《生物化學(xué)考研》課件

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1、第三章第三章 酶學(xué)酶學(xué) 主主要要內(nèi)內(nèi)容容：介介紹紹酶酶的的概概念念、作作用用特特點(diǎn)點(diǎn)和和分分類類、命命名名，討討論論酶酶的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特征征和和催催化化功功能能以以及及酶酶專專一一性性及及高高效效催催化化的的策策略略，進(jìn)進(jìn)而而討討論論影影響響酶酶作作用用的的主主要要因因素素。對(duì)對(duì)酶酶工工程程和酶的應(yīng)用作一般介紹。和酶的應(yīng)用作一般介紹。思考思考1目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié) 酶的酶的概念及作用特點(diǎn)概念及作用特點(diǎn)第二節(jié)第二節(jié) 酶的酶的命名和分類命名和分類第三節(jié)第三節(jié) 酶催化作用的酶催化作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和和 高效催化的策略高效催化的策略第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應(yīng)的酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)第五節(jié)第五節(jié) 重要

2、的酶類及酶活性的調(diào)控重要的酶類及酶活性的調(diào)控第六節(jié)第六節(jié) 酶工程簡(jiǎn)介酶工程簡(jiǎn)介2第一節(jié)第一節(jié) 酶的概念及作用特點(diǎn)酶的概念及作用特點(diǎn)一、酶及生物催化劑概念的發(fā)展酶及生物催化劑概念的發(fā)展 極高的催化效率極高的催化效率 高度的專一性高度的專一性 易失活易失活 活性可調(diào)控活性可調(diào)控 有些酶需輔助因子有些酶需輔助因子四、四、酶專一性類型酶專一性類型 二、二、酶作用的特點(diǎn)酶作用的特點(diǎn)三、三、酶的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì)3酶及生物催化劑概念的發(fā)展酶及生物催化劑概念的發(fā)展克隆酶、遺傳修飾酶克隆酶、遺傳修飾酶蛋白質(zhì)工程新酶蛋白質(zhì)工程新酶生物催化劑生物催化劑（Biocatalyst）蛋白質(zhì)類：蛋白質(zhì)類：Enzyme(

3、天然酶、生物工程酶天然酶、生物工程酶)核酸類：核酸類：Ribozyme;Deoxyribozyme模擬生物催化劑模擬生物催化劑4 酶專一性類型酶專一性類型1 結(jié)構(gòu)專一性結(jié)構(gòu)專一性 概概念念：酶酶對(duì)對(duì)所所催催化化的的分分子子（底底物物，Substrate）化化學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊要求和選擇學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊要求和選擇 類別類別：絕對(duì)專一性絕對(duì)專一性和和相對(duì)專一性相對(duì)專一性2 立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性 概概念念：酶酶除除了了對(duì)對(duì)底底物物分分子子的的化化學(xué)學(xué)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)有有要要求求外外，對(duì)其立體異構(gòu)也有一定的要求對(duì)其立體異構(gòu)也有一定的要求 類別類別：旋光異構(gòu)專一性旋光異構(gòu)專一性和和幾何異構(gòu)專一性幾何異構(gòu)專一性5絕

4、對(duì)專一性和相對(duì)專一性絕對(duì)專一性和相對(duì)專一性 絕對(duì)專一性絕對(duì)專一性 有的酶對(duì)底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格，有的酶對(duì)底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格，只作用于一種底物，不作用于其它任何物質(zhì)。只作用于一種底物，不作用于其它任何物質(zhì)。相對(duì)專一性相對(duì)專一性 有的酶對(duì)底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求比上述有的酶對(duì)底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求比上述絕對(duì)專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種絕對(duì)專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵。1）鍵專一性鍵專一性 有的酶只作用于一定的鍵，而對(duì)鍵有的酶只作用于一定的鍵，而對(duì)鍵 兩端的基團(tuán)并無嚴(yán)格要求。兩端的基團(tuán)并無嚴(yán)格要求。2）基團(tuán)專一性基團(tuán)專一性 另一些酶，除要求作用于一定

5、的鍵另一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對(duì)鍵兩端的基團(tuán)還有一定要求，往往是對(duì)其中一以外，對(duì)鍵兩端的基團(tuán)還有一定要求，往往是對(duì)其中一個(gè)基團(tuán)要求嚴(yán)格，對(duì)另一個(gè)基團(tuán)則要求不嚴(yán)格個(gè)基團(tuán)要求嚴(yán)格，對(duì)另一個(gè)基團(tuán)則要求不嚴(yán)格。6消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性（芳香）（芳香）（鹼性）（鹼性）（丙）（丙）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶7消化道蛋白酶作用的專一性消化道蛋白酶作用的專一性8據(jù)酶分子據(jù)酶分子組成分類組成分類單純蛋白質(zhì)酶類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合結(jié)合蛋白質(zhì)酶類蛋白質(zhì)酶類酶蛋白質(zhì)酶蛋白質(zhì)輔助因子輔助因子金屬離

6、子金屬離子金屬有機(jī)物金屬有機(jī)物小分子有機(jī)物小分子有機(jī)物據(jù)酶蛋白據(jù)酶蛋白特征分類特征分類單體酶單體酶寡聚酶寡聚酶多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體酶的化學(xué)本質(zhì)及類別酶的化學(xué)本質(zhì)及類別9第二節(jié)第二節(jié) 酶的命名和分類（略講）酶的命名和分類（略講）一、一、命名命名：習(xí)慣命名；系統(tǒng)命名習(xí)慣命名；系統(tǒng)命名二、二、國際系統(tǒng)分類法及編號(hào)國際系統(tǒng)分類法及編號(hào) *國國際際生生物物化化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)酶酶學(xué)學(xué)委委員員會(huì)會(huì)（Enzyme Commsion）將將酶酶分分成成六六大大類類：1.氧氧還還原原酶酶類類，2.移移換換酶酶類類，3.水水解解酶酶類類，4.裂裂合合酶類酶類，5.異構(gòu)酶類異構(gòu)酶類，6.合成酶類合成酶類 *每一種酶有一個(gè)編號(hào)

7、每一種酶有一個(gè)編號(hào),如乙醇脫氫酶如乙醇脫氫酶 EC 1.1.1.27 大類大類 亞類亞類 亞亞類亞亞類 序號(hào)序號(hào)10第三節(jié)第三節(jié) 酶催化作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和酶催化作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和 高效催化的策略高效催化的策略一、一、酶催化的酶催化的中間產(chǎn)物理論中間產(chǎn)物理論二、二、酶的活性中心酶的活性中心三、三、酶作用專一性機(jī)理酶作用專一性機(jī)理四、四、酶高效催化有關(guān)的策略酶高效催化有關(guān)的策略11酶催化的中間產(chǎn)物理論酶催化的中間產(chǎn)物理論E+SP+EES能能量量水水平平反應(yīng)過程反應(yīng)過程 G E1 E2 酶（酶（E）與底物（與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（物（ES），），再分解成產(chǎn)再分解成產(chǎn)物（物

