生物化学酶

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1、第三章 酶,生命的基本特征 新陈代谢,生物催化剂,酶,核酶：本质是RNA， 脱氧核酶：本质是DNA,最主要的催化剂,主要作用于核酸,第一节,酶的一般概念,酶促反应 由酶催化的反应。,底物（作用物） 被酶作用的物质。,酶的活性 酶所具有的催化能力。,酶失活 酶失去了催化能力。,蔗糖 果糖 + 葡萄糖,蔗糖酶,一、概念 酶(Enzyme) 由活细胞合成的，对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。,二、酶作用的特点 （一）共同点 1.只能进行热力学上允许进行的反应； 2.缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点； 3.反应前后没有质和量的改变。,（二）酶作用的特点,1.高度的催化效率 通常要高出

2、非生物催化剂催化活性的 1061020倍,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 62 7.410 (水解反应) 脲酶 21 5.010 过氧化氢 Fe 22 56 (氧化还原反应) 过氧化氢酶 22 3.510,+,_,7,6,7,2+,酶的作用和分子活化能： 作用物分子 能量 活化分子 (低能分子) (活化能) (高能分子) 活化能阈:低能分子转变 为高能分子所需要的 最低能量。 酶 活化能阈 活化分子相对数量 反应速度,互相发生 有效碰撞,发生相应 化学反应,2.高度的特异性（专一性） 酶的特异性 酶对底物的选择性。 酶对底物具有严格的选择性。

3、即一种酶只能作用于一种或一类底物，或一定的化学键，催化一定的反应，得到一定的产物。 （1）绝对特异性 指某些酶只能作用于一种特定的底物，进行一种反应，生成特定的产物的催化特异性。 O H2NCNH2 + H2O 2NH3 + CO2 脲酶 O H2NCNH,CH3,（2）相对特异性 指某些酶可作用于结构类同的一类化合物或一种化学键的催化特异性。 H O H O NCCNCC H H R,蛋白酶,蔗 糖 果糖 + 葡萄糖 棉子糖 半乳糖 葡萄糖 + 果糖,蔗糖酶,C,CH3,OH,COOH,H,C,CH3,OH,COOH,H,L(+)乳酸 D(-)乳酸,（3）立体异构特异性 指某些酶仅能作用于底

4、物的一种立体异构体的催化特异性。,L-乳酸脱氢酶,3. 高度的不稳定性（敏感性） 酶的化学本质是蛋白质，对环境条件极为敏感。 酶发挥催化作用要求严格的作用环境。 4.可调节性 在组织细胞内酶受严格的调节控制 酶含量的调节,酶活性的调节,调节,生物体通过调节酶的活性来控制代谢的速度和方向。,通过控制酶的合成与降解速度来控制酶量，作用缓慢而持久；,改变酶的活性，效果快速而短暂（变构调节、化学修饰调节）。,变构效应剂 导致变构效应的小分子物质。,变构调节（别位调节）,变构酶 受变构调节的酶。 （别位酶）,某些小分子物质与某些酶分子活性中心外的某部位（别位）特异结合，使酶构象改变，从而改变酶活性的调节

5、方式。,（1）酶的变构调节,催化亚基：含催化部位的亚基。,调节亚基：含调节部位的亚基。,多为代谢物,反应底物 变构激活剂 中间产物、终产物 变构抑制剂,变构效应剂,变构激活剂,变构抑制剂,变构激活剂 使酶与底物的亲和力增加，反应速度加快的变构效应物。 此效应称为变构激活效应。 变构抑制剂 使酶与底物的亲和力下降，反应速度降低的变构效应物。 此效应称为变构抑制效应。,（2）酶的化学修饰调节,化学修饰 某些酶分子上的一些基团，受其他酶的催化而发生化学变化，从而引起酶活性改变的现象称为化学修饰（共价修饰）。,化学修饰调节引起酶蛋白共价键的变化 ，故又称共价修饰。 常见类型： 磷酸化与脱磷酸化（最常见

6、） 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SS-互变,酶的磷酸化与脱磷酸化,三、酶的生物学意义 （一）维持机体新陈代谢正常进行的必要条件。 （二）不同生物体内酶的种类不同 不同生物的代谢类型不同。 （三）同一生物体内，不同组织器官内酶的含量、种类不同 不同组织器官的代谢特点及功能不同。,第二节,酶的结构与功能,酶的化学本质 蛋白质,一、酶的分子组成 根据分子组成分类 （一）单纯酶 其分子仅由多肽链构成，属于单纯蛋白质。 作用特点：其催化活性仅由蛋白质部分决定。,单纯酶,结合酶,催化水解反应的酶多属于此。,（二）结合酶 由蛋白质和非蛋白质两部分组成，属于结合蛋白质。 结合酶

7、 =蛋白质部分 +非蛋白质部分 （全酶 ）（ 酶蛋白） （ 辅助因子）,1、作用特点,（1）只有全酶才有催化活性，酶蛋白或辅助因子单独存在时无催化活性。 （2）酶蛋白决定酶的特异性，辅助因子决定酶的催化反应的种类和性质。 （3）酶蛋白的种类多，辅助因子的种类少。,乳酸脱氢酶酶蛋白 乳酸脱氢酶辅酶,苹果酸,NAD,NADH + H,苹果酸脱氢酶,苹果酸脱氢酶酶蛋白 苹果酸脱氢酶辅酶,+,+,2、辅助因子 辅基：与酶蛋白结合得比较紧密 辅酶：与酶蛋白结合得比较疏松 （2）辅助因子的本质,（1）分类,金属离子 多为辅基,小分子有机物 多为辅酶,(3)辅助因子的作用 参与催化反应，起传递电子、质子或某

