酶与辅酶

目录： 酶的基本性质 酶的命名和分类 酶反应动力学 酶的抑制作用 酶的作用机理

酶的基本性质 什么是酶？ 酶是生物体内具有催化活性的，有特殊空间构像的生物大分子，包括蛋白质和核酸。 酶的基本性质 什么是酶？ 酶是生物体内具有催化活性的，有特殊空间构像的生物大分子，包括蛋白质和核酸。 酶是生活细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂。

酶和一般催化剂的共性 1.用量少而催化效率高； 2.它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。 3.只能催化热力学允许的反应，在反映前后不发生改变。

酶催化作用特性 1．高效性 2．专一性 3．反应条件温和 4. 酶的催化活性可调节控制

酶的基本性质 酶的催化特性 高效性 是化学催化剂的107_1013倍 例如：过氧化氢分解 2H2O2  2H2O + O2 酶的基本性质 酶的催化特性 高效性 是化学催化剂的107_1013倍 例如：过氧化氢分解 2H2O2  2H2O + O2 用Fe3+催化，效率为6×10-4 mol/mol·S，而用过氧化氢酶催化，效率为6×106 mol/mol·S。 -淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C条件下可催化2吨淀粉水解。

专一性(特异性) 酶的基本性质 酶的催化特性 酶的基本性质 酶的催化特性 专一性(特异性) 酶的专一性是指酶在催化生化反应时对底物的选择性，即一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。亦即酶只能催化某一类或某一种化学反应。 例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。

2．专一性 酶的专一性 Specificity又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性。根据专一性的不同又可分为： （1) 绝对专一性 （2）相对专一性 （3）立体异构专一性

（1） 绝对专一性 有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性（Absolute specificity)。

（2）相对专一性 有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对专一性(Relative Specificity)。 包括族(group)专一性。如-葡萄糖苷酶，催化由-葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于糖苷的另一端没有严格要求。 和键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水解，对于酯两端的基团没有严格的要求。

（3）立体化学专一性 Stereochemical Specificity I, 光学专一性 Optical Specificity 酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。 例如，淀粉酶只能选择性地水解D－葡萄糖形成的1，4－糖苷键

geometrical specificity 几何专一性 geometrical specificity 有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种构型则无催化作用。 如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成苹果酸，对马来酸则不起作用。

酶的基本性质 酶的催化特性 反应条件温和 酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40C 。 酶的基本性质 酶的催化特性 反应条件温和 酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40C 。 高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。

酶的基本性质 酶的催化特性 酶易失活 凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。 酶的基本性质 酶的催化特性 酶易失活 凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。 所以酶作用一般都要求比较温和的条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。

酶活力可调节控制 酶的基本性质 酶的催化特性 如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等. 酶的基本性质 酶的催化特性 酶活力可调节控制 如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等. 某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关.

酶的基本性质 酶的组成 单纯蛋白酶：它们的组成为单一蛋白质. 结合蛋白酶： 酶蛋白+辅因子(辅酶和辅基) 酶的基本性质 酶的组成 单纯蛋白酶：它们的组成为单一蛋白质. 结合蛋白酶： 酶蛋白+辅因子(辅酶和辅基) 酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为全酶。单纯的酶蛋白无催化功能.

酶的基本性质 酶的组成 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子 辅酶 辅助因子 辅基 金属离子 与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物 酶的基本性质 酶的组成 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子 与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物 辅酶 辅助因子 辅基 与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。 金属离子 金属离子作为辅助因子。 酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有催化活性。 酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体决定反应的性质。

辅酶在酶促反应中的作用特点 辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地 催某一类型的反应。 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地 催某一类型的反应。 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。 一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。

酶分子中的金属离子 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶。 在金属酶中,酶蛋白与金属离子结合紧密。如 Fe2+/ Fe3+ 、Cu+/Cu3、Zn2+ 、Mn2+、Co2 等。 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应中传递电子，原子或功能团。

