生物化学-第二章-酶课件

第三章第三章 酶酶EnzymeEnzyme本章主要内容本章主要内容p第一节第一节 概述概述p第二节第二节 酶的作用特点酶的作用特点p第四节第四节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素p第五节第五节 酶和医学的关系酶和医学的关系酶为生酶为生活添姿活添姿彩彩第一节第一节 概述概述重点：酶的概念与化学本质，辅酶重点：酶的概念与化学本质，辅酶/辅基辅基p19261926年，年，James B.SumnerJames B.Sumner发现脲酶是一发现脲酶是一个纯的个纯的蛋白质蛋白质；并于；并于19371937年再次发现过氧年再次发现过氧化氢酶也是蛋白质。随后发现的化氢酶也是蛋白质。随后发现的2 2千余种千余种酶均证明是蛋白质。酶均证明是蛋白质。19461946年度年度诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖p1980s1980s，Thomas R.Thomas R.CechCech和和Sidney AltmanSidney Altman分别分别在四膜虫和细菌研究中发现：在四膜虫和细菌研究中发现：RNARNA具有催化作具有催化作用用，并提出了，并提出了核酶核酶的概念。的概念。p19941994年，年，Gerald.F.JoyceGerald.F.Joyce等发现了具有催化活等发现了具有催化活性的性的DNADNA（为人工合成），称为（为人工合成），称为脱氧核酶脱氧核酶。Thomas R.CechSidney Altman1989年度年度诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖p概念：酶是具有概念：酶是具有催化功能催化功能的生物分子的生物分子。*酶促反应：由酶催化的反应酶促反应：由酶催化的反应*底物（底物（substrate)substrate)：酶所催化的物质：酶所催化的物质*产物（产物（product)product)：酶所催化的底物的转变物：酶所催化的底物的转变物SPEp酶的化学本质：酶的化学本质：几乎所有酶均为几乎所有酶均为蛋白质蛋白质，部分为，部分为核酸核酸。u核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)：具有催化功能的具有催化功能的RNARNA。一、酶的化学组成一、酶的化学组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白非蛋白质部分：非蛋白质部分：辅助因子辅助因子全酶全酶 holoenzymeholoenzyme单纯酶：单纯酶：指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。结合酶结合酶apoenzymeapoenzymecofactorcofactorp按照分子组成分为两种：按照分子组成分为两种：p从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：金属离子：金属离子：是最常见的辅助因子，约是最常见的辅助因子，约2/32/3的的酶含有金属离子。酶含有金属离子。金属酶：金属酶：金属离子和酶结合紧密。金属离子和酶结合紧密。金属激活酶：金属激活酶：金属离子与酶的结合不甚紧密。金属离子与酶的结合不甚紧密。小分子有机化合物：小分子有机化合物：通常为维生素或其体内通常为维生素或其体内代谢转变生成的衍生物。代谢转变生成的衍生物。p按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可分为：分为：辅酶辅酶(Coenzyme)(Coenzyme)：与酶蛋白结合疏松与酶蛋白结合疏松，可用可用透析或超滤方法透析或超滤方法除去。除去。辅基辅基(Prosthetic group)(Prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密与酶蛋白结合紧密，不能用不能用透析或超滤法透析或超滤法除去。