第三章酶与维生素详解

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1、Enzyme,第三章 酶与维生素,Enzyme,第三章-1 酶,一、什么是酶,(一)酶是生物体内一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。,(三) 被酶催化的物质称底物(substrate,S)， 催化所生成的物质称产物(product,P)。,需要掌握的知识点： 1.概述：酶的概念；酶的组成及各部分的作用 2.酶催化作用的特点 3.酶的作用机制及调节：酶的活性中心的概念；酶原概念和酶原存在的意义 4.影响酶催化作用的因素：米曼氏方程；三个可逆性抑制的概念和区别 5.酶与医学的关系：作为治疗药物使用的酶应具备的条件,一、 酶的化学组成,(二)结合酶 (conjugated

2、enzyme)，即全酶,第一节 概 述,2. 结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用。,3.全酶各部分在催化反应中的作用,(1)酶蛋白决定反应的特异性。 (2)辅助因子决定反应的种类与性质。,1.习惯命名法推荐名称 (1) 依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。 (2) 依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。 (3) 综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。 2. 系统命名法系统名称,二、 酶的命名与分类,(一)酶的命名,(二) 酶的分类（按催化反应的类型） 1.氧化还原酶类 2.转移酶类 3.水解酶类 4.裂解酶类 5.异构酶类 6.合成酶类,三、酶活性,(二)酶促反应速度 可在适

3、宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。,(一)酶的活性 是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。,第二节 酶催化作用的特点,酶与一般催化剂的共同点是： 1.在反应前后没有质和量的变化 2.只能催化热力学允许的化学反应 3.只能加速可逆反应的进程 4.只缩短反应时间，不改变反应的平衡点。,一、高度的催化效率,二、高度的特异性,酶特有的特征：,三、酶催化活性的可调节性,四、酶催化活性的不稳定性,活性中心或称活性部位(active site)，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。,一、酶的活性中心(ac

4、tive center),(一)活性中心,第三节 酶的作用机制及调节,(二)必需基团(essential group),酶活性中心内的一些化学基团，是酶发挥催化作用与底物直接作用的有效基团。,二、酶原与酶原的激活,(一)酶原 有些酶在细胞内合成或初分泌时无活性，此无活性前体称为酶原。,(二)酶原的激活 酶原在一定条件下，分子结构发生改变，暴露或形成了活性中心，转化为有活性酶的过程。,(三)酶原的激活过程,特定的肽链水解,胰蛋白酶原的激活过程,(四) 酶原激活的意义,1.避免酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用。 2.有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有

5、活性的酶，发挥其催化作用。,酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说 。,诱导契合假说,三、酶促反应的机制,第四节 影响酶催化作用的因素,1.可逆性抑制,2.不可逆性抑制,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,(irreversible inhibition),(reversible inhibition),酶的抑制剂(inhibitor),可导致酶的催化活性下降或者丧失的作用称为抑制作用，能对酶起抑制作用的物质称为抑制剂,1.竞争性抑制作用,(1)定义 抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物

6、的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,(2)反应模式,(3)特点,I与S结构类似，竞争酶的活性中心。 I与酶活性中心结合后，酶失去催化作用。 抑制程度取决于I与S之间的相对浓度。 酶不能同时与I和S结合。,磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶。,案例分析,2.非竞争性抑制,(2)反应模式,(1)定义 抑制剂与酶活性中心外的基团可逆性结合，导致酶的三维构象改变，降低酶的催化活性，但不影响酶与底物的结合。,(3)特点,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。 抑制程度取决于I的浓度。 酶-底物-抑制剂复合物不能进一步释放产物。,3.反竞争

7、性抑制,(2)反应模式,(1)定义 抑制剂只能与酶-底物复合物(ES)结合， 使ES不能分解成产物。,(3)特点：,抑制剂只与酶底物复合物结合。,抑制程度取决与I和S的浓度。,抑制剂可增加ES之间的亲合力，与竞争性抑制作用相反。,1913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(Michaelis equation)。,S：底物浓度 V：不同S时的反应速度 Vmax：最大反应速度 m：米氏常数,米曼氏方程式,m：米氏常数，是酶的特征性常数，m值等于酶促反应为最大速度一半时底物的浓度。m值可用来表示酶对底物的亲和力。,第五节 酶与医

