酸焦磷酸-泛酸泛酸-巰基乙胺。巰基乙胺。CoA中中的巰基可與

9、?；愿吣芰蝓ユI結合，在糖、脂、的巰基可與?；愿吣芰蝓ユI結合，在糖、脂、蛋白質代謝中起傳送酰基的作用，因此蛋白質代謝中起傳送?；淖饔茫虼薈oA是是?；傅妮o酶。?；傅妮o酶。 CH3CSCoA OCoACoA的分子構造的分子構造6. 生物素生物素(biotin)：是噻吩與尿素相結合的駢環化合物，帶有一戊酸是噻吩與尿素相結合的駢環化合物，帶有一戊酸側鏈，有側鏈，有，兩種異構體。生物素是羧化酶兩種異構體。生物素是羧化酶的輔基，在體內參與的輔基，在體內參與CO2的固定和羧化反響。的固定和羧化反響。 7. 四氫葉酸：四氫葉酸：四氫葉酸四氫葉酸 FH4 由葉酸由葉酸(folic acid)衍生而來

10、。衍生而來。四氫葉酸是體內一碳單位基團轉移酶系統中四氫葉酸是體內一碳單位基團轉移酶系統中的輔酶，其的輔酶，其N5和和N10原子與一碳單位基團結原子與一碳單位基團結合，與嘌呤和嘧啶的合成有關。合，與嘌呤和嘧啶的合成有關。 四氫葉酸的分子構造四氫葉酸的分子構造5, 6, 7, 8-四氫葉酸四氫葉酸 N1N3CH6NH57NH8NH2OHCH29NH10CONH CHHOOC(CH2)2COOH2-氨基氨基-4-羥基羥基-6-甲基甲基-5,6,7,8-四氫蝶呤啶四氫蝶呤啶對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸8. Vit B12的衍生物：的衍生物：Vit B12分子中含金屬元素鈷，故又稱為鈷胺素。分子

11、中含金屬元素鈷，故又稱為鈷胺素。Vit B12在體內有多種活性方式。其中，在體內有多種活性方式。其中，5-脫氧脫氧腺苷鈷胺素是體內的主要方式，它可參與構成腺苷鈷胺素是體內的主要方式，它可參與構成多種變位酶的輔酶，甲基鈷胺素那么是甲基轉多種變位酶的輔酶，甲基鈷胺素那么是甲基轉移酶的輔酶，與膽堿等的合成有關。移酶的輔酶，與膽堿等的合成有關。 Vit B12Vit B12的分子構造的分子構造輔酶或輔基在酶催化中的作用輔酶或輔基在酶催化中的作用尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素）維生素維生素B2（核黃素）（

12、核黃素）維生素維生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸維生素維生素B12生物素生物素吡哆醛（維生素吡哆醛（維生素B6之一）之一）葉酸葉酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，輔酶苷酸，輔酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，輔酶苷酸磷酸，輔酶II）FMN （黃素單核苷酸）（黃素單核苷酸）FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）（黃素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）輔酶輔酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸鈷胺素輔酶類鈷胺素輔酶類生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氫葉酸四氫葉酸氫原子（質子）氫原子（質子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化

13、碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基等一碳單位等一碳單位所含的維生素所含的維生素名名稱稱小分子有機化合物小分子有機化合物(輔輔 酶酶 或或 輔輔 基基)轉移的基團轉移的基團尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）尼克酰胺（維生素尼克酰胺（維生素PP之一）之一）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素）維生素維生素B2（核黃素）（核黃素）維生素維生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸維生素維生素B12生物素生物素吡哆醛（維生素吡哆醛（維生素B6之一）之一）葉酸葉酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，輔酶苷酸，輔酶I）NADP+（尼克酰胺

14、腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，輔酶苷酸磷酸，輔酶II）FMN （黃素單核苷酸）（黃素單核苷酸）FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）（黃素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）輔酶輔酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸鈷胺素輔酶類鈷胺素輔酶類生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氫葉酸四氫葉酸氫原子（質子）氫原子（質子）醛基醛基酰基?；榛榛趸级趸及被被谆?、甲烯基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基甲炔基、甲?；纫惶紗挝坏纫惶紗挝凰木S生素所含的維生素名名稱稱小分子有機化合物小分子有機化合物(輔輔 酶酶 或或 輔輔 基基)轉移的基團轉移的基團n輔酶與輔基的主要生理功用：輔酶與輔

