生物化学讲义第三章酶

第三章酶

【目的和要求】

1、理解酶及其相关概念，简述酶促反应的特点。

2．掌握酶的分子组成，并能区分辅基和酶辅。

3．掌握酶活性中心与必需基团基本概念。

4．叙述同工酶的定义，能举例说明同工酶的组成、分型、命名及临床应用。

5．简述酶原激活的本质，并解释酶原激活的临床意义。

6. 简述影响酶促反应的六大因素，解释温度对酶促反应影响的两重性

7. 说出米氏常数的特征与主要意义。

8. 举例说明竞争性抑制作用的作用特点。

9. 比较别构调节与共价修饰调节。

10. 列表简述B族维生素的别称、辅酶形式、生理功能及缺乏症。

1、酶、酶促反应等相关概念。

2．酶促反应的特点（酶与一般催化剂的区别）。

3．酶促作用的机理。

4．酶的分子组成,酶的结构和功能。

5．底物浓度对酶促反应的影响,抑制作用分类与特点。

6. 竞争性抑制的概念、特征和实例。

7. 多酶体系及其调节。

8. 维生素与辅酶（基）。

学习内容

第一节酶的催化作用

第二节酶的分子组成与结构

第三节影响酶促反应速度的因素

第四节酶活性的调节

第五节酶的分类和命名

第六节酶与医学的关系

第一节酶的催化作用

一、酶及其相关概念

酶、核酶、酶促反应、底物和作用物、酶促反应的速度。

二、酶与一般催化剂相同的性质

1、酶加速化学反应使之达到平衡。

2、酶降低反应的活化能

三、酶的催化特点

1、高效性比非催化反应高108～1012倍，比一般催化剂反应高107～1013倍。

2、高专一性①绝对专一性，只作用一种底物产生一定的反应；②相对专一性，能作用于一类化合物；③立体异构专一性，酶对底物的立体异构有要求。

3、不稳定性影响蛋白质变性的因素均能使酶失去活性。

4、可调节性通过对酶结构或含量的调节来物质的调节代谢。

四、酶促作用的机理

1．为何具有高度的催化效率——降低反应的活化能。

2．如何降低反应的活化能——形成中间产物（SE）中间产物学说

3．如何形成中间产物——诱导契合（学说）(induced-fit hypothesis)

第二节酶的分子组成与结构

一、酶的化学组成

1、单纯蛋白酶如淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等。

2、结合蛋白酶全酶＝酶蛋白＋辅助因子

1）酶蛋白决定酶的特异性，可以和不同的辅因子结合。

2）辅因子

二、 B 族维生素与辅酶

三、酶的活性中心

四、酶原与酶原的激活 1、概念：在细胞内合成或初分泌时，只是酶的无活性前体——酶原（zymogen ） 相关的定义： 酶的活性中心、

催化基团、结合基团、 活性中心外必需基团、

必需基团等。

2、酶原激活：在一定条件下，使酶原转化成活性的酶，称酶原的激活。酶原激活的过程。通常是在酶原分子中切除部分肽段，从而有利于酶活性中心的形成或暴露。

3、意义：在特定条件下被激活，可调节代谢、保护自体（ 避免细胞自身消化，保持血流畅通 ）。许多蛋白水解酶如消化腺分泌的蛋白酶、参于血液凝固的酶和溶解纤维蛋白凝块的酶均以酶原形式存在，发挥作用前需先经过加工。

五、同工酶 1、定义：催化功能相同，但酶蛋白的组成与结构等均不同的一组酶。

2、特点：a. 存在于同一种属或同一个体的不同组成或同一组织同一细胞中。 b. 一级结构不同，理化性质包括带电性质不同，免疫学性质不同，但空间结构中的活性中心相同或相似。 c. 往往是四级结构的酶类。

d. 已发现一百多种酶具有同工酶性质。发现最早研究最多的是乳酸脱氢酶，它有五种同工酶。临床测定同工酶酶谱的变化，多用于疾病的诊断和鉴别诊断。

3、组成、分型、分布、命名和医学应用 以乳酸脱氢酶为例：LDH 是由2

种亚基组成的四聚体，共有5种分型↑

LDH 同工酶在诊断中的意义：心肌炎：

LDH1↑，肺梗塞：LDH3↑，肝炎：

LDH5↑

第三节

影响酶促反应的因素

影响酶促反应的因素有酶浓度、底物浓度、pH

、温度、激活剂等。必需采用测定反应初速度的条件。

应掌握：

酶原的定义

酶原激活的实质

酶原激活的生理意义

一、底物浓度的影响

1．矩形双曲线（rectangular hyperbola）在酶浓度恒定的条件下，改变底物浓度(S)可以改变酶促反应的速度(V)。当(S)很低时，V随(S)的增加而增加，两者呈正比关系，随着(S)不断增加，V增加越来越小。最后达到极限即最大速度Vmax ，即呈矩形双曲线关系。

