第三节  酶的作用及辅酶

 

酶是生物催化剂。核酶是具有高效率和特异性作用的核酸，是近年来发现的一类新的生物催化剂，其作用主要参与RNA剪接。所以酶是活细胞产生的一类具有高度催化效率和高度专一性的生物大分子，包括蛋白质和核酸等。

生命活动离不开酶的生物催化作用。在酶的催化下，机体内的物质代谢有条不紊地进行，同时又在许多因素的影响下，酶对代谢发挥着巧妙的调节作用。人体的许多疾病与酶的异常密切相关。许多药物也可通过对酶的作用来达到其治疗目的。随着酶学研究的深入，其成果必将为人类作出更大的贡献。

一、酶的分子结构和功能

酶和一般催化剂相比，在许多方面是相同的：加快反应速率并不能改变化学反应的平衡点；酶在反应前后本身不发生变化，催化热力学上允许反应。酶是生物催化剂具有自已的特征。

（一）酶促反应的特点

1．酶的主要成分是蛋白质　

凡是使蛋白质变性的因素，同样可以使酶发生变性，一旦酶变性即丧失其原有的催化活性。

2．酶具有高度的催化效率 

在常温条件下，酶的催化效率通常比非催化反应高10⁸∼10²⁰倍，比非酶催化剂催化反应高10⁷∼10¹²倍。

3．酶具有高度的特异性　　

一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，催化一定的化学反应，生成一定的产物，称为酶的特异性（专一性）。分为三类：绝对特异性；相对特异性和立体异构特异性。

4．酶活性的可调节性　　酶促反应受到多种因素的调控，使机体适应其内外环境的变化，维持正常的生命活动。

（二）酶的催化机制

1．中间产物学说及诱导契合假说　

酶如何使反应的活化能降低而体现出极为强大催化效率的呢?目前比较圆满的解释是中间产物学说。酶在催化底物发生变化之前，酶与底物结合成一个不稳定的中间产物ES（也称为中间络合物）。由于S与E的结合导致底物分子内的某些化学键发生不同程度的变化，呈不稳定状态，也就是其活化状态，使反应的活化能降低。然后，经过原子间的重新键合，中间产物ES转变生成酶与产物。这一过程，可用下面的反应式说明：

S+ E ES E + P

 

酶和底物在游离状态时，其形状并不精确的互补。当底物与酶接近时，其结构相互变形和相互适应，进而相互结合。因而使酶和底物契合而结合成中间络合物，并引起底物发生反应。这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。

2．邻近效应与定向排列　　

两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。

3．多元催化　　

一种酶具有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。

4．表面效应　　

酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶形成水化膜，利于酶与底物结合。

（三）酶的分子组成与功能

酶主要是蛋白质，具有蛋白质的结构。只由一条多肽链构成的酶称为单体酶；由几个或多个相同或不同亚基组成的酶称为寡聚酶；由几个不同功能的酶彼此嵌合形成的复合体称为多酶体系。

1．酶的分子组成　

酶按其分子组成分为单纯蛋白酶和结合蛋白酶两大类。单纯酶由氨基酸组成，此外不含其它成分。结合蛋白酶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。酶蛋白与辅助因子单独存在时，均无催化活力。只有二者结合成完整的分子时，才具有酶活力。结合酶分子称为全酶。

酶的辅助因子包括金属离子和小分子有机化合物。金属在酶分子中作为酶活性中心部位的组成成分或者帮助形成酶活性所必需的构象。另一类小分子有机化合物，大多数B族维生素的活性形式。

辅助因子根据与酶蛋白的结合程度等分为辅酶和辅基：通常把与酶蛋白结合比较疏松，可用透析等方法除去的小分子有机物称为辅酶；而把那些与酶蛋白结合比较牢固、用透析等方法不易除去的小分子物质称为辅基。辅酶和辅基并没有什么本质上的差别，二者之间也无严格的界限，只不过它们与酶蛋白结合的牢固程度不同而已。