15、基的主要生理功用：n 運載氫原子或電子，參與氧化復原反響。運載氫原子或電子，參與氧化復原反響。n 運載反響基團，如?；被⑼榛⑦\載反響基團，如?；被?、烷基、羧基及一碳單位等，參與基團轉移。羧基及一碳單位等，參與基團轉移。 三、金屬離子的作用三、金屬離子的作用1. 穩定構象：穩定酶蛋白催化活性所必需的分穩定構象：穩定酶蛋白催化活性所必需的分子構象；子構象；2. 構成酶的活性中心：作為酶的活性中心的組構成酶的活性中心：作為酶的活性中心的組成成分，參與構成酶的活性中心；成成分，參與構成酶的活性中心；3. 銜接作用：作為橋梁，將底物分子與酶蛋白銜接作用：作為橋梁，將底物分子與酶蛋白螯合起來。

16、螯合起來。四、酶的活性中心四、酶的活性中心溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心已糖激酶的活性中心已糖激酶的活性中心n酶分子上具有一定空間構象的部位，該部位化酶分子上具有一定空間構象的部位，該部位化學基團集中，直接參與將底物轉變為產物的反學基團集中，直接參與將底物轉變為產物的反響過程，這一部位就稱為酶的活性中心響過程，這一部位就稱為酶的活性中心(active center)。 結合基團結合基團 活性中心內必需基團活性中心內必需基團 催化基團催化基團 活性中心外必需基團活性中心外必需基團底底 物物 活性中心外活性中心外的必需基團的必需基團結合基團結合基團催化基團催化基團 活性中心活性中心 第二節第二節

17、 酶促反響的特點與機制酶促反響的特點與機制Section 2 The Characteristics and Mechanisms of Enzyme-Catalyzed Reaction 只能催化熱力學上允許進展的化學反響，而只能催化熱力學上允許進展的化學反響，而不能實現那些熱力學上不能進展的反響；不能實現那些熱力學上不能進展的反響； 只能縮短反響到達平衡所需的時間，而不能只能縮短反響到達平衡所需的時間，而不能改動平衡點；改動平衡點； 普通情況下，對可逆反響的正反兩個方向的普通情況下，對可逆反響的正反兩個方向的催化作用一樣。催化作用一樣。 酶與普通催化劑的共同點：酶與普通催化劑的共同點：一、

18、酶促反響的特點一、酶促反響的特點n酶的催化效率可比普通催化劑高酶的催化效率可比普通催化劑高1061020倍。倍。n如：如：H2O2 H2O + O2nH2O2酶為酶為 5106 mol ；nFe2+ 為為610-4 mol一具有極高的催化效率：一具有極高的催化效率：催化反響歷程：催化反響歷程：普通化學反響歷程：普通化學反響歷程： S P酶促反響歷程：酶促反響歷程： S + E ES E + P 酶促反響的活化能酶促反響的活化能二具有高度的底物特異性二具有高度的底物特異性: :n一種酶只作用于一種一種酶只作用于一種或一類化合物，以促或一類化合物，以促進一定的化學變化，進一定的化學變化，生成一定的

19、產物，這生成一定的產物，這種景象稱為酶作用的種景象稱為酶作用的特異性特異性(specificity)。1絕對特異性絕對特異性(absolute specificity)：一種酶只能：一種酶只能作用于一種化合物，以催化一種化學反響，稱作用于一種化合物，以催化一種化學反響，稱為絕對特異性，如琥珀酸脫氫酶。為絕對特異性，如琥珀酸脫氫酶。2相對特異性相對特異性(relative specificity)：一種酶只能：一種酶只能作用于一類化合物或一種化學鍵，催化一類化作用于一類化合物或一種化學鍵，催化一類化學反響，稱為相對特異性，如蛋白水解酶。學反響，稱為相對特異性，如蛋白水解酶。3立體異構特異性立體異

