您好,欢迎访问三七文档
第三章酶Enzyme本章主要内容第一节概述第二节酶的分子结构与功能第三节酶促反应速度的特点与机制第四节影响酶促反应速度的因素第五节酶和医学的关系第一节概述重点:酶的概念与化学本质一、酶的发现与研究简史公元前两千多年,我国已有酿酒记载。“昔者,帝女令仪狄作酒而美,进之禹,禹饮而甘之,曰:‘后世必有饮酒而之国者。’遂疏仪狄而绝旨酒”。刘向战国策;酶:【五音集韻】酒母也。1700s,观察到:胃液对肉的消化;植物提取物和唾液使淀粉转变为糖。1897年,爱德华意外发现并证明发酵过程并不需要完整的活细胞存在。这一贡献彻底推翻“活力论”观点。也打开了通向现代酶学与现代生物化学的大门,1907年的诺贝尔化学奖。1878年,Wilhelm首次提出酶(enzyme)的概念。许多研究者开始鉴定酶的生物化学特性,发现与蛋白质有关;但一些人认为酶不是蛋白质,辩称蛋白质只是酶分子的携带者,蛋白质本身并不具有催化活性。1926年,JamesB.Sumner发现脲酶是一个纯的蛋白质;并于1937年再次发现过氧化氢酶也是蛋白质。约翰.诺斯罗普和温德尔.斯坦利则确认胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶是蛋白质。随后发现的2千余种酶均证明是蛋白质。1946年度诺贝尔化学奖1980s,托马斯.切赫和西德尼.奥尔特曼分别在四膜虫的RNA前体加工和细菌核糖核酸酶P复合物研究中发现:RNA具有催化作用,并提出了核酶的概念。1994年,杰拉尔德.乔伊斯等发现了具有催化活性的DNA(为人工合成),称为脱氧核酶。ThomasR.CechSidneyAltman1989年度诺贝尔化学奖1902年,维克多.亨利提出了酶动力学的定量理论,但没有得到有力的实验证实。1913年,雷奥诺.米歇里斯和其博士后莫得证实了Henri的理论并扩展为米氏方程。随后,布里格斯和霍尔丹又对其进行了扩展。二、酶的概念及化学本质概念:酶是具有催化功能的生物分子。约4000余种,催化生物体内的众多化学反应,并受到精确调节,保证体内代谢的高效有序进行。*酶促反应:由酶催化的反应*底物(substrate):酶所催化的物质*产物(product):酶所催化的底物的转变物SPE酶的化学本质:几乎所有酶均为蛋白质,部分为核酸。核酶(ribozyme):具有催化功能的RNA。第二节酶的分子结构与功能重点:活性中心、必需基团、辅酶/辅基等概念;维生素→辅酶/辅基→作用一、酶的分子组成一、酶的不同存在形式•单体酶:由一条多肽链组成。•寡聚酶:含两条或以上多肽链,即多个相同或不同亚基以非共价键连接形成的酶。•多酶体系:由几种不同功能的酶彼此聚合组成的多酶复合物。•多功能酶:指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或串联酶。蛋白质部分:酶蛋白非蛋白质部分:辅助因子全酶holoenzyme二、酶的分子组成单纯酶:指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。结合酶apoenzymecofactor按照分子组成分为两种:从化学本质上来讲,辅助因子可分为两类:①金属离子:是最常见的辅助因子,约2/3的酶含有金属离子。金属酶:金属离子和酶结合紧密。如羧基肽酶。金属激活酶:金属离子与酶的结合不甚紧密。如己糖激酶等。②小分子有机化合物:通常为维生素或其体内代谢转变生成的衍生物,见后。按照与酶蛋白的结合程度,辅助因子又可分为:①辅酶(Coenzyme):与酶蛋白结合疏松,可用透析或超滤方法除去。②辅基(Prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密,不能用透析或超滤法除去。二、酶的活性中心酶的活性中心:酶分子中某些必需基团在一级结构上可能相距很远,但在空间结构上彼此靠近,形成具有特定空间结构的区域,能与底物特异结合并催化底物转化为产物,这一区域称为酶的活性中心或活性部位。酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位。酶的活性中心(activecenter)胰蛋白酶(TrypsininPancreas)必需基团:指酶分子中氨基酸残基侧链上的一些与酶催化活性密切相关的化学基团。