第三章 酶
第三章酶
Enzyme
一、授课章节及主要内容：第四章酶
二、授课对象：临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制）
三、授课学时
本章共6学时4节课时（每个课时为45分钟）。讲授安排如下：
第一学时：概述；第一节酶的分子结构与功能
第二学时：第二节酶促反应的特点与机制
第三、四、五学时：酶促反应机制；第三节酶动力学
第六学时：第四节酶的调节
四、教学目的与要求
在掌握蛋白质结构与功能的基础上进一步掌握酶活性中心的结构与功能；酶促反应的特点与机制；酶动力学的概念及影响酶促反应的因素以及机体如何调节酶活性，为临床学习与应用打下基础。
五、重点与难点
重点：掌握酶活性中心的概念；酶促反应的特点与机制；酶动力学的概念及影响酶促反应的因素。
难点：抑制剂对酶活性的影响
六、教学方法及授课大致安排
以面授为主，适当结合临床提问启发。每次课预留5分钟小结本次课掌握内容及预留复习题，全章结束后小结本章内容。
七、主要外文专业词汇
八、思考题
1. 试述酶能加速化学反应的机制。
2. 试述在酶促反应中酶蛋白与辅酶（辅基）的相互关系。
3. 比较三种可逆性抑制作用的特点。
4. 试述竞争性抑制的特点及磺胺类药物抑菌的机制。
5. 别构调节有何生理意义？
九、教材与教具：人民卫生出版社《生物化学》第六版
十、授课提纲(或基本内容)
概述
Introduction
一．酶的生物学重要性
一切生物都须不断地进行新陈代谢过程，以维持它们的生命活动，而酶是生物用以进行代谢过程的工具。因为物质代谢过程都需要酶的催化作用，在体内只有极少数不需酶参加而自发进行的化学反应。有些在体外能自发进行的化学反应例：H2O+CO2 = H2CO3。在体内也要依赖特殊的酶---碳酸酐酶的催化。在酶的作用下，生物体内复杂的化学反应，能在温和的条件下迅速，准确，平稳而且有规律的进行。
我们来看看食物蛋白质在体内外的分解情况：在体内温和的条件（近中性pH。37℃）下食物蛋白质就能迅速彻底水解成AA，而且AA不会遭破坏。而在体外实验室中食物蛋白质需加入30%的硫酸，100℃，24h，才能彻底水解成氨基酸，但在这一过程中有些AA会遭破坏，因而不能得到全部AA。
因为物质代谢过程都需要酶的催化作用，所以从总体来说：没有酶催化就没有新陈代谢。
酶不仅是生物进行代谢过程的工具，而且酶也是生物自身产生的特殊蛋白质，所以还可以通过改变酶的活性，控制和调节代谢过程的强度，使代谢过程能经常地与周围环境保持平衡。
例：在温带生活的人，每日三餐以糖为主食造成体内糖代谢过程的酶类活性比较强。而在寒带生活的爱斯基摩人，每天摄取动物性食品为主，随脂肪摄入引起有关脂肪代谢的酶类活性比较强，同时不易产生酮症。
二、生物催化剂的定义
迄今为止，人们已发现了两类生物催化剂（biocatalyst）
（一）酶：酶是一类由生物活细胞所产生的以蛋白质为主要成分，对其特异底物（substrate）起高效催化作用的蛋白质。是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。
（二）核酶（ribozyme）：是具有高效、特异催化作用的核酸。是近年来发现的一类新的生物催化剂，其主要作用是参于RNA的剪接。
第一节酶的分子结构与功能
Molecular structure and function of enzymes
酶是蛋白质，同样具有一，二，三，级结构，有些酶还具有四级结构。
只由一条多肽链构成的酶称为单体酶（monomeric enzyme）。由多个相同或不同亚基以非共价键连接的酶称为寡聚酶（oligomeric enzyme）。在细胞内存在着许多不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物，即多酶体系（multienzyme system）。由一条多肽链组成却具有多种不同催化功能的酶，称为多功能酶（multifunctional enzyme）。
一、酶的分子组成