8、（P）并釋放出酶，使并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。反應(yīng)速度。12二、酶的活性中心二、酶的活性中心1、酶的活性中心和必需基團(tuán)、酶的活性中心和必需基團(tuán) 酶酶分分子子中中直直接接與與底底物物結(jié)結(jié)合合，并并和和酶酶催催化化作作用用直直接接有有關(guān)關(guān)的的區(qū)區(qū)域域叫叫酶酶的的活活性性中中心心（active center）或或活活性性部部位位（active site），參參與與構(gòu)構(gòu)成成酶酶的的活活性性中中心心和和維維持持酶酶的的特特定定構(gòu)構(gòu)象象所所必必需需的的基基團(tuán)團(tuán)為為酶分子的必需基團(tuán)。酶分子的

9、必需基團(tuán)。實(shí)例；實(shí)例；胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）羧肽酶羧肽酶（ribonuclease）2、酶的活性的研究、酶的活性的研究 活酶的專一性研究活酶的專一性研究 酶分子的化學(xué)修飾：酶分子的化學(xué)修飾：差示標(biāo)記法差示標(biāo)記法，親和標(biāo)記法親和標(biāo)記法 X-射線衍射法射線衍射法13AspHisSer胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶的的活活性性中中心心活性中心重要基團(tuán)活性中心重要基團(tuán):His57,Asp102,Ser19514為為Tyr 248為為Arg 145為為Glu 270為底物為底物ZnZn羧肽酶活性中心示意圖羧肽酶活性中心示意圖15差差示示標(biāo)標(biāo)記記法法圖圖解解RRRRR*A.非差非差

10、示標(biāo)記示標(biāo)記B.差示差示標(biāo)記標(biāo)記RRR*R(底物底物)16親和標(biāo)記法親和標(biāo)記法 根根據(jù)據(jù)酶酶與與底底物物特特異異結(jié)結(jié)合合的的性性質(zhì)質(zhì)，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)或或合合成成一一種種含含有有反反應(yīng)應(yīng)基基團(tuán)團(tuán)的的底底物物類類似似物物作作為為活活性性部部位位基基團(tuán)團(tuán)的的標(biāo)標(biāo)記記試試劑劑。這這種種試試劑劑象象底底物物一一樣樣進(jìn)進(jìn)入入活活性性部部位位，接接近近結(jié)結(jié)合合位位點(diǎn)點(diǎn)，并并以以其其活活潑潑的的化化學(xué)學(xué)基基團(tuán)團(tuán)與與活活性性部部位位的的某一基團(tuán)共價(jià)結(jié)合，而指示出酶活性部位的特征某一基團(tuán)共價(jià)結(jié)合，而指示出酶活性部位的特征。+X-Y17 三、酶作用專一性機(jī)理三、酶作用專一性機(jī)理 鎖鎖鑰鑰學(xué)學(xué)說說(lock and key

11、 th0ery)：將將酶酶的的活活性性中中心心比比喻喻作作鎖鎖孔孔，底底物物分分子子象象鑰鑰匙匙，底底物物能能專專一一性性地地插插入入到酶的活性中心。到酶的活性中心。誘誘導(dǎo)導(dǎo)契契合合學(xué)學(xué)說說(induced-fit hypothesis)：酶酶的的活活性性中中心心在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上具具柔柔性性，底底物物接接近近活活性性中中心心時(shí)時(shí)，可可誘誘導(dǎo)導(dǎo)酶酶蛋蛋白白構(gòu)構(gòu)象象發(fā)發(fā)生生變變化化，這這樣樣就就使使使使酶酶活活性性中中心心有有關(guān)關(guān)基基團(tuán)團(tuán)正正確確排排列列和和定定向向，使使之之與與底底物物成成互互補(bǔ)補(bǔ)形形狀狀有有機(jī)機(jī)的的結(jié)結(jié)合而催化反應(yīng)進(jìn)行。合而催化反應(yīng)進(jìn)行。18酶專一性的酶專一性的“鎖鑰學(xué)說鎖鑰學(xué)

12、說”19酶專一性的酶專一性的“誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說”20四、酶高效催化的策略四、酶高效催化的策略 1、鄰近與定向效應(yīng)鄰近與定向效應(yīng) 2、誘導(dǎo)契合與底物扭曲變形誘導(dǎo)契合與底物扭曲變形 3、共價(jià)催化共價(jià)催化 4、酸鹼催化酸鹼催化 5、微環(huán)境影響、微環(huán)境影響實(shí)例實(shí)例:lysozyme chymotrypsin carboxypeptidase RNase21酶分子中可作為親核基團(tuán)和酸鹼催化的功能基團(tuán)酶分子中可作為親核基團(tuán)和酸鹼催化的功能基團(tuán)22ZnZnGlu270Tyr248Arg145底物底物 羧羧肽肽酶酶結(jié)結(jié)合合底底物物前前后后構(gòu)構(gòu)象象變變化化23差差示示標(biāo)標(biāo)記記法法圖圖解解RRRRR*A.

13、非差非差示標(biāo)記示標(biāo)記B.差示差示標(biāo)記標(biāo)記RRR*R(底物底物)24溶菌酶催化的反應(yīng)溶菌酶催化的反應(yīng)NAG:N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸乙酰氨基葡萄糖乳酸25 溶菌酶溶菌酶-底物復(fù)合物底物復(fù)合物ABCDEF酶切位點(diǎn)酶切位點(diǎn)26溶菌酶活性中心與底物結(jié)合示意圖溶菌酶活性中心與底物結(jié)合示意圖AsP52Glu35（極性區(qū)）（極性區(qū)）（非極性區(qū)）（非極性區(qū)）27溶菌酶底物溶菌酶底物D環(huán)變形模型環(huán)變形模型 28溶菌酶催化反應(yīng)機(jī)理溶菌酶催化反應(yīng)機(jī)理C1+非極性區(qū)非極性區(qū)極性區(qū)極性區(qū)HO-E環(huán)環(huán)HH2O（廣義酸堿催化）（廣義酸堿催化）29 羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心Zn2+的