全酶的催化反应中，酶蛋白与辅助因子所起的作用不同，酶蛋白决定酶促反应的特异性及高效性，而辅因子作为电子、原子或某些化学基团的载体起传递作用。通常一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合，而一种辅助因子则可与不同酶蛋白结合。

2．维生素与辅酶 

维生素是机体维持正常的生命活动及生理功能所不可缺少的，但在体内不能合成，或合成量很少，必须从食物中获得的一类小分子有机物。维生素在生物体内既不是构成各种组织的主要原料，也不是体内能量的来源，它们的生理功能主要是对物质代谢过程起着非常重要的作用，其中的辅酶或辅基绝大多数都含有维生素的成分。机体缺少某种维生素时，可引起疾病为缺乏症。

维生素的种类很多，它们的化学结构差别很大，因此通常按溶解性质将其分为水溶性维生素和脂溶性维生素两大类。水溶性维生素分为B族有维生素和维生素C；脂溶性维生素有维生素A、D、E、K。水溶性维生素在体内过剩的部分均可由尿排出体外，因而在体内很少蓄积，也不会因此发生中毒。又因为在体内的贮存很少，所以必须经常从食物中摄取。B族有维生素以辅酶或辅基形式参与物质代谢见表5-6。

（1）维生素B₁和TPP  维生素B₁又称硫胺素。维生素B₁在体内经硫胺素焦磷酸激酶催化，可与ATP作用转变成硫胺素焦磷酸（TPP）。TPP是维生素B₁在体内的辅酶形式。

生化功能：TPP作为α-酮酸氧化脱羧酶复合体（系）的辅酶。丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，经氧化脱羧生成乙酰CoA，进入三羧酸循环。因此，维生素B₁在糖代谢中起着重要作用。缺乏症：若维生素B₁缺乏时，体内TPP含量减少，从而使丙酮酸氧化脱羧作用发生障碍，使能量供应不足，影响了心肌、骨骼肌和神经系统的功能。临床表现为脚气病

（2）维生素B₂和FAD及FMN   维生素B₂又称核黄素。在体内维生素 B₂ 以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的辅酶形式存在。

生化功能：在生物氧化过程中，FMN和FAD通过分子中异咯嗪环上的1位和10位氮原子的加氢和脱氢氧化还原反应发挥递氢体作用。缺乏症：缺乏维生素B₂时，出现舌炎、唇炎、口角炎、眼角膜炎和眼球多呈血管等症状

（3）维生素PP和NAD⁺及NADP⁺   维生素PP在自然界中有尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又称烟酰胺）两种。维生素PP的辅酶形式也有两种：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，（简称NAD⁺）又称为辅酶I；另一个是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，(简称NADP⁺)又称为辅酶Ⅱ。

生化功能：NAD⁺和NADP⁺是脱氢酶的辅酶，可通过分子中吡啶环可逆地进行氧化还原，在代谢反应中起递氢作用。代谢物脱下的两个氢原子，其中一个H⁺和两个电子转给NAD⁺的烟酰胺环上，使氮原子由五价变为三价，同时环上N原子的对位第4位碳原子上添加了一个氢原子，变成还原的NADH，底物的另一个H⁺则释放到溶液中。缺乏维生素PP，出现癞皮病，临床表现为，机体裸露的部位出现对称性皮炎等。

（4）维生素B₆和磷酸吡哆醛   维生素B₆包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺三种，在体内这三种物质可以互相转化。维生素B₆在胞浆中利用ATP可被经磷酸化转变辅酶形式，磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，它们之间也可以相互转变。

生化功能：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺在氨基酸代谢中非常重要，它是氨基酸代谢中的转氨酶及脱羧酶的辅酶。磷酸吡哆醛能促进谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸，γ-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。临床上常用维生素B₆对小儿惊厥及妊娠呕吐进行治疗。磷酸吡哆醛也是δ-氨基-γ-酮戊酸（ALA）合成酶的辅酶，参与血红素的合成。缺乏时可引起低色素性贫血。

