酶机理及维生素PPT课件

第 八 章 酶作用机制与维生素,1,一、必需基团（重点） 对酶活性具有不可替代作用的氨基酸残基及辅助因子。 这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。,必需基团,活性部位,结构基团 维持酶的空间结构,结合基团,催化基团,专一性,催化性质,第一节 酶的活性部位,2,一、活性部位特点（掌握）,1、占酶分子很小部分，约12%。2、是一个三维实体。3、与底物的关系是诱导契合。4、位于酶表面裂缝中。5、与底物通过次级键结合。,6、具有可变性或柔性,3,一、酶的作用机理（熟悉）,（一）酶的催化作用是降低分子反应活化能,活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化状态所需的自由能。,第二节 影响酶催化效率有关因素,4,5,促使化学反应进行的途径：用加热或光照给反应体系提供能量。使用催化剂降低反应活化能。,酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。,（二）中间产物学说： 通过与底物结合而降低其反应活化能,E + S,ES,E +P,中间产物存在的证据：1.同位素32P标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；2.吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。,6,7,（三）诱导嵌合学说：,“锁钥学说”（Fischer，1890）酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。,诱导嵌合学说（Koshland，1958）酶活性中心的结构有一定的灵活性，且与底物相近吻合，当底物（或其相似物如产物、竞争性抑制剂等）与酶分子靠近时，诱导酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。,8,9,10,二、影响酶催化效率的因素（熟悉）1. 邻近定向效应：酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心区，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应。,2. “张力”与“形变” ：酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。,3. 酸碱催化：通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子来达到加速反应的一类催化。（广义酸碱催化，Bronsted的酸碱定义）,蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基。,影响酸碱催化反应速度的两种因素：（1）酸或碱的强度（pK）；（2）质子传递的速度。His的咪唑基最活跃。,11,4. 共价催化：底物分子的一部分与酶分子上的活性基团间通过共价结合而形成的中间物，快速完成反应。,Lewis的酸碱电子理论：酸是可以接受电子对的物质，而碱则是可以提供电子对的物质，前者是亲电物质，后者是亲核物质。共价催化又称亲核或亲电子催化。实际上也是酸碱催化。,Ser-OH,Cys-SH,His-咪唑基,亲核物质,亲电物质,12,5. 金属离子催化,作为辅因子（过渡元素）或激活剂（碱或碱土金属）。催化方式：结合底物为反应定向；受给电子参与氧化还原反应；屏蔽底物负电荷；亲电催化。,6、微环境的影响,酶的活动中心由于微环境的影响，存在高浓度的酸和高浓度的碱，可以有多种催化方式的环境有利于反应的进行。或形成一个疏水环境，低介电区域。,7、多元催化和协同效应,一种酶有几种基元反应协同作用。 基元反应：上述3、4、5、统称。,13,（一）别构调节,1、举例,（1）天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）氨甲酰磷酸天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸CTPATP激活 CTP抑制两个底物有互相促进结合的作用该酶有12个亚基 6c6r = 3r22c3 调节 催化,异促效应,同促效应,正协同,别构激活别构抑制,三、酶活性的调节控制（掌握）,14,ATCase（天冬氨酸转氨甲酰酶）的抑制剂是CTP，激活剂是ATP。,Asp,+ATP,+CTP,+ATP使酶饱和,V/2,S0.5,15,（ 2 ）3-磷酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛NAD 磷酸1,3-二磷酸甘油酸NADHH,NAD抑制该酶有四个亚基，结合两个NAD后，与之亲合力下降，不再结合第3、4个，维持半位反应。