《大學(xué)生物化學(xué)酶》PPT課件.ppt

1、1,酶,2,第一節(jié) 概述,定義:活細(xì)胞合成的具有催化功能的生物大 分子(絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)) 功能:作為生物催化劑,摧化生物體內(nèi)所有化 學(xué)反應(yīng)。是物質(zhì)代謝必不可少的. 本質(zhì):蛋白質(zhì)(絕大多數(shù)-蛋白質(zhì)在生命活動 中的重要體現(xiàn))、核酸（核酶）,3,酶促反應(yīng)：,底物 S：酶促反應(yīng)中被酶催化的物質(zhì) 產(chǎn)物 P: 催化反應(yīng)中所生成的物質(zhì),乳酸脫氫酶 丙酮酸 乳酸,4,酶活性：,酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力 酶活性大小：指酶催化化學(xué)的反應(yīng)速度,單位時間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量,5,一、酶的化學(xué)組成,單純酶：單純蛋白質(zhì)。只有氨基酸組成的肽 鏈（蛋白水解酶- 消化道中的酶） 結(jié)合酶：結(jié)合蛋白。氨基酸殘基+非蛋白成分,

2、全酶 = 酶蛋白 + 輔助因子 催化活性 氨基酸殘基 非蛋白成分,6,7,第二節(jié) 酶催化作用的特點,一）酶具有高效的催化活性 降低活化能的程度比一般催化劑大，催化效率比一般催化劑高（1071013）。,過氧化氫分解： 催化劑 催化速度 鐵離子 610-4 mol/ mol離子/秒 血紅素 610-1 mol/ mol /秒 過氧化氫酶 6106 mol/ mol/秒,8,二）酶的催化具有高度特異性 一般催化劑： 在體外，大多數(shù)反應(yīng)都可用相同 的催化劑 酶： 只能一種或一類化學(xué)反應(yīng)或一種化 學(xué)鍵,特異性表現(xiàn)在它對底物的選擇和催化的特異性。它可從成千上萬種反應(yīng)物中找出自己作用的底物。,9,絕對特異

3、性： 一個酶一個底物 相對特異性： 一個酶多種底物 特異性 催化一類具有相似結(jié)構(gòu)或相同化學(xué)鍵的底物 立體異構(gòu)特異性：根據(jù)底物的立體構(gòu)型進(jìn) 行選擇性地催化,10,三）酶的高度不穩(wěn)定性 由于大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，所以其作用必須在溫和的條件下（常溫、常壓、合適的pH）。 所有影響蛋白質(zhì)的因素都能影響酶的活性。,四）酶催化作用的可調(diào)節(jié)性,體內(nèi)有各種因素都可調(diào)節(jié)酶的催化能力,11,思考題：,酶是一個什么物質(zhì)，在體內(nèi)其什么作用？ 在酶促反應(yīng)中，底物、產(chǎn)物分別代表什么？ 結(jié)合酶中的輔助因子主要是一些什么物質(zhì)？ 什么叫做輔基、輔酶 酶催化作用的特點是什么？,12,第三節(jié) 酶的作用機(jī)制及調(diào)節(jié),酶的活性中心,酶

4、分子中的必需基團(tuán)（與酶活性有關(guān)的功能基團(tuán)）通過空間構(gòu)象折疊、盤繞相互靠近，形成一個能與底物特異性結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的特定區(qū)域,通?；钚灾行脑诜肿拥谋砻?13,功能基團(tuán)： 1結(jié)合基團(tuán)：與底物結(jié)合 S + E ES 2催化基團(tuán)：催化底物反應(yīng)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（影響底物 中某些化學(xué)基團(tuán)的穩(wěn)定性） 3必需基團(tuán)：既有結(jié)合又有催化功能的基團(tuán),14,14,底 物,活性中心以外的必需基團(tuán),結(jié)合基團(tuán),催化基團(tuán),活性中心,維持酶的空間構(gòu)象所必需,15,酶原： 一些酶（大多數(shù)是蛋白酶）在細(xì)胞內(nèi)合成時 及分泌時是沒有催化活性的前體 實質(zhì)：沒有形成（暴露）酶的活性中心 酶原激活：酶原在一定的條件下，在某種因素作用 下分子結(jié)

