酶 教学PPT.ppt

1 chapter6enzyme 酶 2 导学 1 掌握酶的分子组成与活性中心 酶促反应特点 酶的调节 2 熟悉酶促反应动力学 酶活性测定与酶活性单位 3 了解酶促反应机制 酶的命名与分类 酶与医学的关系 3 contentsofchapter6 6 1molecularstructureandactivecenterofenzyme6 2characteristicandmechanismofenzymaticreaction6 3enzymekinetics6 4regulationofenzyme6 5nomenclatureandclassificationofenzyme6 6enzymeandmedicine 酶分子结构和活性中心 酶催化反应特点和机理 酶动力学 调节酶 酶的命名和分类 酶和医药联系 4 definitionofenzyme atypeofproteinhavingcatalyticactionwhichisproducedbylivingcell 是由生物体活细胞产生的具有催化作用的蛋白质 生物催化剂 biocatalyst biologicalcatalyst 5 generalformulaofreaction反应通式 底物 基质 产物 6 立体化学专一性 一种酶仅作用于立体异构体中的一种 而对另一种则无作用 l 乳酸 丙酮酸 d 乳酸 7 非立体化学专一性 一种酶仅作用于一种底物发生化学反应 co2 nh3 8 一种酶可作用于一类化合物或一种化学键发生化学反应磷酸酶 能水解和 oh化合物形成的磷酸酯键 p 9 2 mechanismofenzymaticreactioninduce fittheory 诱导契合学说 10 1molecularstructureandactivecenterofenzyme 酶的分子结构与活性中心 11 categoryofenzyme 12 酶的分子组成 单纯酶 结合酶 全酶 有活性 13 辅助因子 14 辅助因子 电子 质子 特殊功能基团的临时载体 参与催化反应 15 辅酶与辅基的比较辅酶 以非共价键与酶蛋白结合 疏松 可以用透析或超滤方法去除之 低分子有机物 辅因子 辅基 以共价键与酶蛋白结合 紧密 不能用透析或超滤方法去除之 16 必需基团 酶分子中与酶活性相关的基团 羟基 巯基 咪唑基和羧基 活性中心内必需基团 结合和催化活性中心外必需基团 维持酶构象 活性中心 酶分子表面与底物结合并将底物转化为产物的空间结构区域 结合基团催化基团 酶的结构特点 17 18 酶的活性中心特点 在整个酶分子中占的空间较小构象具有三维空间在酶分子表面形成一个裂隙以非共价键与底物结合 19 2characteristicandmechanismofenzymaticreaction 酶促反应特点和机制 20 两者都能催化热力学上允许的化学反应 反应前后 本身不发生质与量的变化 不改变反应的平衡点 降低反应所需的活化能 共性 与一般无机催化剂比较 想一想 与无机催化剂比较 不同点有哪些 21 酶的催化原理 极大降低化学反应的活化能 活化分子必须具有的最低能量水平 22 无催化剂 pt催化剂 酶催化剂 75600j 49090j 8400j 酶能降低反应的活化能 比一般催化剂高105 1013倍 23 高度的不稳定性 高度的催化效率 高度的特异性 酶活力的可调节性 特殊性 酶促反应的特点 24 e s es e p2h2o22h2o o2需活化能活化分子数反应速度无催化剂76kj mol少慢铂作催化剂49kj mol 快酶作催化剂8kj mol 大大加快 外加一定能量 单位体积内 中间产物学说 中间复合物 25 3enzymekinetics 酶促反应动力学 26 s 底物浓度 e 酶的浓度 t 温度 phactivator a 激活剂 inhibitor i 抑制剂 27 中间复合物学说 vmax e s 1 substrateconcentrationaffectstherateofenzymaticreaction 28 29 矩形双曲线 一级反应 混合级反应 零级反应 km s e v s 直线 s v s 弧线 s v vmax接近平坦线 vmax 30 一级反应 混合级反应 零级反应 km 米 曼氏方程式 1 michaelis mentenequation 31 1 michaelis mentenequation km michaelisconstant 米氏常数 vmax 最大反应速度 32 米氏常数 km vmax s km s 酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度 1 2vmax km s km单位 mol l 33 米氏常数 km 意义 1 km可以近似地代表e与s的亲和力 米氏方程式vmax s km s km越小 表示e与s亲和力越大 对于多底物 km越小者 为酶的最佳底物 2 km是酶的特征性常数 34 3 kmandvmaxcanbedeterminedgraphicallydoublereciprocalplot lineweaver burkplot y ax b 双倒数作图法 35 s e e 条件 底物浓度足够大 2 