胰凝乳蛋白酶的活性中心ChymotrypsinActivecenter一级结构空间结构活性中心所有基团活性中心内活性中心外的必需基团:维持酶空间构象等必需基团结合基团:结合底物其它催化基团:催化底物转变成产物酶分子中的化学基团:三、酶原与酶原的激活酶原(zymogen):在细胞内合成和初分泌的无活性的酶的前体。酶原激活:在一定条件下,由无活性的酶原转变为有催化活性的酶的过程,其实质是酶的活性中心形成或暴露的过程。酶原及其激活生理意义:可视为有机体对酶活性的一种特殊调节方式,保证酶在需要时在适当的部位、适当的时间发挥作用,避免在不需要时发挥活性而对组织细胞造成损伤。酶原还可以视为酶的一种贮存形式。常见实例:在消化系统、凝血系统中的消化酶原、凝血酶原。胰蛋白酶原的激活过程酶活性的调节(快速调节)酶含量的调节(慢速调节)酶蛋白合成的诱导与阻遏酶蛋白的降解化学修饰变构调节酶原激活等酶的调节Covalentmodification/Chemicalmodification概念:酶蛋白的某些基团在另一种酶的催化下发生可逆的共价修饰,从而引起酶活性的改变,称为化学修饰调节,也称共价修饰调节。主要方式:包括磷酸化和脱磷酸化、乙酰化和脱乙酰化、甲基化和脱甲基化、腺苷化和脱腺苷化等,其中以磷酸化和去磷酸化修饰最常见。酶活性的调节——快速调节1.酶的化学修饰(共价修饰)-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白-OHThrSerTyr酶蛋白ThrSerTyrThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶H2OPi磷蛋白磷酸酶Pi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白ATPADP蛋白激酶ThrSerTyrThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白酶的磷酸化与去磷酸修饰四、同工酶同工酶(isoenzyme)定义:指催化相同的化学反应,但酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质及组织学分布等不同的一组酶。部位:同工酶往往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。临床意义:用于临床诊断。实例:乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,LDH)HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)乳酸脱氢酶的5种同工酶(LDH1~LDH5)乳酸脱氢酶(LDH)LDH是最先发现的同工酶,为四聚体酶。其亚基有两型:骨骼肌型(M型)和心肌型(H型),这两型亚基以不同的比例组成五种同工酶LDH1~LDH5。人体心、肝和骨骼肌LDH同工酶谱组织器官LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5(占总LDH活性的百分比)心35~7028~452~160~60~5肝0~82~103~336~2730~8骨骼肌1~104~188~389~3640~97正常血清27.1±2.834.7±4.320.9±2.411.7±3.357±2.9临床意义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2345五、变构酶酶的变构调节(Allostericregulation)概念:小分子物质与酶蛋白的活性中心以外的某一部位特异地结合,引起酶蛋白分子构象变化,进而改变酶的活性,此现象称为变构效应或变构作用。受变构调节的酶即称作变构酶或别构酶。导致变构效应的小分子物质称为变构效应剂。变构效应剂结合的位点称为变构位点。酶的活性中心所在的位点称为催化位点。变构酶的特点:①变构酶通常是调节代谢的关键酶,在细胞内控制着代谢通路的闸门,催化的反应常是不可逆反应。②其动力学特征不符合米氏方程,V与[S]关系为S形曲线(米氏方程为矩形双曲线)。0.11别构酶与米氏酶的动力学曲线比较二、酶含量的调节1.