《生物化学》课件-项目3 酶与维生素

酶的结构与功能什么是酶？酶酶是由活细胞产生的对特异底物具有高效催化作用的蛋白质又称生物催化剂生物催化剂

产物底物被酶催化的物质催化所生成的物质什么是酶？核酸（脱氧核酶）酶一、酶的分子组成单纯酶只有蛋白质部分，无辅助因子的酶结合酶由蛋白质部分和非蛋白质部分共同组成全酶辅助因子酶蛋白决定酶促反应的特异性及催化机制决定酶促反应的性质和类型一、酶的分子组成辅助因子组成金属离子小分子有机化合物分类辅基辅酶与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去二、酶的活性中心活性中心活性中心是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的区域。能与底物特异结合并将底物转化为产物必需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二、酶的活性中心位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需必需基团活性中心外的必需基团活性中心内的必需基团结合基团催化基团与底物相结合催化底物转变成产物++二、酶的活性中心多肽链底物催化基因活动中心活性中心以外的必需基团结合基因三、酶原和酶原激活有些酶在细胞内合成或初分泌时无活性，此无活性前体称为酶原酶原☛酶原在一定条件下，水解掉一个或几个短肽，形成或暴露出活性中心，转化为有活性酶的过程酶原的激活☛三、酶原和酶原激活酶原肽链的断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下分子构象发生改变酶的活性中心形成或暴露酶原的激活激活机理三、酶原和酶原激活甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183赖缬天天天天甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程三、酶原和酶原激活酶原激活的生理意义避免自身消化和细胞外基质蛋白遭受酶的水解破坏保证酶在特定环境和部位发挥其催化作用四、同功酶催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质、免疫学性能不同的一组酶同工酶定义四、同功酶HHHH例：乳酸脱氢酶（LDH）的5种同工酶MHHHMMHHMMMHMMMMH4组成H3MH2MHM2M4丙酮酸乳酸LDH1名称LDH2LDH3LDH4LDH5H型：心肌型M型：骨骼肌型号四、同功酶组织器官心肌肾肝骨骼肌红细胞人体各组织器中LDH同工酶谱（活性%）血清LDDH22444404434.7LDH33121151220.9LDH4012716111.7LDH500567905.7四、同功酶心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化临床应用利用同工酶谱的变化进行疾病的诊断四、同功酶心脏疾病LDH1↑LDH2↑LDH3↓LDH5↓急性肝炎LDH5↑显著原发性肝癌LDH3↑LDH4↑LDH5↑五、酶的调节调节对象关键酶调节方式酶含量的调节（缓慢调节）酶活性的调节（快速调节）五、酶的调节12酶活性调节变构调节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化学修饰调节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，从而改变酶的活性五、酶的调节酶含量调节通过改变细胞内酶的含量也能改变酶的活性，进而调节物质代谢过程小结酶分子的结构与功能分子构成酶的活性中心酶原与酶原激活同工酶单纯酶结合酶全酶酶蛋白及其作用辅助因子及其作用酶的调节必需基团结合基团催化基团概念临床意义概念临床意义酶活性调节酶量调节根据酶学的相关知识思考急性胰腺炎的发病机理是什么？思考题酶的工作原理酶食物中蛋白质酶氨基酸人体蛋白质一、酶促反应特点化学催化剂相同点不同点高效的催化效率高度的专一性高度不稳定性酶活性的可调控性在反应前后没有质和量的变化只能催化热力学允许的化学反应只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点酶酶催化的高效性一、酶促反应特点底物催化剂反应温度（℃）速率常速苯酰胺H+522.4×10-6OH-538.5×10-6α-胰凝乳蛋白酶2514.9尿素H+627.4×10-7脲酶215.0×106某些酶与一般催化剂催化效率的比较酶催化的高效性酶的催化效率比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍酶的作用不需要较高的反应温度一、酶促反应特点活化能：底物分子从基态转变到活化态所需的能量活化分子与活化能酶促反应机理通过降低反应的活化能提高化学反应速度极大降低反应的活化能一、酶促反应特点酶的特异性一种酶仅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生成一定的产物绝对特异性特异性相对特异性立体构型特异性一、酶促反应特点只作用于特定结构的底物催化特定的反应，生成特定结构的产物1绝对特异性一、酶促反应特点酶能作用于一类化合物或一种化学键2相对特异性一、酶促反应特点一种酶只能作用于底物的一种立体异构体3立体构型特异性例如L-精氨酸酶只对L-精氨酸起分解作用，而对D-精氨酸则无作用一、酶促反应特点

