第三章 酶(中职护理 《生物化学》)

第三章酶九江卫生学校邹湾学习目标掌握酶的概念，酶促反应的特点；酶的分子组成，酶促反应的影响因素。理解酶的活性中心、酶原及酶原的激活、同工酶的概念、竞争性抑制作用的原理的特点。了解酶在医学上的应用。主要内容酶的相关概念酶促反应特点酶的组成、结构与功能影响酶促反应速度的因素酶与临床医学的关系物质代谢是生命活动的基本特征，包含的各种复杂的化学反应，几乎都是在特异的酶催化下进行的。没有酶就没有新陈代谢，也就没有生命活动。目前将生物催化剂分为两类：酶：由活细胞合成的对其特异底物起高效作用的蛋白质。核酶：对核酸具有高效特异催化作用的核酶。第一节酶的概念及酶促反应特点酶：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。酶促反应：由酶所催化的反应。底物（Substrate，S）:在酶促反应中被酶催化的物质。产物（Product，P）:经酶催化所产生的物质。酶活性：酶所具有的催化能力。酶失活：酶丧失催化能力。一，酶的相关概念α-酮戊二酸转氨酶丙酮酸Ala++Glu酶是蛋白质的证据：1酶的化学组成，氮16％。2在水溶液中发生两性解离，有等电点。3水解产物为氨基酸。4凡使蛋白质变性的因素作用于酶也使之变性。（一）酶与一般催化剂的相同点①能加快化学反应速度；②在催化反应前后，没有质和量的改变；③只能催化热力学上可能进行的反应；④只能缩短反应达到平衡的时间，但不能改变化学反应的平衡点。二酶促反应特点二酶促反应特点（二）酶与一般催化剂的不同点1高度的催化效率2高度的特异性3酶活性的不稳定性4酶活性的可调节性例2H2O2→2H2O+O21molH2O2酶能催化5×106molH2O2的分解1molFe3+只能催化6×10-4molH2O2的分解以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催化剂高107～1013倍，比非催化反应高108～1020倍。1，高度的催化效率主要原因:酶→降低反应的活化能活化能：分子从初态到达活化态所需要的能量。活化能↓催化效率↑反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变2，高度的特异性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。酶对底物的这种选择性称为酶的特异性或专一性。绝对特异性相对特异性立体异构特异性分类绝对特异性一种酶只能催化一种底物发生一种特定的化学反应，即酶选择全部结构。如：OCNH2NH2+H2O2NH3+CO2尿素脲酶OCNHNH2+H2O甲基尿素CH3脲酶相对特异性一种酶能催化一类化合物或一种化学键，即酶只能选择底物的部分结构。如：OHOHHHOHHOHCH2OHHCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OHOHHHOHHOHCH2HCH2OHHCH2OHOHHHOHOO11OOOHHHHOHHOHCH2OHH1蔗糖棉子糖蔗糖酶立体异构特异性当底物具有立体异构现象时，一种酶只对底物的某一立体异构体具有催化作用，而对其他立体异构体不起作用。HCH3CCOOHOHHCH3COHCOOHABCABC3，酶活性的不稳定性4，酶活性的可调节性这是酶的化学本质（蛋白质）所决定的，易受pH、温度等理化因素的影响。酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。第二节酶的组成、结构与功能一，酶的分子组成1，按结构分类•只由一条多肽链构成的酶。单体酶•由多个相同或不同亚基以非共价键连接的酶。寡聚酶•由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合体多酶体系2.按分子组成单纯酶：仅由氨基酸构成的酶。结合酶：蛋白质部分→酶蛋白非蛋白质部分→辅助因子一，酶的分子组成全酶3.按辅助因子与酶蛋白结合的紧密程度不同辅酶：与酶蛋白的结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。辅基：与酶蛋白的结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。