大學(xué)生物化學(xué) 酶PPT課件

1第一節(jié) 概述 定義定義:活細(xì)胞合成的具有催化功能的生物大活細(xì)胞合成的具有催化功能的生物大 分子分子( (絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)) ) 功能功能: :作為生物催化劑作為生物催化劑, ,摧化生物體內(nèi)所有化摧化生物體內(nèi)所有化 學(xué)反應(yīng)。是物質(zhì)代謝必不可少的學(xué)反應(yīng)。是物質(zhì)代謝必不可少的. . 本質(zhì)本質(zhì): :蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)( (絕大多數(shù)絕大多數(shù)-蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)蛋白質(zhì)在生命活動(dòng) 中的重要體現(xiàn)中的重要體現(xiàn)) )、核酸（核酶）、核酸（核酶）第1頁/共64頁2酶促反應(yīng)： 底物 S：酶促反應(yīng)中被酶催化的物質(zhì) 產(chǎn)物 P: 催化反應(yīng)中所生成的物質(zhì) 乳酸脫氫酶 丙酮酸 乳酸第2頁/共64頁3酶活性： 酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力 酶活性大小：指酶催化化學(xué)的反應(yīng)速度單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量第3頁/共64頁4一、酶的化學(xué)組成 單純酶：單純蛋白質(zhì)。只有氨基酸組成的肽 鏈（蛋白水解酶- 消化道中的酶） 結(jié)合酶：結(jié)合蛋白。氨基酸殘基+非蛋白成分 全酶 = 酶蛋白 + 輔助因子 催化活性 氨基酸殘基 非蛋白成分第4頁/共64頁5 輔酶：與酶蛋白連接是比較疏松 小分子有機(jī)化合物 輔基：與酶蛋白連接是比較牢固 參與氧化還原反應(yīng)的酶和基團(tuán)需要輔基或輔酶進(jìn)行電子或輔助因子 氫的傳送。在基團(tuán)中大多含有B族維生素。 金屬酶：酶蛋白+金屬離子 結(jié)合牢固 無機(jī)金屬離子 （大多數(shù)） 金屬活化酶：不與酶蛋白結(jié)合在一起， 但酶發(fā)揮作用需金屬離子參與。 穩(wěn)定酶蛋白分子構(gòu)象、作為酶活性中心一部分、本 身進(jìn)行氧化還原傳遞電子、作為橋梁連接酶與底物、 中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力 第5頁/共64頁6第二節(jié) 酶催化作用的特點(diǎn)一）酶具有高效的催化活性 降低活化能的程度比一般催化劑大，催化效率比一般催化劑高（1071013）。過氧化氫分解： 催化劑 催化速度 鐵離子 610-4 mol/ mol離子/秒 血紅素 610-1 mol/ mol /秒 過氧化氫酶 6106 mol/ mol/秒 第6頁/共64頁7二）酶的催化具有高度特異性 一般催化劑：一般催化劑： 在體外，大多數(shù)反應(yīng)都可用相同在體外，大多數(shù)反應(yīng)都可用相同 的催化劑的催化劑 酶：酶： 只能一種或一類化學(xué)反應(yīng)或一種化只能一種或一類化學(xué)反應(yīng)或一種化 學(xué)鍵學(xué)鍵 特異性表現(xiàn)在它對(duì)底物的選擇和催化的特異性。它可從成千上萬種反應(yīng)物中找出自己作用的底物。第7頁/共64頁8 絕對(duì)特異性： 一個(gè)酶一個(gè)底物 相對(duì)特異性： 一個(gè)酶多種底物特異性 催化一類具有相似結(jié)構(gòu)或相同化學(xué)鍵的底物 立體異構(gòu)特異性：根據(jù)底物的立體構(gòu)型進(jìn) 行選擇性地催化第8頁/共64頁9三）酶的高度不穩(wěn)定性 由于大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，所以其作用必須在溫和的條件下（常溫、常壓、合適的pH）。 所有影響蛋白質(zhì)的因素都能影響酶的活性。四）酶催化作用的可調(diào)節(jié)性體內(nèi)有各種因素都可調(diào)節(jié)酶的催化能力第9頁/共64頁10思考題： 酶是一個(gè)什么物質(zhì)，在體內(nèi)其什么作用？ 