酶与维生素课件

Click to edit Master title style,Edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2/20/2020,#,酶,与维生素,酶与维生素,1,1,酶的概念,酶的分类与命名,酶的化学本质,酶的结构与功能的关系,酶作用的专一性,2,酶作用的机理,3,酶反应动力学,4,酶的制备与酶活力的测定,5,维生素与辅 酶,1 酶的概念酶的分类与命名酶的化学本质酶的结构与功能的关系,2,概 述,1857,年，酒精发酵机理：,酒精发酵是酵母活细胞引起的。,活体酵素,非活体酵素,Liebig,、,Berzelius,和,Wohler,等：,酒精发酵的本质是物质作用的结果。,半个世纪的学术论战！,酶及酶制剂的发展史,法国微生物学家,巴斯德（,Pasteur),酵素,生机论,物质论,概 述1857年，酒精发酵机理：活体酵素非活,3,1897,年，德国学者,Buchner,兄弟,制造医药,：,酵母细胞,破碎酵母细胞,石英砂研磨,浸提过滤,破碎酵母细胞,滤液,蔗糖,发酵,“划时代的、奇迹般的、伟大的”发现！,酒化,酶！,1897年，德国学者Buchner兄弟制造医药：酵母细胞,4,我国：,4000,多年前的夏禹时代,-,酿酒已盛行。,（,酒母,）,公元,10,世纪左右,-,用豆类作豆酱。,（,霉菌蛋白酶作用于豆类蛋白质）,3000,年前,-,利用麦曲制作饴糖。,（淀粉酶水解淀粉为麦芽糖）,国外：,1833,年，,Payen,和,Person-,从麦芽的水抽提物中用酒精沉,淀得到淀粉酶制剂（,diastase,),。,1878,年，德国,Kuhne ,提出“,Enzyme,”,一词，意为“在,酵母中”。,1897,年，德国,Buchner,兄弟,酵母提取液中分离出酒化酶（,eymase,),。,我国：4000多年前的夏禹时代-酿酒已盛行。（酒,5,酶研究的历程,酶的研究,理论研究,应用研究,酶的理化性质及催化性质的研究；,锁钥学说,(1890,Fischer),、诱导契合学说,(1968,Koshland),的提出；,米氏方程,(1913,Michaelis Menten),的建立,;,脲酶结晶,(1926,Sumner),的获得；,酶的结构与功能之间关系的阐释；,酶分子生物学的建立。,限制性内切酶,Hind,(1970,Smith);,核酶的发现,（,1982,，,Cech,小组）,；,抗体酶的发现,（,1986,，,Schultz,和,Learner),。,1808,，罗门：胰酶制革；,1917,，法国人：淀粉酶作退浆剂。,1949,，日本：深层发酵生产淀粉酶。,1959,，日本：淀粉酶催化淀粉生产,G,。,1969,，日本：酶固定化技术成功。,20,世纪,70,年代，多种类型酶反应器的建立。,酶研究的历程酶的研究理论研究应用研究酶的理化性质及催化性质的,6,酶制剂工业的兴起与发展,兴起：,19,世纪，高峰让吉，开设生产黑曲霉淀粉酶工厂。,发展：,自然界中发现的酶：,2500,多种。,申请专利的酶制剂：,100,多种。,有经济价值的酶制剂：,60,多种。,工业化生产的酶制剂：,20,多种。（,0.8%,）,产量,（,t,）,产值,1981,65000,4,亿美元,1985,75000,6,亿美元,目前 欧洲,日本,9,亿美元,3500,亿日元,酶制剂工业的兴起与发展兴起：产量（t）产值198165000,7,世界上有影响的酶制剂厂,公 司,国 家,Novo Nordisk,丹麦,Gist-Brocades,荷兰,Genencor,美国,Alko,芬兰,Bayer AG,德国,Cultor,芬兰,Sovay & Cie SA,比利时,天野制药,日本,长濑产业,日本,74.3%,世界上有影响的酶制剂厂公 司国 家Novo Nor,8,欧洲酶制剂市场,（,19932019,）,年份,总收入,/,亿美元,增长率,/%,1993,4.01,-,1994,4.25,6.2,2019,4.54,6.7,2019,4.87,7.3,2019,25,7.8,2019,69,8.3,2019,6.19,8.8,2000,6.76,9.3,2019,7.43,9.8,2019,8.19,10.2,2019,9.06,10.7,欧洲酶制剂市场（19932019）年份总收入/亿美元增长率,9,酶制剂在各行业中所占的百分比,其他：制革、造纸、畜牧、医药、日化、废水处理。,酶制剂在各行业中所占的百分比其他：制革、造纸、畜牧、医药、日,10,世界酶制剂工业呈现四大发展趋势,一、集中垄断,二、市场全球化,三、技术开发周期缩短,四、应用领域迅速扩大,世界酶制剂工业呈现四大发展趋势一、集中垄断,11,我国酶制剂工业现状与发展态势,二、产业化现状,不容乐观！,我国酶制剂工业的产业化现状,产品名称,年产量,/t,技 术 状 况,国 内,国 外,糖化酶,16,万,30000-35000 U/ml,50000 U/ml,以上,-淀粉酶,4,万,6000 U/ml,蛋白酶,5,万,20000-25000 U/ml,其他酶,200,产品质量稳定性差距大,产品质量稳定,总产量,25,万,年销售额约,7,亿人民币,Novo,93,年，,9,亿美元,我国酶制剂工业现状与发展态势二、产业化现状不容乐观！我国酶制,12,我国酶制剂工业现状与发展态势,1,、酶制剂开发主要是各大学和科研机构，经费不足。,国家投入有限，而企业对开发酶制剂的投资热情不高。,2,、生产规模小，无法同国外公司竞争。,年产量超万吨，销售收入超,3000,万元：江苏无锡酶制剂厂、浙江德清、苏州宏达、山东沂水和张家港华昌,5,家。,3,、企业很少有独立开发新产品的尝试。,4,、产品品种少，结构极不合理。,5,、制造成本占销售价的,80%,，国外仅占,30%-50%,。,6,、装备落后。,7,、酶制剂应用领域十分狭窄。,三、主要存在问题,应用领域,洗涤剂,纺织,乳制品,淀粉,乙醇酿酒,饲料,焙烤,果汁,造纸,其他,国外酶的比例,/%,36,14.4,10.8,7.2,7.2,10.1,8.6,2.9,0.7,2.2,国内酶的比例,/%,17.42,极少量,极少量,81.45,少量,-,极少量,少量,1.13,我国酶制剂工业现状与发展态势1、酶制剂开发主要是各大学和科研,13,四、未来发展展望,技术研究：,1,、酶的固定化。