辅助因子的化学本质：有机化合物和金属离子。一，酶的分子组成例：维生素B族VitB1:以焦磷酸硫胺素（TPP）的形式参与糖代谢中某些物质脱羧反应。来源：种子的外皮和胚芽中（米糠、黄豆芽、土豆等）作用：促进碳水化合物的的代谢。尤指糖代谢。疾病：VitB1缺乏会导致“脚气病”。脚气病临床表现：脚气病主要累及神经系统、心血管系统和水肿及浆液渗出。临床上以消化系统、神经系统及心血管系统的症状为主，常发生在以精白米为主食的地区。其症状表现为多发性神经炎、食欲不振、大便秘结，严重时可出现心力衰竭，称脚气性心脏病；还有的有水肿及浆液渗出，常见于足踝部其后发展至膝、大腿至全身，严重者可有心包、胸腔及腹腔积液。治疗：人工合成的VitB1，最主要的是合理膳食，用食疗方法，多食含VitB1多的食物，尽量不吃精白米。脚气定义：是由真菌感染所引起的一种常见皮肤病，又叫脚湿气、香港脚。临床表现：可出现水泡、糜烂、脱皮、干裂、瘙痒等症状。治疗：广谱抗真菌药物，注意个人卫生。脚气病≠脚气4.辅助因子与酶蛋白的关系①完整的全酶才具有催化作用；②一种辅助因子可与多种酶蛋白结合组成多种不同催化功能的酶，而一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合形成一种特异性的酶；③酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的性质一，酶的分子组成（一）必需基团定义：与酶的活性密切相关的基团。常见的必需基团：His的咪唑基Ser和Thr的羟基Cys的巯基二，酶的活性中心（二）酶的活性中心由酶的必需基团在空间结构集中在一起形成的，能与底物特异结合并将底物转化为产物的特定空间区域。分类：二，酶的活性中心酶活性中心内的必需基团酶活性中心外的必需基团*酶活性中心内的必需基团：*酶活性中心外的必需基团：‡结合基团：与底物相结合，使底物与酶形成复合物‡催化基团：影响底物中某些化学键，催化底物发生化学反应并将其转化为产物不参与活性中心的组成，但为维持活性中心的空间构象所必需。底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心酶原：由活细胞合成分泌后，暂时没有催化活性的酶的前身物质。酶原的激活：在一定条件下，酶原转变为有活性的酶的过程。实质：酶的活性中心形成或暴露的过程。三，酶原与酶原的激活酶原激活的机理酶原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程*酶原激活的生理意义：①避免某些细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，对机体起保护作用。例：消化系统的某些酶（胃蛋白酶）以酶原形式存在，避免了细胞的自身消化。②保证酶原在其特定的部位与环境发挥其催化作用，保证体内物质代谢正常进行。例：血液中的凝血因子在血循环中以酶原的形式存在，防止血管内凝血，保证血液在正常情况下血液的畅通。血管内皮损伤→释放某些物质→激活凝血因子→凝血作用定义：指酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学特性均不同，但催化的化学反应相同的一组酶。例：乳酸脱氢酶（LDH)四聚体酶骨骼肌型（M型）亚基心肌型（H型）四，同工酶HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)乳酸脱氢酶的同工酶*乳酸脱氢酶(LDH1～LDH5)亚基:分布:心肌细胞中较多肝、骨骼肌细胞中较多临床意义：心肌受损LDH1↑肝细胞受损LDH5↑12345酶活性迁移位置酶活性迁移位置ab(a)LDH同工酶电泳图谱(b)（a）正常人LDH同工酶电泳图谱,（b）心肌梗塞病人血清LDH同工酶电泳图谱12345五，调节酶机体内酶活性调节的两种方式：变构调节共价修饰(一)变构酶（非共价键）变构调节：特异性的代谢物分子以非共价键的方式与酶活性中心以外的部位，可逆的结合，改变酶的构像，进而改变酶的活性。变构调节剂：加快反应速度→变构激活剂降低反应速度→变构抑制剂五，调节酶（二）共价修饰酶（共价键）1,定义：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，从而改变酶的活性。