基礎(chǔ)生物化學(xué)第4章課件

第四章酶主要內(nèi)容介紹酶的概念、作用特點(diǎn)和分類、命名，討論酶的結(jié)構(gòu)特征和催化功能以及酶的作用機(jī)理，討論影響酶作用的主要因素。對(duì)酶工程和酶的應(yīng)用作一般介紹。第一節(jié)酶的概述一、酶及生物催化劑概念的發(fā)展二、酶作用的特點(diǎn)三、酶專一性類型四、酶的化學(xué)本質(zhì)二、酶作用的特點(diǎn)

極高的催化效率

高度的專一性

易失活

活性可調(diào)控

有的酶需輔助因子（簡(jiǎn)答題：簡(jiǎn)述酶與一般催化劑的異同）酶的化學(xué)本質(zhì)及類別酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)的理論依據(jù)酶的類別：

據(jù)酶分子組成分類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合蛋白質(zhì)酶類酶蛋白質(zhì)輔助因子金屬離子金屬有機(jī)物小分子有機(jī)物據(jù)酶蛋白特征分類單體酶寡聚酶多酶復(fù)合體酶專一性類型1結(jié)構(gòu)專一性

概念：酶對(duì)所催化的分子（底物，Substrate）化學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊要求和選擇

類別：絕對(duì)專一性和相對(duì)專一性2立體異構(gòu)專一性

概念：酶除了對(duì)底物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有要求外，對(duì)其立體異構(gòu)也有一定的要求類別：旋光異構(gòu)專一性和幾何異構(gòu)專一性消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性消化道蛋白酶作用的專一性第二節(jié)酶的命名和分類一、酶的命名：（一）習(xí)慣命名：（1）根據(jù)酶所催化的底物（及酶的來(lái)源）：淀粉酶、蛋白酶、胃蛋白酶（2）根據(jù)酶所催化反應(yīng)的類型：水解酶、脫氫酶（3）根據(jù)酶所催化底物及反應(yīng)類型：琥珀酸脫氫酶（二）國(guó)際系統(tǒng)命名要求包含酶作用的所有的底物名稱和酶催化的反應(yīng)類型多個(gè)底物之間用“：”隔開，水可以省略不寫例如：L-乳酸：NAD+氧化還原酶3.水解酶類，（催化水解反應(yīng)）4.裂合酶類，（催化從底物上移去一個(gè)一個(gè)基團(tuán)而形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)）5.異構(gòu)酶類，（催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化）6.合成酶類，（催化一切和ATP相偶聯(lián)并由兩種物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應(yīng)）酶的標(biāo)碼每一種酶有一個(gè)編號(hào),如乙醇脫氫酶EC1.1.1.27

大類亞類亞亞類序號(hào)例如：EC1.1.1表示氧化還原酶作用CH-OH,H的受體為NAD+EC1.1.2表示氧化還原酶作用CH-OHH的受體為細(xì)胞色素EC1.1.3表示氧化還原酶作用CH-OHH的受體為O2EC1.2表示氧化還原酶作用醛基或酮基EC1.3表示氧化還原酶作用CH-CH,EC1.4表示氧化還原酶作用CH-NH2活力單位（activeunit）

習(xí)慣單位（U）:底物(或產(chǎn)物)變化量/單位時(shí)間酶活力單位：特定條件下1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物的酶量或轉(zhuǎn)化底物中1微摩爾有關(guān)基團(tuán)的酶量特定條件：溫度為25o其他條件（如PH和底物濃度）均采用最適條件比活力（specificactivity）酶含量的大小，也就是每毫克蛋白所具有的酶活力。量度酶純度比活力=總活力單位總蛋白mg數(shù)=U(或IU)mg蛋白酶活力量度酶催化能力大小影響對(duì)酶反應(yīng)速度的因素1、底物濃度2、酶濃度3、溫度4、pH5、激活劑6、抑制劑二、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響----

米氏方程米氏方程:*當(dāng)v=Vmax/2時(shí)，Km=[S]（Km的單位為濃度單位）*Km不是ES的單獨(dú)解離常數(shù)，整個(gè)反應(yīng)可能有一系列的ES生成，因此它代表整個(gè)反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系;*是酶在一定條件下的特征物理常數(shù)，測(cè)定Km數(shù)值，可鑒別酶。*可近似表示酶和底物親合力，Km愈小，E對(duì)S的親合力愈大，

Km愈大，E對(duì)S的親合力愈小。*在已知Km的情況下，應(yīng)用米氏方程可計(jì)算任意[s]時(shí)的v，或任何v下的[s]。（用Km的倍數(shù)表示）

練習(xí)題：已知某酶的Km值為0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的80％時(shí)底物的濃度應(yīng)為多少？米氏常數(shù)的意義1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax米氏常數(shù)的測(cè)定---雙倒數(shù)作圖法四溫度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系在達(dá)到最適溫度以前，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快酶是蛋白質(zhì)，其變性速度亦隨溫度上升而加快酶的最適溫度不是一個(gè)固定不變的常數(shù)溫度v五pH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響酶的最適pH：酶最大活力時(shí)的pH（不是常數(shù)）過(guò)酸過(guò)堿導(dǎo)致酶蛋白變性影響底物分子解離狀態(tài)影響酶分子解離狀態(tài)影響酶的活性中心構(gòu)象最適pHvpH非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團(tuán)，這些基團(tuán)中包含了必需基團(tuán)，因而引起酶失活。類型：專一性不可逆抑制劑這類抑制劑選擇性很強(qiáng)，它只能專一性地與酶活性中心的某些基團(tuán)不可逆結(jié)合，引起酶的活性喪失。實(shí)例：有機(jī)磷殺蟲劑（解磷定/氯磷定）-Ser-OHPO-RO-ROX-Ser-OPO-RO-RO（二）可逆抑制作用

