课件：第七章酶.ppt

第七章 酶,Enzyme,酶(enzyme)：生物活细胞产生的具有催化作用的蛋白质，又称为生物催化剂。,核酶(ribozyme)：具有催化作用的核酸。,酶(E)与酶的底物(S)、酶的本质、酶促反应,第一节 酶的分子结构与活性中心,酶的存在形式：,多功能酶： (multifunctional enzyme),多酶体系： (multienzyme system),寡聚酶： (oligomeric enzyme),只由一条多肽链构成的酶,由多个相同或不同亚基以非共价键连接的酶,由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合体,一条多肽链具有多种催化功能的酶，也称串联酶,单体酶： (monomeric enzyme),酶,单纯酶,结合酶,（全酶）,辅助因子,决定酶反 应的特异性,酶蛋白,一、酶的分子组成：,酶的辅助因子：辅酶与辅基,蛋白质辅酶,无机金属离子：Mg2+、Cu2+、Fe2+等,小分子有机物：维生素、铁卟啉等,含B族维生素的辅酶(或辅基)及其在催化中的作用,必需基团：,酶分子中与酶活性相关、为酶活性所必需的基团羟基、巯基、咪唑基和羧基,活性中心内必需基团结合和催化S 活性中心外必需基团维持酶构象,二、酶的活性中心,酶的活性中心：,酶分子上，与酶活性相关的必需基团在一级结构相距很远，在空间结构彼此靠近，形成能与底物特异结合并将底物转化为产物的区域，这一区域称为酶的活性中心。,结合基团 催化基团,溶菌酶的活性中心,溶菌酶的活性中心是一裂隙，可以容纳肽多糖的6个单糖基（A，B，C，D，E，F），并与之形成氢键和van derwaals力。 催化基团是35位Glu，52位Asp； 101位Asp和108位Trp是结合基团。,第二节 酶促反应特点与机制,一、酶不同与一般催化剂的特点：,酶催化效率极高,高度不稳定性,酶促反应具有高度特异性,酶催化活力的可调性,酶的特异性可分为三种类型：,立体异构特异性,绝对特异性,相对特异性,二、酶促反应的机制 酶作用特异性的机制诱导契合学说,底物浓度S 酶的浓度E 温度（T） pH值 激活剂（A） 抑制剂（I）,第三节 酶促反应动力学,一、底物浓度对反应速度的影响,反应速度V与底物浓度S的关系：,1913年，Michaelis和Menten提出米-曼方程式,米氏方程：,Km 米氏常数 Vmax最大反应速度, = 1/2 Vmax， Km = S， Km单位：mol/L,米氏常数Km的意义：,2. Km 可以近似地代表E与S的亲和力 （Km越小，E与S亲和力越大；反之，亲和力越小）,3. Km是酶的特征性常数（酶的种类不同，Km值不同）,Km是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度,Km值和Vmax值的求法 双倒数作图法（林贝氏作图法）,（y = a x + b）,二、酶浓度对酶促反应速度的影响,当S E时，则V E（正比）,三、温度对酶促反应速度的影响双重性,最适温度：使V达到最大时的反应温度（不是酶的特征性常数）,四、pH对酶促反应速度的影响,影响酶侧链基团、底物、辅助因子等的解离程度,体外实验选取适当缓冲液,最适pH酶促反应速度达到最大时的溶液的pH,五、激活剂增强酶活性的物质,激活剂能使酶活性提高的物质 Cl唾液淀粉酶,六、抑制剂,使酶活性下降但又不使酶蛋白变性的物质,不可逆,抑制作用,可逆性,反竞争性抑制作用,竞争性抑制作用,非竞争性抑制作用,非专一性：某些重金属离子,专一性：有机磷农药等,（一）不可逆抑制作用,概念：抑制剂与酶活性中心必需基团共价结合，不能用透析、超滤等物理方法将其除去恢复酶活性。 常见抑制剂： 巯基酶抑制剂（如某些重金属离子、路易士气等） 解毒：二巯基丙醇 丝氨酸酶抑制剂（如有机磷农药） 解毒：解磷定,胆碱酯酶的失活与复活,乙酰胆碱 + H2O,胆碱 + 乙酸,胆碱酯酶,有机磷杀虫剂,胆碱能神经兴奋,中毒,（肌肉震颤、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难）,有机磷农药的中毒机理：,概念：抑制剂与酶非共价结合，可用透析、 超滤等方法除去而恢复酶活性。 类型：竞争性抑制作用 非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用,（二）可逆性抑制作用,1. 竞争性抑制,抑制剂与底物结构相似，两者竞争与酶的活性中心结合，当抑制剂与酶结合后，可以干扰酶与底物的结合，使酶的催化活性降低。