课件：大学生物化学酶.ppt

1,酶,2,第一节 概述,定义:活细胞合成的具有催化功能的生物大 分子(绝大多数是蛋白质) 功能:作为生物催化剂,摧化生物体内所有化 学反应。是物质代谢必不可少的. 本质:蛋白质(绝大多数-蛋白质在生命活动 中的重要体现)、核酸（核酶）,3,酶促反应：,底物 S：酶促反应中被酶催化的物质 产物 P: 催化反应中所生成的物质,乳酸脱氢酶 丙酮酸 乳酸,4,酶活性：,酶催化化学反应的能力 酶活性大小：指酶催化化学的反应速度,单位时间内底物的消耗量或产物的生成量,5,一、酶的化学组成,单纯酶：单纯蛋白质。只有氨基酸组成的肽 链（蛋白水解酶- 消化道中的酶） 结合酶：结合蛋白。氨基酸残基+非蛋白成分,全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子 催化活性 氨基酸残基 非蛋白成分,6,7,第二节 酶催化作用的特点,一）酶具有高效的催化活性 降低活化能的程度比一般催化剂大，催化效率比一般催化剂高（1071013）。,过氧化氢分解： 催化剂 催化速度 铁离子 610-4 mol/ mol离子/秒 血红素 610-1 mol/ mol /秒 过氧化氢酶 6106 mol/ mol/秒,8,二）酶的催化具有高度特异性 一般催化剂： 在体外，大多数反应都可用相同 的催化剂 酶： 只能一种或一类化学反应或一种化 学键,特异性表现在它对底物的选择和催化的特异性。它可从成千上万种反应物中找出自己作用的底物。,9,绝对特异性： 一个酶一个底物 相对特异性： 一个酶多种底物 特异性 催化一类具有相似结构或相同化学键的底物 立体异构特异性：根据底物的立体构型进 行选择性地催化,10,三）酶的高度不稳定性 由于大多数酶的本质是蛋白质，所以其作用必须在温和的条件下（常温、常压、合适的pH）。 所有影响蛋白质的因素都能影响酶的活性。,四）酶催化作用的可调节性,体内有各种因素都可调节酶的催化能力,11,思考题：,酶是一个什么物质，在体内其什么作用？ 在酶促反应中，底物、产物分别代表什么？ 结合酶中的辅助因子主要是一些什么物质？ 什么叫做辅基、辅酶 酶催化作用的特点是什么？,12,第三节 酶的作用机制及调节,酶的活性中心,酶分子中的必需基团（与酶活性有关的功能基团）通过空间构象折叠、盘绕相互靠近，形成一个能与底物特异性结合并催化底物转化为产物的特定区域,通常活性中心在分子的表面,13,功能基团： 1结合基团：与底物结合 S + E ES 2催化基团：催化底物反应转变产物（影响底物 中某些化学基团的稳定性） 3必需基团：既有结合又有催化功能的基团,14,14,底 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,维持酶的空间构象所必需,15,酶原： 一些酶（大多数是蛋白酶）在细胞内合成时 及分泌时是没有催化活性的前体 实质：没有形成（暴露）酶的活性中心 酶原激活：酶原在一定的条件下，在某种因素作用 下分子结构发生改变，暴露或形成酶的 活性中心，转变成具有活性酶的过程。,酶原与酶原激活,16,胰蛋白酶原激活过程： 在肠道，肽链的N端一个或几个特定的肽键断裂（肠激酶作用下），酶原的空间构象发生变化形成酶的活性中心。,17,酶原激活的生理意义： 1、避免产生酶的组织细胞自身被破坏 2保证酶在特定部位与环境下和特定的条件下被激 活，发挥催化功能。 3作为储存形式，需要的时候被激活,消化道酶原形式，保护消化管不被酶水解。血液中的凝血因子以酶原形式，防止血管内凝血。,18,催化同一种化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质不同、免疫原性不同的一组酶。 部位：同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞 的不同亚细胞结构。 