周愛儒生物化學(xué)第六版ppt課件

1、周愛儒第六版第三章 酶Enzyme .本章要求 掌握酶的概念、化學(xué)本質(zhì)，催化作用的特點(diǎn)。 掌握酶的組成、構(gòu)造與功能，酶的輔助因子；酶的活性中心和 必需基團(tuán)；酶原和酶原的激活；同工酶和調(diào)理酶變構(gòu)酶。 了解酶促反響動(dòng)力學(xué)；活化能；中間產(chǎn)物學(xué)說。 掌握各要素對(duì)酶促反響速度的影響。三種抑制造用對(duì)最大速度 和Km的影響。 掌握酶活力測定的方法，酶活性單位的概念。 了解酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系和酶的命名及分類。.第一節(jié) 酶的分子構(gòu)造和功能第二節(jié) 酶促反響的特點(diǎn)與機(jī)制第三節(jié) 酶促反響動(dòng)力學(xué)第四節(jié) 酶的調(diào)理第五節(jié) 酶的命名與分類第六節(jié) 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系.第一節(jié) 酶的分子構(gòu)造與功能 酶是生物催化劑，是一類具有催化活性和特定

2、空間構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸RNA,Ribozyme 。.據(jù)酶分子組成分類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合蛋白質(zhì)酶類酶蛋白質(zhì)輔助因子小分子有機(jī)物金屬離子一、酶的化學(xué)組成全酶(holoenzyme)酶蛋白+輔助因子 酶促反響的專注性及高效率取決于酶蛋白部分，而輔助因子決議酶促反響的性質(zhì)。. 二、酶的輔助因子決議酶促反響的類型根據(jù)與酶蛋白結(jié)合結(jié)實(shí)程度劃分： 輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析法除去輔助因子 輔基：與酶蛋白結(jié)合嚴(yán)密，用透析法不能除去從化學(xué)本質(zhì)上劃分： 金屬離子：穩(wěn)定酶分子構(gòu)象；參與傳送電子；輔助因子 在酶與底物間起銜接作用；降低反響的靜電斥力 維生素B族衍生物.主要可溶性維生素和相應(yīng)輔酶

3、維生素 輔酶 功能1. B1(硫胺素) TPP -酮酸氧化脫羧2. B2(核黃素 ) FMN、FAD 氫載體3. PP 尼克酸酰胺 NAD+、NADP+ 氫載體4. 泛酸遍多酸 CoASH ?；d體5. B6 吡哆醇醛、酸 磷酸吡哆醇醛 轉(zhuǎn)氨、脫羧、消旋6. 葉酸 FH4(THFA) 一碳基團(tuán)載體7. 生物素 羧化輔酶8. C抗壞血酸 氧化復(fù)原作用9. 硫辛酸 ?；d體、氫載體10. B12氰鈷氨素 甲基鈷氨素 變位酶輔酶 脫氧腺苷鈷氨素 一碳基團(tuán)載體. 三、酶的活性中心(active center) 活性中心：酶分子中直接和底物結(jié)合并和酶催化作用直接相關(guān)的部位。包括結(jié)合部位與催化部位。 必需

4、基團(tuán)：與酶的催化活性親密相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)。 活性中心或活性部位 結(jié)合基團(tuán)必需基團(tuán) 催化基團(tuán) 活性中心外的必需基團(tuán).1. 酶作用的專注性主要取決于酶活性中心的構(gòu)造特異性即酶蛋白部分2. 堅(jiān)持活性中心的空間構(gòu)造是維持酶活性所必需的。.第二節(jié) 酶促反響的特點(diǎn)與機(jī)制. 酶作用的特點(diǎn) 極高的催化效率 高度的專注性 易失活 活性可調(diào)控一、高效催化性 酶能大大降低反響的活化能。.活化能與酶催化的中間產(chǎn)物實(shí)際E+SP+ EES能量程度反響過程GE1E2 酶E與底物S結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物ES，再分解成產(chǎn)物P并釋放出酶，使反響沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)展，降低反響所需活化能，所以能加快反響速度。.與酶的高效率有關(guān)的主

