第03章_酶医学ppt课件

1、Enzyme第第3 3章章 酶酶l目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类l酶酶 、 核酶脱氧核酶核酶脱氧核酶酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化活性和特定空间构象的生物大分子蛋白催化活性和特定空间构象的生物大分子蛋白质、核酸。质、核酸。第一节第一节酶的分子构造与功能酶的分子构造与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme酶的不同方式酶的不同方式:单体酶单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级构造的：仅具有三级构造的酶。酶。寡聚酶寡聚酶(oligomeric en

2、zyme)：由多个一样或不同亚：由多个一样或不同亚基以非共价键衔接组成的酶。基以非共价键衔接组成的酶。多酶体系多酶体系(multienzyme system)：由几种不同功能：由几种不同功能的酶彼此聚合构成的多酶复合物。的酶彼此聚合构成的多酶复合物。多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由：一些多酶体系在进化过程中由于基因的交融，多种不同催化功能存在于一条多于基因的交融，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。肽链中，这类酶称为多功能酶。一、酶的分子组成中常含有辅助因子一、酶的分子

3、组成中常含有辅助因子单纯酶单纯酶 (simple enzyme) (simple enzyme)结合酶结合酶 (conjugated enzyme) (conjugated enzyme)结合酶结合酶 蛋白部分：蛋白部分：辅助因子辅助因子酶蛋白酶蛋白 (apoenzyme) (apoenzyme)小分子有机化合物小分子有机化合物金属离子金属离子全酶全酶(holoenzyme)(holoenzyme)决议反响的特异性决议反响的特异性决议反响的类型决议反响的类型成中心、架桥梁、稳构象、减斥力。成中心、架桥梁、稳构象、减斥力。cofactorHoloenzyme全酶全酶Holoenzyme = ap

4、oenzyme + cofactor (脱辅基酶蛋白脱辅基酶蛋白, inactive)activel必需基团必需基团(essential group)l酶的活性中心酶的活性中心(active center)/活性部位活性部位(active sitel活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团l活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团l 结合基团结合基团催化基团催化基团二、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位二、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位三、同工酶三、同工酶同工酶同工酶 (isoenzyme)是指催化一样的化学反是指催化一样的化学反响，而酶蛋白的分子构造理化性质乃至免疫学响，而酶

5、蛋白的分子构造理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。性质不同的一组酶。HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶LDH的同工酶的同工酶心肌堵塞和肝病病人血清心肌堵塞和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1酶酶活活性性心肌堵塞酶谱心肌堵塞酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2345临床意义：临床意义： 同工酶谱的改动有同工酶谱的改动有助于对疾病的诊断。助于对疾病的诊断。 病变时组织细胞病变时组织细胞发生损伤，细胞内的发生损伤，细胞内的某些酶释放到血液使某些酶释放到血液使血液中

6、该酶的活性升血液中该酶的活性升高。例如，心肌堵塞高。例如，心肌堵塞时，心肌细胞损伤使时，心肌细胞损伤使血液中血液中LDH1,2LDH1,2活性添活性添加加. . CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM)脑脑 心肌心肌 骨骼肌骨骼肌肌酸激酶肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶同工酶第二节第二节 酶的任务原理酶的任务原理The Mechanism of Enzyme Action在反响前后没有质和量的变化；在反响前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反响；只能催化热力学允许的化学反响；只能加速可逆反响的进程，而不改动反响的平衡点。只能加速可逆反响的进程，而不改

7、动反响的平衡点。酶与普通催化剂的共同点：酶与普通催化剂的共同点：一极高的催化效率一极高的催化效率二高度的特异性二高度的特异性三可调理性三可调理性一、一、 酶促反响的特点酶促反响的特点第三节第三节酶促反响动力学酶促反响动力学Kinetics of Enzyme-Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction Catalyzed Reaction l研讨某一要素的影响时，其他各要素均恒定。研讨某一要素的影响时，其他各要素均恒定。l何谓酶促反响动力学何谓酶促反响动力学? ?研讨各种要素对酶促反响速度研讨各种要素对酶促反响速度V V的影响，的影响，并加以定量的论述。并加以定

8、量的论述。l影响要素有影响要素有: :酶浓度酶浓度EE、底物浓度、底物浓度SS、pHpH、温度、温度T T、抑制剂抑制剂I I及激活剂等。及激活剂等。l采用反响的初速度采用反响的初速度initial velocityinitial velocity一、底物浓度一、底物浓度SS对反响速度对反响速度V V的影响的影响lS对对V的影响呈矩形双曲线关系的影响呈矩形双曲线关系:l研讨条件研讨条件: :l此矩形双曲线可用米此矩形双曲线可用米- -曼氏方程表示曼氏方程表示bcal矩形双曲线和米矩形双曲线和米- -氏方程的对应关系氏方程的对应关系底物浓度底物浓度S较低时，较低时，V与与S成正比，为一级反响成正

9、比，为一级反响随着底物浓度的添加，随着底物浓度的添加，V不成正比例加速不成正比例加速,介于介于a、c之之间间, 为混合级反响。为混合级反响。达达Vmax,V不再添加为零级反响不再添加为零级反响 Vmaxa、b、c、S 较高时，较高时，初初速速度度VVmaxVmax底物浓度底物浓度S一米曼氏方程式推导l米曼氏方程式推导的条件：米曼氏方程式推导的条件：l推导过程：推导过程：二二Km与与Vmax的意义的意义二、酶浓度二、酶浓度E对对V的影响的影响l当当SE，酶可被，酶可被底物饱和的情况下，底物饱和的情况下，V与与E成正比。成正比。l关系式：关系式：V = K3 E0 V E 当当SE时，时，Vmax