14、中心作用的中心作用30羧肽酶活性中心必需基團(tuán)與羧肽酶活性中心必需基團(tuán)與底物間的結(jié)合底物間的結(jié)合31ZnZn羧羧肽肽酶酶結(jié)結(jié)合合底底物物前前后后構(gòu)構(gòu)象象變變化化32羧肽酶活性中心的共價(jià)催化機(jī)理羧肽酶活性中心的共價(jià)催化機(jī)理 14533羧肽酶活性中心的共價(jià)催化機(jī)理羧肽酶活性中心的共價(jià)催化機(jī)理 14534 RNase-底物復(fù)合物底物復(fù)合物35RNase活性中心的酸鹼催化機(jī)理活性中心的酸鹼催化機(jī)理36核糖核酸鏈?zhǔn)芎颂呛怂徭準(zhǔn)躌nase水解的位點(diǎn)水解的位點(diǎn)Py為嘧啶，為嘧啶，B為嘌呤為嘌呤37胰凝乳蛋白酶分子胰凝乳蛋白酶分子中催化三聯(lián)體構(gòu)象中催化三聯(lián)體構(gòu)象His57Asp102Ser195Asp102Hi

15、s57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的電荷中繼網(wǎng)酶分子中的電荷中繼網(wǎng)B.加上底物后，從加上底物后，從Ser轉(zhuǎn)移一個(gè)質(zhì)子給轉(zhuǎn)移一個(gè)質(zhì)子給His，帶正電荷的咪唑基通過帶負(fù)電荷的帶正電荷的咪唑基通過帶負(fù)電荷的Asp靜電靜電相互作用被穩(wěn)定相互作用被穩(wěn)定Ser195102AspHis57底物底物38胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制（1）結(jié)合底物結(jié)合底物His57 質(zhì)子供體質(zhì)子供體形成共價(jià)形成共價(jià)ES復(fù)合物復(fù)合物C-N鍵斷裂鍵斷裂底物底物39胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制（2）氨基產(chǎn)物釋放氨基產(chǎn)物釋放四面體中間物四面體中間物的瓦解的瓦解

16、水親核攻擊水親核攻擊羧基產(chǎn)物釋放羧基產(chǎn)物釋放H2OR-NH240第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)二、影響酶作用的因素二、影響酶作用的因素 1、酶濃度、酶濃度 2、底物濃度底物濃度 3、pH 4、溫度溫度 5、激活劑激活劑 6、抑制劑抑制劑一、一、酶的活力與測(cè)定酶的活力與測(cè)定41酶促反應(yīng)速度的測(cè)定與酶的活力單位酶促反應(yīng)速度的測(cè)定與酶的活力單位1、酶促反應(yīng)速度的測(cè)定、酶促反應(yīng)速度的測(cè)定 初速度初速度的概念的概念2、酶活力、酶活力3、酶活力的表示方法酶活力的表示方法4、酶活力測(cè)定方法酶活力測(cè)定方法：終點(diǎn)法終點(diǎn)法 動(dòng)力學(xué)法動(dòng)力學(xué)法 檢測(cè)酶含量及存在，很難直接用酶的檢測(cè)酶含量及存在，很難直

17、接用酶的“量量”（質(zhì)量、體積、（質(zhì)量、體積、濃濃度度）來來表表示示，而而常常用用酶酶催催化化某某一一特特定定反反應(yīng)應(yīng)的的能能力力來來表表示示酶酶量量，即用酶的活力表示。即用酶的活力表示。酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力稱酶活力，酶活力通常以最適條酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力稱酶活力，酶活力通常以最適條件下酶所催化的化學(xué)反應(yīng)的速度來確定。件下酶所催化的化學(xué)反應(yīng)的速度來確定。42酶促反應(yīng)初速度的概念酶促反應(yīng)初速度的概念斜率斜率=P/t=V（初速度初速度）Pt43酶活力測(cè)定方法酶活力測(cè)定方法 終終點(diǎn)點(diǎn)法法:酶酶反反應(yīng)應(yīng)進(jìn)進(jìn)行行到到一一定定時(shí)時(shí)間間后后終終止止其其反反應(yīng)應(yīng)，再用化學(xué)或物理方法測(cè)定產(chǎn)物或反應(yīng)物量的變

18、化。再用化學(xué)或物理方法測(cè)定產(chǎn)物或反應(yīng)物量的變化。動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)法法:連連續(xù)續(xù)測(cè)測(cè)定定反反應(yīng)應(yīng)過過程程中中產(chǎn)產(chǎn)物物底底物物或或輔輔酶的變化量，直接測(cè)定出酶反應(yīng)的初速度。酶的變化量，直接測(cè)定出酶反應(yīng)的初速度。44 酶活力的表示方法酶活力的表示方法活力單位活力單位（active unit）習(xí)慣單位（習(xí)慣單位（U）:底物底物(或產(chǎn)物或產(chǎn)物)變化量變化量/單位時(shí)間單位時(shí)間 國際單位（國際單位（IU）:1moL變化量變化量/分鐘分鐘 Katal（Kat）：）：1moL變化量變化量/秒秒比活力比活力=總活力單位總活力單位總蛋白總蛋白mg數(shù)數(shù)=U(或或IU)mg蛋白蛋白量度酶催化能力大小量度酶催化能力大小轉(zhuǎn)換系

19、數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)（Kcat）底物（底物（moL）/秒秒每個(gè)酶分子每個(gè)酶分子量度酶純度量度酶純度比活力比活力（specific activity）量度轉(zhuǎn)換效率量度轉(zhuǎn)換效率452、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線 （MichaelisMenten曲線）曲線）米氏方程的提出及推導(dǎo)米氏方程的提出及推導(dǎo) 米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義 米氏常數(shù)的測(cè)定米氏常數(shù)的測(cè)定46單分子酶促反應(yīng)的米氏方程及單分子酶促反應(yīng)的米氏方程及Km推導(dǎo)推導(dǎo)原則原則：從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照 “穩(wěn)態(tài)平穩(wěn)態(tài)平 衡衡”假說的

20、設(shè)想進(jìn)行推導(dǎo)。假說的設(shè)想進(jìn)行推導(dǎo)。米氏方程米氏方程:米氏常數(shù)米氏常數(shù):47酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線48米米氏氏方方程程的的推推導(dǎo)導(dǎo)令令：將將（4）代入代入（3），則，則：ES生成速度生成速度：，ES分解速度分解速度：即即：則則：(1)經(jīng)整理得經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由由于酶促反應(yīng)速度由ES決定，即決定，即，所以所以(2)將將（2）代入代入（1）得得：(3)當(dāng)酶反應(yīng)體系處于當(dāng)酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)恒態(tài)時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng)Et=ES時(shí)時(shí)，(4)所以所以 49米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的意義*當(dāng)當(dāng)v=Vmax/2時(shí)，時(shí)，Km=S（Km的單位為濃度單位）的單位為濃度單位）*是是酶酶