除去。二、酶的命名和分类二、酶的命名和分类（一）酶的命名（一）酶的命名习惯命名，系统命名、习惯命名，系统命名、1.1.习惯命名习惯命名按底物按底物：脂肪酶、蛋白酶，加上来源，胰：脂肪酶、蛋白酶，加上来源，胰蛋白酶蛋白酶按反应类型按反应类型：脱氢酶、转氨酶：脱氢酶、转氨酶2.2.系统命名系统命名EC.2.7.1.1,ATP:EC.2.7.1.1,ATP:葡萄糖磷酸基转移酶葡萄糖磷酸基转移酶（二）酶的分类1.氧化还原酶2.转移酶3.水解酶4.裂解酶5.异构酶6.合成酶第二节第二节 酶催化作用的特点酶催化作用的特点重点：酶的特性重点：酶的特性与一般催化剂的共性SPE1.1.在催化反应的过程中自身的质和量保持不变；在催化反应的过程中自身的质和量保持不变；2.2.只能催化热力学上允许的反应；只能催化热力学上允许的反应；3.3.只能缩短达到化学平衡的时间，但不改变反只能缩短达到化学平衡的时间，但不改变反应的平衡点即平衡常数；应的平衡点即平衡常数；4.4.加速反应的机制都是加速反应的机制都是降低反应的活化能降低反应的活化能。底物底物 催化剂催化剂 反应温度反应温度 反应速度常数反应速度常数尿素尿素 H+62 7.4 10-7 脲酶脲酶 21 5.0 106过氧化氢过氧化氢 Fe 2+22 56 过氧化氢酶过氧化氢酶 22 3.5 107 酶的催化效率比非催化反应高约酶的催化效率比非催化反应高约10108 810102020倍，倍，比一般催化剂高约比一般催化剂高约10107 710101313倍。倍。一、高度的催化效率一、高度的催化效率酶催化高效率的原因：酶比一般催化剂酶催化高效率的原因：酶比一般催化剂能更有能更有效地降低反应活化能效地降低反应活化能，促进底物形成过渡态而，促进底物形成过渡态而加快反应速度。加快反应速度。活化能：活化能：分子从初态转变为激活态所需的能分子从初态转变为激活态所需的能量。量。高度专一性：高度专一性：即即酶对底物的高度选择性或特异性酶对底物的高度选择性或特异性。即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应，生成一定的化学键，催化一定的化学反应，生成一定的产物。定的产物。常见类型：常见类型：绝对专一性绝对专一性相对专一性相对专一性立体异构体专一性立体异构体专一性二、高度的特异性二、高度的特异性绝对特异性：绝对特异性：即一种酶只作用于一种特定结构的底即一种酶只作用于一种特定结构的底物，催化一种特定反应，生成一种特定结构的产物。物，催化一种特定反应，生成一种特定结构的产物。相对特异性相对特异性：即酶作用于一类化合物或一种化学键。即酶作用于一类化合物或一种化学键。R R1 1:Lys,:Lys,ArgArgR R2 2:不是不是ProProR R3 3:Tyr,Trp,Phe:Tyr,Trp,PheR R4 4:不是不是 ProPro立体异构特异性立体异构特异性胡索酸酶胡索酸酶反丁烯二酸反丁烯二酸(延胡索酸延胡索酸)苹果酸苹果酸酶促反应受多种因素的调控，以适应机体酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。对不断变化的内外环境和生命活动的需要。酶的调节方式主要包括酶的调节方式主要包括酶含量酶含量和和酶活性酶活性的的调节。调节。基本模式：各种细胞内外环境因素基本模式：各种细胞内外环境因素 调调节酶的节酶的活性活性和和含量含量 调节代谢等过程。调节代谢等过程。三、酶活性的可调节性三、酶活性的可调节性多数酶是蛋白质等生物大分子，因此酶的多数酶是蛋白质等生物大分子，因此酶的作用条件一般比较温和，在中性作用条件一般比较温和，在中性pHpH、常温、常温和常压下进行，强酸、强碱、高温条件均和常压下进行，强酸、强碱、高温条件均易使酶发生变性而失去活性。易使酶发生变性而失去活性。