【正文】 機(jī)體通過改變調(diào)節(jié)酶的活性或誘導(dǎo) 、 阻遏酶的生物合成 ， 可實現(xiàn)細(xì)胞代謝水平的調(diào)節(jié)；物質(zhì)代謝的整體調(diào)節(jié)和激素水平的調(diào)節(jié)最終也都是通過影響酶促反應(yīng)速率實現(xiàn)的 。 目 錄 一、調(diào)節(jié)酶的活性可受別構(gòu)效應(yīng)劑的調(diào)節(jié) （一）別構(gòu)效應(yīng)劑與別構(gòu)酶結(jié)合引發(fā)酶的構(gòu)象改變 ?別構(gòu)調(diào)節(jié) (allosteric regulation) 一些代謝物可與某些酶分子 活性中心外 的某部分可逆地結(jié)合 ， 使 酶構(gòu)象改變 ， 從而改變酶的催化活性 ， 此種調(diào)節(jié)方式稱別構(gòu)調(diào)節(jié) 。 目 錄 別構(gòu)酶 （ allosteric enzyme）： 能發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)的酶 別構(gòu)效應(yīng)劑 （ allosteric effector）： 能引起酶發(fā)生構(gòu)象改變的化合物 調(diào)節(jié)部位 （ regulatory site）： 別構(gòu)效應(yīng)劑與酶結(jié)合的部位 別構(gòu)酶也有兩種構(gòu)象形式 ， 緊縮態(tài) (tense state, T state)和 松弛態(tài) (relaxed state, R state)。 T態(tài)和 R態(tài)對底物的親和力或催化活性不同 ， 別構(gòu)效應(yīng)劑就是通過引起酶 R態(tài)與 T態(tài)的互變 ， 改變酶的催化速率 。 目 錄 （二）別構(gòu)效應(yīng)劑可引起別構(gòu)酶分子中各亞基間的協(xié)同作用 亞基的構(gòu)象改變可以相互影響，發(fā)生 協(xié)同效應(yīng)。（ cooperativity） 正協(xié)同效應(yīng) （ positive cooperativity） 后續(xù)亞基的構(gòu)象改變增加其對別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來越容易。 負(fù)協(xié)同效應(yīng) （ negative cooperativity） 后續(xù)亞基的構(gòu)象改變降低酶對別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力，使效應(yīng)劑與酶的結(jié)合越來越難 。 目 錄 同種協(xié)同效應(yīng)（ homotropic cooperativity） 別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加或降低后續(xù)亞基對同種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。 異種協(xié)同效應(yīng)（ heterotropic cooperativity） 別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加或降低后續(xù)亞基對他種別構(gòu)效應(yīng)劑的親和力。 目 錄 別構(gòu)效應(yīng)劑引起的構(gòu)象改變增加酶對底物的親和力 ， 這種現(xiàn)象 （ 屬于異種正協(xié)同效應(yīng) ） 稱為別構(gòu)激活作用 （ allosteric activation） 。 此別構(gòu)效應(yīng)劑稱為 別構(gòu)激活劑 （ allosteric activator） 引起酶對底物親和力降低的現(xiàn)象 （ 屬于異種負(fù)協(xié)同效應(yīng) ） 稱為 別構(gòu)抑制作用 （ allosteric inhibition） 。 此別構(gòu)效應(yīng)劑稱為 別構(gòu)抑制劑（ allosteric inhibitor） 目 錄 （三）別構(gòu)酶的動力學(xué)不遵守米 曼氏方程 正協(xié)同效應(yīng)的底物濃度 反應(yīng)速率曲線為 S形曲線 負(fù)協(xié)同效應(yīng)的底物 速率曲線外形類似矩形雙曲線 ， 但不是矩形雙曲線 目 錄 二、一些調(diào)節(jié)酶可在催化方向相反的兩種酶的作用下發(fā)生共價修飾 （一）磷酸化與去磷酸化是最常見的共價修飾方式 共價修飾 (covalent modification)或 化學(xué)修飾 (chemical modification) 酶分子中的某些基團(tuán)可在其他酶的催化下 ，共價結(jié)合某些化學(xué)基團(tuán)；同時又可在另一種酶的催化下 ， 將此結(jié)合上的化學(xué)基團(tuán)去掉 ， 從而影響酶的活性 。 目 錄 酶的共價修飾種類： 1. 磷酸化（ phosphorylation） 和去磷酸化（ dephosphorylation） 2. 甲基化（ methylation） 和去甲基化（ demethylation） 3. 