酶与维生素.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 酶与维生素,Enzyme,and,vitamin,引 言,日常生活中常常碰到的一些现象，如,吃馒头时，多嚼些时候，会感觉到甜,，这是因为口腔的唾液里有淀粉酶能把饭中的淀粉分解成为糊精和麦芽糖。,医生常会给消化不良的病人吃多酶片,，其成分主要是胃蛋白酶、胰蛋白酶、淀粉酶，这些酶能帮助人体将吃进去的蛋白质、淀粉分解成简单的物质，易被肠壁吸收。,生物体内的新陈代谢过程包含着许多复杂而又有规律的物质变化和能量变化，这许多化学反应都是在酶催化下进行的。,酶和生命活动密切相关,几乎所有的生命过程都有酶参加,。,主 要 内 容,概述,酶催化作用的特点,酶的结构与功能,维生素与辅酶,影响酶催化作用的因素,酶活性的调节,酶与医学的关系,学 习 目 标,掌握：,酶的概念及作用特点、结构功能及影响酶促反应速度的因素；,B,族维生素参与组成的辅酶或辅基的结构与功能；竞争性抑制作用的概念与作用特点；变构调节，共价修饰调节。,熟悉：,维生素的概念和分类；熟悉同工酶的概念及其临床应用。,了解：,酶的命名、分类原则及酶活性测定的原理方法；酶与医学的关系。,概 述,（一）酶的定义,酶,（,Enzyme,）,：,酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。,核酶,(ribozyme),：,具有高效、特异催化作用的,核酸,。,（二）酶的化学本质,来源：,活细胞,功能：,催化剂,化学本质：,绝大多数是蛋白质，少数是RNA。,（三）,几个有关名词,酶促反应：,酶所催化的反应称为酶促反应。,底物,（,substrate,S,),：,被酶催化的物质,。,产物,（,product,P,),：,反应生成的物质。,酶活性：,酶所具有的催化能力（,酶作用的强弱,）。,酶失活：,酶丧失催化能力。,单体酶,(monomeric enzyme),：,由,单条肽链,构成,仅具有三级结构的酶。,寡聚酶,(oligomeric enzyme),：,由,多个相同或不同亚基,以非共价键连接组成的酶。,多酶体系,（multienzyme system),：,由,几种不同功能的酶,彼此聚合形成的多酶复合物。,（三）酶的命名和分类,酶的命名：,1,、,习惯命名法,根据其催化底物来命名；,根据所催化反应的性质来命名；,结合上述两个原则来命名；,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。,2,、,系统命名法,(,1961,年国际酶学委员会确定,),系统名称：底物名,+,反应性质,分类编号：,E.C.+,四个数字,（,EC:1.4.1.3,）,EC-enzyme commission,1.-,类（氧化还原酶类）,4.-,亚类,1.-,亚,-,亚类,3.-,亚,-,亚类中的排序,一些酶的命名举例,依据催化反应的化学性质分（国际酶学委员会系统命名分类法）,：,1,、氧化还原酶类,(oxidoreductases),：催化底物间进行氧化还原反应的酶类。,2,、转移酶类,(transferases),：,催化不同底物间进行某种基团的转移或交换的酶类。,3,、水解酶类,(hydrolases),：,催化底物发生水解反应的酶类。,4,、裂解酶类,(lyases),：,催化一种化合物分解为两种化合物或两种化合物合成为一种化合物的酶类。,5,、异构酶类,(isomerases),：,催化各种同分异构体间相互转变的酶类。,6,、合成酶类,(ligases,synthetases),：,催化两分子底物合成为一分子化合物，同时耦联有,ATP,的磷酸键断裂的酶类。,酶的分类：,依据酶分子中肽链的数目分：,单体酶,(monomeric enzyme),：只有一条肽链即可构成有活性的酶，故单体酶仅具有三级结构。,寡聚酶,(oligomeric enzyme),：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。,依据酶催化反应的结构特点为：,多酶体系,(multienzyme system),：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。,多功能酶,(multifunctional enzyme),或串联酶,(tandem enzyme),：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。,依据酶的分子组成为：,单纯酶,(simple enzyme),：仅由氨基酸残基即可组成有活性的酶分子。,结合酶,(conjugated enzyme),：由蛋白质与非蛋白质部分组成的有活性的酶分子。,高度催化效率,高度特异性,酶催化活性的可调节性,酶活性的不稳定性,第一节 酶催化作用的特点,酶与一般催化剂的共同点,只能催化热力学上允许进行的化学反应。,能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变平衡点。