5、要要素P561、 臨近與定向效應(yīng)誘導(dǎo)契合與底物變形2、 多元催化3、 外表效應(yīng). 二、酶作用的專注性specificity) 一種酶只能對(duì)一定的底物發(fā)生催化作用。1. 絕對(duì)專注性 有的酶對(duì)底物的化學(xué)構(gòu)造要求非常嚴(yán)厲，只作用于一種底物，發(fā)生專注性反響，生成產(chǎn)物。如： 脲酶 NH2CONH2+H2O 2NH3+CO2. 2. 相對(duì)專注性 有的酶對(duì)底物的化學(xué)構(gòu)造要求比絕對(duì)專注性略低，它們能作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。 1 鍵專注性 有的酶只作用于一定的鍵，而對(duì)鍵兩端的基團(tuán)并無嚴(yán)厲要求。 如：脂肪酶 2基團(tuán)專注性 一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對(duì)鍵兩端的基團(tuán)還有一定要求，往往是對(duì)其中一個(gè)基團(tuán)要求

6、嚴(yán)厲，對(duì)另一個(gè)基團(tuán)那么要求不嚴(yán)厲。 如：胰蛋白酶.消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專注性芳香鹼性丙胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶.3. 立體異構(gòu)專注性 概念：酶除了對(duì)底物分子的化學(xué)構(gòu)造有要求外，對(duì)其立體異構(gòu)也有一定的要求。 類別：旋光異構(gòu)專注性和幾何異構(gòu)專注性 如：L- 氨基酸氧化酶、順烏頭酸酶. 酶的專注性機(jī)理P56 鎖鑰學(xué)說：將酶的活性中心比作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專注性地插入到酶的活性中心。 .誘導(dǎo)契合學(xué)說：酶的活性中心在構(gòu)造上具柔性，底物接近活性中心時(shí)，可誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，使酶活性中心的有關(guān)基團(tuán)正確陳列和定向，使之與底物成互補(bǔ)外形，易于結(jié)合而催化反響進(jìn)展。同時(shí)

7、酶對(duì)底物也有誘導(dǎo)。. 第三節(jié) 酶促反響動(dòng)力學(xué).一、酶促反響速度的測定與酶的活力測定P65二、影響酶反響速度的要素.一、酶促反響速度的測定與酶的活力測定1、酶促反響速度的測定 初速度2、酶活力3、酶活力的表示方法酶催化一定化學(xué)反響的才干稱酶活力，酶活力通常以最適條件下酶所催化的化學(xué)反響的速度來確定。斜率=P/ t = V初速度Pt.活力單位active unit 習(xí)慣單位U: 底物(或產(chǎn)物)變化量 / 單位時(shí)間 國際單位IU: 1moL變化量 / 分鐘 KatalKat： 1moL變化量 / 秒比活力=總活力單位總蛋白mg數(shù)= U(或IU) mg蛋白量度酶催化才干大小轉(zhuǎn)換系數(shù) 轉(zhuǎn)化底物的分子數(shù)/

8、 秒每個(gè)酶分子 量度酶的純度比活力specific activity對(duì)液體酶：用活力單位/ml酶液來表示。. 終點(diǎn)法: 酶反響進(jìn)展到一定時(shí)間后終止其反響，再用化學(xué)或物理方法測定產(chǎn)物或反響物量的變化。 動(dòng)力學(xué)法:延續(xù)測定反響過程中產(chǎn)物底物或輔酶的變化量，直接測定出酶反響的初速度。4、酶活力測定方法：終點(diǎn)法 動(dòng)力學(xué)法.二、影響對(duì)酶反響速度的要素2、底物濃度3、溫度 4、 pH 5、激活劑6、抑制劑1、酶濃度當(dāng)S足夠過量，其它條件固定且無不利要素時(shí)，v=kE.一底物濃度對(duì)酶反響速度的影響1、酶反響速度與底物濃度的關(guān)系曲線 MichaelisMenten曲線2、米氏方程的提出3、米氏常數(shù)的意義4、米氏

9、常數(shù)的測定.酶反響速度與底物濃度的關(guān)系曲線.單分子酶促反響的米氏方程及Km米氏方程:米氏常數(shù):.米氏常數(shù)的意義1概念：Km值等于酶反響速度為最大速度一半時(shí)的底物濃度。2Km值愈小，酶與底物親和力愈大。親和力大表示不需求很高的底物濃度，便可容易地到達(dá)最大反響速度。3Km 是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)，酶所催化的底物和反響條件(溫度、pH、有無抑制劑等)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。 各種酶的 Km 值大致在 10-110-6 M 之間。.練習(xí)：知某酶的Km值為0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反響速度到達(dá)最大反響速度的80時(shí)底物的濃度應(yīng)為多少？ Km在實(shí)踐運(yùn)用中的重要意義1鑒定酶：可以鑒別不同來