20、構特異性(stereospecificity)：一種酶只：一種酶只能作用于一種立體異構體，或只能生成一種立能作用于一種立體異構體，或只能生成一種立體異構體，稱為立體異構特異性，如體異構體，稱為立體異構特異性，如L-乳酸脫乳酸脫氫酶。氫酶。 酶的立體異構特異性酶的立體異構特異性n許多要素可以影響或調理酶的催化活性，如代許多要素可以影響或調理酶的催化活性，如代謝物、對酶分子的共價修飾，酶蛋白的合成改謝物、對酶分子的共價修飾，酶蛋白的合成改動等。動等。三三 酶的催化活性是可以調理的：酶的催化活性是可以調理的：二、酶促反響的機制二、酶促反響的機制n酶催化時，酶活性中心首先與底物結合生成一酶催化時，酶活

21、性中心首先與底物結合生成一種酶種酶-底物復合物底物復合物ES，此復合物再分解釋，此復合物再分解釋放出酶，并生成產物。放出酶，并生成產物。 S + E ES E + P一中間復合物學說：一中間復合物學說：酶酶- -底物復合物的構成及反響歷程的改動底物復合物的構成及反響歷程的改動n當底物與酶接近時，底物分子可以誘導酶活性當底物與酶接近時，底物分子可以誘導酶活性中心的構象發生改動，使之成為能與底物分子中心的構象發生改動，使之成為能與底物分子親密結合的構象。親密結合的構象。( (二二) ) 誘導契合學說誘導契合學說(induced-fit hypothesis)(induced-fit hypothe

22、sis)：羧肽酶的誘導契合方式羧肽酶的誘導契合方式 底物底物1.臨近效應臨近效應(proximity effect)與定向作用與定向作用(orientation arrange ) ：三與酶的高效率催化有關的要素：三與酶的高效率催化有關的要素：臨近效應與定向作用表示圖臨近效應與定向作用表示圖2電子張力作用電子張力作用electronic tension：3多元催化作用多元催化作用(multielement catalysis)：包括酸：包括酸堿催化與共價催化等。堿催化與共價催化等。4酶活性中心的低介電區酶活性中心的低介電區(外表效應，外表效應，surface effect)：第三節第三節 酶促

23、反響動力學酶促反響動力學Section 3 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction n酶反響動力學主要研討酶催化的反響速度以及酶反響動力學主要研討酶催化的反響速度以及影響反響速度的各種要素。影響反響速度的各種要素。n在討論各種要素對酶促反響速度的影響時，通在討論各種要素對酶促反響速度的影響時，通常測定其初始速度來代表酶促反響速度，即底常測定其初始速度來代表酶促反響速度，即底物轉化量物轉化量5%時的反響速度。時的反響速度。 一、底物濃度對反響速度的影響一、底物濃度對反響速度的影響一底物對酶促反響的飽和景象：一底物對酶促反響的飽和景象： 反響級數反響級數二米氏方

24、程式的推導：二米氏方程式的推導： Michaelis & Menten 于于1913年推導出了上述矩年推導出了上述矩形雙曲線的數學表達式，即著名的米氏方程。形雙曲線的數學表達式，即著名的米氏方程。 Vmax S Km S E + S k+1k-1k+2ESE + Pk-1 +k+2k+1Km =三三KmKm和和VmaxVmax的意義：的意義： 1. 1. 當當n n= Vmax= Vmax2 2時，時，Km=SKm=S。因此，。因此，KmKm等于酶促反響等于酶促反響速度達最大值一半時的底物濃度。速度達最大值一半時的底物濃度。Vmax 2VmaxS Km + S = 2. Km 2. K

25、m可以反映酶與底物親和力的大小。可以反映酶與底物親和力的大小。KmKm越小，越小，酶與底物的親和力越大。酶與底物的親和力越大。E + S k+1k-1k+2ESE + Pk-1 +k+2k+1Km =Ks 3. 可用于判別反響級數：可用于判別反響級數：當當S100Km時，時，=Vmax，反響為零級反響；，反響為零級反響；當當0.01KmS100Km時，為混合級反響。時，為混合級反響。4. Km是酶的特征性常數：在一定條件下，某種是酶的特征性常數：在一定條件下，某種酶的酶的Km值是恒定的，因此可以經過測定不同值是恒定的，因此可以經過測定不同酶特別是一組同工酶的酶特別是一組同工酶的Km值，來判別能