5、構(gòu)發(fā)生改變，暴露或形成酶的 活性中心，轉(zhuǎn)變成具有活性酶的過程。,酶原與酶原激活,16,胰蛋白酶原激活過程： 在腸道，肽鏈的N端一個或幾個特定的肽鍵斷裂（腸激酶作用下），酶原的空間構(gòu)象發(fā)生變化形成酶的活性中心。,17,酶原激活的生理意義： 1、避免產(chǎn)生酶的組織細(xì)胞自身被破壞 2保證酶在特定部位與環(huán)境下和特定的條件下被激 活，發(fā)揮催化功能。 3作為儲存形式，需要的時候被激活,消化道酶原形式，保護(hù)消化管不被酶水解。血液中的凝血因子以酶原形式，防止血管內(nèi)凝血。,18,催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)不同、免疫原性不同的一組酶。 部位：同一種屬或同一個體的不同組織或同一細(xì)胞 的不同亞細(xì)胞

6、結(jié)構(gòu)。 功能: 參與代謝的調(diào)節(jié),同工酶,19,比較重要的同工酶: LDH(乳酸脫氫酶) 乳酸脫氫酶 丙酮酸 乳酸 結(jié)構(gòu): 兩種亞基以不同比例組成五種四聚體形 式。單個亞基無活性.,20,兩種亞基分別有兩個基因位點決定 M: 基因位點在第11號染色體上 H: 基因位點在第12號染色體上 五種同工酶:,21,結(jié)構(gòu)不同，分布不同，含量不同 在正常血清中都有一定量。但如組織發(fā)生病變， 會導(dǎo)致血清酶譜改變，便于臨床診斷。,22,22,23,酶催化作用機(jī)制,酶降低反應(yīng)的活化能,化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)：參與反應(yīng)的分子間有效碰撞 活化分子：具有足夠能量的反應(yīng)分子 活化能：活化分子具有的足夠能量平均 水平能量,24,酶催

7、化作用的機(jī)制-中間產(chǎn)物學(xué)說：,ES形成，降低反應(yīng)活化能，使原先低于活化能閾 的分子也成為活化分子，碰撞反應(yīng)的分子多了，反應(yīng)速度加快了。,一般催化劑：增加溫度，使更多的反應(yīng)物分子獲得所需的活化能,25,代謝途徑的關(guān)鍵酶（限速酶）,限速酶： 催化限速反應(yīng)的酶為限速酶。,關(guān)鍵酶：催化單向反應(yīng)，決定代謝途徑方向的酶,26,思考題：,酶的活性中心定義。 什么叫做酶的必需基團(tuán)，有幾類，分別是指什么？ 酶原與酶原激活，有什么意義？ 關(guān)鍵酶、限速酶的定義,27,研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響,第四節(jié) 影響酶催化作用的因素,酶濃度、底物濃度、溫度、pH、激活劑、抑制劑 條件： 研究某一因素對酶促反應(yīng)速度的影響

8、， 其它因素保持不變。保持反應(yīng)在初速度 的狀態(tài),28,其它條件不變，只改變底物濃度，觀察對反應(yīng) 速度的影響。,底物濃度對反應(yīng)速度的影響,底物飽和：酶的活性中心已被底物全部占據(jù)，速度 不再增加，達(dá)到極限Vm,29,Vm VmS 2 Km+S Km+S = 2 VmS/ Vm Km = 2S- S =S,30, Km與Vm的意義： 1. Km（米氏常數(shù)）是酶促反應(yīng)速度為最 大反應(yīng)速度一半時的底物濃度 2. 表示酶與底物親和力。兩者成反比。 Km值越大，酶與底物親和力越小。,31,3Km值是酶的特征性常數(shù),與酶的結(jié)構(gòu)、底物和反應(yīng)環(huán)境有關(guān)，與酶的濃度無關(guān),32,當(dāng)S E Vm=KE 反應(yīng)速度與酶濃度成