,反应前后本身不发生变化。,对可逆反应的正反两个方向都具有的催化作用。,都能降低反应所需要的活化能。,几个概念：,能阈：反应物分子发生化学变化所需最低能量,活化分子：含有高于反应能阈而能起反应的分子,活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量,酶促反应的特点,（一）,高度的催化效率,酶的催化效率比非催化反应的效率高,10,8,10,20,倍，比一般催化剂高,10,7,10,13,倍。,酶的催化不需要较高的反应温度。,酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能。酶比一般催化剂能更有效地降低反应的活化能。,反应总能量改变,非催化反应活化能,酶促反应,活化能,一般催化剂催,化反应的活化能,能,量,反 应 过 程,底物,产物,酶促反应活化能的改变,（二）,高度的特异性,要求底物具有特定的结构。酶的这种特性称为酶的专一性或特异性,。,相对,特异性：,一种酶作用于一类化合物或一种化学键发生化学反应。,绝对,特异性：一种酶只能作用于一种底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。,立体异构,特异性：,一种酶只能作用于底物的一种立体异构体。,（三）,酶活性的不稳定性（,高度不稳定性,）,酶对环境因素的变化非常敏感，凡能使蛋白质变性的理化因素都能使酶蛋白变性失活。,（四）,催化活性的可调节性,酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。,对酶生成与降解量的调节,酶催化效力的调节,通过改变底物浓度对酶进行调节等,第二节 酶的结构与催化活性,酶的分子组成,辅助因子与维生素,酶的催化活性与活性中心,体内酶的其他存在形式,一、酶的分子组成,单纯酶,：,仅由氨基酸组成。其活性由蛋白质的结构决定。,结合酶,：,由蛋白质和非蛋白质部分组成，蛋白质部分称为,酶蛋白,，非蛋白质部分称为,辅助因子,。二者结合形成的复合物称为,全酶,。,全酶,=,酶蛋白,+,辅助因子,结合,酶的分子组成,蛋白质部分：酶蛋白,(,apoenzyme,),辅助因子,(,cofactor,),金属离子,小分子有机化合物,结合酶（全酶,),(,holoenzyme,),决定反应的专一性及其催化机制,决定反应的性,质和反应类型,Mg,2+,、,Cu,2+,、,Zn,2+,、,Fe,2+,结合酶的特点,1.,酶蛋白和辅助因子单独存在时，均无催化活性，只有当二者结合形成,全酶,后,才有催化活性,。,2.,一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合构成一种特异性的酶，一种辅助因子却可与几种酶蛋白结合构成不同特异性的酶。,3.,酶蛋白决定,酶促,反应的专一性,；,辅助因子,决定,反应类型,。,包括：,金属离子,和,小分子有机物,。,按其与酶蛋白结合的紧密程度可分为,辅酶,和,辅基,。,辅酶：,与酶蛋白结合疏松，用透析或超滤的方法能将其与酶蛋白分离。,辅基：,与酶蛋白结合紧密，用透析或超滤的方法不能将其除去的称之。,辅酶和辅基都是维生素类物质。,辅助因子,金属离子的作用,1.稳定酶分子构象。,2.参与催化反应或传递电子。,3.在酶与底物间起桥梁作用。,4.中和阴离子降低反应中的静电斥力。,根据金属离子与酶结合的形式不同，可将酶分为,金属酶,和,金属活化酶,。,金属酶,(,metalloenzyme,),金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。,金属激活酶,(,metal-activated enzyme,),金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。,小分子有机物,作用：,在反应中起运载体的作用，,传递电子、质子或转移基团的作用,。,其结构中常含有,维生素,或,维生素类物质,，以辅酶或辅基的形式参与酶的催化过程。,小分子有机化合物在催化中的作用,二、辅助因子与维生素,维生素的,概念,维生素,（,vitamin,）,是维持人体正常生命活动所必须的一类小分子有机化合物。,调节物质代谢、维持细胞生理功能。,维生素的,特点,1),维生素及其前体都存在于天然食物中,2),参与机体正常生理功能，,需要量极少，但不可缺少,3),不提供热能，,一般不为机体组成成分,4),在体内不能合成或合成量少，必需由食物供给,维生素的分类,溶于水,体内无储存,B族Vit Vit C,溶于,Fat,肝脏可蓄积,Vit A D E K,水溶性,脂溶性,B,族,Vit,包括：,B,l,、,B,2,、,PP,、,B,6,、,泛酸、生物素、叶酸和,B,12,8,种维生素。