生命的基本特征之一是新陈代谢

生命的基本特征之一是新陈代谢 第三章 酶(Enzyme) 生命的基本特征之一是新陈代谢，它由成千上万个化学反应组成。这些化学反应几乎都是在特异的生物催化剂催化下进行的。迄今已发现两类化学本质不同的生物催化剂:酶与核 E)是由活细胞合成的具有催化作用的蛋白质，是生物体内催化各种代谢酶。酶(enzyme， 反应最主要的催化剂;核酶(ribozyme)是有高效、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。本章主要讨论化学本质为蛋白质的生物催化剂。 酶所催化的反应称为酶促反应。在酶促反应中，受酶催化的物质称为底物(substrate，S);反应的生成物称为产物(product，P);酶所具有的催化能力称为酶活性;如果酶丧失催化能力称为酶失活。 生命活动与酶的催化作用密切相关。人体的许多疾病与酶的异常有关，许多药物也通过酶的作用来达到治疗的目的，可以说没有酶就没有生命。 第一节 概述 酶是蛋白质，具有蛋白质的分子组成和各级结构。只由一条多肽链组成的酶称为单体酶;由多个相同或不同亚基经非共价键连接组成的酶称为寡聚酶;由几种不同功能的酶彼此聚合形成的复合体称多酶体系;还有一些多酶体系由于进化过程中基因的融合，使得一条多肽链具有多种不同的催化功能，这类酶称为多功能酶或串联酶。 一、酶的分子组成 酶按其化学组成不同可分为单纯酶和结合酶。 1.单纯酶 为单纯蛋白质，只由氨基酸组成。催化水解反应的酶属于此类酶，如蛋白酶、脂肪酶、核糖核酸酶和淀粉酶等。 2.结合酶 为结合蛋白质，由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。前者称为酶蛋白，后者称为辅助因子。酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶。酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化活性，只有结合在一起构成全酶后才有催化活性。 辅助因子包括金属离子或小分子有机化合物。金属离子最多见，体内约2/3的酶含有金属离子。有的金属离子与酶蛋白结合紧密，提取时不易丢失，这类酶称金属酶。有的金属离子虽为酶活性所必需，却不与酶直接结合，而是通过底物相连接，这类酶称金属激活酶。金属离子的作用是多方面的，或为稳定酶分子构象所必需;或作为连接酶与底物的桥梁;或中和阴离子，降低反应中的静电斥力;或作为酶活性中心的催化基团参与催化反应、传递电子等。 小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，其分子结构中常含有维生素或维生素类物质,主要是B族维生素。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或基团等。 辅助因子根据其与酶蛋白结合的紧密程度及作用特点不同可分为辅酶与辅基。与酶蛋白结合疏松，用透析或超滤的方法能够将其与酶蛋白分离的称为辅酶;反之，与酶蛋白结合紧密，用透析或超滤的方法不能将其与酶蛋白分离的称为辅基。金属离子多为酶的辅基，小分 ++子有机化合物有的属于辅酶(NAD、NADP等)，有的属于辅基(FAD、FMN等)。 体内酶的种类很多，辅助因子种类相对较少。一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合构成一种特异性酶，而一种辅助因子却能和多种酶蛋白结合构成多种不同的特异性酶。其中酶蛋白决定酶的特异性，辅助因子决定酶促反应的类型。 二、酶的分类与命名 (一)酶的命名 1.习惯命名法 根据酶催化的底物、反应性质以及酶的来源命名。习惯命名法简单，使用时间长，但缺乏系统性。 2. 系统命名法 国际酶学委员会以酶的分类为依据于1961年提出了系统命名法。规定 每一种酶均有一个系统名称。它标明了酶的所有底物与反应性质，底物名称之间用“:”分隔。系统命名法虽然合理，但名称过长，过于复杂。为了应用方便，国际酶学委员会又从每种酶的数个习惯名称中选定一个简便实用的推荐名称。 (二)酶的分类 根据国际酶学委员会(IEC)的规定，按照酶促反应性质酶可分为6大类: 1(氧化还原酶类 2(转移酶类 3(水解酶类 4(裂解酶类 5(异构酶类 6(合成酶类(或连接酶类) 国际酶学委员会还根据酶所催化的化学键的特点和参加反应的基团的不同，将上述每一大类又进一步分为亚类、亚亚类。每种酶的分类编号均由4个数字组成，数字前冠以EC。编号中第1个数字示该酶属于哪一大类酶;第2个数字表示该酶属于哪一亚类;第3个数字表示亚-亚类;第四个数字是此酶在亚-亚类中的排序。每个数字之间用“•”分隔。如乳酸脱氢酶的编号为1•1•1•27。 第二节 酶催化作用的特点 酶与一般催化剂有相同之处，微量即能加速化学反应进行且在反应前后不发生质与量的改变;只能催化热力学允许进行的化学反应;只能缩短反应到达平衡所需的时间，而不能改变平衡点等。然而，酶是生物催化剂，酶促反应又有其特点。 一、高度的催化效率 820713酶具有极高的催化效率，通常比非催化反应高10,10倍，比一般催化剂高10,10倍。 +12例如，脲酶催化尿素的水解速度是H的7×10倍。 二、高度的特异性 酶对其作用底物的选择性称为酶的特异性或酶的专一性(specificity)。即一种酶只能作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并产生一定的产物。根据酶对底物选择的严格程度不同，可将酶的特异性分为三种类型: 1(绝对特异性 一种酶只催化一种底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物，这种特异性称为绝对特异性。 2(相对特异性 有的酶能作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的选择性称为相对特异性。如脂肪酶既能水解脂肪也能水解简单的酯。 3(立体异构特异性 一种酶仅作用于底物立体异构体中的一种，这种选择性称为立体异构特异性。如L-氨基酸氧化酶只对L-氨基酸起作用，对D-氨基酸不起作用。 三、酶催化活性的可调节性 生物体内的物质代谢错综复杂，但却能适应内外环境的变化和生命活动的需要。这是因为生物体在长期进化过程中，逐步形成了对酶促反应精确的调控机制。主要是通过对酶结构和酶含量的改变来调节酶的活性，使体内各种代谢途径能适应生理功能的需要有条不紊地进行。如果体内酶活性的调控异常，物质代谢将会发生紊乱，则会产生疾病甚至死亡。 四、酶活性的不稳定性 酶的化学本质是蛋白质，具有蛋白质的理化性质。凡能使蛋白质变性的理化因素都能使酶蛋白变性失活。因此酶对环境因素的变化非常敏感，如温度、pH和抑制剂等，表现出高度的不稳定性。 第三节 酶的结构与功能 一、酶的活性中心 酶分子中存在有许多化学基团，但并不都与酶活性有关，其中与酶活性密切相关的基团称为酶的必需基团。常见的必需基团有丝氨酸和苏氨酸残基上的羟基、组氨酸残基上的咪唑基、半胱氨酸残基上的巯基、酸性氨基酸残基上的羧基和碱性氨基酸残基上的氨基等。这些 必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，形成具有特定空间结构的区域。这个存在酶分子表面由必需基团集中构成的具有特定空间结构的区域，是酶与底物特异性结合并催化底物转化为产物的部位，称为酶的活性中心。结合酶的辅酶或辅基参与构成活性中心。 酶活性中心内的必需基团可分为结合基团与催化基团。结合基团直接与底物结合;催化基团催化底物发生化学反应并将其转变为产物。有些必需基团可同时具有这两方面的功能。还有一些必需基团位于活性中心以外，但却是维持酶活性中心特定的空间结构所必需的，这些基团称为酶活性中心外的必需基团。活性中心是酶发挥特异催化作用的关键部位，如果酶的活性中心破坏或被某些物质占据，酶则丧失催化活性。 二、酶原与酶原的激活 有些酶在细胞内合成或初分泌时无催化活性，必须在一定的条件下才能转变为有活性的酶。这种无活性的酶的前身物称酶原(zymogen)。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。 