在酶促反應(yīng)中，底物、產(chǎn)物分別代表什么？ 結(jié)合酶中的輔助因子主要是一些什么物質(zhì)？ 什么叫做輔基、輔酶 酶催化作用的特點(diǎn)是什么？第10頁/共64頁11第三節(jié) 酶的作用機(jī)制及調(diào)節(jié) 酶的活性中心 酶分子中的必需基團(tuán)（與酶活性有關(guān)的功能基團(tuán)）通過空間構(gòu)象折疊、盤繞相互靠近，形成一個(gè)能與底物特異性結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的特定區(qū)域通?；钚灾行脑诜肿拥谋砻娴?1頁/共64頁12 功能基團(tuán)： 1結(jié)合基團(tuán)：與底物結(jié)合 S + E ES 2催化基團(tuán)：催化底物反應(yīng)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（影響底物 中某些化學(xué)基團(tuán)的穩(wěn)定性） 3必需基團(tuán)：既有結(jié)合又有催化功能的基團(tuán)第12頁/共64頁1313底 物 活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán) 活性中心 維持酶的空間構(gòu)象所必需第13頁/共64頁14酶原： 一些酶（大多數(shù)是蛋白酶）在細(xì)胞內(nèi)合成時(shí) 及分泌時(shí)是沒有催化活性的前體 實(shí)質(zhì)：沒有形成（暴露）酶的活性中心酶原激活：酶原在一定的條件下，在某種因素作用 下分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，暴露或形成酶的 活性中心，轉(zhuǎn)變成具有活性酶的過程。 酶原與酶原激活第14頁/共64頁15胰蛋白酶原激活過程： 在腸道，肽鏈的N端一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂（腸激酶作用下），酶原的空間構(gòu)象發(fā)生變化形成酶的活性中心。第15頁/共64頁16酶原激活的生理意義： 1、避免產(chǎn)生酶的組織細(xì)胞自身被破壞 2保證酶在特定部位與環(huán)境下和特定的條件下被激 活，發(fā)揮催化功能。 3作為儲(chǔ)存形式，需要的時(shí)候被激活 消化道酶原形式，保護(hù)消化管不被酶水解。血液中的凝血因子以酶原形式，防止血管內(nèi)凝血。第16頁/共64頁17 催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)不同、免疫原性不同的一組酶。 部位：同一種屬或同一個(gè)體的不同組織或同一細(xì)胞 的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。 功能: 參與代謝的調(diào)節(jié) 同工酶第17頁/共64頁18比較重要的同工酶:LDH(乳酸脫氫酶) 乳酸脫氫酶 丙酮酸 乳酸結(jié)構(gòu): 兩種亞基以不同比例組成五種四聚體形 式。單個(gè)亞基無活性.第18頁/共64頁19兩種亞基分別有兩個(gè)基因位點(diǎn)決定M: 基因位點(diǎn)在第11號(hào)染色體上H: 基因位點(diǎn)在第12號(hào)染色體上五種同工酶:HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)第19頁/共64頁20結(jié)構(gòu)不同，分布不同，含量不同在正常血清中都有一定量。但如組織發(fā)生病變，會(huì)導(dǎo)致血清酶譜改變，便于臨床診斷。第20頁/共64頁2121第21頁/共64頁22 酶催化作用機(jī)制l酶降低反應(yīng)的活化能化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)：參與反應(yīng)的分子間有效碰撞 活化分子：具有足夠能量的反應(yīng)分子 活化能：活化分子具有的足夠能量平均 水平能量第22頁/共64頁23 酶催化作用的機(jī)制-中間產(chǎn)物學(xué)說： ES形成，降低反應(yīng)活化能，使原先低于活化能閾的分子也成為活化分子，碰撞反應(yīng)的分子多了，反應(yīng)速度加快了。 