vmaxcanbeaffectedbyvaryingenzymeconcentrations 36 温度对酶促反应速度的影响 在一定温度范围内 t 酶活性 t 酶活性 t 超过一定范围时 酶反而变性失活 最适温度酶活性最高 变性程度最小时的温度 37 ph对酶促反应速度的影响 ph 影响酶活性中心上的必需基团 底物基团及辅助因子的解离程度最适ph酶与底物处于最佳解离状态 利于形成 es 反应速度最大时的ph 38 凡能提高酶活性的物质 统称为酶的激活剂 activator 大部分是无机离子或简单的有机化合物 cl 是唾液淀粉酶的非必需激活剂 5 enzymecanbeactivatedbyactivator 39 inhibitor 抑制剂 decreasestheactivityofanenzyme butdoesn tdenaturetheenzyme 6 enzymecanbeinhibitedbyinhibitor 使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质 40 inhibition 不可逆抑制 可逆抑制 41 巯基酶 以巯基 sh 为必需基团的酶抑制剂 重金属离子ag hg2 砷剂等解除重金属离子中毒的常用物质 二巯基丙醇 1 巯基酶抑制剂 42 巯基酶的失活与复活 43 2 丝氨酸酶抑制剂 丝氨酸酶 以丝氨酸羟基 oh 为必需基团的酶抑制剂 有机磷化合物如胆碱酯酶抑制可用解磷定解救 44 胆碱酯酶的失活与复活 45 乙酰胆碱 h2o 胆碱 乙酸 胆碱酯酶 有机磷杀虫剂 胆碱能神经过度兴奋 中毒 心跳变慢 瞳孔缩小 流涎 多汗 呼吸困难 46 concept aninhibitorbindsnoncovalentlytotheenzyme canberemovedfromtheenzymebyextensivedialysis types competitiveinhibitionnoncompetitiveinhibitionuncompetitiveinhibition 2 reversibleinhibition 47 1 competitiveinhibition theinhibitorisstructurallyrelatedtothesubstrateofenzyme competeswiththesubstratebybindingtotheactivecenteroftheenzyme 48 竞争性抑制作用特点 1 i与s结构相似 2 i与s互相竞争与酶活性中心结合 3 抑制程度取决于 i 和 s 的相对比例 s 可以减少或去除抑制作用 49 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制 琥珀酸脱氢酶 琥珀酸 延胡索酸 丙二酸 f fadfadh2 50 磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制作用 磺胺药与paba相互竞争与fh2合成酶结合 p aminobenzoicacid paba sulfadrugs 51 paba 二氢蝶呤啶 谷氨酸 fh2合成酶 磺胺类药物 fh2 fh2还原酶 mtx fh4 磺胺类药物的抑菌机理 氨甲蝶呤 methotrexate mtx 促进核 苷 酸的合成 细菌 结构相似 结构相似 52 i和s结构不相似 两者互不干扰同时与酶结合 从而抑制酶活性 2 noncompetitiveinhibition 53 非竞争性抑制作用特点 1 i与s结构不相似 2 i与s互不干扰同时与酶结合 3 抑制程度只取决于 i 的浓度 4 s 不能去除抑制作用 54 theinhibitorbindsonlytoescomplex butnotthefreeenzyme 3 uncompetitiveinhibition 55 抑制剂仅与酶 底物复合物 es 结合 使酶失去催化活性 56 反竞争性抑制 57 各种可逆性抑制作用的比较 58 1 enzymeactivity decrementofsubstratesorproductionofproductsinunittimeundertheoptimumconditionofanenzymaticreaction 酶活性 酶催化某一化学反应的能力 常用单位时间内底物的减少量或产物的生成量来表示酶活性大小 59 2 酶活力单位 u 特定条件下 25 最适ph 最适底物浓度 每分钟催化1 mol底物转化为产物所需的酶量 1个国际单位 iu internationalunit iu 1iu 1 mol min 1 60 3 酶的比活力 u mg pr 每毫克蛋白中所具有的酶活力单位代表酶的纯度固体酶活性常用此表示 purityofenzyme specificactivityofenzyme 61 4regulationofenzymeregulationofthemetabolicpathway regulatingenzyme keyenzyme throughstructureoramountofenzyme 62 酶的区域化分布 关键酶 63 主要代谢途径 相关酶系 在细胞内的分布代谢途径分布代谢途径分布糖酵解胞质胆固醇合成胞质和内质网磷酸戊糖途径胞质磷脂合成内质网糖原合成胞质尿素合成线粒体和胞质脂肪酸合成胞质蛋白质合成核糖体糖异生胞质dna及rna合成细胞核脂肪酸 