生物化学酶专题知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三章 酶Enzyme第1页本章主要内容本章主要内容p第一节第一节 概述概述p第二节第二节 酶分子结构与功效酶分子结构与功效p第三节第三节 酶促反应速度特点与机制酶促反应速度特点与机制 p第四节第四节 影响酶促反应速度原因影响酶促反应速度原因p第五节第五节 酶和医学关系酶和医学关系 第2页第一节第一节 概述概述重点：酶概念与化学本质重点：酶概念与化学本质第3页一、酶发觉与研究简史一、酶发觉与研究简史p公元前两千多年，我国已经有酿酒记载。公元前两千多年，我国已经有酿酒记载。“昔者，帝女令仪狄作酒而美，进之禹，禹饮而甘之，曰昔者，帝女令仪狄作酒而美，进之禹，禹饮而甘之，曰:后世必有饮酒而之国者。后世必有饮酒而之国者。遂疏仪狄而绝旨酒遂疏仪狄而绝旨酒”。刘向。刘向;酶：酶：【五音集韻五音集韻】酒母也。酒母也。p1700s，观察到：胃液对肉消化；植物提取物和唾液使，观察到：胃液对肉消化；植物提取物和唾液使淀粉转变为糖。淀粉转变为糖。1897年，爱德华意外发觉并证实发酵过程并不需要完整活细胞存在。这一贡献彻底推翻“活力论”观点。也打开了通向当代酶学与当代生物化学大门，19诺贝尔化学奖。p1878年，年，Wilhelm首次提出首次提出酶酶(enzyme)概念。概念。第4页p许多研究者开始判定酶生物化学特征，发觉与许多研究者开始判定酶生物化学特征，发觉与蛋白质蛋白质相关；但相关；但一些人认为酶不是蛋白质，辩称蛋白质只是一些人认为酶不是蛋白质，辩称蛋白质只是酶分子携带者，蛋白质本身并不含有催化活性酶分子携带者，蛋白质本身并不含有催化活性。p1926年，年，James B.Sumner发觉脲酶是一个纯蛋白质；发觉脲酶是一个纯蛋白质；并于并于1937年再次发觉过氧化氢酶也是蛋白质。约翰年再次发觉过氧化氢酶也是蛋白质。约翰.诺诺斯罗普和温德尔斯罗普和温德尔.斯坦利则确认胃蛋白酶、胰蛋白酶和斯坦利则确认胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶是蛋白质。胰凝乳蛋白酶是蛋白质。p随即发觉随即发觉2千余种酶均证实是千余种酶均证实是蛋白质蛋白质。1946年度年度诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖第5页p1980s，托马斯，托马斯.切赫和西德尼切赫和西德尼.奥尔特曼分别在四膜虫奥尔特曼分别在四膜虫RNA前体加工和细菌核糖核酸酶前体加工和细菌核糖核酸酶P复合物研究中发觉：复合物研究中发觉：RNA含有催化作用含有催化作用，并提出了，并提出了核酶核酶概念。概念。p1994年，杰拉尔德年，杰拉尔德.乔伊斯等发觉了含有催化活性乔伊斯等发觉了含有催化活性DNA（为人工合成），称为（为人工合成），称为脱氧核酶脱氧核酶。Thomas R.CechSidney Altman1989年度年度诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖第6页19，维克多.亨利提出了酶动力学定量理论，但没有得到有力试验证实。19，雷奥诺.米歇里斯和其博士后莫得证实了Henri理论并扩展为米氏方程。随即，布里格斯和霍尔丹又对其进行了扩展。第7页二、酶概念及化学本质二、酶概念及化学本质p概念：酶是含有催化功效生物分子。概念：酶是含有催化功效生物分子。约约4000余种，催化生物体内众多化学反应，余种，催化生物体内众多化学反应，并受到准确调整，确保体内代谢高效有序进并受到准确调整，确保体内代谢高效有序进行。行。*酶促反应：由酶催化反应*底物（substrate)：酶所催化物质*产物（product)：酶所催化底物转变物SPE第8页p酶化学本质：酶化学本质：几乎全部酶均为几乎全部酶均为蛋白质蛋白质，部分为，部分为核酸核酸。u核酶核酶(ribozyme)：含有催化功效含有催化功效RNA。第9页第二节第二节 酶分子结构与功效酶分子结构与功效重点：活性中心、必需基团、辅酶重点：活性中心、必需基团、辅酶/辅基等辅基等概念；维生素概念；维生素辅酶辅酶/辅基辅基作用作用第10页一、酶分子组成一、酶分子组成第11页 一、酶不一样存在形式一、酶不一样存在形式单体酶：单体酶：由由一条多肽链一条多肽链组成。组成。寡聚酶：寡聚酶：含含两条或以上多肽链两条或以上多肽链，即多个相，即多个相同或不一样亚基以非共价键连接形成酶。同或不一样亚基以非共价键连接形成酶。多酶体系：多酶体系：由由几个不一样功效酶几个不一样功效酶彼此聚合彼此聚合组成多酶复合物。组成多酶复合物。