（5）泛酸和CoASH  泛酸，又称遍多酸或维生素B₃，它在自然界中广泛存在。辅酶A（简写为CoASH）是泛酸的辅酶形式。

生化功能：辅酶A是酰基转移酶的辅酶。它的巯基与酰基形成硫酯，其重要的生化功能是广泛参与三大物质代谢及生物转化作用。人类未发现缺乏症

（6）生物素  生物素，又称为维生素B₇或维生素H。自然界至少有两种生物素；α-生物素及β-生物素。

生化功能：生物素是羧化酶的辅酶。生物素与其专一的酶蛋白通过生物素的羧基与酶蛋白中赖氨酸的ε-氨基以酰胺键相连。首先CO₂与尿素环上的一个氮原子结合，然后再将生物素上结合的CO₂转给适当的受体，因此生物素在代谢过程中起CO₂载体的作用。人类未发现典型的缺乏症。新鲜鸡蛋中有一种抗生物素蛋白，它能与生物素结合使其失去活性并不被吸收，长期使用抗生素可抑制肠道细菌的生长，也可能造成生物素的缺乏。

（7）叶酸和FH₄  叶酸是一个在自然界广泛存在的维生素，因为在绿叶中含量丰富，故名叶酸，又称蝶酰谷氨酸。在体内作为辅酶的是叶酸加氢的还原产物-5，6，7，8四氢叶酸（THFA或FH₄）。

生化功能：四氢叶酸是一碳单位转移酶系的辅酶，其携带甲酰基等一碳单位的位置在四氢叶酸N⁵和N¹⁰上，在嘌呤、嘧啶、丝氨酸、甲硫氨酸的生物合成中起作用。叶酸缺乏时，DNA合成必然受到抑制，骨髓幼红细胞DNA合成减少，细胞分裂速度降低，细胞体积变大。出现巨幼红细胞贫血。

（8）维生素B₁₂和B₁₂辅酶  维生素B₁₂是唯一含有金属元素钴的维生素，又称钴胺素。在钴原子上可再结合不同的基团，形成不同的维生素B₁₂。主要有5'-脱氧腺苷钴胺素、氰钴胺素、羟钴胺素和甲基钴胺素等。其中的5'-脱氧腺苷钴胺素是维生素B₁₂在体内的主要存在形式，又称为辅酶B₁₂。

生化功能：维生素B₁₂是甲基转移酶的辅酶，参与多种不同的生化反应，维生素B₁₂与叶酸的作用常常互相关联。缺乏时造成巨幼红细胞贫血。

（9）硫辛酸  硫辛酸是一种含硫的脂肪酸。硫辛酸可逆参与氧化还原反应，表现为氧化型和还原型。

生化功能：硫辛酸是丙酮酸脱氢酶系和α-酮戊二酸脱氢酶系的多酶复合物中的一种辅助因素，在此复合物中，硫辛酸起着转酰基作用，在糖代谢中有重要作用。人类未发现缺乏症。

 

表5-6  B族维生素及其辅酶的作用

   

维生素                辅酶（辅基）           缩写                 生化功能

维生素B1（硫胺素）    焦磷酸硫胺素             TPP         a-酮酸脱氢酶复合体的辅酶;   维生素B2（核黄素）   黄素腺嘌呤二核苷酸      FAD            多种氧化还原酶的辅基,                     黄素单核苷酸              FMN                   维生素PP（尼克酰胺） 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸     NAD+        多种不需氧脱氢酶的辅酶                        尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP+         维生素B6 （吡哆醛）    磷酸吡哆醛（磷酸吡哆胺）                  转氨基酶等的辅酶     维生素泛酸              辅酶Ａ                  CoA             酰基转移反应的辅酶   维生素生物素            生物素                                    羧化酶的辅酶   维生素叶酸              四氢叶酸                FH4           一碳单位转移酶的辅酶 维生素B12   钴胺素    脱氧腺苷钴胺素（甲基钴胺素）CoB12       一碳单位转移酶的辅酶                  维生素硫辛酸            硫辛酸                               a-酮酸脱氢酶系的辅酶

