生化生物化学与分子生物学

生物化学与分子生物第三 底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活1897年，EdwardBuchner用不含细胞的酵母提取1926Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，1995年，JackW.Szostak研究室首先了具有DNA连接酶活性DN段，称为脱氧核酶TheMolecularStructureandof酶的不同形式单体酶(monomericenzyme)：单一亚基构成的酶寡聚酶(oligomericenzyme)：由多个相同或不同亚基多酶体系(multienzymesystem)：由几种不同功能的酶多功能酶(multifunctionalenzyme)或串联酶(tandemenzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶一、酶的分子组成中常含有辅助因一、酶的分子组成中常含有辅助因蛋白质部分：酶蛋白(

全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用(prosthetic辅助因子多为小分子的有机化合物或金属离子金属离子是最多见的辅助金属酶金属激活酶(metal-activated某些辅酶（辅基）在催化中的转移的基

小分子有机化合物（辅酶或辅基名 所含的维生氢原子（质子 NAD＋（烟酰胺腺嘌呤二核酸，辅酶

烟酰胺（维生素PP）FMN（黄素单核苷酸 维生素B2（核黄素FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素B2（核黄素醛 TPP（焦磷酸硫胺素 维生素B1（硫胺素 烷 钴胺素辅酶 维生素二氧化 生物 生物氨 磷酸吡哆 吡哆醛（维生素B6之一甲基甲酰基等一碳单

四氢叶 叶维生定义维生素(vitamin)是机体维持正常功能所必需，但在体内不能合成或合成量很少，必须由食物分

脂溶性维生素(lipid-solublevitamin)：水溶性维生素(water-solubleB族维生素和—脂溶性维生素—脂溶性维生素Lipid-soluble共同特点种类VitA,VitD,VitE,Vit（一）、维生素A（一）、维生素A1、化学本质及性天然天然形式A1（视黄醇A2（3-脱氢视黄醇来源2、生化作用及缺乏视黄醛与视蛋白结合发挥其视觉功视视全反视黄异构11-顺视黄还原还原全反视黄11-顺视黄夜盲变视紫红质视紫（11-顺视黄醛光视觉神经冲光视紫（全反视黄醛 缺乏：干眼病维生素A和胡萝卜素是有效的抗氧化维生素A（二）、维生素D（抗佝偻病1、化学本质及性：VitD2（麦角钙化醇 麦角固醇→胆固醇→7-脱氢胆固 →VitD3（紫外照射VitD3的活性形式125(OH)2-维生素（胆钙化醇

肝25-的1α羟化

25-羟维生素（25-羟胆钙化醇骨中的24-羟化125-二羟维生素

2425-二羟维生素（1,25-二羟胆钙化醇

二羟胆钙化醇（24,二羟胆钙化醇2.生化作用及缺乏1,25-(OH)2D3具有调节血钙和组织细胞分化的功1）．调节血钙水平是1,25-(OH)2D3的重要作维生素D缺乏:儿童——佝偻病成人——软骨病(osteomalacia)2）.1,25-(OH)2D3还具有影响细胞分化的功3）.维生素D维生素 酚维生素E具有抗氧化等多方面的功维生素E机制:捕捉过氧化脂质自由基,保护生物膜的结构与功能维生素+基

自由

维生素醌或谷胱甘缺乏维生素E具有调 表达的作上调或下 酚的摄取和降解相关延缓衰脂类摄取与动脉硬化的相 预防和治疗冠状动脉粥样硬化性心脏细胞外基质蛋白 、细胞黏附与炎症的相抗炎、维持正常免疫功细胞信号系统和细胞周期调节的相抑制细胞增殖，抗肿维生素E能提高血红素合成的关键酶活血红素合成关键酶：δ氨基γ酮戊酸(ALA)合酶ALA脱水缺乏：新生儿贫维生素E ：治疗先 （四）、维生素（四）、维生素K1、化学本质及性天天然形式 植物甲萘醌或叶绿 肠道细菌的产人工合成2、维生素K是多种-谷氨酰羧化酶的辅1）．维生素K具有促2）．维生素K对骨代3）．维生素K缺乏可引共同特体内不 种类：B族维生素，维生素1、焦磷酸硫胺素是维生素B1的活性形NN+NOONH2 O NS硫胺素焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate,2、维生素B1在糖代谢中具有重要作用，缺乏可引起脚气病11）生化作TPP是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮酶的22）.缺乏（二）、维生素（二）、维生素11、FAD和FMN是维生素B2的是活性形维生素B2又名核黄素体内活性形式为黄素单核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸

O P COVit

NN O

NN 2、FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅要起氢传递体的作用。缺乏症：口角炎，唇炎，阴囊炎（三）、维生素PP1、维生素PP是NAD+和NADP+的组成成维生素PP包括尼克酸(nicotinic尼克酰胺体内活性形式尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

NNN O

P

ONAD+：R为

2、维生素PP缺乏可引起癞皮1）化作NAD+及NADP+是体内多种不需氧脱氢酶（如苹果酸脱氢酶乳酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作2）乏3）.大量长期服用 ,肝损（四）（四）1、泛酸在辅酶A和酰基载体蛋白分子中发挥作泛酸(pantothenicacid)体内活性形式为辅酶A(CoA)、酰基载体蛋2、泛酸参与酰基转移反CoACoA及ACP基的转移作用O

NNO

CoA的结构

泛

4-磷酸泛

（五）、生物生物素是体内多种羧化酶(如酸羧化酶、乙OOS3、生物素参与细胞信号转导 表生物素还可使组蛋白生物素化，从而影响细胞周期、转录DNA损伤的修复（六）、维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺1、维生素B6的磷酸酯是其活活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆2、磷酸吡哆醛的辅酶作用多种多1）．磷酸吡哆醛是多种酶的辅磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，用于治疗小厥、妊 和精神焦虑磷酸吡哆醛也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的辅酶乏导致低血色素小细胞性贫血 铁增高磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代谢酶的辅酶，缺乏引起型半胱氨酸血症2）．磷酸吡哆醛可终止类固醇激素的作作用机制：将类固醇激素-受体复合物从DNA中移去，终止这激素的作用维生素B6缺乏：可增 对雌激素、雄激素、皮质激素和维素D作用的敏感性3）．维生素B6日摄入量超过200mg（七）、叶酸以四氢叶酸形式参一碳单位代1、四氢叶酸是叶酸的活性叶酸(folicacid)体内活性形式为四氢叶酸2、四氢叶酸是一碳单位的FHFH4移。N5、N10是一碳单位的结合位点叶 二氢叶酸还原

二氢叶

四氢叶二氢叶酸还原二氢叶酸还原N1N1

N3

H5

5678-四氢叶缺乏症：巨幼红细胞贫高同型半胱氨酸血症和DNA低甲基（八）、维生素B12是含钴维生1、维生素B12的吸收需要内维生素B12又称钴胺素5-蛋白

亲钴蛋

亲钴蛋回肠吸

IF-

内因

胰蛋白2、维生素B12影响一碳单位的代谢和脂肪酸的催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸VitB12乏相应缺乏症：巨幼红细胞贫高同型半胱氨相应缺乏症：（九）、维生素C又称抗坏血病维生1、维生素C是对热不稳定的酸性物维生素C又称L-抗坏血酸(ascorbicacid)广泛存在于新鲜蔬菜和水果中动物体内不能合成维生素C O

－2H＋2H

O 维生素 脱氢维生素2、维生素C既是一些羟化酶的辅酶又是强抗氧化1）．维生素C是一2）．维生素C作为3）．维生素C具有增缺乏症：坏血病二、酶的活性中其催化功能的部酶的活性中心(active酶的活性中心或活性部位（activesite）必需基团(essential(binding(binding

(catalytic底催化基结合基

活性中溶菌酶的活性中纳肽多糖的6个单糖基（ABC，之形成氢键和van催化基团是35Glu，52位101位Asp和108定同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质同工酶存在于同一种属或同一的不同使不同的组织、和不同的亚细胞结构断不同的疾病提供了理论依据。HHHHHHHH MM

乳酸脱氢酶的同各组 LDH同工红细白细骨骼心肺肾肝脾LDH102LDH20453LDH416051LDH500005检测组 同工酶的变化有重要的临床意酶在代谢调节上起 重要的作用 助于对疾病