26、值，來判別能否為不同的酶。否為不同的酶。5. Km可用來判別酶的最適底物：當酶有幾種不可用來判別酶的最適底物：當酶有幾種不同的底物存在時，經過測定酶在不同底物存在同的底物存在時，經過測定酶在不同底物存在時的時的Km值，值，Km值最小者，即為該酶的最適底值最小者，即為該酶的最適底物。物。6. 可用來確定酶活性測定時所需的底物濃度：可用來確定酶活性測定時所需的底物濃度：當當S=10Km時，時，= 91%Vmax，此時即為最，此時即為最適宜的測定酶活性所需的底物濃度。適宜的測定酶活性所需的底物濃度。7. Vmax可用于計算酶的轉換數：當酶的總濃可用于計算酶的轉換數：當酶的總濃度和最大速度知時，可計算

27、出酶的轉換數，度和最大速度知時，可計算出酶的轉換數，即單位時間內每個酶分子催化底物轉變為產即單位時間內每個酶分子催化底物轉變為產物的分子數。物的分子數。四四KmKm和和VmaxVmax的測定：的測定： 1. Lineweaver-Burk雙倒數作圖法：雙倒數作圖法： 2. Hanes作圖法：作圖法： 二、酶濃度對反響速度的影響二、酶濃度對反響速度的影響n當反響系統中底物的濃度足夠大時，酶促反當反響系統中底物的濃度足夠大時，酶促反響速度與酶濃度成正比，即響速度與酶濃度成正比，即=kE。 0EE三、溫度對反響速度的影響三、溫度對反響速度的影響n普通來說，酶促反響速度隨溫度的增高而加快。普通來說，酶

28、促反響速度隨溫度的增高而加快。但當溫度添加到達某一點后，由于酶蛋白的熱變但當溫度添加到達某一點后，由于酶蛋白的熱變性作用，反響速度迅速下降，直到完全失活。性作用，反響速度迅速下降，直到完全失活。n酶促反響速度隨溫度升高而到達一最大值時的溫酶促反響速度隨溫度升高而到達一最大值時的溫度就稱為酶的最適溫度度就稱為酶的最適溫度(optimum temperature)(optimum temperature)。 溫度對酶促反響速度的影響溫度對酶促反響速度的影響n酶的最適溫度與實驗條件有關，因此它不是酶的最適溫度與實驗條件有關，因此它不是酶的特征性常數。酶的特征性常數。n低溫時由于活化分子數目減少，反響

29、速度降低溫時由于活化分子數目減少，反響速度降低，但溫度升高后，酶活性又可恢復。低，但溫度升高后，酶活性又可恢復。四、四、pHpH對反響速度的影響對反響速度的影響n察看察看pH對酶促反響速度的影響，通常為一對酶促反響速度的影響，通常為一“鐘形曲線，即鐘形曲線，即pH過高或過低均可導致酶過高或過低均可導致酶催化活性的下降。催化活性的下降。n酶催化活性最高時溶液的酶催化活性最高時溶液的pH值就稱為酶的最值就稱為酶的最適適pH(optimum pH)。pH對酶促反響速度的影響對酶促反響速度的影響n人體內大多數酶的最適人體內大多數酶的最適pH在在6.58.0之間。之間。n酶的最適酶的最適pH不是酶的特征

30、性常數。不是酶的特征性常數。npH對酶促反響速度的影響，其緣由主要是由對酶促反響速度的影響，其緣由主要是由于于pH的改動導致了酶的催化基團以及底物分的改動導致了酶的催化基團以及底物分子的解離形狀改動或者導致了酶蛋白的變性。子的解離形狀改動或者導致了酶蛋白的變性。 五、抑制劑對反響速度的影響五、抑制劑對反響速度的影響n凡是能降低酶促反響速度，但不引起酶分子變凡是能降低酶促反響速度，但不引起酶分子變性失活的物質統稱為酶的抑制劑性失活的物質統稱為酶的抑制劑(inhibitor)。n按照抑制劑的抑制造用，可將其分為不可逆抑按照抑制劑的抑制造用，可將其分為不可逆抑制造用制造用(irreversible

