酶酶的分子结构和辅基作用讲解

1、酶1酶的分子结构和辅基作用讲解酶2酶（Enzyme） 是由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质,又称为生物催化剂(biocatalyst)。反应通式 E S P (substrate) （product ）酶3本章讨论内容酶的分子组成及活性酶促反应的特点与机制酶促反应动力学酶的命名、分类和活性测定酶与医学的关系酶4 第一节 酶的分子结构 一. 酶的分子组成 二. 酶的活性中心酶5 一. 酶的分子组成 单纯酶酶 酶蛋白 结合酶 无机金属离子 （全酶） 辅助因子 辅酶 *低分子有机物 （ 最大活性形式） 辅基 酶6 辅酶与辅基的比较 辅酶以非共价键与酶蛋白结合（疏松） 可以用透析或超滤方法去除之；低分

2、子有机物 （辅因子） 辅基以共价键与酶蛋白结合 （紧密） 不能用透析或超滤方法去除之。 （辅酶和辅基中均含有B族维生素） 酶7维生素与辅酶维生素辅酶(基)形式主要作用维生素B1TPP传递羟乙基维生素B2FMN、FAD递氢体维生素PPNAD+、NADP+递氢体维生素B6磷酸吡哆醛（胺）氨基传递体泛酸辅酶A转移酰基生物素生物素固定CO2叶酸四氢叶酸一碳单位 载体维生素B12甲基-B12转移甲基硫辛酸硫辛酸递氢和转移酰基维生素C抗坏血酸参与递氢及羟化反应 酶8 相同的辅酶（基）与不同的酶蛋白结合成催化特异性不相同的结合酶。举例：乳酸脱氢酶（LDH）苹果酸脱氢酶 酶蛋白不同， 有不同的催化特异性 ：

3、L-乳酸 NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+苹果酸 NAD+ 草酰乙酸 + NADH+H+ 两者含相同辅酶： NAD+ （递氢体）LDH苹果酸脱氢酶酶9 在酶促反应中： 酶蛋白作用：决定催化特异性； 结合酶 辅酶或辅基作用： 起传递电子、原子和某些基团的作 用，从而决定催化反应类型。酶10 单体酶 寡聚酶酶的存在形式 多酶体系 串联酶酶11 在酶分子表面特定区域上有些特殊基团，可与底物结合，并催化底物转变为产物，这个区域称为酶的活性中心（active center）。酶活性中心的必需基团（essential group）结合基团催化基团 二. 酶的活性中心酶12 酶的活性中心示意图活性中

4、心必需基团结合基团结合底物，形成酶-底物复合物ES；催化基团催化底物转变为产物。酶13第二节 酶促反应的特点和机制 一. 酶促反应的特点 二. 酶促反应的机制 三. 酶原与酶原激活 四. 同工酶酶14 一、酶促反应的特点 （与一般无机催化剂比较）共性：两者都能催化热力学上允许的化学反应；用量少，催化效率高；不改变反应的平衡点；降低反应所需的活化能。 S S* P （V S*） 基态 活化分子 产物 活化能 快酶15酶16高度的不稳定性绝对特异性（脲酶）相对特异性（酯酶）立体异构特异性 （乳酸脱氢酶） 高度的催化效率 高度的特异性 酶活力的可调节性特殊性（酶促反应的特点）酶17 E + S ES

5、 E + P 2H2O2 2H2O + O2 需活化能 活化分子数 反应速度无催化剂 73kJ/mol 少 慢铂作催化剂 49kJ/mol 快酶作催化剂 8kJ/mol 大大加快外加一定能量 单位体积内中间产物学说酶18二、酶促反应的机制（一）决定酶作用高效率的机制邻近效应与定向排列表面效应多元催化酶19（二）决定酶作用特异性的机制诱导契合学说E + S ES E + P酶20 三. 酶原与酶原激活1. 酶原(zymogen) 无活性的、酶的前体。 酶原激活 酶原激活举例（胰蛋白酶原的激活过程）4. 意义 （1） 保护组织免遭自身消化； （2） 保证应激需要。 酶21胰蛋白酶原的激活过程丝组缬