氧化线粒体多种水解酶溶酶体三羧酸循环线粒体呼吸链线粒体酮体生成肝细胞线粒体 64 abcd e1e2e3lowactivityhighactivityhighactivity metabolicpathway 关键酶 是指只能催化单向反应的 速度较慢的酶 调节该酶活性可以影响代谢速度 甚至改变代谢方向 65 在细胞水平调节关键酶活性有两种方式 两种方式 66 somemetabolites allostericeffectors inthebodyalterconformationsofanenzymebybindingtoitssitesdistantfromtheactivecenternoncovelently thereforereversible therebyregulatetheenzymeactivity 1 concept 1 allostericregulation别构调节 别构效应剂 67 某些小分子物质能与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合 引起酶蛋白空间构象变化 从而改变酶活性 这种调节称为 别构调节 68 allostericeffector alterconformationofenzyme activationorinhibition changeenzymeactivity 69 enzymebyallostericregulation allostericenzyme别构酶 allostericactivator别构激活剂allostericinhibitor别构抑制剂 70 allostericenzyme别构酶 酶分子中除具有活性中心外 还具有别构中心 负责对底物结合和催化 催化亚基 调节催化速度 调节亚基 各代谢途径中的关键酶大多属于别构酶 71 2 mechanismofallostericregulation allostericenzyme morethanonesubunit cataliticsubunitregulatarysubunit 别构酶是由多亚基构成的寡聚体 72 别构调节机制 别构剂以非共价键与调节亚基结合 引起酶空间构象改变解聚 聚合或疏松 紧密 别构酶空间构象变化 引起酶活性改变有活性 高活性无活性 低活性 73 别构调节生理意义fattyacid丙二酸单酰coagg 6 pf 6 pfdp丙酮酸乙酰coaco2草酰乙酸 fpk 羧化酶 fructose 6 phosphokinase 6 磷酸果糖激酶 柠檬酸 糖代谢途径 脂肪酸合成途径 74 别构调节生理意义 快速改变代谢速度 甚至方向 防止产物堆积和能源浪费 75 1 conceptactivitiesofsomeenzymesmayberegulatedthroughadding orremoving afunctionalgroupto orfrom theseenzymes 2 chemicalmodification covelentmodification 酶促化学修饰调节 酶蛋白肽链上某些氨基酸残基可在另一种酶的催化下发生化学修饰 使共价结合或脱去某些化学基团从而改变酶的活性 这种调节方式称为 76 2 typesofchemicalmodification 1 phosphorylationanddephosphorylation mostcommon 2 acetylationanddeacetylation 3 methylationanddemethylation 4 transformationbetween shand s s 磷酸化 去磷酸 乙酰化 去乙酰 甲基化 去甲基 77 thrsertyr thrsertyr proteinkinase phosphoproteinphosphatase atp pi adp h2o enzyme phosphorylatedenzyme oh o po3h2 phosphorylationanddephosphorylation 78 e ohe o po3h2 atp adp 蛋白激酶 h2o 磷蛋白磷酸酶 pi 使酶蛋白中ser thr或tyr的羟基发生磷酸化修饰 从而快速改变酶活性 e e 最常见的化学修饰 磷酸化与脱磷酸 酶 蛋白激酶和蛋白磷酸酶 79 肾上腺素 受体肾上腺素 受体无活性g蛋白 活性型g蛋白无活性腺苷酸环化酶 活性型腺苷酸环化酶atp camp无活性蛋白激酶a 活性型蛋白激酶a 无活性磷酸化酶b激酶 活性型磷酸化酶b激酶无活性糖原磷酸化酶b 活性型糖原磷酸化酶a糖原 1 磷酸葡萄糖 无活性型糖原合酶b活性型糖原合酶a 化学修饰的级联式的调节 80 酶化学修饰类型酶活性改变 糖原磷酸化酶磷酸化 脱磷酸激活 抑制磷酸化酶b激酶磷酸化 脱磷酸激活 抑制糖原合酶磷酸化 脱磷酸抑制 激活丙酮酸脱羧酶磷酸化 脱磷酸抑制 激活磷酸果糖激酶磷酸化 脱磷酸抑制 激活丙酮酸脱氢酶磷酸化 脱磷酸抑制 激活hmg coa还原酶磷酸化 脱磷酸抑制 激活乙酰coa羧化酶磷酸化 脱磷酸抑制 激活激素敏感脂肪酶磷酸化 脱磷酸激活 抑制 酶促化学修饰对酶活性的影响 81 3 