,2,、基因工程表达的酶制剂。,3,、模拟酶、人工设计合成酶、抗体酶、杂合酶。,4,、非水系统酶反应技术。,应用研究：,1,、产品结构调整，增加新品种。,2,、实现规模化经营，增加产品竞争力。,3,、加强技术开发，提高产品质量。,四、未来发展展望技术研究：应用研究：,14,1,酶的一般概念,定义：,酶是生物细胞产生的,具有催化能力的生物催化剂,。,酶具有一般催化剂的特征：,1.,只能进行热力学上允许进行的反应；,2.,可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平,衡点；,3.,通过降低活化能加快化学反应速度。,4.,反映前后质量和性质不改变。,1 酶的一般概念酶具有一般催化剂的特征：,15,酶的催化特点,：,1.,高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的,10,8,-10,20,倍。,2.,专一性：酶对底物具有严格的选择性。,3.,敏感性：对环境条件极为敏感。易变性失活。,4.,可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调,节。,酶的催化特点：3.敏感性：对环境条件极为敏感。易变性失活。,16,二、酶的分类与命名,1961,年国际酶学委员会（,Enzyme Committee, EC,）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成,6,大类：,氧化还原酶类,转移酶类,水解酶,裂解酶类,异构酶,合成酶类,二、酶的分类与命名 1961年国际酶学委员会（Enzy,17,酶的分类,氧化,-,还原酶催化氧化,-,还原反应。,反映通式：,主要包括脱氢酶,(dehydrogenase),和氧化酶,(Oxidase),。,如，乳酸,(Lactate),脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。,(1),氧化,-,还原酶,Oxidoreductase,A,H,2,+,B,A + BH,2,酶的分类氧化-还原酶催化氧化-还原反应。(1) 氧化-,18,转移酶催化基团转移反应。即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。,例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。,(2),转移酶,Transferase,酶的分类,A,X,+ B,A +BX,转移酶催化基团转移反应。即将一个底物分子的基团或原子转移到另,19,水解酶催化底物的加水分解反应。,主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。,例如，脂肪酶,(Lipase),催化的脂的水解反应：,(3),水解酶,hydrolase,酶的分类,AB +,H,2,O,A,O,H,+ B,H,水解酶催化底物的加水分解反应。(3) 水解酶 hydrol,20,裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。,主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。,(4),裂解酶,Lyase,酶的分类,CC,键,CH,3,C,=O,C,OOH,+,C,O,2,CH,3,C,=O,H,CO,键,C,H,2,COOH,H,OC,HCOOH,HCCOOH,HOOC,C,H,+,H,2,O,裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆,21,异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。,例如，,6-,磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。,(5),异构酶,Isomerase,酶的分类,A,B,异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的,22,酶的分类,合成酶，又称为连接酶，能够催化,C-C,、,C-O,、,C-N,以及,C-S,键的形成反应。这类反应必须与,ATP,分解反应相互偶联。,A + B + ATP = A,B + ADP +Pi,例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。,丙酮酸,+,CO,2,草酰乙酸,(6),合成酶,Ligase or Synthetase,酶的分类合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、,23,酶的命名,系统名,、,惯用名,。,系统名,：,包括所有底物的名称和反应类型。,乳酸,+ NAD,+,丙酮酸,+ NADH + H,+,乳酸：,NAD,+,氧化还原酶,惯用名,：只取一个较重要的底物名称和反应类型。,乳酸：,NAD,+,氧化还原酶,乳酸脱氢酶,对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。,酶的命名系统名：包括所有底物的名称和反应类型。乳酸 + NA,24,一、酶的化学本质及组成,（一）大多数酶是蛋白质,1926,年,J.B.Sumner,首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。,酶是蛋白质的证据,:,1982,年,T.Cech,发现了第,1,个有催化活性的天然,RNAribozyme,（核酶），以后,Altman,和,Pace,等又陆续发现了真正的,RNA,催化剂。,核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。,一、酶的化学本质及组成（一）大多数酶是蛋白质,25,（二）酶的组成,酶,单纯酶,结合酶,（全酶）,=,酶蛋白,+,辅因子,辅因子,辅酶,：与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。