酶原激活的实质就是酶的活性中心形成或暴露的过程。如胰蛋白酶原在胰腺内合成和初 2+分泌时，以无活性的酶原形式存在，当其随胰液进入小肠后，在Ca存在下受肠激酶的作用，从N端水解掉一个六肽，分子构象发生了改变，形成了活性中心，胰蛋白酶原转变成有催化活性的胰蛋白酶。 酶原的激活具有重要的生理意义:避免细胞产生的蛋白酶对自身进行消化，使酶在特定部位和环境中发挥催化作用。如消化腺的蛋白水解酶以酶原的形式分泌。临床上急性胰腺炎就是因为某些原因引起胰蛋白酶原等在胰腺组织被激活所致。此外，酶原可视为酶的贮存形式。如参与凝血和纤维蛋白溶解的酶类以酶原形式存在血液中，从而保证血流畅通。一旦需要便迅速转化为有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。 三、同工酶 同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫学性质不同的一组酶。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织中，甚至存在于同一细胞的不同亚细胞结构中，在代谢调节中起重要作用。同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链组成。现已发现500多种酶具有同工酶，如乳酸脱氢酶(LDH)、已糖激酶、肌酸激酶等。 同工酶多为寡聚酶。如乳酸脱氢酶是4聚体酶，由骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)2种亚基构成。其亚基按不同比例组成了五种同工酶，即LDH、LDH、LDH、LDH和LDH，12345其在电场中电泳速度依次递减。 LDH分布广泛，但在不同组织器官中的含量与分布比例不同，使得不同的组织与细胞具有不同的代谢特点及同功酶谱。如LDH在心肌细胞中含量最高，主要催化乳酸脱氢生成丙1 酮酸，有利于心肌细胞利用乳酸氧化供能;而LDH在骨骼肌细胞中含量丰富，主要催化丙5 酮酸还原为乳酸，有利于骨骼肌进行糖酵解。 同工酶测定已成为临床诊断的一个重要组成部分。当某组织病变时，存在这些组织中的某种特殊的同工酶就会释放出来，使同工酶谱发生改变，测定血清中相应同工酶谱能较准确地反映病变的部位和损伤程度，有助于疾病诊断。如正常血清LDH活性高于LDH，心肌梗21死时细胞内LDH大量释放到血液，使血清中LDH活性高于LDH，而肝病时LDH活性升高。 1125 四、酶活性的调节 物质代谢由许许多多代谢途径组成。代谢途径就是一系列连续的酶促反应过程。正常情况下代谢途径的速度和方向受到精细地调控，能适应内外环境的变化有条不紊地进行。体内各种代谢途径的主要是对代谢途径中关键酶(key enzymes)的调节。关键酶催化的反应速度最慢，又称为限速酶(limiting velocity enzymes)。限速酶催化单向反应或不平衡反应， 其活性控制着整个代谢途径的速度和方向。酶的调节包括酶活性和酶含量的调节，其中酶活性的调节有变构调节和化学修饰调节2种。 (一)变构调节 体内一些代谢物质可与酶的活性中心以外的某一部位可逆地结合，使酶的空间构象发生改变，进而改变酶的活性。这种调节方式称为变构调节，又称为别位调节。受变构调节的酶称为变构酶(或别位酶)，导致变构调节的代谢物称为变构效应剂，其中使酶活性增强的称变构激活剂，使酶活性降低的称变构抑制剂。体内代谢途径的关键酶大多属于变构酶，受代谢物的变构调节。 变构酶通常是由多个亚基组成的寡聚酶。其中与底物结合起催化作用的亚基称为催化亚基;与变构效应剂结合起调节作用的亚基称为调节亚基;有的效应剂与底物可结合在同一亚基的不同部位，分别称为调节部位与催化部位。变构效应剂通过非共价键与调节亚基结合，引起酶的构象改变(如亚基的聚合或解聚、亚基间结合变得疏松或紧密)，从而使酶的活性受到激活或抑制，从而改变物质代谢的速度和方向。 (二)共价修饰调节 酶蛋白肽链上的某些基团可在酶的催化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的共价修饰或化学修饰。