酶生物化学酶学PPT学习教案

1、会计学1 酶生物化学酶学酶生物化学酶学 第1页/共49页 第2页/共49页 第3页/共49页 蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 ( (apoenzyme) 辅助因子辅助因子 (cofactor) 金属离子金属离子 小分子有机化合物小分子有机化合物 全酶全酶 (holoenzyme) (simple enzyme) 第4页/共49页 第5页/共49页 辅助因子分类辅助因子分类 （按其（按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度） 辅酶辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的方法除去。透析或超滤的方法除去。 辅基辅基 (prosthetic

2、group): 与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超滤的方法除去透析或超滤的方法除去。 第6页/共49页 金属离子的作用金属离子的作用 稳定酶的构象；稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子； 在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 小分子有机化合物小分子有机化合物的作用的作用 在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。 第7页/共49页 小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用 尼克酰胺（维

3、生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一） 尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一） 维生素维生素B2（核黄素）（核黄素） 维生素维生素B2（核黄素）（核黄素） 维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素） 泛酸泛酸 硫辛酸硫辛酸 维生素维生素B12 生物素生物素 吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一） 叶酸叶酸 NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，辅酶苷酸，辅酶I） NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II） FMN （黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸） TPP（焦磷酸硫胺素）（焦

4、磷酸硫胺素） 辅酶辅酶A（CoA） 硫辛酸硫辛酸 钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类 生物素生物素 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 四氢叶酸四氢叶酸 氢原子（质子）氢原子（质子） 醛基醛基 酰基酰基 烷基烷基 二氧化碳二氧化碳 氨基氨基 甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、 甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基 等一碳单位等一碳单位 所含的维生素所含的维生素名名称称 小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基) 转移的基团转移的基团 尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一） 尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP之一）之一） 维生素维生素B2（核黄素）（核黄素） 维生素维生素B2（核黄素）（核黄素） 维

5、生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素） 泛酸泛酸 硫辛酸硫辛酸 维生素维生素B12 生物素生物素 吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一） 叶酸叶酸 NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，辅酶苷酸，辅酶I） NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸磷酸，辅酶苷酸磷酸，辅酶II） FMN （黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸） TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素） 辅酶辅酶A（CoA） 硫辛酸硫辛酸 钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类 生物素生物素 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 四氢叶酸四氢叶酸 氢原子（质子）氢原子（质子） 醛基醛

6、基 酰基酰基 烷基烷基 二氧化碳二氧化碳 氨基氨基 甲基、甲烯基、甲基、甲烯基、 甲炔基、甲酰基甲炔基、甲酰基 等一碳单位等一碳单位 所含的维生素所含的维生素名名称称 小分子有机化合物小分子有机化合物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基) 转移的基团转移的基团 第8页/共49页 必需基团必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。 目目 录录 第9页/共49页 或称活性部位或称活性部位(active site)，指指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构

7、的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。 酶的活性中心酶的活性中心(active center) 第10页/共49页 结合基团结合基团 binding group 催化基团催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。 活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团 第11页/共49页 底底 物物 活性中心以外的必需基团活性中心以外的必需基团 结合基团结合基团

8、 催化基团催化基团 活性中心活性中心 目目 录录 第12页/共49页 溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心 * 谷氨酸谷氨酸35和天和天 冬氨酸冬氨酸52是催化是催化 基团；基团； * 色氨酸色氨酸62和和83 、天冬氨酸、天冬氨酸101 和色氨酸和色氨酸108是是 结合基团；结合基团； * AF为底物多为底物多 糖链的糖基，位糖链的糖基，位 于酶的活性中心于酶的活性中心 形成的裂隙中。形成的裂隙中。 第13页/共49页 第14页/共49页 酶原激活的机理酶原激活的机理 酶酶 原原 分子构象发生改变分子构象发生改变 形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解掉

9、一个或几个短肽一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽 在特定条件下在特定条件下 第15页/共49页 赖赖缬缬天天天天天天天天 甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬 组组 丝丝 甘甘异异 缬缬 组组 丝丝 第16页/共49页 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义 避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。 有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成