競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用可逆抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用+IEIE+SESP+E

實(shí)例：磺胺藥物的藥用機(jī)理H2N--SO2NH2對(duì)氨基苯磺酰胺H2N--COOH對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線+IEI+SESIESP+EE+S+I實(shí)例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）

金屬絡(luò)合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用非競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線ESIESP+EE+S+I反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制曲線

第四節(jié)酶的作用機(jī)理一、酶催化的中間產(chǎn)物理論二、酶的活性中心和必需基團(tuán)三、酶作用專一性機(jī)理四、與酶的高效率有關(guān)的主要因素酶催化的中間產(chǎn)物理論酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。E+SP+EES能量水平反應(yīng)過(guò)程GE1E2酶的活性中心和必需基團(tuán)酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的區(qū)域叫酶的活性中心（activecenter）或活性部位（activesite），參與構(gòu)成酶的活性中心和維持酶的特定構(gòu)象所必需的基團(tuán)為酶分子的必需基團(tuán)。實(shí)例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）

羧肽酶（ribonuclease）胰凝乳蛋白酶的活性中心AspHisSer酶作用專一性機(jī)理鎖鑰學(xué)說(shuō)：將酶的活性中心比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心。誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)：酶的活性中心在結(jié)構(gòu)上具柔性，底物接近活性中心時(shí)，可誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，這樣就使使酶活性中心有關(guān)基團(tuán)正確排列和定向，使之與底物成互補(bǔ)形狀有機(jī)的結(jié)合而催化反應(yīng)進(jìn)行。酶專一性的“鎖鑰學(xué)說(shuō)”酶專一性的“誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)”第五節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)一、別構(gòu)酶及酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)二、酶的多種分子形式

同工酶（isoenzyme）三、酶原的激活酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，還存在被稱為調(diào)節(jié)位點(diǎn)（或變構(gòu)位點(diǎn)）的調(diào)節(jié)物特異結(jié)合位點(diǎn)，調(diào)節(jié)物結(jié)合到調(diào)節(jié)位點(diǎn)上引起酶的構(gòu)象發(fā)生變化，導(dǎo)致酶的活性提高或下降，這種現(xiàn)象稱為別構(gòu)效應(yīng)（allostericeffect）,具有上述特點(diǎn)的酶稱別構(gòu)酶（allostericenzyme）。實(shí)例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（anspartatetranscarbamoylase，ATCase）別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)機(jī)理：序變模型和齊變模型酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖別構(gòu)中心活性中心效應(yīng)劑a--非調(diào)節(jié)酶

b--正協(xié)同別構(gòu)酶的S形曲線

別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)曲線別構(gòu)酶的序變模型如下SSSSSSSSSSSSSS亞基全部處于R型亞基全部處于T型依次序變化T狀態(tài)（對(duì)稱亞基）R狀態(tài)（對(duì)稱亞基）SSSSSSSSSSSSSS對(duì)稱亞基對(duì)稱亞基齊步變化酶的多種分子形式——同工酶概念：存在于同一種屬或不同種屬，同一個(gè)體的不同組織或同一組織、同一細(xì)胞，具有不同分子形式但卻能催化相同的化學(xué)反應(yīng)的一組酶，稱之為同工酶（isoenzyme）

類別：原級(jí)同工酶；次級(jí)同工酶實(shí)例：乳酸脫氫酶研究意義：作為遺傳的標(biāo)志；作為臨床診斷指標(biāo)；研究某些代謝調(diào)節(jié)機(jī)制多肽亞基mRNA四聚體結(jié)構(gòu)基因a

b乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+–H4MH3M2H2M3HM4點(diǎn)樣線LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌腎肝骨骼肌血清-+原點(diǎn)不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜酶原的激活在體內(nèi)處于無(wú)活性狀態(tài)的酶前身物（酶原，zymogen）在一定條件下被修飾轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過(guò)程稱酶原的激活。其實(shí)質(zhì)是酶原被修飾時(shí)形成了正確的分子構(gòu)象和活性中心，由此可見酶分子的特定結(jié)構(gòu)和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保證。實(shí)例：胰蛋白酶原的激活第六節(jié)維生素和輔酶一、

維生素及其與輔酶的關(guān)系

維生素（vitamin）——維持機(jī)體正常生命活動(dòng)不可缺少的一類小分子有機(jī)化合物，人和動(dòng)物不能合成它們，必須從食物中攝取。維生素可分為脂溶性（A，D，K，E）和水溶性兩大類。當(dāng)人體缺乏某種維生素時(shí)，則相應(yīng)代謝受阻，出現(xiàn)維生素缺乏癥。多數(shù)水溶性維生素作為輔酶的主要成分，或本身就是輔酶參與體內(nèi)代謝過(guò)程。二、

重要的水溶性維生素及相應(yīng)輔酶重要的水溶性維生素及相應(yīng)輔酶1維生素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+）2維生素B2：黃素單核苷酸（FMN）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）3維生素B1：焦磷酸硫胺素（TTP）4泛酸：輔酶A（CoA）5

維生素B6：磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺6

葉酸：四氫葉酸（FH4）7生物素8維生素C9硫辛酸10維生素B12主要可溶性維生素和相應(yīng)輔酶

維生素輔酶功能1.B1(硫胺素)TPPα-酮酸氧化脫羧2.B2(核黃素)FMN、FAD氫載體3.PP[尼克酸（酰胺）]

NAD+、NADP+氫載體4.泛酸（遍多酸）CoASH?；d體5.B6

[吡哆醇（醛、酸）]磷酸吡哆醇