多功效酶：多功效酶：指一些多酶体系在进化过程中指一些多酶体系在进化过程中因为基因融合，因为基因融合，各种不一样催化功效存在各种不一样催化功效存在于一条多肽链于一条多肽链中，这类酶称为多功效酶或中，这类酶称为多功效酶或串联酶。串联酶。第12页蛋白质部分：酶蛋白非蛋白质部分：辅助因子全酶 holoenzyme二、酶分子组成二、酶分子组成单纯酶：指仅由氨基酸残基组成酶。如淀粉酶等。结合酶apoenzymecofactorp按照分子组成份为两种：按照分子组成份为两种：第13页p从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：金属离子：金属离子：是最常见辅助因子，约是最常见辅助因子，约2/3酶含有酶含有金属离子。金属离子。金属酶：金属酶：金属离子和酶结合紧密。如羧基肽酶。金属离子和酶结合紧密。如羧基肽酶。金属激活酶：金属激活酶：金属离子与酶结合不甚紧密。如金属离子与酶结合不甚紧密。如己糖激酶等。己糖激酶等。小分子有机化合物：小分子有机化合物：通常为维生素或其体内通常为维生素或其体内代谢转变生成衍生物，见后。代谢转变生成衍生物，见后。第14页p按照与酶蛋白结合程度，辅助因子又可分为：按照与酶蛋白结合程度，辅助因子又可分为：辅酶辅酶(Coenzyme)：与酶蛋白结合疏松与酶蛋白结合疏松，可用可用透析或超滤方法除去。透析或超滤方法除去。辅基辅基(Prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密与酶蛋白结合紧密，不能用不能用透析或超滤法除去。透析或超滤法除去。第15页二、酶活性中心二、酶活性中心第16页p酶活性中心：酶活性中心：酶分子中一酶分子中一些必需基团在一级结构上些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，形成含结构上彼此靠近，形成含有特定空间结构区域，能有特定空间结构区域，能与底物特异结合并催化底与底物特异结合并催化底物转化为产物物转化为产物，这一区域，这一区域称为酶活性中心或活性部称为酶活性中心或活性部位。位。p酶活性中心是酶分子执行酶活性中心是酶分子执行其催化功效部位其催化功效部位。酶活性中心酶活性中心(active center)胰蛋白酶胰蛋白酶(Trypsin in Pancreas)p必需基团：必需基团：指酶分子中氨基酸残基侧链上一些指酶分子中氨基酸残基侧链上一些与酶催与酶催化活性亲密相关化学基团化活性亲密相关化学基团。第17页胰凝乳蛋白酶活性中心胰凝乳蛋白酶活性中心Chymotrypsin Active center一级结构一级结构空间结构空间结构活性中心活性中心第18页全部基团活性中心内活性中心外必需基团：维持酶空间构象等必需基团结合基团：结合底物其它催化基团：催化底物转变成产物p酶分子中化学基团酶分子中化学基团：第19页三、酶原与酶原激活三、酶原与酶原激活第20页p酶原酶原(zymogen)：在细胞内合成和初分泌在细胞内合成和初分泌无活性无活性酶前体酶前体。p酶原激活：酶原激活：在一定条件下，由在一定条件下，由无活性酶原无活性酶原转变为转变为有催化有催化活性酶活性酶过程，其过程，其实质实质是酶活性中心形成或暴是酶活性中心形成或暴露过程。露过程。酶原及其激活酶原及其激活第21页p生理意义：生理意义：可视为有机体对酶活性一个特殊调整方式，可视为有机体对酶活性一个特殊调整方式，确保酶在需要时在适当部位、适当时间发挥确保酶在需要时在适当部位、适当时间发挥作用，防止在不需要时发挥活性而对组织细作用，防止在不需要时发挥活性而对组织细胞造成损伤。酶原还能够视为酶一个贮存形胞造成损伤。酶原还能够视为酶一个贮存形式。式。p常见实例：常见实例：在消化系统、凝血系统中消化酶原、凝血酶在消化系统、凝血系统中消化酶原、凝血酶原。原。第22页胰蛋白酶原激活过程胰蛋白酶原激活过程胰蛋白酶原激活过程胰蛋白酶原激活过程第23页酶活性调整（快速调整）酶含量调整（慢速调整）酶蛋白合成诱导与阻遏酶蛋白降解化学修饰 变构调整酶原激活等 酶调整第24页pCovalent modification/Chemical modification p概念：酶蛋白一些基团概念：酶蛋白一些基团在另一个酶催化下在另一个酶催化下发生发生可逆可逆共价修饰共价修饰，从而引发酶活性改变，称为化，从而引发酶活性改变，称为化学修饰调整，也称共价修饰调整。学修饰调整，也称共价修饰调整。p主要方式：包含主要方式：包含磷酸化和脱磷酸化磷酸化和脱磷酸化、乙酰化和、乙酰化和脱乙酰化、甲基化和脱甲基化、腺苷化和脱腺脱乙酰化、甲基化和脱甲基化、腺苷化和脱腺苷化等，其中以磷酸化和去磷酸化修饰苷化等，其中以磷酸化和去磷酸化修饰最常见最常见。酶活性调整酶活性调整快速调整快速调整1.