第二章酶

1第二章酶第一节酶的一般概念一.酶的概念：酶是由生物活细胞产生的，具有高度专一性和极高催化效率的生物催化剂。在生物体内，存在着很多酶：如胃蛋白酶、丙酮酸脱氢酶、己糖激酶等等。对整个新陈代谢的协调、调节，都是通过酶的调节进行的，一旦酶的调控失调，代谢就会紊乱，引起疾病或死亡。如：有机磷农药的中毒、KCN、CO等的中毒。二.酶的化学本质1926年,Sumner从刀豆分离到脲酶结晶,并证明酶是蛋白质,证据：1．由氨基酸通过肽键连接而成2．具有一、二、三、四级结构3．有两性电解质的性质：阴、两性、阳离子形式4．受物理、化学等因素影响而变性失活5．水溶液具有胶体性质6．能被蛋白酶水解，氨基酸顺序已搞清楚，可人工合成•酶非蛋白质证据80年代,Cech和Altman发现L19RNA具有多种酶的催化功能，这说明有催化作用的生物催化剂不一定是蛋白质。将这类具有催化作用的RNA称为ribozyme（核酶）2三.酶的催化特性（一）酶具有很高的催化效率•比一般化学催化剂高107～1013倍,比非催化反应高108～1020倍。(二)酶具有高度的专一性(specificity)专一性(specificity)——酶只作用于一类化合物或一定的化学键，催化一定类型的化学反应，并生成一定的产物。底物(S)——通常把酶作用的反应物称为底物（substrat）。1．绝对专一性(absolute～)：只能催化一种底物发生一定类型的反应。如脲酶2．相对专一性(relative～)：酶能作用于一类底物或一种化学键,又分键专一(作用于共价键)和基团专一(对基团有选择)。1）如脂肪酶（键专一）：2）蛋白酶（基团专一）：3．立体专一性立体专一性（stereochemical～）——作用于底物立体异构体中的一种。（三）反应条件温和常温（体温）、常压（1个大气压）、pH值近中性。（四）酶易变性失活高温、强酸碱等条件下容易变性失活（五）体内的酶活性是受调控3通过激素、激活剂和抑制剂对酶活性进行调节。五.酶活性及其测定（一）酶活力(酶活性):酶催化底物化学反应的能力。酶反应速度的表示方法有两种:用单位时间内底物浓度的减少量来表示;如：CAT的测定，H2O2的减少量用单位时间内产物浓度的增加量来表示;如：SOD、POD的测定（二）酶活单位：在最适的条件下，每分钟催化减少1μmol／Ｌ底物或生成1μmol／Ｌ产物所需的酶量为一个国际单位（IU）。1972年又推荐以催量单位(katal)来表示酶的活性单位。1催量(1kat)指：在最适的条件下，每秒钟使1mol／Ｌ底物转化为产物所需的酶量。１kat＝６×10７IU（三）比活力比活力——是指每毫克蛋白质中所具有的酶活力。比活力=酶活力单位数÷蛋白质重量(mg)比活力表示酶制剂的酶含量和纯度的大小。本节要点1.概念：酶、酶活。2.酶的催化作用特性。3.酶的化学本质。44.酶活单位第二节酶的化学结构一.酶的分类（一）根据酶蛋白结构特点分类1.单体酶：1条肽链组成，分子量13000～35000，如胰蛋白酶等水解酶，这类酶数量不多。2.寡聚酶：几个或几十个亚基(有的蛋白质分子由两条以上的肽链通过非共价键相连聚合而成，每条多肽链称为一个亚基)组成，分子量35000～几百万，如乳酸脱氢酶由4个亚基组成，为大多数酶。3.多酶复合体：又称多酶体系，是由几种酶嵌合而形成的复合体，分子量几百万以上，催化连续的一系列相关反应。如丙酮酸脱氢酶复合体由3种酶形成,又如脂肪酸合成酶复合体由7种酶形成。（二）根据酶的化学组成分类：1.单纯酶：只含有蛋白质成分，如：脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。2.结合酶：除蛋白质组分外，还有非蛋白质的小分子物质，只有两者同时存在才有催化功能。单纯酶和结合酶结合酶（全酶）=酶蛋白（apoenzyme）+辅助因子（cofactor）酶蛋白决定酶对底物的专一性、催化效率。辅助因子决定了酶所催化的类型（反应专一性）5酶的辅助因子（统称辅酶）辅助因子——金属离子、小分子化合物，分为辅酶、辅基。辅酶（coenzyme）非共价键与酶蛋白疏松结合,可用透析、超滤分离。