3.酶 (2).ppt

1、酶（Enzyme）制作人：李利民,生物化学 南漳县职业教育中心,问题（学习任务）：,案例：,酶（一）,淀粉酶催化淀粉水解；肠激酶激活胰蛋白酶原；创伤使大量的凝血酶原转化为凝血酶，引发快速而有效的血液凝固；心肌梗死时，血清LDH1显著升高，肝病时，血清LDH5显著升高。,1、什么是酶？本质是什么？有何特点？ 2、酶的结构和功能如何？ 3、酶原存在和激活有何生物学意义？ 4、临床上测定同工酶有何意义？,生物化学,学习目标,1,2,3,熟悉维生素与辅酶, 酶与疾病的关系,掌握酶的分子组成,酶促反应特点,酶的活性中心,酶原及酶原激活,同功酶以及影响酶促反应的因素.,了变构酶,酶促反应机机制,酶的命名与

2、分类及酶的应用.,生物化学 南漳县职业教育中心,酶的定义：,2H2O2,E 酶促反应,2H2O+O2,底物S,产物P,酶的活性,酶的失活,酶是活细胞产生的、具有催化能力的蛋白质（少数为核酸），也称生物催化剂。由酶催化的化学反应称酶促反应，被酶催化的物质称为底物（S），反应生成的物质称为产物（P）。酶催化反应的能力称为酶活性。酶若失去催化能力称为酶失活。,概述,一、 酶的分子组成,(二)结合酶 (conjugated enzyme)，即全酶,(一)单纯酶 (simple enzyme),只有蛋白质部分，无辅助因子的酶即单纯酶。,第一节 酶的分子结构与功能,决定酶催化反应的性质和类型,1.辅助因子

3、类型,(1) 辅酶 ：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。,(2) 辅基 ：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。,2. 结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用。,3.全酶各部分在催化反应中的作用,(1)酶蛋白决定反应的特异性。 (2)辅助因子决定反应的种类与性质。,4.金属离子的作用 (1) 稳定酶的构象。 (2) 参与催化反应，传递电子。 (3) 在酶与底物间起桥梁作用。 (4) 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,5.小分子有机化合物的作用 反应中起运载体作用，传递电子、质子或其他基团。,第一节 酶的分子结构与功能,B族维生素与辅酶（辅基） 维生素 辅酶（辅基

4、）形式 酶 类 辅酶在反应中的作用 维生素B1 TPP - 酮酸脱氢酶系 参与-酮酸脱羧 维生素B2 FMN、 FAD 黄素酶 递氢体 维生素PP NAD+、 NADP+ 不需氧脱氢酶 递氢递电子体 维生素B6 磷酸吡哆醛（胺） 转氨酶、脱羧酶 传递氨基、脱羧 泛酸 HS-COA 酰基转移酶 酰基载体 叶酸 FH4 一碳单位转移酶 传递一碳单位 生物素 生物素 羧化酶 CO2载体 维生素B12 甲基钴胺素 转甲基酶 转运甲基,第一节 酶的分子结构与功能,二、酶的活性中心 活性中心或称活性部位，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。,酶的

5、必需基团,第一节 酶的分子结构与功能,与酶活性有关的基团称必需基团。,结合基团（与底物结合）,催化基团（催化底物转变为产物）,活性中心外的必需基团,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。,酶活性中心示意图,第一节 酶的分子结构与功能,三、酶原和酶原的激活,酶原：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。 酶原的激活：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。 酶原激活的意义：在特定的环境和条件下发挥作用；避免细胞自身消化。,第一节 酶的分子结构与功能,胰蛋白酶原的激活过程,第一节 酶的分子结构与功能,四、 同工酶,是指

6、催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,例如乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5)由H、M亚基组成。,第一节 酶的分子结构与功能,人体心、肝和骨骼肌LDH同工酶谱（ 占总活性百分比） 组织器官 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 心 67 29 4 1 1 肝 2 4 11 27 56 骨骼肌 4 7 21 27 41 红细胞 42 36 15 5 2,意义：(1)在代谢调节上起着重要的作用。 (2)用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征。 (3)同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。 (4)同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,第一节 酶的分子结