 

3.酶的活性中心 

酶是蛋白质，其分子体积比底物分子体积要大得多。在反应过程中酶与底物接触结合时，只局限与酶分子中的少数基团与活性有关，其中那些与酶活性密切相关的基团称为必需基团。酶分子必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间上彼此靠近，组成具有特定空间构象区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。这一区域称为活性中心或活性部位。从功能上看，可以认为活性中心有两个功能部位，一是与底物结合的结合部位，决定酶对底物的特异性；二是催化底物发生键的断裂及新键形成的催化部位，决定酶促反应的类型，即酶的催化性质。

有些位于活性中心外的必需基团，对维持活性中心的构象有重要作用。活性中心常位于酶蛋白分子表面，为含较多疏水氨基酸残基的“裂缝”或“凹陷”，形成了有利于酶促反应发生的疏水环境。酶的活性中心与酶蛋白空间构象完整性之间，是辩证统一的关系。

4．酶原的激活 

有些酶在细胞内合成或初分泌时是酶的无活性前体，称为酶原。酶原转变为活性酶的过程称为酶原激活。酶原激活通过水解一个或若干个特定的肽键，多肽链发生进折叠和盘曲，使酶形成活性中心的构象，所以酶原激活实质是活性中心的形成。如胰蛋白酶原在激活过程中，赖氨酸-异亮氨酸之间的肽键被断裂，水解掉一个六肽，分子的构象发生改变，形成酶的活性中心发挥酶的作用。激活胰蛋白酶原的蛋白水解酶是肠激酶，而胰蛋白酶原一旦生成后，也可自身激活。

酶原激活的生物学意义  消化管内蛋白酶以酶原形式分泌，不仅保护消化道本身不受酶的水解破坏，而且保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用，酶原还可以视为酶的贮存性式，如凝血和纤维蛋白溶解酶类以酶原形式在血液循环中运行，一旦需要便转化为有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。

5.同工酶 

同工酶是指催化相同的化学反应，但其蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质不同的一组酶。同工酶的多肽链应由不同基因或等位基因编码，或由同一基因的不同mRNA转录产物翻译生成。不包括那些仅翻译后经不同修饰加工生成的酶。

乳酸脱氢酶（LD）同工酶是由H型（心肌型）及M型（骨骼肌型）两种亚基组成四聚体蛋白，因而有五种不同的同工酶：LD₁（H₄）、LD₂（H₃M）、LD₃（H₂M₂）、LD₄（HM₃）、LD₅（M₄）。乳酸脱氢酶因氨基酸组成不同，则带电情况不同，所以可用电泳法把不同类型的LD分开。心肌中的LD₁对乳酸的亲和力大，使心肌组织利用乳酸生成丙酮酸氧化功能，而肝及骨骼肌LDH₅对乳酸亲和力小，使丙酮酸生成乳酸。说明不同器官存在的同工酶与各器官的代谢环境相适应，起着不同的生理功能。LD同工酶有组织特异性，每种组织中LD同工酶谱有特定相对百分率。LD同工酶相对含量的变化在一定程度上更能敏感地反映某器官的功能状况。例如血清中LD₁相对于LD₂升高是心肌炎或心脏受损的指标。

 

 

 

 

 

 

 

               图 5-8  乳酸脱氢酶的组成

肌酸激酶（CK）是由M型（肌型）和B型（脑型）组成的二聚体。脑中含CK₁（BB型）、骨骼肌中含CK₃（MM型）、心肌含CK₂（MB型）。血清CK₂同工酶活性的测定对于早期诊断心肌梗死有一定意义。