酶化学修饰酶化学修饰(共价修饰共价修饰)第25页酶磷酸化与去磷酸修饰酶磷酸化与去磷酸修饰第26页四、同工酶四、同工酶第27页同工酶同工酶(isoenzyme)p定义：定义：指催化相同化学反应，但酶蛋白分子结构、理化性指催化相同化学反应，但酶蛋白分子结构、理化性质、免疫学性质及组织学分布等不一样一组酶。质、免疫学性质及组织学分布等不一样一组酶。p部位：部位：同工酶往往存在于同一个属或同一个体同工酶往往存在于同一个属或同一个体不一样组织不一样组织或同一细胞或同一细胞不一样亚细胞结构不一样亚细胞结构中。中。p临床意义：临床意义：用于临床诊疗。用于临床诊疗。p实例：实例：乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LDH）第28页H HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4)LDHLDH2 2(H(H3 3M)M)LDH LDH3 3(H(H2 2MM2 2)LDHLDH4 4(HM(HM3 3)LDHLDH5 5 (M(M4 4)乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶5种同工酶种同工酶(LDH1 LDH5)p乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（LDH）LDH是最先发觉同工酶，为四聚体酶。其亚基是最先发觉同工酶，为四聚体酶。其亚基有两型：骨骼肌型（有两型：骨骼肌型（M 型）和心肌型（型）和心肌型（H 型），型），这两型亚基以不一样百分比组成五种同工酶这两型亚基以不一样百分比组成五种同工酶LDH1LDH5。第29页人体心、肝和骨骼肌人体心、肝和骨骼肌LDHLDH同工酶谱同工酶谱组织器官组织器官 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 （占总占总 LDH活性百分比）活性百分比）心心 3570 2845 216 06 05 肝肝 08 210 333 627 308 骨骼肌骨骼肌 110 418 838 936 4097正常血清正常血清 27.12.8 34.7 4.3 20.9 2.4 11.7 3.3 57 2.9第30页临床意义临床意义心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱改变同工酶谱改变1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5第31页五、变构酶五、变构酶第32页 酶变构调整酶变构调整(Allosteric regulation)p概念：概念：小分子物质小分子物质与酶蛋白与酶蛋白活性中心以外某一部位活性中心以外某一部位特异地结合，引发酶蛋白分子特异地结合，引发酶蛋白分子构象改变构象改变，进，进而而改变酶活性改变酶活性，此现象称为变构效应或变构，此现象称为变构效应或变构作用。作用。受变构调整酶即称作受变构调整酶即称作变构酶变构酶或或别构酶别构酶。造成变构效应小分子物质称为造成变构效应小分子物质称为变构效应剂变构效应剂。变构变构效应剂结合效应剂结合位点称为位点称为变构位点变构位点。酶酶活性中心活性中心所在位点称为所在位点称为催化位点催化位点。第33页p 变构酶特点：变构酶特点：变构酶通常是调整代谢关键酶，在细胞内控制着变构酶通常是调整代谢关键酶，在细胞内控制着代谢通路闸门，催化反应常是不可逆反应。代谢通路闸门，催化反应常是不可逆反应。其动力学特征不符合米氏方程，其动力学特征不符合米氏方程，V与与S关系为关系为S形形曲线曲线（米氏方程为（米氏方程为矩形双曲线矩形双曲线）。）。0.110.11别构酶与米氏酶动力学曲线比较别构酶与米氏酶动力学曲线比较第34页二、酶含量调整二、酶含量调整1.酶蛋白合成诱导与阻遏酶蛋白合成诱导与阻遏是对编码酶蛋白基因表示进行调整。是对编码酶蛋白基因表示进行调整。在转录水平上促进酶生物合成作用称为在转录水平上促进酶生物合成作用称为诱导作用诱导作用；在转录水平上降低酶生物合成作用称为在转录水平上降低酶生物合成作用称为阻遏作用阻遏作用。2.酶蛋白降解酶蛋白降解酶蛋白降解与普通蛋白质降解路径相同，主要包酶蛋白降解与普通蛋白质降解路径相同，主要包含含溶酶体蛋白酶降解路径溶酶体蛋白酶降解路径（不依赖（不依赖ATP降解路径）降解路径）和和非溶酶体蛋白酶降解路径非溶酶体蛋白酶降解路径（依赖（依赖ATP和泛素降解和泛素降解路径）。路径）。第35页六、维生素与辅酶六、维生素与辅酶第36页 维生素与辅助因子维生素与辅助因子1.定义：维生素是维持人体正常生理功效或细胞正常代定义：维生素是维持人体正常生理功效或细胞正常代谢所必需营养物质，人体需要量极小（常以毫克或微谢所必需营养物质，人体需要量极小（常以毫克或微克计），但在体内不能合成或合成量极少，必须由食克计），但在体内不能合成或合成量极少，必须由食物供给一类小分子有机化合物。