7、构与功能,五、变构酶,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。受变构调节的酶称变构酶。,变构效应剂,维 生 素概念,维生素是维持机体正常功能所必需，体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的低分子有机物质。,脂溶性维生素（A、D、E、K等）,水溶性维生素（C和B族维生素）,按溶解性分为,B族维生素包括B1、B2、泛酸、维生素PP、B6、生物素、叶酸，B12等。,脂溶性维生素,一、维生素A（抗干眼病维生素）,活性形式 ： 视黄醇、视黄醛、视黄酸,维生素A原：-胡萝卜素,维生素A的来源 ：动物肝、乳汁、鱼肝油中Vit.A含量

8、丰富；胡萝卜、青椒、菠菜、番茄、枸杞子等Vit.A原含量丰富。,生化作用 ： 构成视觉细胞内感光物质。 维持上皮组织的完整，促进生长发育。 抑制化学物质的致癌作用。 缺乏症 ： 夜盲症，干眼病，皮肤干燥等。,Vit.D3的活性形式：1, 25- (OH)2-Vit.D3 转化：麦角固醇Vit.D2 ，胆固醇7-脱氢胆固醇Vit.D3,二、维生素D(抗佝偻病维生素),来源：由皮肤中胆固醇在紫外线照射下转化而来；鱼肝油、动物肝、鸡蛋等食物中含量丰富。 生化作用：作用于小肠黏膜、肾及肾小管，促进钙磷吸收，有利于新骨的形成、钙化。 缺乏：儿童佝偻病；成人软骨病。 Vit.D中毒：Vit.D过量时，表现

9、为食欲下降，恶心、 呕吐，血钙升高、骨破坏、异位钙化等。,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。 生化作用 ： 抗氧化作用。 维持生殖机能，防治先兆流产和习惯性流产。 促进血红素代谢。 抑制血小板凝聚。 维持骨骼肌、心血管、脑组织结构和功能。 缺乏症 ： 动物缺乏时，生殖器官受损导致不育。,三、维生素E,来源 绿色植物中含量丰富；肠道细菌可以合成。 生化作用 维持体内凝血因子、 、 和的 正常水平，参与凝血作用。 缺乏症 易出血 口服广谱抗生素时可导致维生素K缺乏。,四、维生素K（凝血维生素）,TPP是-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮醇酶的辅酶。 在神经传导中起一定的作

10、用，抑制胆碱酯酶的活性。,生化作用 ：,缺乏症 ： 缺乏时可出现多发性神经炎、心力 衰 竭、四肢无力、肌肉萎缩、下肢浮肿等症状即脚气病。,来源 ：在谷类、豆类的种皮中如米糠中含量丰富。,水溶性维生素,一、 维生素B1 （抗脚气病）,二、维生素(又名核黄素),活性形式为：黄素单核苷酸(FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD）,来源 ：米糠、酵母、肝、蛋黄中含量丰富。 生化作用：FMN及FAD是体内氧化还原酶的辅基， 主要起氢传递体的作用。 缺乏症： 缺乏时可出现口角炎、舌炎、唇炎、结膜炎、阴囊炎、脂溢性皮炎、视物模糊等。,三、维生素PP (抗癞皮病因子),活性形式：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+

11、) 尼克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。 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。 缺乏症 ：缺乏时可出现对称性皮炎，腹泻，痴呆等症状即癞皮病。,四、维生素B6,活性形式：体内活性形式为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺 酸性中稳定，碱性中可被光和高温破坏来源：广泛分布于动、植物中。,生化作用：磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的 辅酶，也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的辅酶。 缺乏症： 人类通常不缺乏，但可用于治疗婴儿惊厥和妊娠呕吐。,来源

12、： 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。,五、生物素,-生物素存在于蛋黄中 -生物素存在于肝脏中,种类：,六、泛酸,泛酸又名遍多酸。 体内活性形式：,辅酶A(CoA) 酰基载体蛋白(ACP),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： CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参 与酰基的转移作用。,中性中稳定，易被酸、碱破坏。,七、叶酸,活

13、性形式： 为四氢叶酸(FH4)。,酸性中不稳定，中性及碱性中耐热，对光敏感。,5, 6, 7, 8-四氢叶酸,2-氨基-4-羟基-6-甲基蝶呤啶 对氨基苯甲酸（PABA） L-谷氨酸,来源 ： 广泛存在于绿叶植物中，肝含量丰富。,缺乏症 ： 巨幼红细胞贫血。,生化作用 ： FH4是一碳单位转移酶的辅 酶， 参与 一碳单位的转移。,七、叶酸,八、维生素B12 （又称钴胺素）,来源 ： 动物性食物含量丰富，如肝、肾、瘦肉、鱼类、蛋类中含量尤高。 生化作用： 参与体内甲基转移、一碳单位代谢。 缺乏症 ： 巨幼红细胞贫血、神经系统疾病。,活性形式为：,甲基钴胺素 5 -脱氧腺苷钴胺素,理化性质稳定,九