,同促效应,负协同,16,2、别构酶性质,（1）一般是寡聚酶,（2）动力学曲线不符合米氏方程,米氏,正协同,负协同,17,三者区别用协同指数（CI）或饱和比值（Rs）判断,Rs =,= 81 1/ n,式中n称为Hill系数,n = 1 即Rs = 81 为米氏类型,n 1 即Rs 81 为正协同类型,n 1 即Rs 81 为负协同类型,18,（3）常位于代谢途径的开始或分支点,（4）其效应分K型和V型,加入效应物后，改变K0.5不改变最大反应速度，称K型效应。该效应物称K型效应物。 加入效应物后，改变最大反应速度不改变K0.5，称V型效应。该效应物称V型效应物。,（5）具有脱敏作用,经加热或化学试剂处理失去调节活性的现象。,19,3、别构模型简介,（1）对称模型或齐变模型,效应物,T态与S非亲合态,R态与S亲合态,用于解释正协同,齐变 指各亚基构象几乎齐步变化。对称 指酶分子一直处于对称状态。,20,（2）序变模型,效应物,TR态,可解释正、负协同,21,（二）酶原的激活,没有活性的酶的前体称为酶原。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。 这个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。,意义在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。在血液中，某些酶以酶原的形式存在，可以保护血液成分正常。,22,（三）共价修饰,共价修饰 蛋白质通过共价键结合或脱去基团的变化。,共价调节酶 通过共价修饰而改变活性的酶。,EYHAX EYXAHEYXBH EYHBX,酶1,酶2,常见AX X YH ATP -P 酚基、羟基、咪唑基 真核 ATP -AMP 酚基 原核 UTP -UMP 酚基 NAD -RPAMP 胍基、（谷）酰胺基、巯基S-腺苷-Met -CH3 （谷）羧基,23,蛋白质的磷酸化和去磷酸化,蛋白质-Y-H,蛋白激酶,蛋白磷酸酶,YH 酚基、羟基、羧基 氨基、咪唑基,-O-P-键型-N-P-键型,YH附近（N端）有激酶识别序列,24,四、维生素（熟悉）,维生素是维持生物正常生命过程所必需的一类小分子有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要。,维生素取名为Vitamine（生命胺，最初中译为维他命），但并非所有的维生素都含氨基，改为Vitamin（V）。,生物对维生素的需要情况取决于： 1. 在代谢过程中是否需要；2. 自身能否合成。,25,维生素,水溶性维生素,脂溶性维生素,：维生素B族（B1、B2、泛酸、维生素PP、B6、生物素、叶酸，B12）和维生素C等。,：维生素A、D、E、K等,26,功能,维生素不能供给机体热能，也不能作为构成机体组织的物质，其主要功能是通过作为辅酶的成分调节机体代谢。长期缺乏任何一种维生素都会导致相应的疾病（维生素缺乏症）。,27,缺乏原因 吸收障碍 肝、胆疾病可阻碍维生素的吸收。,长期口服抗生素 可抑制肠道菌生长，引起Vk、生物素、叶酸、泛酸等的缺乏。,需要量增加 妊娠、哺乳、强体力劳动、高温操作。,医疗上用维生素防治维生素不足而引起的疾病。,食物含量不足 碱处理、掏洗过渡等。,28,（一）维生素A,维生素A只存在于动物性食物中，包括A1 和 A2两种。A1即视黄醇，主要存在于咸水鱼的肝脏；A2即3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。在高等植物和动物中普遍存在的-胡萝卜素可转变为维生素A。,视黄醇,3-脱氢视黄醇,29,30,维生素A1一般为黄色粘性油体，纯体可结晶为黄色三棱晶体，熔点63。维生素A2尚未制成晶体。,维生素A不溶于水，而溶于油脂和乙醇，易氧化，在无氧条件下，相当耐热。易被紫外光所破坏。在氯仿和乙醇溶液中，维生素A1的吸收峰在328nm，维生素A2的吸收峰在345nm及350nm。在乙醇溶液中，维生素A1与三氯化鏑作用产生的蓝色溶液在620nm处有一特殊吸收光带，维生素A2在693nm和697nm各有一吸收光带。,维生素A除了促进年幼动物生长外，其主要功能为维持上皮组织的健康及正常视觉，还有助于动物生殖和泌乳。,在视觉过程中维生素A的变化。,31,缺乏症：,1. 上皮组织结构改变，呈角质化。皮肤干燥，成磷状。呼吸道表皮组织改变，易受病菌侵袭。有的患者因肠胃黏膜表皮受损而引起腹泻。在儿童还偶有因缺乏A引起眼角膜和结膜变质，牙釉和骨质发育不全。大人、小孩长期缺乏维生素A都会导致泪腺分泌障碍产生干眼病（眼结膜炎）。动物缺乏维生素A，生殖和泌乳也不正常，易发生流产和缺奶。,2. 视紫红质不足，对暗光适应能力减弱，发生夜盲症。,3. 引起代谢失调，如某些器官的DNA含量减少，粘多糖（硫酸软骨素）的生物合成也受阻碍。,维生素A较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄，因而摄取过量是有害的。,32,（二）维生素D,维生素D具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。已确知有4种，即维生素D2、D3、D4、D5，均为类固醇衍生物，其中D2和D3较为重要。,只在动物体内含有维生素D，鱼肝油中含量最丰富。动、植物组织中含有能转化为维生素D的固醇类物质，经紫外光照射可转变为维生素D。