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。