生物化学-第二章酶

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 酶,Enzyme,本章主要内容,第一节 概述,第二节 酶的作用特点,第四节 影响酶促反应速度的因素,第五节 酶和医学的关系,酶为生活添姿彩,第一节 概述,重点：酶的概念与化学本质，辅酶,/,辅基,1926,年，,James B. Sumner,发现脲酶是一个纯的,蛋白质,；并于,1937,年再次发现过氧化氢酶也是蛋白质。随后发现的,2,千余种酶均证明是蛋白质。,1946,年度,诺贝尔化学奖,1980s,，,Thomas R.,Cech,和,Sidney Altman,分别在四膜虫和细菌研究中发现：,RNA,具有催化作用,，并提出了,核酶,的概念。,1994,年，等发现了具有催化活性的,DNA,（为人工合成），称为,脱氧核酶,。,Thomas R.,Cech,Sidney Altman,1989,年度,诺贝尔化学奖,概念：酶是具有,催化功能,的生物分子,。,*,酶促反应：由酶催化的反应,* 底物（,substrate),：酶所催化的物质,* 产物（,product),：酶所催化的底物的转变物,S,P,E,酶的化学本质：,几乎所有酶均为,蛋白质,，部分为,核酸,。,核酶,(ribozyme),：,具有催化功能的,RNA,。,一、酶的化学组成,蛋白质部分：酶蛋白,非蛋白质部分：,辅助因子,全酶,holoenzyme,单纯酶：,指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。,结合酶,apoenzyme,cofactor,按照分子组成分为两种：,从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：,金属离子：,是最常见的辅助因子，约,2/3,的酶含有金属离子。,金属酶：,金属离子和酶结合紧密。,金属激活酶：,金属离子与酶的结合不甚紧密。,小分子有机化合物：,通常为维生素或其体内代谢转变生成的衍生物。,按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可分为：,辅酶,(Coenzyme),：,与酶蛋白结合疏松,，,可用,透析或超滤方法除去。,辅基,(Prosthetic group),：,与酶蛋白结合紧密,，,不能用,透析或超滤法除去。,二、酶的命名和分类,（一）酶的命名,习惯命名，系统命名、,1.,习惯命名,按底物,：脂肪酶、蛋白酶，加上来源，胰蛋白酶,按反应类型,：脱氢酶、转氨酶,2.,系统命名,EC.2.7.1.1,ATP:,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 酶催化作用的特点,重点：酶的特性,与一般催化剂的共性,S,P,E,在催化反应的过程中自身的质和量保持不变；,只能催化热力学上允许的反应；,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；,加速反应的机制都是,降低反应的活化能,。,底物 催化剂 反应温度 反应速度常数,尿素,H,+,62 7.4,10,-7,脲酶,21 5.0,10,6,过氧化氢,Fe,2+,22 56,过氧化氢酶,22 3.5,10,7,酶的催化效率比非催化反应高约,10,8,10,20,倍，比一般催化剂高约,10,7,10,13,倍。,一、高度的催化效率,酶催化高效率的原因：酶比一般催化剂,能更有效地降低反应活化能,，促进底物形成过渡态而加快反应速度。,活化能：,分子从初态转变为激活态所需的能量。,高度专一性：,即,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，或一定的化学键，催化一定的化学反应，生成一定的产物。,常见类型：,绝对专一性,相对专一性,立体异构体专一性,二、高度的特异性,绝对特异性：,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。,相对特异性,：,即酶作用于一类化合物或一种化学键。,R,1,: Lys, Arg,R,2,:,不是,Pro,R,3,: Tyr, Trp, Phe,R,4,:,不是,Pro,立体异构特异性,胡索酸酶,反丁烯二酸,(,延胡索酸,),苹果酸,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。,酶的调节方式主要包括,酶含量,和,酶活性,的调节。,基本模式：各种细胞内外环境因素 调节酶的,活性,和,含量, 调节代谢等过程。,三、酶活性的可调节性,多数酶是蛋白质等生物大分子，因此酶的作用条件一般比较温和，在中性,pH,、常温和常压下进行，强酸、强碱、高温条件均易使酶发生变性而失去活性。,四、酶活性的不稳定性,第三节 酶的作用机制及调节,了解：活性中心，酶原与激活,酶的活性中心：,酶分子中某些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，形成具有特定空间结构的区域，能,与底物特异结合,并,催化底物转化为产物,，这一区域称为酶的活性中心或活性部位。,酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位,。,一、酶的活性中心,(active center),胰蛋白酶,(Trypsin in Pancreas),必需基团：,指酶分子中氨基酸残基侧链上的一些,与酶催化活性密切相关的化学基团,。,胰凝乳蛋白酶的活性中心,Chymotrypsin,Active center,一级结构,空间结构,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,酶分子中的化学基团,：,酶原,(zymogen),：,在细胞内合成和初分泌的,无活性,的,酶的前体,。