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目录Enzyme第3章酶目录酶的概念酶是一种生物催化剂。酶是一类对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质和核糖核酸。目录第一节酶的分子结构与功能TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme目录酶的不同形式:单体酶(monomericenzyme)：仅具有三级结构的酶。寡聚酶(oligomericenzyme)：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系(multienzymesystem)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶(multifunctionalenzyme)或串联酶(tandemenzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。目录一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子(cofactor)金属离子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)结合酶(conjugatedenzyme)单纯酶(simpleenzyme)目录全酶分子中各部分在催化反应中的作用:酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质目录金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。金属激活酶(metal-activatedenzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。金属离子是最多见的辅助因子目录金属离子的作用：参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；稳定酶的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。目录小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。目录转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称所含的维生素氢原子（质子）NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素PP）之一NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素PP）之一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）醛基TPP（焦磷酸硫胺素）维生素B1（硫胺素）酰基辅酶A（CoA）泛酸硫辛酸硫辛酸烷基钴胺素辅酶类维生素B12二氧化碳生物素生物素氨基磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素B6之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位四氢叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用目录一、维生素B1形成辅酶焦磷酸硫胺素（一）焦磷酸硫胺素是维生素B1的活性形式焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate,TPP)NNCH3CH2NH2SCHN+CH3CH2CH2OPOHOOPOOHOH硫胺素(thiamine)目录TPP是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮酶的辅酶在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性1.生化作用脚气病，末梢神经炎（二）维生素B1在糖代谢中具有重要作用，缺乏可引起脚气病2.缺乏症目录二、维生素B2是FAD和FMN的组成成分维生素B2又名核黄素(riboflavin)体内活性形式为黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)（一）FAD和FMN是维生素B2的是活性形式目录VitB2FMNAMPFADⅠⅡⅢNNCNHNCOOCH3CH3CH3HCOHHCOHHCOHH2CPOOHOOOHOPOCH3OOHOHNNNNNH2目录生化作用：FMN及FAD是体内氧化还原酶(如脂酰CoA脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起氢传递体的作用.缺乏症：口角炎，唇炎，阴囊炎等（二）FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基目录三、维生素PP又称抗癞皮病维生素维生素PP包括：尼克酸(nicotinicacid)尼克酰胺(nicotinamide)体内活性形式：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+)（一）维生素PP是NAD+和NADP+的组成成分N+OCH2OPOOHPOOOHOOHOOPOHOHNNNNNH2OCH2OOHCONH2RNAD+：R为HPOOHOHNADP+：R为尼克酰胺目录1.生化作用（二）维生素PP缺乏可引起癞皮病2.缺乏症:癞皮病3.大量长期服用会中毒,肝损伤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，起传递氢的作用。目录四、泛酸主要参与酰基转移反应泛酸(pantothenicacid)又名遍多酸体内活性形式为辅酶A(CoA)、酰基载体蛋白(ACP)（一）泛酸在辅酶A和酰基载体蛋白分子中发挥作用（二）泛酸参与酰基转移反应CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用。NNNNNH2OCH2OOHOPO3H2OHOOPPOOOHCH2CCH3CH3COHHCONHCH2CH2CONHCH2CH2SH泛酸4-磷酸泛酰巯基乙胺CoA的结构式目录五、生物素参与CO2固定反应（一）生物素(biotin)的来源广泛（二）生物素是多种羧化酶的辅基生物素是体内多种羧化酶(如丙酮酸羧化酶、乙酰CoA羧化酶)的辅基，与羧化酶蛋白中赖氨酸残基的-氨基以酰胺键共价结合，形成生物胞素残基，参与CO2固定过程。目录（三）生物素参与细胞信号转导和基因表达生物素还可使组蛋白生物素化，从而影响细胞周期、转录和DNA损伤的修复。