一般催化劑：增加溫度，使更多的反應(yīng)物分子獲得所需的活化能第23頁/共64頁24 代謝途徑的關(guān)鍵酶（限速酶）限速酶： 催化限速反應(yīng)的酶為限速酶。關(guān)鍵酶：催化單向反應(yīng)，決定代謝途徑方向的酶 E1 E2 E3 E4 A B C D P第24頁/共64頁25思考題： 酶的活性中心定義。 什么叫做酶的必需基團(tuán)，有幾類，分別是指什么？ 酶原與酶原激活，有什么意義？ 關(guān)鍵酶、限速酶的定義第25頁/共64頁26 研究各種因素對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響第四節(jié) 影響酶催化作用的因素酶濃度、底物濃度、溫度、pH、激活劑、抑制劑條件： 研究某一因素對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響， 其它因素保持不變。保持反應(yīng)在初速度 的狀態(tài)第26頁/共64頁27 其它條件不變，只改變底物濃度，觀察對(duì)反應(yīng)速度的影響。 底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響底物飽和：酶的活性中心已被底物全部占據(jù)，速度 不再增加，達(dá)到極限Vm 第27頁/共64頁28 S + E ES E+ P 米曼氏方程式：根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說推導(dǎo)出 V= V=1/2VmKm+SVmS Vm VmS 2 Km+S Km+S = 2 VmS/ Vm Km = 2S- S =S第28頁/共64頁29 Km與Vm的意義： 1. Km（米氏常數(shù)）是酶促反應(yīng)速度為最 大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度2. 表示酶與底物親和力。兩者成反比。 Km值越大，酶與底物親和力越小。第29頁/共64頁303Km值是酶的特征性常數(shù),與酶的結(jié)構(gòu)、底物和反應(yīng)環(huán)境有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)第30頁/共64頁31 當(dāng)S E Vm=KE 反應(yīng)速度與酶濃度成正比。 酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響第31頁/共64頁32 溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響酶活性兩種效應(yīng)的影響：1活性隨著溫度升高而增高2溫度到達(dá)一定高度時(shí)，酶活性隨溫度升高而降低，繼而失活。與酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)有關(guān)。第32頁/共64頁33低溫時(shí)：酶活性受到抑制，隨著溫度上升，活性恢 復(fù)。高溫時(shí)：酶活性喪失，隨著溫度降低，活性不能恢 復(fù)。因?yàn)槊傅鞍滓炎冃浴５?3頁/共64頁34最適溫度：酶促反應(yīng)到達(dá)最大值時(shí)的溫度。溫度對(duì)酶促反應(yīng)影響的臨床意義: 低溫對(duì)標(biāo)本的保存、低溫麻醉在臨床手術(shù)中的應(yīng)用。 高溫滅菌的原理第34頁/共64頁35最適溫度與時(shí)間的關(guān)系第35頁/共64頁36pH影響酶蛋白、底物分子、輔酶分子中的電離基團(tuán)解離。 pHpH對(duì)酶反應(yīng)速度的影響在不同的pH下，同一種酶催化活性是不同的。第36頁/共64頁37最適pH：酶促反應(yīng)達(dá)到最大值時(shí)的pH 在這狀態(tài)下，酶活性中心、底物、輔酶所呈現(xiàn)的解離狀態(tài)是酶與底物結(jié)合并催化反應(yīng)的最佳解離狀態(tài)。 每種酶都有自己的最適pH。偏離最適pH，酶的催化活性就降低第37頁/共64頁38 最適pH受底物濃度、緩沖液種類和濃度、酶的純度等因素影響。 生物體內(nèi)絕大多數(shù)酶最適的pH都在中性？ 第38頁/共64頁39 激活劑對(duì)反應(yīng)速度的影響 激活劑-使酶由無活性或低活性變?yōu)橛谢钚曰蚋?