酶生物化学课件.ppt

1、第3章 酶,导言,日常生活中，为什么我们仔细嚼馒头就会觉得有 甜味？因为淀粉可以水解产生有甜味的麦芽糖。而在 试管中，同样在37和近中性的环境中，淀粉的水解 过程却缓慢得几乎观察不到，这又是什么原因？这是 因为口腔中存在生物催化剂酶。酶能使化学反应 在温和的条件下快速进行。生命活动过程中几乎所有 的化学反应都是在酶的催化下进行的，生命活动离不 开酶。,迄今为止人类共发现两类生物催化剂: 酶 核酶,蛋白质 核酸,本质,本质,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。 1897年，

2、Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。,第1节 酶的概述,*酶的概念：酶是由活细胞产生的具有催化功能的蛋白质。 本质是蛋白质。 酶具有蛋白质所具有的所有性质。,酶与一般催化剂的共同点,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。,*酶的催化

3、个性：,高度的催化效率 高度的特异性 高度的不稳定性 活性的可调节性,高度的催化效率,酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍。 蔗糖酶催化蔗糖水解的速率是H+催化作用的2.51012倍；脲酶催化尿素水解的速率是H+催化作用的71012倍。,高度的特异性,*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。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。,根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：,绝对特异性：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 。 相对特异

4、性：作用于一类化合物或一种化学键。 立体结构特异性：作用于立体异构体中的一种。,高度的不稳定性,酶的化学本质是蛋白质，一切能够使蛋白质变性失活的因素都可以使酶变性失活，如强酸、强碱、高温、高压等。因而酶活性具有高度不稳定性,活性的可调节性,对酶生成与降解量的调节 酶催化效力的调节 通过改变底物浓度对酶进行调节等,第2节 酶的结构与功能,一、酶的分子组成,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 辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度可分为： 辅酶与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。 辅基 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

5、与必需基团,必需基团：酶分子中，与酶活性相关的化学基团称为酶的必需基团。 活性中心：必需基团在酶的空间结构上彼此靠近，形成具有一定空间构象的区域，能与底物特异性地结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心。,催化基团 活性中心内 的必需基团 结合基团 活性中心外 的必需基团,必需基团,S：底物分子；a，b，c：结合基团； d：催化基团,活性中心外必需基团,活性中心,多肽链,三、酶原与酶原的激活,酶原： 一些酶在细胞内合成和初分泌时，并无催化活性。这种无活性的酶的前体称为酶原。 酶原的激活： 在合适的条件下和特定的部位，无活性的酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。,胰蛋白酶原的激活过

6、程,酶原激活的实质：,酶 原,特定条件,分子构象改变,水解一个或几个短肽,活性中心形成或暴露,酶原激活的生理意义： 避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化。 使酶原到达特定的部位或适合的环境后才发挥催化作用。 酶原可以视为酶的储存形式。,四、同工酶,*定义： 催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫学性质各不相同的一组酶。,* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),人体各组织器官中LDH同工酶分布,生理及临床意义 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。,心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化,五、酶作用的基本原理,（一）酶能大幅度降低反应活化能,（二）中间产物学说,酶底物复合物

7、,（三）诱导契合假说,第3节,影响酶促反应速度的因素,影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。, 研究一种因素的影响时，其余各因素均 恒定。,一、酶浓度的影响,酶浓度对反应速度的影响,当SE，酶可被 底物饱和的情况下，反 应速度与酶浓度成正比,二、底物浓度的影响,在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。,底物浓度对酶促反应速度的影响,三、温度的影响,双重影响 温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 。 最适温度 酶促反应速度最快时的环境温度。,温度对酶活性的影响,四、pH的影响,最适pH 酶

8、催化活性最大 时的环境pH。,pH对某些酶活性的影响,五、激活剂的影响,激活剂：使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。 必需激活剂： 非必需激活剂：,六、抑制剂的影响,酶的抑制剂 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。 抑制作用的类型 不可逆性抑制 可逆性抑制,竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制,(一) 不可逆性抑制作用,* 概念 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。 * 举例 有机磷化合物 羟基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 巯基酶 解毒 - - - 二巯基丙醇(BAL),（二） 可逆性抑制作用,* 概念

9、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、超滤等方法除去。 * 类型 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制,. 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。,反应式,* 特点,I与S结构类似，竞争同种酶的活性中心； 抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度； 增大底物浓度可以解除竞争性抑制；,* 举例,丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,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,2. 非竞争性抑制,特点： 抑制剂与底物结构不相似，I与活性中心外必需基团结合；I和S不存在竞争关系； 不能用增加底物浓度的方法减弱或消除抑制作用 ；,第4节,酶的分类、命名及其在医学上的应用,一、酶的分类,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,二、酶的命名,习惯命名法推荐名称 系统命名法系统名称,三、酶在医学上的应用,（一） 酶与疾病的发生 （二） 酶与疾