生物化学酶.ppt

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1、生物化学 酶现在学习的是第1页，共56页第第1节节概述概述一、酶的概念一、酶的概念 酶是由活细胞合成的、对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类:酶酶 、核酶核酶(脱氧核酶脱氧核酶)A、酶：活细胞合成的有催化功能的蛋白质。、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。、核酶：具有高效、特异催化作用的核酸。现在学习的是第2页，共56页酶所催化的反应称为酶促反应酶促反应;反应中被酶作用的物质称为底物底物(S);生成的物质称为产物产物(P)。酶所具有的催化能力称为酶活性酶活性;而酶失去催化能力称为酶的失活酶的失活。现在学习的

2、是第3页，共56页二、酶催化作用的特点二、酶催化作用的特点 1.酶促反应具有极高的催化效率酶促反应具有极高的催化效率v酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高倍，比一般催化剂高1071013倍。倍。v酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。v酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能。酶比一般催化剂更有效地反应的活化能。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。降低反应的活化能。现在学习的是第4页，共56页现在学习的是第5页，共56页2.酶促反应的高度特异性酶促反应的高度特异性 （1

3、）绝对特异性 酶只能作用于一种底物，进行专一的反应，生成特定结构的反应产物。（2）相对特异性 酶作用于一类化合物或一种化学键。（3）立体异构特异性 有的化合物有立体异构体，一种酶仅作用于一种立体异构体。现在学习的是第6页，共56页3.3.酶促反应的可调性酶促反应的可调性 为适应机体不断变化的内外环境和生命活动的需要，酶促反应速度受多种因素的调控.4.酶促反应的不稳定性酶促反应的不稳定性现在学习的是第7页，共56页三、酶的命名和分类三、酶的命名和分类 一、酶的命名一、酶的命名1.习惯命名法推荐名称2.系统命名法系统名称现在学习的是第8页，共56页一些酶的命名举例一些酶的命名举例现在学习的是第9页

4、，共56页v2.2.酶的分类酶的分类 （按其催化的反应类型）（按其催化的反应类型）v（1）氧化还原酶类v（2）转移酶类v（3）水解酶类v（4）裂解酶类(或裂合酶类)v（5）异构酶类v（6）合成酶类(或连接酶类)现在学习的是第10页，共56页一、酶的分子组成一、酶的分子组成酶酶结合酶结合酶酶蛋白酶蛋白辅助因子辅助因子成份成份金属离子金属离子小分子有机物小分子有机物按结合程度按结合程度辅酶辅酶辅基辅基单纯酶单纯酶全酶全酶=酶蛋白酶蛋白 +辅助因子辅助因子第第2节节酶的分子结构和功能酶的分子结构和功能现在学习的是第11页，共56页全酶特点：v 只有全酶才有催化活性，酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化

5、活性。v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。v 一种酶只能与一种辅助因子结合为全酶；而一种辅助因子却能和多种不同的酶蛋白结合形成不同特异性的全酶。现在学习的是第12页，共56页二、酶的分子结构二、酶的分子结构酶的活性中心酶的活性中心（abcdabcd活性中心内的必需基团）现在学习的是第13页，共56页酶的活性中心酶的活性中心 活性中心的必需基团活性中心的必需基团 必需基团必需基团 活性中心以外的必需基团活性中心以外的必需基团 结合基团结合基团（与底物结合决定专一性）（与底物结合决定专一性）活性中心活性中心必需基团必需基团催化基团催化基团（影响化学键稳定性决定催（影响化学键稳定

6、性决定催化能力）化能力）活性中心特点：活性中心特点：可以是一条或几条多肽链所够成的一定空间区域。可以是一条或几条多肽链所够成的一定空间区域。对全酶讲辅助因子可以是活性中心的一部分。对全酶讲辅助因子可以是活性中心的一部分。活性中心是酶发挥特异性催化功能的关键部位活性中心是酶发挥特异性催化功能的关键部位,一但一但活性中心被占据或被破坏酶就失去活性。活性中心被占据或被破坏酶就失去活性。现在学习的是第14页，共56页三、酶原及酶原激活三、酶原及酶原激活 酶原与酶原的激活酶原酶原 ：有些酶在细胞内合成时或初分泌时是以无有些酶在细胞内合成时或初分泌时是以无活性酶的前体形式存在，此前体物质称为酶原。活性酶的