共价修饰调节的方式有磷酸化与脱磷酸、乙酰化与脱乙酰、腺苷化与脱腺苷、甲基化与脱甲基以及-SH与-S-S-的互变等。其中最常见的是磷酸化与脱磷酸化。酶的磷酸化与脱磷酸化反应是不可逆反应，分别由蛋白激酶和磷蛋白磷酸酶催化。作用快、效率高，使体内快速调节的另一种重要方式。 五、酶催化作用机制 (一)活化分子与活化能 酶和一般催化剂能加速化学反应进行，是因为它们都能降低反应的活化能。在任何一个热力学允许的反应体系里，底物分子所含能量的平均水平较低。在反应的每一瞬间，并非所有分子都能发生反应，只有那些所含能量较高，达到或超过一定能量水平的分子才能发生反应，这种分子称为活化分子。底物分子转变为活化分子所需的能量称为活化能(activation energy)。化学反应速度取决于反应体系中活化分子的数目，活化分子越多，反应越快。酶能通过其特有的机制，比一般催化剂更大幅度地降低反应所需活化能，使底物分子只需较少的能量便可转变为活化分子，表现出极高的催化效率。 (二)诱导契合学说 1.酶-底物复合物的形成与诱导契合假说 该学说认为，酶在发挥催化作用前必须先与底物结合，生成酶-底物复合物即中间产物(ES)，然后底物在酶分子某些基团的作用下发生变形，处于不稳定的过渡态，易受酶的攻击，只需较少的能量便可进入活化状态，底物迅速转变为产物，并释放出酶，此为中间产物学说。可用反应式表示: E ， S ? ES ? E ， P 酶 底物 中间产物 酶 产物 酶与底物的结合并不是简单的锁与匙的机械关系。酶在与底物结合前，它们的结构并不一定完全吻合，但当它们相互接近时，其结构相互诱导，相互变形和相互适应，进而相互结合形成ES，从而催化底物转变为产物。这一过程称为诱导契合假说。 2(酶降低活化能的机制 ?临近效应与定向排列:底物在进行化学反应时，必须以正确的方向相互碰撞，才有可能发生反应。酶在反应中将各种底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系，将分子间的反应变成分子内的反应，加速反应进行。 ?多元催化: 一般催化剂通常只有一种解离状态，或酸催化或碱催化。酶是两性电解质， 并含有多种具有不同解离常数的功能基团，因此一种酶常常兼有酸、碱等多元催化作用。这种多功能基团的协同作用使酶的催化效率大大的提高。 ?表面效应: 酶的活性中心内部有许多疏水性基团，常形成疏水性“口袋”。这种疏水的环境可排除水分子对酶和底物之间相互作用的干扰或排斥，防止在底物和酶之间形成水化膜，有利于酶与底物的密切接触。 第四节 影响酶催化作用的因素 影响酶促反应速度的因素主要有底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂和抑制剂等。当研究某一因素对酶促反应速度的影响时，应保持反应体系中的其他因素不变，单独变动待研究的因素。酶促反应速度通常是指酶促反应的初速度，此时反应近乎单向进行。 一、底物浓度对反应速度的影响 底物浓度对酶促反应的影响呈矩形双曲线关系。当底物较低时，增加底物浓度，反应速度随底物浓度的增加而增加，两者呈正比关系;随着底物浓度进一步增加，反应速度随之增加，但不再呈正比系;随着底物浓度进一步增加，反应速度随之增加，但不再呈正比关系，增加的幅度逐渐变小;当底物浓度增加到一定程度时，继续增加底物浓度，反应速度不再增加，此反应速度称为最大反应速度。 这种现象可用中间产物学说解释。在酶促反应中产物的生成量与中间产物的浓度呈正比。当底物浓度很低时，酶的活性中心没有全部与底物结合，增加底物浓度，由于中间产物生成增多，产物的生成也增加，故反应速度加快。当底物浓度增高到一定浓度时，酶的活性中心已被底物饱和，此时再增 加底物浓度，由于中间产物生成增多，产物的生成也增加，故反应速度加快。当底物浓度增高到一定浓度时，酶的活性中心已被底物饱和，此时再增加底物浓度，中间产物不再增加，反应速度趋于恒定。所有的酶均有饱和现象，只是达到饱和时所需的底物浓度不同而已。 (一)米-曼氏方程式 1913年L.Michaelis和M.L.Menten提出了反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即著名的米-曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation): V[S]max ,VK，[S]m (二)K与V的意义 mmax 1(K值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，其单位为mol/L。当Vm ,1/2V时，代入米氏方程得: max V[S]max1Vmax,2，[S]mK ,[S]mK 2(K值是酶的特征性常数之一，K只与酶的结构、酶催化的底物和反应环境(如pH、mm 温度等)有关，与酶的浓度无关。 3(K可用来表示酶对底物的亲和力。K值愈小，表示达到最大反应速度时所需的底物mm 浓度愈低，酶与底物的亲和力愈大。反之，K值愈大，酶与底物的亲和力则愈小。4. K值mm可用来判断酶的天然底物或最适底物。如果一种酶同时有几种底物时，对每一种底物都有特定的K，其中K最小的底物则是该酶的天然底物或最适底物。 mm 5. V是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比。 max 二、酶浓度的影响 在酶促反应体系中，当底物浓度大大超过酶浓度足以使酶饱和时，反应速度与酶浓度呈正比关系。即酶浓度越大，反应速度越大。 三、温度反应速度的影响 温度对酶促反应速度具有双重影响。升高温度一方面使酶促反应速度加快;同时也使酶蛋白变性加速，使反应速度减慢。综合这两方面因素，使酶促反应速度最快时的环境温度称为酶的最适温度。温血动物体内酶的最适温度多在35,40?之间。 环境温度低于最适温度时，升高温度加快反应速度这一效应起主导作用。温度每升高10?，反应速度可加快1,2倍。环境温度高于最适温度时，升高温度，反应速度则因酶蛋白变性而减慢。温度升高到60?以上时，大多数酶开始变性;80?时，多数酶的变性不可逆转。 低温使酶的活性降低但并不使酶破坏。温度回升后，酶又能恢复活性。临床上低温麻醉就是利用酶的这一特性来降低组织细胞的代谢速度，提高患者在手术期间对营养物质和氧缺乏的耐受力。此外，酶、疫苗等生物制剂则需要低温保存，以防止酶变性失活。 酶的最适温度不是酶的特征性常数，可随反应时间的缩短而提高。 四、pH反应速度的影响 酶促反应速度受环境pH的影响。在不同的pH条件下，酶分子中特别是酶活性中心内的必需基团解离状态不同，因此会影响到活性中心的空间构象，进而影响酶的活性。此外底物和辅酶的解离状态也受环境pH的影响，从而影响酶与底物的结合，影响酶发挥催化作用。只有在某一pH条件下，酶、底物和辅酶处于最佳的解离状态，最适宜它们互相结合，酶催化活性最大，此环境pH称为酶的最适pH 。 最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液的种类与浓度及酶的纯度等因素影响。溶液的pH高于或低于最适pH，酶活性均降低，偏离越远，酶活性降低越明显，过酸或过碱都会使酶变性失活。因此测定酶活性时常应用缓冲液以维持溶液pH的稳定。 不同的酶最适pH不同，体内大多数酶的最适pH接近中性。但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH约为1.8，肝精氨酸酶最适pH为9.8。 五、激活剂的影响 使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称酶的激活剂(activator)。激活剂包 2++括金属离子(Mg、K等)和小分子有机物(胆汁酸盐等)。有的激活剂是酶促反应必不可少的，如果缺乏酶将没有活性，此类激活剂称为必需激活剂。大多数金属离子属此类。有些激活剂当它们不存在时，酶仍有催化活性，但活性较低，加入激活剂后，酶的催化活性显著提 -高，此类激活剂称为非必需激活剂。如胆汁酸盐对胰脂肪酶的激活。Cl是唾液淀粉酶的非必需激活剂。 