金属酶中的金属离子与配体 金属离子 配体 酶或蛋白 Mn2 咪唑 丙酮酸脱氢酶 Fe2+/Fe3+ 卟啉环，咪唑， 血红素， 金属离子 配体 酶或蛋白  Mn2 咪唑 丙酮酸脱氢酶 Fe2+/Fe3+ 卟啉环，咪唑， 血红素， 含硫配体 氧化-还原酶， 过氧化氢酶 Cu+/Cu2+ 咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶 Co2+ 卟啉环 变位酶 Zn2+ -NH3，咪唑，（-RS）2 碳酸酐酶，醇脱氢酶 Pb2 -SH d-氨基- g-酮戊二酸脱水酶 Ni2 -SH 尿酶

金属激酶中的金属离子 激酶是一种磷酸化酶类，在ATP存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。 其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。 如Na+ 、K+、 Mg2+、 Ca2+ 等。金属离子对酶有一定的选择性,某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。

水溶性维生素与辅酶 辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的小分子化合物。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。 大多数辅酶的前体主要是水溶性B族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。

维生素 维生素是机体维持正常生命活动所必不可少的一类有机物质。 维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。

(1) 维生素PP 菸酸和菸酰胺，在体内转变为辅酶I和辅酶II。 能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。

(1) 维生素PP和NAD+ 和NADP+ 是多种重要脱氢酶的辅酶。 NAD+ (烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I) 和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶II )是维生素烟酰胺的衍生物，

(2)核黄素（VB2) 核黄素(维生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪两部分组成。 缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。

(2)核黄素和 FAD和FMN 功能：在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。 FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)是核黄素(维生素B2)的衍生物，

(3) 泛酸和辅酶A(CoA) 维生素(B3)-泛酸是由，-二羟基--二甲基丁酸和一分子- 丙氨酸缩合而成。

(3) 泛酸和辅酶A(CoA) 功能：是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。 辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是维生素(B3)泛酸。

(4) 叶酸和四氢叶酸(FH4或THFA) 四氢叶酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸(又称为蝶酰谷氨酸，维生素B11)。 四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3, -CH2-, -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。

(5) 硫胺素 硫胺素(维生素B1)在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。

(5) 硫胺素和焦磷酸硫胺素(TPP) 功能：催化酮酸的脱羧反应 焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶，它的前体是硫胺素(维生素B1)。

(6)吡哆素 吡多素(维生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。

(6)吡哆素和磷酸吡哆素 磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。 磷酸吡多素是转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。

(7) 生物素 生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种B族维生素B7。 生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用。

(8) 维生素B12辅酶 维生素B12又称为钴胺素。维生素B12分子中与Co+相连的CN基被5’-脱氧腺苷所取代，形成维生素B12辅酶。

(9) 辅酶Q(CoQ) 辅酶Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的线粒体中，其结构为：

酶的命名及分类 1.酶的命名 (1)习惯命名法: 1,根据其催化底物来命名； 2,根据所催化反应的性质来命名； 3,结合上述两个原则来命名， 4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。

酶的命名及分类 (2)国际系统命名法 系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。 例如： 习惯名称:谷丙转氨酶 系统名称:丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应: 谷氨酸 + 丙酮酸  -酮戊二酸 + 丙氨酸

2. 酶的分类 1. 氧化还原酶类 Oxidoreductases 2. 转移酶类 Transgerases 2. 酶的分类 1. 氧化还原酶类 Oxidoreductases 2. 转移酶类 Transgerases 3. 水解酶类 Hydrolases 4. 裂合酶类 Lyases 5. 异构酶类 Isomerases 6. 连接酶类 Ligases

1 氧化-还原酶 Oxidoreductase 氧化-还原酶催化氧化-还原反应。 主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。 如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。 AH2 + B（O2） + BH2（H2O2，H2O） A

转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。 2 转移酶 Transferase 转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。 A·X + B A +B·X

3 水解酶 hydrolase 水解酶催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应： AOH + BH AB + H2O

4 裂合酶 Lyase 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。 例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。 AB A+B

