【正文】 病 細(xì)胞色素氧化酶 氰化物中毒 膽堿酯酶 有機(jī)磷中毒 基因工程研究所 肖維威 （ 二） 酶與疾病的診斷 —— 血清酶活性測定 1. 細(xì)胞破壞或細(xì)胞膜通透性增高時，細(xì)胞內(nèi)的酶大量釋放入血 2. 細(xì)胞的轉(zhuǎn)換率增高或細(xì)胞的增殖增快，其特異的標(biāo)志酶可釋放入血 3. 酶的合成及誘導(dǎo)增加 4. 酶的清除受阻 5. 肝功能嚴(yán)重障礙時，某些酶的合成減少 疾病時血液中酶活性異常的原因： 基因工程研究所 肖維威 酶活性測定 ?酶的活性： 是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力 衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速率 。 基因工程研究所 肖維威 在特定的條件下，每分鐘催化 1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際單位。 kat與 IU的換算： 1 IU= 109 kat ? 國際單位 (IU) ? 催量單位 (katal) 酶活性單位 基因工程研究所 肖維威 用于診斷的部分血清酶 酶 主要來源 主要臨床應(yīng)用 淀粉酶 唾液腺 胰腺 卵巢 胰腺疾患 堿性磷酸酶 肝 骨 腸黏膜、腎、胎盤 骨病、肝膽疾患 酸性磷酸酶 前列腺 紅細(xì)胞 前列腺癌、骨病 谷丙轉(zhuǎn)氨酶 肝 心 骨骼肌 肝實質(zhì)疾患 谷草轉(zhuǎn)氨酶 肝 骨骼肌 心 腎 紅細(xì)胞 心肌梗塞 肝實質(zhì)疾患 肌肉病 肌酸激酶 骨骼肌 腦 心 平滑肌 心肌梗塞、肌肉病 乳酸脫氫酶 心 肝 骨骼肌 紅細(xì)胞 心肌梗塞 溶血肝實質(zhì)疾患 血小板 淋巴結(jié) 膽堿脂酶 肝 有機(jī)磷中毒 肝實質(zhì)疾患 基因工程研究所 肖維威 （三）酶與疾病的治療 ? 替代治療： 消化不良 胃酶、胰酶 ? 抗菌治療： 磺胺藥 ? 對癥治療： 預(yù)防血栓形成 尿激酶、鏈激酶、纖溶酶 ? 抗癌治療： MTX抑制 FH2還原酶 基因工程研究所 肖維威 酶的分子結(jié)構(gòu)與功能 1 酶的調(diào)節(jié) 4 酶促反應(yīng)動力學(xué) 3 酶的工作原理 2 酶的命名與分類 5 本 章 內(nèi) 容 基因工程研究所 肖維威 第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)與功能 The Molecular Structure and Function of Enzyme 基因工程研究所 肖維威 酶的不同結(jié)構(gòu)形式 ? 寡聚酶 由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接組成的酶。 基因工程研究所 肖維威 HSCoA NAD+ 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 ? 多酶體系 由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物。 基因工程研究所 肖維威 ? 結(jié)合酶 ： 由蛋白質(zhì)部分和非蛋白質(zhì)部分組成 。 一、 酶的分子組成 蛋白質(zhì)部分： 酶蛋白 （ apoenzyme) 非蛋白質(zhì)部分： 輔助因子 (cofactor) 全 酶 holoenzyme 基因工程研究所 肖維威 全酶的結(jié)構(gòu)與分子組成 基因工程研究所 肖維威 （無催化活性） （無催化活性） （有催化活性） 酶蛋白 ＋ 輔助因子 全 酶 對于結(jié)合酶來說，單獨酶蛋白或輔助因子沒有催化活性， 只有全酶才有催化作用。 輔助因子分類 1（按其化學(xué)本質(zhì)） ? 金屬離子對酶的作用 穩(wěn)定酶的構(gòu)象； 參與催化反應(yīng)，傳遞電子； 在酶與底物間起橋梁作用； 中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。 ?金屬激活酶 金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合 不甚緊密 。 ? 2. 小分子有機(jī)化合物 ： 種類不多， 常含有維生素或維生素類物質(zhì)，尤其是 B族維生素 。 輔基 (prosthetic group): 與酶蛋白結(jié)合 緊密 (形成共價鍵 ) ， 不能用 透析或超濾的方法除去 。 二、酶的活性中心 基因工程研究所 肖維威 酶的活性中心 基因工程研究所 肖維威 必需基團(tuán) (essential group) 酶分子氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中 ， 一些 與酶活性密切相關(guān) 的化學(xué)基團(tuán) 。 基因工程研究所 肖維威 ?活性中心內(nèi)的必需基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán) (binding group) 與底物相結(jié)合 催化基團(tuán) (catalytic group) 催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。 ? 多為氨基酸殘基的疏水基團(tuán)組成的 疏水環(huán)境 ，形成 疏水 “口袋”。 基因工程研究所 肖維威 * 定義 同工酶 (isoenzyme)是指 催化相同的化學(xué)反應(yīng) ，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。 