物供给一类小分子有机化合物。2.主要分为两类：主要分为两类：脂溶性脂溶性维生素：包含维生素：包含VitA、D、E、K。水溶性水溶性维生素：包含维生素：包含B族维生素族维生素、VitC两类。两类。B族维生素族维生素主要参加形成酶辅助因子，详细见下表。主要参加形成酶辅助因子，详细见下表。第37页名称名称别名别名活性形式活性形式作用作用VitB1硫胺素硫胺素TPP-酮酸氧化脱羧酶辅基VitB2核黄素核黄素FMN;FAD黄素酶辅基(传递氢)VitPP尼克酸尼克酸,尼克酰胺尼克酰胺NAD+;NADP+各种脱氢酶辅酶(传递氢)VitB6吡哆醇吡哆醇吡哆醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺氨基酸脱羧酶和转氨酶辅基泛酸泛酸遍多酸遍多酸CoA酰基转移酶辅酶生物素生物素VitH生物素生物素羧化酶辅基叶酸叶酸FH4一碳单位转移酶辅酶VitB12钴胺素钴胺素甲钴胺素甲钴胺素甲基转移酶辅酶维生素与常见辅酶维生素与常见辅酶/辅基辅基第38页（1）VitB2(核黄素核黄素)FMN和和FAD，是黄素酶辅基，是黄素酶辅基(传递氢传递氢)。黄素单核苷酸黄素单核苷酸（FMN）Flavin mononucleotide黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）Flavin adenine dinucleotide异咯嗪核醇腺嘌呤第39页FMN和和FAD递氢机制递氢机制 （氧化型）（氧化型）（还原型）（还原型）第40页（2）VitPP(尼克酸尼克酸,尼克酰胺尼克酰胺)NAD+/NADP+，各种脱氢酶辅酶，各种脱氢酶辅酶(传递氢传递氢)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+Nicotinamide adenine dinucleotide尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP+加上磷酸则为NADP+第41页NAD+（NADP+）递氢机制）递氢机制NAD+或或NADP+（氧化型）（氧化型）NADH或或NADPH（还原型）（还原型）第42页（3）泛酸）泛酸(遍多酸遍多酸)辅酶辅酶A（CoA），是酰基转移酶辅酶，是酰基转移酶辅酶泛酸泛酸巯基乙胺巯基乙胺3-P-ADP第43页第三节第三节 酶促反应速度特点与机制酶促反应速度特点与机制第44页一、酶促反应特点一、酶促反应特点第45页一、酶催化作用特点一、酶催化作用特点（一）与普通催化剂共性SPE1.在催化反应过程中本身质和量保持不变；在催化反应过程中本身质和量保持不变；2.只能催化热力学上允许反应；只能催化热力学上允许反应；3.只能缩短到达化学平衡时间，但不改变反应平衡点只能缩短到达化学平衡时间，但不改变反应平衡点即平衡常数；即平衡常数；4.加速反应机制都是加速反应机制都是降低反应活化能降低反应活化能。第46页（二）酶与普通催化剂区分（二）酶与普通催化剂区分即酶特征即酶特征1.高效性高效性2.专一性专一性(高度特异性高度特异性)3.可调整性可调整性4.不稳定性不稳定性第47页酶与普通催化剂催化效率比较酶与普通催化剂催化效率比较底物底物 催化剂催化剂 反应温度反应温度 反应速度常数反应速度常数尿素尿素 H+62 7.4 10-7 脲酶脲酶 21 5.0 106过氧化氢过氧化氢 Fe 2+22 56 过氧化氢酶过氧化氢酶 22 3.5 107 与不加催化剂相比提升与不加催化剂相比提升1081020，与普通催化剂相比提升，与普通催化剂相比提升10710131.酶含有极高催化效率（高效性）酶含有极高催化效率（高效性）酶催化效率比非催化反应高约酶催化效率比非催化反应高约1081020倍，比普通倍，比普通催化剂高约催化剂高约1071013倍。倍。第48页酶催化高效率原因：酶比普通催化剂酶催化高效率原因：酶比普通催化剂能更有效地降低能更有效地降低反应活化能反应活化能，促进底物形成过渡态而加紧反应速度。，促进底物形成过渡态而加紧反应速度。活化能：活化能：分子从初态转变为激活态所需能量。分子从初态转变为激活态所需能量。酶促反应活化能改变酶促反应活化能改变第49页2.高度专一性：高度专一性：即即酶对底物高度选择性或特异性酶对底物高度选择性或特异性。即一个酶仅作用于一个或一类化合物，或一定化即一个酶仅作用于一个或一类化合物，或一定化学键，催化一定化学反应，生成一定产物。学键，催化一定化学反应，生成一定产物。