14、、维生素C -抗坏血酸,具有很强的还原性，极不稳定，加热和氧 化剂易被破坏。酸性中较稳定。,维生素C,脱氢维生素C,生化作用： 参与氧化还原反应，参与体内羟化反应，促进胶原蛋白的合成，促进铁的吸收。 参与胆固醇的转化。 保护巯基酶不被氧化。 可与重金属离子结合而排除体外。 缺乏症 ：坏血病。,来源： 广泛存在于新鲜蔬菜、水果中，如番茄、柑桔、鲜枣、山楂、刺梨、沙棘、猕猴桃等含量丰富。,九、维生素C -抗坏血酸,六、 维生素与辅酶（辅基） 维生素 辅酶（辅基）形式 酶 类 辅酶在反应中的作用 维生素B1 TPP - 酮酸脱氢酶系 参与-酮酸脱羧 维生素B2 FMN、 FAD 黄素酶 递氢体 维生

15、素PP NAD+、 NADP+ 不需氧脱氢酶 递氢递电子体 维生素B6 磷酸吡哆醛（胺） 转氨酶、脱羧酶 传递氨基、脱羧 泛酸 HS-COA 酰基转移酶 酰基载体 叶酸 FH4 一碳单位转移酶 传递一碳单位 生物素 生物素 羧化酶 CO2载体 维生素B12 甲基钴胺素 转甲基酶 转运甲基,第一节 酶的分子结构与功能,酶具有一般催化剂的特征： a.只能进行热力学上允许进行的反应； b.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点； c.通过降低活化能加快化学反应速度。,一 酶促反应特点：,第二节 酶促反应特点与机制,酶与一般催化剂催化效率的比较,底物 催化剂 反应温度 反应速度常数 尿素

16、 H + 62 7.4 10-7 脲酶 21 5.0 106 过氧化氢 Fe 2+ 22 56 过氧化氢酶 22 3.5 107,1、高度催化效率,比一般催化剂催化活性高1071013倍,通常比非催化反应高 1081020倍,第二节 酶促反应特点与机制,2、高度特异性（专一性）,酶对所催化的底物具有严格的选择性,（1）绝对特异性：一种酶只作用于一种底物产生一定反应生成一种特定的产物。如：,第二节 酶促反应特点与机制,（2）相对特异性：作用于一类化合物或一种化学键。如脂肪酶、磷酸酶和蛋白水解酶等。,第二节 酶促反应特点与机制,（3）立体异构特异性：只催化一种立体异构体进行反应。如：L-乳酸脱氢酶

17、作用于L-乳酸，延胡索酸酶作用于反式延胡索酸（丁烯二酸）。,第二节 酶促反应特点与机制,3、高度不稳定性,4、活性可调节性,酶催化活性受多种因素的调控。如代谢物对关键酶的抑制和激活、酶的共价修饰调节、酶合成的诱导或阻遏等。,酶的本质是蛋白质，凡是影响蛋白质生物学活性的因素都能影响酶的活性。,第二节 酶促反应特点与机制,二、酶促反应的机制,(1)活化分子与活化能,酶促反应活化能的改变,第二节 酶促反应特点与机制,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 。,(2)诱导契合假说,第二节 酶促反应特点与机制,问题（学习任务）：,生物

18、化学,案例：,酶（二）,有机磷农药中毒，重金属中毒，磺胺类药物、治疗肿瘤的抗代谢药通过竞争性抑制发挥药效，胃蛋白酶助消化，糜蛋白酶用于外科清洗创口，低温保存生物制品。,1、影响酶促反应速度的因素有哪 些？如何影响？ 2、酶在医学上有哪些应用？,学习目标,1,2,3,4,知道酶在医疗实践中的意义,能解释有机磷农药中毒机制和磺胺药杀菌作用机制。,能解释临床上低温麻醉、低温保存疫苗机制,能解释磺胺药杀菌作用机制。,反应速度：单位时间内底物减少或产物增加的速度，常用初速度来衡量。,第三节 影响酶促反应速度的因素,影响酶促反应速度的因素：,底物浓度S 酶浓度E 反应温度（t） pH 值 激活剂（A） 抑