,辅基,：与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物。,金属激活剂,：金属离子作为辅助因子。,酶的催化专一性主要决定于膜蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。,（二）酶的组成酶单纯酶结合酶（全酶）= 酶蛋白 + 辅因子,26,（三）单体酶、寡聚酶和多酶复合物,1.,单体酶（,monomeric enzyme),：,仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与水解反应。,2.,寡聚酶,(oligomeric enzyme),：,由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。,3.,多酶复合物,(multienzyme system),：,几个酶镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。,（三）单体酶、寡聚酶和多酶复合物1.单体酶（monomeri,27,丙酮酸脱氢酶系（,E.coli,）：丙酮酸脱氢酶（,E,）、硫辛酰转乙酰酶（,E,）和二氢硫辛酰脱氢酶（,E,）。,E,E,E,碱性,E,E,E,+,E,E,+,脲,丙酮酸脱氢酶系（E.coli）：丙酮酸脱氢酶（E）、硫辛酰,28,酶的结构与功能的关系,活性部位和必需基团,必需基团：,这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。,活性部位：,酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。,必需基团,活性部位,维持酶的空间结构,结合基团,催化基团,专一性,催化性质,酶的结构与功能的关系活性部位和必需基团必需基团：这些基团若经,29,酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。,酶分子的活性部位,1,结合部位,Binding site,酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。酶分子的,30,酶与维生素课件,31,酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位,。,通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。,结合部位决定酶的专一性，,催化部位决定酶所催化反应的性质。,2,催化部位,catalytic site,酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。2催化部位,32,酶与维生素课件,33,酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。,3,调控部位,Regulatory site,酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从,34,（二）酶原的激活,没有活性的酶的前体称为,酶原,。酶原转变成有活性的酶的过程称为,酶原的激活,。这个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。,在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。,（三）同工酶,(isoenzyme),能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。,乳酸脱氢酶（,LDH,）,M,H,M,M,M,M,M,4,H,M,M,M,M,3,H,M,M,H,H,M,2,H,2,M,H,H,H,MH,3,H,H,H,H,H,4,（二）酶原的激活没有活性的酶的前体称为酶原。酶原转变成有活性,35,三、酶催化反应的专一性,酶作用的专一性,结构专一性,立体异构专一性,族（基团）专一性,绝对专一性,旋光异构专一性,几何异构专一性,三、酶催化反应的专一性酶作用的专一性结构专一性立体异构专一性,36,基团（族）专一性：,对化学键和键一端的基团具有专一性。,R,COO,-,+,R,OH + H,+,酯酶,：,R,CO,R,+ H,2,O,O,O,CH,2,OH,OH,OH,OH,1,5,-,葡萄糖苷酶,O,R,+H,2,O,O,CH,2,OH,OH,OH,OH,OH,1,5,+,R,OH,绝对专一性：只能作用于某一底物。,脲酶,：,H,2,NCNH,2,+ H,2,O,O,2NH,3,+ CO,2,键专一性：,对键具有专一性，对键两端的基团无要求。,基团（族）专一性：对化学键和键一端的基团具有专一性。RCO,37,2,酶的催化作用机理,一、酶的活性中心,酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。,“,三点结合”催化理论,认为酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。,2 酶的催化作用机理一、酶的活性中心 酶分子,38,E +,S,ES,E +,P,中间产物存在的证据：,1.,同位素,32,P,标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；,2.,吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。,二、中间产物学说,E + SESE +P中间产物存在的证据：1.同位素32P标,39,三、锁钥学说,（,Fischer,，,1890,）,认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样,三、锁钥学说（Fischer，1890）认为整个酶分子的天然,40,四、诱导契合学说,（,Koshland,，,1958,）,该学说认为,：,酶活性中心的结构原来不一定和底物的结构完全吻合，但有有一定的柔性，当底物与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。