活性的物質(zhì) 組分： 無機(jī)離子或簡單的有機(jī)化合物 功能：維持穩(wěn)定酶蛋白空間結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定酶蛋白空間結(jié)構(gòu) 作為酶與底物之間的連接點(diǎn)作為酶與底物之間的連接點(diǎn) 作為輔助因子的一部分構(gòu)成酶的活性作為輔助因子的一部分構(gòu)成酶的活性中心中心第39頁/共64頁40必需激活劑- 在酶促反應(yīng)中比不可少的，可使無活 性的酶轉(zhuǎn)變成有活性的酶。 （大部分是一些金屬離子）非必需激活劑-一些酶本身有活性，但比較低，加了 激活劑后，催化活性顯著提高。 （大多是有機(jī)化合物類物質(zhì)。第40頁/共64頁41 抑制劑對(duì)反應(yīng)速度的影響 抑制劑：凡能有選擇性地使酶活性降低或喪失但 不能使酶蛋白變性的物質(zhì)抑制作用：直接或間接影響酶活性中心， 使酶 的活性降低或喪失的作用。 種類：不可逆抑制、可逆抑制 （根據(jù)抑制劑與酶的結(jié)合程度）根據(jù)抑制劑與酶的結(jié)合程度）第41頁/共64頁42一）不可逆抑制 抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價(jià)鍵牢固結(jié)合，使 酶的活性喪失。用一般生化方法（透析、超濾等） 不能去除抑制劑，需用特殊的藥物去除，才能 使酶活性恢復(fù)。 第42頁/共64頁43重金屬中毒（Hg2+、Ag2+、Pb2+） 以-SH為必需基團(tuán)的一類酶上，一些金屬離子很容易結(jié)合在酶分子的活性巰基上，使酶活性被抑制。解除這種抑制：需采用一些多個(gè)巰基的高濃度化合物第43頁/共64頁44ClAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCHCl+2HClESSAs CHCHCl+CH2SHCHSHCH2OHESHSH+CH2SCHSCH2OHAs CHCHCl巰基酶二巰基丙醇路易士氣第44頁/共64頁45有機(jī)磷中毒 以絲氨酸側(cè)鏈上的羥基為必需基團(tuán)的一類酶，羥基易磷酸化，酶活性被抑制 膽堿酯酶上的羥基被有機(jī)磷農(nóng)藥磷酸化后活性被抑制，不能水解乙酰膽堿，造成乙酰膽堿積蓄，引起副交感神經(jīng)興奮，呈現(xiàn)中毒癥狀第45頁/共64頁46解磷定的作用：解除磷酸化。使酶恢復(fù)活性。第46頁/共64頁47二）可逆抑制 抑制劑與酶分子以非共價(jià)鍵結(jié)合引起酶活性抑制或喪失。結(jié)合疏松，可逆。 一般生化方法能去除抑制劑而恢復(fù)酶活性。第47頁/共64頁48 競爭性抑制（抑制劑與酶結(jié)合位點(diǎn)與底物結(jié) 合位點(diǎn)相同）EI第48頁/共64頁49n特點(diǎn)抑制程度取決于抑制劑和底物的濃度之比I與S結(jié)構(gòu)類似，競爭酶的活性中心；酶的抑制作用可被高濃度底物所減低或解除 SI，ES，酶活性抑制劑與酶的活性中心結(jié)合后，酶失去催化活性第49頁/共64頁50丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸第50頁/共64頁51生理意義：臨床藥物的選擇典型的磺胺藥抗菌機(jī)理： 細(xì)菌在生長繁殖時(shí)，不能利用環(huán)境中的葉酸，只能在自己菌體內(nèi)合成 第51頁/共64頁52抑菌原理： 磺胺藥結(jié)構(gòu)與對(duì)氨基苯甲酸相似，競爭FH2合成酶，使之不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成FH4 細(xì)菌缺乏原料，核苷酸量，細(xì)菌生長受到抑制。 人能利用食物中的葉酸，所以磺胺藥對(duì)人的核苷酸合成不受影響。在服藥的初期，磺胺藥要加倍。某些抗癌藥物的設(shè)計(jì)也是根據(jù)這一原理第52頁/共64頁532) 非競爭性抑制（抑制劑與酶結(jié)合位點(diǎn) 與底物與酶結(jié)合位點(diǎn)不在同一個(gè)部位） 但酶-底物-抑制劑復(fù)合物(ESI)不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物第53頁/共64頁54特點(diǎn)：（1）抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，兩者沒有競爭作用（2）抑制劑結(jié)合在活性中心以外的部位，引起酶活 性的抑制 (3）抑制劑濃度增加，使反應(yīng)體系中E、ES下降， 造成整個(gè)酶促反應(yīng)速度降低，v下降。