第1页：第4章 酶
Chapter 4 Enzyme4酶
第2页：本章重点及难点
- 本章重点及难点重点：了解酶作为生物催化剂的特点为，国际命名；
- 以胰凝乳蛋白酶为例，了解酶催化作用机理；
- 掌握酶促反应动力学中米氏方程及Km的意义、应用，掌握影响酶促反应动力学的因素及与影响酶催化高效性的因素之间的区别。
- 掌握别构酶的特点及核酶、同工酶、诱导酶等的概念。
- 掌握水溶性维生素的辅酶形式及其英文缩写、生化功能；
- 了解各种维生素相对应的缺乏症及来源。
- 难点：酶催化作用机理、各因素对酶促反应速度的影响及酶促反应动力学的应用，别构酶的概念及特点。
- 水溶性维生素作为辅酶或辅基的结构特点。
第3页：酶是生物催化剂
第4页：酶是生物催化剂酶的定义
- 1、酶是生物催化剂（一）酶的定义：酶是具有催化作用的蛋白质（或核酸）。化学本质：蛋白质或核酸（二）酶与一般催化剂的共性及特性
- 1、共性
- （1）不发生质、量的变化，但能改变反应速度
- （2）不改变反应的平衡点，但能缩短反应时
- （3）可降低反应活化能
- （4）只能催化热力学允许的反应
- 2、个性
- （1）极高的催化效率
- （2）高度专一性
- （3）易失活
- （4）酶活性可调控
- （5）催化作用与结构有关
第5页：酶的命名与分类
- 4.2酶的命名与分类
- 1、国际系统命名法及分类
- (1).氧化还原酶类(oxidoreductases)
- (2).转移酶类(transferases )
- (3).水解酶类(hydrolases)
- (4).裂解酶类(lyases)
- (5).异构酶类( isomerases)
- (6).合成酶类(ligases, synthetases)
第6页：单纯蛋白酶与结合蛋白酶
- 4.3酶的组成与辅酶
- 1、单纯蛋白酶与结合蛋白酶
- 2、辅助因子
- 3、维生素与辅酶
第7页：单纯蛋白酶与结合蛋白酶蛋白质部分
- 1、单纯蛋白酶与结合蛋白酶蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子(cofactor)金属离子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)
- (1)单纯蛋白酶
- (2)结合蛋白酶
第8页：B族维生素
- 3、维生素与辅酶定义：是维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物。分类
- （1）水溶性维生素
- ①B族维生素、Vc、硫辛酸
- ②作用：通过转变成辅酶对代谢起调节作用
- ③不易贮存，应随时摄入
- （2）脂溶性维生素
- ①VA、VD、VE、VK
- ②在体内可直接参与代谢的调节作用
- ③涉入太多会引起中毒
第9页：硫胺素和羧化辅酶硫胺素在体内以焦磷酸硫胺
- (一)硫胺素和羧化辅酶
- （1）硫胺素(维生素B1)在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在
- （2）缺乏症：表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿
- （3）功能：焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶，是催化酮酸的脱羧反应
- （4）存在：植物体内、尤其是谷物的外皮中含量最高
第10页：核黄素与黄素辅酶核黄素在生物体内的活性形
- (二)核黄素与黄素辅酶
- （1）核黄素(维生素B2)在生物体内的活性形式：FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)FMN(黄素单核苷酸)
- （2）缺乏症：组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等
- （3）功能：在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用
- （4）存在：小麦、表菜、黄豆、肝脏等。FMN FAD
第11页：泛酸与辅酶A辅酶A是生物体内代谢反应中乙
- (三)泛酸与辅酶A
- （1）辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是维生素(B3)泛酸
- （2）功能：是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶
- （3）分布：分布广泛，肠内细菌也可以合成，所以一般不缺乏。泛酸核糖|3|磷酸腺嘌呤
第12页：烟酸、烟酰胺与脱氢辅酶生物体内的活性形式
- (四)烟酸、烟酰胺与脱氢辅酶
- （1）生物体内的活性形式：NAD+：烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶INADP+：烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸磷酸,又称为辅酶II
- （2）功能：是多种重要脱氢酶的辅酶
- （3）缺乏症：能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。即癞皮病