5 异构酶 Isomerase 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。 例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。 A B 常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。

6 合成酶 Ligase or Synthetase 合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。 A + B + ATP + H-O-H ===A  B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2  草酰乙酸

7核酸酶（催化核酸） ribozyme 核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。

酶的编号 例：醇脱氢酶（EC 1.1.1.1) EC：Enzyme Commission（酶学委员会） 1：氧化还原酶类 1: 以CH—OH基为供体的酶类 1：代表NAD或NADP为受体 1：同一类酶的顺序编号与发现的先后一致

酶的编码 每个酶都有一个有四个数字组成的编码 乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27 第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的流水编号

酶反应动力学 酶活力的概念 酶活力即酶促反应速度，指在规定条件下单位时间内底物的减少量或产物的生成量。 酶反应动力学 酶活力的概念 酶活力即酶促反应速度，指在规定条件下单位时间内底物的减少量或产物的生成量。 v =-d〔S〕/dt 或 v =d〔P〕/dt。 底物浓度为〔S〕,产物浓度为〔P〕,时间为t，反应速度为v 注：在实际测定酶促反应速度时，以测定单位时间内产物的生成量为好。

酶反应动力学 酶活力的单位 定义：指在一定条件下使酶促反应达到某一速度时所需要的酶量。酶活性单位是一个人为规定的标准。 酶反应动力学 酶活力的单位 定义：指在一定条件下使酶促反应达到某一速度时所需要的酶量。酶活性单位是一个人为规定的标准。 惯用单位：酶活性测定方法的建立者所规定的单位。 国际单位 ：1IU指在规定条件（最适pH，最适底物浓度）下，每分钟转化1mol底物的酶量。单位为IU 。 Katal单位：1Katal指在规定条件下，每秒钟转化1mol底物的酶量，1Katal=60×106IU。

酶反应动力学 酶活力测定 引起酶促反应速率降低的原因 (1)底物浓度的降低； (2)产物浓度增加加速了逆反应的进行； 酶反应动力学 酶活力测定 引起酶促反应速率降低的原因 (1)底物浓度的降低； (2)产物浓度增加加速了逆反应的进行； (3)产物对酶的抑制或激活作用 (4)随着时间的延长引起酶本身部分分子失活等。 因此测定酶活力，应测定酶促反应的初速率，反应初速率与酶量呈线性关系，因此可以用初速率来测定制剂中酶的含量。

酶活力的测定方法技术 初速度法 在一个反应体系中，加入一定量的酶液，开始计时反应，经一定时间反应后，终止反应，测定在这一时间间隔内发生的化学反应量（终止时与起始时的浓度差），这时测得的是初速度。 平均速度法： 在一定条件下，加入一定量底物（规定），再加入合适量的酶液，测定完成该反应（底物反应完）所需的时间，（非初速度，为一平均速度）。 动态连续测定法： 在反应体系中，加入酶，用仪器连续监测整个酶促反应过程中底物的消耗或产物的生成。 快速反应追踪法： 近年来，追踪极短时间（10-3s以下）内反应过程的方法和装置已经应用。

酶活力测定实例 脂肪 甘油 + 脂肪酸 脂肪酶 首先 确定反应条件 20℃、pH=7，底物浓度 6g/l（过量），加入2mg固体脂肪酶 第二 确定活力单位 如每小时催化1克底物 1u= 1g/h 第三 测算反应初速度 作产物甘油随时间增加的曲线，量出反应初速度值 ，换算为脂肪的消耗速度 如 8g/h 第四 换算活力 8g/h / 1g/h=8u 第五 计算比活 8u/2mg酶蛋白=4u/mg酶蛋白 活性 部位