酶催化活性的调节

对酶生成与降解量的调节改变底物浓度对酶进行调酶催化活性的可调节性

一、酶促反应特点酶失活因素

强碱酶催化活性的不稳定性强酸0102强碱03高温04高压05重金属06紫外线二、酶的作用机制诱导契合作用酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应进而相互结合，这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说二、酶的作用机制邻近效应与定向排列酶与底物的邻近效应与定向排列使底物正确定位于酶的活性中心二、酶的作用机制表面效应胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶与底物结合时的“口袋”状活性中心表面效应使底物分子去溶剂化，防止水化膜形成，有利于酶与底物结合二、酶的作用机制多元催化酶是两性电解质，具有酸、碱双重性质。能结合质子，也能释放质子，有利于基团和质子的转移，可极大地提高催化效率小结临近效应和定向排列酶和底物的诱导契合极高的催化效率高度特异性酶活性和酶量的可调节性酶的不稳定性多元催化作用表面效应

酶的催化特点酶的催化机制酶的工作原理酶催化反应效率高的原因是什么？思考题影响酶促反应速度的因素影响酶促反应的因素底物浓度酶浓度温度pH激活剂抑制剂一、底物对酶促反应速度的影响EEEEEEEEEEEEV[S]表示Sa当底物浓度较低时，反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应一、底物对酶促反应速度的影响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V[S]EEEEEEEEEEEEb表示S一、底物对酶促反应速度的影响当底物浓度高达极大时，反应速度不再增加，达最大速度反应为零级反应V[S]EEEEEEEEEEEEc表示S一、底物对酶促反应速度的影响E+Sk1k2k3

ESE+P中间产物K1、K2、K3为各向反应的速度常数酶促反应模式中间产物学说酶促反应过程中首先酶（E）与底物（S）结合生成酶-底物复合物（ES）而后ES复合物分解生成产物（P）和游离的酶一、底物对酶促反应速度的影响[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度Km：米氏常数V=Vmax[s]Km+[s]当[S]＜＜Km时，方程式中分母[S]可以忽略不计，则：ν与[S]成正比当[S]＞＞Km时，Km可以忽略不计，则V=Vmax，为最大反应速度米氏方程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νVmax[S]

Km

＝一、底物对酶促反应速度的影响酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。即：V=1/2VmaxKm=[S]Km值☛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同一酶对于不同底物有不同的Km值Km值的意义☛Km值及其的意义二、酶浓度对反应速度的影响0

V

[E]

酶浓度对反应速度的影响当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比随酶浓度增加，酶促反应速度逐渐增大三、温度对反应速度的影响温度ºCV0.51.02.01.50102030405060温度对淀粉酶活性的影响最适温度双重影响温度升高，酶促反应速度升高酶本质是蛋白质，温度升高,可引起酶的变性，从而反应速度降低最适温度酶促反应速度最大时的环境温度四、pH对反应速度的影响0V

pHpH对某些酶活性的影响胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶246810最适pH最适pH在一定的环境pH时酶催化活性最大时。pH改变对酶的催化作用影响很大，强酸、强碱可使酶变性失活五、激活剂对反应速度的影响激活剂使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质，如：Cl-是唾液淀粉酶的激活剂12必需激活剂非必需激活剂对酶促反应不可缺少的激活剂。如：Mg2+缺少时酶仍有催化活性的激活剂。如：Cl-六、抑制剂对反应速度的影响抑制作用的类型抑制剂能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质12不可逆抑制可逆抑制六、抑制剂对反应速度的影响

1不可逆抑制作用抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活抑制剂不可用透析、超滤等方法去除六、抑制剂对反应速度的影响解磷定解救有机磷农药中毒例有机磷化合物抑制羟基酶六、抑制剂对反应速度的影响竞争性抑制可逆抑制非竞争性抑制反竞争性抑制

2可逆抑制作用抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失抑制剂可用透析、超滤等方法去除六、抑制剂对反应速度的影响1竞争性抑制作用抑制剂（I）与底物（S）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，使酶的活性降低反应模式六、抑制剂对反应速度的影响二氢蝶呤啶