2．数学表达式：米氏方程式（Michaelis equation）

v = Vm * (S) / Km + (S)

式中的Km值等于酶促反应速度(V)为最大反应速度一半时的底物浓度。

即v = V / 2时，Km = (S)， Km单位同 (S)。

3．米氏常数（Michaelis constant，Km ）

1）Km是酶的特征性常数，每一种酶均有特定的Km植，它只与酶的性质和酶所催化的底物有关。

2）Km在一定条件下代表酶与底物的亲和力大小。Km值愈大，表示酶与底物亲和力愈小、两者呈反比关系。

二、酶浓度的影响

在底物浓度足够高时，酶促反应速度与酶浓度呈正比。

1979年国际生化学会推荐用催量 ( Katal ) 来表示酶的活性指标。

1Kat定义为：在特定的反应条件下，反应速度为lmol／秒的酶量。

三、pH的影响

酶活性最高时的pH值称酶的最适pH（potimum pH）。

最适pH时酶活性中心、底物、辅酶的可电离基团的电离状态是酶与底物结合并催化底物发生变化的最佳电离状态。大多数酶最适pH值在7左右，亦有偏酸和偏碱的例外。

四、温度的影响

1．最适温度（optimum temperature）：最大酶促反应速度时的温度。

最适温度是温度升高使酶活性加大和温度升高使酶变性两种拮抗因素作用之总和。

最适温度不是酶的特征性常数。

五、激活剂对反应速度的影响

1．凡能提高酶活性的物质称激活剂（activator）。

2．通常分必需激活剂和非必需激活剂两类，前者多为金属离子。举例说明。

六、抑制剂（inhibitor）对酶促反应速度的影响

凡使酶活性降低或丧失作用的称抑制作用，使酶活性起抑制作用的物质称抑制剂。根据抑制剂与酶结合的方式不同，抑制作用可分为不可逆抑制和可逆抑制两大类。

1．不可逆抑制（irreversible inhibiton）：指抑制剂与酶的必需基团以共价键相结合，故结合牢固而不能用透析或超滤的方法将两者分开的抑制作用。

重要的例子：重金属离子对巯基酶的抑制作用。

有机磷农药对羟基酶（如胆碱酯酶）的抑制作用。

2．可逆抑制（reversible inhibition）：指抑制剂与酶以非共价键疏松地结合而使酶活性降低或丧失。因为两者结合疏松，故易用透析、超滤等方法去除抑制剂而使酶活性恢复。主要讨论两种可逆抑制：

1）竞争性抑制：指抑制剂（I）化学结构与酶作用的底物（S）十分相似，它们都能与酶的活性中心相结合，两者对酶有竞争作用，这种抑制作用的大小取决于抑制剂的浓度和底物的相对比值。因此，这种抑制作用的显著特点是其抑制作用可用高浓度的底物来解除。

竞争性抑制作用的重要实例：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用。

磺胺类药物的抑菌作用。

2）非竞争性抑制作用：抑制剂可逆地与酶的非活性中心区结合，由于抑制剂不与底物竞争酶的活性中心，故称非竞争性抑制作用。

非竞争性抑制于竞争性抑制作用的比较。

第四节酶活性的调节

关键酶（限速酶）的概念

调节关键酶活性的方式有两种：酶含量调节和酶结构调节，后者有可以分为别构调节和化学（共价）修饰调节方式。

一、别构调节（allosteric regulation）

1．概念：酶分子因受某些物质的影响而发生构象的轻微改变，从而改变了酶的活性。这种现象称别构（变构）调节。

2．变构剂：引起此现象的物质称变构剂。变构剂在酶分子上的结合部位往往是非催化部位或调节部位。使酶活性提高的物质称变构激活剂，使酶活性降低的称变构抑制剂。变构剂一般是生理小分子物质，主要包括底物和代谢终产物等。变构酶往往是四级结构酶，具多个亚基称催化亚基，酶的催化位点和与变构剂结合的位点往往处于不同的亚基，多数变构酶往往处于代谢途径的前端。