,四、诱导契合学说（Koshland，1958）该学说认为：酶,41,五、酶具有高催化效率的因素,在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；,另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。,1,、邻近定向效应,五、酶具有高催化效率的因素在酶促反应中，底物分子结合到酶的活,42,酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲和电子张力，降低了反应活化能。,这是一个形成内酯的反应。当,R,CH,3,时，其反应速度比,R,H,的情况快,315,倍。,由于,-CH,3,体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排斥张力，使反应基团之间更容易形成稳定的五元环过渡状态。,2,、张力和变形,酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样,43,Bronsted,的广义酸碱理论,：,提供质子为酸，接受质子为碱。,.,酸碱催化：,酶分子的某些功能基团，作为酸或碱，通过向底物提供质子或夺取质子来达到加速反应的一类催化。（氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基）。,广义酸基团 广义碱基团,（质子受体） （质子供体）,3,、 酸碱催化,Bronsted的广义酸碱理论： 广义酸基团,44,4,、 共价催化,催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化,。,酶中参与共价催化的基团主要包括,His,的咪唑基，,Cys,的硫基，,Asp,的羧基，,Ser,的羟基等。,某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。,4、 共价催化 催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产,45,5,、 酶的活性中心是低介电区域,酶的活性中心穴内是疏水的非极性环境。有利于酶的催化基团对底物敏感键的作用 增强其反应能力，加快反应速度。,5、 酶的活性中心是低介电区域 酶,46,3,酶促反应的动力学,用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶促反应速度。测定反应的,初速度,。,10 20 30 40 50 60 min,产物生成量,斜率,=,浓度,/,时间,=,一、酶反应速度,3 酶促反应的动力学 用一定时间内底物减少或,47,二、底物浓度对酶作用的影响,在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。,当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（,V,max,），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。,S,v,V,max,零级反应,v = k,E,一级反应,v = k,S,二、底物浓度对酶作用的影响在低底物浓度时, 反应速度与底物浓,48,用中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象：,S + E,ES,E + P,当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。,当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。,米氏方程式,（,Michaelis-Menten equation,1913,）,k,1,k,2,k,3,设,k,m,= ,k,2,+,k,3,k,1,v,= ,V,max, ,S,k,m,+ ,S,（,k,m,S,，,v,=,k.,S,；,k,m,S,，,v,= V,max,）,用中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象：S,49,米氏常数的意义及测定,v,= V,max,/2,， 则：,k,m,= S,意义,：,（,1,）,k,m,是酶的一个基本的特征常数。其大小与酶的浓度无关，而与具体的底物有关，且随着温度、,pH,和离子强度而改变。,（,2,）从,k,m,可判断酶的专一性和天然底物。,K,m,最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。,（,3,）当,k,2,k,3,时，,k,m,的大小可以表示酶与底物的亲和性,。,当,k,m,大，说明,ES,容易解离，酶与底物结合的亲和力小,。,米氏常数的意义及测定 v = Vmax,50,从米氏方程中求得：,当反应速度达到最大反应速度的,90%,，则,90%V =100%VS/(,k,m,+S),v,= ,V,max, ,S,k,m,+ ,S,即,S = 9,k,m,在进行酶活力测定时，通常用,4,k,m,的底物浓度即可。,从米氏方程中求得：90%V =100%VS/(km +,51,米氏常数可根据实验数据作图法直接求得：先测定不同底物浓度的反应初速度，从,v,与,S,的关系曲线求得,V,，然后再从,1/2,V,求得相应的,S,即为,k,m,（近似值）。,通常用,:,Lineweaver-Burk,作图法,（双倒数作图法）,+ ,1,v,= ,k,m,V,max, ,S,1,V,max,1,1/,Vmax,-1/,Km,斜率,=,Km/Vmax,米氏常数可根据实验数据作图法直接求得：先测定不同底物浓度的反,52,三、酶浓度对酶作用的影响,在有,足够底物,和,其他条件不变,的情况下：,v = k E,E,V,三、酶浓度对酶作用的影响在有足够底物和其他条件不变的情况下：,53,四、,pH,对酶促反应速度的影响,pH,v,最适,pH,（,optimum pH,）,1.,最适,pH,2.pH,稳定性,表现出酶最大活力的,pH,值。