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1、第三章酶与维生素 Enzymeandvitamin 引言日常生活中常常碰到的一些现象 如吃馒头时 多嚼些时候 会感觉到甜 这是因为口腔的唾液里有淀粉酶能把饭中的淀粉分解成为糊精和麦芽糖 医生常会给消化不良的病人吃多酶片 其成分主要是胃蛋白酶 胰蛋白酶 淀粉酶 这些酶能帮助人体将吃进去的蛋白质 淀粉分解成简单的物质 易被肠壁吸收 生物体内的新陈代谢过程包含着许多复杂而又有规律的物质变化和能量变化 这许多化学反应都是在酶催化下进行的 酶和生命活动密切相关 几乎所有的生命过程都有酶参加 主要内容 概述酶催化作用的特点酶的结构与功能维生素与辅酶影响酶催化作用的因素酶活性的调节酶与医学的关系 学习目标
2、掌握 酶的概念及作用特点 结构功能及影响酶促反应速度的因素 B族维生素参与组成的辅酶或辅基的结构与功能 竞争性抑制作用的概念与作用特点 变构调节 共价修饰调节 熟悉 维生素的概念和分类 熟悉同工酶的概念及其临床应用 了解 酶的命名 分类原则及酶活性测定的原理方法 酶与医学的关系 概述 一 酶的定义酶 Enzyme 酶是一类由活细胞产生的 对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质 核酶 ribozyme 具有高效 特异催化作用的核酸 二 酶的化学本质来源 活细胞功能 催化剂化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 三 几个有关名词酶促反应 酶所催化的反应称为酶促反应 底物 substrate S 被
3、酶催化的物质 产物 product P 反应生成的物质 酶活性 酶所具有的催化能力 酶作用的强弱 酶失活 酶丧失催化能力 单体酶 monomericenzyme 由单条肽链构成 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 三 酶的命名和分类酶的命名 1 习惯命名法根据其催化底物来命名 根据所催化反应的性质来命名 结合上述两个原则来命名 有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点 2 系统命名法 1961年国际酶学委员会确定 系统名称 底物名 反
4、应性质分类编号 E C 四个数字 EC 1 4 1 3 EC enzymecommission1 类 氧化还原酶类 4 亚类1 亚 亚类3 亚 亚类中的排序 一些酶的命名举例 依据催化反应的化学性质分 国际酶学委员会系统命名分类法 1 氧化还原酶类 oxidoreductases 催化底物间进行氧化还原反应的酶类 2 转移酶类 transferases 催化不同底物间进行某种基团的转移或交换的酶类 3 水解酶类 hydrolases 催化底物发生水解反应的酶类 4 裂解酶类 lyases 催化一种化合物分解为两种化合物或两种化合物合成为一种化合物的酶类 5 异构酶类 isomerases 催化
5、各种同分异构体间相互转变的酶类 6 合成酶类 ligases synthetases 催化两分子底物合成为一分子化合物 同时耦联有ATP的磷酸键断裂的酶类 酶的分类 依据酶分子中肽链的数目分 单体酶 monomericenzyme 只有一条肽链即可构成有活性的酶 故单体酶仅具有三级结构 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 依据酶催化反应的结构特点为 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
6、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 依据酶的分子组成为 单纯酶 simpleenzyme 仅由氨基酸残基即可组成有活性的酶分子 结合酶 conjugatedenzyme 由蛋白质与非蛋白质部分组成的有活性的酶分子 高度催化效率高度特异性酶催化活性的可调节性酶活性的不稳定性 第一节酶催化作用的特点 酶与一般催化剂的共同点 只能催化热力学上允许进行的化学反应 能缩短反应达到平衡所需的时间 而不能改变平衡点 反应前后本身不发生变化 对可逆反应的正反两个方向都具有的催化作用 都能降低反应所需要的活化能 几个概念 能阈 反应物分子发生化学变化所需最低能量 活化分