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射维生素D元的方法来制造。,维生素D为无色晶体，不溶于水而溶于油脂及脂溶剂，相当稳定，不易被酸、碱或氧化破坏。,33,功能：,调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，从而促进钙化，使牙齿、骨骼发育正常。,缺乏症：,维生素D摄食不足，不能维持钙的平衡，儿童骨骼发育不良，产生佝偻病。患者骨质软弱，膝关节发育不全，两腿形成内曲或外曲畸形。成人则产生骨骼脱钙作用；孕妇和授乳妇人的脱钙作用严重时导致骨质疏松症，患者骨骼易折，牙齿易脱落。,机体只能从胆汁排出过多的维生素D，维生素D如摄食过量则会中毒。早期症状为：乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等。较严重时引起软组织（包括血管、心肌、肺、肾、皮肤等）的钙化，导致重大病患。,34,（三）维生素E,维生素E又称生育酚或抗不育维生素，已知有8种，其中4种（、-生育酚）较为重要，-生育酚的效价最高。动物组织的维生素E都是从食物中取得的。,维生素E为淡黄色无嗅无味油状物，不溶于水而溶于油脂。不易被酸、碱和热破坏，无氧条件下热至200也稳定。极易被氧化。易被紫外光破坏。在259nm有吸收峰。,缺乏症：,1. 生殖系统的上皮细胞毁坏，雄性睾丸退化，不产生精子，雌性流产或胎儿被溶化吸收。,2. 肌肉（包括心肌）萎缩，形态改变，代谢反常。,3. 血胆固醇水平增高，红细胞破坏，发生贫血。,维生素E摄食过量无毒性。,35,（四）维生素K,维生素K是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物。1929年，H. Dam发现。有K1、K2、K3三种，K1、K2为天然产物，K3为人工合成品。,维生素K1为黄色油状物。维生素K2为黄色晶体。溶于油脂及有机溶剂，如乙醚、丙酮等，耐热，但易被光破坏。,维生素K的主要作用是促进血液凝固，因维生素K是促进肝脏合成凝血酶原的重要因素。,36,新生婴儿肠内无菌，不能合成维生素K，身体本身又无贮存，故易因维生素K的缺乏而出血，应当在出身前增加母体的维生素K含量。,大剂量维生素K可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害。对皮肤和呼吸道有强烈刺激，有时还引起溶血。,缺乏症：,动物缺乏维生素K，血凝时间延长。成人一般不易缺乏维生素K。有维生素K缺乏病状的人，必伴有其他生理功能不正常的情况，如胆管阻塞，或因肠道疾病妨碍维生素K的吸收。,37,（五）维生素B1与羧化辅酶,维生素B1由一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，又称硫胺（素）（Thiamine）。,1,2,4,5,1,2,4,焦磷酸硫胺素（TTP）,硫胺素 + ATP,Mg2+,硫胺素激酶,TPP + AMP,38,主要功能：,1. 以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPP是脱羧酶、脱氢酶的辅酶。功能部位在噻唑环的C2上。,2. 促进年幼动物的发育。维生素B1促进肠胃蠕动，增加消化液的分泌，因而能促进食欲。,3. 保护神经系统。促进糖代谢，为神经活动提供能量，又能抑制胆碱酯酶的活性。,39,缺乏症：,脚气病, 因维生素B1严重缺乏而引起的多发性神经炎。患者的周围神经末梢及臂神经丛均有发炎和退化现象，伴有心界扩大、心肌受累、四肢麻木、肌肉瘦弱、烦躁易怒和食欲不振等症状。同时因丙酮酸脱羧作用受阻，组织和血液中乳酸量大增，湿性脚气病还伴有下肢水肿。,40,性质和来源,维生素B1盐酸盐为无色结晶，溶于水，在酸性溶液中稳定，在中性和碱性溶液中易被氧化。在普通烹调条件下损失并不大。有特殊香气，微苦。,酵母中含维生素B1最多，其他食物中含量多不高。五谷类多集中在胚芽及皮层中。瘦肉、核果和蛋类的含量也较多。酵母、细菌和高等植物能合成维生素B1。,41,（六）维生素B2与黄素辅酶,维生素B2又称核黄素（riboflavin），是一种核糖醇与6，7二甲基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白。,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,7,8,9,10,核糖醇基,异咯嗪基,维生素B2为橘黄色的针状晶体，味苦，微溶于水，极易溶于碱性溶液，对光和碱不稳定,42,FMN，flavin mononucleotide,FAD，flavin adenine dinucleotide,VB2 + ATP FMN + ADP FMN + ATP FAD +PPi,43,维生素B2的生理功能是作为递氢辅酶，参与生物氧化作用。,维生素B2每人每天需要量：儿童0.6mg，成人1.6mg。动物体内不能合成维生素B2。过量则排出。,膳食中长期缺乏维生素B2，眼角膜和口角血管增生，引起白内障、眼角膜炎、舌炎和阴囊炎等。