（一）酶的分子组成
有的酶就是简单蛋白质，即单纯酶（simple enzyme）仅由氨基酸组成。例如：胃蛋白酶，淀粉酶，核糖核酸酶，脲酶。
有的酶属于结合蛋白质，即结合酶（conjugated enzyme）我们重点讨论结合蛋白酶的组成。例如：乳酸脱氢酶，己糖激酶。
全酶（holoenzyme）：指结合酶的酶蛋白和辅助因子结合后形成的复合物。
酶蛋白（apoenzyme）：指结合酶的蛋白质部份。
辅酶（coenzyme）：指结合酶的非蛋白质部分，它与蛋白质结合的方式比较疏松。
辅基（prosthetic group）：也是结合酶的非蛋白质部分，它与酶蛋白结合比较牢固，不能用透析法或超滤法除去。
各部分有什么作用呢？
酶促反应的特异性及高效率取决于酶蛋白。
辅助因子则起对电子，原子或某些化学基团的传递作用
体内酶的种类很多，而辅酶（辅基）的种类却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅酶（辅基结合）成为一种专一性的酶，但一种辅基往往能与不同的酶蛋白结合构成许多专一性酶。（二）辅酶与辅基
1．小分子有机化合物
几乎全是B族维生素类衍生物。有的属于辅酶，有的属于辅基。
酶分子中氨基酸残基侧链上的功能基种类不多，不足以催化体内众多的化学反应。各种辅酶（辅基）的结构中都具有某些能进行可逆变化的基团，从而弥补了单纯酶蛋白酶中，活性基团的不足。
例：吡哆醛转移氨基
四氢叶酸转移-碳基团
FMN（FAD）递氢
NAD（NADP）递氢
一些与酶结合疏松的辅酶，在接受某些基团后不能籍该酶恢复原有结构，实际上该辅酶起了第二底物的作用。（后面进一步介绍）
2．金属离子
金属离子与酶有什么关系呢？
有的金属离子与酶蛋白结合非常紧密，是酶的重要组成成份，此类酶称为金属酶（metalloenzyme）。这些金属离子对维持酶蛋白构象具有一定作用，它们参于酶活性中心组成，对底物的结合及完成酶的催化功能，起了重要作用。
例：碳酸酐酶（Zn）
谷胱甘肽过氧化物酶（Se）
酪氨酸酶（Cu）
有些酶与金属离子结合疏松，但需要该种金属离子才能发挥最大活性，金属离子起激活剂的作用。
例：丙酮酸激酶需K+，Mg2+激活。
各种磷酸酶需Mg2+
精氨酸酶需Mn2+
金属离子在酶促反应中的作用是什么？
（1）催化作用：
金属离子与酶及底物形成三元络合物，不仅保证了酶与底物的正确定向结合，而且金属离子还可作为催化基团，参于各种方式的催化作用。
例：丙酮酸激酶，通过Mg2+架桥，不仅稳定了酶的构象，也激活了ATP，使其更容易在酶活性中心上使丙酮酸磷酸化。
（2）氧化还原作用
Fe、Cu、Mo等金属离子可以氧化还原改变其原子价，在酶分子中它们可以通过氧化还原而传递电子完成多种物质的氧化。
二、酶的活性中心与必需基因
为什么酶有催化活性?
1．酶活性中心的定义
酶与底物的结合，一般是通过非共价键，如氢键，离子键，疏水作用（乃至Van der waels 力来完成的），因此需要酶与底物之间参与结合乃至催化作用的各基因之间有一定的空间立体对应，及恰当的距离，并且能达到快速的结合与解离平衡。
酶分子量在104-106之间是具有一定空间结构的大分子，它的表面分布着许多化学基因，其中有些化学基因与酶活性有密切关系，有些与酶活性没有直接关系。
与酶活性有关的基因，在酶分子表面的一定区域形成一定的空间结构，直接参与将作用物（底物）转变为产物的反应过程，这个区域叫做酶的活性中心（active center）。
2．活性中心的形成
活性中心的功能基团主要由氨基酸残基的侧链所提供，在结合蛋白酶类中还有辅酶的功能基团参加。一个酶的活性中心的氨基酸残基，并不是密集于某段肽链内，而是通过肽链弯曲拆叠才使分散的氨基酸残基相互接近。
例1：核糖核酸酶的活性中心所含的两个咪唑基，是来自His-12和His-119，共同位于酶分子的一个裂缝内。
例2：木爪蛋白酶的活性中心由Asp-174，His-158和Cys-25提供的羧基，咪唑基和硫氢基组成，它位于酶分子两半中间的一个裂隙内（分子一半含有1-100，另一半含有111-209氨基酸残基）