四、酶活性的不稳定性四、酶活性的不稳定性第三节第三节 酶的作用机制及调节酶的作用机制及调节了解：活性中心，酶原与激活了解：活性中心，酶原与激活p酶的活性中心：酶的活性中心：酶分子中酶分子中某些必需基团在一级结构某些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，形成间结构上彼此靠近，形成具有特定空间结构的区域，具有特定空间结构的区域，能能与底物特异结合与底物特异结合并并催化催化底物转化为产物底物转化为产物，这一区，这一区域称为酶的活性中心或活域称为酶的活性中心或活性部位。性部位。p酶的活性中心是酶分子执酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位行其催化功能的部位。一、酶的活性中心一、酶的活性中心(active center)(active center)胰蛋白酶胰蛋白酶(Trypsin in Pancreas)p必需基团：必需基团：指酶分子中氨基酸残基侧链上的一些指酶分子中氨基酸残基侧链上的一些与酶与酶催化活性密切相关的化学基团催化活性密切相关的化学基团。胰凝乳蛋白酶的活性中心胰凝乳蛋白酶的活性中心Chymotrypsin Active center一级结构一级结构空间结构空间结构活性中心活性中心所有基团活性中心内活性中心外的必需基团：维持酶空间构象等必需基团结合基团：结合底物其它催化基团：催化底物转变成产物p酶分子中的化学基团酶分子中的化学基团：p酶原酶原(zymogen)(zymogen)：在细胞内合成和初分泌的在细胞内合成和初分泌的无活性无活性的的酶的前体酶的前体。p酶原激活：酶原激活：在一定条件下，由在一定条件下，由无活性的酶原无活性的酶原转变为转变为有催有催化活性的酶化活性的酶的过程，其的过程，其实质实质是酶的活性中心是酶的活性中心形成或暴露的过程。形成或暴露的过程。二、二、酶原及其激活酶原及其激活p生理意义：生理意义：可视为有机体对酶活性的一种特殊调节方式，可视为有机体对酶活性的一种特殊调节方式，保证酶在需要时在适当的部位、适当的时间保证酶在需要时在适当的部位、适当的时间发挥作用，避免在不需要时发挥活性而对组发挥作用，避免在不需要时发挥活性而对组织细胞造成损伤。酶原还可以视为酶的一种织细胞造成损伤。酶原还可以视为酶的一种贮存形式。贮存形式。p常见实例：常见实例：在消化系统、凝血系统中的消化酶原、凝血在消化系统、凝血系统中的消化酶原、凝血酶原。酶原。胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程第四节第四节 影响酶催化作用的因素影响酶催化作用的因素 -影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素一、底物浓度对酶促反应速度的影响一、底物浓度对酶促反应速度的影响svVm0当当SS较低时，较低时，V V与与SS成正比；反应为一级反应。成正比；反应为一级反应。随着随着SS的增高，的增高，V V不再成正比例加速；为混合不再成正比例加速；为混合级反应。级反应。当当SS高达一定程度，高达一定程度，V V达最大；为零级反应。达最大；为零级反应。p当底物浓度大大超过酶浓度即当底物浓度大大超过酶浓度即 S E S E，反应速度和酶浓度变化呈正比。，反应速度和酶浓度变化呈正比。二、酶浓度对酶促反应速度的影响二、酶浓度对酶促反应速度的影响VmE0三、温度对酶促反应速度的影响三、温度对酶促反应速度的影响最适温度最适温度双重效应双重效应：升高温度一方面可：升高温度一方面可加快酶促反应速加快酶促反应速度度，同时也，同时也增加酶变性增加酶变性的机会。的机会。最适温度最适温度：酶促反应速率最快时反应体系的温：酶促反应速率最快时反应体系的温度度。不是酶的特征性常数不是酶的特征性常数。四、四、pHpH值对酶促反应速度的影响值对酶促反应速度的影响最适pH值最适最适pHpH值值：酶催化活性最高时反应体系的：酶催化活性最高时反应体系的pHpH。五、激活剂对酶促反应速度的影响五、激活剂对酶促反应速度的影响激活剂：激活剂：使酶从无活性变为有活性，或使酶从无活性变为有活性，或使酶活性增加的物质。