8、学的关系,(The Relation of Enzyme and Medicine),一、酶与疾病的发生,(一) 遗传性酶缺乏疾病，如白化病，蚕豆病，苯丙酮酸尿症等。,(二) 中毒性疾病，如有机磷中毒，氰化物中毒等。,二、酶与疾病的诊断,(一)血清（浆）酶的测定,1血清(浆)功能性酶的测定,2血清(浆)非功能性酶的测定,在血浆中发挥其特异催化作用的酶，故称血浆功能性酶，如卵磷脂胆固醇酰基转移酶和脂蛋白酯酶等。,在血浆中的浓度很低，来自于全身各组织细胞，在血浆中没有实际的功能，被称做非功能性酶。 如转氨酶、淀粉酶等。,(二) 同工酶(isoenzyme),1.定义 是指催化相同的化学反应，而酶蛋

9、白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。 2.意义：同工酶具有组织特异性，其是临床诊断的一个重要指标,举例 乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),三、酶与疾病的治疗,(一) 消化酶治疗消化不良。 (二) 链激酶、尿激酶治疗和预防血栓形成。 (三) 天冬酰氨酶抑制血癌细胞生长。,四、酶在医学研究上的应用,(一)酶的分子工程,(二)酶与工业和日常应用,Vitamins,第三章-2 维生素,维生素(vitamin)是维持机体正常功能所必需，体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的低分子有机物质。,需要掌握的内容： 1.掌握维生素的定义 2.掌握维生素A、D、E、K的主要功能以及所对应的缺乏症

10、； 3.掌握维生素B族维生素的活化形式、主要功能及其缺乏症； 维生素C的主要功能及其缺乏症。,一、维生素的命名与分类,(一)命名,1.按发现先后以拉丁字母命名，如维生素A、B、C、D、E、K等。有些在发现时认为是一种，后经证明是多种维生素混合体，命名时便在其原拉丁字母下标注1、2、3等加以区别，如B1、 B2 、 B6等。 2.根据化学结构特点命名，如视黄醇、硫胺素、核黄素等。 3.根据功能作用命名，如抗干眼病维生素、抗癞皮病维生素、抗坏血酸等。,可按溶解性分为脂溶性和水溶性两大类维生素。,(二)分类,脂溶性维生素：A、D、E、K,水溶性维生素: C 和 B (B 1、B2、PP、B 6 、B

11、12、 维生素、泛酸、叶酸、生物素等）,二、维生素的需要量,是指人体所需要的维生素的必需量。,三、维生素的缺乏与中毒,主要有摄入量不足；吸收利用率降低；需要量增加；肠道细菌合成减少。,(一)维生素缺乏的原因,(二)维生素中毒,摄入过多时可发生中毒，干扰物质代谢。,脂溶性维生素,一、维生素A（抗干眼病维生素、视黄醇）,维生素A的性质：易于被氧化，遇热、光更易被氧化。,动物肝、乳汁、鱼肝油中、胡萝卜、青椒、 菠菜、番茄、枸杞子等VitA含量丰富。,维生素A的来源：,夜盲症，干眼病，皮肤干燥等。,(1) 构成视觉细胞内感光物质。 (2) 维持上皮组织的完整，促进生长发育。 (3) 抑制化学物质的致癌

12、作用。,维生素A的生化功能:,缺乏导致的疾病：,二 、维生素D(抗佝偻病维生素),(1)儿童佝偻病；成人软骨病。 (2)VitD过量时，表现为食欲下降，恶心、 呕吐，血钙升高、骨破坏、异位钙化等。,由皮肤中胆固醇在紫外线照射下转化而来；鱼肝油、动物肝、鸡蛋等食物中含量丰富。,促进钙磷吸收，有利于新骨的形成、钙化。,维生素D的来源,维生素D生化功能,缺乏导致的疾病,生育酚的结构,三、维生素E（生育酚）,维生素E的性质 易自身氧化，故能保护其他物质。,维生素E来源,植物油如大豆油、棉子油、玉米油以及绿叶蔬菜中含量丰富。,维生素E的生化功能,(1)抗氧化作用。 (2)维持生殖机能，防治先兆流产和习惯

