第七章 酶 enzyme.

Presentation on theme: "第七章 酶 enzyme."— Presentation transcript:

1 第七章 酶 enzyme

2 导 学 1. 掌握酶的分子组成与活性中心，酶促反应特点，酶的调节； 2. 熟悉酶促反应动力学，酶活性测定与酶活性单位；
3. 了解酶促反应机制， 酶的命名与分类，酶与医学的关系。 2006-8 第七章 酶

3 教学内容 酶的分子结构与活性中心 酶促反应特点与机制 酶促反应动力学 酶的调节 酶的命名与分类 酶与医学的关系 2006-8 第七章 酶

4 酶(enzyme)：生物活细胞产生的具有催化作用的蛋白质，又称为生物催化剂
核酶(ribozyme)：具有催化作用的核酸 2006-8 第七章 酶

5 第一节 酶的分子结构与活性中心 2006-8 第七章 酶

6 酶的存在形式： 单体酶： (monomeric enzyme) 只由一条多肽链构成的酶 由多个亚基以非共价键连接的酶 寡聚酶：
(oligomeric enzyme) 多酶体系： (multienzyme system) 由几种不同功能的酶彼此聚合形成 多功能酶： (multifunctional enzyme) 一条多肽链具有多种催化功能 的酶,也称串连酶 2006-8 第七章 酶

7 一、酶的分子组成 酶 结合酶 单纯酶 蛋白质部分 （酶蛋白） + 非蛋白质部分 （辅助因子） = 全酶 （有活性）
小分子有机化合物（B族维生素） 无机金属离子 辅酶 辅基 2006-8 第七章 酶

8 金属离子作为辅助因子的作用： （1）稳定酶蛋白活性构象 （2）参与构成酶的活性中心 （3）连接酶和底物的桥梁 （4）中和阴离子 2006-8
第七章 酶

9 酶蛋白和辅酶（辅基）的作用 酶蛋白：决定酶促反应的特异性 辅酶（辅基）：传递电子、原子或某些基团 2006-8 第七章 酶

10 含B族维生素的辅酶(或辅基)及其在催化中的作用
辅酶或辅基名称 所含维生素 转移基团或原子 TPP 维生素B1 羟乙基 FMN 维生素B2 氢原子(电子) FAD 同上 NAD+ 烟酰胺 NADP+ 磷酸吡哆醛 吡哆醛 氨基 辅酶A(CoA) 泛酸 酰基 生物素 二氧化碳 四氢叶酸 叶酸 一碳单位 钴胺素辅酶类 维生素B12 甲基 硫辛酸 酰基和氢原子 2006-8 第七章 酶

11 二、酶的活性中心 必需基团： 酶分子中与酶活性相关的基团 （羟基、巯基、咪唑基和羧基） 活性中心内必需基团——结合和催化
活性中心外必需基团——维持酶构象 活性中心： 酶分子表面与底物结合并将底物转化 为产物的空间结构区域 结合基团 催化基团 2006-8 第七章 酶

12 2006-8 第七章 酶

13 酶的活性中心特点： 体积小 三维空间构象 酶分子表面的一个裂隙 以非共价键与底物结合 2006-8 第七章 酶

14 第二节 酶促反应的特点与机制 一、酶促反应的特点 高度不稳定性 具高度的催化效率 具高度特异性（专一性） 酶活力的可调节性 2006-8
第二节 酶促反应的特点与机制 一、酶促反应的特点 高度不稳定性 具高度的催化效率 具高度特异性（专一性） 酶活力的可调节性 2006-8 第七章 酶

15 二、酶促反应的机制 酶作用特异性的机制——诱导契合学说 2006-8 第七章 酶

16 第三节 酶促反应动力学 底物浓度[S] 酶的浓度[E] 温度（T） pH值 激活剂（A） 抑制剂（I） 2006-8 第七章 酶

17 一、底物浓度对反应速度的影响 E+S ES E+P K K3 K2 2006-8 第七章 酶

18 （一）米－曼氏方程式 V = Km + [S] Vm 1913年，L.Michaelis和M.L.Menten提出米氏方程式
K2＋ K3 K1 Km ——米氏常数 Vm——最大反应速度 2006-8 第七章 酶

19 （二）Km的意义  = 1/2 Vm， Km = [S]， Km单位：mol/L 2. Km 可以近似地代表E与S的亲和力
2006-8 第七章 酶

20 二、酶浓度对反应速度的影响 当[S] » [E]时，则 V ∝ [E] 2006-8 第七章 酶

21 三、温度对反应速度的影响 T对酶产生双重影响（T↑） ①使分子碰撞↑→V↑ ②使酶变性→V↓ T较低时， T↑， ① > ② ，V↑，
2006-8 第七章 酶

22 最适温度：使V达到最大时的反应温度 2006-8 第七章 酶

23 四、 pH对反应速度的影响 影响酶、底物、辅助因子等的解离程度 体外实验选取适当缓冲液 2006-8 第七章 酶

24 最适pH——酶促反应速度达到最大时的溶液的pH
2006-8 第七章 酶

25 五、激活剂对反应速度的影响 激活剂——能使酶活性提高的物质 Mg2+－ATP对己糖激酶 Cl－对唾液淀粉酶 必需激活剂（无活性变为有活性 ）
非必需激活剂（酶活性提高） 2006-8 第七章 酶