常见类型：常见类型：绝对专一性、相对专一性绝对专一性、相对专一性立体异构体专一性立体异构体专一性光学异构体专一性光学异构体专一性第50页依据酶特异性高低分为：依据酶特异性高低分为：绝对特异性：绝对特异性：即一个酶只作用于一个特定结构底物，即一个酶只作用于一个特定结构底物，催化一个特定反应，生成一个特定结构产物。催化一个特定反应，生成一个特定结构产物。相对特异性：相对特异性：即酶作用于一类化合物或一个化学键。即酶作用于一类化合物或一个化学键。R1:Lys,ArgR2:不是不是ProR3:Tyr,Trp,PheR4:不是不是 Pro第51页依据酶对底物立体异构体有没有选择性，可区分依据酶对底物立体异构体有没有选择性，可区分立体立体异构体专一性。异构体专一性。胡索酸酶胡索酸酶反丁烯二酸反丁烯二酸(延胡索酸延胡索酸)苹果酸苹果酸第52页依据酶对底物光学异构体有没有选择性，可区分依据酶对底物光学异构体有没有选择性，可区分光学光学异构体专一性。异构体专一性。乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶第53页3.可调整性：可调整性：酶促反应受各种原因调控，以适应机体对不停改酶促反应受各种原因调控，以适应机体对不停改变内外环境和生命活动需要。变内外环境和生命活动需要。酶调整方式主要包含酶调整方式主要包含酶含量酶含量和和酶活性酶活性调整。调整。基本模式：各种细胞内外环境原因基本模式：各种细胞内外环境原因 调整酶调整酶活活性性和和含量含量 调整代谢等过程。调整代谢等过程。第54页4.不稳定性：不稳定性：多数酶是蛋白质等生物大分子，所以酶作用条件多数酶是蛋白质等生物大分子，所以酶作用条件普通比较温和，在中性普通比较温和，在中性pH、常温和常压下进行，、常温和常压下进行，强酸、强碱、高温条件均易使酶发生变性而失去强酸、强碱、高温条件均易使酶发生变性而失去活性。活性。第55页二、酶促反应机制二、酶促反应机制第56页二、酶催化作用机制（工作原理）二、酶催化作用机制（工作原理）1.酶比普通催化剂能更有效地降低反应酶比普通催化剂能更有效地降低反应活化能活化能。2.诱导契合假说：诱导契合假说：是指酶与底物靠近时，其结构是指酶与底物靠近时，其结构相互诱导、相互变相互诱导、相互变形和相互适应形和相互适应，进而相互结合，形成，进而相互结合，形成E-S复合物复合物。这种结合不一样于锁这种结合不一样于锁-钥机械关系。钥机械关系。酶构象改变酶构象改变有利于与底物结合；而底物在酶诱导有利于与底物结合；而底物在酶诱导下也发生变形，处于不稳定过渡态，易受酶催化下也发生变形，处于不稳定过渡态，易受酶催化攻击。攻击。第57页实例：己糖激酶例：己糖激酶酶空酶空间构构象改象改变Glucose第58页第四节第四节 酶促反应动力学酶促反应动力学 -影响酶促反应速度原因影响酶促反应速度原因第59页一、相关基本概念一、相关基本概念1.酶促反应动力学酶促反应动力学主要研究酶促反应速度及其影响原因。主要研究酶促反应速度及其影响原因。研究前提为：研究前提为：在研究某一原因对酶促反应速度在研究某一原因对酶促反应速度影响时，固定其它原因不变；影响时，固定其它原因不变；单底物、单产物单底物、单产物反应；反应；反应速度取其反应速度取其初速度初速度，即底物消耗量很，即底物消耗量很小（普通在小（普通在5 以内）时反应速度。以内）时反应速度。第60页产产物物0反应时间反应时间酶促反应进程曲线酶促反应进程曲线2.酶促反应速度酶促反应速度在要求反应条件下，在要求反应条件下，单位时间内底物消耗量和产单位时间内底物消耗量和产物生成量物生成量。惯用惯用初速度初速度表示，即底物消耗小于表示，即底物消耗小于5 反应时段内反应时段内平均速度；此时底物浓度改变对反应速度影响很平均速度；此时底物浓度改变对反应速度影响很小，反应速度相对恒定。小，反应速度相对恒定。第61页3.酶活性酶活性指是指是酶催化能力酶催化能力，用用酶促反应速度酶促反应速度来衡量来衡量。酶活性检测在临床诊疗等工作中含有主要意义。酶活性检测在临床诊疗等工作中含有主要意义。4.酶活性单位酶活性单位（试验课讲授）（试验课讲授）是衡量酶活力大小尺度。是衡量酶活力大小尺度。即在要求条件下，在即在要求条件下，在单位时间单位时间(s、min或或h)内生内生成一定量成一定量(mg、g、mol等等)产物或消耗一定数产物或消耗一定数量底物量底物所需酶量所需酶量。第62页二、影响酶促反应速度二、影响酶促反应速度(酶活性酶活性)原因原因1.底物浓度底物浓度2.酶浓度酶浓度3.pH4.温度温度5.激活剂激活剂6.抑制剂抑制剂第63页一、底物浓度影响一、底物浓度影响第64页 底物浓度对酶促反应速度影响底物浓度对酶促反应速度影响svVm0当当S较低时，较低时，V与与S成正比；反应为一级反应。成正比；反应为一级反应。伴随伴随S增高，增高，V不再成正百分比加速；为混合级反应。