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生物化学酶第1页，本讲稿共57页v生物催化剂：A、酶：活细胞合成的有催化功能的蛋白质。B、核酶：具有高效、特异催化作用的核酸。第2页，本讲稿共57页第一节概述n几个概念：酶促反应：底物（S）：产物（P）：酶活性：酶失活：第3页，本讲稿共57页一、酶的化学组成n单纯酶：由氨基酸构成，只有一条多肽链，其活性有蛋白质的结构决定。n结合酶：由蛋白质和非蛋白质两部分组成，其中，蛋白质部分为酶蛋白，非蛋白质部分为辅助因子。二者结合形成全酶。第4页，本讲稿共57页n辅助因子：金属离子和小分子有机物按其与酶蛋白结合的紧密程度可分为辅酶和辅基。金属离子：根据金属离子与酶结合的形式不同，可将酶分为金属酶和金属活化酶。第5页，本讲稿共57页n金属离子的作用金属离子的作用 1.稳定构象：稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象 2.构成酶的活性中心：作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心 3.连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。第6页，本讲稿共57页n小分子有机物：其结构中常含有V或V类物质，它们的作用是以辅酶或辅基的形式参与酶的催化过程，可以传递电子、质子或转移基团。第7页，本讲稿共57页n注意：酶蛋白和辅助因子单独存在时，均无催化活性，只有二者结合形成全酶才有活性。在酶促反应中，酶蛋白决定反应的特异性；辅助因子决定反应类型。第8页，本讲稿共57页二、酶的命名和分类n酶的命名：习惯命名法系统命名法n酶的分类：氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂合酶类或裂解酶类异构酶类合成酶类或连接酶类第9页，本讲稿共57页第二节酶催化作用的特点n酶与一般催化剂的共同点包括：能催化热力学上允许进行的化学反应，而不能实现 那 些 热 力 学 上 不 能 进 行 的 反 应能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变平衡点一般情况下，对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同。第10页，本讲稿共57页酶促反应的特点：n高度的催化效率n高度的特异性绝对特异性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对特异性。相对特异性：一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应，称为相对特异性。立体异构特异性：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性。第11页，本讲稿共57页n酶活性的不稳定性n酶催化活性的可调节性 许多因素可以影响或调节酶的催化活性，如代谢物、对酶分子的共价修饰，酶蛋白的合成改变等 第12页，本讲稿共57页第三节酶的结构与功能一、酶的活性中心必需基团：与酶活性有关的基团。酶的活性中心：在空间结构上，彼此靠近的酶的必需基团集中在一起，形成具有特定空间结构的区域，能与特异的底物结合并将底物转化为产物，此区域为酶的活性中心。第13页，本讲稿共57页第14页，本讲稿共57页n酶的活性中心上的必需基团：结合基团和催化基团n酶的活性中心外必需基团：第15页，本讲稿共57页第16页，本讲稿共57页二、酶原与酶原的激活n酶原：无活性的酶的前身物质n酶原的激活：酶原转化成酶的过程。n酶原激活的实质：活性中心的形成或暴露。n酶原激活的过程：n以无活性的酶原形式存在的意义：1、防止对细胞本身的破坏2、保证在特定的部位发挥作用第17页，本讲稿共57页三、同工酶n概念：催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫学特性不同的一组酶。乳酸脱氢酶（LDH）：LDH1、LDH2、LDH3、LDH4、LDH5第18页，本讲稿共57页四、酶活性的调节n连续反应：在由多酶体系催化的反应中，前一个酶的产物是和它相邻的后一个酶的底物。n关键酶：只催化单向不可逆反应。限速酶：多酶体系中催化活性最低的酶。n关键酶出现的位置：多酶体系的第一个酶，或处于分支代谢的第一个酶。第19页，本讲稿共57页调节酶活性的方式（一）变构调节变构部位：酶活性中心外部位，能可逆的与一些代谢物结合，使酶发生构象变化并改变其催化活性，此部位为变构部位或调节部位。变构调节：对酶活性的这种调节方式为变构调节。第20页，本讲稿共57页变构酶：受变构调节的酶。变构效应剂：导致变构调节的代谢物分子。（二）酶的化学修饰调节酶的化学修饰（共价修饰）：在另一个酶的催化作用下，酶蛋白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，以调节代谢途径。化学修饰常见的形式：磷酸化与脱磷酸化，乙酰化与脱乙酰化，甲基化与脱甲基化，腺苷化与脱腺苷化等。第21页，本讲稿共57页五、酶的作用机制（一）活化分子与活化能酶加速反应的机制是降低反应的活化能。活化分子：活化能：酶通过特有的作用机制，比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。第22页，本讲稿共57页第23页，本讲稿共57页（二）诱导契合学说中间产物学说：酶催化时，酶活性中心首先与底物结合 生成一种酶-底物复合物（ES），此复合物再分解释放出酶，并生成产物。S+E ES E+P 第24页，本讲稿共57页诱导契合学说：当底物与酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心的构象发生改变，使之成为能与底物分子密切结合的构象。第25页，本讲稿共57页酶高效率催化作用的有关因素：A、邻近效应与定向排列：E在反应中将诸S结合到E的活性中心上，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系，实际上是将分子间的反应变成类似分子内的反应，从而加快反应的进行。第26页，本讲稿共57页B、多元催化：同一种E分子中既可以进行酸催化，又可以进行碱催化，这种多功能基团的协调作用可大大提高反应速率。C、表面效应：酶蛋白分子内部存在一些疏水环境可排除水分子对E和S功能基团的干扰性吸引或排斥，有利于E与S的结合，使反应易于进行。