《生物化学》课件-项目二：酶化学

酶化学--酶的结构与功能酶化学01040203目录酶的结构与功能酶促反应的特点影响酶促反应速度的因素酶与医学的关系酶酶功能：催化作用化学本质：主要成分是蛋白质生物催化剂酶及其相关的概念由活细胞产生的、主要成分是蛋白质的生物催化剂催化剂来源：活细胞生物体酶酶促反应：酶所催化的化学反应（酶促反应方程式）SEPSubstrateEnzymeProduct底物酶产物酶及其相关的概念酶全酶(holoenzyme)蛋白质部分：酶蛋白（apoenzyme）辅助因子（cofactor）酶的结构与功能—化学组成只有蛋白质部分，无辅助因子的酶即单纯酶单纯酶（simpleenzyme）结合酶（conjugatedenzyme）小分子有机化合物金属离子(常见）酶辅助因子类型结辅酶（coenzyme）：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去辅基（prostheticgroup）：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用全酶各部分在催化反应中的作用酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质酶金属酶（metalloenzyme）其金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失金属激活酶（metal-activatedenzyme）其金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密金属离子的作用稳定酶的构象参与催化反应，传递电子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金属激活酶（metal-activatedenzyme）其金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密酶维生素辅助因子形式主要功能VitB1TPP脱羧基VitB2FMN/FAD递氢VitB5NAD/NADP递氢VitB6磷酸吡哆醛转氨基、氨基酸脱羧基泛酸辅酶A（CoA）酰基转移叶酸FH4一碳单位转移VitB12甲基B12甲基转移B族维生素和辅酶酶酶的结构与功能—活性中心集团（aa侧链）必需基团非必需基团必需基团在空间结构上彼此靠近，组成特定空间结构，该结构能与底物特异结合，并催化底物发生化学反应集中分散活性中心内活性中心外必需基团结合基团催化基团酶功能：结合底物、催化底物部位：酶分子表面一小的区域组成：结合基团、催化基团活性中心概念活性中心+-酶底物结合基团催化基团活性中心酶酶的结构与功能酶原和酶原的激活同功酶酶酶的结构与功能同功酶概念：能催化同一化学反应的一类酶1同3异1同活性中心相似或相同：催化同一化学反应3异分子结构不同理化性质免疫学性质不同酶同功酶乳酸脱氢酶心肌型骨骼肌型LDH2LDH1LDH3LDH4LDH5酶化学--酶促反应的特点酶化学01040203目录酶的结构与功能酶促反应的特点影响酶促反应速度的因素酶与医学的关系酶酶催化作用的特点高度的催化效率高度的专一性高度的不稳定性010203可调控性04酶与普通催化剂的相同点有哪些？酶过氧化氢溶液20%肝脏研磨液滴入2滴123.5%氯化铁溶液滴入2滴12高度的催化效率酶催化作用的特点酶高度的催化效率淀粉酶淀粉溶液淀粉酶蔗糖溶液Cu2+Cu2+ΔΔ高度的专一性酶催化作用的特点酶高度的催化效率高度的专一性高度的不稳定性理化因素的作用破坏空间结构理化性质改变和生物学活性丧失酶催化作用的特点酶高度的催化效率高度的专一性高度的不稳定性可调控性酒量是可以练出来的酶催化作用的特点酶酶活性的调节调节方式调节对象关键酶（限速酶）酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶变构调节（allostericregulation）变构效应剂（allostericeffector）变构酶（allostericenzyme）变构部位（allostericsite）一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节变构激活剂变构抑制剂酶活性的调节酶共价修饰（covalentmodification）在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰磷酸化与脱磷酸化（最常见）酶活性的调节酶酶催化作用的机制活化能：底物分子从基态（很难发生反应)转变到活化态（能够发生反应）所需的能量活化分子：从基态转变到活化态的底物分子酶的作用机制：降低活化能酶诱导契合假说：彼此靠近，相互变形，相互适应邻近效应与定向排列：两种底物定向接近表面效应：营造利于反应的疏水环境，免受周围分子干扰多元催化：酶是两性电解质，可以接受和提供质子酶催化作用的机制酶化学--影响酶促反应速度的因素酶化学01040203目录酶的结构与功能酶促反应的特点影响酶促反应速度的因素酶与医学的关系酶影响酶促反应速度的因素在低底物浓度时，反应速度与底物浓度成正比当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加底物浓度对酶促反应速度影响底物浓度反应速度012345酶米-曼氏方程式中间产物学说E+S