辅基（prostheticgroup）：共价键与酶蛋白牢固结合，不易分离。金属离子多为酶的辅基，小分子有机化合物有的属辅酶，有的属辅基。有的酶类兼含有机辅基和金属。如琥珀酸脱氢酶含FAD和Fe。辅助因子的功能：1）作为活性部位的组成成分，参与催化底物反应：金属离子能与酶、底物形成各种形式的三元络合物，保证了酶与底物的正确定向结合，而且还可作为催化基团;对酶分子构象起稳定作用。2）作为电子、氢原子或某些基团的载体，参与反应：Fe、Cu及Mo等金属离子可以通过氧化还原而传递电子完成多种物质的氧化(如铁卟啉是很多血红素蛋白的辅基)；3）小分子有机化合物主要参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团，多为维生素。二.维生素与辅酶1.维生素(Vitamin)：维持细胞正常功能所必需，但需要量很少，动物体内不能合成，必须由食物供给的一类有机化合物。2.功能:主要对新陈代谢过程起着重要的调节作用3.缺乏:引起缺乏症64.分类:脂溶性维生素:A、D、E、K等水溶性维生素：B1、B2、B3(泛酸)、B5(VitPP)、B6、B7(生物素)、B9(叶酸)、B12、C•5．维生素与辅酶：大多数辅酶的前体主要是水溶性B族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。•（1）VitB1:硫胺素•硫胺素是最早发现的一种维生素.1897,Eijkman认为脚气病是由于缺乏米糠中的某种成分引起的,1911年Funk从米糠中提取到这种能治疗脚气病的物质,因为具有胺的性质,称为“Vitamine”.因结构中含有噻唑环(thiazole),而称为thiamin,我国译为硫胺素。&辅酶:TPP是丙酮酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶的辅酶，参与丙酮酸和α-酮戊二酸的氧化脱羧作用。也可作为转酮醇酶的辅酶。&多数天然食物特别是谷物外皮、胚芽、蔬菜等中均含有VB1，瘦猪肉、动物心脏、肝脏、脑的含量较为丰富。&由于VB1分子中噻唑环和嘧啶环之间的化学键作用很弱，因此很易破坏。收获、加工、烹调和贮藏都可造成其损失。如精制稻米和谷类粉由于过渡的碾磨，而使其中的VB1损失殆尽。干燥、高温也能引起VB1的大量损失。&某些食物中含有抗VB1因子。如某些生鱼或海产品，特别是鲤7鱼、鲱鱼、虾中含有硫胺化酶，能裂解VB1分子。&大蒜可增强维生素B1的作用（大蒜可以和维生素B1合成产生一种叫做“蒜胺”的物质。蒜胺的作用比维生素B1还要强）。缺乏症：脚气病、神经炎等（2）VitB2:黄素腺嘌呤单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD）1933年Kuhn从牛奶中分离出，其水溶液具有黄绿色荧光，1935年Kuhn和Karrer同时分别合成了该维生素，称为核黄素。多种氧化还原酶及递氢体的酶辅基，参与递氢作用。功能:作为某些脱氢酶的辅酶，起传递氢原子的作用。VB2缺乏：口角炎、眼角膜炎、唇炎、舌炎、阴囊炎、脂溢性皮炎等。VB2广泛存在于乳类、蛋类、肉类、谷类等。VB2是啤酒中唯一一种含量多的维生素。加工、烹饪和储藏食物过程中VB2有不同程度的损失。精米中大部分丢失。VB2对光十分敏感，牛奶中的损失大多是由于光照造成的，因此宜用深色玻璃瓶来盛装牛奶。由于VB2在碱性溶液中加热极易破坏，因而在加工时应避免使用小苏打等碱性物质。（3）VitB5（Vpp）：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）VB5包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺，又叫抗癞皮病因子。8NAD+、NADP+是多种不需氧脱氢酶的辅酶，递氢、递电子作用,人体缺乏烟酸易引起癞皮病（糙皮病）。动物肝脏、瘦肉、豆类及花生中含有丰富的烟酸,在粮谷类食物中以全谷中含量较丰富。在兽医临床实践中，经常遇到一些2～4月龄的幼猪其周身皮肤覆以棕褐色痂皮，且呈现精神痴呆、食欲减少及生长发育停滞等症状。