心肌梗死酶正常酶急性肝炎酶 心肌梗死和肝 LDH同工酶谱的变 M M 心 骨骼肌酸激(creatinekinase,CK)同工CK2常作为临床早 TheMechanismofEnzyme酶与一般催化剂的共同点（一）酶对底物具有极高的效的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂（二）酶对底物具有高度的特异酶的特异一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的为两种类型：绝对专一性(absolute生成一种特定结构的产物。如脲酶仅能催化尿素水解体异构体，只能催化一种光学异构体或异构体进行反应。例如乳酸脱氢酶仅催化L-乳酸脱氢生成酸，种类有选择性，而对具体的底物蛋白质种类无严格要求。（三）酶的活性与酶量具有可调节例磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的别构激（四）酶具有不稳定（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化用都是通过降低反应的活化能(activationenergy)实现的。底

非催化反应活化反应产酶促反应活化能的改（二）酶与底物结合形成中间产E+

酶底物复

E+(过渡态(过渡态诱导契合作用使酶与底物程称为酶-底物结合的诱导契合(induced-fit)。酶的诱导契合动这种邻近效应(proximityeffect)与定向排列(orientationarrange)实际上是将分子间的反应变邻近效应与定向排列表面效应使底物分子去溶剂酶的活性中心多是酶分子的疏水“口袋”，化(desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物分子能基团的干扰性吸引和排斥，防止水合。这种现象称为表面效应(surfaceeffect)。胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心“口袋KineticsofEnzyme-Catalyzed酶促反应动力学：研究酶促反应速率及其影响因素酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶反应速率酶促反应速率可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物消耗或产物的生成量来表示一、底物浓度对矩形双曲 VV当底物浓度较低 VV随着底物浓度的增高 VV当底物浓度高达一定程度研究前提①②酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用③（一般在5﹪以内）时的反应速④E+

E+中间产1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底物称米氏方程式(Michaelisequation)。Ｖ＝Km+[S]：Vmax：最大反应速率 umＫm：米氏常数(MichaelisE与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速率取决于慢反应即V=k3[ES]。(1)初始阶段，S的浓度可认为不变即[S]=[St]。（二）Km与Vm是重要的酶促反应动力学参V2=Km+Km=Km可近似表示酶对底物的亲和当所有的酶均与底物形成ES时（即=[Et]），反应速率达到最大，即Vmaxk3[Et]（三）Ｋm值与Ｖmax常通过林-贝氏作图法求V V 1/[S]+-（林－贝氏方程[S]/V=Km/Vmax+Hanes作图V 关系式为：Vk3

当[S]>>[E]时，Vmaxk3酶浓度对反应速率的影促反应的最适温度(optimumtemperature)。的最适pH(optimumpH)。最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液种类与浓度、以及酶纯度等因五、抑制剂可降低酶促反应速酶的抑制剂酶的抑制区别于酶的变性抑制作用的类(irreversible(reversible竞争性抑制(competitive非竞争性抑制 petitive反竞争性抑制 petitive（一）不可逆性抑制剂与酶共价结概举

有机磷化合物解 解磷定重金属离子及砷化合物巯基酶 如：敌百虫 、乐果和马 P

X

P

有机磷化合 羟基 失活的 3时48低浓度重金属离子和砷化合

S

路易士 巯基 失活的 *S CHClS

+

3时48

巯基 BAL与砷剂结合（二）可逆性抑制剂与酶非共价结概抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或 抑制剂可透析超滤方法去。类1.1.抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶与底物形成中间产物，这种抑制作用称为竞争性抑制作用。E+ 反应模

E+

VV动力学特点：Vmax不变，表观

V1V1Km(1[I])1 1举琥珀酸脱氢

丙二

磺胺类药物结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。但酶-底物-抑制剂复合物+I++I+IEE+S+SE+P特抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂抑制程度取决于抑动力学特点：Vmax降低，表观

1/

1V1VKm(1[I])1 1(1[I]Ki反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产定抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作反应模

+

特点•抑制剂只与酶－底•降低，表观Km降

各种可逆性抑制作用的比与I结合的组EE、动力学表观增不减最大速与I结