第5章酶.

第五章酶铜川职业技术学院医学系19:46第1节概述一、酶的概念酶是由活细胞合成的、对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。•目前将生物催化剂分为两类酶、核酶（脱氧核酸酶）酶所催化的反应称为酶促反应，反应中被酶作用的物质称为底物，生成的物质称为产物。酶所具有的催化能力称为酶活性，而酶失去催化能力称为酶的失活。铜川职业技术学院医学系19:46二、酶催化作用的特点1.酶促反应具有极高的催化效率•酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。•酶的催化不需要较高的反应温度。•酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。铜川职业技术学院医学系19:46表4补充酶高度的催化效率酶所催化反应增加的数量级碳酸酐酶107磷酸葡萄糖变位酶1012琥珀酰辅酶A转移酶1013脲酶1014返回铜川职业技术学院医学系19:46铜川职业技术学院医学系19:462.酶促反应的高度特异性（1）绝对特异性酶只能作用于一种底物，进行专一的反应，生成特定结构的反应产物。（2）相对特异性酶作用于一类化合物或一种化学键。铜川职业技术学院医学系19:46（3）立体异构特异性有的化合物有立体异构体，一种酶仅作用于一种立体异构体，3.酶促反应的可调性为适应机体不断变化的内外环境和生命活动的需要，酶促反应速度受多种因素的调控，4、酶的不稳定性。化学本质是蛋白质，极易变性。铜川职业技术学院医学系19:46三、酶的命名和分类一、酶的命名1.习惯命名法——推荐名称2.系统命名法——系统名称铜川职业技术学院医学系19:46一些酶的命名举例铜川职业技术学院医学系19:46•2.酶的分类•（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(或裂合酶类，lyases)•（5）异构酶类(isomerases)•（6）合成酶类(或连接酶类，ligases)铜川职业技术学院医学系19:46第2节酶的分子结构和功能一、酶的分子组成•单纯酶：仅由蛋白质部分组成；•结合酶(全酶)•结合酶只有在二者共同存在时，酶才有活性。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铜川职业技术学院医学系19:46•辅助因子分类•（按其与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。多为小分子化合物FADFMN生物素等辅基(prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。多为金属离子铜川职业技术学院医学系19:46辅基或辅酶所含维生素转移的基团NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）尼克酰胺氢原子(电子)NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）尼克酰胺氢原子(电子)FMN（黄素单核苷酸）维生素B2氢原子(电子)FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素B2氢原子(电子)TPP（焦磷酸硫胺素）维生素B1醛类辅酶A（CoA）泛酸酰基硫辛酸硫辛酸酰基磷酸吡哆醛吡哆醛氨基四氢叶酸叶酸一碳单位生物素生物素二氧化碳辅基或辅酶所含维生素转移的基团NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）尼克酰胺氢原子(电子)NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）尼克酰胺氢原子(电子)FMN（黄素单核苷酸）维生素B2氢原子(电子)FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素B2氢原子(电子)TPP（焦磷酸硫胺素）维生素B1醛类辅酶A（CoA）泛酸酰基硫辛酸硫辛酸酰基磷酸吡哆醛吡哆醛氨基四氢叶酸叶酸一碳单位生物素生物素二氧化碳B族维生素与辅因子的关系辅基或辅酶所含维生素转移的基团NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）尼克酰胺氢原子(电子)NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）尼克酰胺氢原子(电子)FMN（黄素单核苷酸）维生素B2氢原子(电子)FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素B2氢原子(电子)TPP（焦磷酸硫胺素）维生素B1醛类辅酶A（CoA）泛酸酰基硫辛酸硫辛酸酰基磷酸吡哆醛吡哆醛氨基四氢叶酸叶酸一碳单位生物素生物素二氧化碳铜川职业技术学院医学系19:46二、酶的分子结构P35酶的活性中心：酶分子中的必需基团在空间结构上彼此靠近，形成一个具有催化作用的特定空间区域，称为酶的活性中心。活性中心以外的必需基团必需基团活性中心的必需基团结合基团（识别并与底物结合，决定专一性）活性中心催化基团（影响化学键稳定性,决定催化能力）铜川职业技术学院医学系19:46铜川职业技术学院医学系19:46活性中心内底物活性中心外的必需基团结合基团催化基团活性中心结合基团催化基团活性中心外必需基团铜川职业技术学院医学系19:46三、酶原及酶原激活⑴酶原与酶原的激活酶原(zymogen)有些酶在细胞内合成时或初分泌时是以无活性酶的前体形式存在，此前体物质称为酶原。胃蛋白酶原、胰蛋白酶原酶原的激活在一定条件下，由酶原向活性酶转化的过程。胃蛋白酶原在胃酸存在下激活。铜川职业技术学院医学系19:46甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183活性中心甘异缬组丝SSSS赖缬天天天天胰蛋白酶原的激活过程铜川职业技术学院医学系19:46（2）酶原激活的生理意义•1、抵制机体的自消化作用、避免血液在血管内的凝固；（出凝血、急性胰腺炎的发生机制）•2、保证酶的定位作用；•3、保证体内代谢正常进行；•4、可视为酶的储存形式。在需要时，酶原转变成活性酶，发挥其催化功能。铜川职业技术学院医学系19:46四、同工酶(isoenzyme)同工酶:可催化相同化学反应的一组酶互称同工酶。但这些酶蛋白的分子结构、理化性质及其免疫学特性均不同。