- （4）分布：肉类、谷物、花生及酵母含量丰富。玉米缺乏色氨酸，长期食用玉米，可能出现缺乏症。（肝脏可将色氨酸转变为烟酰胺）
第13页：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸—
- 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）—NAD+（
- P）烟酸（尼克酸）烟酰胺|尼克酰胺
第14页：VB6与磷酸吡哆醛吡哆素
- (五)VB6与磷酸吡哆醛
- （1）吡哆素(维生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)
- （2）磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛（PLP）磷酸吡哆胺（PMP）
- （3）磷酸吡多素是转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用
- （4）肠道细菌可以合成，一般不缺乏。长期酗酒和患结核病的人应补充VB6
第15页：生物素与羧化辅酶生物素的功能是作为CO2
- (六)生物素与羧化辅酶
- (1)生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用
- (2)生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种B族维生素B7
- (3)缺乏症：缺乏VB7，消瘦、皮炎、脱毛、神经过敏，一般不缺乏。携带CO2蛋白结合
第16页：叶酸与四氢叶酸四氢叶酸是合成酶的辅酶
- (七)叶酸与四氢叶酸
- （1）四氢叶酸（FH4、THF）是合成酶的辅酶，前体是维生素B11
- （2）四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3,-CH2-,-CHO等的载体，参与多种生物合成过程
- （3）叶酸缺乏会导致贫血
- （4）分布：青菜、肝、酵母等
第17页：VB12与B12辅酶维生素B12又称为钴
- (八)VB12与B12辅酶
- （1）维生素B12又称为钴胺素。5’-脱氧腺苷钴氨素是VB12在生物体内的活性形式，维生素B12辅酶
- （2）维生素B12辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应
- （3）肝、鱼、肉等且肠道细菌可以合成
第18页：硫辛酸硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶
- (九)硫辛酸
- （1）硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）.
- （2）硫辛酸是-酮戊二酸脱氢酶系的辅酶之一，起传递氢和转移酰基的作用
- （3）肝、酵母中含量多硫辛酸（氧化型）
第19页：维生素C称为抗坏血酸
- (十)维生素C
- （1）称为抗坏血酸，缺乏时易患坏血病；过量容易产生尿路结石
- （2）VC的水溶液不稳定，热、碱、氧化剂均能使其破坏
- （3）在体内参与氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成
第20页：维生素A称为抗干眼病维生素-胡萝卜素—2
- (十一)维生素A
- （1）称为抗干眼病维生素
- （2）-胡萝卜素（VA原）—2VA
- （3）维生素A分A1, A2两种，是不饱和一元醇类。维生素A1又称为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇
- （4）肝、蛋黄、胡萝卜、青菜、玉米中含量量较多
第21页：维生素D抗佝偻病的维生素维生素D是固醇类
- (十二)维生素D
- （1）抗佝偻病的维生素
- （2）维生素D是固醇类化合物，主要有D2（麦角钙化醇）,D3（胆钙化醇）。它们由VD源—麦角固醇和胆固醇分别转化而来
- （3）在生物体内，D2和D3本身不具有生物活性。它们在肝脏和肾脏中进行羟化后，形成1，25-二羟基维生素D。其中1，25-二羟基维生素D3是生物活性最强的
- （4）调节钙磷的代谢，使骨骼正常发育
- （5）VA、VD不要同时食用
第22页：维生素E生育酚
- (十三)维生素E
- （1）生育酚，目前发现的有6种，其中，，，四种有生理活性
- （2）VE缺乏，易出现心血管病变；VE抗衰老
- （3）花生油、玉米油及豆类、蔬菜中含量高。且体内易贮存、代谢慢，不易缺乏
第23页：维生素K具有凝血的功能
- (十四)维生素K
- （1）具有凝血的功能，因此又称凝血维生素
- （2）功能：促进肝脏合成凝血酶原，调节凝血因子，促进血液凝固
- （3）VK1可从植物中分离到；VK2肠内细菌可以合成
第24页：酶的活性部位和必需基团
- 4.4酶结构与功能的关系
- 1、酶的活性部位和必需基团
- 2、酶原与酶原激活
- 3、多功能酶与多酶体系
第25页：酶的活性部位和必需基团活性部位