31、inhibition) 和可逆抑制造用和可逆抑制造用(reversible inhibition)兩大類。兩大類。 n抑制劑與酶分子的必需基團共價結合引起酶活抑制劑與酶分子的必需基團共價結合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等簡一方法使酶活性的抑制，且不能采用透析等簡一方法使酶活性恢復的抑制造用就是不可逆抑制造用。性恢復的抑制造用就是不可逆抑制造用。E I一不可逆抑制造用：一不可逆抑制造用：n酶的不可逆抑制造用分為：酶的不可逆抑制造用分為：n專注性抑制專注性抑制( (如有機磷農藥對膽堿酯酶的抑制如有機磷農藥對膽堿酯酶的抑制) )；n非專注性抑制非專注性抑制( (如路易士氣對巰基酶的抑制如路易士氣

32、對巰基酶的抑制) )。酶的不可逆抑制造用酶的不可逆抑制造用有機磷化合物有機磷化合物膽堿酯酶膽堿酯酶失活的酶失活的酶酸酸路易士氣路易士氣巰基酶巰基酶失活的酶失活的酶酸酸二可逆抑制造用：二可逆抑制造用：n抑制劑以非共價鍵與酶分子可逆性結合呵斥酶抑制劑以非共價鍵與酶分子可逆性結合呵斥酶活性的抑制，且可采用透析等簡一方法去除抑活性的抑制，且可采用透析等簡一方法去除抑制劑而使酶活性完全恢復的抑制造用就是可逆制劑而使酶活性完全恢復的抑制造用就是可逆抑制造用。抑制造用。 E In可逆抑制造用包括競爭性、反競爭性、和非競可逆抑制造用包括競爭性、反競爭性、和非競爭性抑制幾種類型。爭性抑制幾種類型。 1. 競爭性

33、抑制競爭性抑制competitive inhibition)：抑制劑與底物競爭與酶的同一活性中心結合，從而抑制劑與底物競爭與酶的同一活性中心結合，從而干擾了酶與底物的結合，使酶的催化活性降低，干擾了酶與底物的結合，使酶的催化活性降低，稱為競爭性抑制造用。稱為競爭性抑制造用。 競爭性抑制的作用方式圖競爭性抑制的作用方式圖+k+3酶的競爭性抑制反響方式酶的競爭性抑制反響方式k-3k+2k+1k-1競爭性抑制的速度方程與圖形特征競爭性抑制的速度方程與圖形特征Vmax KmKmSVmax/2KmVmS = ( 1 + I Ki+ S競爭性抑制的雙倒數圖形特征競爭性抑制的雙倒數圖形特征 競爭性抑制劑往往

34、是酶的底物類似物或反響產競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反響產物；物； 抑制劑與酶的結合部位與底物與酶的結合部位抑制劑與酶的結合部位與底物與酶的結合部位一樣；一樣； 抑制劑濃度越大，那么抑制造用越大；但添加抑制劑濃度越大，那么抑制造用越大；但添加底物濃度可使抑制程度減??；底物濃度可使抑制程度減??； 動力學參數：動力學參數：Km值增大，值增大，Vm值不變。值不變。 競爭性抑制的特點：競爭性抑制的特點：琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制 競爭性抑制劑有：丙二酸、草酰乙酸等競爭性抑制劑有：丙二酸、草酰乙酸等磺胺類藥物對二氫葉酸合成酶的競爭性抑制磺胺類藥物對二氫葉酸合成酶的競爭性抑制

35、H2N- -COOH H2N- -SO2NHR 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸對氨基苯磺酰胺對氨基苯磺酰胺2反競爭性抑制反競爭性抑制uncompetitive inhibition)：n抑制劑不能與游離酶結合，但可與抑制劑不能與游離酶結合，但可與ESES復合物結復合物結合并阻止產物生成，使酶的催化活性降低，稱合并阻止產物生成，使酶的催化活性降低，稱酶的反競爭性抑制。酶的反競爭性抑制。k-3k+3+k+2k+1k-1反響方式反響方式反競爭性抑制的作用方式圖反競爭性抑制的作用方式圖反競爭性抑制的速度方程與圖形特征反競爭性抑制的速度方程與圖形特征VmS = Km 1 + I Ki1 + I Ki+ S反競