＋

对氨基苯甲酸

＋

谷氨酸二氢叶酸合成酶

二氢叶酸COOH

H2N

SO2NHRH2N磺胺类药物细菌DNA合成关键酶例磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物是对氨基苯甲酸的结构类似物与对氨基苯甲酸竞争性抑制二氢叶酸合成酶六、抑制剂对反应速度的影响2非竞争性抑制作用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六、抑制剂对反应速度的影响2反竞争性抑制作用抑制剂只能与酶-底物复合物(ES)结合，使ES不能分解成产物反应模式小结酶影响酶促反应速度的因素[S][E][S]对V的影响呈矩形双曲线、Km的意义温度pH激活剂抑制剂[E]对V的影响呈正比关系最适温度时V最大最适pH时V最大加快V的物质I与E的结合使V降低举例说明竞争性抑制在临床上的应用？思考题酶与医学关系酶人类很多疾病与酶的质和量的改变有关，体液中酶活性的改变对许多疾病的发生、发展和预后判断具有重要意义一、酶与疾病的关系酶与疾病的发生白化病酪氨酸黑色素缺乏酪氨酸酶黑色素一、酶与疾病的关系苯丙酮症随尿液排出（鼠尿味）苯丙氨酸苯丙酮酸缺乏酪氨酸酶酪氨酸头发红黄色皮肤白色一、酶与疾病的关系遗传性酶缺陷所致疾病缺线酶相应疾病酪氨酸酶黑尿酸氧化酶苯丙氨酸羟化酶1-磷酸半乳糖尿苷转换酶葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸酶葡萄糖脱氢气酶高铁血红蛋白还原酶谷胱甘肽过氧化物酶白化病黑尿酸症苯并酮酸尿症半乳糖血症酶原累计症蚕豆病高铁血红蛋白血症新生儿黄疸一、酶与疾病的关系有机磷胆碱酯酶抑制重金属巯基酶抑制氰化物细胞色素氧化酶抑制一、酶与疾病的关系酶与疾病的诊断临床通过检测谷丙转氨酶（ALT）判断肝脏疾病肝细胞有无损伤肝细胞损伤程度一、酶与疾病的关系临床通过检测淀粉酶判断胰腺疾病急性胰腺炎时，血液中淀粉酶活性升高一、酶与疾病的关系酶与疾病的治疗助消化的酶胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶、胰脂肪酶清洁伤口、抗炎的酶溶菌酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶溶解血栓链激酶、尿激酶、纤溶酶二、酶在临床和科学研究中的应用酶用于临床检验，如利用酶标仪能快速准确地检测样品中特定物质的含量和质量检测试剂☛以限制内切酶和连接酶等为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向分割与连接，如限制性内切酶DNA连接酶、逆转录酶,DNA聚合酶工具酶☛小结酶与疾病的治疗酶与疾病的发生酶与疾病的诊断

酶与疾病的关系酶在检验和科学研究中的应用酶与医学的关系请举例说明遗传性酶缺陷所致的疾病有哪些？思考题脂溶性维生素脂溶性维生素是不溶于水而溶于脂肪的维生素，是人体不可缺少的营养物质脂溶性维生素维生素K维生素A维生素D维生素E种类共同特点均为非极性疏水的异戊二烯衍生物21不溶于水溶于脂类及脂肪溶剂在食物中与脂类共存并随脂类一同吸收34吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某些特殊结合蛋白特异结合而运输一、维生素A（抗干眼病维生素）维生素A1（视黄醇）全反型维生素A2（3-脱氢视黄醇）全反型化学本质与活性性质又称抗干眼病维生素，由β-白芷酮环和异戊二烯构成的多烯化合物天然形式维生素A1（视黄醇）、维生素A2（3-脱氢视黄醇）活性形式视黄醇、视黄醛、视黄酸一、维生素A维生素A来源动物性来源：肝、肉、蛋黄、乳制品等植物性来源：含有维生素A原的多种胡萝卜素，其中β-胡萝卜素最重要维生素A的性质易于被氧化，遇热、光更易被氧化维生素A1β-胡萝卜素（维生素A原）CH2OH15／15／×2β-胡萝卜素加氧酶