不再成正百分比加速；为混合级反应。当当S高达一定程度，高达一定程度，V达最大；为零级反应。达最大；为零级反应。p在其它原因不变、且底物浓度远远大于酶浓在其它原因不变、且底物浓度远远大于酶浓度情况下，底物浓度改变对反应速度影响作度情况下，底物浓度改变对反应速度影响作图呈矩形双曲线。图呈矩形双曲线。第65页19雷奥诺雷奥诺.米歇里斯（米歇里斯（Michaelis）和莫得）和莫得（Menten）提出反应速度与底物浓度关系数）提出反应速度与底物浓度关系数学方程式，即学方程式，即米米-曼氏方程曼氏方程式，简称式，简称米氏方程米氏方程(Michaelis equation)。米氏方程：V=VmaxSKm +SS：底物浓度底物浓度V：不一样不一样S时反应速度时反应速度Vmax：最大反应速度最大反应速度m：米氏常数米氏常数第66页Km意义：（1）Km值等于值等于酶促反酶促反应速度到达最大反应速度应速度到达最大反应速度二分之一时底物浓度二分之一时底物浓度；其；其单位是浓度单位。单位是浓度单位。KmS 2Km+S Vmax VmaxSV=VmaxSKm +S第67页（2）Km值近似等于值近似等于ES解离常数，可解离常数，可反应反应酶与底物亲和力大小酶与底物亲和力大小（数值越小则亲协力越（数值越小则亲协力越高高）。）。（3）Km是是酶特征性常数酶特征性常数，主要取决于酶和主要取决于酶和底物结构底物结构，与酶和底物浓度无关，但受到反，与酶和底物浓度无关，但受到反应环境（如应环境（如pH、温度等）影响。、温度等）影响。第68页Vm意义：Vm是酶完全被底物饱和时反应速度，是酶完全被底物饱和时反应速度，即最大即最大反应速度，与酶浓度成正比。反应速度，与酶浓度成正比。svVm0第69页二、酶浓度影响二、酶浓度影响第70页p当底物浓度大大超出酶浓度即 S E，反应速度和酶浓度改变呈正比。酶浓度对酶促反应速度影响酶浓度对酶促反应速度影响VmE0第71页三、温度影响三、温度影响第72页 温度对酶促反应速度影响温度对酶促反应速度影响最适温度最适温度双重效应双重效应：升高温度首先可：升高温度首先可加紧酶促反应速度加紧酶促反应速度，同时也同时也增加酶变性增加酶变性机会。机会。最适温度最适温度：酶促反应速率最快时反应体系温度：酶促反应速率最快时反应体系温度。不是酶特征性常数不是酶特征性常数。第73页四、四、pHpH值影响值影响第74页 pH值对酶促反应速度影响值对酶促反应速度影响最适pH值最适最适pH值值：酶催化活性最高时反应体系：酶催化活性最高时反应体系pH。不是酶特征性常数不是酶特征性常数。第75页五、激活剂影响五、激活剂影响第76页 激活剂对酶促反应速度影响激活剂对酶促反应速度影响激活剂激活剂：使酶从无活性变为有活性，或使酶活：使酶从无活性变为有活性，或使酶活性增加物质。如：性增加物质。如：金属离子：金属离子：Mg2+、K+、Mn2+阴离子：阴离子：Cl-有机物：胆汁酸盐有机物：胆汁酸盐分为：分为：必需激活剂：如必需激活剂：如Mg2+对己糖激酶对己糖激酶非必需激活剂非必需激活剂第77页五、抑制五、抑制剂影响剂影响第78页 抑制剂对酶促反应速度影响抑制剂对酶促反应速度影响抑制剂抑制剂：凡能使酶催化活性下降而不引发酶蛋：凡能使酶催化活性下降而不引发酶蛋白变性物质。白变性物质。抑制剂与变性剂抑制剂与变性剂区分区分：抑制剂抑制剂对酶有一定对酶有一定选择性选择性，而变性剂对酶，而变性剂对酶没有选择性没有选择性第79页不可逆抑制可逆抑制 竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制抑制类型：抑制类型：第80页（1）不可逆抑制）不可逆抑制(Irreversible inhibition)抑制剂通常以抑制剂通常以共价键共价键与酶蛋白活性中心上必需与酶蛋白活性中心上必需基团结合，使酶活性消失。基团结合，使酶活性消失。不能用透析、超滤方法去除抑制剂。不能用透析、超滤方法去除抑制剂。第81页p实例实例1：有机磷农药中毒：有机磷农药中毒机制：机制：有机磷抑制胆碱酯酶有机磷抑制胆碱酯酶（与酶分子上羟基结合）（与酶分子上羟基结合）酶失活酶失活乙酰胆碱积蓄乙酰胆碱积蓄中毒。中毒。解毒：可用解磷定解毒解毒：可用解磷定解毒*乙酰胆碱酯酶是羟基酶，与有机磷农药共价结合后失活，乙酰胆碱酯酶是羟基酶，与有机磷农药共价结合后失活，使兴奋性神经递质乙酰胆碱不能及时去除降解。使兴奋性神经递质乙酰胆碱不能及时去除降解。*有机磷农药：敌百虫、敌敌畏、乐果杀虫剂有机磷农药：敌百虫、敌敌畏、乐果杀虫剂1059等等第82页p实例实例2：重金属离子：重金属离子/路易士气中毒路易士气中毒机制：机制：重金属离子和路易士气抑制巯基酶重金属离子和路易士气抑制巯基酶，与酶分子巯基结合。与酶分子巯基结合。