- 1、酶的活性部位和必需基团活性部位(活性中心)：是指酶分子上结合底物并催化底物发生化学反应的有限三维空间。对于单成分酶，活性中心就是酶分子在三维结构上比较靠近的少数几个氨基酸残基或是这些残基上的某些基团，它们在一级结构上可能相距很远，位于不同的多肽链上，但通过肽链的盘绕、折叠而在空间构象上相到靠近，形成一个立体空间结构，叫~。对于双成份酶来说，辅助因子也是酶活性中心的组成成分。功能部位：结合部位：专一性与底物结合催化部位：决定酶的催化能力活性中心的共同点
- （1）、活性中心只是酶体积的一个小部分，并且具有三维结构
- （2）、专一性取决于中心处原子的排列
- （3）、活性部位是柔性的
第26页：必需基团必需基团
必需基团必需基团：酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。
第27页：利用特异性试剂对特殊基团的标记
- 活性部位的研究方法化学修饰法：指通过某些化学试剂与酶分子中某些侧链基团的共价结合来确定这些基团与酶催化作用有关的一种方法
- 1、利用特异性试剂对特殊基团的标记
- 2、差示标记法
第28页：酶原与酶原激活酶原
- 酶原与酶原激活酶原
- 2、酶原与酶原激活酶原：细胞中合成的不具催化活性的酶前体形式，称为~。酶原激活：将无活性的酶原转变活性酶的过程称为~。
第29页：多功能酶与多酶体系多功能酶
- 多功能酶与多酶体系多功能酶
- 3、多功能酶与多酶体系多功能酶：是指具有两种以上催化活性的酶。多酶体系：根据酶催化反应的需要，由催化一系列反应步骤的酶彼此以次级键嵌合形成具有高度组织性的复合体，这一多酶复合体被称为~，又称多酶蛋白。
第30页：过渡态和反应活化能
- 4.5酶的作用机理
- 1、过渡态和反应活化能
- 2、中间产物学说
- 3、酶作用专一性的机理
- 4、酶作用高效性的机理
第31页：过渡态和反应活化能反应总能量改变非催化反
1、过渡态和反应活化能反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变
第32页：中间产物学说
2、中间产物学说E + S ES P + E
第33页：酶作用专一性的机理
- 3、酶作用专一性的机理
- (1)、锁钥学说（模板学说）
- (2)、多位点亲和理论
- (3)、诱导契合学说酶作用专一性学说
第34页：酶作用专一性类型
酶作用专一性类型
第35页：酶作用高效性的机理
- 4、酶作用高效性的机理
- (1).邻近效应与定向排列
- （2）变形与扭曲效应
- （3）共价催化
- （4）酸碱催
- （5）微环境的影响
第36页：
第37页：底物浓度与酶促反应速度的影响
- 4.6酶促反应动力学
- 1、底物浓度与酶促反应速度的影响
- 2、酶浓度对酶促反应速度的影响3、pH对酶促反应速度的影响
- 4、温度对酶促反应速度的影响
- 5、激活剂对酶促反应速度的影响
- 6、抑制剂对酶促反应速度的影响
第38页：底物浓度与酶促反应速度的影响在低底物浓度
- 1、底物浓度与酶促反应速度的影响在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。
- 当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。
第39页：米氏方程※年Michaelis和
- 米氏方程※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelisequation)。
- Km即为米氏常数，Vmax为最大反应速度
第40页：Km值的物理意义Km值的推导当反应速度为
Km值的物理意义Km值的推导当反应速度为最大反应速度一半时Km＝[S]2＝Km+ [S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。
第41页：小结：Km的物理意义Km值
- 小结：Km的物理意义Km值
- ①Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度
- ②意义
- a) Km是酶的特征性常数之一
- b) Km可近似表示酶对底物的亲和力
- c)同一酶对于不同底物有不同的Km值
- d) Km是代谢物对多种代谢途径选择取向的决定因素之一e) Km也可反映酶对底物的专一性
第42页：双倒数做图法
- 米氏常数和最大反应速度的测定
- 1、双倒数做图法：斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax
- 2、其它做图法
- （1）Hanes法
- （2）Woolf法
- （3）Eadie法
第43页：酶浓度对酶促反应速度的影响当[S]＞＞[
- 2、酶浓度对酶促反应速度的影响当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。
- 关系式为：V=K3[E]0V[E]当[S]>>[E]时，Vmax= k3[E]酶浓度对反应速度的影响
第44页：pH对酶促反应速度的影响
- 3、pH对酶促反应速度的影响
- (1)、pH的影响表现在
- a）酶蛋白b）活性中心基团c）底物分子
- (2)、在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH
第45页：温度对酶促反应速度的影响
- 4、温度对酶促反应速度的影响
- (1)、一方面是温度升高,酶促反应速度加快
- (2)、另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失
- (3)、因此大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件下,酶促反应速度最大
第46页：激活剂对酶促反应速度的影响激活剂使酶由无
- 5、激活剂对酶促反应速度的影响激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质
- （1）激活剂间有拮抗作用
- （2）激活剂的作用不是固定不变的，浓度不同作用不同
- （3）同一种物质对一种酶可能是激活剂而对于另一种酶可能就是抑制剂
第47页：抑制剂对酶促反应速度的影响非专一性不可逆
- 抑制剂对酶促反应速度的影响非专一性不可逆
- 6、抑制剂对酶促反应速度的影响非专一性不可逆抑制不可逆抑制作用专一性不可逆抑制抑制作用竞争性抑制可逆抑制作用非竞争性抑制反竞争性抑制定义：凡是使酶活性下降，但不引起蛋白变性失活的物质称该酶的~。
第48页：非专一性不可逆抑制作用
- (1)不可逆抑制作用抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯
- ①非专一性不可逆抑制作用：定义：这类抑制剂可作用于酶分子上的不同基团或几类不同的酶。例：烷化剂（碘乙酸）：氨基、巯基、咪唑基等
- ②专一性不可逆抑制作用定义：一种抑制剂只作用于一种酶分子中的一种基团。例：有机磷杀虫剂：乙酰胆碱酯酶
第49页：可逆抑制作用的定义
- (2)可逆抑制作用定义：抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。种类
- a）、竞争性可逆抑制b）、非竞争性可逆抑制c）、反竞争性可逆抑制特点
- a）抑制剂只能与ES结合b）动力学：Vmax减小；Km值减小
第50页：某些抑制剂的化学结构与底物相似
- 竞争性可逆抑制
- ①某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合
- ②竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除
- ③动力学：Vmax不变；Km值增加
第51页：非竞争性可逆抑制
- 非竞争性可逆抑制
- ①定义：酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂
- ②动力学：Vmax减小，Km不变
第52页：抑制剂只与酶－底物复合物结合
- 反竞争性抑制
- ①抑制剂只与酶－底物复合物结合
- ②抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度
- ③动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。抑制剂↑1/V1/[S]无抑制剂
第53页：小结：各种可逆性抑制作用的比较
小结：各种可逆性抑制作用的比较
第54页：几种重要的酶类
- 4.7几种重要的酶类
- 1、变构酶
- 2、同工酶
- 3、共价调节酶
- 4、抗体酶
- 5、固定化酶
第55页：变构酶结构特点
- 1、变构酶结构特点
- （1）活性中心：结合部位和催化部位
- （2）变构中心：特殊的调控部位注意：变构中心不是酶活性中心的组成部分
- （1）变构酶：有的酶可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用，这类酶通常称为~
- （2）别构效应别构酶通过与调节物非共价的结合，诱导或稳定住酶分子的某种构象来调节酶促反应速度及代谢过程的这种效应称为~
- （3）变构调节作用由于变构剂与变构中心的结合而引起酶活性改变的现象则称为~。动力学：其[S]—V的动力学曲线呈“S”型。假说
- （1）序变模型
- （2）齐变模型[S]V变构激活变构抑制无变构效应剂
第56页：同工酶的定义
- 2、同工酶定义：同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。
- 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～LDH5)HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)乳酸脱氢酶的同工酶
第57页：共价调节酶：4
- 3、共价调节酶
- 4、抗体酶：具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme)
- 5、固定化酶：将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。固定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶的活性
第58页：酶分离纯化的一般原则
- 4.8酶的分离纯化和活力测定
- 1、酶分离纯化的一般原则
- 2、酶活力测定酶活力单位
