維生素與輔助因子

關(guān)于維生素與輔助因子第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三本章主要內(nèi)容

酶的一般概念酶的組成與維生素酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系酶的催化機理酶反應(yīng)的動力學酶活性的調(diào)節(jié)

第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三1.酶的概述

酶是生物催化劑。絕大部分酶是蛋白質(zhì)，還有一些核糖核酸RNA具有催化作用，稱為核酶（ribozyme）。1.1定義

細胞的代謝由成千上萬的化學反應(yīng)組成，幾乎所有的反應(yīng)都是由酶（enzyme）催化的。酶對于動物機體的生理活動有重要意義，不可或缺。酶在生產(chǎn)實踐中有廣泛應(yīng)用。第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三1.2酶的命名（1）習慣命名——依據(jù)所催化的底物（substrate）、反應(yīng)的性質(zhì)、酶的來源等命名。例如，胃蛋白（水解）酶、堿性磷酸酶。（2）系統(tǒng)命名——根據(jù)底物與反應(yīng)性質(zhì)命名反應(yīng)：葡萄糖+ATP葡萄糖-6-磷酸+ADP

命名：葡萄糖：ATP磷酰基轉(zhuǎn)移酶（習慣名稱，葡萄糖激酶）第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三1.3酶的分類

氧化還原酶AH2+BA+BH2

轉(zhuǎn)移酶Ax+CA+Cx

水解酶AB+H2OAH+BOH

裂解酶AB+C

異構(gòu)酶AB

合成酶A+BC，需要ATP第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三1961年酶學委員會（EnzymeCommission，EC）規(guī)定酶的表示法：

EC.X.X.X.X例如：乳酸脫氫酶

第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三1.4酶活性(enzymeactivity)酶活性的表示方法：

酶活性指的是酶的催化能力，用反應(yīng)速度來衡量，即單位時間里產(chǎn)物的增加或底物的減少。

V=dP/dt=-dS/dt

測定方法：吸光度測定、氣體分析、電化學分析等。第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三酶活性的計量：

EC1961年規(guī)定：在指定的條件下，1分鐘內(nèi)，將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所需要的酶量為1個酶活國際單位（IU）。

比活性（specificityofenzyme）指的是每毫克酶蛋白所具有的酶活性單位數(shù)。比活性=活性單位數(shù)/酶蛋白重量（mg）比活性反映了酶的純度與質(zhì)量。第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三酶促反應(yīng)的速度曲線

隨著酶催化的反應(yīng)進行，反應(yīng)速度會變慢，這是由于產(chǎn)物的反饋作用、酶的熱變性或副反應(yīng)引起的。但是，在反應(yīng)起始不久，在酶促反應(yīng)的速度曲線上通?？梢钥匆娨欢涡甭什蛔兊牟糠郑@就是初速度。在酶的動力學研究中，一般使用初速度的（V0）概念。第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三高效性

酶的催化作用可使反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)提高108-1020倍。比其他催化反應(yīng)高106-1013倍

例如：過氧化氫分解

2H2O22H2O+O2Fe3+

催化，效率為6×104

mol/mol.S過氧化氫酶催化，效率為6×106

mol/mol.S專一性

即對底物的選擇性或特異性。一種酶只催化一種或一類底物轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的產(chǎn)物。1.5酶的特點第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

絕對專一性一種酶只催化一種底物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的產(chǎn)物。例如，脲酶只催化尿素水解成CO2

和NH3。

相對專一性一種酶作用于一類化合物或一類化學鍵。例如，不同的蛋白水解酶對于所水解的肽鍵兩側(cè)的基團有不同的要求。

立體專一性指酶對其所催化底物的立體構(gòu)型有特定的要求。例如，乳酸脫氫酶專一地催化L-乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，延胡索酸只作用于反式的延胡索酸（反丁烯二酸）。立體專一性保證了反應(yīng)的定向進行。

第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三R1:Lys,ArgR2:不是ProR3:Tyr,Trp,PheR4:不是Pro第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

酶容易變性這是酶的化學本質(zhì)（蛋白質(zhì)）所決定的。酶的可調(diào)節(jié)性抑制和激活（activationandinhibition）反饋控制(feedback)

酶原激活(activationofproenzyme)

變構(gòu)酶(allostericenzyme)

化學修飾(chemicalmodification)

多酶復合體(multienzymecomplex)

酶在細胞中的區(qū)室化(enzymecompartmentalization)

第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三已知的上千種酶絕大部分是蛋白質(zhì)單純酶：少數(shù)，例如：溶菌酶

結(jié)合酶：大多數(shù)

結(jié)合酶=酶蛋白+輔因子輔因子包括:輔酶、輔基和金屬離子。2.酶的組成與維生素2.1酶的化學本質(zhì)第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

酶蛋白的作用：與特定的底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性。

輔酶、輔基的作用：參與電子的傳遞、基團的轉(zhuǎn)移等，決定了酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。有十幾種.