功能: 参与代谢的调节,同工酶,19,比较重要的同工酶: LDH(乳酸脱氢酶) 乳酸脱氢酶 丙酮酸 乳酸 结构: 两种亚基以不同比例组成五种四聚体形 式。单个亚基无活性.,20,两种亚基分别有两个基因位点决定 M: 基因位点在第11号染色体上 H: 基因位点在第12号染色体上 五种同工酶:,21,结构不同，分布不同，含量不同 在正常血清中都有一定量。但如组织发生病变， 会导致血清酶谱改变，便于临床诊断。,22,22,23,酶催化作用机制,酶降低反应的活化能,化学反应基础：参与反应的分子间有效碰撞 活化分子：具有足够能量的反应分子 活化能：活化分子具有的足够能量平均 水平能量,24,酶催化作用的机制-中间产物学说：,ES形成，降低反应活化能，使原先低于活化能阈 的分子也成为活化分子，碰撞反应的分子多了，反应速度加快了。,一般催化剂：增加温度，使更多的反应物分子获得所需的活化能,25,代谢途径的关键酶（限速酶）,限速酶： 催化限速反应的酶为限速酶。,关键酶：催化单向反应，决定代谢途径方向的酶,26,思考题：,酶的活性中心定义。 什么叫做酶的必需基团，有几类，分别是指什么？ 酶原与酶原激活，有什么意义？ 关键酶、限速酶的定义,27,研究各种因素对酶促反应速度的影响,第四节 影响酶催化作用的因素,酶浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂、抑制剂 条件： 研究某一因素对酶促反应速度的影响， 其它因素保持不变。保持反应在初速度 的状态,28,其它条件不变，只改变底物浓度，观察对反应 速度的影响。,底物浓度对反应速度的影响,底物饱和：酶的活性中心已被底物全部占据，速度 不再增加，达到极限Vm,29,Vm VmS 2 Km+S Km+S = 2 VmS/ Vm Km = 2S- S =S,30, Km与Vm的意义： 1. Km（米氏常数）是酶促反应速度为最 大反应速度一半时的底物浓度 2. 表示酶与底物亲和力。两者成反比。 Km值越大，酶与底物亲和力越小。,31,3Km值是酶的特征性常数,与酶的结构、底物和反应环境有关，与酶的浓度无关,32,当S E Vm=KE 反应速度与酶浓度成正比。,酶浓度对反应速度的影响,2019/8/23,33,可编辑,34,温度对反应速度的影响,酶活性,两种效应的影响： 1活性随着温度升高而增高 2温度到达一定高度时，酶活性随温度升高而降低，继而失活。与酶的本质是蛋白质有关。,35,低温时：酶活性受到抑制，随着温度上升，活性恢 复。 高温时：酶活性丧失，随着温度降低，活性不能恢 复。因为酶蛋白已变性。,36,最适温度：酶促反应到达最大值时的温度。 温度对酶促反应影响的临床意义: 低温对标本的保存、低温麻醉在临床手术中的应用。 高温灭菌的原理,37,最适温度与时间的关系,38,pH影响酶蛋白、底物分子、辅酶分子中的电离基团解离。,pH对酶反应速度的影响,在不同的pH下，同一种酶催化活性是不同的。,39,最适pH：酶促反应达到最大值时的pH,在这状态下，酶活性中心、底物、辅酶所呈现的解离状态是酶与底物结合并催化反应的最佳解离状态。,每种酶都有自己的最适pH。偏离最适pH，酶的催化活性就降低,40,最适pH受底物浓度、缓冲液种类和浓度、酶的纯度等因素影响。 生物体内绝大多数酶最适的pH都在中性？,41,激活剂对反应速度的影响 激活剂-使酶由无活性或低活性变为有活性或高 活性的物质 组分： 无机离子或简单的有机化合物 功能：维持稳定酶蛋白空间结构 作为酶与底物之间的连接点 作为辅助因子的一部分构成酶的活性中心,42,必需激活剂- 在酶促反应中比不可少的，可使无活 性的酶转变成有活性的酶。 （大部分是一些金属离子） 非必需激活剂-一些酶本身有活性，但比较低，加了 激活剂后，催化活性显著提高。 （大多是有机化合物类物质。,43,抑制剂对反应速度的影响 抑制剂：凡能有选择性地使酶活性降低或丧失但 不能使酶蛋白变性的物质 抑制作用：直接或间接影响酶活性中心， 使酶 的活性降低或丧失的作用。 