3．必需基团
（1）定义：酶分子上与酶活性有关的化学基团，称为酶的必需基团（essential group）。
（2）分类：
结合基团（binding group）：指在活性中心内能与作用物结合的必需基团。
催化基团（catalytic group）：指在活性中心内能促进作用物发生化学变化的必需基团。
活性中心以外的必需基团：指在活性中心以外，维持整个酶分子的空间构象的必需基团。
（3）常见的必需基团
组氨酸残基上的咪唑基。
丝氨酸残基上的羟基。
半胱氨酸残基上的疏基。
酸性氨基酸残基上的羧基。
第二节酶促反应的特点与机制
Machanism and Character of Enzyme Reaction
一、酶促反应的特点
（一）酶与一般催化剂的共同点
1．作为催化剂，需要量都很少，在化学反应前后没有质和量的改变。
2．只能催化热力学上允许的化学反应。
3．能加速可逆反应进程，而不改变反应平衡点。
4．催化可逆反应的酶，对正，反都有催化作用。
（二）酶作用的特点：
1．酶促反应要求严格的环境条件（酶的主要成份是蛋白质）最适温度、PH、常压。
2．酶促反应具有极高的催化效率
酶的催化效率通常比非催化剂高108—1020倍，比一般催化剂高107—1013倍。例：碳酸酐酶催化效率比非酶促反应要快107倍。
3．酶促反应具有高度的特异性
一种酶要从繁多的化合物中选定它所催化的化合物就是酶特异性的表现。酶有高度的特异性，就是指酶对所有作用物有严格的选择性。
4．酶促反应没有副反应
例：淀粉水解
5．酶的催化作用可受调控的（指关键酶）
二、酶作用的特异性
（一）特异性的类型
1．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，生成一种特异结构的产物。
2．相对特异性（relative specificity）：作用于一类化合物或一种化学键，
3．立体异构特异性（stereospecificity）：一种酶只作用于立体异构体中的一种
（二）酶作用特异性的学说
1．锁钥学说（模板学说）
这个学说强调指出，只有固定的底物才能契入与它互补的酶表面，尤如：锁与钥匙的关系。
2.“三点附着”学说
乳酸脱氢酶的专一性。
此学说认为酶分子表面，按顺序排列着三个基团，底物的基因必需与酶的三个基团互补配合时，酶才作用于这个底物，否则底物就不能与酶结合，受其催化。
3.”诱导契合”学说（induced-fit hypothesis）
该学说保留了底物和酶之间的互补概念，但认为酶分子本身不是固定不变的，当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导其构象发生有利于同底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合，所以酶分子与底物的契合是动态契合。近年来X-衍射分析的实验结果支持了这一学说。
什么是诱导契合？
诱导契合。酶活性中心的某些氨基酸残基或基团，可以在底物诱导下获得正确空间定位，以利于底物的结合与催化。
三、酶促反应的机制
在讨论酶促反应之前先复习一下自由能的概念
（一）一般催化剂加速化学反应的机制
（二）酶的催化作用
1．酶的催化机制：酶与一般催化剂一样可以降低活化能从而提高化学反应速度但酶比一般催化剂有更高的催化效率，下面我们来看一个例子
活化能：由18000卡/mol 降到2000卡/mol
图4-8 酶促反应活化能的改变只要活化能稍有降低，反应速度就会发生数百倍或千倍、万倍、百万倍的增加，这就是酶能加速化学反应的根本所在。
图4-9 酶促反应降低反应活化能
2.酶促反应的机制
（1）中间产物学说
（2）酶催化作用高效率的机制
酶降低活化能的几个重要因素：
1）邻近效应（proximity effect）与定向作用（orientation arrange）：