8、些化学基团的作用。,主要由水溶性维生素参与构成,需要金属离子的一些酶,金属离子 酶,Mo6+ 黄嘌呤氧化酶 Fe3+/Fe2+ 细胞色素酶、过氧化氢酶类、 过氧化物类 Cu2+/Cu+ 细胞色素氧化酶、氨酸酶 Zn2+ 碳酸酐酶、羧肽酶 Mg2+ 激酶类、磷氨酸酶 Mn2+ 精氨酸酶、超氧化物歧化酶 Na+ 质膜 ATP 酶 (也需K+和Mg2+) K+ 丙酮酸激酶 (也需Mg2+和Mn2+ ),水溶性维生素,脂溶性维生素,B族维生素：B1、B2、PP、 泛酸、B6、叶酸、生物素、B12、 维生素C、硫辛酸,维生素A、D、E、K,维生素的分类与命名：,按溶解性 分为,维生素(vitamin)

9、-机体维持正常生理功能所必需，但在人体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一组低分子有机物质。,B族维生素的主要作用：构成酶的辅酶或辅基参与体内物质代谢。,特点： 1、均为天然食物的一种成分。 2、人体每日需要量甚少（以微克、毫克计），但体内不能合成或合成量不足，必须由食物供给。 3、不参与机体组织的构成，也不氧化供能，在调节物质代谢和维持生理功能等方面起重要作用，是机体不可缺少的一类营养素。 4、长期缺乏某种维生素，则导致维生素缺乏症。,B族维生素的主要作用：构成酶的辅酶或辅基参与体内物质代谢。,水溶性维生素与辅酶 维生素 辅酶形式 辅酶的主要作用 B1 焦磷酸硫酸素（TPP） 酮酸脱羧

10、 B2 黄素单核苷酸（FMN） 传递氢原子 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD ） 传递氢原子 PP 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+） 传递氢原子 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP + ） 传递氢原子 B6 磷酸吡哆醛、 磷酸吡哆胺 转氨基等 生物素 与酶蛋白结合 参与羧化反应 泛酸 辅酶A（HSCoA ） 转移酰基 叶酸 四氢叶酸（FH4 ） 一 碳基团转移 B12 脱氧腺苷B12、 甲基转移,甲基钴胺素,二、酶的活性中心,与底物结合，并发挥催化作用的部位。 位于分子表面,结合酶中，辅助因子也参与活性中心的组成。,胰凝乳蛋白酶的一级结构和空间结构,（一）活性中心形成 一条或多条多肽链盘曲折叠，

11、形成必需基团比较集中，并具有一定空间结构的特定活性区域。,（二）必需基团 维持酶活性所必需的化学基团。,1、活性中心内必需基团 结合基团：结合底物 催化基团：起催化作用 2、活性中心外必需基团：稳定酶分子的构象,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,肽链,（一）酶原 没有活性的酶的前身物质。 （二）酶原的激活 一定条件下，酶原转变成有活性的酶的过程。 1、酶原激活机制 酶活性部位形成和暴露 的过程。,酶 原,在特定条件下,一个或几个特定的肽键断裂， 水解掉一个或几个短肽,分子构象发生改变,形成或暴露出酶的活性中心,三、酶原与酶原激活,-S-S-,X,缬,天,天,天,天

12、,赖,异,甘,缬,组 46,丝 183,静电 吸引 力或氢键,肠激酶 胰蛋白酶,胰蛋白酶原,-S-S-,X,缬,天,天,天,天,赖,异,缬,丝,胰蛋白酶,S S,S S,组,活性中心,游离的六肽：,胰蛋白酶原的激活过程,2、意义 （1）保护分泌酶原的组织，自身不被水解破坏。 （2）使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。 急性胰腺炎,LDH5 LDH4 LDH3 LDH2 LDH1,（肝脏）,（心肌）,四、同工酶,同工酶指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫性能不同的一组酶。 存在于同一个体的不同或相同组织的同一细胞中, 对代谢调节有重要意义,乳酸脱氢酶同工酶

13、（LDH）,M：骨骼肌型 H：心肌型,生理及临床意义 在代谢调节上起着重要的作用； 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断； 用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征； 同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,第三节,酶促反应动力学,酶反应速度（V）的测量：,用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶促反应速度。 测定反应的初速度。,影响因素有： 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。,研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,一、底物浓度对酶促反应速度的影响,（一）底物浓度与酶促反应速度 在酶浓度极其他条件不变的情况下,底物浓度变化对酶促反应速度的影响呈矩形双曲线。,1/2Vmax,反

14、应速度增加，但增加的程度相对较小,反应速度不再随底物浓度 的增加而增加,最大反应速度 Vmax,增加底物浓度,当底物浓度很低时,反应速度迅速增加，底物浓度与反应速度成正比,当底物浓度高达一定程度， 继续增加底物浓度,当底物浓度较高时， 增加底物浓度,底物饱和现象: 在酶浓度和其它条件不变情况下, 增加底物浓度可增加反应速度, 当所有酶的活性中心被底物占据时, 反应速度不再随底物浓度的增加而增加, 即达到最大反应速度。,（二）米-曼氏方程及米氏常数,v：反应速度； Vmax：最大反应速度； S: 底物浓度； Km：米氏常数。,米-曼氏方程式（Michaelis-Menten equation）,Vmax S,km + S,1、米氏常数（ Km ）是当酶促反应速度为 最大反应速度一半时的底物浓度。 即当：v = Vmax/2， 则：km= S,V =,2、Km值的意义: Km值是酶的特征性常数