36、爭性抑制的雙倒數圖形特征反競爭性抑制的雙倒數圖形特征 反競爭性抑制劑的化學構造不一定與底物的反競爭性抑制劑的化學構造不一定與底物的分子構造類似；分子構造類似； 抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結合；抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結合； 必需有底物存在，抑制劑才干對酶產生抑制必需有底物存在，抑制劑才干對酶產生抑制造用；抑制程度隨底物濃度的添加而添加；造用；抑制程度隨底物濃度的添加而添加； 動力學參數：動力學參數：Km減小，減小，Vm降低。降低。反競爭性抑制的特點：反競爭性抑制的特點：3. 非競爭性抑制非競爭性抑制noncompetitive inhibition：n抑制劑既可以與游離酶結合，也

37、可以與抑制劑既可以與游離酶結合，也可以與ES復合復合物結合，使酶的催化活性降低，稱為非競爭性物結合，使酶的催化活性降低，稱為非競爭性抑制。抑制。 k-3k+3+k+2k+1k-1k-3k+3+k+1k-1反響方式反響方式非競爭性抑制的作用方式圖非競爭性抑制的作用方式圖非競爭性抑制的速度方程與圖形特征非競爭性抑制的速度方程與圖形特征VmS = (Km + S) ( 1 + I Ki非競爭性抑制的雙倒數圖形特征非競爭性抑制的雙倒數圖形特征 非競爭性抑制劑的化學構造不一定與底物的非競爭性抑制劑的化學構造不一定與底物的分子構造類似；分子構造類似； 底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相底物和抑制劑分別

38、獨立地與酶的不同部位相結合；結合； 抑制劑對酶與底物的結合無影響，故底物濃抑制劑對酶與底物的結合無影響，故底物濃度的改動對抑制程度無影響；度的改動對抑制程度無影響； 動力學參數：動力學參數：KmKm值不變，值不變，VmVm值降低。值降低。 非競爭性抑制的特點：非競爭性抑制的特點：六、激活劑對反響速度的影響六、激活劑對反響速度的影響n可以促使酶促反響速度加快的物質稱為酶的可以促使酶促反響速度加快的物質稱為酶的激活劑。激活劑。n酶的激活劑大多數是無機離子，如酶的激活劑大多數是無機離子，如K+、Mg2+、Mn2+、Cl-等。等。 第四節第四節 酶酶 的的 調調 節節Section 4 The Reg

39、ulation of Enzymen生物體內的各種生理活動均以一定的物質代謝為生物體內的各種生理活動均以一定的物質代謝為根底。為了順應某種生理活動的變化，需求對一根底。為了順應某種生理活動的變化，需求對一定的代謝活動進展調理。定的代謝活動進展調理。 n經過對酶的催化活性的調理，就可以到達調理代經過對酶的催化活性的調理，就可以到達調理代謝活動的目的。謝活動的目的。 n可以經過改動其催化活性而使整個代謝反響的速可以經過改動其催化活性而使整個代謝反響的速度或方向發生改動的酶就稱為限速酶度或方向發生改動的酶就稱為限速酶(limiting (limiting velocity enzyme)veloci

40、ty enzyme)或關鍵酶或關鍵酶(key enzyme)(key enzyme)。 一、酶構造的調理一、酶構造的調理n酶構造的調理是經過對現有酶分子構造的影響酶構造的調理是經過對現有酶分子構造的影響來改動酶的催化活性的調理方式。來改動酶的催化活性的調理方式。n酶構造的調理是一種快速調理方式。酶構造的調理是一種快速調理方式。一變構調理別構調理：一變構調理別構調理：n某些代謝物能與變構酶分子上的變構部位特異某些代謝物能與變構酶分子上的變構部位特異性結合，使酶的分子構象發生改動，從而改動性結合，使酶的分子構象發生改動，從而改動酶的催化活性以及代謝反響的速度，這種調理酶的催化活性以及代謝反響的速度