6、天天天天赖异缬甘缬异组丝缬天天天天赖S-SSSSSS - S离子键或氢键六肽肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶 trypsin酶22四、 同工酶 （isoenzyme） H型 乳酸脱氢酶（LDH） 四聚体, 5种同工酶 M型LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5H4H3MH2M2HM3M4酶23LDH同工酶在人体各组织器官中的分布同工酶百分比组织器官 LDH 1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5心肌 67 29 4 1 1 肾 52 28 16 4 1 肝 2 4 11 27 56骨骼肌 4 7 21 27 41红细胞 42 36 15 5 2肺 10 20 30 25 15胰腺 30 15 5

7、0 5脾 10 25 40 25 5子宫 5 25 44 22 4酶24LDH同工酶的功能葡萄糖 丙酮酸 乳酸（LDH5：丙酮酸还原酶）三羧酸循环 丙酮酸 乳酸（LDH1：乳酸脱氢酶）经血液运输NADH + H+NAD+ 氧化磷酸化ATP骨骼肌心 肌酶25H型与M型亚基性质差别 H型亚基分子量小于M型亚基 H型亚基带电量多于M型亚基 LDH同工酶谱分析的临床意义：LDH1： 染色斑点大而深帮助诊断心肌梗塞；LDH5： 染色斑点大而深帮助诊断肝癌。 各类LDH有不同的分子量和带电量利用电泳技术可使彼此间分离开来酶26第三节 酶促反应动力学 酶浓度 E 底物浓度 S 温度 ( T ) 酸碱度 (

8、pH ) 抑制剂 i 激活剂 a酶27一、酶浓度对酶促反应速度的影响条件：S E E酶浓度反应速度E2E1酶28二、底物浓度对酶促反应速度的影响Km(一) 矩形双曲线图形E + S ES E + P 中间复合物学说酶29 1. 米氏常数（Km）意义： （ 1） = 1/2 Vmax， Km = S （ 2） Km 可以近似地代表E与S的亲和力 Vmax. S （二） 米氏方程式 = Km + S *Km越小，表示E与S亲和力越大； *对于多底物，Km越小者，为酶的最佳底物。酶30 2. Km值和Vmax值的测定（双倒数作图法） 酶31三、温度对酶促反应速度的影响在一定温度范围内，T 酶活性 ，

9、T 酶活性；T 超过一定范围时， 酶反而变性失活； 最适温度酶活性最高、变性程度 最小时的温度。酶32四、pH对酶促反应速度的影响pH：影响酶活性中心上的必需基团和底物基团的解离程度最适 pH酶与底物处于最佳解离状态，利于形成【ES】,反应速度最大时的pH。体外实验选取相应pH的缓冲液6 最适PH 10 PH反应速度/相对活力胰蛋白酶酶33五、激活剂对酶促反应速度的影响凡能提高酶活性的物质，统称为酶的激活剂。 （大部分是离子或简单的有机化合物）必需激活剂非必需激活剂 如，Cl-是唾液淀粉酶的激活剂酶34 六、抑制剂对酶促反应速度的影响 巯基酶抑制剂 *专一性抑制 丝氨酸酶抑制剂 不可逆抑制 非

10、专一性抑制抑制作用 * 竞争性抑制作用 可逆性抑制 非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用酶35（一）不可逆抑制作用 irreversible inhibition i 以共价键与E活性中心上的必需基团 结合，从而抑制酶活性。这种i不能用透析、超滤等物理方法 除去。常见抑制剂： 丝氨酸酶抑制剂 巯基酶抑制剂酶361、巯基酶抑制剂 抑制剂：重金属离子：Ag+、Hg2+、砷剂（As3+）等巯基酶失活的酶分子Cu2+: 是唾液淀粉酶的抑制剂酶372、丝氨酸酶抑制剂 抑制剂：有机磷化合物（胆碱酯酶）丝氨酸酶丝氨酸酶解磷定酶38乙酰胆碱 + H2O胆碱 + 乙酸胆碱酯酶有机磷杀虫剂胆碱能神经过度兴奋 中毒

11、（心跳变慢、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难）酶39（二）可逆性抑制作用 reversible inhibition i 与E或ES以非共价键结合，从而抑制酶活性。 这种i可用透析、超滤等方法除去。 * 竞争性抑制作用分类： 非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用酶40ESEESII 1、竞争性抑制(competitive inhibition)E + S ES E + PI+EI i 结构与s 结构相似，互相竞争 与 酶活性中心结 合，从而抑制酶活性。酶41丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制CH2COOHCH2COOH琥珀酸脱氢酶H-C-COOHHOOC-C-HCH2-COOHCOOH（-）succ