輔酶與輔基的異同點:它們都是耐熱的有機小分子，結(jié)構(gòu)上常與維生素和核苷酸有關(guān)。但是輔酶與酶蛋白結(jié)合不緊，容易經(jīng)透析除去，而輔基通常與酶蛋白共價相連。

金屬離子的作用：它們是酶和底物聯(lián)系的“橋梁”；穩(wěn)定酶蛋白的構(gòu)象；酶的“活性中心”的部分。

第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

結(jié)合酶舉例，()內(nèi)為輔因子：

乳酸脫氫酶（輔酶I,NAD）異檸檬酸脫氫酶（輔酶I,NAD）醇脫氫酶（輔酶I,NAD）葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（輔酶II,NADP）琥珀酸脫氫酶（FAD）乙酰輔酶A羧化酶（生物素，ATP，Mg++）脂酰輔酶A合成酶（輔酶A,CoA）第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三維生素（Vitamin）是動物和人類生理活動所必需的，從食物中獲得的一類有機小分子。它們并不是機體的能量來源，也不是結(jié)構(gòu)成分，大多數(shù)以輔酶、輔基的形式參與調(diào)節(jié)代謝活動。脂溶性維生素：A視黃醇（維生素A原——胡蘿卜素）

D鈣化醇

E生育酚

K凝血維生素水溶性維生素：B族維生素和維生素C

（以下主要介紹B族維生素與輔酶、輔基的關(guān)系）2.2維生素與輔酶和輔基的關(guān)系第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三表7?2B族維生素及其輔酶形式B族維生素輔酶形式酶促反應(yīng)中的主要作用硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸酯(TPP)α-酮酸氧化脫羧酮基轉(zhuǎn)移作用核黃素(B2)黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移尼克酰胺(PP)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)氫原子轉(zhuǎn)移氫原子轉(zhuǎn)移吡哆醇(醛、胺)(B6)磷酸吡哆醛氨基轉(zhuǎn)移泛酸輔酶A(CoA)?；D(zhuǎn)移葉酸四氫葉酸"一碳基團"轉(zhuǎn)移生物素(H)生物素羧化作用鈷胺素(B12)甲基鈷胺素5′-脫氧腺苷鈷胺素甲基轉(zhuǎn)移第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三VB1，硫胺素經(jīng)焦磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)門PP，焦磷酸硫胺素。它是酮酸脫氫酶的輔酶。以VB2，核黃素為基礎(chǔ)形成兩種輔基FMN黃素單核苷酸和FAD黃素腺嘌呤二核苷酸。作用是傳遞氫和電子。第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三泛酸（維生素B3）是CoA（輔酶A）的組成成分。CoA是脂?；妮d體。

吡哆醛和吡哆胺（吡哆素），維生素B6。磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶等的輔酶。

第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

尼克酸，煙酸（維生素Vpp）NAD+/NADH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化/還原）NADP+/NADPH，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（氧化/還原）。煙酰胺衍生物，傳遞氫和電子，氧化還原酶的輔酶。

第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三葉酸，其還原衍生物四氫葉酸是一碳基團轉(zhuǎn)移酶的輔酶。一碳基團，如甲基、乙烯基、甲酰基等。生物素，維生素H。噻吩和脲縮組成，CO2

的載體，羧化酶的輔酶，且有戊酸側(cè)鏈。

第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三硫辛酸，含硫脂肪酸，有氧化和還原兩種形式，既可以傳遞氫和電子，又能轉(zhuǎn)移脂?；?/p>

維生素B12中心鈷原子結(jié)合5’-脫氧腺苷基稱輔酶B12

，為一些變位酶和轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶。第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三單體酶

只有三級結(jié)構(gòu)，一條多肽鏈的酶。如129個氨基酸的溶菌酶，分子量14600。寡聚酶

含2-60個亞基，有復雜的高級結(jié)構(gòu)。常通過變構(gòu)效應(yīng)在代謝途徑中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。多酶復合體

由多個功能上相關(guān)的酶彼此嵌合而形成的復合體。它可以促進某個階段的代謝反應(yīng)高效、定向和有序地進行。3.酶的分子結(jié)構(gòu)第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三酶的活性中心（activesite）

