生物化学第六章(2).ppt

1、共价调节指某种酶在其他酶的催化下，其肽链中某些基团发生可逆的共价修饰作用，导致该酶在活性形式和非活性形式之间相互转换，以达到调节酶活性的作用。这种酶也称共价调节酶。 与别构酶不同，它是酶对酶的调节作用。,磷酸化作用 腺苷酰化作用 尿苷酰化作用 ADP-核糖基化作用 甲基化作用,6.8.3 可逆的共价修饰调节,已知的共价修饰作用：,糖原磷酸化酶的共价修饰,是一种蛋白激酶 可被激活: 1.来自其他蛋白激酶的催化作用; 2.来自小分子化合物的作用 如：环化腺苷单磷酸（cAMP）可激活蛋白激酶A,糖原磷酸化酶b （低活力）,糖原磷酸化酶a （高活力）,磷酸化酶激酶,磷酸化酶磷酸酶,丝氨酸（Ser14）

2、,磷酸 化,脱磷酸 化,生物体内含有多种蛋白激酶，在信号传导过程中，少量的起始酶分子被激活，会依次激活更多的酶，通过酶级联反应使信号快速放大。,酶原 (zymogen) 有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。,酶原的激活 在特定蛋白水解酶的催化作用下，酶原的结构发生改变，形成酶的活性部位，变成有活性的酶的过程。,6.8.4 酶原与酶原的激活,酶原激活的机理,蛋白水解酶作用于酶原肽链中的特定位点,一级结构发生改变,高级结构的改变,肠肽酶 （小肠）,胰腺细胞分泌胰蛋白酶原,胰蛋白酶原的激活过程,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位

3、和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。 有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,凝血机制,内源通道,外源通道,凝血酶原,凝血酶,血纤蛋白,血纤蛋白原,交联血纤蛋白凝块,最终共同途径,激肽释放酶,组织 因子,创伤,酶原,有活性的酶,凝血因子,酶级联放大反应,除了以上介绍的酶活性的调节作用外，生物体内还存在其他的酶活性调节作用，常见于代谢调控和信号转导等过程中。,在酶水平的代谢调控中，通常是多种调控机制共同对一种酶起作用。,多种调控机制复合作用使生物体能够对新陈代谢进行精确地控制，并能根据内外环境的变化做出及时的调整。,如：糖原磷酸化酶除了受到可逆的

4、共价修饰作用外，还受到ATP、AMP等小分子效应物的别构调节作用,6.9 核酶、抗体酶与同工酶,6.9.1 核酶,核酶是具有催化能力的核糖核酸。,1981年，Cech(切赫)发现四膜虫rRNA的前体很不稳定，在没有蛋白质酶的情况下（在鸟苷和Mg2+存在下）能专一地切除自身的413个核苷酸的内含子（IVS），使两个外显子拼接起来，变成成熟的rRNA分子。 因此Cech认为该rRNA的前体具有催化的活性，并将其命名为核酶。,1985年，Cech又证实rRNA前体的内含子能催化分子间反应。,1983年，Altman（阿尔特曼）等发现大肠杆菌核糖核酸酶RNaseP的蛋白质部分除去后，留下的RNA部分(

5、MIRNA)单独存在下具有催化功能；在体外进行转录，转录产物也具有催化活性。 证明RNA有催化功能。,切赫 (Thomas Robert Cech),阿尔特曼(SidneyAhman),1989年，核酶的发现者T.Cech和S.Ahman被授予诺贝尔化学奖。,核酸性酶的发现使人们对生命起源的问题有了新的认识，RNA分子不但有复制的功能，含有复制的信息，而且还有催化的功能。因此人们推测RNA很可能早于DNA和蛋白质，是生物进化史中首先出现的生物大分子。,6.9.2 抗体酶,抗体酶是具有催化能力的免疫球蛋白。,抗体酶的制备：诱导法,诱导法是利用反应过渡态类似物为半抗原免疫动物，制作单克隆抗体，筛选

6、出具高催化活性的抗体酶。,某些同时具有抗体功能与酶功能的抗体酶由于可以特异性地识别癌细胞表面的特殊抗原，并在此部位催化无活性药物前体的转化反应，可用于靶向治疗癌症。,医学应用,6.9.3 同工酶,同工酶 (isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构组成、理化性质、免疫功能和调控特性等方面有所不同的一组酶。,定义,两种亚基以不同比例组成四聚体，产生五种同工酶。,电泳结束后距离阴极最近的是LDH5，距离阳极最近的是LDH1 。,乳酸脱氢酶的同工酶,乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),心肌含量高,肝和骨骼肌含量高,B,B,B,M,M,M,CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM

7、),脑 心肌 骨骼肌,肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶,LDH,临床检验：,同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断,6.10 酶的研究方法与酶工程,6.10.1 酶活力的测定方法,酶的活力测定，实则是酶的定量测定。由于酶的含量较低，通常用酶的活力来表示酶的含量。 酶的活力是指酶催化化学反应的能力。 表示方法：酶的活力大小可以用一定条件下酶促反应速率来表示。 酶促反应速率可用单位时间内，底物的减少量或产物的增加量来表示。通常用产物的增加量来表示。 E + S ES E + P,E + S ES E + P（产物）,酶的活性单位（U） 是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件