13、性流产。 (3)促进血红素代谢。 (4)抑制血小板凝聚。 (5)维持骨骼肌、心血管、脑组织结构和功能。,缺乏导致的疾病,动物缺乏时，生殖器官受损导致不育,维生素K的性质 对热稳定，易受光线和碱的破坏。,四、维生素K（凝血维生素）,维生素K来源,绿色植物中含量丰富；肠道细菌可以合成。,维生素K生化功能,维持体内凝血因子、 、 和的正常水平，参与凝血作用。,缺乏导致的疾病,常发生皮下、肌肉、胃肠道凝血障碍。,1.维生素B1又名硫胺素(thiamine),一、维生素B1（硫胺素）,化学本质及性质,2.体内活性形式为焦磷酸硫胺素(TPP),3.为白色结晶，易被氧化，酸性环境中稳定，碱 性环境中加热易破

14、坏。,水溶性维生素,(Water-soluble Vitamins),（1）TPP是-酮酸氧化脱羧酶的辅酶。参与糖代谢 （2）在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性。,维生素B1生化功能,缺乏时可出现多发性神经炎、心力衰竭、四肢无力、肌肉萎缩、下肢浮肿等症状即脚气病。,维生素B1来源： 在谷类、豆类的种皮中如米糠中含量丰富。,缺乏导致的疾病,案例分析 苏州某儿童医院连续抢救3例因维生素B1缺乏引起的暴发心力衰竭伴肺水肿患儿，均为3个月左右的婴儿，均是母乳喂养，分别来自常熟、吴江等鱼米之乡，调查发现这3例患儿家庭情况良好，其母亲在怀孕期间和分娩后均以精白米为主食，导致维生素B1缺乏，维生素

15、B1缺乏症以消化、神经及循环系统症状为主,二、维生素B2（核黄素）,化学本质及性质 1.维生素B2又名核黄素 2.活性形式为,3.性质 耐热，酸性环境下稳定，对光敏感、易破坏。,黄素单核苷酸(FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD）,维生素B2来源：米糠、酵母、肝、蛋黄中含量丰富。 维生素B2生化功能 FMN及FAD是体内氧化还原酶的辅基，在生物氧化中起递氢的作用。 缺乏导致的疾病 缺乏时可出现口角炎、舌炎、唇炎、结膜炎、阴囊炎、脂溢性皮炎、视物模糊等。,三、维生素PP(抗癞皮病维生素）,1.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+),化学本质及性

16、质,2.性质：稳定、不易被酸碱和加热破坏。,缺乏导致的疾病：癞皮病（皮炎+腹泻+痴呆）,四、叶酸,化学本质及性质,1.叶酸(folic acid)又称蝶酰谷氨酸。 2.体内活性形式为四氢叶酸(FH4)。,3.酸性中不稳定，中性及碱性中耐热，对光敏感。,叶酸的来源：,广泛存在于绿叶植物中，肝脏中含量丰富,叶酸的生化功能：,FH4是一碳单位转移酶的辅酶，与蛋白质核酸的合成有关。,缺乏导致的疾病：巨幼红细胞贫血。,(骨髓幼红细胞DNA合成减少，细胞分裂速度降低，细胞体积增大）,五、维生素C（抗坏血酸维生素）,化学本质及性质,1. 维生素C又称L-抗坏血酸(ascorbic acid),2. 具有很强的还原性，极不稳定，加热和氧 化剂易被破坏。酸性中较稳定。,维生素C的来源 广泛存在于新鲜蔬菜、水果中如 番茄、柑桔、鲜枣、山楂、刺梨、 猕猴桃等含量丰富。,缺乏导致的疾病：坏血病。,缺乏维生素C使胶原蛋白不能正常合成导致细胞联结障碍，使毛细血管的脆性增加，从而引起皮、粘膜下出血，医学上称为坏血病也