9、正比。,酶濃度對反應(yīng)速度的影響,33,溫度對反應(yīng)速度的影響,酶活性,兩種效應(yīng)的影響： 1活性隨著溫度升高而增高 2溫度到達(dá)一定高度時，酶活性隨溫度升高而降低，繼而失活。與酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)有關(guān)。,34,低溫時：酶活性受到抑制，隨著溫度上升，活性恢 復(fù)。 高溫時：酶活性喪失，隨著溫度降低，活性不能恢 復(fù)。因為酶蛋白已變性。,35,最適溫度：酶促反應(yīng)到達(dá)最大值時的溫度。 溫度對酶促反應(yīng)影響的臨床意義: 低溫對標(biāo)本的保存、低溫麻醉在臨床手術(shù)中的應(yīng)用。 高溫滅菌的原理,36,最適溫度與時間的關(guān)系,37,pH影響酶蛋白、底物分子、輔酶分子中的電離基團(tuán)解離。,pH對酶反應(yīng)速度的影響,在不同的pH下，同一種酶

10、催化活性是不同的。,38,最適pH：酶促反應(yīng)達(dá)到最大值時的pH,在這狀態(tài)下，酶活性中心、底物、輔酶所呈現(xiàn)的解離狀態(tài)是酶與底物結(jié)合并催化反應(yīng)的最佳解離狀態(tài)。,每種酶都有自己的最適pH。偏離最適pH，酶的催化活性就降低,39,最適pH受底物濃度、緩沖液種類和濃度、酶的純度等因素影響。 生物體內(nèi)絕大多數(shù)酶最適的pH都在中性？,40,激活劑對反應(yīng)速度的影響 激活劑-使酶由無活性或低活性變?yōu)橛谢钚曰蚋?活性的物質(zhì) 組分： 無機(jī)離子或簡單的有機(jī)化合物 功能：維持穩(wěn)定酶蛋白空間結(jié)構(gòu) 作為酶與底物之間的連接點 作為輔助因子的一部分構(gòu)成酶的活性中心,41,必需激活劑- 在酶促反應(yīng)中比不可少的，可使無活 性的酶轉(zhuǎn)

11、變成有活性的酶。 （大部分是一些金屬離子） 非必需激活劑-一些酶本身有活性，但比較低，加了 激活劑后，催化活性顯著提高。 （大多是有機(jī)化合物類物質(zhì)。,42,抑制劑對反應(yīng)速度的影響 抑制劑：凡能有選擇性地使酶活性降低或喪失但 不能使酶蛋白變性的物質(zhì) 抑制作用：直接或間接影響酶活性中心， 使酶 的活性降低或喪失的作用。 種類：不可逆抑制、可逆抑制 （根據(jù)抑制劑與酶的結(jié)合程度）,43,一）不可逆抑制 抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價鍵牢固結(jié)合，使 酶的活性喪失。用一般生化方法（透析、超濾等） 不能去除抑制劑，需用特殊的藥物去除，才能 使酶活性恢復(fù)。,44,重金屬中毒（Hg2+、Ag2+、Pb2+） 以-S

12、H為必需基團(tuán)的一類酶上，一些金屬離子很容易結(jié)合在酶分子的活性巰基上，使酶活性被抑制。,解除這種抑制：需采用一些多個巰基的高濃度化合物,45,巰基酶,二巰基丙醇,路易士氣,46,有機(jī)磷中毒 以絲氨酸側(cè)鏈上的羥基為必需基團(tuán)的一類酶， 羥基易磷酸化，酶活性被抑制,膽堿酯酶上的羥基被有機(jī)磷農(nóng)藥磷酸化后活性被抑制，不能水解乙酰膽堿，造成乙酰膽堿積蓄，引起副交感神經(jīng)興奮，呈現(xiàn)中毒癥狀,47,解磷定的作用：解除磷酸化。使酶恢復(fù)活性。,48,二）可逆抑制 抑制劑與酶分子以非共價鍵結(jié)合引起酶活性抑制或喪失。結(jié)合疏松，可逆。 一般生化方法能去除抑制劑而恢復(fù)酶活性。,49,競爭性抑制（抑制劑與酶結(jié)合位點與底物結(jié) 合