7、前体形式存在，此前体物质称为酶原。酶原的激活酶原的激活 在一定条件下，由酶原向活性酶转化的过程。在一定条件下，由酶原向活性酶转化的过程。现在学习的是第15页，共56页甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S4646183183活性中心活性中心活性中心活性中心甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S赖赖缬缬天天天天天天 天天胰蛋白酶原的激活示意图 肠激酶肠激酶现在学习的是第16页，共56页 酶原激活的机理酶原激活的机理 一个或几个特定的一个或几个特定的肽键断裂肽键断裂，水解掉，水解掉一个或几个短肽一个或几个短肽酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变实质：实质：

8、酶的活性中心酶的活性中心形成或暴露出形成或暴露出在特定条件下在特定条件下现在学习的是第17页，共56页 酶原激活的生理意义v抵制机体的自身消化作用；v可视为酶的储存形式。在需要时，酶原转变成活性酶，发挥其催化功能。v保证酶的定位作用；v保证体内代谢正常进行；现在学习的是第18页，共56页四、同工酶四、同工酶同工酶:可催化相同化学反应但这些酶蛋白的分子结构、理化性质及其免疫学特性均不同的一组酶。互称同工酶。现在学习的是第19页，共56页举例：乳酸脱氢酶同工酶（四亚基酶）的五种类型(LDH1 LDH5)H HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMM

9、MMMLDH1 (H4)LDH2(H3M)L DH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)肺内活性高肺内活性高心肌活性高心肌活性高肝、骨骼肌活性高肝、骨骼肌活性高现在学习的是第20页，共56页*LDH的生理及临床意义的生理及临床意义v在代谢调节过程中起着重要的作用；v 可解释发育过程中各阶段特有的代谢特征；v 其酶谱的改变有助于对疾病的诊断。v 心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDH酶谱的变化酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5现在学习的是第21页，共56页五、酶的作用机理五、酶的作用机理 1.诱导契

10、和学说诱导契和学说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，此学说称诱导契合假说。E+S E+P ES 现在学习的是第22页，共56页现在学习的是第23页，共56页2邻近效应与定向排列 指E与S结合形成ES，使各底物S1S2Sn结合到酶的活性中心，使E活中心有效S大大提高相互接近，并形成有利于反应的正确定向关系，从而使反应速度加快的效应。现在学习的是第24页，共56页邻近效应与定向排列邻近效应与定向排列现在学习的是第25页，共56页3.3.多元催化多元催化 同一种酶常常兼有酸、碱双重催化作用。这种多功能基团的协同作用可极大地提高酶

11、的催化效能。4表面效应表面效应 酶分子内部疏水性氨基酸较丰富，常形成疏水口袋以容纳并结合底物,防止在底物与酶之间形成水化膜，有利于酶与底物的密切接触。现在学习的是第26页，共56页第第3节节影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素 酶促反应速度在规定的反在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示。耗量和产物的生成量来表示。现在学习的是第27页，共56页一、底物浓度一、底物浓度 v1913年年Michaelis和和Menten提出反应速度与底物浓度关系提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，被称为米曼的数学方程式，被称为米曼氏方程式，简称米

12、氏方程氏方程式，简称米氏方程vS：底物浓度：底物浓度vv：反应速度：反应速度vVmax：最大反应速度：最大反应速度vm：米氏常数：米氏常数现在学习的是第28页，共56页VmaxVSKmVmax/2 KmS 在酶浓度和其他条件都不变的情况下，底物浓在酶浓度和其他条件都不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈度对反应速度的影响呈矩形双曲线矩形双曲线Km m反应速度为最大反应速度一半时的反应速度为最大反应速度一半时的S单位是浓度单位：单位是浓度单位：mol/L。现在学习的是第29页，共56页K Km m的意义的意义1.Km1.Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半等于酶促反应速度为最大反应速度一半时

13、的底物浓度。时的底物浓度。2.Km2.Km可表示酶对底物的亲和力。可表示酶对底物的亲和力。KmKm越大，酶促越大，酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度则越大，亲和力越小，反应越不易进行；则越大，亲和力越小，反应越不易进行；3.3.Km是酶的特征常数之一是酶的特征常数之一,同一酶对于不同同一酶对于不同底物有不同的底物有不同的KmKm值。值。现在学习的是第30页，共56页二、酶浓度二、酶浓度v当当SE，v几乎所有的酶均几乎所有的酶均v被被S饱和饱和ESv的情况下，的情况下，v则有：则有：v EvU与与E成正比关系成正比关系0 VE 酶浓度对反应速度的影响