,在一定的,pH,范围内酶是稳定的。,3.pH,对酶作用的影响机制：,(1).,环境过酸、过碱使酶变性失活；,(2).,影响酶活性基团的解离；,(3).,影响底物的解离。,四、pH对酶促反应速度的影响pHv最适pH（optimum,54,五、温度对酶作用的影响,T,v,最适温度,温度的影响：,一方面是温度升高,酶促反应速度加快。,另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。,因此大多数酶都有一个最适温度。 在最适温度条件下,反应速度最大。,五、温度对酶作用的影响Tv最适温度温度的影响： 一方面,55,六、激活剂对酶作用的影响,凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。,激活剂,小分子有机物：抗坏血酸、半胱氨酸、,谷胱甘肽等。,金属离子：,K,+,、,Na,+,、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Zn,2+,、,Cr,3+,、,Fe,2+,。,注意使用浓度，激活剂的浓度过高、过低不激活反而抑制酶促反应。,六、激活剂对酶作用的影响凡能提高酶活力的物质都是酶的激活,56,七、抑制剂对酶作用的影响,使酶的活性降低或丧失的现象，称为,酶的抑制作用,。,降低酶活力甚至使酶失活的物质，称为,抑制剂,（,I,）。,抑制作用,可逆抑,制作用,竞争性抑制作用,不可逆抑制作用,非竞争性抑制作用,反竞争性抑制作用,七、抑制剂对酶作用的影响使酶的活性降低或丧失的现象，称为,57,（一） 不可逆抑制作用,不可逆抑制,-,抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。,S + E,ES,E + P,+,I,EI,如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。,（一） 不可逆抑制作用不可逆抑制-抑制剂与酶反应中心的活,58,抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制剂的浓度以及底物的浓度决定。,E,v,1,2,3,1.,反应体系中不加,I,。,2.,反应体系中加入一定量的不可逆抑制剂。,3.,反应体系中加入一定量的可逆抑制剂。,（二） 可逆抑制作用,抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制,59,1,、竞争性抑制作用,某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。,S + E,ES,E + P,+,I,EI,S,v,k,m,k,m,无,I,有,I,V,/2,1、竞争性抑制作用某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底,60,1,）抑制剂和底物竞争酶的结合部位。,3,）抑制程度取决于,I,和,S,的浓度以及与酶结合的亲和力大小。,2,）竞争性抑制剂的结构与底物结构十分相似。,竞争性抑制作用特点：,1）抑制剂和底物竞争酶的结合部位。3）抑制程度取决于I和S的,61,2,、非竞争性抑制作用,酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为,非竞争性抑制剂,。,如某些金属离子（,Cu,2+,、,Ag,+,、,Hg,2+,）以及,EDTA,等，通常能与酶分子的调控部位中的,-SH,基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。,S + E,ES,E + P,+,I,EI,+S,+,I,EIS,E+P,2、非竞争性抑制作用酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构,62,非竟争性抑制,非竟争性抑制,63,反竞争性抑制作用,-,抑制剂必须在酶与底物结合后才能进一步形成,ESI,复合物。,S + E,ES,E + P,+,I,ESI,E+P,3,、反竞争性抑制作用,反竞争性抑制作用-抑制剂必须在酶与底物结合后才能进一步,64,（八）酶的变（别）构效应,有些酶具有类似血红蛋白那样的别构效应，称为,别构酶,。,特点,：,1.,一般是寡聚酶；,2.,具有别构效应；,3.,v,对,S,不呈直角双曲线。,S,v,S,90%V,S,10%V,= 81,S,90%V,S,10%V,81,S,90%V,S,10%V,81,（八）酶的变（别）构效应有些酶具有类似血红蛋白那样的别构,65,ATCase,（天冬氨酸转氨甲酰酶）的抑制剂是,CTP,，激活剂是,ATP,。,Asp,v,+ATP,+CTP,+ATP,使酶饱和,V/2,S,0.5,ATCase（天冬氨酸转氨甲酰酶）的抑制剂是CTP，激活剂是,66,酶的制备与活力的测定,酶活力,是指酶催化某一化学反应的能力。,酶（活力）单位：,在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。（,U/g,，,U/ml,）,在最适的反应条件（,25,）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，即,1IU=1mol/min,在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为,1kat,单位，即,1kat=1mol/s,1kat = 6107IU,酶的制备与活力的测定酶活力是指酶催化某一化学反应的能力。,67,工业上大多采用,微生物发酵,的方法来获得大量酶制剂。,优点：,不受气候、地理条件的限制，动、植物体内的酶大多可从微生物体内找到，微生物繁殖快，产酶量由丰富。还可以通过选育菌种来提高酶的产量和用廉价原料大量生产。,酶分离纯化的三个基本步骤：,抽提，纯化，结晶或制剂。