13、位點相同）,EI,50,特點,抑制程度取決于抑制劑和底物的濃度之比,I與S結(jié)構(gòu)類似，競爭酶的活性中心；,酶的抑制作用可被高濃度底物所減低或解除 SI，ES，酶活性,抑制劑與酶的活性中心結(jié)合后，酶失去催化活性,51,丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶,52,生理意義：臨床藥物的選擇 典型的磺胺藥抗菌機(jī)理：,細(xì)菌在生長繁殖時，不能利用環(huán)境中的葉酸，只能在自己菌體內(nèi)合成,53,抑菌原理： 磺胺藥結(jié)構(gòu)與對氨基苯甲酸相似，競爭FH2合成 酶，使之不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成FH4 細(xì)菌缺乏原料，核苷酸量，細(xì)菌生長受到抑制。 人能利用食物中的葉酸，所以磺胺藥對人的核苷酸合成不受影響。,在服藥的初期，磺胺藥要加倍。 某些抗

14、癌藥物的設(shè)計也是根據(jù)這一原理,54,2) 非競爭性抑制（抑制劑與酶結(jié)合位點 與底物與酶結(jié)合位點不在同一個部位）,但酶-底物-抑制劑復(fù)合物(ESI)不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物,55,特點： （1）抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，兩者沒有競爭作用 （2）抑制劑結(jié)合在活性中心以外的部位，引起酶活 性的抑制 (3）抑制劑濃度增加，使反應(yīng)體系中E、ES下降， 造成整個酶促反應(yīng)速度降低，v下降。 （4）底物濃度的增加，不能解除抑制。,56,思考題：,影響酶催化作用的因素有哪些？ 米氏常數(shù)反應(yīng)了哪種因素對酶活性的影響？ 米氏常數(shù)的定義及意義 有機(jī)磷農(nóng)藥中毒屬于哪一種抑制 比較一下競爭性抑制與非競爭性抑制的特點 磺胺藥的作

15、用是抑菌還是殺菌？,57, 遺傳性疾病,基因突變，酶分子缺陷，引起的疾病,酶與疾病的發(fā)生,白化?。?酪氨酸酶缺陷，黑色素不能生成，產(chǎn)生的 疾病,第五節(jié) 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系,58,RBC中 6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺陷 NADPH 還原型GSH RBC膜完整性 溶血性貧血 蠶豆病- 某些人體內(nèi)6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺陷，吃了蠶豆誘發(fā)溶血性貧血,59, 酶活性受到抑制 中毒性疾病 煤氣中毒，一氧化碳抑制了呼吸鏈中的細(xì)胞 色素氧化酶的活性 重金屬中毒、農(nóng)藥中毒等,60,酶與疾病的診斷 測定體液中酶的含量，診斷某些臟器的疾病 ALT、AST、淀粉酶、同工酶等,61,酶與疾病治療 利用酶制品治療疾病 酶與醫(yī)學(xué)研究 利用酶為工具,62,思考題,酶促反應(yīng)的初速度不受哪一因素影響： A S B E C pH D 時間 E 溫度,關(guān)于米氏常數(shù)Km的說法，哪個是正確的： A 飽和底物濃度時的速度 B 在一定酶濃度下，最大速度的一半 C 飽和底物濃度的一半 D 速度達(dá)最大速度半數(shù)時的底物濃度， E 降低一半速度時的抑制劑濃度,63,作為催化劑的酶分子