活性中心的必需基團

必需基團

活性中心以外的必需基團

結(jié)合基團（與底物結(jié)合，決定專一性）

活性中心

催化基團（影響化學鍵穩(wěn)定性,決定催化能力）第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三酶的活性中心示意圖活性中心是酶分子上由催化基團和結(jié)合基團構(gòu)成的一個微區(qū)第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

化學反應(yīng)是由具有一定能量的活化分子相互碰撞發(fā)生的。分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能量稱為活化能。無論何種催化劑，其作用都在于降低化學反應(yīng)的活化能，加快化學反應(yīng)的速度。一個可以自發(fā)進行的反應(yīng)，其反應(yīng)終態(tài)和始態(tài)的自由能的變化（?G’）為負值。這個自由能的變化值與反應(yīng)中是否存在催化劑無關(guān)。4.酶的催化機理4.1活化能第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

催化劑降低了反應(yīng)物分子活化時所需的能量非催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)活化能的比較

Ea，活化能；ΔG，自由能變化第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

S+EESP+E中間產(chǎn)物

反應(yīng)過程

S+EESES*EPP+E過渡態(tài)復合物4.2中間產(chǎn)物學說第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

酶介入了反應(yīng)過程。通過形成不穩(wěn)定的過渡態(tài)中間復合物，使原本一步進行的反應(yīng)分為兩步進行，而兩步反應(yīng)都只需較少的能量活化。從而使整個反應(yīng)的活化能降低。第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三誘導契合學說認為，酶和底物都有自己特有的構(gòu)象，在兩者相互作用時，一些基團通過相互取向，定位以形成中間復合物。4.3誘導契合學說（inducedfit）第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三鄰近與定向效應(yīng)：增加了酶與底物的接觸機會和有效碰撞。張力效應(yīng)：誘導底物變形，扭曲，促進了化學鍵的斷裂。酸堿催化：活性中心的一些基團，如His，Asp作為質(zhì)子的受體或供體，參與傳遞質(zhì)子。共價催化：酶與底物形成過渡性的共價中間體，限制底物的活動，使反應(yīng)易于進行。疏水效應(yīng)：活性中心的疏水區(qū)域?qū)λ肿拥呐懦?、排斥，有利于酶與底物的接觸。4.4催化機理第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

影響酶促反應(yīng)速度的因素與酶作為生物催化劑的特點密切有關(guān)。這些因素有：溫度、酸堿性、底物（substrate）濃度、酶濃度、激活劑（activators）和抑制劑（inhibitors）等。

5.酶促反應(yīng)的動力學及其影響因素第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

一般來說，隨著溫度升高，化學反應(yīng)的速度加快。在較低溫度條件下，酶促反應(yīng)也遵循這個規(guī)律。但是，溫度超過一定數(shù)值時，酶會因熱變性，導致催化活性下降。

最適溫度（optimumT）：使酶促反應(yīng)速度達到最大時的溫度。最適溫度因不同的酶而異，動物體內(nèi)的酶的最適溫度在37-400C左右。5.1溫度對酶促反應(yīng)速度的影響第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三酶反應(yīng)的溫度曲線和最適溫度第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三5.2溶液pH值對酶促反應(yīng)速度的影響最適pH（optimumpH）：使酶促反應(yīng)速度達到最大時溶液的pH。酶的最適pH與酶的性質(zhì)、底物和緩沖體系有關(guān)第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

在其他條件確定時，反應(yīng)速度與酶的濃度成正比。5.3酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響酶濃度對反應(yīng)速度的影響第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三5.4底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響

在其他條件確定的情況下,在低底物濃度時,反應(yīng)速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應(yīng).當?shù)孜餄舛容^高時，v也隨著[S]的增加而升高，但變得緩慢，表現(xiàn)為混合級反應(yīng)。當?shù)孜餄舛冗_到足夠大時，反應(yīng)速度也達到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。反應(yīng)速度對于底物濃度的變化呈雙曲線,稱為米氏雙曲線.其數(shù)學表達式為米氏方程.第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三米氏雙曲線第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

米氏方程的推導

首先假設(shè)：

1.反應(yīng)在最適條件下進行

2.pH、溫度和酶的濃度是固定的,變化的是底物濃度

3.反應(yīng)在起始階段，逆反應(yīng)可忽略

4.反應(yīng)體系處在穩(wěn)態(tài)（stablestate）第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