铜川职业技术学院医学系19:46举例：乳酸脱氢酶同工酶（四亚基酶）的五种类型(LDH1～LDH5)HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)骨骼肌型心肌型铜川职业技术学院医学系19:46*LDH的生理及临床意义•①在代谢调节过程中起着重要的作用；•②可解释发育过程中各阶段特有的代谢特征；•③其酶谱的改变有助于对疾病的诊断；•④可作为遗传标志，用于遗传分析研究中。心肌梗死和肝病病人血清LDH酶谱的变化1酶活性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱2345铜川职业技术学院医学系19:46四、同工酶(isoenzyme)肌酸激酶：二聚体：M（肌型）和B（脑型）CK1（BB）脑型CK2（MB）心肌型CK3(MM)骨骼肌型铜川职业技术学院医学系19:46五、酶的作用机理（了解）1.诱导契和学说酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合，此学说称诱导契合假说。E+SE+PES铜川职业技术学院医学系19:46铜川职业技术学院医学系19:462．邻近效应与定向排列①邻近效应(proximityeffect)指E与S结合形成ES后，使各底物S1S2…Sn之间、E的催化基团与S之间，结合为同一分子，使E活中心有效[S]大大提高，从而使反应速度加快的效应。由于将分子间反应变为分子内反应，因而使[S]有效浓度增加了，反应速度也加大了。铜川职业技术学院医学系19:46邻近效应与定向排列铜川职业技术学院医学系19:463.多元催化同一种酶常常兼有酸、碱双重催化作用。这种多功能基团的协同作用可极大地提高酶的催化效能。4．表面效应酶分子内部疏水性氨基酸较丰富，常形成疏水口袋以容纳并结合底物,防止在底物与酶之间形成水化膜，有利于酶与底物的密切接触。铜川职业技术学院医学系19:46第3节影响酶促反应速度的因素酶促反应速度——在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示酶促反应速度曲线铜川职业技术学院医学系19:46一、底物浓度•※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，被称为米－曼氏方程式，简称米氏方程(Michaelisequation)。•[S]：底物浓度•v：反应速度•Vm：最大反应速度(maximumvelocity)•Ｋm：米氏常数(Michaelisconstant)[][]mmVKvSS铜川职业技术学院医学系19:46Km——反应速度为最大反应速度一半时的[S]。单位是浓度单位：mol/L。VmaxV[S]KmVmax/2maxmaxmVV[]2K[]SSKm＝[S]铜川职业技术学院医学系19:46米氏常数Km的意义1.Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。2.Km可近似表示酶对底物的亲和力。Km越大，酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度则越大，亲和力越小，反应越不易进行；3.Km是酶的特征常数之一,同一酶对于不同底物有不同的Km值。铜川职业技术学院医学系19:46二、酶浓度•当[S]＞＞[E]，几乎所有的酶均被S饱和→[ES]的情况下，•则有：v∝[E]•关系式为：成正比•v=K2[Et]0V[E]酶浓度对反应速度的影响铜川职业技术学院医学系19:46三、pH（P40）•最适pH(pH最适)——酶促催化活性最大时的环境pH。各种酶均有其各自的pH最适（6-8）注：pH最适不一定是pI0酶活性pHpH对某些酶活性的影响胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶246810pH最适pH最适pH最适铜川职业技术学院医学系19:46四、温度双重影响低温状态下，温度升高，体系能量增高，酶促速度也升高；∵酶的本质是蛋白质，体系温度过高，可使酶空间结构发生变化，导致变性，从而酶促速度降低。最适温度——酶促活性达最大时的环境温度。（37℃）低温可降低酶活性，但保护酶分子结构。如：低温保鲜及冬眠。0.51.02.01.50102030405060Vmax温度℃铜川职业技术学院医学系19:46五、激活剂•激活剂(activator，A)•使酶由无活性变为有活性或由低活性变为高活性的物质。•必需激活剂——A不存在时，酶无活性。如：金属离子可与E、ES结合，使酶激活；•非必需激活剂——无A时酶也具有低活性，A可提高酶的催化活性。如：Cl-是淀粉酶的非必需激活剂，铜川职业技术学院医学系19:46六、抑制剂抑制作用的类型1.不可逆抑制作用:竞争性抑制2.可逆抑制作用：非竞争性抑制反竞争性抑制铜川职业技术学院医学系19:461.不可逆抑制作用•*概念•抑制剂以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。•*举例•有机磷化合物使羟基酶失活•解毒物质————解磷定(PAM)•重金属离子及砷化合物使巯基酶失活•解毒物质————二巯基丙醇(BAL)铜川职业技术学院医学系19:46（1）.有机磷化合物(P41-P42)(敌百虫、敌敌畏、农药1605，1059等)临床上用解磷定来治疗有机磷农药中毒。作用机理与胆碱酯酶酶活性中心羟基结合PROR’OOX+HOEPROR’OOOE+HX胆碱酯酶铜川职业技术学院医学系19:46ClHSSCl-CH＝CH-As＋E─→Cl-CH=CH-AsE＋2HClClHSS路易士气巯基酶失活的酶SCH2-SHHSCH2-SCl-CH=CH-AsE＋CH-SH─→E＋CH-SAs-CH＝CH-ClSCH2-OHHSCH2OH失活的酶ＢＡＬ巯基酶ＢＡＬ和砷剂结合物（二巯基丙醇）（2）.金属离子（如重金属As、Hg、Ag等）解毒：二巯基丙醇铜川职业技术学院医学系19:462.可逆性抑制作用**抑制剂通常以非共价键与E或ES复合物可逆结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制*类型非竞争性抑制反竞争性抑制铜川职业技术学院医学系19:46（1）竞争性抑制作用反应模式：+E+SE+PESIEI+Ski铜川职业技术学院医学系19:46+++EESIESEIEPki铜川职业技术学院医学系19:46*特点a)I与S结构相似，竞争酶的活性中心；b)抑制程度取决于I、S与E的相对亲和力及[I]和[S]；c)动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。V[S]maxV[