群众习惯上将其称为“猪癞子”。幼猪发生癞皮病的病因有：1.寄生性螨类所致。2.由于幼猪缺乏B族维生素中的烟酰胺之故。试验研究的结果表明，某种氨基酸如色氨酸，能在动物体内转化为烟酰胺。因此，给幼猪提供富含色氨酸（如谷类）的饲料，亦能防止癞皮病的发生。（4）VitB6:（吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺）辅酶：磷酸吡哆醛功能:作为氨基转移的载体。机理见图。分布：肉类，谷类等，肠道细菌能合成，很少缺乏；水果中香蕉含量丰富，每225克香蕉含B60.8毫克，相当于成年人每天需要量的41%。缺乏症：动物出现贫血、生长停滞、鸡产蛋率降低等,人出现贫血、虚弱、易怒、失眠。9（5）VitB3（泛酸）@泛酸，又称遍多酸，又被称为VB3，1919年发现。泛酸广泛存在于各种食物中，故命名为“pantothenicacid”意为“无所不在”。@泛酸是由α,γ-二羟基-β,β二甲基丁酸与β-丙氨酸经肽键连接而成。@辅酶：辅酶A（CoA），COA为酰基转移酶的辅酶,为酰基载体。@人类食物中广泛存在泛酸，所以缺乏症很少发生。食物加工、烹饪中损失明显。@缺乏症：人、动物生长停滞，饲料转化率低，鸡严重皮炎、羽毛粗糙易脱等（6）VitB7（生物素）@生物素，又称为VH或VB7。是附有一个噻吩环的尿素衍生物。@生物素为羧化酶的辅酶,CO2的载体，羧基暂时与生物素双环系统上的一个氮原子结合。对糖、蛋白质和核酸代谢有重要意义。@广布于动物及植物组织，已从肝提取物和蛋黄中分离。@动物缺乏生物素引起皮肤疾患和脱毛。卵蛋白质含有能与生物素紧密结合的抗生物素蛋白。如大量食用生鸡蛋，因妨碍生物素的吸收，可导致人类生物素缺乏症，加热可使这种抗生物素蛋白失活。@在正常情况下，人类肠细菌合成的生物素足够需要，不会发生生物素缺乏症。10@（7）VitB9（叶酸）@在菠菜中发现，广泛存在于各种绿叶蔬菜中，1941年Mitchell将之称为叶酸。@辅酶：四氢叶酸（FH4），结构及作用机理（见图）@功能:作为一碳基团的载体,如-CH3,-CH2-,-CHO等参与多种生物合成过程,与核酸的合成有关,人体缺乏叶酸会引起巨红细胞贫血。@分布：主要分布于植物叶子和动物肝脏，肠道细菌能合成。@不同食物中叶酸的利用率不同。香蕉最高达82%。高温、长时间烹饪会造成叶酸的大量损失。（8）VitB12维生素B12又称为钴胺素。是唯一含必需矿物质的维生素，因含钴而呈红色，又称红色维生素，是少数有色的维生素。辅酶：甲基钴胺素,5′脱氧腺苷钴胺素，辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应。肉类和肝脏中含量丰富,蔬菜中几乎完全找不到，只有紫菜及海藻类蕴涵，是素食者最容易缺乏的维生素。人体维生素B12需要量极少，肠道细菌也能合成,只要饮食正常，就不会缺乏。是红血球生成不可缺少的重要元素，如果严重缺乏，将导致恶性贫血！11（9）总结：B族维生素及其辅酶形式名称辅酶形式主要作用缺乏病B1TPP丙酮酸脱氢酶的辅酶脚气病B2FMNFAD脱氢酶的辅酶，递氢口角炎等B3CoA酰基转移酶的辅酶B5NAD+、NADP脱氢酶的辅酶，递氢、递电子作用癞皮病B6磷酸吡哆醛氨基转移的载体B7生物素羧化酶的辅酶B9FH4一碳基团的载体巨红细胞贫血B12甲基钴胺素甲基的载体恶性贫血本节要点1.概念：单体酶、寡聚酶、多酶复合体；单纯酶、结合酶；维生素。2.维生素与辅酶:B族维生素名称、别名、辅酶形式与作用、存在部位、主要缺乏病。第三节酶结构与功能的关系一.酶活性中心和必需基团1．酶活性中心(部位)(activesiteorcenter)：定义——酶分子中能直接与底物结合并催化底物发生化学反应的部位。结合部位：酶分子中与底物结合的部位或区域12催化部位：酶分子中促使底物发生化学变化的部位•结合基团：与底物结合的基团•催化基团：催化底物反应的基团结合部位决定酶的专一性．催化部位决定酶所催化反应的性质。2.必需基团必需基团——直接参与对底物分子结合和催化的基团以及参与维