14、酶浓度对反应速度的影响 现在学习的是第31页，共56页三、三、pH v最适最适pH(pHpH(pH最适最适)酶促催化活性酶促催化活性 最大时的环境最大时的环境pH pH。各种酶均有其。各种酶均有其各自的各自的pHpH最适最适注：注：pH最适最适不一定是不一定是pI0酶酶活活性性 pH pHpH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶 246810pH最适最适pH最适最适pH最适最适现在学习的是第32页，共56页四、温度四、温度 0.51.02.01.50102030405060Vmax温度T T温度温度0037-37-404060608080以上以

15、上E E活性活性抑制抑制最高最高下降下降失活失活V V速度速度低低最高最高下降下降低低 钟型曲线钟型曲线T最适最适现在学习的是第33页，共56页双重影响双重影响低温状态下，温度升高，体系能量增高，低温状态下，温度升高，体系能量增高，酶促速度也升高；酶促速度也升高；酶的本质是蛋白质，体系温度过高，酶的本质是蛋白质，体系温度过高，可使酶空间结构发生变化，导致变性，可使酶空间结构发生变化，导致变性，从而酶促速度降低。从而酶促速度降低。最适温度最适温度酶促活性达最大时的环境温酶促活性达最大时的环境温度。（度。（37）低温可降低酶活性，但保护酶分子结构。低温可降低酶活性，但保护酶分子结构。如：低温保鲜及

16、冬眠。如：低温保鲜及冬眠。现在学习的是第34页，共56页五、激活剂五、激活剂 v激活剂（激活剂（A）：）：使酶由无活性变为有活性使酶由无活性变为有活性或由低活性变为高活性的物质。或由低活性变为高活性的物质。v必需激活剂必需激活剂A不存在时，酶无活性。不存在时，酶无活性。如：金属离子可与如：金属离子可与E、ES结合，使酶激活。结合，使酶激活。v非必需激活剂非必需激活剂无无A时酶也具有低活性，时酶也具有低活性，A可提高酶的催化活性。可提高酶的催化活性。如：如：Cl-是淀粉酶的非必需激活剂、是淀粉酶的非必需激活剂、现在学习的是第35页，共56页六、抑制剂六、抑制剂抑制作用的类型抑制作用的类型 1.1

17、.不可逆抑制作用不可逆抑制作用:竞竞争性抑制争性抑制 2.2.可逆抑制作用：可逆抑制作用：非竞争性抑制非竞争性抑制 反竞争性抑制反竞争性抑制 现在学习的是第36页，共56页1.不可逆抑制作用v*概念：概念：抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。不能用简单的物理方法相结合，使酶失活。不能用简单的物理方法除掉。除掉。v*举例：举例：有机磷化合物有机磷化合物使使羟基酶失活羟基酶失活解毒物质解毒物质解磷定解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物使使巯基酶失活巯基酶失活解毒物质解毒物质二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)现在学习的是第37页，

18、共56页2.可逆性抑制作用可逆性抑制作用*抑制剂通常以抑制剂通常以非共价键非共价键与与E E或或ESES复合复合物可逆结合，使酶的活性降低或丧物可逆结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。除去。竞争性抑制竞争性抑制 *类型类型 非竞争性抑制非竞争性抑制 反竞争性抑制反竞争性抑制现在学习的是第38页，共56页（1）竞争性抑制作用 反应模式：反应模式：+E+SE+PESIEI+S现在学习的是第39页，共56页+EESIESEIE Pkiki现在学习的是第40页，共56页概念：竞争性抑制剂与酶的底物结构相似可概念：竞争性抑制剂与酶的底物结构相似可与底

19、物竞争酶的活性中心阻碍酶与底物与底物竞争酶的活性中心阻碍酶与底物相结合相结合特点：特点：a)a)I与与S结构相似结构相似,竞争酶的活性中心；竞争酶的活性中心；b)b)抑抑制制程程度度取取决决于于I I、S S与与E E的的相相对对亲亲和和力力及及 II和和SS；S S II抑抑制制剂剂的的抑抑制制作用可忽略不计。作用可忽略不计。C)C)动动力力学学特特点点：Vmax可可保保持持不不变变,Km相相应增高应增高.现在学习的是第41页，共56页*举例举例 丙二酸与琥珀酸丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶活性中心竞争琥珀酸脱氢酶活性中心琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸结