21、在在一一定定條條件件下下的的特特征征物物理理常常數(shù)數(shù)，通通過過測(cè)測(cè)定定Km的的數(shù)值，可鑒別酶。數(shù)值，可鑒別酶。*可可近近似似表表示示酶酶和和底底物物親親合合力力，Km愈愈小小，E對(duì)對(duì)S的的親親合合力愈大，力愈大，Km愈大，愈大，E對(duì)對(duì)S的親合力愈小的親合力愈小。在在已已知知Km的的情情況況下下，應(yīng)應(yīng)用用米米氏氏方方程程可可計(jì)計(jì)算算任任意意s時(shí)時(shí)的的v，或任何或任何v下的下的s。（。（用用Km的倍數(shù)表示）的倍數(shù)表示）練練習(xí)習(xí)題題：已已知知某某酶酶的的Km值值為為0.05mol.L-1，要要使使此此酶酶所所催催化化的的反反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的80時(shí)底物的濃度應(yīng)為多少？時(shí)

22、底物的濃度應(yīng)為多少？50 米氏常數(shù)的測(cè)定米氏常數(shù)的測(cè)定 基基本本原原則則：將將米米氏氏方方程程變變化化成成相相當(dāng)當(dāng)于于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出的直線方程，再用作圖法求出Km。例：例：雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：米氏方程的雙倒數(shù)形式：1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax 51酶動(dòng)力學(xué)的雙倒數(shù)圖線酶動(dòng)力學(xué)的雙倒數(shù)圖線523、pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 過酸過鹼過酸過鹼導(dǎo)致酶蛋白變性導(dǎo)致酶蛋白變性 影響底物分子解離狀態(tài)影響底物分子解離狀態(tài) 影響酶分子解離狀態(tài)影響酶分子解離狀態(tài) 影響酶的活性中心構(gòu)象

23、影響酶的活性中心構(gòu)象pH最適最適 pHv534、溫度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系、溫度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系 在達(dá)到最適溫度以前，反在達(dá)到最適溫度以前，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快應(yīng)速度隨溫度升高而加快 酶是蛋白質(zhì)，其變性速度酶是蛋白質(zhì)，其變性速度亦隨溫度上升而加快亦隨溫度上升而加快 酶的最適溫度不是一個(gè)固酶的最適溫度不是一個(gè)固定不變的常數(shù)定不變的常數(shù)v溫度溫度545、激活劑、激活劑對(duì)酶作用的影響對(duì)酶作用的影響類別類別 金屬離子：金屬離子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+、Co2+、Fe2+陰離子：陰離子：Cl-、Br-有機(jī)分子有機(jī)分子 還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽還原劑：

24、抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金屬螯合劑：金屬螯合劑：EDTA凡是能提高酶活性的物質(zhì)，稱為酶的激活劑（凡是能提高酶活性的物質(zhì)，稱為酶的激活劑（activator）55 6、抑制劑對(duì)酶作用的影響抑制劑對(duì)酶作用的影響 凡凡是是使使酶酶的的必必需需基基因因或或酶酶的的活活性性部部位位中中的的基基團(tuán)團(tuán)的的化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)改改變變而而降降低低酶酶活活力力甚甚至至使使酶酶完完全全喪喪失失活性的物質(zhì)，叫酶的抑制劑（活性的物質(zhì)，叫酶的抑制劑（inhibitor）。類型類型：可逆抑制劑可逆抑制劑 不可逆抑制劑不可逆抑制劑 應(yīng)用應(yīng)用：研制殺蟲劑、藥物研制殺蟲劑、藥物 研究酶的作用機(jī)理，確定代謝途徑研究酶的作用機(jī)理

25、，確定代謝途徑56抑制劑類型和特點(diǎn)抑制劑類型和特點(diǎn) 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑可逆可逆抑制劑抑制劑 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 非專一性不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑不可逆抑制劑 專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑57+IEIESP+EE+S競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 實(shí)例：磺胺藥物的藥用機(jī)理實(shí)例：磺胺藥物的藥用機(jī)理H2N-SO2NH2對(duì)氨基苯磺酰胺對(duì)氨基苯磺酰胺H2N-COOH對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤葉酸葉酸58非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用+IEI+SESIESP+EE+S+I實(shí)例：重金屬離子（實(shí)

26、例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金屬絡(luò)合劑（金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）59反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用ESIESP+EE+S+I60競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)性性非非競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)性性抑抑制制作作用用機(jī)機(jī)理理示示意意圖圖底物與酶專一性結(jié)合底物與酶專一性結(jié)合61競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線62非競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線非競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線63反競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線反競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線64有無抑制劑存在時(shí)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程有無抑制劑存在時(shí)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程 65非專一性不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑 抑抑制制劑劑作作用用于于酶酶分分子子

27、中中的的一一類類或或幾幾類類基基團(tuán)團(tuán)，這這些些基團(tuán)中包含了必需基團(tuán)，因而引起酶失活。基團(tuán)中包含了必需基團(tuán)，因而引起酶失活。類型類型：66專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑 這類抑制劑選擇性很強(qiáng)，它只能專一性地與這類抑制劑選擇性很強(qiáng)，它只能專一性地與酶活性中心的某些基團(tuán)不可逆結(jié)合，引起酶的活酶活性中心的某些基團(tuán)不可逆結(jié)合，引起酶的活性喪失。性喪失。實(shí)例：實(shí)例：有機(jī)磷殺蟲劑有機(jī)磷殺蟲劑-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX67第五節(jié)第五節(jié) 重要的酶類及酶活性的調(diào)節(jié)控制重要的酶類及酶活性的調(diào)節(jié)控制一、一、多酶體系多酶體系(multienzyme system)二、二、別構(gòu)酶別

28、構(gòu)酶(allosteric enzyme)三、三、共價(jià)調(diào)節(jié)酶共價(jià)調(diào)節(jié)酶(covalent regulatory enzyme)四、四、酶原酶原(enzymogen或或proenzyme)的激活的激活五、五、同工酶同工酶(isoenzyme)六、六、抗體酶抗體酶(abzyme)68一、多酶體系和多酶復(fù)合體一、多酶體系和多酶復(fù)合體 細(xì)胞中的許多酶常常是細(xì)胞中的許多酶常常是在一個(gè)連續(xù)的反應(yīng)鏈中起在一個(gè)連續(xù)的反應(yīng)鏈中起作用，即前一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)作用，即前一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個(gè)反應(yīng)的底物，物是后一個(gè)反應(yīng)的底物，在完整細(xì)胞內(nèi)的某一代謝在完整細(xì)胞內(nèi)的某一代謝過程中，由幾個(gè)酶形成的過程中，由幾個(gè)酶形成的反應(yīng)體系，