,方法：,1.,根据溶解度不同,（盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、选择性沉淀法）；,2.,根据酶与杂蛋白分子大小的差别,（凝胶过滤法、超离心法）；,3.,根据酶和杂蛋白与吸附剂之间吸附与解吸附性质的不同,（吸附分离法）；,4.,根据带电性质,（离子交换层析法、电泳分离法、等电聚焦层析法）,；,根据,酶与杂蛋白的稳定性差别,（选择性变性法）；,6.,根据酶与底物、辅因子或抑制剂之间的专一性亲和作用（,亲和层析法）。,工业上大多采用微生物发酵的方法来获得大量酶制剂。优点：不受气,68,酶的纯度：,比活力,=,活力单位数,/,毫克蛋白（氮）,纯化倍数,= ,每次比活力,第一次比活力,产率,%,（回收率）,= 100,每次总活力,第一次总活力,酶的纯化鉴定：,聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法,酶的纯度：纯化倍数 = 每次比活力第一次比活力产,69,酶的保存：,1.,低温（,0-4,，,-20,）；,2.,高浓度较稳定；,3.,加入稳定剂；,4.,固定化。,酶的固定化,就是把水溶性酶经,物理（吸附法与包埋法）,或,化学方法（共价偶联法与交联法）,处理后，使酶与惰性载体结合或将酶包埋起来成为一种不溶于水的状态。,吸附法：,使酶被吸附于惰性固体的表面，或吸附于离子交换剂上。,包埋法：,使酶包埋在凝胶的格子中或聚合物半透膜小胶囊中。,偶联法：,使酶通过共价键连接于适当的不溶于水的载体上。,交联法：,使酶分子依靠双功能基团试剂交联聚合成“网状”结构。,酶的保存：1.低温（0-4，-20）；酶的固定化就是把水,70,5,维生素与辅酶,维生素,水溶性维生素,脂溶性维生素,维生素,B,族（,B,1,、,B,2,、泛酸、维生素,PP,、,B,6,、生物素、叶酸，,B,12,）和维生素,C,等。,维生素,A,、,D,、,E,、,K,等,.,维生素,是维持生物正常生命过程所必需的一类小分子有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要。维生素不能供给机体热能，也不能作为构成机体组织的物质，其主要功能是通过作为辅酶的成分调节机体代谢。长期缺乏任何一种维生素都会导致相应的疾病（维生素缺乏症）。,生物对维生素的需要情况取决于：,1.,在代谢过程中是否需要；,2.,自身能否合成。,5 维生素与辅酶维生素水溶性维生素脂溶性维生素维生素B族（,71,1,维生素,B,1,与焦磷酸硫胺素,维生素,B,1,由一含,S,的噻唑环和一含,NH,2,的嘧啶环组成，又称硫胺（素）（,Thiamine,）。,焦磷酸硫胺素（,TTP,）,-,是脱羧酶的辅酶。,硫胺素,+,ATP,Mg,2+,硫胺素激酶,TPP + AMP,N,CCH,3,HC,CCH,2,CH,2,OH,S,Cl,1,2,4,5,NH,2,HCl,3,HC,CH,2,1,2,4,P,P,1 维生素B1与焦磷酸硫胺素维生素B1由一含S的噻唑环和,72,主 要 功 能,以辅酶方式参加糖的分解代谢。,TPP,是脱羧酶、脱氢酶的辅酶。功能部位在噻唑环的,C,2,上。,促进年幼动物的发育。维生素,B1,促进肠胃蠕动，增加消化液的分泌，因而能促进食欲。,3.,保护神经系统。促进糖代谢，为神经活动提供能量，又能抑制胆碱酯酶的活性。,缺乏症,脚气病,中枢神经和肠胃患糖代谢失常,主 要 功 能以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPP是脱羧酶、脱,73,1630,年，一位叫邦突斯的,荷兰,医生首先发现了脚气病。按照他的解释，当时“脚气”的意思是指绵羊，因为“患这种疾病的人，在走路时像绵羊一样膝部摇动和腿抬高”。,1882,年，,日本,的一位将军观察到许多船员发生脚气病。并注意到食物的质量对此病具有重要的影响。他在给船员每日的白米口粮中添加肉、蔬菜及面包后，发病者的数量大大减少。,脚气病,因维生素,B,1,严重缺乏而引起的多发性神经炎。患者的周围神经末梢及臂神经丛均有发炎和退化现象，伴有心界扩,大、心肌受累、四肢麻木、肌肉瘦弱、烦躁易怒和食欲不,振等症状。同时因丙酮酸脱羧作用受阻，组织和血液中乳,酸量大增，湿性脚气病还伴有下肢水肿。,脚 气 病,1630年，一位叫邦突斯的荷兰医生首先发现了,74,酵母中含维生素,B,1,最多，其他食物中含量多不高。五谷类多集中在胚芽及皮层中。瘦肉、核果和蛋类的含量也较多。酵母、细菌和高等植物能合成维生素,B,1,。,天然食品中硫胺素含量每,100,克中以猪肉最高,0.5,1.2mg,（其它肉类为,0.1,0.2mg,），猪肝,0.4mg,，黄豆,0.8mg,，糙籼,0.34mg,，止白粳,0.13mg,。蔬菜、果品、蛋类每,100,克中含硫胺素不大于,0.1mg,。故肉类、豆制品皆为硫胺素很好的来源。对孕妇、乳母、青少年、体力劳动者宜增添这类食品。,膳 食 供 给,酵母中含维生素B1最多，其他食物中含量多不高,75,2,维生素,B,2,和黄素辅酶,维生素,B,2,又称核黄素（,riboflavin,），是一种核糖醇与,6,，,7,二甲基异咯嗪的缩合物，在自然界多与蛋白质结合成黄素蛋白。,H,2,CCCCCH,OH,OH,OH,OH,H,H,H,H,1,2,3,4,5,N,N,N,C,C,O,NH,O,CH,3,CH,3,1,2,3,4,5,7,8,9,10,核糖醇基,异咯嗪基,2 维生素B2和黄素辅酶 维,76,H,2,CCCCCH,2,OH,OH,OH,OH,H,H,H,N,N,N,C,C,O,NH,O,CH,3,CH,3,-,OP=O,O,O,-,FMN,(,黄素单核苷酸,),O,H,2,C,OH,OH,1,2,3,4,5,N,N,N,N,H,H,H,9,-,OP=O,O,FAD,(,黄素,-,腺嘌呤二核苷酸,),FAD(,黄素,-,腺嘌呤二核苷酸,),和,FMN(,黄素单核苷酸,),是核黄素,(,V,B2,),的衍生物。,V,B2,+ ATP FMN + ADP FMN + ATP FAD +PPi,氧化还原,酶的辅酶,H2CCCCCH2OHOHOHOHHHHNNNCCO,77,维生素,B,2,的生理功能是作为递氢辅酶，参与生物氧化作用。,维生素,B,2,每人每天需要量：儿童,0.6mg,，成人,1.6mg,。动物体内不能合成维生素,B,2,。过量则排出。