2,过程：酶：无活性（低活性）→有活性（高活性）五，调节酶常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化－SH与－S－S互变第三节影响酶促反应速度的因素酶促反应速度（V）:指单位时间内反应系统中底物的消耗量或产物的生产量。酶浓度底物浓度温度pH激活剂抑制剂‡影响酶促反应速度的因素有：一，酶浓度的影响当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。V=k[E]0V[E]酶浓度对反应速度的影响二，底物浓度的影响1，A---B[S]与V正比关系2，B---C[S]与V正变关系V逐渐下降3，C----[S]增加，V不变，达到最高，即Vmax在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。ABC1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度Ｋm：米氏常数ＶVmax[S]Km+[S]＝ABCKm＝[S]2＝Km+[S]VmaxVmax[S]ＶVmax[S]Km+[S]＝当V=1/2VmaxKm值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是mol/L。定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。意义：Km是酶的特征性常数之一，可判断E与S的亲和力，二者呈负相关。Km可判断E作用的天然底物。Km最小的底物为E的天然底物。可判断E对正逆两相反应的催化效率。Km值的意义三，温度的影响双重效应当在较低温度时，温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高到一定程度后，可引起酶的变性，从而反应速度降低。T60℃酶开始变性T80℃酶的变性不可逆最适温度酶促反应速度最快时的环境温度。←反应速度温血动物组织中的酶的最适温度：35~40℃酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶恢复活性。低温麻醉：指在全麻作用下，用物理降温法将患者的体温下降到一定程度，使机体代谢率降低，提高组织对缺氧及阻断血流情况下的耐受能力。在脑手术和心血管手术中有见。应用：低温保存酶制剂四，pH的影响0酶的活性pHpH对某些酶活性的影响胃蛋白酶246810葡萄糖—6—磷酸酶酶活性中心的必需基团往往仅在某一解离状态时才最容易同底物结合或具有最大的催化作用。最适pH：酶催化活性最大时的环境pH。激活剂：凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质均称为酶的激活剂。大多数是金属离子：Mg2+K+Mn2+五，激活剂的影响酶的抑制剂：凡能降低酶活性而又不引起酶变性的物质。方式：通过与酶的活性中心内或外的必需基团结合而抑制酶的催化活性。分类：（根据抑制剂与酶结合的紧密程度不同）六，抑制剂的影响（一）不可逆性抑制（二）可逆性抑制定义：不可逆性抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团紧密结合，使酶失活。不能用透析、超滤除去,但可以用某些药物或化学制剂进行化学解除，使酶活性恢复。（1）羟基酶抑制剂有机磷农药：敌百虫、敌敌畏、1059等中毒机制：乙酰胆碱（Ach)胆碱+乙酸有机磷农药中毒→抑制胆碱酯酶的活性乙酰胆碱堆积→胆碱能神经兴奋症状解毒：解磷定（PAM）注意：中毒的途径、时间、量、抢救时机与方法例1：胆碱酯酶+EOHROPOXR'OROPOOR'OE+HX有机磷化合物磷酰化酶酸EOHORPOOR'NCH3CHNOH+NCH3CHNO+解磷定羟基酶主要症状：1、恶心、呕吐、腹痛腹泻、多汗、流涎、视力模糊、瞳孔缩小、呼吸困难、支气管分泌物增多，严重者出现肺水肿。2、肌纤维震颤，肌肉跳动，牙关紧闭，颈项强直，全身抽搐等。3、头痛、头昏、乏力、嗜睡、意识障碍、抽搐等。严重者出现脑水肿，或因呼吸衰竭而死亡。重金属离子：Hg2+Ag+As3+（砷）Pb（铅）中毒机制：路易士气（砷）+酶分子的巯基结合→中毒解毒：二巯基丙醇（