确定反应条件时应考虑： （1）底物 选用的底物在物理化学性质上和产物不同。 一般选用底物的浓度[S]=100 Km ，一般选择Km小的作测定的底物。 （2）pH值 注意选择适宜的反应pH值，并将反应维持在这一pH值。 （3）温度 实验中温度变动应控制在±0.1℃以内。酶反应的温度通常选用25℃、30℃、37℃。 （4）辅助因子 为了提高酶在反应系统中的稳定性，有些也需要某些相应的物质。 （5）空白和对照 空白：指杂质反应和自发反应引起的变化量，提供未知因素的影响 对照：作为比较或标定的标准。 为便于测定，最好在理化性质上与产物不同。 为不使酶反应速度受限制，应使用足够高的底物浓度。 选择Km小的作测定底物

酶促反应进程 酶促反应进程曲线

酶促反应底物动力学 中间产物学说： 酶促反应进行时，酶首先与底物结合为中间产物，然后再催 化底物反应生成产物。E + S  ES → E + P

Vmax〔S〕 v = ————— 〔S〕+ Km 酶促反应底物动力学 米-曼氏方程： Vmax〔S〕 v = ————— 〔S〕+ Km v代表反应速度 Vmax代表最大反应速度 〔S〕代表底物浓度 Km称为米氏常数

米氏常数 由米-曼氏方程可以导出： （Vmax-v）〔S〕 Km = ——————— v 当v = 1/2Vmax时，Km =〔S〕。 具有重要的应用价值。

Km值的应用 1.鉴定酶的种类 Km值是酶的特征常数，可在规定的条件下测定其Km值加以鉴定。 2.反映酶与底物的亲合力 Km值越大，酶与底物亲合力越小， Km值越小，酶与底物亲合力越大。

Km值的应用 3.选择酶的最适底物 5.设计适宜的底物浓度 酶促反应进程曲线表明，只有初速度才能真正代表酶 活性，一般要求初速度达到最大速度的90%～95%、底物 消耗率为1%～5%。这样既可以近似地表示酶活性，又不 致于使底物浓度过高而造成浪费。

Km和Vmax的测定 1．Linweaver-Burk作图法,又称为双倒数作图法 1 Km +〔S〕 Km 1 1 —— = ————— = ——— · —— + ——— v Vmax〔S〕 Vmax 〔S〕 Vmax

影响酶催化反应的因素 酶浓度对酶促反应速度的影响 0 [E] Vm 酶浓度对反应速度的影响

pH浓度对酶促反应速度的影响 影响酶催化反应的因素 在一定的pH 下, 酶具有最大的催化活性,通常称此pH 为最适pH。 胃蛋白酶 (Pepsin) 最适pH=1.8-2.0 唾液淀粉酶 (salivary amylase) 最适pH=6.8-7.0 精氨酸酶(Arginase) 最适pH=9.8

温度浓度对酶促反应速度的影响 影响酶催化反应的因素 一方面,温度升高,酶促反应速度加快。 另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。 因此大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件下,反应速度最大。

抑制剂对酶促反应速度的影响 影响酶催化反应的因素 使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。 能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。　

抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。 影响酶催化反应的因素 抑制剂对酶促反应速度的影响 a. 不可逆抑制 抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。

抑制剂对酶促反应速度的影响 影响酶催化反应的因素 b. 可逆抑制 抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。 抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。 根椐抑制剂与酶结合的情况，主要分为两类： 竟争性抑制、反竟争性抑制、非竟争性抑制。

抑制剂对酶促反应速度的影响 (1) 竟争性抑制 影响酶催化反应的因素 某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。 竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。

影响酶催化反应的因素 竟争性抑制

竞争性可逆抑制图示

加入竞争性抑制剂后，Km 变大，酶促反应速度不变。 影响酶催化反应的因素 加入竞争性抑制剂后，Km 变大，酶促反应速度不变。 -4 -2 2 4 6 8 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/[S](1/mmol.L-1） 1/v 无抑制剂 竞争性抑制剂 1/Vmax

（2）、反竞争性抑制作用 酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶活性下降。 影响酶催化反应的因素 （2）、反竞争性抑制作用 酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶活性下降。 ESI ES P+ E E+S + I