19、制剂（I）,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、底物浓度的影响,表示S,a,第三节 影响酶促反应速度的因素,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。,b,第三节 影响酶促反应速度的因素,V,S,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。,c,第三节 影响酶促反应速度的因素,（1)酶促反应模式中间产物学说,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。,(2)米曼氏方程式,第三节 影响酶促反应速度的因素,S：底物浓度 V：不同S时的反应速度 Vmax：最大反应速度

20、m：米氏常数,2. 米曼氏方程式,(1) Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比，Vmax=K3 E，如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算 酶的转换数(turnover number)，即动力学常数K3。,第三节 影响酶促反应速度的因素,（1）Km值：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 （2）Km值的意义： 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。,2、Km值及其意义,第三节 影响酶促反应速度的因素,(一) 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) 关系式为 V = K3 E,0,

21、V,E,当SE时，Vmax = k3 E,酶浓度对反应速度的影响,二、酶浓度对反应速度的影响,第三节 影响酶促反应速度的因素,三 温度对酶促反应速度的影响,酶的最适温度: 酶活性最高时的温度, 也即酶的催化效率最高, 酶促反应速度最大时的温度。,第三节 影响酶促反应速度的因素,1、酶的最适温度不是酶的特征性常数，可随反应时间的缩短而提高。 2、低温使酶的活性降低但并不使酶破坏。温度回升后，酶又能恢复活性。 3、高温时由于酶变性失活，反应速度降低。,注意：,第三节 影响酶促反应速度的因素,酶的最适pH : 酶催化活性最高时的pH 。,四 pH对酶促反应速度的影响,第三节 影响酶促反应速度的因素,

22、1.人体内大多数酶的最适pH在6.58.0之间。 2.酶的最适pH不是酶的特征性常数。 3.pH对酶促反应速度的影响，是因为pH改变了酶分子中必需基团的解离状态，因此影响到活性中心的空间构象，进而影响酶的活性。此外底物和辅酶的解离状态也受环境pH的影响，从而影响酶与底物的结合，影响酶发挥催化作用。,注意：,第三节 影响酶促反应速度的因素,五 激活剂对酶促反应速度的影响,1、激活剂: 凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。如： 金属离子： Mg 2+ 、 K+、 Mn2+ 阴离子： Cl- 有机物： 胆汁酸盐 2、分类： 必需激活剂 Mg 2+ 对己糖激酶 非必需激活剂 Cl- 对淀粉

23、酶,第三节 影响酶促反应速度的因素,六 抑制剂对对酶促反应速度的影响,（1）酶的抑制剂,(一) 、不可逆抑制,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。,（2）抑制作用的类型,a.不可逆性抑制,b.可逆性抑制,第三节 影响酶促反应速度的因素,(一) 、不可逆抑制 概念：抑制剂与酶活性中心的必需基团以牢固的共价键结合, 使酶丧失活性, 不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂使酶恢复活性。,(1)有机磷中毒：有机磷物质抑制羟基酶活性，可用解磷定(PAM)解毒。 (2)重金属离子及砷中毒：抑制巯基酶活性，可用二巯基丙醇(BAL)解毒。,举例：,第三节 影响酶促反应速度的因素,例1：

24、羟基酶的抑制,羟基酶: 以丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的酶 有机磷(敌百虫、敌敌畏、对硫磷)抑制羟基酶的活性中心,有机磷化合物 羟基酶 磷酰化酶(失活) 酸,第三节 影响酶促反应速度的因素,例2：巯基酶的抑制,第三节 影响酶促反应速度的因素,解毒方法：,第三节 影响酶促反应速度的因素,(二) 、可逆性抑制作用： 抑制剂与酶非共价键结合, 而引起酶活性降低或丧失, 结合是可逆的，可用透析、超滤等物理方法除去抑制剂使酶恢复活性。,竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制,类型,第三节 影响酶促反应速度的因素,1 竞争性抑制 概念：某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。,第三节 影响酶促反应速度的因素,竞争性抑制的底物浓度曲线,竞争性抑制作用过程,第三节 影响酶促反应速度的因素,竞争性抑制的特点：,I与S分子结构相似； Vmax 不变，表观Km增大； 抑制程度取决于I与E的亲和力 ，以及I和S的相对浓度比例； 增大S可减轻或消除抑制作用.,第三节 影响酶促反应速度的因素,例1：,第三节 影响酶促反应速度的因素,例2：,第三节 影响酶促反应速度的因素,2 非竞争