CHSCHCH2NHCHNHO(CH2)4COOH与羧基结合生成羧基生物素与赖氨酸残基ε-氨基结合成生物胞素目录六、维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺（一）维生素B6的磷酸酯是其活性形式维生素B6包括吡哆醇(pyridoxine)、吡哆醛(pyridoxal)和吡哆胺(pyridoxamine)。活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺目录磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，用于治疗小儿惊厥、妊娠呕吐和精神焦虑。磷酸吡哆醛也是-氨基-酮戊酸合酶（ALA合酶）的辅酶。缺乏导致低血色素小细胞性贫血和血清铁增高。磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代谢酶的辅酶，缺乏引起高同型半胱氨酸血症。（二）磷酸吡哆醛的辅酶作用多种多样1．磷酸吡哆醛是多种酶的辅酶目录2．磷酸吡哆醛可终止类固醇激素的作用作用机制：将类固醇激素-受体复合物从DNA中移去，终止这些激素的作用。维生素B6缺乏：可增加人体对雌激素、雄激素、皮质激素和维生素D作用的敏感性。3．维生素B6缺乏不多见，而过量可引起中毒日摄入量超过200mg可引起神经损伤，表现为周围感觉神经病。目录叶酸(folicacid)又称蝶酰谷氨酸体内活性形式为四氢叶酸(FH4)七、叶酸以四氢叶酸形式参与一碳单位代谢（一）四氢叶酸是叶酸的活性形式（二）四氢叶酸是一碳单位的载体FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。N5、N10是一碳单位的结合位点。目录缺乏症：巨幼红细胞贫血高同型半胱氨酸血症和DNA低甲基化叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+二氢叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+四氢叶酸5,6,7,8-四氢叶酸N1N3CH6NH57NH8NH2OHCH29NH10CONHCHHOOC(CH2)2COOH目录维生素B12又称钴胺素(coholamine)体内活性形式为甲基钴胺素5-脱氧腺苷钴胺素八、维生素B12是含钴维生素（一）维生素B12的吸收需要内因子胃酸胃蛋白酶B12B12蛋白质亲钴蛋白亲钴蛋白B12胰蛋白酶B12内因子IF-B12回肠吸收目录R：-CH3甲基钴胺素R：5`-脱氧腺苷5`-脱氧腺苷钴胺素目录VitB12是N5-CH3-FH4转甲基酶（甲硫氨酸合成酶）的辅酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸。VitB12缺乏：相应缺乏症：巨幼红细胞贫血高同型半胱氨酸血症（二）维生素B12影响一碳单位的代谢和脂肪酸的合成一是引起甲硫氨酸合成减少；二是影响四氢叶酸的再生。目录5’-脱氧腺苷钴胺素是L-甲基丙二酰CoA变位酶的辅酶，催化琥珀酰CoA的生成。B12缺乏时，L-甲基丙二酰CoA大量堆积，影响脂肪酸的正常合成。相应缺乏症：神经疾患目录辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prostheticgroup)。辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如FAD、FMN、生物素等。目录二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。必需基团(essentialgroup)目录指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。酶的活性中心(activecenter)目录活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。活性中心外的必需基团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目录三、同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。定义目录根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。目录HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)乳酸脱氢酶的同工酶举例1目录举例2BBMMMCK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑心肌骨骼肌肌酸激酶(creatinekinase,CK)同工酶BB目录*生理及临床意义在代谢调节上起着重要的作用；用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化1酶活性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱2345目录第二节酶的工作原理TheMechanismofEnzymeAction目录在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。酶与一般催化剂的共同点：目录（一）酶促反应具有极高的效率一、酶促反应的特点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。目录酶的催化效率可用酶的转换数(turnovernumber)来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下，每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。目录根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：绝对特异性(absolutespecificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。相对特异性(relativespecificity)：作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立体异构体中的一种。目录（三）酶促反应的可调节性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。包含三个方面的调节对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等目录二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的活化能(activationenergy)实现的。活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。目录反应总能量改变非催化反应活化