10、有活性的酶，发挥其催化作用。 第17页/共49页 * * 定义定义 同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。 第18页/共49页 乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶 第19页/共49页 * *生理及临床意义生理及临床意义 在代谢调节在代谢调节 上起着重要的作用上起着重要的作用 ； 用于解释发用于解释发 育过程中阶段特有育过程中阶段特有 的代谢特征；的代谢特征； 同工酶谱的同工酶谱的 改变有助于对疾病改变有助于对疾病 的诊断；的诊断； 同工酶可以

11、同工酶可以 作为遗传标志，用作为遗传标志，用 于遗传分析研究。于遗传分析研究。 心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化 1 1 酶酶 活活 性性 心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱 正常酶谱正常酶谱 肝病酶谱肝病酶谱 2 23 34 45 5 第20页/共49页 第二节第二节 酶促反应的特点与机理酶促反应的特点与机理 第21页/共49页 一、一、 酶促反应的特点酶促反应的特点 酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高倍，比一般催化剂高1071013倍。倍。 酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的

12、反应温度。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的 活化能活化能(activation energy)。酶比一般催化剂。酶比一般催化剂 更有效地降低反应的活化能。更有效地降低反应的活化能。 第22页/共49页 * 酶的特异性酶的特异性(specificity) （二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性 第23页/共49页 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。 第24页/共49页 研究前提研究前提 v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈在其他因素不变的情况下，底物浓度对反

13、应速度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。 第25页/共49页 当底物浓度较低时当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。 目目 录录 第26页/共49页 随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。 目目 录录 第27页/共49页 当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应 目目 录录 第28页/共49页 0 V E 当当SE时，时，Vmax = k3 E 酶

14、浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 第29页/共49页 q最适温度最适温度 (optimum temperature)： 酶促反应速度最快时的环境温度。酶促反应速度最快时的环境温度。 * * 低温的应用低温的应用 酶酶 活活 性性 0.5 1.0 2.0 1.5 0 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 第30页/共49页 四、四、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响 q最适最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH。 0 酶酶 活活 性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的

15、影响 246810 第31页/共49页 区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性 第32页/共49页 抑制作用的类型抑制作用的类型 不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition) 可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)： 竞争性抑制竞争性抑制 (competitive inhibition) 非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) 反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitive inhibit

16、ion) 第33页/共49页 第34页/共49页 E S S AsCHCHCl+ CH2SH CHSH CH2OH E SH SH + CH2S CHS CH2OH AsCHCHCl RO RO P O X +HOE RO RO P O OE + HX Cl As Cl CHCHCl + E SH SH E S As S CHCHCl + 2HCl 有机磷化合物有机磷化合物 路易士气路易士气 失活的酶失活的酶 羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸 巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸 BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物 第35页/共49页 竞争性抑制竞争性抑制 非竞争性抑制非竞争性抑制

17、反竞争性抑制反竞争性抑制 第36页/共49页 + 反应模式反应模式 第37页/共49页 第38页/共49页 * * 特点特点 b)b)抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度； a)I与与S结构类似，竞争酶的活性中心；结构类似，竞争酶的活性中心； c)动力学特点：动力学特点：Vmax不变，表观不变，表观Km增大。增大。 抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V 1/S VS max V I K(1) S m Ki i K I111 m (1) VVKSV maxmax 第39页/共49页 * * 举例举例 丙二酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶

18、与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶 COOH CH2 CH2 COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸 琥珀酸琥珀酸 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 FADFADH2 延胡索酸延胡索酸 第40页/共49页 磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制 与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸 二氢叶酸二氢叶酸 合成酶合成酶 二氢叶酸二氢叶酸 COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 类类 药药 物物 第41页/共49页 第42页/共49页 * * 特点特点 a) a)抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系； b)b)抑制程度取决于抑制剂的浓度；抑制程度取决于抑制剂的浓度； c)动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表观降低，表观Km不变。不变。 抑制剂抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂无抑制剂 i