第三章--酶(1)

商洛职业技术学院教案教案首页商洛职业技术学院教案教案首页 课程名称课程名称生物化学序次序次4专业班级专业班级2009 级护理 授课教师授课教师王文玉职称职称副教授类型类型理论学时学时2 授课题目授课题目 章章 节节 第三章 酶 第一节 概述 第二节 酶催化作用的特点 第三节 酶的结构与功能 教学目的教学目的 与要求与要求 1 掌握酶的概念 酶的必需基团及活性中心的概念 2 掌握酶的化学组成 酶催化作用的特点 酶原及酶原激活的概念 机制及生理意义 3 了解酶的分类与命名 4 掌握同功酶的概念及临床应用 酶的变构调节和化学修饰调节的 概念 教学重点教学重点 1 酶催化作用的特点 2 酶的活性中心 酶原及酶原的激活 3 同工酶 变构调节 化学修饰调节 教学难点教学难点 1 酶的活性中心及酶原及酶原的激活 2 变构调节 化学修饰调节 教学方法教学方法 和手段和手段 课堂讲述和多媒体教学相结合 复习内容复习内容 1 核酸的化学组成和基本单位 DNA 的各级结构 2 细胞内 RNA 的主要种类及 mRNA tRNA rRNA 的功能 5 分钟 使用教材使用教材 全国医药类高职高专 十二五 规划教材 生物化学 邱 烈王文玉主编 第四军医大学卫生出版社 2010 年 1 月第 1 版 实验指导为本校自编 生物化学实验指导 教教 案案 续续 页页 基基 本本 内内 容容 辅助手段和辅助手段和 时间分配时间分配 第三章第三章 酶酶 概 述 生命的基本特征之一是新陈代谢 它由成千上万个化学反应组 成 这些化学反应几乎都是在特异的生物催化剂催化下进行的 迄 今已发现两类化学本质不同的生物催化剂 酶与核酶 酶 enzyme E 是由活细胞合成的具有催化作用的蛋白质 是生物体 内催化各种代谢反应最主要的催化剂 核酶 ribozyme 是有高效 特异催化作用的核酸 是近年来发现的一类新的生物催化剂 本章 主要讨论化学本质为蛋白质的生物催化剂 酶所催化的反应称为酶促反应 在酶促反应中 受酶催化的物 质称为底物 S 反应的生成物称为产物 P 酶所具有的催化能 力称为酶活性 如果酶丧失催化能力称为酶失活 生命活动与酶的催化作用密切相关 人体的许多疾病与酶的异 常有关 许多药物也通过酶的作用来达到治疗的目的 可以说没有 酶就没有生命 第一节第一节 酶催化作用的特点酶催化作用的特点 酶与一般催化剂有相同之处 微量即能加速化学反应进行且在 反应前后不发生质与量的改变 只能催化热力学允许进行的化学反 应 只能缩短反应到达平衡所需的时间 而不能改变平衡点等 然 而 酶是生物催化剂 酶促反应又有其特点 一 高度的催化效率一 高度的催化效率 酶具有极高的催化效率 通常比非催化反应高 108 1020倍 比 一般催化剂高 107 1013倍 例如 脲酶催化尿素的水解速度是 H 的 7 1012倍 二 高度的特异性二 高度的特异性 酶对其作用底物的选择性称为酶的特异性或酶的专一性 5 分钟 酶和核酶的 概念 核酶 的发现 20 分钟 specificity 即一种酶只能作用于一种或一类化合物 或一定的 化学键 催化一定的化学反应并产生一定的产物 根据酶对底物选 择的严格程度不同 可将酶的特异性分为三种类型 1 绝对特异性 一种酶只催化一种底物 进行一种专一的反应 生成一种特定结构的产物 这种特异性称为绝对特异性 2 相对特异性 有的酶能作用于一类化合物或一种化学键 这 种不太严格的选择性称为相对特异性 如脂肪酶既能水解脂肪也能 水解简单的酯 3 立体异构特异性 一种酶仅作用于底物立体异构体中的一种 这种选择性称为立体异构特异性 如 L 氨基酸氧化酶只对 L 氨基酸 起作用 对 D 氨基酸不起作用 三 酶活性的不稳定性三 酶活性的不稳定性 酶的化学本质是蛋白质 具有蛋白质的理化性质 凡能使蛋白 质变性的理化因素都能使酶蛋白变性失活 因此酶对环境因素的变 化非常敏感 如温度 pH 和抑制剂等 表现出高度的不稳定性 四 酶催化活性的可调节性四 酶催化活性的可调节性 生物体内的物质代谢错综复杂 但却能适应内外环境的变化和 生命活动的需要 这是因为生物体在长期进化过程中 逐步形成了 对酶促反应精确的调控机制 主要是通过对酶结构和酶含量的改变 来调节酶的活性 