characteristicandphysiologicalsignificanceofchemicalmodification 1 enzymesregulatedbychemicalmodificationhavetwotypes active orhighactive inactive orlowactive 2 transformationsbetweenabovetwotypesareregulatedbydifferentenzymes 3 regulatecovelently 4 atypeoffastmodification amplifyingeffect 82 酶的有活性或无活性两种形式的互变 受不同的酶催化 酶分子发生共价修饰 特点 常见的磷酸化与脱磷酸化修饰 是经济有效的调节方式 发生级联式的 一环扣一环的化学修饰 具有快速放大效应 83 意义是快速调节酶活性的另一种方式 84 1 inductionandrepressionofenzymesynthesisinducer inductionrepressor repression2 degradationofenzyme 3 regulationofenzymecontents 自学 85 酶蛋白含量的调节 酶蛋白合成的诱导与阻遏 转录 翻译 dna mrna 蛋白质 诱导剂 如 底物 阻遏剂 如 产物 86 酶蛋白的降解溶酶体蛋白酶的降解 泛素参与的降解途径 87 几种酶活性调节方式的比较 调节方式调节物质酶分子变化特点及生理意义 别构调节别构剂构象改变作用快 防止产物堆 底物 产物积和能源浪费或其它小分子物质 化学修饰磷酸基团等共价键改变耗能少 作用快 有放大效应 可满足应激需要 酶数量诱导剂 底物 数量增加耗能多 调节效应出调节激素 药物 现慢 但维持时间长久阻遏剂 产物数量减少 88 zymogen 酶原 inactiveprecursorofanenzymezymogenactivation zymogentransformstoactiveenzymeexample activationoftrypsinogen 胰蛋白酶原 4 zymogenandzymogenactivation 89 mechanismofzymogenactivation formationandexposureofactivecenter 90 酶原的激活 有些酶 大多数为水解酶 在细胞内初合成或初分泌时是无活性的 这些无活性酶的前身称为酶原 酶蛋白 酶原 的分子构象发生改变 形成活性中心的过程 酶原与酶原的激活 91 significance 1 preventsself digestion 2 keepenzymesactivityinspecialenviroment 3 storingpatternsofenzymes 意义 1 避免细胞的自身消化2 使之在特定部位和环境中发挥作用3 酶的贮存形式 92 酶原 消化道的蛋白酶原 血液中的凝血酶原和纤维蛋白溶解酶原 93 胰蛋白酶原的激活过程 94 concept multipleformsofenzymesthatcatalyzethesamereaction butdifferinmolecularstructure physicalandchemicalproperties immunologicalproperties biologicalfunction 5 isoenzyme 同工酶 95 同工酶 催化相同的反应而分子组成 结构 理化性质乃至免疫学性质或电泳行为不同的一组酶举例 乳酸脱氢酶同工酶 ldh 96 example ldh 乳酸脱氢酶 twosubunits h type m type 5tetramerenzymes 97 physiologicalfunctionsofldh skeletalmuscle heart nad nadh h ldh1 ldh5 98 ldh同工酶在人体各组织器官中的分布 同工酶百分比 组织器官ldh1ldh2ldh3ldh4ldh5心肌67294 1 1肾5228164 1肝24112756骨骼肌47212741红细胞42361552肺1020302515胰腺301550 5脾102540255子宫52544224 99 electrophoretogramsofldhisoenzymesindifferenttissues 100 clinicalsignificanceldhisoenzymeanalysis myocardialinfarction serumldh1 livercancer serumldh5 101 临床意义 ldh1 染色斑点大而深 帮助诊断心肌梗塞 ldh5 染色斑点大而深 帮助诊断肝癌 102 同工酶在疾病诊断中的价值 同工酶在不同组织的分布和含量的差异形成各组织特有的同工酶谱组织发生病变 导致血清同工酶谱的变化ldh1和ck mb有助于心肌梗死的诊断肿瘤产生的异常同工酶 为临床诊断提供指标如 alp gt等 103 5nomenclatureandclassificationofenzyme 自学 nomenclatureofenzyme customnomenclaturesystematicnomenclature 104 classif