（4）底物濃度的增加，不能解除抑制。第54頁/共64頁55思考題： 影響酶催化作用的因素有哪些？ 米氏常數(shù)反應(yīng)了哪種因素對(duì)酶活性的影響？ 米氏常數(shù)的定義及意義 有機(jī)磷農(nóng)藥中毒屬于哪一種抑制 比較一下競爭性抑制與非競爭性抑制的特點(diǎn) 磺胺藥的作用是抑菌還是殺菌？第55頁/共64頁56 遺傳性疾病基因突變，酶分子缺陷，引起的疾病 酶與疾病的發(fā)生白化病： 酪氨酸酶缺陷，黑色素不能生成，產(chǎn)生的 疾病第五節(jié) 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系第56頁/共64頁57RBC中6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺陷 NADPH 還原型GSH RBC膜完整性 溶血性貧血蠶豆病- 某些人體內(nèi)6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺陷，吃了蠶豆誘發(fā)溶血性貧血第57頁/共64頁58 酶活性受到抑制 中毒性疾病 煤氣中毒，一氧化碳抑制了呼吸鏈中的細(xì)胞 色素氧化酶的活性 重金屬中毒、農(nóng)藥中毒等第58頁/共64頁59 酶與疾病的診斷 測定體液中酶的含量，診斷某些臟器的疾病測定體液中酶的含量，診斷某些臟器的疾病 ALTALT、ASTAST、淀粉酶、同工酶等、淀粉酶、同工酶等第59頁/共64頁60 酶與疾病治療 利用酶制品治療疾病利用酶制品治療疾病 酶與醫(yī)學(xué)研究 利用酶為工具利用酶為工具第60頁/共64頁61 思考題酶促反應(yīng)的初速度不受哪一因素影響： A A S S B B E E C C pHpH D D 時(shí)間時(shí)間 E E 溫度溫度 關(guān)于米氏常數(shù)Km的說法，哪個(gè)是正確的： A A 飽和底物濃度時(shí)的速度飽和底物濃度時(shí)的速度B B 在一定酶濃度下，最大速在一定酶濃度下，最大速度的一半度的一半C C 飽和底物濃度的一半飽和底物濃度的一半D D 速度達(dá)最大速度半數(shù)時(shí)的速度達(dá)最大速度半數(shù)時(shí)的底物濃度，底物濃度，E E 降低一半速度時(shí)的抑制劑降低一半速度時(shí)的抑制劑濃度濃度 第61頁/共64頁62 作為催化劑的酶分子，具有下列哪一種能量效應(yīng)? A 增高反應(yīng)活化能增高反應(yīng)活化能 B B 降低反應(yīng)活化能降低反應(yīng)活化能C C 產(chǎn)物能量水平產(chǎn)物能量水平 D D 產(chǎn)物能量水平產(chǎn)物能量水平E E 反應(yīng)自由能反應(yīng)自由能 第62頁/共64頁63磺胺藥物治病原理是： A A 直接殺死細(xì)菌直接殺死細(xì)菌B B 細(xì)菌生長某必需酶的細(xì)菌生長某必需酶的競爭性抑制劑競爭性抑制劑C C 細(xì)菌生長某必需酶的細(xì)菌生長某必需酶的非競爭性抑制劑非競爭性抑制劑D D 細(xì)菌生長某必需酶的細(xì)菌生長某必需酶的不可逆抑制劑不可逆抑制劑E E 分解細(xì)菌的分泌物分解細(xì)菌的分泌物 酶原激活的實(shí)質(zhì)是： A 激活劑與酶結(jié)合使酶激活劑與酶結(jié)合使酶激活激活 B B 酶蛋白的變構(gòu)效應(yīng)酶蛋白的變構(gòu)效應(yīng)C C 酶原分子一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)酶原分子一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變從而形成或暴露生改變從而形成或暴露出酶的活性中心出酶的活性中心D D 酶原分子的空間構(gòu)象酶原分子的空間構(gòu)象發(fā)生了變化而一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化而一級(jí)結(jié)構(gòu)不變不變E E 以上都不對(duì)以上都不對(duì) 第63頁/共64頁64感謝您的觀看。第64頁/共64頁