趋近效应是指两个底物分子结合于酶活性中心后增加了两者接触频率，从而降低了进入过渡状态所需的活化能，实验证明趋近效应大大增加了反应物的有效浓度，有人曾测定某底物在溶液中浓度为0.001 M时，而在某酶分子表面局部范围浓度高达100M 比溶液中浓度高出一万倍。
定向效应是指反应物在酶表面对着特定的基团几何地定向。因而反应物就可以用一种“正确的方式”互相碰撞而发生反应。
总之，酶可以通过“接近”效应，和“定向”效应使一种分子间的反应变成类似于分子内的反应，因而使反应高速进行。
）多元催化（multielement catalysis）
一般催化剂通常仅有一种解离状态，只有碱催化或只有酸催化，酶是两性电解质，所含的多种功能基团有不同的解离常数。即使同一种功能基在不同的蛋白质分子中处于不同的微环境，解离度也有差异。因此同一种酶常常蒹有酸、碱双重催化作用。这种多功能基团（包括辅酶或辅基的协同作用，可极大地提高酶的催化效能。
3）表面效应（surface effect）；酶活性中心，多为疏水性口袋，疏水环境可排除水分子对酶和底物功能基团的干扰性吸引或排斥，防止在底物与酶之间形成水化膜。有利于酶与底物密切接触。
值得注意的是：一种酶催化的反应常常是多种催化机制的综合作用，这正是酶促反应具有高效率的重要原因
Kinetics of Enzyme
什么是酶动力学？
酶动力学是研究酶催化反应的速度，以及研究各种因素对酶促反应速度的影响，这些因素包括酶浓度，底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。
*研究某一因素的影响时，其他条件必须固定不变。
一、底物浓度对酶促反应速度的影响
研究的前提
I. 单底物、单产物反应
II. 酶促反应速度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
III. 反应速度取其初速度，即底物的消耗量在5%以内的反应速度
IV. 底物浓度远远大于酶浓度
底物浓度对酶促反应速度的影响曲线可以人为的为分三段：
第一段：反应速度与底物浓度呈正比关系表现为一级反应。
第二段：介于零级及一级之间的混合级反应。
第三段：当底物浓度[Ｓ]远远超过酶浓度反应速度达极限值：Ｖ=Ｖmax 零级反应。
这和一般均相催化剂的作用结果不同。
1913年前后Micheelis和Menten（米孟氏）在前人工作基础上发表了上述单底物酶促反应的特殊现象的动力学分析结果，提出了酶促反应动力学的基本原理并归纳为一个数学公式：
(一) 米氏方程：
Ｖ=Ｖmax[Ｓ]/Ｋm+[Ｓ]
它表明了底物浓度与酶促反应速度间的定量关系。
Ｋm：米氏常数；
(二) 米氏方程的推导
酶促反应模式可以表示为：
<三个假设>
（1）测定的速度为反应的初速度，此时底物的消耗很少，只占Ｓ原始浓度的极小部分（通常在５%）。Ｐ+Ｅ→ＥＳ的可能性不予考虑。
（2）底物浓度[Ｓ]显著超过酶浓度[Ｅ]。所以[ＥＳ]形成不会明显降低[Ｓ]，所以[Ｓ]的降低可忽略不计。
（3）ＥＳ解离成Ｅ+Ｓ的速度显著于ＥＳ→Ｐ+Ｅ的速度，或者说Ｅ+Ｓ====ＥＳ→Ｐ+Ｓ的可逆反应在测定初速度Ｖ的时间内已达平衡而小量Ｐ的生成不影响这个平衡即在恒态
（稳态）。
<推导> 见教材54-55
(三) Ｋm与Ｖmax的意义及应用
１．Ｋm的意义：
Ｋm就是当Ｖ=１/２Ｖmax时的底物浓度
Ｖ=Ｖmax/２=Ｖmax[Ｓ]/ Ｋm+[Ｓ]
等式两边同除Ｖmax
Ｋm的意义：（a）Km是酶的特征性常数之一；（b）1/Km可近似表示酶对底物的亲和力；（c）同一酶对于不同底物有不同的Km值。
2．Vmax （maximum velocity）：
（1）定义：Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。
（2）意义：Vmax=K3[E]
如果酶的总浓度已知，可从Ｖmax计算酶的转换数，即动力学常数Ｋ3
（3）计算：Ｖmax=K3[ＥT]
单位μmol./min?mg
3．酶的转换数（turnover number）
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。