20、构相似琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶现在学习的是第42页，共56页*磺胺类药物的抑菌机制磺胺类药物的抑菌机制 与与对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸竞争竞争二氢叶酸合成酶的活性中心二氢叶酸合成酶的活性中心二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸现在学习的是第43页，共56页(2)非竞争性抑制*反应模式反应模式E+SESE+P+IEI+S EIS +I+S S+S S+ESIEIEESEPII现在学习的是第44页，共56页*特点特点a)抑制剂与酶活性中心以外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；b)抑制程度取决于I；不能用增加S的方法解除抑制

21、.c)c)动动力力学学特特点点：表表观观Km不不变变 ,Vmax降降低低.现在学习的是第45页，共56页(3)(3)反竞争性抑制反竞争性抑制+ESESESIEP*反应模式反应模式E+SE+P ES+IESI现在学习的是第46页，共56页*特点：特点：a)抑制剂抑制剂只与只与ES复合物结合复合物结合,不与酶结不与酶结合；合；b)b)抑制程度：抑制程度：取决于取决于I及及S ；c)c)动力学特点：动力学特点：Vmax降低，表观降低，表观Km降降低。低。现在学习的是第47页，共56页影响竞争性分竞争性反竞争性与抑制剂结合的部分活性中心活性中心外的必需基团中间产物对Vmax的影响不变降低降低对Km的影

22、响增加不变降低三种可逆性抑制作用的比较现在学习的是第48页，共56页 第四节 酶与医学的关系一、酶与疾病的关系一、酶与疾病的关系（一）酶与疾病的发生（一）酶与疾病的发生 体内酶的异常可引起多种代谢障体内酶的异常可引起多种代谢障碍，导致疾病发生；碍，导致疾病发生；如：如：酪氨酸酶酪氨酸酶缺乏导致的白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏造成的遗传性儿缺乏导致的白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏造成的遗传性儿童苯酮酸尿症。童苯酮酸尿症。因因激素激素代谢障碍或代谢障碍或维生素维生素缺乏引起某些酶的异常导致临床症状的缺乏引起某些酶的异常导致临床症状的出现，如因缺乏维生素出现，如因缺乏维生素K K，使凝血酶原及某些凝血因子在

23、肝中成，使凝血酶原及某些凝血因子在肝中成熟受阻，造成患者凝血时间延长，皮下、肌肉及胃肠易出血等。熟受阻，造成患者凝血时间延长，皮下、肌肉及胃肠易出血等。某些毒物抑制酶活性，也可造成疾病，如有机磷农药中毒时，某些毒物抑制酶活性，也可造成疾病，如有机磷农药中毒时，由于抑制了由于抑制了胆碱酯酶胆碱酯酶，从而造成副交感神经兴奋的中毒症状。，从而造成副交感神经兴奋的中毒症状。现在学习的是第49页，共56页（二）酶与疾病的诊断（二）酶与疾病的诊断疾病产生后会产生各种临床症状，同时也发生一些生化疾病产生后会产生各种临床症状，同时也发生一些生化指标的异常，各种环境中酶的种类及含量的异常，即可指标的异常，各种环

24、境中酶的种类及含量的异常，即可说明某些疾病的的状态；说明某些疾病的的状态；血清血清(或或血浆血浆)尿液尿液等体液中酶活性的测定，可辅助疾等体液中酶活性的测定，可辅助疾病的诊断。如羊水中乙酰胆碱酯酶活性的改变，是产病的诊断。如羊水中乙酰胆碱酯酶活性的改变，是产前诊断神经管缺损和开放性脊柱裂的首选生化指标。前诊断神经管缺损和开放性脊柱裂的首选生化指标。再如再如，血和尿中血和尿中淀粉酶淀粉酶活性增高可辅助活性增高可辅助急性胰腺炎急性胰腺炎的诊断。血中的诊断。血中谷丙转氨酶谷丙转氨酶活性的变化，可用来判断活性的变化，可用来判断肝炎肝炎的活动情况等。的活动情况等。还有在某些疾病时，有些酶活性可显著降还有