29、稱為多酶體系反應(yīng)體系，稱為多酶體系（multienzyme system）。）。如果如果體系中幾種酶彼此體系中幾種酶彼此有機(jī)地組合在一起。精巧有機(jī)地組合在一起。精巧地鑲嵌成一定的結(jié)構(gòu)，即地鑲嵌成一定的結(jié)構(gòu)，即形成形成多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體。這種結(jié)。這種結(jié)構(gòu)即能提高反應(yīng)途徑的效構(gòu)即能提高反應(yīng)途徑的效率，又能增強(qiáng)調(diào)控的準(zhǔn)確率，又能增強(qiáng)調(diào)控的準(zhǔn)確性。性。分散多酶體系與中分散多酶體系與中間物示意圖間物示意圖多酶復(fù)合體示意圖多酶復(fù)合體示意圖69二、酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)和別構(gòu)酶二、酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)和別構(gòu)酶 概概念念：酶酶分分子子的的非非催催化化部部位位與與某某些些化化合合物物可可逆逆地地非非共共價(jià)價(jià)結(jié)結(jié)

30、合合后后導(dǎo)導(dǎo)致致酶酶分分子子發(fā)發(fā)生生構(gòu)構(gòu)象象改改變變，進(jìn)進(jìn)而而改改變變酶酶的的活活性性狀狀態(tài)態(tài)，稱稱為為酶酶的的別別構(gòu)構(gòu)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)(allosteric regulation)，具具有有這這種種調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用的的酶酶稱稱別別構(gòu)構(gòu)酶酶(allosteric enzyme)。別別構(gòu)構(gòu)酶酶促反應(yīng)底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系不符合米氏方程，呈促反應(yīng)底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系不符合米氏方程，呈S型曲線型曲線。凡凡能能使使酶酶分分子子發(fā)發(fā)生生別別構(gòu)構(gòu)作作用用的的物物質(zhì)質(zhì)稱稱為為效效應(yīng)應(yīng)物物(effector)，通通常常為為小小分分子子代代謝謝物物或或輔輔因因子子。如如因因別別構(gòu)構(gòu)導(dǎo)導(dǎo)致致酶酶活活性性增增加加的的

31、物物質(zhì)質(zhì)稱稱為為正正效效應(yīng)應(yīng)物物(positive effector)或別構(gòu)激活劑，反之稱負(fù)效應(yīng)物或別構(gòu)激活劑，反之稱負(fù)效應(yīng)物(negative effector)或別構(gòu)抑制劑。或別構(gòu)抑制劑。別別構(gòu)構(gòu)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)普普遍遍存存在在于于生生物物界界，許許多多代代謝謝途途徑徑的的關(guān)關(guān)鍵鍵酶酶利利用用別別構(gòu)構(gòu)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)來來控控制代謝途徑之間的平衡，研究別構(gòu)調(diào)控有重要的生物學(xué)意義。制代謝途徑之間的平衡，研究別構(gòu)調(diào)控有重要的生物學(xué)意義。實(shí)例實(shí)例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶 （anspartate transcarbamoylase，ATCase）別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)機(jī)理別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)機(jī)理：序變模型和齊變模型

32、序變模型和齊變模型70酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖效應(yīng)劑效應(yīng)劑別別構(gòu)構(gòu)中中心心活性活性中心中心別構(gòu)酶的反饋調(diào)控機(jī)理別構(gòu)酶的反饋調(diào)控機(jī)理A（產(chǎn)物或中間產(chǎn)物）產(chǎn)物或中間產(chǎn)物）EDCB關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶 71a-非調(diào)節(jié)酶非調(diào)節(jié)酶 b-正協(xié)同別構(gòu)酶正協(xié)同別構(gòu)酶 的的S形曲線形曲線 別構(gòu)酶與米氏酶的動(dòng)力學(xué)曲線比較別構(gòu)酶與米氏酶的動(dòng)力學(xué)曲線比較721-非調(diào)節(jié)酶非調(diào)節(jié)酶2-正協(xié)同別構(gòu)酶正協(xié)同別構(gòu)酶3-負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶 正、負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶的動(dòng)力學(xué)曲線比較正、負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶的動(dòng)力學(xué)曲線比較73ATCaseATP+ATCase所催化的反應(yīng)所催化的反應(yīng)氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天

33、冬氨酸天冬氨酸CTP-UTPUMP氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸74E.coli的的ATCase的亞基排列的亞基排列催化催化(C)亞基（亞基（catalytic subunit）調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)(R)亞基（亞基（regulative subunit）75ATCase的半分子結(jié)構(gòu)ATCase半分子半分子（C3R3)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)CTP sitecatalytic site76ATCase aloneATCase-PALA complex ATCase的的別構(gòu)過度作用別構(gòu)過度作用低催化活性構(gòu)象低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)態(tài)CCCCCC R R R R R RCCCCCC高催化活性構(gòu)象高催化活性構(gòu)象R(r

34、elax)-態(tài)態(tài)R RR RR RPALAPALA77PALA(N-磷乙酰磷乙酰-L-天冬氨酸天冬氨酸)結(jié)合到結(jié)合到ATCase活性中心的模型活性中心的模型78ATCase變構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征變構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征ATP（正效應(yīng)劑）正效應(yīng)劑）CTP（負(fù)效應(yīng)劑）負(fù)效應(yīng)劑）低催化活性構(gòu)象低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)態(tài)CCCCCC R R R R R RCCCCCC高催化活性構(gòu)象高催化活性構(gòu)象R(relax)-態(tài)態(tài)R RR RR RVmax1/2VmaxKm79別構(gòu)酶的序變模型別構(gòu)酶的序變模型SS SS SSSSSSSSSS亞基全部亞基全部處于處于R型型亞基全部亞基全部處于處于T型型依次序變化依

35、次序變化80別構(gòu)酶的齊變模型別構(gòu)酶的齊變模型S SSSS SSS SST狀態(tài)（對(duì)稱亞基）狀態(tài)（對(duì)稱亞基）T狀態(tài)（對(duì)稱亞基）狀態(tài)（對(duì)稱亞基）SSSS對(duì)稱亞基對(duì)稱亞基對(duì)稱亞基對(duì)稱亞基齊步變化齊步變化81三、酶的共價(jià)修飾三、酶的共價(jià)修飾 某某些些酶酶可可以以通通過過其其它它酶酶對(duì)對(duì)其其多多肽肽鏈鏈上上某某些些基基團(tuán)團(tuán)進(jìn)進(jìn)行行可可逆逆的的共共價(jià)價(jià)修修飾飾，使使其其處處于于活活性性與與非非活活性性的的互互變變狀狀態(tài)態(tài)，從從而而調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)酶酶活活性性。這這類類酶酶稱稱為為共共價(jià)價(jià)修修飾飾酶酶。目目前前發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有有數(shù)數(shù)百百種種酶酶被被翻翻譯譯后后都都要要進(jìn)進(jìn)行行共共價(jià)價(jià)修修飾飾，其其中中一一部部分分處處于于分