8、下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内将一定量（mg、g、mol等）的底物转化为产物所需的酶量。,国际单位(IU) 在最适反应条件(最适底物、pH、缓冲溶液的离子强度及25 C)下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位（IU）。,1 IU = 1 mol/min,酶的比活力： 每毫克酶蛋白质所具有的酶活力单位数,一般用IU/mg蛋白质来表示，一 般来说酶的比活力越高,酶越纯。,测定酶活力的方法：,分光光度法 荧光法 同位素测定法 电化学方法,细胞破碎,酶提取,酶分离纯化,酶脱盐、浓缩,酶贮存（低温）,6.10.2 酶的分离纯化,a) 原材料的处理与蛋白质的提取,b) 粗

9、制分离,c) 精制分离,d) 酶制剂的脱盐、浓缩、干燥和保存,酶是一种特殊的蛋白质：,酶容易失活,酶分离纯化保持低温：4 C左右 酶储存在低温环境：-20 -80 C 使用温和的操作条件 使用一些保护试剂阻止其失活 尽量缩短纯化时间,酶是有催化活性的蛋白质,每一步纯化步骤之后，都要测定样品的酶活力,比活力,6.10.3 酶工程,酶工程是研究酶的生产和应用的一门技术性学科，是把酶学基本原理、化学工程技术及基因重组技术有机结合在一起而形成的新型应用技术。,酶工程的任务是产生可以工业化生产的酶。,酶工程,化学酶工程,生物酶工程,酶学和基因重组技术结合的产物,研究内容：天然酶的制备和应用 酶的化学修饰

10、 酶的固定化,改造酶分子的方法：,通过化学修饰的方法改变酶的结构,通过分子生物学技术改造酶分子的基因,酶的概念与特点 酶的组成，分类，命名； 酶的专一性：结构专一性【绝对、相对（基团、键）】，立体异构专一性（旋光异构、几何异构）;诱导契合假说 酶的作用机制：酶的活性部位、与酶的高效性有关的因素（邻近效应与定向效应、促进底物过渡态形成的非共价作用、酸碱催化作用、共价催化作用、金属离子催化） 酶促反应的特点，酶促反应的动力学机制。 影响酶促反应速率的因素、影响机制和结果；最适温度、最适pH、抑制剂、激活剂的概念。不可逆抑制作用的作用方式与作用结果。可逆性抑制作用的类型、作用原理及作用结果。 酶的别

11、构调节，酶的共价修饰调节，酶原与酶原激活及其生理意义， 核酶、抗体酶、同工酶的概念。 酶的研究方法：酶活力、比活力。,本章小节,思考题： 1、Km的意义是什么？ 2、影响酶促反应的因素有哪些？ 3、抑制剂的类型及作用特点有哪些？,1 哪一种情况可用增加 S 的方法减轻抑制程度： A 不可逆抑制作用 B 竞争性可逆抑制作用 C 非竞争性可逆抑制作用 D 反竞争性可逆抑制作用 2 、已知两种酶互为同工酶： 它们的 Km 的值一定相同 B. 它们的等电点相同 C. 它们的分子结构一定相同 D. 它们所催化的化学反应相同,D,B,第七章 维生素和辅酶,维生素存在于各种来源的食物中，水果中含大量的维生素

12、C,全酶=酶蛋白+辅助因子（辅酶+辅基）,多数辅酶和辅基是多种维生素的衍生物。,概述,1概念 维生素是维持细胞生长和正常代谢所必需的微量有机化合物。,2分类及命名,按溶解度划分,水溶性维生素B族、C等,脂溶性维生素A、D、E、K等,A1:含脂环的不饱和一元醇（又名：视黄醇）,7.1 脂溶性维生素,7.1.1 维生素A,1,2,A2: 3-脱氢视黄醇,哺乳动物及咸水鱼肝脏,淡水鱼肝脏,1 胡萝卜素 2 维生素A,植物中（胡萝卜、红薯、黄色蔬菜）胡萝卜素(维生素A原),体内不能完全吸收： 6g 1g,视杆细胞：11-顺视黄醛与视蛋白组成视紫红质,构成视觉细胞内感光物质的成分帮助感受弱光，,维生素A

13、在体内的活性形式：11-顺视黄醛,富含维生素D的食物：肝、鱼、奶、蛋黄,7.1.2 维生素D,维生素D是胆固醇的衍生物,胆固醇,动物体内的维生素D: 胆钙化醇(维生素D3) 是皮肤中的7脱氢胆固醇经紫外线照射产生。,植物和酵母细胞中的维生素D: 麦角钙化醇(维生素D2) 是麦角固醇经紫外线照射产生。,调节生物体内钙、磷代谢，促使新骨形成和钙化。,缺乏：骨骼发育不良，佝偻病,维生素D在体内的活性形式：1, 25-二羟维生素D3,天然的维生素E共有8种，4种生育酚（T），4种生育三烯酚（TT），其中-生育酚活性最高分布最广。,7.1.3 维生素E（生育酚）,广泛存在于豆类与蔬菜中，人类饮食中维生素