k1k2k3ESE+P酶促反应模式中间产物1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelisequation)MichaelisMenten酶米-曼氏方程式Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度与酶浓度成正比底物浓度ＶVmax[S]Km+[S]＝不同[S]时的反应速度最大反应速度米氏常数酶Km值及其意义Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度Km是酶的特征性常数之一Km可近似表示酶对底物的亲和力（成反比）同一酶对于不同底物有不同的Km值Km值的意义酶影响酶促反应速度的因素酶浓度与酶促反应速度呈正比酶浓度对酶促反应速度影响0V

[E]

当[S]>>[E]时，Vmax=k3[E]酶浓度对反应速度的影响V=K3[E]酶影响酶促反应速度的因素一方面：温度升高，酶促反应速度加快温度对酶反应的影响最适温度另一方面：温度升高，酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失酶影响酶促反应速度的因素温度对反应速度的影响临床应用—低温麻醉人工低温的首要措施是避免机体的御寒反应。所以必须得在全身麻醉状态下应用，这时人的中枢神经系统功能已经受到抑制，同时还需要应用一些药物以阻断自主神经系统，使得大脑的体温中枢以及神经系统不能对低体温做出调节反应酶影响酶促反应速度的因素pH对酶反应的影响在一定的pH下，酶具有最大的催化活性，通常称此pH为最适pH酶影响酶促反应速度的因素激活剂对酶反应的影响凡是能提高酶活力的简单化合物都称为激活剂（activator）一些无机离子和小分子简单有机物Na+K+Ca2+Mg2+Cu2+Zn2+Co2+Cr2+Fe2+Cl-Br-I-CN-NO3-PO4-酶影响酶促反应速度的因素酶抑制剂对酶反应的影响能够引起酶的活性下降但没使酶变性的物质称为抑制剂（inhibitor)抑制剂不可逆抑制作：共价结合可逆抑制作用：非共价结合竞争性非竞争性反竞争性酶不可逆抑制临床应用青霉素作为不可逆抑制剂，能与糖肽转肽酶活性部位丝氨酸羟基共价结合，使酶失活，细菌细胞壁合成受阻，细菌生长被抑制酶+++ESESEPEIEI竞争性抑制作用定义：抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用反应模式酶竞争性抑制作用特点I与S结构类似，竞争酶的活性中心I与酶活性中心结合后，酶失去催化作用抑制程度取决于I与S之间的相对浓度酶不能同时与I和S结合+IEIE+SE+PES酶竞争性抑制临床应用磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶＋对氨基苯甲酸＋谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸COOHSO2NHRH2N磺胺类药物H2N酶非竞争性抑制定义：抑制剂与酶活性中心外的基团可逆性结合，导致酶的三维构象改变，降低酶的催化活性，但不影响酶与底物的结合反应模式+S－S+S－S+ESIEIEESEP+酶非竞争性抑制特点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程度取决于抑制剂的浓度酶-底物-抑制剂复合物不能进一步释放产物+IEI+SE+SE+PES+IEIS酶反竞争性抑制定义：抑制剂只能与酶-底物复合物(ES)结合，使ES不能分解成产物反应模式ESI++SESEPE酶特点抑制剂只与酶－底物复合物结合抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度抑制剂可增加ES之间的亲合力，与竞争性抑制作用相反E+SE+PES+IESI反竞争性抑制酶化学--酶与医学的关系酶化学01040203目录酶的结构与功能酶促反应的特点影响酶促反应速度的因素酶与医学的关系酶酶在医学中的应用酪氨酸黑色素酪氨酸酶白化病