36、分支支代代謝謝途途徑徑，成成為為對(duì)對(duì)代代謝謝流流量量起調(diào)節(jié)作用的起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶或限速酶關(guān)鍵酶或限速酶。由由于于這這種種調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)的的生生理理意意義義廣廣泛泛，反反應(yīng)應(yīng)靈靈敏敏，節(jié)節(jié)約約能能量量，機(jī)機(jī)制制多多樣樣，在在體體內(nèi)內(nèi)顯顯得得十十分分靈靈活活，加加之之它它們們常常受受激激素素甚甚至至神神經(jīng)經(jīng)的的指指令令，導(dǎo)導(dǎo)致致級(jí)級(jí)聯(lián)聯(lián)放放大大反反應(yīng)應(yīng)，所以日益引人注目。所以日益引人注目。AP1GEDCBHEa-bEc-dEc-g關(guān)鍵酶（限速酶）關(guān)鍵酶（限速酶）P282蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶ATPADP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Pn蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶nPiH

37、2O第一類：第一類：第一類：第一類：Ser/ThrSer/Thr型型型型第二類：第二類：第二類：第二類：TyrTyr型型型型 第一類：第一類：第一類：第一類：Ser/ThrSer/Thr型型型型 第二類：第二類：第二類：第二類：TyrTyr型型型型 第三類：雙重底物型第三類：雙重底物型第三類：雙重底物型第三類：雙重底物型83反應(yīng)類型反應(yīng)類型 共價(jià)修飾共價(jià)修飾 被修飾的氨基酸殘基被修飾的氨基酸殘基共共價(jià)價(jià)修修飾飾反反應(yīng)應(yīng)的的例例子子磷酸化磷酸化腺苷?；佘挣；蜍挣；蜍挣；疶yr,Ser,Thr.HisTyrTyr甲基化甲基化GluS-腺苷腺苷-MetS-腺苷腺苷-同型同型 Cys84 級(jí)聯(lián)系

38、統(tǒng)調(diào)控級(jí)聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控糖原分解示意圖糖原分解示意圖意義意義：由于由于酶的共價(jià)修飾酶的共價(jià)修飾反應(yīng)是酶促反反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少應(yīng)，只要有少量信號(hào)分子量信號(hào)分子（如激素）存（如激素）存在，即可通過在，即可通過加速這種酶促加速這種酶促反應(yīng)，而使大反應(yīng)，而使大量的另一種酶量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、節(jié)方式快速、效率極高。效率極高。腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋

39、白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（無活性）（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（無活性）無活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液ATP ADPATP ADP腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖456（極微量）（極微量）（大量）（大量）85 四、酶四、酶 原原 的的 激激 活活 體體內(nèi)內(nèi)合合成成出出來來的的酶酶，有有時(shí)時(shí)不不具具有有生生物物活活性性，經(jīng)經(jīng)過過蛋蛋白白水水解解酶酶專專一一作作用用

40、后后，構(gòu)構(gòu)象象發(fā)發(fā)生生變變化化，形形成成活活性性中中心心，變變成成有有活活性性的的酶酶。這這個(gè)個(gè)不不具具活活性性的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)稱稱為為酶酶原原（zymogen或或proenzyme），這這個(gè)個(gè)過過程程稱稱為為酶酶原原的的激激活?；?。該該變變化化過過程程，是是生生物物體體的的一一種種調(diào)調(diào)控控機(jī)機(jī)制制。這這種種調(diào)調(diào)控控作作用用的的特特點(diǎn)點(diǎn)是是，蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)由由 無無活活性性狀狀態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變成成活活性性狀狀態(tài)態(tài)是不可逆的。是不可逆的。實(shí)例實(shí)例：消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活 凝血機(jī)制（自學(xué)）凝血機(jī)制（自學(xué)）86胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶活性中心活性中心胰

41、蛋白酶原的激活示意圖胰蛋白酶原的激活示意圖87胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶胰蛋白酶對(duì)各種胰臟蛋白酶的激活作用胰蛋白酶對(duì)各種胰臟蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶88五、酶的多種分子形式五、酶的多種分子形式同工酶同工酶 概概念念：存存在在于于同同一一種種屬屬或或不不同同種種屬屬，同同一一個(gè)個(gè)體體的的不不同同組組織織或或同同一一組組織織、同同一一細(xì)細(xì)胞胞，具具有有不不同同分分子子形形式式但但卻卻能能催催化化相相同同的的化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)的的一一組組酶酶，稱稱之之為為同

42、同工工酶酶（isoenzymeisoenzyme）。乳乳酸酸脫脫氫氫酶酶是是研研究究的的最多的同工酶。最多的同工酶。生物學(xué)功能：生物學(xué)功能：遺傳的標(biāo)志遺傳的標(biāo)志 和個(gè)體發(fā)育及組織分化密切相關(guān)和個(gè)體發(fā)育及組織分化密切相關(guān) 適應(yīng)不同組織或不同細(xì)胞器在代謝上的不同需要適應(yīng)不同組織或不同細(xì)胞器在代謝上的不同需要 在各學(xué)科中的在各學(xué)科中的應(yīng)用應(yīng)用89乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖多肽多肽亞基亞基mRNA四聚體四聚體結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因a b乳酸脫氫酶同乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜工酶電泳圖譜+H4MH3M2H2M3HM4點(diǎn)樣線點(diǎn)樣線90不同組織中不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜同工酶的電泳

43、圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 腎腎 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原點(diǎn)原點(diǎn)91胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽腸腸激激酶酶胰蛋白酶對(duì)各種胰臟蛋白酶的激活作用胰蛋白酶對(duì)各種胰臟蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶92同工酶在各學(xué)科中的應(yīng)用同工酶在各學(xué)科中的應(yīng)用 (1)遺傳學(xué)和分類學(xué)遺傳學(xué)和分類學(xué)：提供了一種精良的判別遺傳標(biāo)志的工具。：提供了一種精良的判別遺傳標(biāo)志的工具。(2)發(fā)育學(xué)發(fā)育學(xué)：有效地標(biāo)志細(xì)胞類型及

44、細(xì)胞在不同條件下的分化情：有效地標(biāo)志細(xì)胞類型及細(xì)胞在不同條件下的分化情況，以及個(gè)體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系。況，以及個(gè)體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系。(3)生物化學(xué)和生理學(xué)生物化學(xué)和生理學(xué)：根據(jù)不同器官組織中同工酶的動(dòng)力學(xué)、：根據(jù)不同器官組織中同工酶的動(dòng)力學(xué)、底物專一性、輔助因子專一性、酶的變構(gòu)性等性質(zhì)的差異，從而底物專一性、輔助因子專一性、酶的變構(gòu)性等性質(zhì)的差異，從而解釋它們代謝功能的差別。解釋它們代謝功能的差別。（4）醫(yī)學(xué)和臨床診斷醫(yī)學(xué)和臨床診斷：體內(nèi)同工酶的變化，可看作機(jī)體組織損：體內(nèi)同工酶的變化，可看作機(jī)體組織損傷，或遺傳缺陷，或腫瘤分化的的分子標(biāo)志。傷，或遺傳缺陷，或腫瘤分化的的分子標(biāo)志。93六

