大學生物化學 酶PPT課件

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1、1第一節(jié) 概述 定義定義:活細胞合成的具有催化功能的生物大活細胞合成的具有催化功能的生物大 分子分子( (絕大多數(shù)是蛋白質絕大多數(shù)是蛋白質) ) 功能功能: :作為生物催化劑作為生物催化劑, ,摧化生物體內所有化摧化生物體內所有化 學反應。是物質代謝必不可少的學反應。是物質代謝必不可少的. . 本質本質: :蛋白質蛋白質( (絕大多數(shù)絕大多數(shù)-蛋白質在生命活動蛋白質在生命活動 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： 底物 S：酶促反應中被酶催化的物質 產物 P: 催化反應中所生成的物質 乳酸脫氫酶 丙酮酸 乳酸第2頁/共64頁3酶活性： 酶催化化

2、學反應的能力 酶活性大小：指酶催化化學的反應速度單位時間內底物的消耗量或產物的生成量第3頁/共64頁4一、酶的化學組成 單純酶：單純蛋白質。只有氨基酸組成的肽 鏈（蛋白水解酶- 消化道中的酶） 結合酶：結合蛋白。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 小分子有機化合物 輔基：與酶蛋白連接是比較牢固 參與氧化還原反應的酶和基團需要輔基或輔酶進行電子或輔助因子 氫的傳送。在基團中大多含有B族維生素。 金屬酶：酶蛋白+金屬離子 結合牢固 無機金屬離子 （大多數(shù)） 金屬活化酶：不與酶蛋白結合在一起， 但酶

3、發(fā)揮作用需金屬離子參與。 穩(wěn)定酶蛋白分子構象、作為酶活性中心一部分、本 身進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)反應都可用相同在體外，大多數(shù)反應都可用相同 的催化

4、劑的催化劑 酶：酶： 只能一種或一類化學反應或一種化只能一種或一類化學反應或一種化 學鍵學鍵 特異性表現(xiàn)在它對底物的選擇和催化的特異性。它可從成千上萬種反應物中找出自己作用的底物。第7頁/共64頁8 絕對特異性： 一個酶一個底物 相對特異性： 一個酶多種底物特異性 催化一類具有相似結構或相同化學鍵的底物 立體異構特異性：根據(jù)底物的立體構型進 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)酶的本質是蛋白質，所以其作用必須在溫和的條件下（常溫、常壓、合適的pH）。 所有影響蛋白質的因素都能影響酶的活性。四）酶催化作用的可調節(jié)性體內有各種因素都可調節(jié)酶的催化能力第9頁/共64頁10

5、思考題： 酶是一個什么物質，在體內其什么作用？ 在酶促反應中，底物、產物分別代表什么？ 結合酶中的輔助因子主要是一些什么物質？ 什么叫做輔基、輔酶 酶催化作用的特點是什么？第10頁/共64頁11第三節(jié) 酶的作用機制及調節(jié) 酶的活性中心 酶分子中的必需基團（與酶活性有關的功能基團）通過空間構象折疊、盤繞相互靠近，形成一個能與底物特異性結合并催化底物轉化為產物的特定區(qū)域通常活性中心在分子的表面第11頁/共64頁12 功能基團： 1結合基團：與底物結合 S + E ES 2催化基團：催化底物反應轉變產物（影響底物 中某些化學基團的穩(wěn)定性） 3必需基團：既有結合又有催化功能的基團第12頁/共64頁13

6、13底 物 活性中心以外的必需基團結合基團催化基團 活性中心 維持酶的空間構象所必需第13頁/共64頁14酶原： 一些酶（大多數(shù)是蛋白酶）在細胞內合成時 及分泌時是沒有催化活性的前體 實質：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 下分子結構發(fā)生改變，暴露或形成酶的 活性中心，轉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端一個或幾個特定的肽鍵斷裂（腸激酶作用下），酶原的空間構象發(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、避免產生酶的組織細胞自身被破壞 2保證酶在特定部位與環(huán)境下