26 六、抑制剂对反应速度的影响 抑制剂（inhibitor）—— 使酶活性降低而又不使酶变性的物质 2006-8 第七章 酶

27 丝氨酸酶抑制剂 不可逆抑制 巯基酶抑制剂 抑制作用 竞争性抑制作用 非竞争性抑制作用 可逆性抑制 反竞争性抑制作用 2006-8 第七章 酶

28 （一）不可逆抑制作用 概念：抑制剂与酶活性中心必需基团共价结合，不能用透析、超滤等物理方法将其除去恢复酶活性。 常见抑制剂：丝氨酸酶抑制剂
巯基酶抑制剂 2006-8 第七章 酶

29 1、巯基酶抑制剂 巯基酶：以巯基（-SH）为必需基团的酶 抑制剂：重金属离子Ag+、Hg2+、砷剂等
解除重金属离子中毒的常用物质：二巯基丙醇 2006-8 第七章 酶

30 巯基酶的失活与复活 2006-8 第七章 酶

31  2. 丝氨酸酶抑制剂 丝氨酸酶：以丝氨酸羟基(-OH)为必需基团的酶 抑制剂：有机磷化合物 如胆碱酯酶抑制可用解磷定解救 2006-8
第七章 酶

32 胆碱酯酶的失活与复活 2006-8 第七章 酶

33 有机磷农药的中毒机理： 有机磷杀虫剂 × 胆碱酯酶 乙酰胆碱 + H2O 胆碱 + 乙酸 胆碱能神经兴奋↑ 中毒
（肌肉震颤、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难） 2006-8 第七章 酶

34 （二）可逆性抑制作用 概念：抑制剂与酶非共价结合，可用透析、 超滤等方法除去而恢复酶活性。 类型：竞争性抑制作用 非竞争性抑制作用
反竞争性抑制作用 2006-8 第七章 酶

35 1.竞争性抑制 E 抑制剂与底物结构相似，两者竞争与酶的活性中心结合，当抑制剂与酶结合后，可以干扰酶与底物的结合，使酶的催化活性降低。
2006-8 第七章 酶

36 竞争性抑制特点： （1）抑制剂与底物的结构相似； （2）抑制剂与底物相互竞争与酶活性中心结合；
（3）抑制程度取决于[I]/ [S]相对比例； （4）增加底物浓度，可以减少或解除抑制作用； （5）Km值增大，Vm值不变 2006-8 第七章 酶

37 竞争性抑制作用举例： 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用 2006-8 第七章 酶

38 2. 磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制作用
COOH H2 N PABA (对氨基苯甲酸) SO2NHR SN （磺胺类药） H2 N 磺胺药与PABA相互竞争与FH2合成酶结合 2006-8 第七章 酶

39 磺胺类药物的抑菌机理 PABA 二氢蝶呤 谷氨酸 FH2合成酶 磺胺类药物（-） FH2 FH2还原酶 MTX（-） FH4 结构相似
（氨甲蝶呤） 蛋白质←核酸 SN抑制敏感细菌的生长、繁殖 2006-8 第七章 酶

40 2、非竞争性抑制 E 抑制剂与活性中心以外的必需基团相结合，使酶的构象改变而失去活性，称为非竞争性抑制作用。 2006-8 第七章 酶

41 非竞争性抑制特点： （1）底物和抑制剂结构不相似 （2）底物和抑制剂可同时与酶的不同部位相结合 （3）抑制程度只取决于[I]
（4）增加[S]不能去除抑制作用 （5）Km值不变，Vmax值降低 2006-8 第七章 酶

42 3、反竞争性抑制 这类抑制剂只可与ES复合物结合,不能与 E直接结合,主要抑制催化功能, 不影响底物结合位点. 2006-8 第七章 酶

43 各种可逆性抑制作用的比较 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制 I 结合的对象 E E、ES ES Km变化 增大 不变 减小
Vmax变化 降低

44 七、酶的活性测定与酶活性单位 酶活性： 酶在最适条件下，单位时间内，酶催化底物的减少量或产物的生成量。
酶纯度表示：比活力（酶活性单位/mg蛋白） 2006-8 第七章 酶

45 酶活性单位表示： 国际单位（IU）：每分钟转化1μmol底物所需的酶量 1IU——1μmol · min-1
Kat单位：每秒钟转化1mol底物所需的酶量 1Kat——1mol · s -1 IU＝16.67×10-9Kat 2006-8 第七章 酶

46 第四节 酶 的 调 节 体内代谢途径的调节——酶（关键酶）的调节（结构 、含量） 2006-8 第七章 酶

47 代谢途径： A B C D E1活性低 E2 活性高 E3活性高 整个代谢途径中催化单向反应、速度较慢的酶： 关键酶或限速酶 2006-8
第七章 酶

48 一、 别构调节 1. 概念 体内一些代谢物（变构效应剂）与酶蛋白分子活性中心以外的某一部位可逆地结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，又称变构调节。 2006-8 第七章 酶