腺苷化（ adenylation） 和去腺苷化（ deadenylation） 4. 尿苷化 (uridylation) 和去尿苷化（ deuridylation） 磷酸化和去磷酸化修飾是最常見的共價修飾 目 錄 酶的磷酸化與脫磷酸化 OH Thr Ser Tyr 酶蛋白 H2O Pi 磷蛋白磷酸酶 ATP ADP 蛋白激酶 Thr Ser Tyr OPO32 酶蛋白 目 錄 （二）共價修飾可引起級聯(lián)放大效應(yīng) 在一個連鎖反應(yīng)中，一個酶被磷酸化或去磷酸化激活后，后續(xù)的其他酶可同樣的依次被其上游的酶共價修飾而激活，引起原始信號的放大，這種多重共價修飾的連鎖反應(yīng)稱為 級聯(lián)反應(yīng) （ cascade reaction）。 級聯(lián)反應(yīng)的主要作用是產(chǎn)生快速、高效的 放大效應(yīng) 。 目 錄 三、酶原需經(jīng)激活后才具有催化活性 ?酶原 (zymogen) 有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。 ?酶原的激活 在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程。 目 錄 ? 酶原激活的原理 酶 原 分子構(gòu)象發(fā)生改變 形成或暴露出酶的活性中心 一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽 在特定條件下 目 錄 賴 纈 天 天 天 天 甘 異 賴 纈 天 天 天 天 纈 組 絲 S S S S 46 183 甘 異 纈 組 絲 S S S S 腸激酶 胰蛋白酶 活性中心 胰蛋白酶原的激活過程 目 錄 酶原 激活因子 激活途徑 胃蛋白酶原 H+或胃蛋白酶 胃蛋白酶 + 六肽 胰蛋白酶原 腸激酶、胰蛋白酶 胰蛋白酶 + 六肽 胰凝乳蛋白酶原 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 + 2個二肽 彈性蛋白酶原 胰蛋白酶 彈性蛋白酶 + 幾個肽段 羧基肽酶原 胰蛋白酶 羧基肽酶 + 幾個肽段 消化蛋白酶原的激活 目 錄 ? 酶原激活的生理意義 避免細(xì)胞產(chǎn)生的酶對細(xì)胞進(jìn)行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)行。 有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。 目 錄 第五節(jié) 酶與醫(yī)學(xué) Enzymes and Medical Sciences 目 錄 一、酶與疾病的發(fā)生、診斷及治療密切相關(guān) （一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān) 1．酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一 酪氨酸酶缺乏引起白化??；苯丙氨酸羥化酶缺乏引起苯丙酮酸尿癥。 2．酶原異常激活和酶活性異常改變可引起疾病 胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。 3．一些疾病可以引起酶活性的改變 嚴(yán)重肝病時可因肝合成的凝血因子減少而影響血液凝固。 目 錄 （二）體液中酶的活性可作為疾病的診斷指標(biāo) 2. 惡性腫瘤可因腫瘤組織的增殖加快，其標(biāo)志酶釋放入血增多，有助于對該組織腫瘤的診斷。 前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。 1. 組織器官損傷可使其組織特異性的酶釋放入血，有助于對此組織器官疾病的診斷。 急性肝炎時，血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性升高。 3. 有些酶的清除和排泄障礙也可造成血清含量升高。 肝硬化時血清堿性磷酸酶活性升高。 4. 酶的誘導(dǎo)合成增多也可以從血清中檢測出來，用于協(xié)助診斷和預(yù)后判斷。 膽管阻塞時膽汁返流可刺激肝合成堿性磷酸酶增多。 目 錄 （三）酶作為藥物可用于疾病的治療 1．有些酶作為助消化的藥物 消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以糾正。 3．有些酶具有溶解血栓的療效 鏈激酶、尿激酶及纖溶酶等溶解血栓，用于治療心、腦血管栓塞等。 胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等可加強(qiáng)傷口的凈化、抗炎和防止?jié){膜粘連等。在某些外敷藥中加入透明質(zhì)酸酶可以增強(qiáng)藥物的擴(kuò)散作用。 目 錄 （四）有些藥物通過抑制或激活體內(nèi)某種酶的活性起治療作用 一些藥物通過抑制某些酶的活性，糾正體內(nèi)代謝紊亂。如抗抑郁藥通過抑制單胺氧化酶而減少兒茶酚胺的滅活，治療抑郁癥。洛伐他汀通過競爭性抑制 HMGCoA還原酶的活性，抑制膽固醇的生物合成，降低血膽固醇。給新生兒服用苯巴比妥可誘導(dǎo)肝細(xì)胞 UDP葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶的生物合成，減輕新生兒黃疸，防止出現(xiàn)膽紅素腦病。 