這為同工酶用來診斷不同器官的疾病提供了理論依據(jù)。 基因工程研究所 肖維威 （一）酶促反應(yīng)具有極高的效率 酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高 108～ 1020倍 ，比一般催化劑高 107～ 1013倍 。 ? 酶的轉(zhuǎn)換數(shù) 是指在酶被底物飽和的條件下 ， 每個酶分子每秒鐘將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的分子數(shù) 。 酶的這種特性稱為酶的特異性或 專一性 。 O CN H 2N H 2+ H 2 O 2 N H 3 + C O 2尿 素脲 酶O CN HN H 2+ H 2 O甲 基 尿 素C H 3 脲 酶基因工程研究所 肖維威 相對特異性 酶只作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。 例： L乳酸脫氫酶， 作用于 L乳酸 基因工程研究所 肖維威 （三） 酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性 ?對酶生成與降解 量的調(diào)節(jié) ?酶催化效力的調(diào)節(jié) （活性的調(diào)節(jié)） 酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。這一過程稱為酶 底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說 。 ?反應(yīng)速度取其初速度 ， 即底物的消耗量很小 （ 一般在 5﹪ 以內(nèi) ） 時的反應(yīng)速度 。 基因工程研究所 肖維威 Vmax V [S] Km Vmax/2 矩形雙曲線關(guān)系 一、底物濃度對反應(yīng)速度的影響 基因工程研究所 肖維威 當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時 反應(yīng)速度與底物濃度成正比 V [S] Vmax 基因工程研究所 肖維威 隨著底物濃度的增高 反應(yīng)速度不再成正比例加速 V [S] Vmax 基因工程研究所 肖維威 當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度 反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度 V [S] Vmax 基因工程研究所 肖維威 酶促反應(yīng)模式 —— 中間產(chǎn)物學(xué)說 E + S k1 k2 k3 ES E + P ES: 酶 底物復(fù)合物 中間產(chǎn)物 基因工程研究所 肖維威 ※ 1913年 Michaelis和 Menten推導(dǎo)出反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式 ， 即米－曼氏方程式 ， 簡稱 米氏方程式 。 當(dāng) [S] Km時， V≌ Vmax，反應(yīng)速度達(dá)最大速度， [S]再增高也不影響反應(yīng)速度 。 當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時 Vmax V [S] Km Vmax/2 2 ＝ Km + [S] Vmax Vmax[S] Km＝ [S] （二） Km與 Vmax的意義 基因工程研究所 肖維威 ② Km值是酶的特征性常數(shù)之一 a) 只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與其濃度無關(guān) b) 不同的酶，其 Km值不同，測定 Km可以 作為 鑒別酶 的一種手段 c) Km值： 106~102mol/L 基因工程研究所 肖維威 ③ Km可反應(yīng)酶對底物的親和力 Km值愈 小 ，酶對底物的親和力愈 大 Km值愈 大 ，酶對底物的親和力愈 小 一種酶有幾種不同的 Km值時， Km值最小的底物是天然底物或是 最適底物 。 Vmax =k3 [E] 意義： 如果酶的總濃度已知，可從 Vmax計算 酶的轉(zhuǎn)換數(shù) (turnover number) ，即動力學(xué)常數(shù) k3。 ? 反過來，也可以根據(jù)已知的底物濃度，求出該條件下的反應(yīng)速度。 ? 關(guān)系式為： V = K3 [E] 0 V [E] 當(dāng) [S][E]時， Vmax = k3 [E] 酶濃度對反應(yīng)速度的影響 二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響 ?雙重影響 ?最適溫度 (optimum temperature)： 酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度。C 溫度對淀粉酶活性的影響 三、溫度對反應(yīng)速度的影響 ?最適 pH (optimum pH)： 酶催化活性最大時的環(huán)境 pH。 ? 區(qū)別于酶的變性 ? 抑制劑對酶 有一定選擇性 ? 變性劑對酶沒有選擇性 五、抑制劑對反應(yīng)速度的影響 基因工程研究所 肖維威 ? 抑制作用的類型 不可逆性抑制 (irreversible inhibition): 抑制劑通常以 共價鍵 與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活；抑制劑不能用透析、超濾等方法除去。 基因工程研究所 肖維威 (一 ) 不可逆性抑制作用 ? 舉例 有機(jī)磷化合物 ?? 羥基酶 解毒 解磷定 (PAM) 重金屬離子及砷化合物 ?? 巰基酶 （ Hg2+、 Ag+