解毒：可用二巯基丙醇解毒。解毒：可用二巯基丙醇解毒。路易士气路易士气失活酶失活酶巯基酶巯基酶失活酶失活酶酸酸二巯基丙醇二巯基丙醇巯基酶巯基酶中中毒毒解解毒毒第83页（2）可逆抑制）可逆抑制(Reversible inhibition)竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制p抑制剂与酶蛋白经过抑制剂与酶蛋白经过非共价键非共价键可逆性结合，使可逆性结合，使酶活性降低或消失。酶活性降低或消失。p可用透析或超滤方法将抑制剂除去。可用透析或超滤方法将抑制剂除去。第84页 竞争性抑制竞争性抑制(Competitive inhibition)+E EE ES SI IESESEIEIE PE P抑制剂与底物结构相同抑制剂与底物结构相同，可与底物竞争酶活性，可与底物竞争酶活性中心，与酶形成可逆中心，与酶形成可逆EI复合物，降低酶与底复合物，降低酶与底物结合机会，从而抑制酶活性。物结合机会，从而抑制酶活性。该抑制作用可经过增加底物浓度来解除。该抑制作用可经过增加底物浓度来解除。抑制程度取决于抑制剂与酶相对亲和力及抑制程度取决于抑制剂与酶相对亲和力及I/S。第85页动力学特点动力学特点：Vmax不变，不变，Km增大。增大。第86页COOHCOOHCH2丙二酸丙二酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸p实例实例1：丙二酸对琥珀酸脱氢酶抑制：丙二酸对琥珀酸脱氢酶抑制琥珀酸脱氢酶第87页COOHH2N对氨基苯甲酸 FH2合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸(FH2)SO2NHRH2N磺胺药磺胺药p实例实例2：磺胺类药品抑制二氢叶酸合成酶：磺胺类药品抑制二氢叶酸合成酶磺胺类药品与对氨基苯甲酸结构类似，可竞争性地磺胺类药品与对氨基苯甲酸结构类似，可竞争性地抑制二氢叶酸合成酶，抑制叶酸合成，进而影响细抑制二氢叶酸合成酶，抑制叶酸合成，进而影响细菌核酸合成，使细菌生长繁殖受到抑制。菌核酸合成，使细菌生长繁殖受到抑制。第88页非竞争性抑制非竞争性抑制(Noncompetitive inhibition)+S S S S+S S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P抑制剂抑制剂与酶活性中心以外部位结合与酶活性中心以外部位结合，不影响酶，不影响酶与底物结合，抑制剂与底物无竞争关系。与底物结合，抑制剂与底物无竞争关系。抑制程度抑制程度取决于抑制剂浓度取决于抑制剂浓度。第89页动力学特点动力学特点：Vmax变小，变小，Km不变。不变。第90页反竞争性抑制反竞争性抑制(Uncompetitive inhibition)抑制剂抑制剂仅与酶和底物形成中间产物仅与酶和底物形成中间产物(ES)结合结合，使中间产物量下降。使中间产物量下降。动力学特点动力学特点：Vmax降低，降低，Km减小。减小。第91页第四节第四节 酶与医学酶与医学第92页一、酶分类与命名一、酶分类与命名第93页一、酶分类一、酶分类依据酶所催化反应类型和机理，分为依据酶所催化反应类型和机理，分为6大类：大类：氧化还原酶；氧化还原酶；转移酶；转移酶；水解酶；水解酶；裂解酶；裂解酶；异构酶；异构酶；合成酶；合成酶；深入分类：深入分类：比如：乳酸脱氢酶比如：乳酸脱氢酶第94页二、酶命名二、酶命名1.习惯命名法：习惯命名法：依据酶所催化底物、反应性质依据酶所催化底物、反应性质以及酶起源而定，常出现一酶多名情况，易以及酶起源而定，常出现一酶多名情况，易混乱。混乱。2.系统命名法系统命名法：它标明酶全部底物与反应性质。：它标明酶全部底物与反应性质。底物名称之间以底物名称之间以“：”分隔。比较繁琐，难分隔。比较繁琐，难于推广。于推广。3.推荐名称：推荐名称：从每种酶数个习惯名称中选定一从每种酶数个习惯名称中选定一个简便实用推荐名称。个简便实用推荐名称。第95页分类分类定义定义举例举例推荐名称推荐名称（系统名称）（系统名称）EC编号编号催化反应氧化还原氧化还原酶类酶类催化底物进行氧化还原反应酶类乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶（乙醇：（乙醇：NAD+氧化还原氧化还原酶）酶）EC 1.1.1.1乙醇乙醇+NAD+乙醛乙醛+NADH+H+转移酶类转移酶类催化底物之间进行一些基团转移或交换酶类天冬氨酸氨基转移酶天冬氨酸氨基转移酶（L-天冬氨酸：天冬氨酸：-酮戊二酮戊二酸氨基转移酶）酸氨基转移酶）EC 2.6.1.1L-天冬氨酸天冬氨酸+a-酮戊二酮戊二酸酸 