大学生物化学酶PPT课件

1 酶 2 第 一 节 概 述l 定 义 :活 细 胞 合 成 的 具 有 催 化 功 能 的 生 物 大 分 子 (绝 大 多 数 是 蛋 白 质 )l 功 能 :作 为 生 物 催 化 剂 ,摧 化 生 物 体 内 所 有 化 学 反 应 。 是 物 质 代 谢 必 不 可 少 的 .l 本 质 :蛋 白 质 (绝 大 多 数 -蛋 白 质 在 生 命 活 动 中 的 重 要 体 现 )、 核 酸 （ 核 酶 ） 3 酶 促 反 应 ：l 底 物 S： 酶 促 反 应 中 被 酶 催 化 的 物 质l 产 物 P: 催 化 反 应 中 所 生 成 的 物 质 乳 酸 脱 氢 酶 丙 酮 酸 乳 酸 4 酶 活 性 ：l 酶 催 化 化 学 反 应 的 能 力l 酶 活 性 大 小 ： 指 酶 催 化 化 学 的 反 应 速 度单 位 时 间 内 底 物 的 消 耗 量 或 产 物 的 生 成 量 5 一 、 酶 的 化 学 组 成l 单 纯 酶 ： 单 纯 蛋 白 质 。 只 有 氨 基 酸 组 成 的 肽 链 （ 蛋 白 水 解 酶 - 消 化 道 中 的 酶 ）l 结 合 酶 ： 结 合 蛋 白 。 氨 基 酸 残 基 +非 蛋 白 成 分 全 酶 = 酶 蛋 白 + 辅 助 因 子 催 化 活 性 氨 基 酸 残 基 非 蛋 白 成 分 6 辅 酶 ： 与 酶 蛋 白 连 接 是 比 较 疏 松 小 分 子 有 机 化 合 物 辅 基 ： 与 酶 蛋 白 连 接 是 比 较 牢 固 参 与 氧 化 还 原 反 应 的 酶 和 基 团 需 要 辅 基 或 辅 酶 进 行 电 子 或辅 助 因 子 氢 的 传 送 。 在 基 团 中 大 多 含 有 B族 维 生 素 。 金 属 酶 ： 酶 蛋 白 +金 属 离 子 结 合 牢 固 无 机 金 属 离 子 （ 大 多 数 ） 金 属 活 化 酶 ： 不 与 酶 蛋 白 结 合 在 一 起 ， 但 酶 发 挥 作 用 需 金 属 离 子 参 与 。 稳 定 酶 蛋 白 分 子 构 象 、 作 为 酶 活 性 中 心 一 部 分 、 本 身 进 行 氧 化 还 原 传 递 电 子 、 作 为 桥 梁 连 接 酶 与 底 物 、 中 和 阴 离 子 ， 降 低 反 应 中 的 静 电 斥 力 7 第 二 节 酶 催 化 作 用 的 特 点一 ） 酶 具 有 高 效 的 催 化 活 性 降 低 活 化 能 的 程 度 比 一 般 催 化 剂 大 ， 催 化 效 率 比 一般 催 化 剂 高 （ 107 1013） 。过 氧 化 氢 分 解 ： 催 化 剂 催 化 速 度 铁 离 子 6 10-4 mol/ mol离 子 /秒 血 红 素 6 10 -1 mol/ mol /秒 过 氧 化 氢 酶 6 106 mol/ mol/秒 8 二 ） 酶 的 催 化 具 有 高 度 特 异 性 一 般 催 化 剂 ： 在 体 外 ， 大 多 数 反 应 都 可 用 相 同 的 催 化 剂 酶 ： 只 能 一 种 或 一 类 化 学 反 应 或 一 种 化 学 键 特 异 性 表 现 在 它 对 底 物 的 选 择 和 催 化 的 特 异 性 。 它 可 从成 千 上 万 种 反 应 物 中 找 出 自 己 作 用 的 底 物 。 9 绝 对 特 异 性 ： 一 个 酶 一 个 底 物 相 对 特 异 性 ： 一 个 酶 多 种 底 物特 异 性 催 化 一 类 具 有 相 似 结 构 或 相 同 化 学 键 的 底 物 立 体 异 构 特 异 性 ： 根 据 底 物 的 立 体 构 型 进 行 选 择 性 地 催 化 10 三 ） 酶 的 高 度 不 稳 定 性 由 于 大 多 数 酶 的 本 质 是 蛋 白 质 ， 所 以 其 作 用必 须 在 温 和 的 条 件 下 （ 常 温 、 常 压 、 合 适 的 pH） 。 