2）、反竞争性抑制作用 反竞争性抑制特点： 1）抑制剂与酶和底物的复合物结合。 2）Km和Vm下降 3）底物浓度增加，抑制作用加强。

影响酶催化反应的因素 (3) 非竟争性抑制 酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。 如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。

非竟争性抑制 E + S ==== E-S ==== P + E + I EI + I ESI S

非竞争性可逆抑制图示

加入非竞争性抑制剂后，Km 虽然不变，但由于Vmax减小，所以酶促反应速度也下降了。 影响酶催化反应的因素 加入非竞争性抑制剂后，Km 虽然不变，但由于Vmax减小，所以酶促反应速度也下降了。 -4 -2 2 4 6 8 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1/v 抑制剂 非竞争性抑制剂 -1/km 1/[S](1/mmol.L-1）

有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程

酶抑制剂的应用 为酶的催化提供信息 抑制剂在药物上的应用

氨肽酶抑制剂抗肿瘤药物 乌苯美司 姜黄色素 肉桂酰天冬氨酸类衍生物

Ubenimex的发现及发展 该化合物作为抗癌新药在日本正式上市,商品名为Bestatin 后由 WHO 1987 1976 该化合物作为抗癌新药在日本正式上市,商品名为Bestatin 后由 WHO 统一命名为 Ubenimex (乌苯美司) 1975 由日本学者采用苯丙氨酸为起始原料成功地进行了化学合成. 日本学者梅泽滨夫从橄榄网状链霉菌的培养液中分离得到具有氨肽酶抑制活性的低分子二肽化合物。 化学名为N-[(2S,3R)-3-氨基-2-羟基-4-苯丁酰]-L-亮氨酸。

Ubenimex的发现及发展 国内情况 由四川抗生素工业研究所研制成功，浙江普洛康裕制药有限公司生产。 商品名百士欣(乌苯美司胶囊) ，并于1998年上市，为国家二类抗肿瘤新药。

N-[(2S,3R)-3-氨基-2-羟基-4-苯丁酰]- Ubenimex的结构和性质 乌苯美司的分子式: C16H24N2O4 式量: 308.38 存在多个异构体,及一系列衍生物 化学名为 N-[(2S,3R)-3-氨基-2-羟基-4-苯丁酰]- -L-亮氨酸。 化学结构式:

Ubenimex的立体异构体 乌苯美司分子结构具有两个手性C原子，加上亮氨酸的构型,因此有8个立体异构体。

Ubenimex的立体异构体 乌苯美司分子结构具有两个手性C原子，加上亮氨酸的构型,因此有8个立体异构体。

Ubenimex的衍生物 进一步考察不同衍生物对氨肽酶B的活性 将乌苯美司R端的氨基酸（L-Leu）用其他氨基酸、肽、胺类代替，或将其R’端的苄基用氢、烷基、取代苄基代替，得到衍生物: 进一步考察不同衍生物对氨肽酶B的活性

Ubenimex的衍生物 α-氨基酸都显示较强的的酶抑制活性－－氨基和羰基之间的距离至关重要 表2 α-氨基酸都显示较强的的酶抑制活性－－氨基和羰基之间的距离至关重要 脱去羧基的衍生物活性很低－－游离的羧基在抑制活性中起促进作用 苄基对位上引入羟基、硝基、和甲基后活性明显增强。 邻位引入氯后的活性仅为乌苯美司的1/10,而对位引入氯后活性与乌苯美司相近。 其中乌苯美司的对羟基衍生物就是其活性代谢产物之一。一般认为乌苯美司的疗效与口服给药后经体内代谢转化为这一活性代谢产物有关。

Ubenimex的功能 功能 功能 应用 乌苯美司具有抑制肿瘤细胞表面氨基肽酶B和亮氨酸氨基肽酶作用 在化疗、放疗的辅助治疗的应用不断扩大： 乌苯美司具有抑制肿瘤细胞表面氨基肽酶B和亮氨酸氨基肽酶作用 增强T细胞的功能，使NK细胞的杀伤力增强 且可使集落刺激因子合成增加而刺激骨髓细胞的再生及分化 诱导肿瘤细胞调亡和促进宿主免疫功能。 治疗白血病 多发性骨髓瘤，骨髓增生异常综合症 治疗实体瘤