意义：可用来比较每单位酶的催化能力；可用来计算每分钟每毫克酶催化底物反应的值。即酶的比活（specific activity）。
(四) Ｋm及Ｖmax测定法
理论上可绘图求Ｋm，Ｖmax，但实际上不可能得到正确Ｋm，因为只能在[Ｓ]极高时才能得近似Ｖmax。
1．<双倒数作图法>（double reciprocal plot）
2．
优点：（1）从统计学观点看此种作图较为理想
（2）某些酶在行为上有背于米氏方程，很易察觉。
二、酶浓度对反应速度的影响当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。
关系式为：V = K3[E]
可通过测定酶促反应速度的大小来算出酶浓度，在一定条件下即表示酶活性。
什么是酶活性？
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度。
如何衡量酶活性的大小？
酶活力大小的衡量尺度是酶的活性单位
酶活性的国际单位（IU）：
在特定的条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。
酶活性的催量单位（katal）：
１催量是指在特定条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量。
三、pH对反应速度的影响（
1. 酶反应介质的pＨ可影响酶分子活性中心上必需基团的解离程度，如催化基团质子供体或质子受体所需的离子化状态。
2. 可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底物结合。
所以只有在特定的pＨ条件下，酶，底物，和辅酶解离情况，最适宜它们互相结合，并发生催化作用。
(一) 最适pＨ（optimum pH）
酶催化活性最大时的pＨ值称为该酶的最适pＨ（optimum pH）
(二) 如何确定一个酶的最适pＨ
目前只能实验确定，因为pＨ对酶稳定性受多方面因素的影响，如：温度，底物浓度，酶浓度和酶纯度，保护剂的存在等。
四、温度对反应速度的影响
1．温度的影响
与其他化学反应一样速度随温度增加而加速，凡温度每升高１０℃反应速度大约增加1-2倍。
但酶的主要成分是蛋白质可随温度升高而变性。
在温度较低时前一影响较大，但温度超过一定值后，酶受热变性的因素占优势。
2．最适温度（optimum temperature）
酶促反应最快时的温度称为该酶的最适温度。
五、抑制剂对反应速度的影响
什么是酶的抑制作用? 酶分子中心的必需基团（主要是指酶活性中心上的一些基团）的性质受到某种化学物质的影响而发生改变，导致酶活性的降低或丧失称为抑制作用（inhibition）。
什么是酶抑制剂? 能引起酶抑制作用的物质称为酶抑制剂（inhibitor）。
抑制剂有什么特点? 抑制剂对酶有一定选择性只能引起某一类或某几类酶的抑制。所以与一般蛋白质变性剂不同。
抑制作用的类型有哪些? 抑制作用分为不可逆性抑制作用和可逆性抑制作用，而可逆性抑制作用又分为竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用、反竞争性抑制作用和混合性抑制作用等四种
（一）不可逆抑制作用（irreversible inhibition）：一般均为非生物来源
1．抑制剂与酶的必需基因以共价键结合，而引起酶活性丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂，而恢复酶活力。
2．抑制作用随抑制剂浓度的增加而逐渐增加，当抑制剂的量大到足以和所有的酶结合，则酶的活性完全被抑制。
如果不可逆抑制剂的结构与酶的底物类似，则其抑制专一性大为加强；类似物可能首先结合在活性中心上。然后与其邻近基团起反应形成共价结合。
（二）可抑性抑制作用（reversible inhibition）
抑制剂与酶以非共价键结合，而引起酶活性的降低或丧失，可用透析等物理方法除去抑制剂，恢复酶活性。