41、，這種調理作用就稱為變構調理作用就稱為變構調理(allosteric regulation)。酶的變構調理作用酶的變構調理作用n具有變構調理作用的酶就稱為變構酶具有變構調理作用的酶就稱為變構酶(allosteric enzyme)。n凡能使酶分子變構并使酶的催化活性發生改動凡能使酶分子變構并使酶的催化活性發生改動的代謝物就稱為變構劑的代謝物就稱為變構劑(allosteric effector)。 1 1變構調理的機制：變構調理的機制：n變構酶普通是多亞基構成的聚合體，一些亞基為變構酶普通是多亞基構成的聚合體，一些亞基為催化亞基，另一些亞基為調理亞基。催化亞基，另一些亞基為調理亞基。n當調理亞基

42、或調理部位與變構劑結合后，就可導當調理亞基或調理部位與變構劑結合后，就可導致酶的空間構象發生改動，從而導致酶的催化活致酶的空間構象發生改動，從而導致酶的催化活性中心的構象發生改動而致酶活性的改動。性中心的構象發生改動而致酶活性的改動。 變構酶的解聚與聚合變構酶的解聚與聚合C 催化亞基催化亞基R 調理亞基調理亞基蛋白激酶蛋白激酶A A的變構調理的變構調理2協同效應：協同效應：n當變構酶的一個亞基與其配體底物或變構劑當變構酶的一個亞基與其配體底物或變構劑結合后，可以經過改動相鄰亞基的構象而使其結合后，可以經過改動相鄰亞基的構象而使其對配體的親和力發生改動，這種效應就稱為變對配體的親和力發生改動，這

43、種效應就稱為變構酶的協同效應。構酶的協同效應。 n假設對相鄰亞基的影響是導致其對配體的親和假設對相鄰亞基的影響是導致其對配體的親和力添加，那么稱為正協同效應；反之，那么稱力添加，那么稱為正協同效應；反之，那么稱為負協同效應。為負協同效應。n假設是同種配體所產生的影響，那么稱為同促假設是同種配體所產生的影響，那么稱為同促協同效應。假設是不同配體之間產生的影響那協同效應。假設是不同配體之間產生的影響那么稱為異促協同效應。么稱為異促協同效應。n察看變構酶的底物濃度對酶促反響速度影響時，察看變構酶的底物濃度對酶促反響速度影響時，可發現可發現S為一為一“S形曲線。這是由于底物形曲線。這是由于底物對變構酶

44、存在同促正協同效應。對變構酶存在同促正協同效應。 普通酶普通酶變構酶變構酶n當存在異促正協同效應時，當存在異促正協同效應時，“S形曲線左移，形曲線左移，酶促反響速度加快；當存在異促負協同效應時，酶促反響速度加快；當存在異促負協同效應時，“S形曲線右移，酶促反響速度減慢。形曲線右移，酶促反響速度減慢。 3. 變構調理的方式：變構調理的方式：n變構酶通常為代謝途徑的變構酶通常為代謝途徑的起始關鍵酶，而變構劑那起始關鍵酶，而變構劑那么為代謝途徑的終產物。么為代謝途徑的終產物。因此，變構劑普通以反響因此，變構劑普通以反響(feedback)方式對代謝方式對代謝途徑的起始關鍵酶進展調途徑的起始關鍵酶進展

45、調理，最常見的為負反響調理，最常見的為負反響調理。理。 4變構調理的特點：變構調理的特點： 酶活性的改動經過酶分子構象的改動而實現；酶活性的改動經過酶分子構象的改動而實現； 酶的變構僅涉及非共價鍵的變化；酶的變構僅涉及非共價鍵的變化； 調理酶活性的要素為代謝物；調理酶活性的要素為代謝物； 為一非耗能過程；為一非耗能過程； 無放大效應。無放大效應。 二共價修飾調理：二共價修飾調理：n酶蛋白分子中的某些基團可以在其他酶的催化酶蛋白分子中的某些基團可以在其他酶的催化下發生共價修飾，從而導致酶活性的改動，稱下發生共價修飾，從而導致酶活性的改動，稱為共價修飾調理。為共價修飾調理。n共價修飾調理也是體內快