,酶原激活：,在一定条件下，由,无活性的酶原,转变为,有催化活性的酶,的过程，其,实质,是酶的活性中心形成或暴露的过程。,二、,酶原及其激活,生理意义：,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贮存形式。,常见实例：,在消化系统、凝血系统中的消化酶原、凝血酶原。,胰蛋白酶原的激活过程,第四节 影响酶催化作用的因素,-,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,s,v,Vm,0,当,S,较低时，,V,与,S,成正比；反应为一级反应。,随着,S,的增高，,V,不再成正比例加速；为混合级反应。,当,S,高达一定程度，,V,达最大；为零级反应。,当底物浓度大大超过酶浓度即, S E ,，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,Vm,E,0,三、温度对酶促反应速度的影响,最适温度,双重效应,：升高温度一方面可,加快酶促反应速度,，同时也,增加酶变性,的机会。,最适温度,：酶促反应速率最快时反应体系的温度,。,不是酶的特征性常数,。,四、,pH,值对酶促反应速度的影响,最适,pH,值,最适,pH,值,：酶催化活性最高时反应体系的,pH,。,五、激活剂对酶促反应速度的影响,激活剂：,使酶从无活性变为有活性，或使酶活性增加的物质。如：,金属离子：,Mg,2+,、,K,+,、,Mn,2+,阴离子：,Cl,-,有机物：胆汁酸盐,分为：,必需激活剂：没有就不行,非必需激活剂：没有也可以，就是速度慢，有就更好,六、抑制剂对酶促反应速度的影响,抑制剂,：凡能使酶催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。,抑制剂与变性剂的,区别,：,抑制剂,对酶有一定的,选择性,，而变性剂对酶没有选择性,不可逆抑制,可逆抑制,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,抑制的类型,：,（一）不可逆抑制,抑制剂通常以,共价键,与酶蛋白活性中心上的必需基团结合，使酶活性消失。,不能用透析、超滤方法去除抑制剂。,实例,1,：有机磷农药中毒,机制：,有机磷抑制胆碱酯酶,（与酶分子上的羟基结合）酶失活乙酰胆碱积蓄中毒。,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,1059,等,（二）可逆抑制,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,抑制剂与酶蛋白通过,非共价键,可逆性结合，使酶活性降低或消失。,可用透析或超滤方法将抑制剂除去。,竞争性抑制,(Competitive inhibition),+,+,+,E,E,S,I,ES,EI,E P,抑制剂与底物结构相似,，可与底物竞争酶的活性中心，与酶形成可逆的,EI,复合物，减少酶与底物结合的机会，从而抑制酶活性。,该抑制作用可通过增加底物浓度来解除。,抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及,I/S,。,非竞争性抑制,(Noncompetitive inhibition),+,S,S,+,S,S,+,ESI,EI,E,ES,E,P,抑制剂,与酶活性中心以外的部位结合,，不影响酶与底物的结合，抑制剂与底物无竞争关系。,抑制程度,取决于抑制剂的浓度,。,第五节 酶与医学的关系,酶缺乏或异常引起的疾病,酶 疾 病,苯丙氨酸羟化酶 苯丙酮酸尿症,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶 蚕豆病,酪氨酸酶 白化病,细胞色素氧化酶 氰化物中毒,胆碱酯酶 有机磷中毒,蛋白酶 炎症,1.,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功能异常，进而引发某些疾病。,临床诊断部分常用酶,酶 主要临床应用,谷丙转氨酶 肝实质疾患,谷草转氨酶 心肌梗塞、肝实质疾患,胆碱酯酶 有机磷中毒,乳酸脱氢酶 心肌疾患、肝实质疾患,淀粉酶 胰腺疾病,碱性磷酸酶 骨病、肝胆疾患,胰蛋白酶,(,原,),胰腺疾病,肌酸激酶 心肌梗塞、肌肉疾患,醛缩酶 肌肉疾病,酸性磷酸酶 前列腺癌、骨病,谷氨酰转移酶 肝实质病变、酒精中毒,2.,酶与疾病的诊断,血清酶活性,测定,用于临床疾病诊断。,酶作为试剂用于临床检验和科学研究。,3.,酶与疾病的治疗,一些酶可以作为药物,直接用于临床疾病治疗,：,消化不良：胃酶、胰酶,预防血栓形成：尿激酶、链激酶、纤溶酶,许多酶也作为,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,测试题,1,、下列关于酶活性中心的叙述，正确的是,A,所有酶的活性中心都含有辅酶,B,所有酶的活性中心都含有金属离子,C,酶的必需基团都位于活性中心内,D,所有的抑制剂都作用于酶的活性中心,E,所有的酶都有活性中心,2,、辅酶与酶的结合比辅基与酶的结合更为,( ),A,、紧,B,、松,C,、专一,D,、不专一,3,、下列关于辅基的叙述哪项是正确的？,( ),A,、是一种结合蛋白质,B,、是一种金属离子,C,、与酶蛋白的结合比较疏松,D,、一般不能用透析和超滤法与酶蛋白分开,4,、酶具有高度催化能力的原因是,( ),A,、酶能降低反应的活化能,B,、酶能催化热力学上不能进行的反应,C,、酶能改变化学反应的平衡点,D,、酶能提高反应物分子的活化能,5,、具有生物催化剂特征的核酶,(ribozyme),其化学本质是（ ）,A,、蛋白质,B,、,RNA,C,、,DNA,D,、糖蛋白,一、名词解释,1.,酶,2.,酶原,3.,竞争性抑制剂,4.,辅基,/,辅酶,二、填空题：,1.,酶催化作用的特点是,、,、,、,。,2.,影响酶促反应的因素有,、,、,、,、,。,三、问答题：,1.,何谓酶原激活？试述酶原激活的机理及其生理意义。,