如：使酶活性增加的物质。如：金属离子：金属离子：MgMg2+2+、K K+、MnMn2+2+阴离子：阴离子：ClCl-有机物：胆汁酸盐有机物：胆汁酸盐分为：分为：必需激活剂：没有就不行必需激活剂：没有就不行非必需激活剂：没有也可以，就是速非必需激活剂：没有也可以，就是速度慢，有就更好度慢，有就更好六、抑制剂对酶促反应速度的影响六、抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂抑制剂：凡能使酶催化活性下降而不引起：凡能使酶催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。酶蛋白变性的物质。抑制剂与变性剂的抑制剂与变性剂的区别区别：抑制剂抑制剂对酶有一定的对酶有一定的选择性选择性，而变性剂，而变性剂对酶没有选择性对酶没有选择性不可逆抑制不可逆抑制可逆抑制可逆抑制 竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制抑制的类型抑制的类型：（一）不可逆抑制（一）不可逆抑制抑制剂通常以抑制剂通常以共价键共价键与酶蛋白活性中心上的必与酶蛋白活性中心上的必需基团结合，使酶活性消失。需基团结合，使酶活性消失。不能用透析、超滤方法去除抑制剂。不能用透析、超滤方法去除抑制剂。p实例实例1 1：有机磷农药中毒：有机磷农药中毒机制：机制：有机磷抑制胆碱酯酶有机磷抑制胆碱酯酶（与酶分子上的羟基结（与酶分子上的羟基结合）合）酶失活酶失活乙酰胆碱积蓄乙酰胆碱积蓄中毒。中毒。解毒：可用解磷定解毒解毒：可用解磷定解毒*有机磷农药：敌百虫、敌敌畏、乐果杀虫剂有机磷农药：敌百虫、敌敌畏、乐果杀虫剂10591059等等（二）可逆抑制（二）可逆抑制竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制p抑制剂与酶蛋白通过抑制剂与酶蛋白通过非共价键非共价键可逆性结合，使可逆性结合，使酶活性降低或消失。酶活性降低或消失。p可用透析或超滤方法将抑制剂除去。可用透析或超滤方法将抑制剂除去。竞争性抑制竞争性抑制(Competitive inhibition)+E EE ES SI IESESEIEIE PE P抑制剂与底物结构相似抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争酶的活，可与底物竞争酶的活性中心，与酶形成可逆的性中心，与酶形成可逆的EIEI复合物，减少酶复合物，减少酶与底物结合的机会，从而抑制酶活性。与底物结合的机会，从而抑制酶活性。该抑制作用可通过增加底物浓度来解除。该抑制作用可通过增加底物浓度来解除。抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及I/SI/S。非竞争性抑制非竞争性抑制(Noncompetitive inhibition)+S S S S+S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P抑制剂抑制剂与酶活性中心以外的部位结合与酶活性中心以外的部位结合，不影响，不影响酶与底物的结合，抑制剂与底物无竞争关系。酶与底物的结合，抑制剂与底物无竞争关系。抑制程度抑制程度取决于抑制剂的浓度取决于抑制剂的浓度。第五节第五节 酶与医学的关系酶与医学的关系 酶缺乏或异常引起的疾病酶缺乏或异常引起的疾病 酶酶 疾疾 病病苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶 苯丙酮酸尿症苯丙酮酸尿症6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 蚕豆病蚕豆病酪氨酸酶酪氨酸酶 白化病白化病细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 氰化物中毒氰化物中毒胆碱酯酶胆碱酯酶 有机磷中毒有机磷中毒蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶 炎症炎症炎症炎症1.1.