E+SESE+Pk+1k-1k+2

根據(jù)中間產(chǎn)物學說，在穩(wěn)態(tài)時，ES的生成速度與其分解速度相等。有以下關(guān)系式：

V1=V-1+V+2(1)k+1

[E]

[S]=k-1

[ES]+k+2[ES]

=[ES]

（k-1+k+2

）

[E][S]=

[ES]（k-1+k+2

）/k+1

(2)

令（k-1+k+2）/k+1=Km(米氏常數(shù))[E][S]=

[ES]Km(3)第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

[Et]是自由酶E的濃度與結(jié)合酶ES的濃度之和，即[Et]=[ES]+[E](4)

總的反應(yīng)速度V應(yīng)該等于V+2=k+2[ES](5)

將(4),(5)代入(3),整理得到米氏方程:V=Vm[S]/(Km+[S])V速度

Vm最大速度

[S]底物濃度

Km米氏常數(shù)第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時所對應(yīng)的底物濃度當S<<Ｋm時，v正比于[Ｓ],呈一級反應(yīng)當Ｓ>>Ｋm時，v＝Ｖm，呈零級反應(yīng)

米氏雙曲線第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三由米氏方程可知，米氏常數(shù)是反應(yīng)最大速度一半時所對應(yīng)的底物濃度,即當v=1/2Vm時，Km=S

米氏常數(shù)Km=(k-1+k+2)/k+1在反應(yīng)的起始階段，k+2<<k-1，Ｋm≈k-1／k+1≈１／Ｋ平≈Ｋ解離此時，Ｋm越大，說明Ｅ和Ｓ之間的親和力越小，ＥＳ復合物越不穩(wěn)定。當Ｋm越小時，說明Ｅ和Ｓ的親和力越大，ＥＳ復合物越穩(wěn)定，也越有利于反應(yīng)。米氏常數(shù)Ｋm對于酶是特征性的。每一種酶對于它的一種底物只有一個米氏常數(shù)。米氏常數(shù)及其意義第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三米氏常數(shù)的求法雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)方程和雙倒數(shù)曲線第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三5.5抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響

酶的抑制劑（inhibitor）:凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。

酶抑制作用分為可逆抑制作用和不可逆抑制作用兩大類。第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（一）可逆抑制作用（reversibleinhibition）

抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析、超濾等物理方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為競爭性抑制、非競爭性抑制、反競爭性抑制和混合抑制等。第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三1、競爭性抑制（competitiveinhibitor）

競爭性抑制劑因具有與底物相似的結(jié)構(gòu)，與底物競爭酶的活性中心，與酶形成可逆的EI復合物，減少的酶與底物結(jié)合的機會，使酶的反應(yīng)速度降低的作用。這種抑制作用可通過增加底物濃度來解除。第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三競爭性抑制的動力學特點是Vmax不變，而Km增大第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

在可逆的競爭性抑制中，抑制劑通常是酶的天然底物結(jié)構(gòu)上的類似物，兩者競爭酶的活性中心。第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三磺胺類藥物的抑菌機理第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三2、非競爭性抑制（non-competitiveinhibitor）非競爭性抑制劑與酶的活性中心以外的集團結(jié)合，形成EI或ESI復合物，不能進一步形成E和P,使酶反應(yīng)速度減低的抑制作用。不能通過增加底物濃度的方法來解除第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

在可逆的非競爭性抑制作用中：抑制劑結(jié)合在活性中心以外；抑制劑的結(jié)合阻斷了反應(yīng)的發(fā)生。第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

非競爭性抑制作用的動力學特點是Vmax變小，而Km不變。第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三(二)不可逆抑制（irreversibleinhibition）抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團以共價形式結(jié)合，從而抑制酶活性。用透析、超濾等物理方法，不能除去抑制劑使酶活性恢復。

例如：有機磷農(nóng)藥中毒

（敵百蟲、敵敵畏、樂果殺蟲劑1605、1059等）

乙酰膽堿酯酶是羥基酶，與有機磷農(nóng)藥共價結(jié)合后失活，使興奮性神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿不能及時清除降解。第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三金屬離子如Mg++

對磷?；D(zhuǎn)移酶，Cu++對一些氧化酶，Cl-對淀粉酶有激活作用。一些有機小分子如VitC，谷胱甘肽，巰基乙醇等對巰基酶有激活作用。5.5激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三終產(chǎn)物P對途徑開頭和分支點上的關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)。字母e表示酶。+表示激活，-表示抑制。6.1反饋控制(feedBack)6.