小肠黏膜内一、维生素A光视紫红质视紫红质变视紫红质Ⅱ视蛋白11-顺视黄醛全反视黄醛11-顺视黄醇全反视黄醇异构酶还原酶还原酶弱光视觉神经冲动引起维生素A中毒的原因一般是因为鱼肝油服用过多所致生理功能构成视觉细胞内感光物质(夜盲症)维持上皮组织的完整，促进生长发育(干眼症)抗氧化抗肿瘤，抑制化学物质的致癌物作用缺乏症夜盲症，干眼病，皮肤干燥等过量摄入毛发脱落、皮肤干燥、烦躁、厌食头疼、恶心、腹泻、肝脾肿大等视循环二、维生素D（抗佝偻病维生素）1,25-二羟维生素D3的结构化学本质与活性性质化学本质类固醇的衍生物，为环戊烷多氢菲类化合物，又称抗佝偻病维生素，又名钙化醇天然的维生素D有维生素D3或称胆钙化醇、维生素D2或称麦角钙化醇来源及转化鱼肝油、动物肝、鸡蛋等食物中含量丰富胆固醇→7-脱氢胆固醇→维生素D3麦角固醇→维生素D2阳光紫外线照射活性形式1,25-二羟维生素D3二、维生素D（抗佝偻病维生素）佝偻病体征生理功能1,25-(OH)2-D3调节钙磷代谢促进钙结合蛋白的生成促进钙通道开放促进小肠对钙、磷的吸收，促进骨和牙的钙化缺乏症儿童——佝偻病；成人——软骨病维生素D过量时，表现为食欲下降，恶心、呕吐血钙升高、骨破坏、异位钙化等摄入过量食欲下降，恶心、呕吐，血钙升高、骨破坏、异位钙化等三、维生素Eα－生育酚的结构化学本质与活性形式化学本质又名生育酚，是苯骈二氢吡喃的衍生物包括生育酚，生育三烯酚两大类活性形式生育酚的各类衍生物来源植物油如大豆油、棉子油、玉米油以及绿叶蔬菜中含量丰富三、维生素E生理功能体内最重要的脂溶性抗氧化剂清除生物膜脂质过氧化产生的自由基调节基因表达的作用延缓衰老；预防和治疗冠心病抗炎、维持正常免疫功能抑制细胞增殖，抗肿瘤促进血红素的合成机制：促进δ-氨基-γ-酮戊酸(ALA)合酶和ALA脱水酶的活性缺乏症动物缺乏时，生殖器官受损导致不育四、维生素k化学本质与活性性质化学本质又称凝血维生素，是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物K1，又称植物甲萘醌或叶绿醌K2，肠道细菌的产物K3，人工合成的水溶性甲萘醌，可口服及注射活性形式2-甲基-1,4-萘醌来源肝、鱼、肉和绿色蔬菜肠道细菌也能合成脂溶性维生素四、维生素k凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ前体