,膳食中长期缺乏维生素,B,2,，眼角膜和口角血管增生，引起白内障、眼角膜炎、舌炎和阴囊炎等。,以粮食和蔬菜为主食而肉食摄取较少的人群容易造成维生素,B2,缺乏。牛奶、动物肝脏与肾脏、奶酪、绿叶蔬菜、鱼、蛋类中含丰富的维生素,B,2,。,维生素B2的生理功能是作为递氢辅酶，参与生物,78,3,维生素,B,3,（泛酸）和辅酶,A(CoA),辅酶,A,是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是维生素,(B3),泛酸。,功能：是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。,泛酸（,V,B3,）,3 维生素B3 （泛酸）和辅酶A(CoA)辅酶A是生物,79,泛酸的生物功能是以,CoA,形式参加代谢，是酰基的载体，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。,成人每天需要量为,510mg,，一般膳食的泛酸含量丰富。大白鼠缺乏泛酸，毛发边灰白，并自行脱落，毛与皮的色素形成可能与泛酸有关。,泛酸的生物功能是以CoA形式参加代谢，是酰基,80,4,维生素,B,5,（,PP,）,和辅酶,、辅酶,维生素,PP,过去称抗赖皮病维生素或维生素,B,5,，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺。尼克酰胺为维生素,B,5,的化学名。,尼克酸（,nicotinic acid,）,N,COOH,N,CONH,2,尼克酰胺（,nicotinamide,）,4 维生素B5（ PP）和辅酶、辅酶 维生素P,81,维生素,PP,组成,NAD,+,和,NADP,+,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（,NAD,+,）,N,CONH,2,O,OH,2,C,OH,OH,N,N,N,N,H,H,9,P,-,O,O,NH,2,P = O,-,O,O,O,H,2,C,OH,OH,O,+,P,尼克酰胺腺嘌呤,二核苷酸磷酸,（,NADP,+,）,+,ATP,维生素PP组成 NAD+ 和 NADP+尼克,82,维生素,PP,功能,1.,以,NAD+,或,NADP+,形式作为脱氢酶的辅酶而起到递氢体的作用。,2.,维持神经组织的健康。尼克酰胺对中枢及交感神经系统有维护作用，缺乏，则常产生神经损害和精神紊乱。,3.,促进微生物生长。,4.,尼克酸可使血管扩张，使皮肤发赤发痒，尼克酰胺无此作用。大剂量尼克酸有降低血浆胆固醇和脂肪的作用。,维生素PP功能 1.以NAD+或NADP+形式,83,维生素,PP,缺乏症,膳食中长期缺乏维生素,PP,所引起的疾病为对称性皮炎，又叫赖皮病,(pellagra),。在狗生黑舌病。,赖皮病患者的中枢及交感神经系统、皮肤、胃、肠等皆受不良影响。主要症状为对称性皮炎，消化道炎和神经损害与精神紊乱，两手及其裸露部位呈现对称性皮炎。中枢神经方面的症状为头痛、头昏、易刺激、抑郁等。 色氨酸（,Trp,）可转变为尼克酰胺，以玉米为主食易患缺乏症（玉米中,Trp,贫乏）。,维生素PP缺乏症 膳食中长期缺乏维生素PP所引,84,5,维生素,B,6,和磷酸吡哆醛,维生素,B,6,又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。,N,CH,2,OH,CH,2,OH,HO,H,3,C,吡哆醇,(pyridoxol),N,CH,2,OH,CHO,HO,H,3,C,吡哆醛,(pyridoxal),N,CH,2,OH,CH,2,NH,2,HO,H,3,C,吡哆胺,(pyridoxamine),5 维生素B6和磷酸吡哆醛维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇,85,N,CH,2,O,CHO,HO,H,3,C,P,（磷酸吡哆醛，,PLP,）,磷酸吡哆醇,吡哆醇,吡哆醇氧化酶,吡哆醛,吡哆胺,吡哆胺转氨酶,ATP,ADP,磷酸吡哆醇 氧化酶,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆胺转氨酶,磷酸吡哆胺,ATP,ADP,激酶,ATP,ADP,NCH2OCHOHOH3CP（磷酸吡哆醛，PLP）磷酸吡哆,86,吡哆素为无色晶体，易溶于水及乙醇，在酸液中稳定，在碱液中易被破坏，对光不稳定，吡哆醇耐热，吡哆醛和吡哆胺不耐高温。,吡哆素,+ FeCl,3,红色产物,吡哆素,+,重氮化对一氨基苯磺酸 ,橘红色产物,吡哆素,+ 2,，,6-,二氯醌氯亚胺 ,蓝色产物,功能：,作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、,Trp,代谢（包括,Trp nicotinamide,）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。,缺乏症：,导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。,吡哆素为无色晶体，易溶于水及乙醇，在酸液中稳定，在碱液中易被,87,6,叶酸和四氢叶酸,(FH,4,或,THF),四氢叶酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸,(,又称为蝶酰谷氨酸，维生素B,11,),。,四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如,-CH,3, -CH,2,-, -CHO,等的载体，参与多种生物合成过程。,6 叶酸和四氢叶酸(FH4或THF)四氢叶酸是合成酶的辅酶,88,7,生物素,生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种,B,族维生素,B,7,。,生物素的功能是作为,CO,2,的递体，在生物合成中起传递和固定,CO,2,的作用。,HN,NH,C,O,尿素部分,HC,CH,H,2,C,CH,S,硫戊烷环部分,(CH,2,),4,COOH,C,5,酸根部分,生物素（维生素,B7,）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个,C5,酸枝链。