酶蛋白合成的诱导与阻遏是对编码酶蛋白的基因的表达进行调节。在转录水平上促进酶生物合成的作用称为诱导作用;在转录水平上减少酶生物合成的作用称为阻遏作用。2.酶蛋白的降解酶蛋白的降解与一般蛋白质的降解途径相同,主要包括溶酶体蛋白酶降解途径(不依赖ATP的降解途径)和非溶酶体蛋白酶降解途径(依赖ATP和泛素的降解途径)。六、维生素与辅酶维生素与辅助因子1.定义:维生素是维持人体正常生理功能或细胞正常代谢所必需的营养物质,人体的需要量极小(常以毫克或微克计),但在体内不能合成或合成量很少,必须由食物供给的一类小分子有机化合物。2.主要分为两类:①脂溶性维生素:包括VitA、D、E、K。②水溶性维生素:包括B族维生素、VitC两类。3.B族维生素主要参与形成酶的辅助因子,具体见下表。名称别名活性形式作用VitB1硫胺素TPPα-酮酸氧化脱羧酶的辅基VitB2核黄素FMN;FAD黄素酶的辅基(传递氢)VitPP尼克酸,尼克酰胺NAD+;NADP+多种脱氢酶的辅酶(传递氢)VitB6吡哆醇吡哆醛吡哆胺磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺氨基酸脱羧酶和转氨酶的辅基泛酸遍多酸CoA酰基转移酶的辅酶生物素VitH生物素羧化酶的辅基叶酸FH4一碳单位转移酶的辅酶VitB12钴胺素甲钴胺素甲基转移酶的辅酶维生素与常见的辅酶/辅基(1)VitB2(核黄素)FMN和FAD,是黄素酶的辅基(传递氢)。黄素单核苷酸(FMN)FlavinmononucleotideCH2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)Flavinadeninedinucleotide异咯嗪核醇腺嘌呤FMN和FAD递氢机制RNHNNNOOH3CH3CFMN/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+2HFMNH2/FADH2(氧化型)(还原型)(2)VitPP(尼克酸,尼克酰胺)NAD+/NADP+,多种脱氢酶的辅酶(传递氢)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD+Nicotinamideadeninedinucleotide尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+加上磷酸则为NADP+NAD+(NADP+)的递氢机制NAD+或NADP+(氧化型)NADH或NADPH(还原型)(3)泛酸(遍多酸)辅酶A(CoA),是酰基转移酶的辅酶泛酸巯基乙胺3’-P-ADP第三节酶促反应速度的特点与机制一、酶促反应的特点一、酶催化作用的特点(一)与一般催化剂的共性SPE1.在催化反应的过程中自身的质和量保持不变;2.只能催化热力学上允许的反应;3.只能缩短达到化学平衡的时间,但不改变反应的平衡点即平衡常数;4.加速反应的机制都是降低反应的活化能。(二)酶与一般催化剂的区别—即酶的特性1.高效性2.专一性(高度特异性)3.可调节性4.不稳定性酶与一般催化剂催化效率的比较底物催化剂反应温度反应速度常数尿素H+627.410-7脲酶215.0106过氧化氢Fe2+2256过氧化氢酶223.5107与不加催化剂相比提高108~1020,与普通催化剂相比提高107~10131.酶具有极高的催化效率(高效性)酶的催化效率比非催化反应高约108~1020倍,比一般催化剂高约107~1013倍。酶催化高效率的原因:酶比一般催化剂能更有效地降低反应活化能,促进底物形成过渡态而加快反应速度。•活化能:分子从初态转变为激活态所需的能量。酶促反应活化能的改变2.高度专一性:即酶对底物的高度选择性或特异性。即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,生成一定的产物。常见类型:•绝对专一性、相对专一性•立体异构体专一性•光学异构体专一性HH22NN——CC——NHNH22+H+H22O2NHO2NH33+CO+CO22OO脲酶脲酶HH22NN——CC——
本文标题:生物化学-酶PPT
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3188754 .html