可逆性抑制又分竞争性（competitive），反竞争性（uncompetitive），非竞争性（non-competitive）抑制与混合性抑制。它们之间的差别在于抑制剂和酶的结合方式。从而对恒态动力学参数及值的影响也不同。
1．竞争性抑制作用（competitive inhibition）
这是较常见而重要的可逆性抑制作用。它指抑制剂（Ｉ）和底物（Ｓ）对游离酶（Ｅ）的结合有竞争作用，互相排斥酶分子结合Ｓ就不能结合Ｉ，结合Ｉ就不能结合Ｓ。
竞争抑制作用往往是抑制剂和底物的结构相类似能同时竞争酶的活性中心，使酶活性降低，此外还有些因素可能形成两者和酶的结合互相排斥，所以不可能存在ＩＥＳ三联复合体。
竞争性抑制作用的动力学特点：
(１) 抑制剂和底物的结构相类似能同时竞争酶的活性中心。
*有竞争性抑制剂存在时，Km增大，且Km值随[Ｉ]的增加而增加，称为表现Km。
(２) 抑制程度与[Ｉ]成正比，而与[Ｓ]成反比，故当底物浓度极大时，同样可达到最大应速度。
(３) Km增大，Ｖmax不变
竞争性抑制作用的经典例子
例１．琥珀酸脱氢酶可受丙二酸及草酰乙酸抑制
例２．磺胺药与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶的活性中心，DFH的合成受抑，FH4随之减少。使核酸合成障碍。
磺胺类药物是最型的例子之一。对磺胺敏感的细菌在生长和繁殖时不能利用现成的叶酸，只能利用对氨基苯甲酸等合成二氢叶酸，而磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构类似，竞争结合细菌体内二氢叶酸合成酶，从而抑制细菌生长所必需的二氢叶酸的合成。二氢叶酸可再还原为四氢叶酸，后者是合成核酸所必需的，磺胺抑制了细菌二氢叶酸的合成，使细菌核酸的合成受阻，从而抑制了细菌的生长和繁殖。而人体能直接利用食物中叶酸，故其代谢不受磺胺的影响。因此，研究病原体与人体代谢差异对新药设计具有重大意义（详见抗代谢物一节）。
抗菌增效剂ＴＭＰ可增强磺胺药的药效，因为它的结构与二氢叶酸有类似之处，是二氢叶酸还原酶的强烈抑制剂，它与磺胺药配合使用，可使细菌的四氢叶酸合成受到阻碍，因而严重影响细菌的核酸及蛋白质合成。
利用竞争性抑制是药物设计的根据之一，如抗癌药阿拉伯糖胞苷，５-氟尿嘧啶等都是利用竞争性抑制而设计出来的（详见抗核酸代谢物一节）。
2．反竞争性抑制作用（uncompetitive inhibition）
抑制剂Ｉ不与游离酶Ｅ结合，却和ＥＳ中间复合体结合而成ＥＩＳ，但ＥＩＳ不能释出产物。所以，此种抑制主要影响催化功能，而与底物结合位点无关，为什么称为反竞争性抑制?
由于抑制剂作用于ＥＳ复合物，增加底物浓度[Ｓ]时不能消除抑制，反而抑制作用更强，因为增加了恒态中的ＥＳ，有利于Ｉ的结合。底物浓度远小于Ｋm值时抑制作用不明，故与竞争性抑制相反。
[动力学特点]
(1) 当Ｉ存在时，Ｋm和Ｖmax都减少。
(2)有Ｉ时，Ｋm和Ｖmax都随[Ｉ]的增加而减少。
(3) 抑制程度即与[Ｉ]成正比，也和[Ｓ]成正比。
3．非竞争性抑制作用（non-competitive inhibition）与混合性抑制作用。
底物Ｓ和抑制剂Ｉ与酶的结合完全地互不相关，既不排斥，也不促进，Ｓ可与游离Ｅ结合，也可和ＩＥ复合体结合。同样Ｉ可和游离Ｅ结合，也可和ＥＳ复合物结合，但ＩＥＳ不能释放出产物。[反应模式]
此种抑制既影响酶对底物结合，又阻碍其催化功能，影响程度视Ki及Ki′的大小而定。
如果Ki=Ki′：则Ｖmax值减小而Ki及Ki′不变，通常称为非竞争性抑制。
实际上Ki常不等于Ki′，Km值常出现变化。故一般将其视为竞争性抑制与反竞争性抑制的混合情况，称为混合性抑制。
[动力学特点]
(１) 当不Ｉ存在时，Ｋm不变而Ｖmax减小，Ｋm/Ｖm增大。
(２) Ｖ随[Ｉ]的加大而减小。
(３) 抑制程度只与[Ｉ]成正比，而与[Ｓ]无关。
第四节酶的调节
Regulation of Enzymes
调节的意义是什么?