45、、六、抗體酶抗體酶 抗抗體體酶酶（abzyme）又又稱稱催催化化抗抗體體（catalytic antibody）,是是指指通通過過一一系系列列化化學(xué)學(xué)與與生生物物技技術(shù)術(shù)方方法法制制備備出出的的具具有有催催化化活活性性的的抗抗體體，它它除除了了具具有有相相應(yīng)應(yīng)免疫學(xué)性質(zhì)，還類似于酶，能催化某種活化反應(yīng)。免疫學(xué)性質(zhì)，還類似于酶，能催化某種活化反應(yīng)?？箍贵w體與與酶酶相相似似，都都是是蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)分分子子，酶酶與與底底物物的的結(jié)結(jié)合合及及抗抗體體與與抗抗原原的的結(jié)結(jié)合合都都是是高高度度專專一一性性的的，但但這這兩兩種種結(jié)結(jié)合合的的基基本本區(qū)區(qū)別別在在于于酶酶與與高高能能的的過過度度態(tài)態(tài)分分子子向向結(jié)

46、結(jié)合合，而而抗抗體體則則與與抗抗原原（基基態(tài)態(tài)分分子子）相相結(jié)結(jié)合合。利利用用抗抗體體能能與與抗抗原原特特異異結(jié)結(jié)合合的的原原理理可可用用過過度度態(tài)態(tài)類類似似物物作作為為半半抗抗原原來來誘誘發(fā)發(fā)抗抗體體，這這樣樣產(chǎn)產(chǎn)生生的的抗抗體體便便能能特特異異地地識(shí)識(shí)別別反反應(yīng)應(yīng)過過程程中中真真正正的的過過渡渡分分子子，從從而而降降低低反反應(yīng)應(yīng)的的活活化化能能。達(dá)達(dá)到到催化反應(yīng)的目的，這種具有催化功能的抗體就被稱為催化抗體或抗體酶。催化反應(yīng)的目的，這種具有催化功能的抗體就被稱為催化抗體或抗體酶。94 O C A.酯酶的底酯酶的底物物酯酯B.酯的羧基碳酯的羧基碳原子受到親核原子受到親核攻擊形成四面攻擊形成四

47、面體過渡態(tài)體過渡態(tài)C.設(shè)計(jì)的磷酸設(shè)計(jì)的磷酸酯類似物酯類似物,作作為抗原去免疫為抗原去免疫實(shí)驗(yàn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)動(dòng)物磷酸酯類似物磷酸酯類似物(半抗原半抗原)對(duì)酯水解反應(yīng)有催化對(duì)酯水解反應(yīng)有催化作用的單克隆作用的單克隆抗體抗體免疫免疫免疫反應(yīng)免疫反應(yīng)誘導(dǎo)法制備具有酯酶活性的抗體誘導(dǎo)法制備具有酯酶活性的抗體95基因工程抗體酶的制備基因工程抗體酶的制備 對(duì)對(duì)已已產(chǎn)產(chǎn)生生的的單單抗抗，分分析析氨氨基基酸酸的的組組成成或或相相應(yīng)應(yīng)基基因因的的堿堿基基序序列列，對(duì)對(duì)抗抗體體結(jié)結(jié)合合的的部部位位的的基基因因進(jìn)進(jìn)行行定定位位突突變變，在在抗抗體體結(jié)結(jié)合合部部位位換換上上有有催催化化活活性性的的氨氨基基酸酸，基基因因工工程

48、程的的技技術(shù)術(shù)使使得得建建立立抗抗體體基基因因的的組組合合文文庫庫，并并根根據(jù)據(jù)需需要要構(gòu)構(gòu)建建適適當(dāng)當(dāng)程序的基因片段成為可能。程序的基因片段成為可能。96抗體酶的篩選抗體酶的篩選 在在抗抗體體酶酶研研究究中中，一一個(gè)個(gè)不不可可少少的的步步驟驟是是在在細(xì)細(xì)胞胞融融合合后后篩篩選選到到能能分分泌泌催催化化抗抗體體的的細(xì)細(xì)胞胞克克隆隆。一一般般的的方方法法是是先先篩篩選選其其抗抗體體能能結(jié)結(jié)合合特特異異抗抗原原的的細(xì)細(xì)胞胞克克隆隆，再再從從純純化化的的抗抗體體中中篩篩選選出出有有催催化化能能力力的的單單抗抗。主主要要篩篩選選方方法法有有生生物物學(xué)學(xué)篩篩選選法法和和純純化學(xué)篩選法化學(xué)篩選法。97抗體

49、酶的研究和應(yīng)用前景抗體酶的研究和應(yīng)用前景 催催化化抗抗體體的的出出現(xiàn)現(xiàn)不不僅僅為為人人們們開開創(chuàng)創(chuàng)了了一一條條人人工工設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)酶酶的的新新方方法法，也也使使人人們們對(duì)對(duì)催催化化過過程程中中催催化化劑劑的的作作用用機(jī)機(jī)理理和和催催化化劑劑和底物的相互識(shí)別有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。和底物的相互識(shí)別有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。目目前前已已經(jīng)經(jīng)發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)具具有有催催化化作作用用的的自自身身抗抗體體在在生生物物體體內(nèi)內(nèi)的的存存在在，其其不不僅僅和和疾疾病病相相關(guān)關(guān)，可可能能還還參參與與了了生生物物體體內(nèi)內(nèi)的的某某些些或或基本的生物學(xué)反應(yīng)。有可能成為抗體酶研究的新熱點(diǎn)?；镜纳飳W(xué)反應(yīng)。有可能成為抗體酶研究的新熱點(diǎn)。充充分分利利

50、用用抗抗體體的的種種類類繁繁多多以以及及抗抗體體酶酶的的可可誘誘導(dǎo)導(dǎo)、可可改改造造的的特特點(diǎn)點(diǎn)，可可望望制制備備出出具具有有治治療療和和輔輔助助治治療療某某些些疾疾病病或或催催化化某類具有特殊意義反應(yīng)的抗體酶。某類具有特殊意義反應(yīng)的抗體酶?？箍贵w體酶酶的的研研究究無無疑疑會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)化化學(xué)學(xué)、生生物物學(xué)學(xué)、醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)等等領(lǐng)領(lǐng)域域產(chǎn)產(chǎn)生生深遠(yuǎn)影響。深遠(yuǎn)影響。98第六節(jié)第六節(jié) 酶工程簡(jiǎn)介酶工程簡(jiǎn)介一、化學(xué)酶工程一、化學(xué)酶工程 天然酶天然酶 固定化酶固定化酶 化學(xué)修飾酶化學(xué)修飾酶 人工模擬酶人工模擬酶二、生物酶工程二、生物酶工程 克隆酶克隆酶 突變酶突變酶 新酶新酶 將酶學(xué)和工程學(xué)相結(jié)將酶學(xué)和工程學(xué)相結(jié)合