种类：不可逆抑制、可逆抑制 （根据抑制剂与酶的结合程度）,44,一）不可逆抑制 抑制剂与酶的必需基团以共价键牢固结合，使 酶的活性丧失。用一般生化方法（透析、超滤等） 不能去除抑制剂，需用特殊的药物去除，才能 使酶活性恢复。,45,重金属中毒（Hg2+、Ag2+、Pb2+） 以-SH为必需基团的一类酶上，一些金属离子很容易结合在酶分子的活性巯基上，使酶活性被抑制。,解除这种抑制：需采用一些多个巯基的高浓度化合物,46,巯基酶,二巯基丙醇,路易士气,47,有机磷中毒 以丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的一类酶， 羟基易磷酸化，酶活性被抑制,胆碱酯酶上的羟基被有机磷农药磷酸化后活性被抑制，不能水解乙酰胆碱，造成乙酰胆碱积蓄，引起副交感神经兴奋，呈现中毒症状,48,解磷定的作用：解除磷酸化。使酶恢复活性。,49,二）可逆抑制 抑制剂与酶分子以非共价键结合引起酶活性抑制或丧失。结合疏松，可逆。 一般生化方法能去除抑制剂而恢复酶活性。,50,竞争性抑制（抑制剂与酶结合位点与底物结 合位点相同）,EI,51,特点,抑制程度取决于抑制剂和底物的浓度之比,I与S结构类似，竞争酶的活性中心；,酶的抑制作用可被高浓度底物所减低或解除 SI，ES，酶活性,抑制剂与酶的活性中心结合后，酶失去催化活性,52,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,53,生理意义：临床药物的选择 典型的磺胺药抗菌机理：,细菌在生长繁殖时，不能利用环境中的叶酸，只能在自己菌体内合成,54,抑菌原理： 磺胺药结构与对氨基苯甲酸相似，竞争FH2合成 酶，使之不能进一步转变成FH4 细菌缺乏原料，核苷酸量，细菌生长受到抑制。 人能利用食物中的叶酸，所以磺胺药对人的核苷酸合成不受影响。,在服药的初期，磺胺药要加倍。 某些抗癌药物的设计也是根据这一原理,55,2) 非竞争性抑制（抑制剂与酶结合位点 与底物与酶结合位点不在同一个部位）,但酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物,56,特点： （1）抑制剂与底物结构不相似，两者没有竞争作用 （2）抑制剂结合在活性中心以外的部位，引起酶活 性的抑制 (3）抑制剂浓度增加，使反应体系中E、ES下降， 造成整个酶促反应速度降低，v下降。 （4）底物浓度的增加，不能解除抑制。,57,思考题：,影响酶催化作用的因素有哪些？ 米氏常数反应了哪种因素对酶活性的影响？ 米氏常数的定义及意义 有机磷农药中毒属于哪一种抑制 比较一下竞争性抑制与非竞争性抑制的特点 磺胺药的作用是抑菌还是杀菌？,58, 遗传性疾病,基因突变，酶分子缺陷，引起的疾病,酶与疾病的发生,白化病： 酪氨酸酶缺陷，黑色素不能生成，产生的 疾病,第五节 酶与医学的关系,59,RBC中 6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷 NADPH 还原型GSH RBC膜完整性 溶血性贫血 蚕豆病- 某些人体内6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷，吃了蚕豆诱发溶血性贫血,60, 酶活性受到抑制 中毒性疾病 煤气中毒，一氧化碳抑制了呼吸链中的细胞 色素氧化酶的活性 重金属中毒、农药中毒等,61,酶与疾病的诊断 测定体液中酶的含量，诊断某些脏器的疾病 ALT、AST、淀粉酶、同工酶等,62,酶与疾病治疗 利用酶制品治疗疾病 酶与医学研究 利用酶为工具,63,思考题,酶促反应的初速度不受哪一因素影响： A S B E C pH D 时间 E 温度,关于米氏常数Km的说法，哪个是正确的： A 饱和底物浓度时的速度 B 在一定酶浓度下，最大速度的一半 C 饱和底物浓度的一半 D 速度达最大速度半数时的底物浓度， E 降低一半速度时的抑制剂浓度,64,作为催化剂的酶分子，具有下列哪一种能量效应? A