（无活性）凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ

（有活性）γ-谷氨酰羧化酶（辅酶VitK）生理功能和缺乏症生理功能促进凝血因子的活化：γ-谷氨酰羧化酶的辅酶骨代谢具有重要作用：骨中骨钙蛋白和骨基质Gla蛋白为维生素K依赖性蛋白缺乏症凝血障碍，易出血口服广谱抗生素时可导致维生素K缺乏小结脂溶性维生素别名来源生理作用缺乏症维生素A视黄醇抗干眼病维生素动物性食物：肝、肉类、蛋黄乳制品、鱼肝油等植物中的β-胡萝卜素可转化生成构成视觉细胞感光物质维持上皮细胞形态与功能夜盲症干眼病维生素D钙化醇抗佝偻病维生素动物性食物：肝、蛋黄、鱼肝油等7-脱氢胆固醇经日照可生成活性形式1,25(OH)2D3促进钙磷吸收佝偻病软骨病维生素E生育酚植物的果实，植物油中非常丰富抗氧化、抗衰老保护生物膜不被氧化动物缺乏患不孕不育维生素K凝血维生素植物油和深绿色蔬菜中肠道细菌代谢产物参与凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ的活化，初级血液凝固凝血时间延长请思考维生素A缺乏导致夜盲症的原因是什么？思考题水溶性维生素水溶性维生素是可溶于水而不溶于非极性有机溶剂的一类维生素B族维生素维生素C种类维生素B1维生素B2泛酸维生素B6维生素PP生物素水溶性维生素在体内主要构成酶的辅助因子，直接影响酶的活性依赖食物提供，体内过剩的水溶性维生素可随尿排出，很少蓄积12共同特点一般无中毒，但供给不足时可导致缺乏症3一、B族维生素与辅酶维生素B1(硫胺素)化学本质维生素B1又名硫胺素，体内活性形式为焦磷酸硫胺素(TPP)占体内硫胺素总量的80%来源主要存在于豆类和种子外皮（如米糠）、胚芽、酵母和瘦肉中NNH3CCH2NH2·HClN＋SCH3CH2CH2OH硫胺素NNH3CCH2NH2N＋SCH3CH2CH2-O-P-O-P-OHOOHOOH焦磷酸硫胺素一、B族维生素与辅酶维生素B1(硫胺素)性质白色结晶，易被氧化,酸性环境中稳定，碱性环境中加热易破坏生化作用TPP是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮醇酶的辅酶，在糖代谢中发挥作用在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性缺乏症出现多发性神经炎、心力衰竭、四肢无力肌肉萎缩、下肢浮肿等症状即脚气病一、B族维生素与辅酶维生素B2化学本质又名核黄素，橙黄色针状晶体，酸性溶液中稳定而耐热，在碱性溶液中不耐热，对光敏感，故应避光保存结构中的异咯嗪环上第1和第10位氮原子与与活波的双键连接，可反复进行接受或释放氢的反应，具有可逆的氧化还原性FMN和FAD的结构活性形式黄素单核苷酸(FMN)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)性质耐热，酸性环境下稳定，对光敏感、易破坏一、B族维生素与辅酶维生素B2来源米糠、酵母、肝、蛋黄中含量丰富生化作用氧化还原酶的辅基，起递氢体的作用，促进糖、脂肪和蛋白质的代谢缺乏症可出现口角炎、舌炎、唇炎、结膜炎、阴囊炎、脂溢性皮炎、视物模糊等一、B族维生素与辅酶维生素PP化学本质又称抗癞皮病维生素，包括烟酸和烟酸酰胺，均为吡啶衍生物维生素PP及其活性形式的结构活性形式烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)来源广泛存在于动、植物组织中。如米糠豆类、蔬菜、肉类中含量丰富一、B族维生素与辅酶维生素PP生化作用NAD+及NADP+是体内多种脱氢酶（如苹果酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作用可降低血浆胆固醇，尼克酸可扩张血管大量服用可引起血管扩张、及胃肠不适等症状缺乏症可出现对称性皮炎，腹泻，痴呆等症状即癞皮病一、B族维生素与辅酶维生素B6化学本质包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺活性形式磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺性质无色晶体，易溶于水，微溶于脂溶剂在酸性溶液中稳定，但在碱性溶液中和遇光、紫外线易被破坏。酸性中稳定，碱性中可被光和高温破坏

维生素B6及其活性形式的结构与互变一、B族维生素与辅酶维生素B6来源广泛分布于动、植物中生化作用脱羧酶的辅酶，参与在氨基酸代谢δ-氨基γ-酮戊酸（ALA）合酶的辅酶同型半胱氨酸分解代谢酶的辅酶缺乏症人类通常不缺乏临床应用治疗婴儿惊厥和妊娠呕吐一、B族维生素与辅酶生物素化学本质又称维生素H、维生素B7辅酶R自然界至少有两种α-生物素和β-生物素CHCHCH2NHCHNHO(CH2)4COOH生物素性质无色长针状晶体耐酸不耐碱，高温及氧化剂可使其失活一、B族维生素与辅酶生物素来源广泛分布于动、植物中；肠道细菌亦可合成，故一般不易缺乏生化作用生物素是多种羧化酶（如丙酮酸羧化酶）的辅酶，参与CO2的羧化过程缺乏症生鸡蛋清中含抗生物素蛋白，与生物素结合不被肠道吸收，导致缺乏症，表现为乏力、恶心呕吐、食欲不振、抑郁、鳞屑皮炎等一、B族维生素与辅酶泛酸化学本质又名遍多酸活性形式辅酶A(CoA)、酰基载体蛋白(ACP)性质中性条件稳定，易被酸、碱破坏生化作用HSCoA及HSACP构成酰基转移酶的辅酶，参与糖、脂类、蛋白质代谢及肝的生物转化作用一、B族维生素与辅酶叶酸化学本质又称蝶酰谷氨酸活性形式四氢叶酸(FH4)性质黄色结晶，微溶于水，酸性溶液中不稳定，加热或光照易分解破坏2-氨基-4-羟基-6-甲基