举例：变构酶及其作用

二、共价修饰调节（covalent modification）

1．概念：酶蛋白肽链上某些基团可在另一酶的催化下发生可逆的共价修饰。酶被共价修饰后，其结构改变，酶活性被激活或抑制。（具有级联放大效应）。

2．方式：磷酸化和去磷酸化，乙酰化和去乙酰化等，其中前者最为重要举例说明并简要归纳：酶变构调节和共价修饰的主要区别。

第五节酶的分类和命名

一、酶的分类

酶的分类：按酶促反应的性质可分为六大类

氧化还原酶类；转移酶类；水解酶类；裂解酶类；异构酶类；合成酶类等六类。

二、酶的命名

1、习惯命名：命名原则——来源 + 底物 + 催化类型 + 酶

实例：（血清）乳酸脱氢酶（如来源于血清可省略）

尿液淀粉（水解）酶（如类型是水解的可省略）

2、系统命名：EC.（四个数分别为大类/亚类/亚亚类/序号）

实例： EC.1.1.1.27 （乳酸脱氢酶）

第六节酶与医学的关系

一、酶与疾病发生

酶的质、量异常可致疾病（白化病 / 蚕豆黄）。

二、酶与疾病诊断

酶活性高低可反映疾病（主要是血浆中的细胞酶类）。

三、酶与疾病治疗

替代治疗:消化不良----胃酶,胰酶等多酶片。

抗菌治疗:磺胺药。

对症治疗：预防血栓形成―――尿激酶、链激酶、纤溶酶。

抗癌治疗：MTX-FH

还原酶。

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【小结要点】

1．在已做相关的实验后，再讨论影响酶促反应的因素，同学们的反应相当地热烈，双边互动进行地甚为有效。这充分说明新知识的学习和应用，必须在已有的认知结构中有其滋长、扩充与同化的

着入点；同时仍需遵循直观性原则。

2．可在本章的教学中引入一些临床实例，对促进学生建立抽象的内在联系有很大的帮助。

3. 在讨论酶的基本概念时，特别需强调其化学本质不再是以往单一的蛋白质了。因现已证明可作为酶而具有催化功能的不仅是蛋白质，还有一些核酸也具有催化作用（如核酶等），注意引入一些新的概念、介绍有关新进展。

3．在讲解酶的别构调节时结合蛋白质的变构作用，以便温故知新而触类旁通。同样，在讨论竞争性抑制作用时，通过酶促动力学的理论，进行分析比较和演绎分析，同学们普遍掌握较好。

4.要提醒同学们注意各章节内和章节之间均有密切的相关联系，应把握相关内容之间的可比性或对照性，注意分析它们之间的内在联系；加以理解，融会贯通；如：在讲解酶原的结构特点以及活性中心的概念时，通过蛋白质的结构来引入酶的结构的讲解，效果明显，在理解的基础上增强记忆学会应用。只有这样，才能教会学生学得深、学得活、学得好。

5．以科普的角度切入维生素节段的讨论学习，同学们兴趣甚浓。但B族维生素的辅酶形式与生化作用，开始较困惑；通过结合酶在物质代谢中的作用和列举大量同学们熟悉的实例，再附以作用特点等的归纳比较，最终还是可以较为满意的教学效果。

【复习思考题】

1．什么是酶？它在生命活动过程中起何重要作用？

2. 酶与一般催化剂比较，其催化作用有何特点？

3. 什么是结合蛋白酶？什么是酶蛋白、辅酶、辅基和全酶？举例说明酶蛋白、辅酶(基)在酶促反应中的作用。

4. 什么叫酶原和酶原的激活？以胰蛋白酶原激活成胰蛋白酶为例，说明酶原激活的本质是什么？某些酶以酶原形式存在有何生理意义？

5. 什么是酶的必需基团和酶的活性中心？

7．不同的酶如果分子结构中具有相同的活性中心，它们是否具有相同的催化功能？为什么？

8．什么叫Km？Km大小和酶与底物的亲和力有何关系？

9．影响酶促反应的因素有哪些？

10．什么是酶的不可逆抑制和可逆抑制？怎样区别？

11.什么叫酶的竞争性抑制作用？有哪些特点?举实例说明之。

12．什么叫维生素？根据其溶解度不同，可分哪几类？各包括哪些维生素？

13. 写出每种B族维生素在体内的活性形式？并说明它们的生理功能。

14. 什么叫酶的别构调节和共价修饰调节？两者有何差别？

15. 举例说明酶与临床医学的关系？