10、 = k3 E E对对V的影响的影响 三、温度三、温度T对对V的影响的影响四、四、 pH对对V的影响的影响l双重影响双重影响l最适最适pH (optimum pH)l 酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH。五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反响速率五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反响速率n酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。变性的物质称为酶的抑制剂。( (一一) ) 不可逆性抑制造用不可逆性抑制造用l举例：举例：抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。抑制剂

11、通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。二二 可逆性抑制造用可逆性抑制造用抑制剂通常以非共价键与酶或酶抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。抑制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 1、竞争性抑制、竞争性抑制l什么是？什么是？l竞争性抑制的详细情形：竞争性抑制的详细情形：l举例举例: :I与与E的的S构造类似共同竞争构造类似共同竞争E的活性中的活性中心，心，防碍防碍E与与S的结合。的结合。2、非竞争性抑制、非竞争

12、性抑制l什么是？什么是？l非竞争性抑制的详细情形：非竞争性抑制的详细情形： I与与E活性中心以外的必需基团结合，活性中心以外的必需基团结合，不防碍不防碍E与与S的结合，的结合， I与与S之间无竞争之间无竞争 。3、反竞争性抑制、反竞争性抑制l反竞争性抑制的详细情形：反竞争性抑制的详细情形：I 只与只与ES结合成结合成EIS，使，使ES的量减的量减少，少，影响产物的生成和影响产物的生成和E的释放。的释放。三种可逆性抑制及无抑制造用的比较三种可逆性抑制及无抑制造用的比较与与I结合的成分结合的成分 E E、ES ES动力学参数动力学参数表观表观Km Km 增大增大 不变不变 减小减小最大速度最大速度

13、 Vmax 不变不变 作用特征作用特征 无无 竞竞 非非 反反 第四节第四节 酶的调理酶的调理The Regulation of EnzymeThe Regulation of Enzymen调理方式调理方式n调理对象：关键酶调理对象：关键酶n 变构调理变构调理 (allosteric regulation)一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改动，从而改动某部分可逆地结合，使酶构象改动，从而改动酶的催化活性，此种调理方式称变构调理。酶的催化活性，此种调理方式称变构调理。一变构酶经过变构调理酶的活性一变构酶经过变构调理酶的活性一、调

14、理酶实现对酶促反响速率的快速调理一、调理酶实现对酶促反响速率的快速调理酶的变构调理是体内代谢途径的重要快速酶的变构调理是体内代谢途径的重要快速调理方式之一。调理方式之一。二酶的化学修饰调理是经过某些化学基团与酶的共价二酶的化学修饰调理是经过某些化学基团与酶的共价结合与分别实现的结合与分别实现的在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改动酶的活性，此过程称为共价修饰。从而改动酶的活性，此过程称为共价修饰。n共价修饰共价修饰(covalent modification

15、) 磷酸化与脱磷酸化最常见磷酸化与脱磷酸化最常见 乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化 SHSH与与S SS S互变互变n 常见类型常见类型酶的化学修饰是体内快速调理的另一种重要方式。酶的化学修饰是体内快速调理的另一种重要方式。酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白三酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶三酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶n酶原酶原 (zymogen)

16、n酶原的激活酶原的激活n酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改动分子构象发生改动构成或暴显露酶的活性中心构成或暴显露酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程n 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义防止细胞产生的酶对细胞进展本身消化，防止细胞产生的酶对细胞进展本身消化，并使酶在特定的部位和环境中发扬作用。并使酶在特定的部位和环境中发扬作用。有的酶原可以视为酶的储存方式

17、。在需求有的酶原可以视为酶的储存方式。在需求时，酶原适时地转变成有活性的酶，发扬其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发扬其催化作用。化作用。二、二、 酶含量的调理包括对酶合成与分解速率的酶含量的调理包括对酶合成与分解速率的调理调理诱导作用诱导作用(induction) 阻遏作用阻遏作用(repression)一酶蛋白合成可被诱导或阻遏一酶蛋白合成可被诱导或阻遏溶酶体蛋白酶降解途径不依赖溶酶体蛋白酶降解途径不依赖ATP的降的降解途径解途径 非溶酶体蛋白酶降解途径又称依赖非溶酶体蛋白酶降解途径又称依赖ATP和泛素的降解途径和泛素的降解途径 二酶降解的调控与普通蛋白质降解途径一样二酶降解的调控与普通

18、蛋白质降解途径一样 第六节第六节 酶与医学的关系酶与医学的关系The Relation of Enzyme and The Relation of Enzyme and MedicineMedicine 血清酶对某些疾病的诊断具有更重要的价值血清酶对某些疾病的诊断具有更重要的价值血清酶血清酶酶水平的改变酶水平的改变病毒性病毒性肝炎肝炎胆管胆管阻塞阻塞肌营养肌营养不良不良急性心急性心肌梗死肌梗死急性胰急性胰腺炎腺炎肿瘤转移到肿瘤转移到其他其他肝肝骨骨胆碱酶酯胆碱酶酯 或或 有机磷化有机磷化合物中毒合物中毒 丙氨酸转氨酶丙氨酸转氨酶 或或 或或 天冬氨酸转氨酶天冬氨酸转氨酶 碱性磷酸酶碱性磷酸酶 骨疾病，骨疾病，骨折骨折酸性磷酸酶酸性磷酸酶 或或 前列腺癌前列腺癌乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 或或 巨幼红细巨幼红细胞性贫血胞性贫血肌酸激酶肌酸激酶 脂酶脂酶 小肠穿孔小肠穿孔小肠穿孔小肠穿孔淀粉酶淀粉酶 -谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶 思索