六、抑制剂的影响 凡能使酶活性降低而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂(inhibitor,I)。其抑制作用可分为不可逆性抑制与可逆性抑制两类。 (一)不可逆性抑制 此类抑制剂与酶活性中心上的必需基团以共价键结合，使酶失去活性，用透析、超滤等方法不能将其去除，酶活性难以恢复。这种抑制作用称为不可逆抑制。例如农药1059、敌百虫、敌敌畏等有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基结合，使酶失活。造成乙酰胆碱在体内积蓄，出现胆碱能神经过度兴奋而出现一系列中毒症状。解磷定能与有机磷杀虫剂结合，使胆碱酯酶游离而恢复活性。 ROOROO PP++HXHO-EX,OEROO,R 有机磷化合物失活的羟基酶酸羟基酶 OROROOPP++HO-E++CHNOHCHNOO,RNNOOE,R CHCH33复活的羟基酶解磷定失活的羟基酶 2，，3，低浓度的重金属离子Hg、Ag等及As能与酶分子的巯基共价结合，使酶失活。化学毒气——路易士气是一种含砷的化合物，能抑制体内巯基酶而引起人蓄中毒。 SHCISAsCHCH++2HCIEEAsCHCHCICISCISH 路易士气巯基酶失活的酶 二巯基丙醇或二巯基丁二酸分子中含有2个巯基，可与毒剂结合，使巯基酶的活性恢复而进行解毒。 CH-SH-SCH2S2SHAsCHCHCI+CHAsECHCI+CH-SHECH-SSSHOHCHCHOH22 失活的酶二巯基丙醇二巯基丙醇与砷剂结合物巯基酶 (二)可逆性抑制 此类抑制剂以非共价键与酶或酶-底物结合可逆性结合，使酶活性降低或丧失，用透析或超滤等方法能去除以直接，使酶恢复活性。可逆性抑制可分为3类。 1.竞争性抑制 抑制剂和底物的结构相似，可与底物竞争同一酶的活性中心，从而阻碍酶与底物结合形成中间产物，酶促反应速度减慢，这种抑制作用称竞争性抑制。其反应过程如下: COOHE + SP + EES +CH2COOHICH22CHCOOHCOOH EI 丙二酸琥珀酸 由于抑制剂与酶的结合是可逆的，因此可通过增加底物浓度使抑制作用减弱甚至解除。抑制程度的强弱取决于抑制剂与酶的相对亲和力及与底物浓度的相对比例。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制就是典型的竞争性抑制作用。丙二酸与琥珀酸的结构很相似，能与琥珀酸竞争酶的活性中心。当丙二酸的浓度增大时，抑制作用增强;如增加琥珀酸的浓度，抑制作用则减弱。当底物浓度远远高于抑制剂的浓度时，几乎所有的酶都与底物结合，酶促反应速度仍能达到最大，但比无抑制剂存在时所需的底物浓度要大，故竞争性抑制作用的V不变，maxK增大。 m 竞争性抑制作用的原理可阐明许多药物的作用机制。磺胺类药物对某些细菌的抑制作用即是典型代表。某些细菌在生长繁殖时，不能利用环境中的叶酸，只能在菌体内二氢叶酸合成酶的催化下，以对氨基苯甲酸(PABA)等物质合成。磺胺类药物与对氨基苯甲酸的结构相似，是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，可抑制二氢叶酸的合成。二氢叶酸是四氢叶酸的前体，后者是核苷酸、核酸合成过程中必不可少的辅酶，二氢叶酸合成障碍就会使菌体内四氢叶酸生成减少，核酸的合成受阻，细菌的生长繁殖受到抑制。人类以及对磺胺类药物不敏感的细菌能直接利用叶酸，故核酸的合成不受磺胺类药物的干扰。根据竞争性抑制作用的特点，服用磺胺类药物时必须保持血液中药物的浓度远远大于对氨基苯甲酸的浓度，以达到有效的抑菌作用。 NHCOOHNHSONHR222 对氨基苯甲酸 磺胺类药物 PABA二氢叶酸合成酶二氢叶酸还原酶二氢蝶呤FHFH42磺胺药(-)MTX(-)谷氨酸 许多抗代谢物如抗癌药氨甲蝶呤(MTX)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、6-巯基嘌呤(6-MP)等，都是相应酶的竞争性抑制剂，均通过竞争性抑制作用达到治疗目的。 2. 