草酰乙酸草酰乙酸+L-谷谷氨酸氨酸水解酶类水解酶类催化底物发生水解反应酶类葡萄糖葡萄糖6-磷酸酶磷酸酶（D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸水解磷酸水解酶）酶）EC 3.1.3.9D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+H2O D-葡萄糖葡萄糖+H3PO4裂解酶类裂解酶类(或裂合酶或裂合酶类类)催化从底物移去一个基团并留下双键反应或其逆反应酶类醛缩酶醛缩酶（酮糖（酮糖-1-磷酸裂解酶）磷酸裂解酶）EC 4.1.2.7酮糖酮糖-1-磷酸磷酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+醛醛异构酶类异构酶类催化各种同分异构体、几何异构体或光学异构体之间相互转化酶类磷酸果糖异构酶磷酸果糖异构酶（D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酮磷酸酮-醇醇异构酶）异构酶）EC 5.3.1.9D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 D-果糖果糖-6-磷酸磷酸合成酶类合成酶类(或连接酶或连接酶类类)催化两分子底物合成为一分子化合物，同时偶联有ATP磷酸键断裂释能酶类谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶（L-谷氨酸：氨连接酶）谷氨酸：氨连接酶）EC 6.3.1.2L-谷氨酸谷氨酸+ATP+NH3 L-谷氨酰胺谷氨酰胺+ADP+磷酸磷酸第96页二、酶与疾病关系二、酶与疾病关系第97页 酶缺乏或异常引发疾病酶缺乏或异常引发疾病 酶酶 疾疾 病病苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶 苯丙酮酸尿症苯丙酮酸尿症6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 蚕豆病蚕豆病酪氨酸酶酪氨酸酶 白化病白化病细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 氰化物中毒氰化物中毒胆碱酯酶胆碱酯酶 有机磷中毒有机磷中毒蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶 炎症炎症炎症炎症1.酶与疾病发生酶与疾病发生酶结构、含量与活性异常均可能造成酶活性或功效异酶结构、含量与活性异常均可能造成酶活性或功效异常，进而引发一些疾病。常，进而引发一些疾病。第98页 临床诊疗部分惯用酶临床诊疗部分惯用酶 酶酶 主要临床应用主要临床应用谷丙转氨酶谷丙转氨酶 肝实质疾患肝实质疾患谷草转氨酶谷草转氨酶 心肌梗塞、肝实质疾患心肌梗塞、肝实质疾患胆碱酯酶胆碱酯酶 有机磷中毒有机磷中毒乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 心肌疾患、肝实质疾患心肌疾患、肝实质疾患淀粉酶淀粉酶 胰腺疾病胰腺疾病碱性磷酸酶碱性磷酸酶 骨病、肝胆疾患骨病、肝胆疾患胰蛋白酶胰蛋白酶(原原)胰腺疾病胰腺疾病肌酸激酶肌酸激酶 心肌梗塞、肌肉疾患心肌梗塞、肌肉疾患醛缩酶醛缩酶 肌肉疾病肌肉疾病 酸性磷酸酶酸性磷酸酶 前列腺癌、骨病前列腺癌、骨病谷氨酰转移酶谷氨酰转移酶 肝实质病变、酒精中毒肝实质病变、酒精中毒2.酶与疾病诊疗酶与疾病诊疗血清酶活性血清酶活性测定测定用于临床疾病诊疗。用于临床疾病诊疗。酶作为试剂用于临床检验和科学研究。酶作为试剂用于临床检验和科学研究。第99页3.酶与疾病治疗酶与疾病治疗一些酶能够作为药品一些酶能够作为药品直接用于临床疾病治疗直接用于临床疾病治疗：消化不良：胃酶、胰酶消化不良：胃酶、胰酶预防血栓形成：尿激酶、链激酶、纤溶酶预防血栓形成：尿激酶、链激酶、纤溶酶许多酶也作为许多酶也作为疾病治疗和药品设计靶点疾病治疗和药品设计靶点：如：磺胺药以二氢叶酸合成酶为作用靶点如：磺胺药以二氢叶酸合成酶为作用靶点第100页三、酶在其它学科应用三、酶在其它学科应用第101页3.酶在其它学科应用酶在其它学科应用一些酶能够作为试剂用于生物化学分析：一些酶能够作为试剂用于生物化学分析：指示酶指示酶标识酶标识酶工具酶工具酶酶分子工程：酶分子工程：化学修饰、酶固定化、抗体酶、模拟酶化学修饰、酶固定化、抗体酶、模拟酶护肤品、加酶洗衣粉、抗生素护肤品、加酶洗衣粉、抗生素第102页小小 结结p掌握掌握酶概念与化学本质酶概念与化学本质。p掌握酶分子组成、酶活性中心、必需基团、辅掌握酶分子组成、酶活性中心、必需基团、辅助因子、辅酶、辅基等助因子、辅酶、辅基等概念概念。熟悉。熟悉常见辅酶或常见辅酶或辅基与维生素关系辅基与