,7 生物素生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种B族维生素B,89,8,维生素,C,维生素,C,能防治坏血病，又称抗坏血酸,(ascorbic acid),。,O=C,CO,H,CO,H,HC,HOCH,CH,2,OH,O,O=C,C=O,C=O,HC,HOCH,CH,2,OH,O,-2H,+2H,还原型,氧化型,功能,促进各种支持组织及细胞间粘合物的形成。是脯氨酸羟化酶的辅酶。,2.,对生物氧化有重要作用。,8 维生素C维生素C能防治坏血病，又称抗坏血酸(ascor,90,维生素,C,缺乏症,坏血病,在十五世纪末，坏血病也是许多航海员长期卧床的原因。,1753,年，,苏格兰,海军军医,詹姆斯,林德,发现此病与饮食有关，并经由英格兰探险家,詹姆斯,库克,进一步引证下。发现饮用橘子汁、柠檬汁後，可治疗和预防坏血病。,患者感卷怠、全身乏力，精神抑郁、虚弱、厌食、营养不良，面色苍白，牙龈肿胀、出血,。,维生素C缺乏症坏血病 在十五世纪末，坏血病也,91,十一 维生素,D,维生素,D,具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。已确知有,4,种，即维生素,D,2,、,D,3,、,D,4,、,D,5,，均为类固醇衍生物，其中,D,2,和,D,3,较为重要。,只在动物体内含有维生素,D,，鱼肝油中含量最丰富。动、植物组织中含有能转化为维生素,D,的固醇类物质，经紫外光照射可转变为维生素,D,。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射维生素,D,元的方法来制造。,维生素,D,为无色晶体，不溶于水而溶于油脂及脂溶剂，相当稳定，不易被酸、碱或氧化破坏。,十一 维生素D维生素D具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维,92,功能：,调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，从而促进钙化，使牙齿、骨骼发育正常。,缺乏症：,维生素,D,摄食不足，不能维持钙的平衡，儿童骨骼发育不良，产生,佝偻病,。患者骨质软弱，膝关节发育不全，两腿形成内曲或外曲畸形。成人则产生骨骼脱钙作用；孕妇和授乳妇人的脱钙作用严重时导致,骨质疏松症,，患者骨骼易折，牙齿易脱落。,机体只能从胆汁排出过多的维生素,D,，维生素,D,如摄食过量则会,中毒,。早期症状为：乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等。较严重时引起软组织（包括血管、心肌、肺、肾、皮肤等）的钙化，导致重大病患。,功能：调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，从而促进钙化,93,十二 维生素,E,维生素,E,又称生育酚或抗不育维生素，已知有,8,种，其中,4,种（,、,、,、,-,生育酚）较为重要，,-,生育酚的效价最高。动物组织的维生素,E,都是从食物中取得的。,维生素,E,为淡黄色无嗅无味油状物，不溶于水而溶于油脂。不易被酸、碱和热破坏，无氧条件下热至,200,也稳定。极易被氧化。易被紫外光破坏。在,259nm,有吸收峰。,缺乏症：,1.,生殖系统的上皮细胞毁坏，雄性睾丸退化，不产生精子，雌性流产或胎儿被溶化吸收。,2.,肌肉（包括心肌）萎缩，形态改变，代谢反常。,3.,血胆固醇水平增高，红细胞破坏，发生贫血。,维生素,E,摄食过量无毒性。,十二 维生素E维生素E又称生育酚或抗不育维生素，已知有8,94,十三 维生素,K,维生素,K,是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物。,1929,年，,H. Dam,发现。有,K,1,、,K,2,、,K,3,三种，,K,1,、,K,2,为天然产物，,K,3,为人工合成品。,维生素,K,1,为黄色油状物。维生素,K,2,为黄色晶体。溶于油脂及有机溶剂，如乙醚、丙酮等，耐热，但易被光破坏。,维生素,K,的主要作用是促进血液凝固，因维生素,K,是促进肝脏合成凝血酶原的重要因素。,缺乏症：,动物缺乏维生素,K,，血凝时间延长。成人一般不易缺乏维生素,K,。有维生素,K,缺乏病状的人，必伴有其他生理功能不正常的情况，如胆管阻塞，或因肠道疾病妨碍维生素,K,的吸收。,十三 维生素K维生素K是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物。,95,新生婴儿肠内无菌，不能合成维生素,K,，身体本身又无贮存，故易因维生素,K,的缺乏而出血，应当在出身前增加母体的维生素,K,含量。,大剂量维生素,K,可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害。对皮肤和呼吸道有强烈刺激，有时还引起溶血。,新生婴儿肠内无菌，不能合成维生素K，身体本身又无贮存，故易因,96,反馈抑制,：在代谢过程中局部反应产物对催化该反应的酶所起的抑制作用。,葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,葡萄糖激酶,ATP ADP,抑制,反馈抑制可认为是可逆抑制。,别构抑制,：酶的别构位与变构剂结合即会引起酶活性位的构象改变从而改变酶的活性。凡因负变构剂与酶的别构位结合而引起的酶活性下降称为别构抑制。,反馈抑制：在代谢过程中局部反应产物对催化该反应的酶所起的抑制,97,抑制作用的机制,：,1.,抑制剂与酶结合成极稳定的络合物，从而减低或破坏酶的活性。,2.,破坏酶或辅基的活性基团或改变活性位的构象。（如重金属（,Ag,+,、,Hg,2+,）和类金属（,As,3+,）破坏,SH,）,3.,夺取酶与底物结合的机会，从而减少酶的作用。（竞争性抑制剂）,4.,阻抑,S + E,ES,E + P,反应的顺利进行,（反馈抑制）,抑制作用的机制：1. 抑制剂与酶结合成极稳定的络合物，从而,98,反应物,催化剂,产物,反应物催化剂产物,99,结 束,结 束,100,