所 有 影 响 蛋 白 质 的 因 素 都 能 影 响 酶 的 活 性 。四 ） 酶 催 化 作 用 的 可 调 节 性体 内 有 各 种 因 素 都 可 调 节 酶 的 催 化 能 力 11 思 考 题 ：l 酶 是 一 个 什 么 物 质 ， 在 体 内 其 什 么 作 用 ？l 在 酶 促 反 应 中 ， 底 物 、 产 物 分 别 代 表 什 么 ？l 结 合 酶 中 的 辅 助 因 子 主 要 是 一 些 什 么 物 质 ？l 什 么 叫 做 辅 基 、 辅 酶l 酶 催 化 作 用 的 特 点 是 什 么 ？ 12 第 三 节 酶 的 作 用 机 制 及 调 节l 酶 的 活 性 中 心 酶 分 子 中 的 必 需 基 团 （ 与 酶 活 性 有 关 的 功 能 基 团 ）通 过 空 间 构 象 折 叠 、 盘 绕 相 互 靠 近 ， 形 成 一 个 能 与 底物 特 异 性 结 合 并 催 化 底 物 转 化 为 产 物 的 特 定 区 域 通 常 活 性 中 心 在 分 子 的 表 面 13 功 能 基 团 ： 1 结 合 基 团 ： 与 底 物 结 合 S + E ES 2 催 化 基 团 ： 催 化 底 物 反 应 转 变 产 物 （ 影 响 底 物 中 某 些 化 学 基 团 的 稳 定 性 ） 3 必 需 基 团 ： 既 有 结 合 又 有 催 化 功 能 的 基 团 1414 底 物 活 性 中 心 以 外的 必 需 基 团结 合 基 团 催 化 基 团 活 性 中 心 维持酶的空间构象所必需 15 酶 原 ： 一 些 酶 （ 大 多 数 是 蛋 白 酶 ） 在 细 胞 内 合 成 时 及 分 泌 时 是 没 有 催 化 活 性 的 前 体 实 质 ： 没 有 形 成 （ 暴 露 ） 酶 的 活 性 中 心酶 原 激 活 ： 酶 原 在 一 定 的 条 件 下 ， 在 某 种 因 素 作 用 下 分 子 结 构 发 生 改 变 ， 暴 露 或 形 成 酶 的 活 性 中 心 ， 转 变 成 具 有 活 性 酶 的 过 程 。l 酶 原 与 酶 原 激 活 16 胰 蛋 白 酶 原 激 活 过 程 ： 在 肠 道 ， 肽 链 的 N端 一 个 或 几 个 特 定 的 肽 键 断 裂 （ 肠 激 酶作 用 下 ） ， 酶 原 的 空 间 构 象 发 生 变 化 形 成 酶 的 活 性 中 心 。 17 酶 原 激 活 的 生 理 意 义 ： 1、 避 免 产 生 酶 的 组 织 细 胞 自 身 被 破 坏 2 保 证 酶 在 特 定 部 位 与 环 境 下 和 特 定 的 条 件 下 被 激 活 ， 发 挥 催 化 功 能 。 3 作 为 储 存 形 式 ， 需 要 的 时 候 被 激 活 消 化 道 酶 原 形 式 ， 保 护 消 化 管 不 被 酶 水 解 。 血 液 中 的凝 血 因 子 以 酶 原 形 式 ， 防 止 血 管 内 凝 血 。 18 催 化 同 一 种 化 学 反 应 ， 但 酶 蛋 白 的 分 子 结 构 、理 化 性 质 不 同 、 免 疫 原 性 不 同 的 一 组 酶 。 部 位 ： 同 一 种 属 或 同 一 个 体 的 不 同 组 织 或 同 一 细 胞 的 不 同 亚 细 胞 结 构 。 