,44,（七）泛酸和辅酶A,-二羟-,-二甲基丁酸,-丙氨酸,巯基乙胺,辅酶A（CoASH）,45,泛酸为淡黄色粘性油状物，溶于水和醋酸，不溶于氯仿和苯，在中性溶液中对湿热、氧化和还原都稳定。,泛酸的生物功能是以CoA形式参加代谢，是酰基的载体，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。,成人每天需要量为510mg，一般膳食的泛酸含量丰富。大白鼠缺乏泛酸，毛发边灰白，并自行脱落，毛与皮的色素形成可能与泛酸有关。,46,（八）维生素PP,维生素PP过去称抗赖皮病维生素或维生素B5，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺。尼克酰胺的副作用较小（如引起面部、颈部发赤发痒和烧灼感），医疗及营养上多用尼克酰胺。尼克酰胺为维生素B5的化学名。,尼克酸（nicotinic acid）,尼克酰胺（nicotinamide）,47,O,+,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）,Nicotinic acid + PRPP + ATPNAD+,NAD+ + ATP NADP+ +PPi,48,尼克酸及尼克酰胺为无色晶体，前者熔点为236，后者熔点为129131，是维生素中较稳定的，不被光、空气及热破坏。溶于水及酒精。与溴化氰作用产生黄绿色化合物，可作为定量基础。,功能：,1.以NAD+或NADP+形式作为脱氢酶的辅酶而起到递氢体的作用。,+2H,1,4,-2H,49,2. 维持神经组织的健康。尼克酰胺对中枢及交感神经系统有维护作用，缺乏，则常产生神经损害和精神紊乱。,3. 促进微生物生长。,4.尼克酸可使血管扩张，使皮肤发赤发痒，尼克酰胺无此作用。大剂量尼克酸有降低血浆胆固醇和脂肪的作用。,缺乏症,膳食中长期缺乏维生素PP所引起的疾病为对称性皮炎，又叫赖皮病(pellagra)。在狗生黑舌病。赖皮病患者的中枢及交感神经系统、皮肤、胃、肠等皆受不良影响。主要症状为对称性皮炎，消化道炎和神经损害与精神紊乱，两手及其裸露部位呈现对称性皮炎。中枢神经方面的症状为头痛、头昏、易刺激、抑郁等。Trp可转变为尼克酰胺，以玉米为主食易患缺乏症（玉米中Trp贫乏）。,50,（九）维生素B6,维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。,吡哆醇(pyridoxol),吡哆醛(pyridoxal),吡哆胺(pyridoxamine),51,（磷酸吡哆醛， PLP）,吡哆醇,吡哆醇氧化酶,吡哆醛,吡哆胺,吡哆胺转氨酶,磷酸吡哆醇,磷酸吡哆醇 氧化酶,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆胺转氨酶,磷酸吡哆胺,激酶,52,吡哆素为无色晶体，易溶于水及乙醇，在酸液中稳定，在碱液中易被破坏，对光不稳定，吡哆醇耐热，吡哆醛和吡哆胺不耐高温。,吡哆素 + FeCl3 红色产物,吡哆素 + 重氮化对一氨基苯磺酸 橘红色产物,吡哆素 + 2，6-二氯醌氯亚胺 蓝色产物,功能：,作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢（包括Trp nicotinamide）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。,缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。,53,（十）生物素,生物素（维生素B7）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个C5酸枝链。,尿素部分,硫戊烷环部分,(CH2)4COOH,C5酸根部分,生物素（bioton）,尿素环上的一个N可与CO2结合,54,生物素是细长针状的晶体，熔点232，耐热和耐酸、碱，微溶于水。,功能：生物素是多种羧化酶的辅酶，在CO2固定反应中起重要作用。,缺乏症：人体一般不会发生生物素缺乏。大白鼠严重缺乏时，后脚瘫痪，广泛的皮肤病、脱毛和神经过敏。人类缺少生物素可能导致皮炎、肌肉疼痛、感觉过敏、怠倦、厌食、轻度贫血等。,55,（十一）叶酸和叶酸辅酶,叶酸（folic acid）即维生素B11，由蝶呤啶、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成。,叶酸为鲜黄色物质，微溶于水，在水溶液中易被光破坏。,叶酸的5、6、7、8位置，在NADPH2存在下，可被还原成四氢叶酸（FH4或THFA）。四氢叶酸的N5 和N10位可与多种一碳单位结合作为它们的载体。,56,功能：THFA是转一碳基团酶系的辅酶。主要的生理功能：Gly Ser参与嘌呤环的合成dUMP TMP高半光氨酸 Cys,缺乏症：叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造成巨红细胞性贫血症。,57,（十二）维生素B12和B12辅酶,58,维生素B12是含钴的化合物，又称钴胺素(cyanocob