酶与疾病的发生酶与疾病的发生酶的结构、含量与活性的异常均可能导致酶的活性或酶的结构、含量与活性的异常均可能导致酶的活性或功能异常，进而引发某些疾病。功能异常，进而引发某些疾病。临床诊断部分常用酶临床诊断部分常用酶 酶酶 主要临床应用主要临床应用谷丙转氨酶谷丙转氨酶 肝实质疾患肝实质疾患谷草转氨酶谷草转氨酶 心肌梗塞、肝实质疾患心肌梗塞、肝实质疾患胆碱酯酶胆碱酯酶 有机磷中毒有机磷中毒乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 心肌疾患、肝实质疾患心肌疾患、肝实质疾患淀粉酶淀粉酶 胰腺疾病胰腺疾病碱性磷酸酶碱性磷酸酶 骨病、肝胆疾患骨病、肝胆疾患胰蛋白酶胰蛋白酶(原原)胰腺疾病胰腺疾病肌酸激酶肌酸激酶 心肌梗塞、肌肉疾患心肌梗塞、肌肉疾患醛缩酶醛缩酶 肌肉疾病肌肉疾病 酸性磷酸酶酸性磷酸酶 前列腺癌、骨病前列腺癌、骨病谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶 肝实质病变、酒精中毒肝实质病变、酒精中毒2.2.酶与疾病的诊断酶与疾病的诊断血清酶活性血清酶活性测定测定用于临床疾病诊断。用于临床疾病诊断。酶作为试剂用于临床检验和科学研究。酶作为试剂用于临床检验和科学研究。3.3.酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗一些酶可以作为药物一些酶可以作为药物直接用于临床疾病治疗直接用于临床疾病治疗：消化不良：胃酶、胰酶消化不良：胃酶、胰酶预防血栓形成：尿激酶、链激酶、纤溶酶预防血栓形成：尿激酶、链激酶、纤溶酶许多酶也作为许多酶也作为疾病治疗和药物设计的靶点疾病治疗和药物设计的靶点：如：磺胺药以二氢叶酸合成酶为作用靶点如：磺胺药以二氢叶酸合成酶为作用靶点测试题测试题1 1、下列关于酶活性中心的叙述，正确的是、下列关于酶活性中心的叙述，正确的是A A所有酶的活性中心都含有辅酶所有酶的活性中心都含有辅酶 B B所有酶的活性中心都含有金属离子所有酶的活性中心都含有金属离子C C酶的必需基团都位于活性中心内酶的必需基团都位于活性中心内 D D所有的抑制剂都作用于酶的活性中心所有的抑制剂都作用于酶的活性中心E E所有的酶都有活性中心所有的酶都有活性中心2 2、辅酶与酶的结合比辅基与酶的结合更为、辅酶与酶的结合比辅基与酶的结合更为()()A A、紧、紧 B B、松、松 C C、专一、专一 D D、不专一、不专一3 3、下列关于辅基的叙述哪项是正确的？、下列关于辅基的叙述哪项是正确的？()()A A、是一种结合蛋白质、是一种结合蛋白质 B B、是一种金属离子、是一种金属离子 C C、与酶蛋白的结合比较疏松、与酶蛋白的结合比较疏松 D D、一般不能用透析和超滤法与酶蛋白分开、一般不能用透析和超滤法与酶蛋白分开4 4、酶具有高度催化能力的原因是、酶具有高度催化能力的原因是()()A A、酶能降低反应的活化能、酶能降低反应的活化能 B B、酶能催化热力学上不能进行的反应、酶能催化热力学上不能进行的反应C C、酶能改变化学反应的平衡点、酶能改变化学反应的平衡点 D D、酶能提高反应物分子的活化能、酶能提高反应物分子的活化能5 5、具有生物催化剂特征的核酶、具有生物催化剂特征的核酶(ribozyme)(ribozyme)其其化学本质是（化学本质是（）A A、蛋白质、蛋白质 B B、RNA RNA C C、DNA DNA D D、糖蛋白、糖蛋白一、名词解释一、名词解释1.1.酶酶 2.2.酶原酶原 3.3.竞争性抑制剂竞争性抑制剂 4.4.辅基辅基/辅酶辅酶二、填空题：二、填空题：1.1.酶催化作用的特点是酶催化作用的特点是 、。2.2.影响酶促反应的因素有影响酶促反应的因素有 、。三、问答题：三、问答题：1.1.何谓酶原激活？试述酶原激活的机理及其生理意义。何谓酶原激活？试述酶原激活的机理及其生理意义。