作用靶点：亮氨酸氨肽酶和氨肽酶B－－位于免疫细胞表面的水解蛋白。 Ubenimex的作用机制 1 作用靶点：亮氨酸氨肽酶和氨肽酶B－－位于免疫细胞表面的水解蛋白。 图1 Leu-AP 图2 AP-B

图3 氨肽酶的锌位点及与Ubenimex的结合 2 氨肽酶是一种双功能金属锌变构酶，立体结构中有一个疏水性腔穴和一个起催化作用的二价锌离子。 乌苯美司对氨肽酶的抑制作用正是由于其空间构型和电荷分布基本适合于氨肽酶的立体结构要求。 图3 氨肽酶的锌位点及与Ubenimex的结合

Ubenimex的作用机制 3 分子中的氨基、羧基和羟基与氨肽酶中的锌离子发生鳌合，从而破坏该酶催化活性中心的形成，最终起到抑制作用

3-氨基-2-羟基-4-苯基丁酸是制备Ubenimex(乌苯美司)的关键中间体。 ＋ 3-氨基-2-羟基-4-苯基丁酸 L-亮氨酸 Ubenimex

化学酶法制备Ubenimex 之前文献报道多采用手性池原料提供手性中心,用化学法合成。 2005年，Brent Feske and Jon Stewart利用化学酶法成功制备了Ubenimex。 他们通过面包酵母还原酶选择性还原前手性酮得到单手性中间体，然后进一步通过化学法得到产品。

化学酶法制备Ubenimex 该方法的优点是： 在第一步中使用面包酵母还原酶，而不是整个面包酵母，这样使得反应的立体选择性大大提高，用商业酵母得到四个异构体，而采用酶得到的有效异构体的e.e值大于98％。 使用的酵母还原酶是他们通过分析酵母基因组，确定目标基因、克隆、并通过基因工程改造的大肠杆菌表达获得的 该方法的优点是： 不依赖手性池原料 3 1 方法简练，立体选择性强 2 反应条件温和 3

单胺氧化酶抑制剂 机制： 抑制多巴胺的氧化降解。治疗治疗帕金森病。 副作用： 消化道症状、体位性低血压。失睡多见，故不宜晚上用。

帕金森病的临床特点 静止性震颤 运动迟缓 肌张力增高 姿势平衡障碍

多巴脱羧酶抑制剂 机制：补充外源性多巴胺前体 药物：左旋多巴+苄丝肼 =美多巴 左旋多巴+ 卡比多巴= 帕金宁 左旋多巴合并多巴脱羧酶抑制剂是目前治疗最有效的药物。 机制：补充外源性多巴胺前体 药物：左旋多巴+苄丝肼 =美多巴 左旋多巴+ 卡比多巴= 帕金宁

儿茶酚甲基转移酶（COMT）抑制剂 作用： 增加左旋多巴的生物利用度和作用时间，从而增加体内多巴胺，治疗帕金森病。

酶的催化作用机理 酶作用专一性的机制 第四节 酶作用高效率的机制

酶作用专一性的机制 酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。 酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。 (a)“三点结合”的催化理论。认为酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。

锁钥学说

锁钥学说： 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样

诱导契合学说

诱导契合学说 该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.