46、速調理代謝活動的一共價修飾調理也是體內快速調理代謝活動的一種重要的方式。種重要的方式。n最常見的共價修飾方式有：磷酸化最常見的共價修飾方式有：磷酸化-脫磷酸化，脫磷酸化，-SH - -S-S-，乙?；阴；?脫乙?；佘栈撘阴；佘栈?脫腺苷脫腺苷化等。化等。 1共價修飾的機制：共價修飾的機制：n共價修飾酶通常在兩種不同的酶的催化下發生共價修飾酶通常在兩種不同的酶的催化下發生共價修飾共價修飾covalent modification或去修飾，或去修飾，從而引起酶分子在有活性方式與無活性方式之從而引起酶分子在有活性方式與無活性方式之間進展相互轉變。間進展相互轉變。 -OHThrSerTy

47、r酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶-O-PO32-ThrSerTyr酶蛋白酶蛋白酶蛋白的磷酸化修飾與去修飾酶蛋白的磷酸化修飾與去修飾2共價修飾調理的方式：共價修飾調理的方式：n共價修飾調理普通與激素的調理相聯絡，其調共價修飾調理普通與激素的調理相聯絡，其調理方式為級聯反響理方式為級聯反響(cascade reaction)。腺苷酸環化酶腺苷酸環化酶 無活性無活性腺苷酸環化酶有活性腺苷酸環化酶有活性 ATP cAMP 激素胰高血糖素、腎上腺素等激素胰高血糖素、腎上腺素等+ 受體受體 PKA(無活性無活性) PKA(有活性有活性) 糖原合酶糖原合酶 糖原

48、合酶糖原合酶-P 磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P 共價修飾酶的級聯反響共價修飾酶的級聯反響3共價修飾調理的特點：共價修飾調理的特點： 酶以兩種不同修飾和不同活性的方式存在；酶以兩種不同修飾和不同活性的方式存在； 有共價鍵的變化；有共價鍵的變化； 受其他調理要素如激素的影響；受其他調理要素如激素的影響； 普通為耗能過程；普通為耗能過程； 存在放大效應。存在放大效應。 三酶原的激活：三酶原的激活：n處于無活性形狀的酶的前身物質就稱為酶原處于無活性形狀的酶的前身物質就稱為酶原zymogen)。n酶原在一定條件下轉化為有活性的酶的

49、過程稱酶原在一定條件下轉化為有活性的酶的過程稱為酶原的激活為酶原的激活(activation of zymogen)。n酶原的激活過程通常伴有酶蛋白一級構造的改酶原的激活過程通常伴有酶蛋白一級構造的改動。動。n 胰蛋白酶胰蛋白酶/腸激酶腸激酶n胰蛋白酶原胰蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶 + N端端6肽片段肽片段 胰蛋白酶原的激活過程胰蛋白酶原的激活過程甘甘異異賴賴纈纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲腸激酶腸激酶/ /胰蛋白酶胰蛋白酶n酶原激活的機制為：酶原分子一級構造的改酶原激活的機制為：酶原分子一級構造的改動導致了酶原分子空間構造的改動，使催化動導致了酶原分子空間構造的改動，使催

50、化活性中心得以構成，故使其從無活性的酶原活性中心得以構成，故使其從無活性的酶原方式轉變為有活性的酶。方式轉變為有活性的酶。n酶原激活的生理意義在于：維護本身組織細酶原激活的生理意義在于：維護本身組織細胞不被酶水解消化。胞不被酶水解消化。 二、酶含量的調理二、酶含量的調理n酶含量的調理是指經過改動細胞中酶蛋白合成酶含量的調理是指經過改動細胞中酶蛋白合成或降解的速度來調理酶分子的絕對含量，影響或降解的速度來調理酶分子的絕對含量，影響其催化活性，從而調理代謝反響的速度。其催化活性，從而調理代謝反響的速度。n酶含量的調理是機體內緩慢調理的重要方式。酶含量的調理是機體內緩慢調理的重要方式。 一酶蛋白合成的調理：一酶蛋白合成的調理：n酶蛋白的合成速度通常經過一些誘導劑或阻酶蛋白的合成速度通常經過一些誘導劑或阻遏劑來進展調理。遏劑來進展調理。n凡能促使基因轉錄加強，從而使酶蛋白合成凡能促使基因轉錄加強，從而使酶蛋白合成添加的物質就稱為誘導劑；反之，那么稱為添加的物質就稱為誘導劑；反之，那么稱為阻遏劑。阻遏劑。1代謝物的調理：代謝物的調理：酶的底物對酶