目 錄 二、酶作為試劑可用于生物化學(xué)分析 （一）有些酶可作為酶偶聯(lián)測定法中的指示酶或輔助酶 當(dāng)有些酶促反應(yīng)的底物或產(chǎn)物不能被直接測定時，可偶聯(lián)另一種或兩種酶，使初始反應(yīng)產(chǎn)物定量地轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的某種產(chǎn)物，從而測定初始反應(yīng)的底物、產(chǎn)物或初始酶活性。這種方法稱為酶偶聯(lián)測定法。 若偶聯(lián)一種酶，這個酶即為指示酶（ indicator enzyme）；若偶聯(lián)兩種酶，則前一種酶為輔助酶（ auxiliary enzyme），后一種酶為指示酶。 目 錄 葡 萄 糖 葡 糖 氧 化 酶葡 萄 糖 酸 O 2 + H 2 O H 2 O 2過 氧 化 物 酶 （ 指 示 酶 ）H 2 O4 氨 基 安 替 比 林 + 苯 酚 紅 色 醌 類 化 合 物（ 5 0 5 n m 處 有 吸 收 ）葡糖氧化酶法測定血糖時，過氧化物酶為指示酶。 目 錄 （二）有些酶可作為酶標(biāo)記測定法中的標(biāo)記酶 酶聯(lián)免疫吸附測定（ enzymelinked immunosorbent assays， ELISA）法就是利用抗原抗體特異性結(jié)合的特點，將標(biāo)記酶與抗體偶聯(lián)，對抗原或抗體做出檢測的一種方法。 常用的標(biāo)記酶：辣根過氧化物酶 堿性磷酸酶 葡萄糖氧化酶 βＤ 半乳糖苷酶 目 錄 （三）多種酶成為基因工程常用的工具酶 多種酶已常規(guī)用于基因工程操作過程中。例如，Ⅱ 型限制性內(nèi)切核酸酶、 DNA連接酶、逆轉(zhuǎn)錄酶、DNA聚合酶等。 目 錄 三、酶工程是對酶進(jìn)行改造的新型應(yīng)用技術(shù) 酶工程 （ enzyme engineering） 是利用化學(xué)的和基因工程方法對酶的結(jié)構(gòu) 、 理化性質(zhì)進(jìn)行改造 ，或研發(fā)新的酶分子 ， 使之具有更高的催化效率 、 高度穩(wěn)定性 ， 更容易提取與純化 ， 便于工業(yè) 、 農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域應(yīng)用的一門技術(shù) 。 酶工程方法 化學(xué)工程 通過基因重組技術(shù)對酶進(jìn)行修飾、改造或再設(shè)計 目 錄 （一）有些酶可通過化學(xué)工程手段進(jìn)行改造 1．固定化酶是固相酶 固定化酶 （ immobilized enzyme） 是將水溶性酶用物理或化學(xué)方法處理 ， 將其固定于有機(jī)或無機(jī)物的介質(zhì)上 ， 或包埋于某種膜中 ， 使之成為不溶于水的 、 穩(wěn)定的 、 可以反復(fù)使用的固態(tài)酶 。 固定化酶可以裝柱 ， 這樣 ， 固定化酶不但具有酶的高催化效率和高特異性 ， 而且還具有類似離子交換層析和親和層析的優(yōu)點 ， 反應(yīng)自動化 、連續(xù)化 、 管道化 。 目 錄 2．抗體酶是具有酶活性的抗體 抗體酶（ abzyme） 是人工制造的具有催化活性的單克隆抗體。 根據(jù)酶底物的過渡態(tài)與酶的活性中心密切結(jié)合并易于生成產(chǎn)物的特性，設(shè)計出過渡態(tài)分子的類似物，并以此作為抗原，接種于動物體內(nèi)使之產(chǎn)生相應(yīng)的抗體。該抗體既然能與過渡態(tài)類似物相互適應(yīng)并結(jié)合，也就有可能具有催化過渡態(tài)反應(yīng)的酶活性。這種具有酶活性的抗體，稱為抗體酶或催化性抗體（ catalytic antibody）。 目 錄 3．對酶活性中心必需基團(tuán)的化學(xué)修飾可改變酶的催化性質(zhì) 通過對酶活性中心的某一必需基團(tuán)的化學(xué)修飾，改變酶的催化性質(zhì)。這種酶即保持酶蛋白的理化性質(zhì)和穩(wěn)定性，又可使其具有人們預(yù)想的催化目的。 目 錄 4．模擬酶是人工合成的具有催化作用的非蛋白質(zhì)有機(jī)化合物 利用有機(jī)合成的方法合成的具有底物結(jié)合部位和催化部位的非蛋白質(zhì)有機(jī)化合物稱為 模擬酶 （ mimic enzyme） 。 模擬酶具有天然酶的高效 、 特異催化作用 。由于模擬酶是小分子的穩(wěn)定的化合物 ， 應(yīng)用方便 。 同時 ， 模擬酶還克服了天然酶提取純化的復(fù)雜性 、 耗材多 、 產(chǎn)量低 、 酶的不穩(wěn)定性 、 生物大分子在應(yīng)用上的抗原性等許多不便 。 目 錄 （二）基因工程是對酶一級結(jié)構(gòu)的修飾 酶的基因工程是利用重組 DNA技術(shù)對酶一級結(jié)構(gòu)的修飾，以發(fā)現(xiàn)催化活性更高、更穩(wěn)定的可以大量生產(chǎn)的酶。 酶的基因工程方法 理論性再設(shè)計 （ rational redesign） 直接演化 （ directed evolution） 在準(zhǔn)確了解和掌握酶的結(jié)構(gòu)、功能和催化機(jī)制的基礎(chǔ)上，采用定點突變改變酶蛋白的氨基酸序列。