催化剂的作用是降低反应活化能Ea,从而起到提高反应速度的作用 酶作用高效率的机制 （一）活化能降低 酶促反应：E + S === ES === ES*    EP  E + P 反应方向, 主要取决于反应自由能变化H。 而反应速度快慢,则主要取决于反应的活化能Ea。   催化剂的作用是降低反应活化能Ea,从而起到提高反应速度的作用

反应过程中能的变化

酶作用高效率的机制 （二）中间产物学说 在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。 E + S ==== E-S  P + E   许多实验事实证明了E－S复合物的存在。E－S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。

酶作用高效率的机制 E+S P+ E ES 能量水平 反应过程 G E1 E2 酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。

酶作用高效率的机制 酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力(如氢键,离子键和疏水键等)的作用，形成E-S反应中间物， 其结果使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。

与酶作用高效性有关的因素 1 邻基效应和定向效应 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度； 另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。

邻近定向效应

酸－碱催化 酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸－碱催化方式。 广义酸－碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。

酶分子中可以作为广义酸、碱的基团 广义酸基团 广义碱基团（质子供体） （质子受体） His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。

共价催化 催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。 酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。 某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。

金属离子催化作用  提高水的亲核性能 金属离子可以和水分子的OH-结合，使水显示出更大的亲核催化性能。

 电荷屏蔽作用 电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。 多种激酶(如磷酸转移酶)的底物是Mg2+－ATP复合物。

 电子传递中间体 许多氧化-还原酶中都含有铜或铁离子，它们作为酶的辅助因子起着传递电子的功能。

酶活性的调节 一 活性部位：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生反应的部位。酶活性中心包括两个部位。 结合中心：酶与底物结合的部位， 一 活性部位：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生反应的部位。酶活性中心包括两个部位。 酶活性中心 结合中心：酶与底物结合的部位， 决定酶的专一性 催化中心：催化底物发生反应的部位， 决定酶的催化效率、反映性质。

酶活性的调节

必需基团： 主要包括： 亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。 在酶分子中和酶的催化活性直接有关的基团，活性中心内外都有。 主要包括： 亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。

必需基团： 酸碱性基团： 天门冬氨酸和谷氨酸的羧基 赖氨酸的氨基 酪氨酸的酚羟基 组氨酸的咪唑基 半胱氨酸的巯基

酶原及酶原的激活 1 酶原：酶无活性的前体。 2 酶原的激活 ：从无活性的酶原转变为有活性的酶的过程。 1 酶原：酶无活性的前体。 2 酶原的激活 ：从无活性的酶原转变为有活性的酶的过程。 3 激活剂 ：能使无活性的酶原激活的物质。 4酶原激活的本质：：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。

胰蛋白酶原的激活示意图 肠激酶 六肽 活性中心 胰蛋白酶原 胰蛋白酶

胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 六肽 肠激酶 胰凝乳蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧肽酶原

同工酶(isoenzyme) 能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。 乳酸脱氢酶（LDH) 心肌型 M M H M2H2 M H MH3 H H4 M M4 H M M3H 骨肌型 H LDH5 LDH4 LDH3 LDH2 LDH1

– + 乳酸脱氢酶同工酶形成示意图 乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱 a b 结构基因 mRNA 多肽 M4 亚基 M3H M2H2 MH3 四聚体 点样线 结构基因 mRNA 多肽 亚基 四聚体

- + 不同组织中LDH同工酶的电泳图谱 LDH1(H4) LDH2(H3M) LDH3(H2M2) LDH4(HM3) LDH5(M4) 心肌 肾 肝 骨骼肌 血清 - + 原点

同工酶在各学科中的应用 (1) 遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。 (2) 发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。 (3) 生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。 （4）医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损 伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。

变构酶 亦称别构酶，由两个以上亚基组成，除了具有与底物结合的活性中心外，还具有与调节剂结合的调节中心。当酶与调节剂结合后，酶蛋白的构象发生变化，从而引起酶活性的变化。

酶的别构（变构）效应示意图 效应剂 别构中心 活性中心

别构酶的特点 一般是寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位； 具有别构效应。指酶和一个配体（底物，调节物）结合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。 相同（均为底物）：同促效应（homotropic effect） 根据配体性质 不同（效应调节物）：异促效应（heterotropic effect） 正协同效应（positive cooperative effect） 根据配体结合后对后继配体的影响 负协同效应（negative cooperative effect） 动力学特点：不符合米曼方程双曲线。

别构酶与非调节酶动力学曲线的比较

别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase