《生物化学》教学课件-第六章 酶

第六章酶,enzyme,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，核酶概念，酶的命名与分类，酶与医学的关系。,酶的定义：,是由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。,J.B.萨姆纳JamesBatchellerSumner美国(18871955)1926年：脲酶结晶1937年：过氧化氢酶结晶1946年：获诺贝尔化学奖,JamesBatchellerSumner,生物催化剂,酶,核酶（具有催化作用的核酸）,教学内容,酶的分子组成与活性中心酶促反应特点与机制酶促反应动力学酶的调节酶的命名与分类酶与医学的关系,第一节酶的分子组成与活性中心,酶的存在形式：,多功能酶：(multifunctionalenzyme),多酶体系：(multienzymesystem),寡聚酶：(oligomericenzyme),只由一条多肽链构成的酶,由多个亚基以非共价键连接的酶,由几种不同功能的酶彼此聚合形成,一条多肽链具有多种催化功能的酶,也称串连酶,单体酶：(monomericenzyme),一、酶的分子组成,酶,辅酶,辅基,辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤方法除去的辅助因子；辅基(prostheticgroup)：与酶蛋白结合紧密，不易用透析或超滤方法除去的辅助因子。,结合酶,酶蛋白作用：,辅酶或辅基的作用：传递电子、原子或某些基团,决定酶催反应的特异性,辅助因子,金属离子作用：,（1）稳定酶蛋白活性构象（2）参与构成酶的活性中心（3）连接酶和底物的桥梁（4）中和阴离子,含B族维生素的辅酶(或辅基)及其在催化中的作用,二、酶的活性中心,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,酶的活性中心特点：,体积小三维空间构象,酶分子表面形成裂隙以非共价键与底物结合,一、酶促反应的特点高度不稳定性具高度的催化效率具高度特异性（专一性）酶活力的可调节性,第二节酶促反应的特点与机制,E+SESE+P,二、酶促反应的机制酶作用特异性的机制诱导契合学说,底物浓度S酶的浓度E温度（T）pH值激活剂（A）抑制剂（I）,第三节酶促反应动力学,一、底物浓度对反应速度的影响,E+SESE+P,K1K3K2,（一）米曼氏方程式,1913年，L.Michaelis和M.L.Menten提出米氏方程式,Km米氏常数Vm最大反应速度,=1/2Vm，Km=S，Km单位：mol/L2.Km可以近似地代表E与S的亲和力（Km越小，E与S亲和力越大；反之，亲和力越小。）3.Km是酶的特征性常数,（二）Km的意义,（三）Km值和Vm值的求法双倒数作图法（林贝氏作图法）,（y=ax+b）,二、酶浓度对反应速度的影响,当SE时，则VE,T对酶产生双重影响（T）使分子碰撞V使酶变性VT较低时，T，V，T较高时，T，V。,三、温度对反应速度的影响,最适温度：使V达到最大时的反应温度,影响酶、底物、辅助因子等的解离程度体外实验选取适当缓冲液,四、pH对反应速度的影响,最适pH酶促反应速度达到最大时的溶液的pH,激活剂能使酶活性提高的物质Mg2+ATP对己糖激酶Cl对唾液淀粉酶必需激活剂（无活性变为有活性）非必需激活剂（酶活性提高）,五、激活剂对反应速度的影响,抑制剂（inhibitor）使酶活性降低而又不使酶变性的物质,六、抑制剂对反应速度的影响,巯基酶抑制剂,丝氨酸酶抑制剂,不可逆抑制,抑制作用,可逆性抑制,反竞争性抑制作用,竞争性抑制作用,非竞争性抑制作用,（一）不可逆抑制作用,概念：抑制剂与酶活性中心必需基团共价结合，不能用透析、超滤等物理方法将其除去恢复酶活性。常见抑制剂：丝氨酸酶抑制剂巯基酶抑制剂,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,巯基酶的失活与复活,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,胆碱酯酶的失活与复活,乙酰胆碱,胆碱能神经兴奋,有机磷农药的中毒机理：,概念：抑制剂与酶非共价结合，可用透析、超滤等方法除去而恢复酶活性。类型：竞争性抑制作用非竞争性抑制作用反竞争性抑制作用,（二）可逆性抑制作用,1.竞争性抑制,抑制剂与底物结构相似，两者竞争与酶的活性中心结合，当抑制剂与酶结合后，可以干扰酶与底物的结合，使酶的催化活性降低。