51、，產(chǎn)生了酶工程合，產(chǎn)生了酶工程(enzyme engineering)這這樣一個(gè)新的領(lǐng)域。酶工樣一個(gè)新的領(lǐng)域。酶工程主要研究酶的生產(chǎn)、程主要研究酶的生產(chǎn)、純化、固定化技術(shù)、酶純化、固定化技術(shù)、酶分子結(jié)構(gòu)的修飾和改造分子結(jié)構(gòu)的修飾和改造以及在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)以及在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和理論研究等方面的生和理論研究等方面的應(yīng)用應(yīng)用。99固定化酶固定化酶 將將水水溶溶性性酶酶用用物物理理或或化化學(xué)學(xué)方方法法處處理理，固固定定于于高高分分子子支支持持物物(或或載載體體)上上而而成成為為不不溶溶于于水水，但但仍仍有有酶酶活活性性的的一一種種酶酶制制劑劑形形式，稱固定化酶式，稱固定化酶(immobilized

52、enzyme)。包埋法包埋法 吸附法吸附法共價(jià)偶聯(lián)法共價(jià)偶聯(lián)法交聯(lián)法交聯(lián)法100溴溴化化氰氰亞亞氨氨碳碳酸酸基基偶偶聯(lián)聯(lián)法法OHOHBrCNH2OOOC=N-EO-CO-NH-EOHO-C-NH-E NHOHH2N-E（多羥基載體）（多羥基載體）O-CONH2OH（惰性）（惰性）OOC=NH（活潑）（活潑）OC NOH101戊二醛交聯(lián)法戊二醛交聯(lián)法 OHC(CH2)3CHO戊二醛戊二醛H2N-EN-HC=N-E-N=CH（CH2）3-CH=N-E-NCHCH102酶的改造和模擬酶的改造和模擬 酶的改造酶的改造：功能基團(tuán)的化學(xué)修飾酶功能基團(tuán)的化學(xué)修飾酶 酶蛋白側(cè)鏈的化學(xué)修飾酶蛋白側(cè)鏈的化學(xué)修飾

53、酶分子內(nèi)或間的交聯(lián)反應(yīng)酶分子內(nèi)或間的交聯(lián)反應(yīng)酶酶的的模模擬擬：根根據(jù)據(jù)酶酶作作用用的的原原理理摸摸擬擬酶酶的的活活性性中中心心和和催催化化機(jī)機(jī)理理，用用化化學(xué)學(xué)方方法法制制備備結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)較較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單,高高效效、高高選選擇擇性性、穩(wěn)穩(wěn)定定性性能能好好的的新新型型催催化化劑劑,可可以以是無機(jī)化合物、有機(jī)化合物或小肽。是無機(jī)化合物、有機(jī)化合物或小肽。103人工模擬酶人工模擬酶-benzyme環(huán)糊精環(huán)糊精催催化化側(cè)側(cè)鏈鏈催化側(cè)鏈連接到環(huán)糊精上，催化側(cè)鏈連接到環(huán)糊精上，可模擬胰凝乳蛋白酶可模擬胰凝乳蛋白酶環(huán)糊精分子環(huán)糊精分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)環(huán)糊精結(jié)構(gòu)環(huán)糊精結(jié)構(gòu)模型模型104生物酶工程示意圖生物酶工程示意圖酶的蛋白

54、質(zhì)結(jié)構(gòu)功能酶的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能新酶分子藍(lán)圖新酶分子藍(lán)圖選擇性修飾方案選擇性修飾方案突變酶突變酶 新酶新酶克隆酶克隆酶產(chǎn)品產(chǎn)品效用效用發(fā)發(fā)展展酶基因酶基因遺傳設(shè)計(jì)遺傳設(shè)計(jì)遺傳修飾遺傳修飾DNA重組重組技術(shù)技術(shù)DNA重組重組技術(shù)技術(shù)105問答題問答題1、影響酶促反應(yīng)的因素有哪些？它們是如何影響的？、影響酶促反應(yīng)的因素有哪些？它們是如何影響的？2、試比較酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的異同。、試比較酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的異同。3、什什么么是是米米氏氏方方程程，米米氏氏常常數(shù)數(shù)Km的的意意義義是是什什么么？試試求求酶酶反反應(yīng)應(yīng)速速度度達(dá)達(dá)到到最最大反應(yīng)速度的大反應(yīng)速度的99時(shí)，所需

55、求的底物濃度（用時(shí)，所需求的底物濃度（用Km表示）表示）4、什什麼麼是是同同工工酶酶？為為什什麼麼可可以以用用電電泳泳法法對(duì)對(duì)同同工工酶酶進(jìn)進(jìn)行行分分離離？同同工工酶酶在在科科學(xué)學(xué)研究和實(shí)踐中有何應(yīng)用？研究和實(shí)踐中有何應(yīng)用？5、舉例說明酶的結(jié)構(gòu)和功能之間的相互關(guān)系。、舉例說明酶的結(jié)構(gòu)和功能之間的相互關(guān)系。6、稱稱取取25毫毫克克某某蛋蛋白白酶酶制制劑劑配配成成25毫毫升升溶溶液液，取取出出1毫毫升升該該酶酶液液以以酪酪蛋蛋白白為為底底物物,用用Folin-酚酚比比色色法法測(cè)測(cè)定定酶酶活活力力,得得知知每每小小時(shí)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生生1500微微克克酪酪氨氨酸酸。另另取取2毫毫升升酶酶液液，用用凱凱式式定定氮氮法法測(cè)測(cè)得得蛋蛋白白氮氮為為0.2毫毫克克。若若以以每每分分鐘鐘產(chǎn)產(chǎn)生生1微微克克酪酪氨氨酸酸的的酶酶量量為為一一個(gè)個(gè)活活力力單單位位計(jì)計(jì)算算，根根據(jù)據(jù)以以上上數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，求求出出（1）1毫毫升升酶酶液液中中含含有有的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)和和酶酶活活力力單單位位數(shù)數(shù)；（2）該該酶酶制制劑劑的的比比活活力力；（3）1克克酶酶制制劑的總蛋白含量和酶活力單位數(shù)。劑的總蛋白含量和酶活力單位數(shù)。名詞解釋名詞解釋活活性性中中心心 全全酶酶 酶酶原原 活活力力單單位位 比比活活力力 米米氏氏方方程程 Km 誘導(dǎo)契合變構(gòu)效應(yīng)誘導(dǎo)契合變構(gòu)效應(yīng) ribozyme 輔酶和輔基輔酶和輔基 固定化酶固定化酶106