功 能 : 参 与 代 谢 的 调 节l 同 工 酶 19 比 较 重 要 的 同 工 酶 :LDH(乳 酸 脱 氢 酶 ) 乳 酸 脱 氢 酶 丙 酮 酸 乳 酸结 构 : 两 种 亚 基 以 不 同 比 例 组 成 五 种 四 聚 体 形 式 。 单 个 亚 基 无 活 性 . 20 两 种 亚 基 分 别 有 两 个 基 因 位 点 决 定M: 基 因 位 点 在 第 11号 染 色 体 上H: 基 因 位 点 在 第 12号 染 色 体 上五 种 同 工 酶 :H HH H H HH M H HMM H MM M MM MMLDH 1 (H4) LDH2(H3M) LDH3(H2M2) LDH4(HM3) LDH5 (M4) 21 结 构 不 同 ， 分 布 不 同 ， 含 量 不 同在 正 常 血 清 中 都 有 一 定 量 。 但 如 组 织 发 生 病 变 ，会 导 致 血 清 酶 谱 改 变 ， 便 于 临 床 诊 断 。 2222 23 l 酶 催 化 作 用 机 制l 酶 降 低 反 应 的 活 化 能化 学 反 应 基 础 ： 参 与 反 应 的 分 子 间 有 效 碰 撞 活 化 分 子 ： 具 有 足 够 能 量 的 反 应 分 子 活 化 能 ： 活 化 分 子 具 有 的 足 够 能 量 平 均 水 平 能 量 24 酶 催 化 作 用 的 机 制 -中 间 产 物 学 说 ： ES形 成 ， 降 低 反 应 活 化 能 ， 使 原 先 低 于 活 化 能 阈的 分 子 也 成 为 活 化 分 子 ， 碰 撞 反 应 的 分 子 多 了 ， 反 应速 度 加 快 了 。 一 般 催 化 剂 ： 增 加 温 度 ， 使 更 多 的 反 应 物 分 子 获 得所 需 的 活 化 能 25 l 代 谢 途 径 的 关 键 酶 （ 限 速 酶 ）限 速 酶 ： 催 化 限 速 反 应 的 酶 为 限 速 酶 。关 键 酶 ： 催 化 单 向 反 应 ， 决 定 代 谢 途 径 方 向 的 酶 E1 E2 E3 E4 A B C D P 26 思 考 题 ：l 酶 的 活 性 中 心 定 义 。l 什 么 叫 做 酶 的 必 需 基 团 ， 有 几 类 ， 分 别 是 指 什 么 ？l 酶 原 与 酶 原 激 活 ， 有 什 么 意 义 ？l 关 键 酶 、 限 速 酶 的 定 义 27 l 研 究 各 种 因 素 对 酶 促 反 应 速 度 的 影 响第 四 节 影 响 酶 催 化 作 用 的 因 素酶 浓 度 、 底 物 浓 度 、 温 度 、 pH、 激 活 剂 、 抑 制 剂条 件 ： 研 究 某 一 因 素 对 酶 促 反 应 速 度 的 影 响 ， 其 它 因 素 保 持 不 变 。 保 持 反 应 在 初 速 度 的 状 态 28 其 它 条 件 不 变 ， 只 改 变 底 物 浓 度 ， 观 察 对 反 应速 度 的 影 响。l 底 物 浓 度 对 反 应 速 度 的 影 响底 物 饱 和 ： 酶 的 活 性 中 心 已 被 底 物 全 部 占 据 ， 速 度 不 再 增 加 ， 达 到 极 限 Vm 29 S + E ES E+ P 米 曼 氏 方 程 式 ： 根 据 中 间 产 物 学 说 推 导 出 V= V=1/2Vm Km+SVmS Vm VmS 2 Km+S Km+S = 2 VmS/ Vm Km = 2S- S =S 30 Km与 Vm的 意 义 ： 1. Km（ 米 氏 常 数 ） 是 酶 促 反 应 速 度 为 最 大 反 应 速 度 一 半 时 的 底 物 浓 度2. 表 示 酶 与 底 物 亲 和 力 。 两 者 成 反 比 。 Km值 越 大 ， 酶 与 底 物 亲 和 力 越 小 。 