新陈代谢是生命的特征，人体需不断进行新陈代谢维持生命，新陈代谢过程中的一系列化学反应必须协调进行适合机体需要，并适应内外环境的变化，要达到上述要求就必须调节酶的活性。
酶的调节大体上可分为酶活性调节（涉及酶结构变化）及酶含量调节（与酶的合成降解有关）。
细胞内物质代谢需由一系列酶催化，依次进行连续反应而完成
Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ
当反应总速度改变时，往往并不需要全部酶活性改变而仅限于某些，甚至个别关键酶（Key enzyme）活性变化，就能达到调节该物质代谢的要求。
关键酶常决定代谢的速度和方向。
特点：
(１) 只催化单向不平衡反应，或者是该连续反应中，催化活性最低的限速酶（rate limiting enzyme）。
(２) 常处于代谢的分支点上。
(３) 可以被调节。
一、酶活性调节
（一）酶原与酶原的激活
1．酶原（zymogen）：无活性的酶的前身称为酶原。
2．酶原激活：
指酶原在一定条件下转化成有活性的酶的过程称为酶原激活
3．酶原激活的机制：
分子内肽键的一处或多处断裂，使分子构象发生一定程度的改变，从而形成酶的活性中心（或活性中心暴露），则酶表现出催化活性。
4．酶原激活的意义：
在于避免细胞产生的蛋白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，保证体内代谢的正常进行。
（二）变构酶
1.什么是变构调节（allosteric regulation）？是指某些物质与酶的非催化部位呈非共价结合而改变酶的构象从而改变酶的活性，调节方式方式称为变构调节。
2.什么是变构酶（allosteric enzyme）？指可受变构调节的酶。
3.什么是变构效应剂（allosteric effector）？指导致变构效应的代谢物
如果某效应剂引起的协同效应使酶对底物的亲和力增加，从而加速反应速度，此效应称为变构激活效应。效应剂称为变构激活剂（allosterec activator）。反之为变构抑制剂。
4. 什么是变构部位（allosteric site）？指变构效应剂结合的部位。
1.定义：什么是酶的共价修饰?
酶的共价修饰：是指有些酶，尤其是一些限速酶，在其它酶的作用下，使其结构中某些特殊基团进行可逆的共价修饰（ovalent modification），从而改变其活性。
２.共价修饰的类型：
甲基化和脱甲基化；腺苷化和脱腺苷化；磷酸化与脱磷酸化；乙酰化和脱乙酰化；－SH与－S－S互变。
最常见的化学修饰是磷酸化修饰。
二、酶含量调节——慢速调节
酶的合成与酶降解的相对速率控制着细胞内的酶含量。
由于酶的生物合成受特异转录及翻译过程限制，耗能也较多，属于慢速调节。
（一）酶蛋白合成的诱导与阻遏
多种调节信号能影响有关酶蛋白的合成。
例如：底物浓度能有效地诱导其代谢通路中的限速酶。蛋白质食物增多：尿素循环中有关酶含量普遍增加。
代谢通路的最终产物对限速酶的合成往往具有阻遏作用：如胆固醇阻抑HMG-CoA还原酶合成。
什么是诱导剂？一般在转录水平上促进酶生物合成的化合物。
什么是诱导作用？指诱导剂诱发酶蛋白生物合成的作用。
什么是辅阻遏剂？指在转录水平上减少酶生物合成的物质。
什么是阻遏作用？辅阻遏剂与无活性的阻遏蛋白结合，影响基因的转录，此过程称为阻遏作用。
（二）酶的降解
细胞内各种酶的半寿期相差很大。可以通过改变酶分子的降解速度来调节细胞内酶含量。
三、同工酶（isoenzyme）：
(一) 定义：
在同种生物体内，催化相同的化学反应，但分子结构和理化性质不同的一组酶，称为同工酶。
同工酶由不同基因或等位基因编码的多肽链组成。
也可将同一基因转录生成不同mRNA所翻译出来的不同酶蛋白列入同工酶。
酶蛋白经翻译、修饰后形成的结构差异的一组酶，称为次级同工酶。
(二) 特点：
同工酶的产生主要是基因分化的产物。由于分子结构的差异，虽然催化同一种反应，但其底物专一性与亲和力，甚至酶的动力学都可能存在差异，在代谢过程中的功能也有所不同。
(三) 乳酸脱氢酶同工酶
1．种类
2．分布
3．功能
同工酶虽然催化相同的化学反应，但可有不同功能。
例：心肌富含LDH1（H4）对NAD+有较大亲和力易受丙酮酸抑制。便于心肌利用乳酸氧化供能。
骨骼肌富含LDH5（M4）对NAD+亲和力弱不易受丙酮抑制。有利于骨骼肌产生乳酸。
第五节酶的命名与分类
Classificatio of Enzymes
一、酶的命名
1．习惯命名法
仅用底物命名：例蛋白酶，淀粉酶
底物+反应类型：例乳酸脱氢酶，磷酸丙糖异构酶
底物+来源：例胃蛋白酶，唾液淀粉酶
2．系统命名法
按国际酶学委员会制定的与分类相应的系统命名法。
例：ATP + D-葡萄糖→ADP + D-葡萄糖-6-磷酸
催化该反应的酶为ATP；葡萄糖：磷酸基转移酶
系统命名：EC 2.7.1.1
* ATP：葡萄糖磷酸基转移酶。
二、酶的分类
* EC的含意?