25、在某些疾病时，有些酶活性可显著降低，如在肝功能不良时和有机磷农药中毒时，血中低，如在肝功能不良时和有机磷农药中毒时，血中胆碱酯胆碱酯酶酶的活性显著降低。的活性显著降低。现在学习的是第50页，共56页（三）酶与疾病的治疗（三）酶与疾病的治疗根据需要添加某种酶，可缓解机体不足根据需要添加某种酶，可缓解机体不足的矛盾，缓解病症。的矛盾，缓解病症。许多药物也可通过抑制生物体内的某许多药物也可通过抑制生物体内的某些酶来达到治疗的目的。些酶来达到治疗的目的。现在学习的是第51页，共56页二、酶在医学上的应用二、酶在医学上的应用1.1.酶学方法用于临床检验酶学方法用于临床检验 酶法分析酶法分析（即酶偶联测定

26、法）：（即酶偶联测定法）：是以酶为分析试剂，对一些酶的是以酶为分析试剂，对一些酶的活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定活性、底物浓度、激活剂、抑制剂等进行定量分析的一种方法。量分析的一种方法。现在学习的是第52页，共56页2 2酶酶标标记记测测定定法法 酶酶可可以以代代替替同同位位素素与与某某些些物物质质相相结结合合，从从而而使使该该物物质质被被酶酶所所标标记记。通通过过测测定定酶酶的的活活性性来来判判断断被被标标记记物物质质或或与与其定量结合的物质的存在和含量。其定量结合的物质的存在和含量。3 3工具酶工具酶 利用酶具有高度特异性的特点，利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平

27、上对某些生将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向、定位分割与连接。物大分子进行定向、定位分割与连接。现在学习的是第53页，共56页2.酶作为药物直接用于疾病治疗酶作为药物直接用于疾病治疗（1）替代治疗替代治疗如因消化腺分泌不足引如因消化腺分泌不足引起的消化不良，可补充胃蛋白酶、胰蛋白起的消化不良，可补充胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶及胰淀粉酶等以助消化。酶、胰脂肪酶及胰淀粉酶等以助消化。（2）抗菌治疗）抗菌治疗如磺胺类药物，可竞争性如磺胺类药物，可竞争性抑制细菌中的二氢叶酸合成酶，使细菌的核酸抑制细菌中的二氢叶酸合成酶，使细菌的核酸代谢障碍而阻遏细菌的生长、繁殖，达到抑菌代谢障碍而阻

28、遏细菌的生长、繁殖，达到抑菌目的。目的。现在学习的是第54页，共56页（3）抗癌治疗）抗癌治疗如如L-天冬酰胺是某些肿瘤细胞的必需氨天冬酰胺是某些肿瘤细胞的必需氨基酸，若给予能水解基酸，若给予能水解L-天冬酰胺的天冬酰胺酶，则肿瘤天冬酰胺的天冬酰胺酶，则肿瘤细胞将因失去必需的营养素而无法分化、生长以致死亡。细胞将因失去必需的营养素而无法分化、生长以致死亡。又如氨甲喋呤可抑制肿瘤细胞的二氢叶酸还原酶，使肿又如氨甲喋呤可抑制肿瘤细胞的二氢叶酸还原酶，使肿瘤细胞核酸代谢受阻从而抑制肿瘤细胞生长。瘤细胞核酸代谢受阻从而抑制肿瘤细胞生长。（4）对症治疗）对症治疗如链激酶及尿激酶可溶解血栓，多用于如链激酶

29、及尿激酶可溶解血栓，多用于心、脑血管栓塞的治疗。心、脑血管栓塞的治疗。（5）调整代谢，纠正紊乱）调整代谢，纠正紊乱如给精神抑郁症患者用单如给精神抑郁症患者用单胺氧化酶抑制剂，使兴奋性神经递质胺氧化酶抑制剂，使兴奋性神经递质(如儿茶酚胺如儿茶酚胺)代谢灭代谢灭活减少，从而维持脑中兴奋性与抑制性神经递质的平衡，活减少，从而维持脑中兴奋性与抑制性神经递质的平衡，达到治疗目的。达到治疗目的。现在学习的是第55页，共56页小小结结 v酶是由活细胞合成的对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。酶促反应具有高效率性、高度特异性和可调节性的特点。酶分子中的必需基团组成具有特定空间结构的酶活性中心；在体内有些酶是以无活性的酶原形式存在，只有在需要发挥作用时才转化为有活性的酶；同工酶在不同的组织与细胞中具有不同的代谢特点。v酶的催化机制是酶与底物诱导契合形成酶-底物复合物，通过邻近效应、定向排列、多元催化及表面效应等使酶发挥高度催化效率。影响酶促反应速度因素底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂和抑制剂等可，酶与疾病发生、诊断、治疗关系密切，同时，酶在医学上应用十分广泛。现在学习的是第56页，共56页