第27页，本讲稿共57页第四节影响酶催化作用的因素n影响酶促反应速度的因素：E、S、T、PH、+、-n注意：A、酶促反应速度指初速度B、在研究某一因素时，应保持体系中的其它因素不变。第28页，本讲稿共57页一、底物浓度对反应速度的影响第29页，本讲稿共57页第30页，本讲稿共57页1、当S很小时，VS2、随S，V，但V3、当S达到某一值时，V=Vm，若S继续，V基本保持不变。第31页，本讲稿共57页可用中间产物学说解释：在S很低时，酶的活性中心没有全部与底物结合，增加底物浓度，ES复合物的形成与产物的生成均呈正比关系增加；当底物增高到一定浓度时，酶全部形成了复合物，此时再增加底物浓度也不会增加复合物，反应速度趋于恒定。第32页，本讲稿共57页（一）米曼氏方程式 Michaelis&Menten 于1913年推导出了上述矩形双曲线的数学表达式，即著名的米氏方程。第33页，本讲稿共57页（二）Km与Vm的意义1.当=Vmax/2时，Km=S。因此，Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。第34页，本讲稿共57页 2.Km可以反映酶与底物亲和力的大小。Km越小，酶与底物的亲和力越大。3、Km可以判断酶作用的最适底物。Km最小的底物为最适底物。4、Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比。第35页，本讲稿共57页二、酶浓度对反应速度的影响 当反应系统中底物的浓度足够大时，酶促反应速度与酶浓度成正比，即=kE。第36页，本讲稿共57页三、温度对反应速度的影响 一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加快。但当温度增加达到某一点后，由于酶蛋白的热变性作用，反应速度迅速下降，直到完全失活。酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度酶的最适温度。（一般在3540）第37页，本讲稿共57页温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响 第38页，本讲稿共57页酶的最适温度与实验条件有关，因而它不是酶的特征性常数。低温时由于酶活性降低，反应速度降低，但不变性，当温度升高后，酶活性又可恢复。高温时由于酶变性失活，反应速度降低，第39页，本讲稿共57页四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响 观察pH对酶促反应速度的影响，通常为一“钟形”曲线，即pH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。酶催化活性最高时溶液的pH值就称为酶的最适pH。（一般在近中性）第40页，本讲稿共57页pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响 第41页，本讲稿共57页人体内大多数酶的最适pH在6.58.0之间。酶的最适pH不是酶的特征性常数。pH对酶促反应速度的影响，其原因主要是由于pH的改变导致了酶的催化基团以及底物分子的解离状态改变或者导致了酶蛋白的变性。第42页，本讲稿共57页五、激活剂对反应速度的影响激活剂对反应速度的影响 能够促使酶促反应速度加快的物质称为酶的激活剂。酶的激活剂大多数是无机离子，如K+、Mg2+、Mn2+、Cl-等。激活剂分为必需激活剂和非必需激活剂第43页，本讲稿共57页六、抑制剂对反应速度的影响抑制剂对反应速度的影响 凡是能降低酶促反应速度，但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂(inhibitor)。按照抑制剂的抑制作用，可将其分为不可逆抑制作用(irreversible inhibition)和可逆抑制作用(reversible inhibition)两大类。第44页，本讲稿共57页（一）不可逆抑制作用：n抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制作用就是不可逆抑制作用。n酶的不可逆抑制作用包括专一性抑制（如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制）和非专一性抑制（如路易士气对巯基酶的抑制）两种。第45页，本讲稿共57页（二）可逆抑制作用：n抑制剂以非共价键与酶分子可逆性结合造成酶活性的抑制，且可采用透析等简单方法去除抑制剂而使酶活性完全恢复的抑制作用就是可逆抑制作用。n可逆抑制作用包括竞争性、反竞争性、和非竞争性抑制几种类型第46页，本讲稿共57页1.竞争性抑制（competitive inhibi-tion）原理：I与S的结构相似，可冒充S与酶的活性中心结合，形成EI复合物，使正常的ES复合物减少，V减慢。第47页，本讲稿共57页特点：A、I与S的结构相似，竞争同一酶的活性中心。B、I与酶的活性中心结合后，酶分子失去催化作用。C、抑制作用的强弱取决于I和S的相对大小。当I不变时，可通过增大S减弱抑制。D、酶既可以结合S，也可以结合I，但不能与两者同时结合。第48页，本讲稿共57页第49页，本讲稿共57页丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制 第50页，本讲稿共57页磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制 第51页，本讲稿共57页2、非竞争性抑制：原理：I与S的结构不相似，所以不与酶的活性中 心结合，而是结合在活性中心外部位，形成ESI复合物，使正常的ES复合物减少，V减慢。第52页，本讲稿共57页特点：A、非竞争性抑制剂的化学结构与底物的分子结构不相似；B、底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；C、抑制作用的强弱取决于I，与S无关。所以当I一定时，不能通过增大S减弱抑制。第53页，本讲稿共57页第54页，本讲稿共57页3、反竞争性抑制：n抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合并阻止产物生成，使酶的催化活性降低，称酶的反竞争性抑制。第55页，本讲稿共57页 反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；第56页，本讲稿共57页第五节酶与医学的关系n酶活性的测定n酶在临床医学上的应用A、酶与疾病发生B、酶与疾病诊断C、酶与疾病治疗D、酶与医学研究第57页，本讲稿共57页