31 3 Km值 是 酶 的 特 征 性 常 数 ,与 酶 的 结 构 、 底 物 和 反应 环 境 有 关 ， 与 酶 的 浓 度 无 关 32 当 S E Vm=KE 反 应 速 度 与 酶 浓 度 成 正 比 。l 酶 浓 度 对 反 应 速 度 的 影 响 33 l 温 度 对 反 应 速 度 的 影 响酶活性 两 种 效 应 的 影 响 ：1 活 性 随 着 温 度 升 高 而增 高2 温 度 到 达 一 定 高 度 时 ，酶 活 性 随 温 度 升 高 而 降 低 ，继 而 失 活 。 与 酶 的 本 质 是蛋 白 质 有 关 。 34 低 温 时 ： 酶 活 性 受 到 抑 制 ， 随 着 温 度 上 升 ， 活 性 恢 复 。高 温 时 ： 酶 活 性 丧 失 ， 随 着 温 度 降 低 ， 活 性 不 能 恢 复 。 因 为 酶 蛋 白 已 变 性 。 35 最 适 温 度 ： 酶 促 反 应 到 达 最 大 值 时 的 温 度 。温 度 对 酶 促 反 应 影 响 的 临 床 意 义 : 低 温 对 标 本 的 保 存 、 低 温 麻 醉 在 临 床 手 术 中 的 应用 。 高 温 灭 菌 的 原 理 36 最 适 温 度 与 时 间 的 关 系 37pH影 响 酶 蛋 白 、 底 物 分 子 、 辅 酶 分 子 中 的 电 离 基 团 解 离 。 l pH对 酶 反 应 速 度 的 影 响在 不 同 的 pH下 ， 同 一 种 酶 催 化 活 性 是 不 同 的 。 38 最 适 pH： 酶 促 反 应 达 到 最 大 值 时 的 pH 在 这 状 态 下 ， 酶 活 性 中 心 、 底 物 、 辅酶 所 呈 现 的 解 离 状 态 是 酶 与 底 物 结 合 并 催化 反 应 的 最 佳 解 离 状 态 。 每 种 酶 都 有 自 己 的 最 适 pH。 偏 离 最 适 pH， 酶 的催 化 活 性 就 降 低 39 最 适 pH受 底 物 浓 度 、 缓 冲 液 种 类 和 浓 度 、 酶 的 纯度 等 因 素 影 响 。 生 物 体 内 绝 大 多 数 酶 最 适 的 pH都 在 中 性 ？ 40 l 激 活 剂 对 反 应 速 度 的 影 响 激 活 剂 -使 酶 由 无 活 性 或 低 活 性 变 为 有 活 性 或 高 活 性 的 物 质 组 分 ： 无 机 离 子 或 简 单 的 有 机 化 合 物 功 能 ： 维 持 稳 定 酶 蛋 白 空 间 结 构 作 为 酶 与 底 物 之 间 的 连 接 点 作 为 辅 助 因 子 的 一 部 分 构 成 酶 的 活 性 中心 41 必 需 激 活 剂 - 在 酶 促 反 应 中 比 不 可 少 的 ， 可 使 无 活 性 的 酶 转 变 成 有 活 性 的 酶 。 （ 大 部 分 是 一 些 金 属 离 子 ）非 必 需 激 活 剂 -一 些 酶 本 身 有 活 性 ， 但 比 较 低 ， 加 了 激 活 剂 后 ， 催 化 活 性 显 著 提 高 。 （ 大 多 是 有 机 化 合 物 类 物 质 。 42 l 抑 制 剂 对 反 应 速 度 的 影 响 抑 制 剂 ： 凡 能 有 选 择 性 地 使 酶 活 性 降 低 或 丧 失 但 不 能 使 酶 蛋 白 变 性 的 物 质抑 制 作 用 ： 直 接 或 间 接 影 响 酶 活 性 中 心 ， 使 酶 的 活 性 降 低 或 丧 失 的 作 用 。 种 类 ： 不 可 逆 抑 制 、 可 逆 抑 制 （ 根 据 抑 制 剂 与 酶 的 结 合 程 度 ） 43 一 ） 不 可 逆 抑 制 抑 制 剂 与 酶 的 必 需 基 团 以 共 价 键 牢 固 结 合 ， 使 酶 的 活 性 丧 失 。 