10、源或一樣來源但在不同發(fā)育階段、不同生理形狀下催化一樣反響的酶能否為同一種酶。2判別酶的最正確底物：假設(shè)一種酶可作用于多個(gè)底物,就有幾個(gè)Km值，其中Km最小對(duì)應(yīng)的底物就是酶的天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解(Km=28mmol/L),也可催化棉子糖水解(Km=350mmol/L),蔗糖為天然底物。3計(jì)算一定速度下的底物濃度：如某一反響要求的反響速度到達(dá)最大反響速度的99%，那么S=99Km. 米氏常數(shù)的測定根本原那么： 將米氏方程變化成直線方程，再作圖求出Km。 例：雙倒數(shù)作圖法Lineweaver-Burk法 米氏方程的雙倒數(shù)方式： 1 Km 1 1 = . + v Vmax S Vmax

11、.酶動(dòng)力學(xué)的雙倒數(shù)圖線.二溫度與酶反響速度的關(guān)系 在到達(dá)最適溫度以前，反響速度隨溫度升高而加快 酶是蛋白質(zhì)，其變性速度亦隨溫度上升而加快 酶的最適溫度不是一個(gè)固定不變的常數(shù)v溫度最適溫度：酶促反響速度最快時(shí)的環(huán)境溫度。.三pH對(duì)酶反響速度的影響過酸過堿導(dǎo)致酶蛋白變性影響底物分子解離形狀影響酶分子解離形狀影響輔助因子的解離pH最適 pHv最適pH：酶促反響速度最快時(shí)的環(huán)境pH。.四激活劑對(duì)酶作用的影響類別 金屬離子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+ 、 Co2+、Fe2+ 陰離子： Cl-、Br- 有機(jī)分子 復(fù)原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金屬螯合劑：EDTA凡是能提高酶活性的

12、物質(zhì)，稱為酶的激活劑activator。. 五抑制劑對(duì)酶作用的影響 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)統(tǒng)稱為酶的抑制劑inhibitor 。 類型：不可逆抑制劑 可逆抑制劑 運(yùn)用：研制殺蟲劑、藥物 研討酶的作用機(jī)理，確定代謝途徑.抑制劑類型和特點(diǎn) 競爭性抑制劑可逆抑制劑 非競爭性抑制劑 反競爭性抑制劑 非專注性不可逆抑制劑不可逆抑制劑 專注性不可逆抑制劑.1.非專注性不可逆抑制劑 抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團(tuán)，這些基團(tuán)中包含了必需基團(tuán)，因此引起酶失活。 如：重金屬對(duì)疏基酶的抑制.2.專注性不可逆抑制劑 這類抑制劑選擇性強(qiáng)，只能專注性地與酶活性中心的某些基團(tuán)不可逆結(jié)合，引起酶

13、的活性喪失。 實(shí)例：有機(jī)磷殺蟲劑-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX.+IEIESP+ EE+S3.競爭性抑制造用特點(diǎn)：Km增大，Vm不變；抑制造用的強(qiáng)弱取決于底物與抑制劑濃度的相對(duì)比例；底物濃度添加到足夠大，抑制造用可解除。.實(shí)例1：丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制造用 實(shí)例2：磺胺藥物的藥用機(jī)理H2N- -SO2NH2對(duì)氨基苯磺酰胺H2N- -COOH對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸.4.非競爭性抑制造用+IEI+SESIESP+ EE+S+I特點(diǎn)：Km不變，Vmax變小。實(shí)例：重金屬離子Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+.5.反競爭性抑制造用ESIESP+ EE

14、+S+I特點(diǎn)：Km變小，Vmax變小。. 第四節(jié) 酶的調(diào)理. 一、酶活性的調(diào)理一酶原(zymogen)和酶原激活(zymogen activation) 酶原：沒有活性的酶的前體。 酶原激活：無活性的酶的前體在一定條件下轉(zhuǎn)化為有活性的酶的過程。 實(shí)例：胰蛋白酶原的激活. 酶原激活的機(jī)理：主要是分子內(nèi)肽鍵的一處或多處斷裂，使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度的改動(dòng)，從而構(gòu)成或暴露酶的活性中心。 意義：維護(hù)作用。. 有些酶分子外表除了具有活性中心外，還存在被稱為調(diào)理位點(diǎn)或變構(gòu)位點(diǎn)的調(diào)理物特異結(jié)合位點(diǎn)。 調(diào)理物結(jié)合到調(diào)理位點(diǎn)上引起酶的構(gòu)象發(fā)生變化，導(dǎo)致酶的活性提高或下降，這種景象稱為變構(gòu)調(diào)理allosteric