7、和特定的條件下被激 活，發(fā)揮催化功能。 3作為儲存形式，需要的時候被激活 消化道酶原形式，保護消化管不被酶水解。血液中的凝血因子以酶原形式，防止血管內凝血。第16頁/共64頁17 催化同一種化學反應，但酶蛋白的分子結構、理化性質不同、免疫原性不同的一組酶。 部位：同一種屬或同一個體的不同組織或同一細胞 的不同亞細胞結構。 功能: 參與代謝的調節(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 乳酸結構: 兩種亞基以不同比例組成五種四聚體形 式。單個亞基無活性.第18頁/共64頁19兩種亞基分別有兩個基因位點決定M: 基因位點在第11號染色體上H: 基因位

8、點在第12號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結構不同，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，會導致血清酶譜改變，便于臨床診斷。第20頁/共64頁2121第21頁/共64頁22 酶催化作用機制l酶降低反應的活化能化學反應基礎：參與反應的分子間有效碰撞 活化分子：具有足夠能量的反應分子 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 酶催化作用的機制-中間產物學說： ES形成，降低反應活化能，使原先低于活化能閾的

9、分子也成為活化分子，碰撞反應的分子多了，反應速度加快了。 一般催化劑：增加溫度，使更多的反應物分子獲得所需的活化能第23頁/共64頁24 代謝途徑的關鍵酶（限速酶）限速酶： 催化限速反應的酶為限速酶。關鍵酶：催化單向反應，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，有幾類，分別是指什么？ 酶原與酶原激活，有什么意義？ 關鍵酶、限速酶的定義第25頁/共64頁26 研究各種因素對酶促反應速度的影響第四節(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： 研究某一因素對酶促反應速度的影

10、響， 其它因素保持不變。保持反應在初速度 的狀態(tài)第26頁/共64頁27 其它條件不變，只改變底物濃度，觀察對反應速度的影響。 底物濃度對反應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)中間產物學說推導出 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)）是酶促反應速度為最 大反應速度一半時的底物濃度2. 表示酶與底物親和力。兩者成反比。 Km值越大，酶

11、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),與酶的結構、底物和反應環(huán)境有關，與酶的濃度無關第30頁/共64頁31 當S E Vm=KE 反應速度與酶濃度成正比。 酶濃度對反應速度的影響第31頁/共64頁32 溫度對反應速度的影響酶活性兩種效應的影響：1活性隨著溫度升高而增高2溫度到達一定高度時，酶活性隨溫度升高而降低，繼而失活。與酶的本質是蛋白質有關。第32頁/共64頁33低溫時：酶活性受到抑制，隨著溫度上升，活性恢 復。高溫時：酶活性喪失，隨著溫度降低，活性不能恢 復。因為酶蛋白已變性。第33頁/共64頁34最適溫度：酶促反應到達最大值時的溫度。溫度對酶促反應影響的臨床

12、意義: 低溫對標本的保存、低溫麻醉在臨床手術中的應用。 高溫滅菌的原理第34頁/共64頁35最適溫度與時間的關系第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解離。 pHpH對酶反應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：酶促反應達到最大值時的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)是酶與底物結合并催化反應的最佳解離狀態(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。 生物體內絕大多數(shù)酶最適的pH都在中性？ 第38頁/

13、共64頁39 激活劑對反應速度的影響 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 組分： 無機離子或簡單的有機化合物 功能：維持穩(wěn)定酶蛋白空間結構維持穩(wěn)定酶蛋白空間結構 作為酶與底物之間的連接點作為酶與底物之間的連接點 作為輔助因子的一部分構成酶的活性作為輔助因子的一部分構成酶的活性中心中心第39頁/共64頁40必需激活劑- 在酶促反應中比不可少的，可使無活 性的酶轉變成有活性的酶。 （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。 （大多是有機化合物類物質。第40頁/共64頁41 抑制劑對反應速度的影響 抑制劑：凡能有選擇性地使