用 一 般 生 化 方 法 （ 透 析 、 超 滤 等 ） 不 能 去 除 抑 制 剂 ， ， 需 用 特 殊 的 药 物 去 除 ， 才 能 使 酶 活 性 恢 复 。 44 重 金 属 中 毒 （ Hg2+、 Ag2+、 Pb2+） 以 -SH为 必 需 基 团 的 一 类 酶 上 ， 一 些 金 属 离 子 很 容 易 结合 在 酶 分 子 的 活 性 巯 基 上 ， 使 酶 活 性 被 抑 制 。解 除 这 种 抑 制 ： 需 采 用 一 些 多 个 巯 基 的 高 浓 度 化 合 物 45 Cl As Cl CH CHCl + E SH SH E S As S CH CHCl + 2HClE SS As CH CHCl+ CH2 SHCH SH CH2 OH E SHSH + CH2 SCH SCH2 OHAs CH CHCl巯基酶二巯基丙醇路易士气 46 有 机 磷 中 毒 以 丝 氨 酸 侧 链 上 的 羟 基 为 必 需 基 团 的 一 类 酶 ，羟 基 易 磷 酸 化 ， 酶 活 性 被 抑 制 胆 碱 酯 酶 上 的 羟 基 被 有 机 磷 农 药 磷 酸 化 后 活 性 被 抑制 ， 不 能 水 解 乙 酰 胆 碱 ， 造 成 乙 酰 胆 碱 积 蓄 ， 引 起 副 交感 神 经 兴 奋 ， 呈 现 中 毒 症 状 47 解 磷 定 的 作 用 ： 解 除 磷 酸 化 。 使 酶 恢 复 活 性 。 48 二 ） 可 逆 抑 制 抑 制 剂 与 酶 分 子 以 非 共 价 键 结 合 引 起 酶 活 性 抑 制或 丧 失 。 结 合 疏 松 ， 可 逆 。 一 般 生 化 方 法 能 去 除 抑 制 剂 而 恢 复 酶 活 性 。 49 竞 争 性 抑 制 （ 抑 制 剂 与 酶 结 合 位 点 与 底 物 结 合 位 点 相 同 ）EI 50 n 特 点抑 制 程 度 取 决 于 抑 制 剂 和 底 物 的 浓 度 之 比I与 S结 构 类 似 ， 竞 争 酶 的 活 性 中 心 ；酶 的 抑 制 作 用 可 被 高 浓 度 底 物 所 减 低 或 解 除 S I， ES， 酶 活 性 抑 制 剂 与 酶 的 活 性 中 心 结 合 后 ， 酶 失 去 催 化 活 性 51 丙 二 酸 与 琥 珀 酸 竞 争 琥 珀 酸 脱 氢 酶琥 珀 酸 琥 珀 酸 脱 氢 酶FAD FADH2 延 胡 索 酸COOH CH 2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙 二 酸 52 生 理 意 义 ： 临 床 药 物 的 选 择典 型 的 磺 胺 药 抗 菌 机 理 ： 细 菌 在 生 长 繁 殖 时 ， 不 能 利 用 环 境 中 的 叶 酸 ， 只能 在 自 己 菌 体 内 合 成 53 抑 菌 原 理 ： 磺 胺 药 结 构 与 对 氨 基 苯 甲 酸 相 似 ， 竞 争 FH2合 成酶 ， 使 之 不 能 进 一 步 转 变 成 FH4 细 菌 缺 乏 原 料 ， 核苷 酸 量 ， 细 菌 生 长 受 到 抑 制 。 人 能 利 用 食 物 中 的 叶 酸 ， 所 以 磺 胺 药 对 人 的 核苷 酸 合 成 不 受 影 响 。在 服 药 的 初 期 ， 磺 胺 药 要 加 倍 。