14、E主要来源于植物油。,VE：抗氧化剂、自由基清除剂,富含食物：绿色蔬菜、动物肝、鱼、牛奶等。,维生素K可参与人体的凝血过程，维持凝血因子的正常水平,7.1.4 维生素K,参与凝血因子的合成，称为凝血维生素，共有4种，K1、K2为天然维生素，均为2-甲基-1,4-萘醌的衍生物。K3、K4为人工合成。,缺乏：皮下出血、贫血、凝血时间长,维生素B1由含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环组成，又称硫胺素。,7.2 水溶性维生素,7.2.1 维生素B1和硫胺素焦磷酸,主要存在于植物种子外皮与胚芽中,TPP:是脱羧酶的辅酶 生化作用：参与-酮转移、-酮酸的脱羧和-羟酮的形成与裂解等反应,硫胺素羟基磷酸化后，形成硫

15、胺素焦磷酸（TPP）,噻唑环C-2失去H形成负碳离子，是很好的亲核基团。,TPP,缺乏： 糖代谢受阻，丙酮酸、乳酸就会在组织中积累，影响心血管和神经组织的正常功能，导致神经炎、心力衰竭等症状。,7.2.2 维生素B2和黄素辅酶,维生素B2，又称核黄素，由核糖醇和7，8-二甲基异咯嗪两部分组成。,富含食物：动物肝、肾、蛋黄、豆类等,维生素B2末端羟基磷酸化 黄素单核苷酸（FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）,核黄素,缺乏：缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口舌炎、角膜炎、皮炎等。,活性部位： 两个活泼双键,FMN和FAD： 是氧化还原酶的辅基 生化作用： 传递H或电子,7.2.3 泛

16、酸和辅酶A(CoA),泛酸（维生素B3）又称遍多酸，由-丙氨酸与,-二羟基-,-二甲基丁酸缩合而成。,泛酸,巯基乙胺,泛酸在生物体内的活性形式：辅酶A(CoA) CoA是酰基转移酶的辅酶 生化作用：传递酰基 人类没有缺乏症,7.2.4 维生素PP和烟酰胺辅酶,维生素PP包括烟酸、烟酰胺，是吡啶的衍生物。 谷类、豆类、肉产品中富含。,-作为脱氢酶的辅酶，参与新陈代谢,氢负离子 H：,生化作用： 转移氢负离子 （电子）,缺乏：癞皮病。主要表现为皮炎、腹泻及痴呆。,7.2.5 维生素B6和B6辅酶,吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺,维生素B6是吡啶的衍生物，包括三种：,广泛分布于各种动植物中，在谷类外皮中含量

17、丰富。,在生物体内的活性形式：,生化作用：转氨基,PLP和PMP是转氨酶的辅酶,生物体内,人类很少缺乏,PLP,PMP,7.2.6 生物素和羧化酶辅酶,生物素: 维生素B7是由带有戊酸侧链的噻吩与尿素结合而成。 广泛存在于谷类、豆类、鱼类、蛋黄、坚果等。,可作为活动羧基载体参与酶促羧化反应,生物素是羧化酶的辅酶 生化作用：羧基载体(作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用)。,7.2.7 叶酸和叶酸辅酶,叶酸（folic acid）-维生素B11，因为在绿色植物的叶片中含量丰富而得名。,叶酸结构式：喋啶、氨基苯甲酸、谷氨酸,喋啶,对氨基苯甲酸,谷氨酸,在生物体内的活性形式： 5,

18、6,7,8-四氢叶酸（THF，辅酶F）,维生素B11的加氢还原产物,生化作用：转移一碳单位，参与核酸合成,缺乏：营养障碍性贫血,如： -CH3, -CH2-, -CHO 等,THF是生物体内一碳单位转移酶的辅酶,7.2.8 维生素B12和B12辅酶,维生素B12，又称氰钴胺素，是唯一含金属元素的维生素。 广泛存在于动物食品中，肉类和肝中含量丰富。,B12辅酶是变位酶的辅酶 生化作用：氢原子重排作用，甲基化 缺乏维生素B12：恶性贫血病,分子内重排反应,7.2.9 硫辛酸,硫辛酸即6,8-二硫辛酸，是一种含S的八碳酸 生物体内有两种形式：硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型） 酵母和动物肝中含量丰富,生化作用：转移乙酰基 转移氢和电子,二氢硫辛酸：脱氢酶的辅基,硫辛酸是酰基的载体，存在于 丙酮酸脱氢酶复合体、 -酮戊二酸脱氢酶复合体中,硫辛酸常与相关酶分子中的赖氨酸连接，形成具有转动灵活性的硫辛酰赖