使体内各种代谢途径能适应生理功能的需要有条 不紊地进行 如果体内酶活性的调控异常 物质代谢将会发生紊乱 则会产生疾病甚至死亡 第二节第二节 酶的结构与功能酶的结构与功能 一 酶的分子组成一 酶的分子组成 酶按其化学组成不同可分为单纯酶和结合酶 1 单纯酶 为单纯蛋白质 只由氨基酸组成 催化水解反应 的酶属于此类酶 如蛋白酶 脂肪酶 核糖核酸酶和淀粉酶等 2 结合酶 为结合蛋白质 由蛋白质部分和非蛋白质部分组成 前者称为酶蛋白 后者称为辅助因子 酶蛋白与辅助因子结合形成 酶催化作 用的特点 15 分钟 的复合物称为全酶 酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化活性 只有结合在一起构成全酶后才有催化活性 辅助因子包括金属离子或小分子有机化合物 金属离子最多见 体内约 2 3 的酶含有金属离子 小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质 其分子结构 中常含有维生素或维生素类物质 主要是 B 族维生素 其主要作用是 参与酶的催化过程 在反应中传递电子 质子或基团等 维生素与辅助因子维生素与辅助因子 辅 助 因 子所含维生素主要功能 焦磷酸硫胺素 TPP 维生素 B1 酮酸氧化脱羧 黄素单核苷酸 FMN 黄素腺嘌呤二核苷酸 FAD 维生素 B2递氢 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD 尼克酰胺腺嘌 呤二核苷酸磷酸 NADP 维生素 PP递氢 磷酸吡哆醛 磷酸吡哆 胺 维生素 B6转氨基 氨基酸脱羧 辅酶 A HSCoA 泛酸转酰基 生物素生物素羧化反应 四氢叶酸 FH4 叶酸转移一碳单位 甲基钴胺素 2维生素 B12转移甲基 硫辛酸硫辛酸转酰基与递氢 辅助因子根据其与酶蛋白结合的紧密程度及作用特点不同可分 为辅酶与辅基 与酶蛋白结合疏松 用透析或超滤的方法能够将其 与酶蛋白分离的称为辅酶 反之 与酶蛋白结合紧密 用透析或超 滤的方法不能将其与酶蛋白分离的称为辅基 结合酶的特点结合酶的特点 1 酶蛋白和辅助因子单独存在时 均无催化活性 只有当二者 幻灯片 单 纯酶和结合 酶的概念及 组成 表 5 2 B 族维生素 与辅助因子 的关系 结合形成全酶后才有催化活性 2 体内酶的种类很多 辅助因子种类相对较少 一种酶蛋白 只能与一种辅助因子结合构成一种特异性的酶 一种辅助因子却可 与几种酶蛋白结合构成不同特异性的酶 3 酶蛋白决定酶促反应的特异性 辅助因子决定反应类型 二 酶的活性中心二 酶的活性中心 酶的必需基团 酶的必需基团 与酶活性密切相关的基团 结合基团是能直接与底物结合的必需基团 催化基团催化底物 发生化学反应并将其转变为产物 位于活性中心外 是维持酶活性 中心空间构象所必需的基团称为酶活性中心外的必需基团 酶的活性中心 酶的活性中心 在酶分子上 必需基团在空间结构上彼此靠近 形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 此区域称为酶的活性中心 活性中心是酶发挥特异催化作用的关键部位 如果酶的活性中 心破坏或被某些物质占据 酶则丧失催化活性 幻灯片 辅 助因子和酶 蛋白作用 10 分钟 幻灯片 酶 活性中心示 意图 二 酶原与酶原的激活二 酶原与酶原的激活 酶原 无活性的酶的前身物质 酶原的激活 酶原转化成有活性的酶的过程 酶原激活的实质 活性中心的形成或暴露 酶原激活的机制 在特异蛋白酶的催化下 酶原分子近 N 端水 解掉一个或几个肽段 空间构象发生改变 从而形成活性中心 酶原的激活的生理意义酶原的激活的生理意义 1 避免细胞产生的蛋白酶对自身进行消化 使酶在特定部位 和环境中发挥催化作用 临床上急性胰腺炎就是因为某些原因引起 胰蛋白酶原等在胰腺组织被激活所致 2 此外 酶原可视为酶的贮存形式 如参与凝血和纤维蛋白 溶解的酶类以酶原形式存在血液中 从而保证血流畅通 一旦需要 便迅速转化为有活性的酶 发挥其对机体的保护作用 几种常见的酶原及激活剂几种常见的酶原及激活剂 酶原相应的酶激活剂 胃蛋白酶原胃蛋白酶H 胃蛋白酶 胰蛋白酶原胰蛋白酶肠激酶或胰蛋白酶 10 分钟 