二、酶促反应速度的因素——酶促反应动力学

酶促反应的动力学是研究酶促反应速度及其影响因素对酶促反应速度的影响机制。这些因素包括酶浓度、底物浓度、温度、pH、抑制剂、激活剂等。在研究酶的结构与功能的关系，及探讨酶作用机制时，需要酶动力学数据加以说明，在探讨某些药物的作用机制和酶的定量等方面，都需要掌握酶动力学的知识。

（一）底物浓度对反应速度的影响 

其他因素不变的情况下，底物浓度的变化对反应速度作图呈矩形双曲线（图5-9）。当底物的浓度很低时，V与[S]呈直线关系，这时，随着底物浓度的增加，反应速度按一定比率加快，属一级反应。当底物的浓度增加到一定的程度后，虽然酶促反应速度仍随底物浓度的增加而不断地加大，但加大的比率已不是定值，呈逐渐减弱的趋势，表现为混合级反应。当底物的浓度增加到足够大的时候，V值便达到一个极限值，此后，V不再受底物浓度的影响，表现为零级反应。V的极限值，称为酶的最大反应速度，以V_max表示。

V-[S]的变化关系，可用中间产物学说进行解释。在底物浓度较低时，只有少数的酶与底物作用生成中间产物，在这种情况下，增加底物的浓度，就会增加中间产物，从而增加酶促反应的速度；但是当底物浓度足够大时，所有的酶都与底物结合生成中间产物，体系中已经没有游离态的酶了达到饱和状态，。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图5-9  底物浓度对酶促反应速度的影响

1.米氏方程 

Michaelis-Menten于1913年，利用中间产物学说，推导出了一个表示底物浓度[S]与酶促反应速度V之间定量关系的数学方程式，即米氏方程。

              

式中Vmax为最大反应速度，[S]为底物浓度,  K_m为米氏常数。

2.Km与Vm的意义 

当反应速度为最大速度一半时，米氏方程式可以变换如下，Vmax/2=Vmax[S]/(Km+[S])　进一步整理得Km=[S]。由此可见，Km等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。（单位为mol/L或mmol/L），这便是米氏常数的物理意义。

米氏常数是酶的特征常数；，Km只与酶的结构、酶催化的底物和反应环境（如温度、pH、离子强度）有关，与酶浓度无关。对于同一底物，不同酶有不同的K_m值。各种酶的K_m值大多数在10^－6～10^－2mmol/L之间。

同一种酶可以催化几种底物，就有几个K_m值，其中K_m值最小的底物是该酶的最适底物。如葡萄糖和果糖都是己糖激酶的底物，其K_m值分别为1.5×10^-4mol/L和1.5×10^－3mol/L，由此可知，葡萄糖是己糖激酶的最适底物；表明同一种酶对不同底物的亲和力不同。一般用1/K_m近似地表示酶对底物亲和力大小，1/K_m愈大，则表明酶与底物的亲和力愈强。

Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比。如果酶的总浓度已知，便可从Vmax计算酶的转换数。例如，10^-6mol／L的碳酸酐酶溶液在一秒钟内催化生成0．6mol／LH₂CO₃，则每秒钟每1分子酶可催化生成6X10⁵个分子的 H₂C0₃。动力学常数K3称为酶的转换数，其定义是：当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子(或活性中心)催化底物转变为产物的分子数。对于生理性底物，大多数酶的转换数在1～10⁴／秒之间。

3.Km值和Vmax值的测定  

可利用林-贝氏双倒数作图法准确的测得K_m值和V_max值。底物浓度对酶促反应速度的影响之曲线是矩形双曲线，其图形为渐进线，很难准确地测得Km值和Vmax值。过高的底物浓度不仅不易测得Vmax值，在实验中还会出现很多困难。若将米氏方程式进行种种变换，将曲线作图改为直线作图，便可容易地用图解法准确求得 Km值和Vmax值。