49 （激活或抑制） 酶活性改变 活性中心 E E 酶结构改变 别构部位 别构效应剂 2006-8 第七章 酶

50 受变构调节的酶—— 变构酶 变构效应剂： 变构激活剂 变构抑制剂 2006-8 第七章 酶

51 2. 别构调节的机制 3. 别构调节的意义 催化亚基 调节亚基 别构酶（多亚基） 防止产物过多 代谢物合理调配和有效利用 2006-8
第七章 酶

52 二、 酶促化学修饰调节(共价修饰调节) 1. 概念: 酶蛋白肽链上一些基团在酶的催化下与某些化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶活性。
2006-8 第七章 酶

53 2.共价修饰类型： （1）磷酸化与脱磷酸（最常见） （2）乙酰化与脱乙酰 （3）甲基化与去甲基 （4）腺苷化与脱腺苷
（5）SH与-S-S互变 2006-8 第七章 酶

54 酶的磷酸化与脱磷酸化 蛋白激酶 Thr Thr Ser Ser Tyr Tyr 磷蛋白磷酸酶 ATP ADP -OH -O-PO3H2
酶蛋白 磷酸化的酶蛋白 H2O Pi 2006-8 第七章 酶

55 3.酶促化学修饰调节的特点及生理意义 （1）具有 无活性 和 有活性 两种 (低活性) (高活性) （2）活性互变由不同的酶所催化
（1）具有 无活性 和 有活性 两种 (低活性) (高活性) （2）活性互变由不同的酶所催化 （3）属快速调节方式 （4）有共价键的变化 （5）有放大效应 2006-8 第七章 酶

56 三、酶蛋白含量的调节 1.酶蛋白合成的诱导与阻遏 诱导剂、诱导作用 阻遏剂、阻遏作用 2. 酶降解的调控 2006-8 第七章 酶

57 四、酶原与酶原的激活 酶原(zymogen)：无活性的酶前身 酶原激活:酶原转化为有活性的酶的过程 举例：胰蛋白酶原的激活 见图
举例：胰蛋白酶原的激活 见图 2006-8 第七章 酶

58 酶原激活机理：活性中心的形成与暴露 意义：（1）避免细胞的自身的消化 （2）保证酶在特定部位或环境发挥作用 （3）可视为酶的储存形式
2006-8 第七章 酶

59 五、 同工酶（isoenzyme） 概念: 催化相同的化学反应，但酶的分子结 构、理化性质、免疫学性质乃至生物学功能有所不同的一组酶。
2006-8 第七章 酶

60 举例：乳酸脱氢酶（LDH） 两种亚基：H型、M型，四聚体, 5种同工酶 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 H4 H3M
2006-8 第七章 酶

61 LDH同工酶的生理功能 (心 肌) LDH1 + NAD+ + NADH + H+ LDH5 (骨骼肌) 2006-8 第七章 酶

62 人体某些组织LDH同工酶电泳图谱 2006-8 第七章 酶

63 LDH同工酶谱分析的临床意义 心肌梗塞——血清LDH1 染色斑点大而深 肝癌——血清LDH5 染色斑点大而深 2006-8 第七章 酶

64 第五节 酶的命名与分类 酶的命名： 习惯命名法 系统命名法 2006-8 第七章 酶

65 酶的分类——分六大类 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 国际系统分类：每种酶的分类编号均有4组数字组成
如：乳酸脱氢酶——EC 2006-8 第七章 酶

66 第六节 酶与医学的关系 酶与某些疾病发生的关系 酶在疾病诊断上的应用 酶在疾病治疗中的应用 2006-8 第七章 酶

67 一、酶与某些疾病发生的关系 酪氨酸酶缺陷 ——白化病 2006-8 第七章 酶

68 苯丙氨酸羟化酶缺陷 ——苯丙酮酸尿症 2006-8 第七章 酶

69 二、酶在疾病诊断上的应用 ALT（GPT）——肝脏疾患 LDH同工酶谱——心肌梗塞、肝癌等 碱性磷酸酶（ALP）——骨与肝脏疾患
酸性磷酸酶（ACP）——前列腺转移癌 肌酸激酶（CK）——心肌梗塞、肌肉疾患 2006-8 第七章 酶

70 三、酶在疾病治疗中的应用 消化酶类（多酶片……） 抗炎清创酶类（胰蛋白酶、纤溶酶……） 抗氧化酶类（SOD……） 抗栓酶类（尿激酶……）
抗肿瘤细胞生长的酶（天冬酰胺酶……） 2006-8 第七章 酶

71 The end 2006-8 第七章 酶

72 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤方法除去的辅助因子；
辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密，不易用透析或超滤方法除去的辅助因子。 2006-8 第七章 酶

73 酶促反应高效性机制：有效降低活化能 2006-8 第七章 酶

74 具高度特异性：酶对底物的选择性 类型：绝对特异性 相对特异性 立体异构的特异性 2006-8 第七章 酶

75 胰蛋白酶原激活示意图 2006-8 第七章 酶