14、酶活性降低或喪失但 不能使酶蛋白變性的物質抑制作用：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)抑制劑與酶的結合程度）根據(jù)抑制劑與酶的結合程度）第41頁/共64頁42一）不可逆抑制 抑制劑與酶的必需基團以共價鍵牢固結合，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。 第42頁/共64頁43重金屬中毒（Hg2+、Ag2+、Pb2+） 以-SH為必需基團的一類酶上，一些金屬離子很容易結合在酶分子的活性巰基上，使酶活性被抑制。解除這種抑制：需采用一些多個巰基的高濃度化合物第43頁/共64頁4

15、4ClAsClCHCHCl+ 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有機磷中毒 以絲氨酸側鏈上的羥基為必需基團的一類酶，羥基易磷酸化，酶活性被抑制 膽堿酯酶上的羥基被有機磷農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鍵結合引起酶活性抑制或喪失。結合疏松，可逆。 一般生化方法

16、能去除抑制劑而恢復酶活性。第47頁/共64頁48 競爭性抑制（抑制劑與酶結合位點與底物結 合位點相同）EI第48頁/共64頁49n特點抑制程度取決于抑制劑和底物的濃度之比I與S結構類似，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理： 細菌在生長繁殖時，不能利用環(huán)境中的葉酸，只能在自己菌體內合

17、成 第51頁/共64頁52抑菌原理： 磺胺藥結構與對氨基苯甲酸相似，競爭FH2合成酶，使之不能進一步轉變成FH4 細菌缺乏原料，核苷酸量，細菌生長受到抑制。 人能利用食物中的葉酸，所以磺胺藥對人的核苷酸合成不受影響。在服藥的初期，磺胺藥要加倍。某些抗癌藥物的設計也是根據(jù)這一原理第52頁/共64頁532) 非競爭性抑制（抑制劑與酶結合位點 與底物與酶結合位點不在同一個部位） 但酶-底物-抑制劑復合物(ESI)不能進一步釋放出產物第53頁/共64頁54特點：（1）抑制劑與底物結構不相似，兩者沒有競爭作用（2）抑制劑結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，使反應體系中E、

18、ES下降， 造成整個酶促反應速度降低，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)反應了哪種因素對酶活性的影響？ 米氏常數(shù)的定義及意義 有機磷農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 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?。?酪氨酸酶缺陷，黑色素不能生成，產生的 疾病第五節(jié) 酶與醫(yī)學的關系第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6-磷酸葡萄

19、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胞 色素氧化酶的活性 重金屬中毒、農藥中毒等第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 時間時間 E

20、E 溫度溫度 關于米氏常數(shù)Km的說法，哪個是正確的： A A 飽和底物濃度時的速度飽和底物濃度時的速度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 速度達最大速度半數(shù)時的速度達最大速度半數(shù)時的底物濃度，底物濃度，E E 降低一半速度時的抑制劑降低一半速度時的抑制劑濃度濃度 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? A 增高反應活化能增高反應活化能 B B 降低反應活化能降低反應活化能C C 產物能量水平產物能量水平 D D 產物能量水平產物能量水平E E 反應自由能反應自由能 第62頁/共64

21、頁63磺胺藥物治病原理是： A A 直接殺死細菌直接殺死細菌B B 細菌生長某必需酶的細菌生長某必需酶的競爭性抑制劑競爭性抑制劑C C 細菌生長某必需酶的細菌生長某必需酶的非競爭性抑制劑非競爭性抑制劑D D 細菌生長某必需酶的細菌生長某必需酶的不可逆抑制劑不可逆抑制劑E E 分解細菌的分泌物分解細菌的分泌物 酶原激活的實質是： A 激活劑與酶結合使酶激活劑與酶結合使酶激活激活 B B 酶蛋白的變構效應酶蛋白的變構效應C C 酶原分子一級結構發(fā)酶原分子一級結構發(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 酶原分子的空間構象酶原分子的空間構象發(fā)生了變化而一級結構發(fā)生了變化而一級結構不變不變E E 以上都不對以上都不對 第63頁/共64頁64感謝您的觀看。第64頁/共64頁