非竞争性抑制 抑制剂与底物的结构不相似，不影响酶与底物结合，而是与酶的活性中心以外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系，但ESI不能进一步释放出产物。这种抑制作用称为非竞争性抑制。其反应过程如下: E + SP + EES ++ II 非竞争性抑制作用的特点是:抑制作用的强弱仅取决于抑制剂的浓度，增加底物浓度不EI+ESIS 能解除抑制;Vmax降低，Km不变。 3.反竞争性抑制 抑制剂仅与酶-底物复合物结合，使中间产物ES转变为产物的量减少，同时也使酶不能从中间产物中游离出来，酶活性被抑制。其反应过程如下: ESE + S E + P + I ESI 第五节 酶与医学的关系 一、酶活性的测定 酶的化学本质是蛋白质，其含量甚微，且与其它蛋白质混合存在，故直接测定其含量十分困难。临床上通常是测定酶活性来诊断疾病和判断预后。 1.原理 酶活性的大小以酶促反应速度表示。反应速度可用单位时间内底物的减少量和产物的生成量来表示。但测定产物的量比测定产物的减少量为好。由于反应体系中加入的底物往往是过量的，而反应时间较短，底物的减少量仅占加入量的很小一部分，测定不易准确。而产物是从无到有的，只要测定方法灵敏，准确度可以提高。 2.酶活性单位 酶活性的高低通常以单位表示。不同的酶由于测定方法或条件不同，酶活性单位的表示方法不同。即使是同一种酶，测定方法不同，酶活性单位的表示法及正常参考范围也不同。使得测定的结果缺乏可比性，临床应用很不方便。1976年国际酶学委员会规定了酶活性单位的统一——酶的国际单位。指在最适条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物的酶量为一个酶活性单位。1979年国际酶学委员会有推荐了“催量”(Kat),其定义为在最适条件下，每秒钟催化1mol底物转化为产物的酶量为1催量。催量与国际单位 7-9 之间的换算关系为:1Kat=6×10IU;1IU=16.7×10 Kat。 3.酶活性的测定样品 (略) 二、酶在临床医学上的应用 (一)酶与疾病的发生 1(遗传性疾病 至今已发现数千种先天性代谢病是由于遗传性酶缺陷引起的。如酪氨 酸酶缺乏会引起白化病。 2.中毒性疾病 酶活性受抑制也将引起疾病。如有机磷农药中毒是由于胆碱酯酶活性受抑制所致;氰化物中毒是由于细胞色素氧化酶受抑制所致。(二)酶与疾病的诊断 许多组织器官的病变能引起血液等体液中酶活性的改变，临床上常通过测定血中某些酶的活性来协助对疾病的诊断。引起血中酶活性改变的常见原因有: 1(某些组织器官受损造成细胞破坏或细胞膜通透性增高，使细胞内某些酶大量释放入血。如急性肝炎时，血清丙氨酸氨基转移酶活性升高;急性胰腺炎时，血清和尿中淀粉酶活性升高。 2(细胞的转换率或细胞的增殖增快使其特异的标志性酶释放入血。如前列腺癌患者血中酸性磷酸酶活性增加。 3.酶的合成增加或清除受阻。如佝偻病患者，成骨细胞活性增强，合成碱性磷酸酶增加;肝硬化时血清碱性磷酸酶不能及时清除，胆管阻塞时该酶不能及时排泄，均引起血清中该酶活性增高。 4(酶的合成障碍或活性受抑制。如肝功能严重受损时，凝血酶原、?、?、?等凝血因子合成减少，血中的含量降低;有机磷酸农药中毒时，红细胞中胆碱酯酶活性降低。 (三)酶与疾病的治疗 临床上许多药物对疾病的治疗时通过抑制生物体内某些酶的活性来发挥作用的。如6-巯基嘌呤、5-氟尿嘧啶等抑制核酸代谢途径中相关酶的活性，从而达到抑制肿瘤细胞增殖的目的。前述磺胺类药物就是抑制了敏感菌体内的二氢叶酸合成酶而达到治疗目的。 酶还可作为药物用于临床治疗。如帮助消化的药物胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶等;用于消炎的药物溶菌酶、菠萝蛋白酶等;防止血栓形成以及溶解血栓的药物链激酶、尿激酶和纤溶酶等。然而酶是蛋白质，有抗原性，因此酶作为药物在应用上受到一定限制。 (四)酶与医学研究 1(作为试剂用于临床检验 检测体液中某些化学成分和酶活性的改变，从而帮助诊断 某些疾病。 2.作为工具酶用于科研