,竞争性抑制特点：,（1）抑制剂与底物的结构相似；（2）抑制剂与底物相互竞争与酶活性中心结合；（3）抑制程度取决于I/S相对比例；（4）增加底物浓度，可以减少或解除抑制作用；（5）Km值增大，Vm值不变,竞争性抑制作用,竞争性抑制作用举例：,丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用,2.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,SN抑制敏感细菌的生长、繁殖,磺胺类药物的抑菌机理,（氨甲蝶呤）,蛋白质核酸,抑制剂与活性中心以外的必需基团相结合，而使酶失去活性，称为非竞争性抑制作用。,2.非竞争性抑制,（1）底物和抑制剂结构不相似（2）底物和抑制剂可同时与酶的不同部位相结合（3）抑制程度只取决于I（4）增加S不能去除抑制作用（5）Km值不变，Vmax值降低,非竞争性抑制特点：,非竞争性抑制作用,这类抑制剂只可与ES复合物结合,不能与E直接结合,主要抑制催化功能,不影响底物结合位点。,3.反竞争性抑制,反竞争性抑制作用,1Vm,1Km,Km变小Vm变小,各种可逆性抑制作用的比较,酶活性：酶在最适条件下，单位时间内，酶催化底物的减少量或产物的生成量。酶纯度表示：比活力（酶活性单位/mg蛋白）,七、酶的活性测定与酶活性单位,酶活性单位表示：,国际单位（IU）：每分钟转化1mol底物所需的酶量1IU1molmin-1Kat单位：每秒钟转化1mol底物所需的酶量1Kat1mols-1IU16.6710-9Kat,第四节酶的调节体内代谢途径的调节酶（关键酶）的调节（结构、含量）,ABCD,E1活性低E2活性高E3活性高,整个代谢途径中催化单向反应、速度较慢的酶：关键酶或限速酶,代谢途径：,体内一些代谢物（别构效应剂）与酶蛋白分子活性中心以外的某一部位可逆地结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，又称变构调节。,1.概念,一、别构调节,别构效应剂,酶结构改变,（激活或抑制）酶活性改变,受别构调节的酶别构酶别构效应剂：别构激活剂别构抑制剂,别构抑制与别构激活,2.别构调节的机制,3.别构调节的意义防止产物过多代谢物合理调配和有效利用,别构酶（多亚基）,催化亚基调节亚基,1.概念:酶蛋白肽链上一些基团在酶的催化下与某些化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶活性。,二、酶促化学修饰调节(共价修饰调节),2.共价修饰类型：,（1）磷酸化与脱磷酸（最常见）（2）乙酰化与脱乙酰（3）甲基化与去甲基（4）腺苷化与脱腺苷（5）-SH与-S-S-互变,ThrSerTyr,ThrSerTyr,蛋白激酶,磷蛋白磷酸酶,ATP,Pi,ADP,H2O,酶蛋白,磷酸化的酶蛋白,-OH,-O-PO3H2,酶的磷酸化与脱磷酸化,3.酶促化学修饰调节的特点及生理意义,（1）具有无活性和有活性两种(低活性)(高活性)（2）活性互变由不同的酶所催化（3）属快速调节方式（4）有共价键的变化（5）有放大效应,1.酶蛋白合成的诱导与阻遏诱导剂、诱导作用阻遏剂、阻遏作用2.酶降解的调控,三、酶蛋白含量的调节,酶原(zymogen)：无活性的酶前身酶原激活:酶原转化为有活性的酶的过程举例：胰蛋白酶原的激活,四、酶原与酶原的激活,酶原激活机理：活性中心的形成与暴露意义：（1）避免细胞的自身的消化（2）保证酶在特定部位或环境发挥作用（3）可视为酶的储存形式,概念:催化相同的化学反应，但酶的分子结构、理化性质、免疫学性质乃至生物学功能有所不同的一组酶。,五、同工酶（isoenzyme）,举例：乳酸脱氢酶（LDH）,两种亚基：H型、M型，四聚体,5种同工酶,LDH同工酶的生理功能,(骨骼肌),(心肌),+NAD+,+NADH+H+,LDH1,LDH5,人体某些组织LDH同工酶电泳图谱,LDH同工酶谱分析的临床意义,心肌梗塞血清LDH1染色斑点大而深肝癌血清LDH5染色斑点大而深,第五节酶的命名与分类,酶的命名：习惯命名法系统命名法,酶的分类分六大类,氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂解酶类异构酶类合成酶类,国际系统分类：每种酶的分类编号均有4组数字组成如：乳酸脱氢酶EC1.1.1.27,第六节酶与医学的关系,酶与某些疾病发生的关系酶在疾病诊断上的应用酶在疾病治疗中的应用,一、酶与某些疾病发生的关系,酪氨酸酶缺陷白化病,苯丙氨酸羟化酶缺陷苯丙酮酸尿症,二、酶在疾病诊断上的应用,ALT（GPT）肝脏疾患LDH同工酶谱心肌梗塞、肝癌