,竞争性抑制特点：,（1）抑制剂与底物的结构相似； （2）抑制剂与底物相互竞争与酶活性中心结合； （3）抑制程度取决于I/ S相对比例； （4）增加底物浓度，可以减少或解除抑制作用； （5）Km值增大，Vmax值不变,竞争性抑制作用,竞争性抑制作用举例：,丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用,磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制作用,磺胺药与PABA相互竞争与FH2合成酶结合,抑制敏感细菌的生长、繁殖,磺胺类药物的抑菌机理,（氨甲蝶呤）,蛋白质核酸,抑制剂与活性中心以外的必需基团相结合，使酶的构象改变而失去活性，称为非竞争性抑制作用。,2、非竞争性抑制,（1）底物和抑制剂结构不相似 （2）底物和抑制剂可同时与酶的不同部位相结合 （3）抑制程度只取决于I （4）增加S不能去除抑制作用 （5）Km值不变，Vmax值降低,非竞争性抑制特点：,非竞争性抑制作用,这类抑制剂只可与ES复合物结合，不能与E直接结合,主要抑制催化功能, 不影响底物结合位点.,3、反竞争性抑制,反竞争性抑制作用,1 Vm,1 Km,Km变小 Vm变小,各种可逆性抑制作用的比较,难以测定，常用的衡量方式： 酶在最适条件下，单位时间内，单位体积中底物的减少量或产物的生成量。,酶的活性单位：,Kat单位：每秒钟转化1mol底物所需的酶量 1 Kat=1mol/sec 1 IU16.6710-9Kat,国际单位（IU）：每分钟转化1mol底物所需的酶量为一个国际单位（1IU），即1mol/min,七、酶活性测定：,A B C D,E1活性低 E2 活性高 E3活性高,整个代谢途径中催化单向反应、速度较慢的酶： 关键酶或限速酶,代谢途径：,第四节 酶的调节,体内一些代谢物（变构效应剂）与酶蛋白分子活性中心以外的某一部位可逆地结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，又称变构调节。,1. 概念,一、 别构调节,变构酶（别构酶） 变构部位 变构效应剂（变构激活剂、变构抑制剂）,2. 别构调节的机制,变构效应剂,酶结构改变,（激活或抑制） 酶活性改变,防止产物过多 代谢物合理调配和有效利用,3. 别构调节的意义,细胞水平常见的一种快速调节。,1. 概念: 酶蛋白肽链上一些基团在酶的催化下与某些化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶活性。,二、 酶促化学修饰调节(共价修饰调节),2.共价修饰类型：,（1）磷酸化与脱磷酸（最常见） （2）乙酰化与脱乙酰 （3）甲基化与去甲基 （4）腺苷化与脱腺苷 （5）SH与-S-S互变,Thr Ser Tyr,Thr Ser Tyr,蛋白激酶,蛋白磷酸酶,ATP,Pi,ADP,H2O,酶蛋白,磷酸化的酶蛋白,-OH,-O-PO3H2,酶的磷酸化与脱磷酸化,cAMP信号与糖原降解,1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏 诱导剂、诱导作用 阻遏剂、阻遏作用 2. 酶降解的调控,三、酶蛋白含量的调节,酶活性的调节（快速调节）,酶含量的调节（缓慢调节）,酶原(zymogen)：无活性的酶前体 酶原激活:酶原转化为有活性的酶的过程,四、酶原与酶原的激活,酶原激活的实质：活性中心的形成与暴露,意义：（1）保护自身 （2）酶的储存形式,五、同工酶,催化同一化学反应，但酶分子的组成、理化性质、免疫学性质及电泳行为等都不同的一组酶。,乳酸脱氢酶（LDH）同工酶：,人体某些组织LDH同工酶电泳图谱,心肌梗塞血清LDH1 染色斑点大而深 肝癌血清LDH5 染色斑点大而深,意义：,第五节 酶的命名、分类与活性测定,一、酶的命名： 习惯命名法 系统命名法,第六节 酶与医学的关系,酶与某些疾病发生的关系,酶在疾病诊断上的应用,酶在疾病治疗中的应用,The end,酶促反应高效性机制：有效降低活化能,胰蛋白酶原的激活,急性胰腺炎是胰酶在胰腺内被激活后引起胰腺组织自身消化的化学性炎症。临床以急性上腹痛、恶心、呕吐、发热、血与尿淀粉酶增高为特点。,PKU患者苯丙氨酸羟化酶缺陷,智力低下，60%患儿有脑电图异常，头发细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。,皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素。,白化病酪氨酸酶缺陷,蚕豆病G6PDH缺陷症,血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,AST(GOT)、ALT (GPT)的临床意义,急性肝炎患者血清ALT活性显著升高； 心肌梗死患者血清AST明显升高。,正常成人各组织中AST和ALT活性（单位/g湿组织）,降纤酶,具有溶栓，预防血栓形成以及改善微循环的特性。,五步蛇蛇毒,血凝酶,具有类凝血酶活性 或促凝血酶原激酶活性,两种酶的活性成分均是丝氨