7、子 含有高于反应能阈而能起反应的分子 活化能 底物分子从初态转变到活化态所需的能量 酶促反应的特点 一 高度的催化效率酶的催化效率比非催化反应的效率高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 酶比一般催化剂能更有效地降低反应的活化能 酶促反应活化能的改变 二 高度的特异性要求底物具有特定的结构 酶的这种特性称为酶的专一性或特异性 相对特异性 一种酶作用于一类化合物或一种化学键发生化学反应 绝对特异性 一种酶只能作用于一种底物 进行一种专一的反应 生成一种特定结构的产物 立体异构特异性 一种酶只能作用于底
8、物的一种立体异构体 三 酶活性的不稳定性 高度不稳定性 酶对环境因素的变化非常敏感 凡能使蛋白质变性的理化因素都能使酶蛋白变性失活 四 催化活性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 其中包括三方面的调节 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 第二节酶的结构与催化活性 酶的分子组成辅助因子与维生素酶的催化活性与活性中心体内酶的其他存在形式 一 酶的分子组成 单纯酶 仅由氨基酸组成 其活性由蛋白质的结构决定 结合酶 由蛋白质和非蛋白质部分组成 蛋白质部分称为酶蛋白 非蛋白质部分称为辅助因子 二者结合形成的复合物称为全酶
9、全酶 酶蛋白 辅助因子 结合酶的分子组成 结合酶的特点1 酶蛋白和辅助因子单独存在时 均无催化活性 只有当二者结合形成全酶后才有催化活性 2 一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合构成一种特异性的酶 一种辅助因子却可与几种酶蛋白结合构成不同特异性的酶 3 酶蛋白决定酶促反应的专一性 辅助因子决定反应类型 包括 金属离子和小分子有机物 按其与酶蛋白结合的紧密程度可分为辅酶和辅基 辅酶 与酶蛋白结合疏松 用透析或超滤的方法能将其与酶蛋白分离 辅基 与酶蛋白结合紧密 用透析或超滤的方法不能将其除去的称之 辅酶和辅基都是维生素类物质 辅助因子 金属离子的作用1 稳定酶分子构象 2 参与催化反应或传递电子 3
10、 在酶与底物间起桥梁作用 4 中和阴离子降低反应中的静电斥力 根据金属离子与酶结合的形式不同 可将酶分为金属酶和金属活化酶 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 小分子有机物作用 在反应中起运载体的作用 传递电子 质子或转移基团的作用 其结构中常含有维生素或维生素类物质 以辅酶或辅基的形式参与酶的催化过程 小分子有机化合物在催化中的作用 二 辅助因子与维生素 维生素的概念维生素 vitamin 是维持人体正常生命活动所必须的一类小分子有机化合物 调节物
11、质代谢 维持细胞生理功能 维生素的特点1 维生素及其前体都存在于天然食物中2 参与机体正常生理功能 需要量极少 但不可缺少3 不提供热能 一般不为机体组成成分4 在体内不能合成或合成量少 必需由食物供给 维生素的分类 溶于水 体内无储存 B族VitVitC 溶于Fat 肝脏可蓄积 VitADEK 水溶性 脂溶性 B族Vit包括 Bl B2 PP B6 泛酸 生物素 叶酸和B128种维生素 维生素缺乏症的常见原因1 摄入量不足 烹调 储存方法不当2 吸收利用率降低 长期腹泻 消化不良3 需要量增加 生长期儿童 孕妇 重体力劳动者4 药物引起 长期应用广谱抗菌素 抑制肠道正常菌群的生长我国55 以