表 5 3 部 分酶原激活 过程 胰蛋白酶原 激活示意图 10 分钟 三 同工酶三 同工酶 概念 概念 催化相同的化学反应 但酶蛋白的分子结构 理化性质 及免疫学特性不同的一组酶 同工酶存在于同一种属 同一个体的不同组织 甚至存在于同 一细胞的不同亚细胞结构中 同工酶多为寡聚酶 如乳酸脱氢酶 LDH 是由两种亚基组成的四聚体 由骨骼肌型 M 型 和心肌型 H 型 2 种亚基构成 其亚基按不同比例组成了五种同工酶 即 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4和 LDH5 其在电场中电泳速度依次递减 人体各组织器官中人体各组织器官中 LDHLDH 同工酶的分布同工酶的分布 同工酶百分比 组织器官 LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5 心 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 血清 27382294 同工酶测定已成为临床诊断的一个重要组成部分 测定血清中 弹性蛋白酶原弹性蛋白酶胰蛋白酶或肠激酶 胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶或 胰凝乳蛋白酶 凝血酶原凝血酶凝血酶原激酶 Ca2 幻灯片 同 工酶的概念 乳酸脱氢酶 同工酶的组 成 表 5 4 人 体各组织器 官中 LDH 同 工酶的分布 10 分钟 幻灯片 代 谢途径示意 图 相应同工酶谱能较准确地反映病变的部位和损伤程度 有助于疾病 诊断 如正常血清 LDH2活性高于 LDH1 心肌梗死时细胞内 LDH1大量 释放到血液 使血清中 LDH1活性高于 LDH2 而肝病时 LDH5活性升高 四 酶活性的调节四 酶活性的调节 代谢途径代谢途径实质上是一系列酶催化的连续的化学反应 其速度和 方向是由其中的一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定的 这些具有调节作用的酶称为关键酶或调节酶 关键酶关键酶只催化单向反应 且催化的反应速度最慢 又称为限速 酶 关键酶常是多酶体系的第一个酶 或处于分支代谢的第一个酶 酶的调节包括酶活性和酶含量的调节 其中酶活性的调节有变 构调节和化学修饰调节 2 种 一 变构调节 一 变构调节 体内一些代谢物质可与酶的活性中心以外的某一部位可逆地结 合 使酶的空间构象发生改变 进而改变酶的活性 这种调节方式 称为变构调节 又称为别位调节 受变构调节的酶称为变构酶 或 别位酶 导致变构调节的代谢物称为变构效应剂 其中使酶活性增 强的称变构激活剂 使酶活性降低的称变构抑制剂 体内代谢途径 的关键酶大多属于变构酶 受代谢物的变构调节 二 共价修饰调节 二 共价修饰调节 酶蛋白肽链上的某些基团可在酶的催化下发生可逆的共价修饰 从而引起酶活性改变 这种调节称为酶的共价修饰或化学修饰 共 价修饰调节的方式有磷酸化与脱磷酸 乙酰化与脱乙酰 腺苷化与 脱腺苷 甲基化与脱甲基以及 SH 与 S S 的互变等 其中最常见的 是磷酸化与脱磷酸化 酶的磷酸化与脱磷酸化反应是不可逆反应 分别由蛋白激酶和磷蛋白磷酸酶催化 作用快 效率高 使体内快 速调节的另一种重要方式 表 5 5 某 些代谢途径 的变构酶及 效应剂 幻灯片 磷 酸化与脱磷 酸化 教教 案案 末末 页页 小小 结结 5 分钟 酶是活细胞合成的具有催化作用的蛋白质 酶催化作用的特 点为高度的催化效率 高度的特异性 酶活性的可调节性和酶活 性的不稳定性 酶按化学组成不同分为单纯酶和结合酶 在酶分 子表面 由酶的必需基团集中构成的具有特定空间结构区域 是 酶与底物结合并使底物转化为产物的部位称为酶的活性中心 无 活性的酶的前身物称酶原 酶原转变为酶的过程称酶原激活 同 工酶是指催化相同化学反应 而酶蛋白的分子结构 理化性质及 免疫学性质不同的一组酶 测定血清中同工酶谱有助于诊断疾病 机体对酶活性的调节有变构调节和共价修饰调节 酶催化作用的 机制是酶能通过其特有的作用机制 比一般催化剂更有效的降低 反应的活化能 发挥其高度的催化效率 复习思考复习思考 题题 及作业题及作业题 1