某 些 抗 癌 药 物 的 设 计 也 是 根 据 这 一 原 理 54 2) 非 竞 争 性 抑 制 （ 抑 制 剂 与 酶 结 合 位 点 与 底 物 与 酶 结 合 位 点 不 在 同 一 个 部 位 ） 但 酶 -底 物 -抑 制 剂 复 合 物 (ESI)不 能 进 一 步 释 放 出 产 物 55 特 点 ：（ 1） 抑 制 剂 与 底 物 结 构 不 相 似 ， 两 者 没 有 竞 争 作 用（ 2） 抑 制 剂 结 合 在 活 性 中 心 以 外 的 部 位 ， 引 起 酶 活 性 的 抑 制 (3） 抑 制 剂 浓 度 增 加 ， 使 反 应 体 系 中 E、 ES下 降 ， 造 成 整 个 酶 促 反 应 速 度 降 低 ， v下 降 。（ 4） 底 物 浓 度 的 增 加 ， 不 能 解 除 抑 制 。 56 思 考 题 ：l 影 响 酶 催 化 作 用 的 因 素 有 哪 些 ？l 米 氏 常 数 反 应 了 哪 种 因 素 对 酶 活 性 的 影 响 ？l 米 氏 常 数 的 定 义 及 意 义l 有 机 磷 农 药 中 毒 属 于 哪 一 种 抑 制l 比 较 一 下 竞 争 性 抑 制 与 非 竞 争 性 抑 制 的 特 点l 磺 胺 药 的 作 用 是 抑 菌 还 是 杀 菌 ？ 57 遗 传 性 疾 病基 因 突 变 ， 酶 分 子 缺 陷 ， 引 起 的 疾 病l 酶 与 疾 病 的 发 生白 化 病 ： 酪 氨 酸 酶 缺 陷 ， 黑 色 素 不 能 生 成 ， 产 生 的 疾 病第 五 节 酶 与 医 学 的 关 系 58 RBC中6-磷 酸 葡 萄 糖 脱 氢 酶 缺 陷 NADPH 还 原 型 GSH RBC膜 完 整 性 溶 血 性 贫 血蚕 豆 病 - 某 些 人 体 内 6-磷 酸 葡 萄 糖 脱 氢 酶 缺陷 ， 吃 了 蚕 豆 诱 发 溶 血 性 贫 血 59 酶 活 性 受 到 抑 制 中 毒 性 疾 病 煤 气 中 毒 ， 一 氧 化 碳 抑 制 了 呼 吸 链 中 的 细 胞 色 素 氧 化 酶 的 活 性 重 金 属 中 毒 、 农 药 中 毒 等 60 l 酶 与 疾 病 的 诊 断 测 定 体 液 中 酶 的 含 量 ， 诊 断 某 些 脏 器 的 疾 病 ALT、 AST、 淀 粉 酶 、 同 工 酶 等 61 l 酶 与 疾 病 治 疗 利 用 酶 制 品 治 疗 疾 病l 酶 与 医 学 研 究 利 用 酶 为 工 具 62 思 考 题酶 促 反 应 的 初 速 度 不 受哪 一 因 素 影 响 ： A S B E C pH D 时 间 E 温 度 关 于 米 氏 常 数 Km的 说 法 ，哪 个 是 正 确 的 ： A 饱 和 底 物 浓 度 时 的 速 度B 在 一 定 酶 浓 度 下 ， 最 大 速 度的 一 半C 饱 和 底 物 浓 度 的 一 半D 速 度 达 最 大 速 度 半 数 时 的 底物 浓 度 ，E 降 低 一 半 速 度 时 的 抑 制 剂 浓度 63 l 作 为 催 化 剂 的 酶 分 子 ， 具 有 下 列 哪 一 种 能 量 效 应 ? A 增 高 反 应 活 化 能 B 降 低 反 应 活 化 能C 产 物 能 量 水 平 D 产 物 能 量 水 平E 反 应 自 由 能 64 磺 胺 药 物 治 病 原 理 是 ： A 直 接 杀 死 细 菌B 细 菌 生 长 某 必 需 酶 的 竞争 性 抑 制 剂C 细 菌 生 长 某 必 需 酶 的 非竞 争 性 抑 制 剂D 细 菌 生 长 某 必 需 酶 的 不可 逆 抑 制 剂E 分 解 细 菌 的 分 泌 物 酶 原 激 活 的 实 质 是 ： A 激 活 剂 与 酶 结 合 使 酶 激活 B 酶 蛋 白 的 变 构 效 应C 酶 原 分 子 一 级 结 构 发 生改 变 从 而 形 成 或 暴 露 出酶 的 活 性 中 心D 酶 原 分 子 的 空 间 构 象 发生 了 变 化 而 一 级 结 构 不变E 以 上 都 不 对