表示：国际酶学委员会制定的分类法
* 酶分为几大类，各类酶的名称及作用?
图4-34 酶的分类
* 已知编号如何能在表上找到该酶
例EC 1.1.1.1 醇脱氢酶
* 如何按顺序记六大类酶
1.氧化还原酶（oxidoreductases）
2.转移酶（transferases）
3.水解酶（hydrolases）
4.裂解酶（lyases）
5.异构酶（isomerases）
6.合成酶（ligases）
氧，转，水，裂，异，合
第六节酶与医学的关系
Relationship of Enzymes and Medicine
一、酶与疾病的关系
（一）酶与疾病的发生
（二）酶与疾病的诊断
（三）酶与疾病的治疗
二、酶在医学上的应用
（一）酶作为试剂用于临床检验
（二）酶作为药物用于临床治疗
（三）酶作为工具用于科学研究和生产
小结
Summary
酶是由活细胞合成的对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。单纯酶是仅由氨基酸残基组成的蛋白质，结合酶除含有蛋白质部分外，还含有非蛋白质辅助因子。辅助因子是金属离子或小分子有机化合物，根据其与酶蛋白结合的紧密程度可分为辅酶与辅基。许多B族维生素参与辅酶或辅基的组成。酶蛋白决定酶促反应的特异性，辅酶（或辅基）参与酶的活性中心，决定酶促反应的性质。
酶分子中一些在一级结构上可能相距很远的必需基团，在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异的结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心。酶促反应具有高效率、高度特异性和可调节性。其催化机理是酶与底物诱导契合形成酶-底物复合物，通过邻近效应、定向排列、多元催化及表面效应等使酶发挥高效催化作用。
酶促反应动力学研究影响酶促反应速度的各种因素，包括底物浓度、酶浓度、温度、pH、抑制剂和激活剂等。底物浓度对反应速度的影响可用米氏方程式表示：Ｖ=Ｖmax[Ｓ]/Ｋ
m+[Ｓ]。
其中，Km为米氏常数，等于反应速度为最大速度一半时的底物浓度，具有重要意义。Vmax和Km 可用米氏方程式的双倒数作图来求取。酶促反应在最适pH和最适温度时活性最高，但它们不是酶的特征性常数，受许多因素的影响。酶的抑制作用包括不可逆性抑制与可逆性抑制两种。可逆性抑制中，竞争性抑制作用的表观Km值增大，Vmax不变；非竞争性抑制作用的Km值不变，Vmax减小，反竞争性抑制作用的Km值和Vmax均减小。
酶活性测定是测量酶量的简便方法。酶活性单位是衡量酶催化活力的尺度，在适宜条件下以单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。在规定条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为1 IU。
机体内对酶的活性与含量的调节是调节代谢的重要途径。体内有些酶以无活性的酶原形式存在，只有在需要发挥作用时才转化为有活性的酶；变构酶是与一些效应剂可逆地结合，通过改变酶的构象而影响其活性的一组酶。多亚基的变构酶具有协同效应，是体内快速调节酶活性的重要方式之一。酶的共价修饰使酶在相关酶的催化下可逆地共价结合某些化学基团，实现有活性酶与无活性酶的互变。这是体内实现对代谢快速调节的另一重要方式。酶量的调节包括酶生物合成的诱导与阻遏，以及对酶降解的调节。同工酶是指催化的化学反应相同，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，是由不同基因或等位基因编码的多肽链，或同一基因转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶在不同的组织与细胞中具有不同的代谢特点。
酶可分为六大类，分别是氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和合成酶类。酶的名称包括系统名称和推荐名称，酶的系统名称按酶的分类而定，每一酶均含有四位数字的编号。
酶与医学的关系十分密切。许多疾病的发生与发展与酶的异常或酶受到抑制有关。血清酶的测定可协助对某些疾病的诊断。许多药物可通过作用于细菌或人体内的某些酶以达到治疗目的。酶可以作为诊断试剂和药物对某些疾病进行诊断与治疗。酶还可作为工具酶或制成固定化酶用于科学研究和生产实践。抗体酶是人工制造的兼有抗体和酶活性的蛋白质；模拟酶是人工合成的具有催化活性的非蛋白质有机化合物。抗体酶和模拟酶均具有广阔的开发前景。