 

双倒数作图法又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法。将米氏方程两边取倒数：

 

 

若以1／V对1／[S]作图，即得到一条直线，其纵轴上的截距为1／Vmax,，横轴上的截距为-1／Km。此作图法除用于求取Km值和Vmax值外，还可用于判断可逆性抑制反应的性质(见后)。

（二）酶浓度对酶促反应速度的影响

当酶促反应体系的温度、pH不变，底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比关系。

（三）温度对酶促反应速度的影响

温度对酶促反应速度的影响很大，表现为双重作用。与非酶的化学反应相同，升高温度可加快酶促反应速度，也就是说每增高反应温度10℃，酶促反应速度增加1～2倍；由于酶是蛋白质，随着温度升高而使酶逐步变性，同时也会加速酶蛋白变性，酶促反应速度降低。 酶促反应速度最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。酶的最适温度不是酶的特征性常数，酶可在短时间内耐受较高的温度，延长反应时间酶的最适温度会降低。由于低温时酶活性虽降低但结构不被破坏，故保存菌种和酶制剂需低温条件。测定酶活性时，控制反应体系在最适温度。

（四）pH值对酶促反应速度的影响

酶促反应速度与体系的pH值有密切关系。绝大部分酶的活力受其环境的pH影响，pH影响酶活性中心某些必需基团、辅酶及许多底物的解离状态，因而，PH的改变对酶的催化作用影响很大。酶促反应速度最快时的环境pH称为酶促反应的最适pH。环境pH高于或低于最适pH，酶活性都降低。动物体内多数酶的最适pH接近体液中性pH，但胃蛋白酶最适pH约为pH1.8，肝精氨酸酶最适pH约为pH9.8。酶的最适pH也不是酶的特征常数。在测定酶活性时，应选用适宜pH的缓冲液保持酶活性相对衡定。

（五）激活剂对酶促反应速度的影响

凡是能提高酶活性的物质，都称激活剂，其中大部分是离子或小分子有机化合物。大多数激活剂为金属离子，如Mg²⁺、K⁺等；少数为阴离子，如经透析获得的唾液淀粉酶活性不高，加入Cl^－离子后则活性增高，故Cl^－是唾液淀粉酶的激活剂。金属离子作为激活剂的作用：一是作为酶的辅因子，是酶的组成成分，在分离提纯中常被丢失；二是在酶与底物的结合中起桥梁作用。

小分子有机化合物如半胱氨酸、还原型谷胱甘肽、抗坏血酸等能激活某些酶，使含巯基酶中被氧化的二硫键还原成巯基，从而提高酶活性，如胆汁酸盐可增强胰脂肪酶的活性。

（六）抑制剂对酶促反应速度的影响

抑制剂能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称酶的抑制剂。抑制剂与酶活性中心内、外的必需基团结合而抑制酶的活性。除去抑制剂可使酶的活性恢复。抑制剂只能使酶的催化活性降低或丧失，而不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用。酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用称为变性作用，又称失活作用。所以抑制作用与变性作用是不同的。根据抑制剂与酶结合牢固或疏松，分为可逆性抑制与不可逆性抑制。

1.不可逆的抑制作用 

抑制剂与酶分子的活性中心的某些必需基团以共价键相结合，使酶失活，这种抑制作用称为不可逆抑制作用。这种结合不能用简单的透析、超滤等物理方法解除抑制剂而恢复酶活性。

常见的不可逆抑制剂有：有机磷农药；如1605、敌百虫等，它们都能乙酰胆碱酯酶活性中心处的丝氨酸残基上的羟基以共价键牢固结合，因而抑制酶活性。有机磷化合物能强烈地抑制与中枢神经系统有关的乙酰胆碱酯酶的活性，引起一系列的神经中毒的症状。解磷定可解除有机磷农药对羟基酶的抑制作用。重金属离子；如Hg²⁺、Ag⁺ 及As³⁺可与酶分子的巯基共价结合，使酶失活。二巯基丙醇（BAL）可解重金属盐引起的巯基酶中毒。

 

 

案例5-3   患者，女性，42岁，因与家人争吵晚上自服敌百虫约100ml。服毒后自觉头晕、恶心、并伴有呕吐、呕吐后有刺鼻农药味。服毒后家属发现并立即送医院就诊。   体格检查：体温37.1℃，呼吸30次/分，血压115/65mmHg,神志模糊，急性病容，瞳孔ф2mm，关敏，唇无发绀，呼吸急促，口吐白沫，呼出气有刺鼻农药味。双肺湿性啰音。心率85次/分，律齐，末闻及杂音。   予以催吐洗胃，硫酸镁导泻，阿托品、解磷定静注，反复给药补液、利尿等对症支持治疗，患者腹痛有好转，但又出现口干，心慌，烦躁不安，胡言乱语等症状。   问题讨论   1.有机磷化合物对酶的抑制作用属于哪种类型？有何特点？   2.有机磷农药中毒的生化机制是什么？   3.解磷定解毒的生化机制是什么？

2.可逆的抑制作用  

抑制剂是以非共价键与酶可逆性结合，使酶活性降低或消失。可用透析、过滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶的活力，这种抑制作用叫做可逆的抑制作用。根据抑制剂与底物的关系，可逆抑制作用分为三种类型。

（1）竞争性抑制作用   抑制剂分子的结构与底物分子的结构相似。因此可与底物竞争结合酶的活性中心抑制酶活性故称为竞争性抑制。竞争性的抑制作用可用下式表示：

                 E  +  S ES     E + P

                  +

                 I

                

                 EI

丙二酸、草酰乙酸、苹果酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用是最典型的竞争性抑制的例子。竞争性抑制剂的作用机理，在于它占据了酶分子的活性中心，使酶的活性中心无法与底物分子结合，因而也就无法催化底物发生反应。这时，抑制剂并没有破坏酶分子的特定构象，也没有使酶分子的活性中心解体。由于竞争性抑制剂与酶的结合是可逆的，所以，竞争性抑制剂的抑制作用特点是增加底物浓度，可减弱竞争性抑制剂的抑制作用。

竞争性抑制剂的作用原理可用来阐明某些药物的作用机制和指导探索合成控制代谢的新药物。细菌生长有赖于核苷酸及核酸的合成。核苷酸的合成需FH₄，FH₄由FH₂还原生成。FH₂可在二氢叶酸合成酶作用下以对氨基苯甲酸、蝶呤、谷氨酸为底物合成。磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似，能作为二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，阻断FH₂合成。细菌因核苷酸与核酸的合成受阻而生长繁殖减弱。服用磺胺类药物时必须保持血液中的高浓度，以发挥其有效的竞争性抑菌作用。

（2）非竞争性抑制   抑制剂结合酶活性中心外必需基团，与底物无竞争关系，最终形成的酶-底物-抑制剂复合物不能释放出产物而抑制酶的活性。其特点是不能用增加底物浓度的方法来消除这种抑制作用。

非竞争性的抑制作用可用下式表示：

 

                            E  +  SES     

                              +               +

                              I          I          

                                          

                             EI + S ESI

（3）反竞争性抑制作用  抑制剂与酶-底物中间复合物（ES）结合成难以解离的ESI复合物，ES的量、产物生成的量都相应减少，使酶促反应速度下降。如叠氮化合物离子对氧化型细胞色素氧化酶的抑制作用就属这类抑制。其特点是抑制程度既与抑制剂浓度成正比，也和底物浓度成正比。可用下式表示。

 

 

现将三种可逆性抑制作用的动力学总结于图5-10。

 

图5-10   三种抑制作用动力学图