15、regulation。 受變構(gòu)調(diào)理的酶稱變構(gòu)酶。二變構(gòu)酶別構(gòu)酶及酶的變構(gòu)調(diào)理.效應(yīng)劑別構(gòu)中心活性中心 假設(shè)底物作為調(diào)理劑，普通變構(gòu)酶分子上有二個(gè)以上的底物結(jié)合位點(diǎn)。同促作用異促作用正協(xié)同效應(yīng)(positive cooperative effect)負(fù)協(xié)同效應(yīng)negative cooperative effect.三酶的共價(jià)修飾調(diào)理covalent modification)酶的共價(jià)修飾包括：磷酸化與脫磷酸化 乙?；c脫乙?；?甲基化與脫甲基化 腺苷化與脫腺苷化二、酶含量的調(diào)理 慢調(diào)理.三、同工酶isoenzyme 概念：存在于同一種屬或同一個(gè)體的不同組織或同一細(xì)胞的不同亞細(xì)胞構(gòu)造中，具有不同分

16、子構(gòu)造但卻能催化一樣的化學(xué)反響的一組酶。 意義：使不同的組織與細(xì)胞具有不同的代謝特點(diǎn)。 作為遺傳的標(biāo)志；作為臨床診斷目的。.乳酸脫氫酶同工酶構(gòu)成表示圖多肽亞基mRNA四聚體構(gòu)造基因a b乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+H4MH3M2H2M3HM4點(diǎn)樣線.不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌 腎 肝 骨骼肌 血清-+原點(diǎn)另外：肌酸激酶CK2. 第五節(jié) 酶的命名和分類.一、酶的命名：通常采用習(xí)慣命名法。 1、底物酶：如淀粉酶、蛋白酶、 脂肪酶等；2、反響的性質(zhì)酶：如脫氫酶、脫羧酶、水解酶等；3、來源底物作用條件酶等：

17、如細(xì)菌淀粉酶、堿性磷酸酯酶、胃蛋白酶等。.1961年國際酶學(xué)委員會(huì)Enzyme Commission，EC提出系統(tǒng)命名法。 底物稱號(hào)反響類型 底物稱號(hào)之間用“ ：隔開。假設(shè)底物有構(gòu)型，也需標(biāo)出。.二、酶的系統(tǒng)分類方法根據(jù)酶所催化反響的性質(zhì) 1.氧化復(fù)原酶類：催化氧化復(fù)原反響 AH2+BBH2+A 如： 乳酸脫氫酶 乳酸NAD+ 丙酮酸NADH2 .2.轉(zhuǎn)移酶類：催化底物之間基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反響 AR+BBR+A 如：己糖激酶、轉(zhuǎn)氨酶、脂酰轉(zhuǎn)移酶、糖基轉(zhuǎn)移酶等. 3.水解酶類：催化底物的水解反響 AB+H2OAH+BOH.4.裂合酶類：催化底物裂解或縮合反響 ABA+B. 5.異構(gòu)酶類：催化同分異構(gòu)體

18、的底物之間相互轉(zhuǎn)換 AB 其中：A、B為同分異構(gòu) 如磷酸甘油酸變位酶、6磷酸葡萄糖異構(gòu)酶等。 .6.合成酶類銜接酶類催化兩種或兩種以上化合物合成一種化合物的反響。反響需吸收能量，通常與ATP的分解相偶連。 A+B+ATPAB+ADP+Pi 或 A+B+ATPAB+AMP+PPi 如： 乙酰輔酶A羧化酶 CH3COCoA+CO2+ATP HOOCCH2COCoA+AMP+PPi.(三酶的系統(tǒng)編號(hào).第六節(jié) 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系. 酶與疾病的發(fā)生 有些疾病是由于體內(nèi)某種酶的缺失或酶的作用遭到抑制而發(fā)生的。如白化病患者因酪氨酸酶缺陷而致黑色素合成受阻，使皮膚、毛發(fā)中缺乏黑色素而呈白色；又如6-磷酸葡萄糖脫氫酶分子缺陷會(huì)引起蠶豆病；苯丙氨酸羥化酶缺乏時(shí)引起苯丙銅酸尿癥等，都是遺傳性疾病。酶與疾病的診斷 某些疾病患者的組織或體液血液、尿等中，某些酶活性發(fā)生變化，測定之可協(xié)助臨床診斷。血清同工酶的測定對(duì)于疾病器官的定位很有意義。血清酶測定運(yùn)用于肝膽疾病、急性心肌梗死、腫瘤等的診斷. 酶與疾病