12、上的人缺乏维生素A 50 以上的人缺乏维生素D 最普遍缺乏的维生素是B1 B2 C 特别是中老年人 缺少维生素C的现象尤为严重 上述五种维生素 就是中国人目前最缺乏的维生素 一 VitB1 硫胺素 化学本质 由含氨基的嘧啶环和含硫的噻唑环组成活性形式 焦磷酸硫胺素 TPP 性质 酸性溶液中耐热性强 碱性溶液中加热易被破坏来源 瘦肉 酵母以及谷类 豆类的外皮和胚芽中含量丰富生理功能 1 TPP是 酮酸脱氢酶系的辅酶 参与 酮酸氧化脱羧2 TPP是转酮醇酶的辅酶 参与磷酸戊糖途径 3 抑制胆碱酯酶 一 VitB1 硫胺素 缺乏症 脚气病 末梢神经炎按其形态和症状分为 干脚气病 组织萎缩 以多发性神
13、经炎症状为主 湿脚气病 组织水肿 以水肿症状为主 婴儿脚气病 主要症状为哭声微弱 发绀 心跳过速 有时伴有呕吐 常发于乳母膳食缺乏维生素B1所喂养的2 5月龄的婴儿 婴儿先天性脚气病 主要症状为致命性的青紫症状 吮吸无力 嗜睡 一 VitB1 硫胺素 二 维生素B2 化学本质 核糖醇和二甲基异咯嗪的缩合物 因呈黄色 所以又称核黄素 活性形式 黄素单核苷酸 FMN 黄素腺嘌呤二核苷酸 FAD 性质 橘黄色针状晶体 较耐热 在酸性溶液中也很稳定 但是对光敏感 易被破坏 来源 动植物食品中广泛存在 以肝 肾 香菇 紫菜中等含量丰富 异咯嗪环的N1位 N5位之间存在共轭双键 能反复接受和释放氢 因此具
14、有可逆的氧化还原特性 生理功能 FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基 主要起递氢体的作用 缺乏病 维生素B2缺乏可引起眼睑炎 唇炎 口角炎 口腔溃疡 舌炎和阴囊炎等 称口腔生殖综合征 严重可造成缺铁性贫血 影响生长发育 妊娠期缺乏可导致胎儿骨骼畸形 二 维生素B2 化学本质 吡啶的衍生物 包括尼克酸 又称烟酸 和尼克酰胺 又称烟酰胺 二者在体内可相互转变 色氨酸可在体内转变成VitPP性质 对光 热 酸 碱 氧均稳定 尼克酸是微溶于水的白色针状晶体 而尼克酰胺易溶于水的白色晶体 来源 动物肝 肾 瘦肉 乳类等 全谷 豆类 绿叶蔬菜也有相当含量 三 VitPP VitaminB5 活性形式 尼克
15、酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP 三 VitPP VitaminB5 生理功能 NAD 和NADP 是体内多种不需氧脱氢酶的辅酶 在生物氧化过程中 起递氢体的作用缺乏病 癞皮病 轻度症状为 疲劳 乏力 工作能力减退 记忆力差以及经常失眠 典型症状为 三D 症状 皮炎 dermatits 腹泻 diarrhoea 痴呆 depression 三 VitPP VitaminB5 四 VitB6 化学本质 是吡啶的衍生物 包括吡哆醇 吡哆醛及吡哆胺 活性形式 磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺 二者在体内可以互相转化 性质 碱性溶液中 遇紫外线照射易被破坏 酸性溶液中较稳定 来源
16、 肉类 蛋黄 谷物 绿叶蔬菜中含量丰富 四 VitB6 生理功能 是转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅酶 参与氨基酸代谢 缺乏病 单纯缺乏很少见 长期缺乏导致皮肤 中枢神经 造血功能损害 临床应用 治疗妊娠呕吐 小儿惊厥等现象 四 VitB6 五 生物素 维生素H VitaminB7 化学本质 由尿素与噻吩结合的骈环并带有戊酸侧链的化合物 来源 普遍存在动植物体内 在肝 肾 牛奶等食物中生物素含量最多 其次为豆类 菜花等 体内也可合成一部分 生理功能 生物素构成羧化酶的辅酶 参与体内二氧化碳的固定和羧化过程 还参与维生素B12 叶酸 泛酸的代谢 促进尿素合成与排泄 六 泛酸 遍多酸VitaminB3 化学本质 由 丙氨酸与二羟基二甲基丁酸通过肽键连接而成的有机酸性质 对酸 碱和热不稳定 对氧化剂和还原剂稳定 来源 肉 奶 鱼类 谷物等动植物组织中均含有一定量的泛酸活性形式 辅酶A HSCoA 酰基载体蛋白 ACP 生理功能 是酰基转移酶的辅酶 起转移酰基的作用 广泛参与糖 脂类 蛋白质代谢及肝的生物转化作用 缺乏病 很少有 六 泛酸 遍多酸VitaminB3 七 叶酸 辅酶F VitaminB1