12、inatefumaratemalonate酶42磺胺类药物的竞争性抑制作用磺胺药与PABA相互竞争与FH2合成酶结合(p-aminobenzoic acid, PABA） sulfa drugs酶43 PABA二氢蝶呤啶谷氨酸FH2合成酶 磺胺类药物FH2FH2还原酶 MTXFH4相互竞争相互竞争磺胺类药物的抑菌机理（-） （-）氨甲蝶呤（methotrexate, MTX）促进核酸 的合成酶44 竞 争 性 抑 制 作 用 特 点 1. i与S结构相似； 2. i与S互相竞争与 酶 活性中心结合； 3. 抑制程度取决于i 和S的相对比例； 4. S，可以减少或去除抑制作用。 （Km， Vma

13、x不变）酶452、非竞争性抑制作用(non-competitive inhibition) i 和 s 结构不相似，两者互不干扰同时与酶结 合， 从而抑制酶活性。 E + S ES E + P + + I I EI + S ESI 酶46 非竞争性抑制作用特点 1. i与S结构不相似； 2. i与S互不干扰同时与 酶 结合； 3. 抑制程度只取决于i的浓度； 4. S，不能去除抑制作用。 （Km不变， Vmax）酶473、反竞争性抑制作用 抑制剂仅与酶-底物复合物ES结合，使酶失去催化活性。E + S ES E + P+I ESI酶48第四节 酶的命名、分类和 酶活性测定酶的命名和分类（一）习

14、惯命名法根据底物命名； 2. 根据反应类型命名根据底物反应类型命名（二）系统命名（国际酶学委员会规定，IEC） 系统名称 酶的分类与编号 习惯名称（所有底物反应性质） 1 6 大类 底物 反应类型 1、2亚类 / 大类 1、2亚亚类 / 亚类 酶的特定编号 / 亚亚类4个数字乳酸:NAD+氧化还原酶(EC 1.1.1.27), 乳酸脱氢酶酶49酶的分类与编号氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂解酶类（裂合酶类）异构酶类合成酶类（连接酶类）每种酶的分类编号均有4个数字组成酶50 二. 酶活性测定 1. 酶活性：酶催化某一化学反应的能力 常用单位时间内底物的减少量或产物的生成量来表示酶活性大小。2. 酶

15、活性单位(u): 1) 国际单位 25，最适PH，最适底物浓度，每分钟转化1mol底 物所需的酶量定为1个 国际单位（IU） 催量(Kat)： 每秒钟使1mol底物转化为产物所需的酶量 Kat与IU的换算： 1Kat = 6 x 107 IU酶51酮戊二酸 丙氨酸 谷氨酸 丙酮酸 (37，30 min.)GPT/ALT活性单位定义： 1 ml血清在37、条件下、催化底物发生转氨反应30min., 产生2.5g丙酮酸定为1个谷丙转氨酶单位（U）。 丙酮酸含量（ g ） 1 2.5 g 3. 酶的比活性()ALT / GPT X = GPT (U/ ml 血清)2) 实用单位 根据实验条件而决定酶

16、活性单位（如，GPT）酶52第五节 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酶53一、酶与某些疾病发生的关系 酶缺陷所致的疾病酪氨酸酶缺陷 白化病6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷 蚕豆病苯丙氨酸羟化酶缺陷 苯丙酮酸尿症 酶活性被抑制所致疾病有机磷农药中毒抑制胆碱酯酶重金属离子抑制巯基酶氰化物抑制细胞色素氧化酶酶54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。酪氨酸酶缺陷白化病酶55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。苯丙氨酸羟化酶缺陷苯丙酮酸尿症酶56同型半胱氨酸尿症多发性血栓形成，晶体脱位，身体瘦长，蜘蛛样指（趾），轻中度智力低下酶57二、酶在疾病诊断上的应用常用于临床诊断的血清酶1血 清 酶主 要 来 源主 要 疾 病谷氨酸脱氢酶肝肝实质疾病乳酸脱氢酶心脏、肝、骨骼肌、红细胞、血小板、淋巴结心肌梗死、溶血、肝实质疾病山梨醇脱氢酶肝肝实质疾病丙氨酸氨基转移酶肝、骨骼肌、心脏肝实质病变天冬氨酸氨基转移酶肝、骨骼肌、心