,维生素缺乏症的常见原因,1.,摄入量不足：,烹调、储存方法不当,2.,吸收利用率降低：,长期腹泻、消化不良,3.,需要量增加：,生长期儿童、孕妇、重体力劳动者,4.,药物引起：,长期应用广谱抗菌素,，,抑制肠道正常菌群的生长,我国,55%,以上的人缺乏维生素,A,，,50%,以上的,人缺乏维生素,D,。最普遍缺乏的维生素是,B,1,、,B,2,、,C,，,特别是中老年人，缺少维生素,C,的现象尤为严,重。上述五种维生素，就是中国人目前最缺乏的维,生素。,一、,Vit B,1,（硫胺素）,化学本质：,由,含氨基的嘧啶环和含硫的噻唑环组成,活性形式：,焦磷酸硫胺素,(,TPP,),性质：,酸性溶液中耐热性强，碱性溶液中加热易被破坏,来源：,瘦肉、酵母以及谷类、豆类的外皮和胚芽中含量丰富,生理功能：,1.,TPP,是,-,酮酸脱氢酶系的辅酶，参与,-,酮,酸氧化脱羧,2.,TPP,是转酮醇酶的辅酶，参与磷酸戊糖途径。,3.,抑制胆碱酯酶,一、,Vit B,1,（硫胺素）,缺乏症：,脚气病、末梢神经炎,按其形态和症状分为：,干脚气病（组织萎缩）,。,以多发性神经炎症状为主。,湿脚气病（组织水肿）。,以水肿症状为主。,婴儿脚气病。,主要症状为哭声微弱、发绀、心跳过速，有时伴有呕吐。,常发于乳母膳食缺乏,维生素B,1,所喂养的2-5月龄的婴儿。,婴儿先天性脚气病。,主要症状为致命性的青紫症状，吮吸无力，嗜睡。,一、,Vit B,1,（硫胺素）,二、维生素,B,2,化学本质：,核糖醇和二甲基异咯嗪的缩合物,，因,呈黄色，所以又称核黄素。,活性形式：,黄素单核苷酸（,FMN,）,黄素腺嘌呤二核苷酸（,FAD,）,性质：,橘黄色针状晶体，较耐热，在酸性溶液中,也很稳定，但是对光敏感，易被破坏。,来源：,动植物食品中广泛存在，以肝、肾、香菇、,紫菜中等含量丰富。,异咯嗪环的,N,1,位、,N,5,位之间存在共轭双键，能反复接受和释放氢，因此具有可逆的氧化还原特性。,生理功能：,FMN,和,FAD,是体内氧化还原酶的辅基，主要起递氢体的作用。,缺乏病：,维生素,B,2,缺乏可引起,眼睑炎、唇炎、口角炎、口腔溃疡、舌炎和阴囊炎,等，称,口腔生殖综合征,。,严重可造成缺铁性贫血，,影响生长发育，妊娠期缺乏可导致胎儿骨骼畸形。,二、维生素,B,2,化学本质：,吡啶的衍生物,，包括尼克酸(又称烟酸)和尼克酰胺(又称烟酰胺)，二者在体内可相互转变。色氨酸可在体内转变成,VitPP,性质：,对光、热、酸、碱、氧均稳定,。尼克酸是微溶于水的白色针状晶体，而尼克酰胺易溶于水的白色晶体。,来源：,动物肝、肾、瘦肉、乳类等，全谷、豆类、绿叶蔬菜也有相当含量。,三、,Vit PP（,Vitamin B,5,）,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,+,）,三、,Vit PP（,Vitamin B,5,）,生理功能：,NAD,+,和NADP,+,是体内多种不需氧脱 氢酶的辅酶，在生物氧化过程中，,起递氢体的作用,缺乏病：,癞皮病,。,轻度症状为：,疲劳、乏力、工作能力减退，记忆力差以及经常失眠。,典型症状为,“,三,D,”,症状：,皮炎（,dermatits,）、腹泻（,diarrhoea,）、痴呆（,depression,）,三、,Vit PP（,Vitamin B,5,）,四、,Vit B,6,化学本质：,是,吡啶的衍生物,，包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺。,活性形式：,磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。,二者在体内可以互相转化。,性质：,碱性溶液中、遇紫外线照射易被破坏，酸性溶液中较稳定。,来源：,肉类、蛋黄、谷物、绿叶蔬菜中含量丰富。,四、,Vit B,6,生理功能：,是转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅酶，参与氨基酸代谢。,缺乏病：单纯缺乏很少见，长期缺乏导致,皮肤、中枢神经、造血功能损害。,临床应用：治疗妊娠呕吐、小儿惊厥,等现象。,四、,Vit B,6,五、生物素,（,维生素,H,Vitamin B,7,）,化学本质：,由尿素与噻吩结合,的骈环并带有戊酸侧链的化合物。,来源：,普遍存在动植物体内，,在肝、肾、牛奶等食物中生物素,含量最多，其次为豆类、菜花,等；体内也可合成一部分。,生理功能：,生物素构成羧化酶的辅酶，参与体内二氧化碳的固定和羧化过程。,还参与维生素,B,12,、叶酸、泛酸的代谢；促进尿素合成与排泄。,六、泛酸（遍多酸,Vitamin B,3,）,化学本质：,由,-,丙氨酸与二羟基二甲基丁酸通过肽键连接而成的有机酸,性质：,对酸、碱和热不稳定,对氧化剂和还原剂稳定。,来源：肉、奶、鱼类、谷物等动植物组织中均含有一定量的泛酸,活性形式,：辅酶,A,（,HSCoA,）,酰基载体蛋白（,ACP,）。,生理功能,：是酰基转移酶的辅酶，起转移酰基的作用，广泛参与糖、脂类、蛋白质代谢及肝的生物转化作用。,缺乏病：,很少有。,六、泛酸（遍多酸,Vitamin B,3,）,七、叶酸,（,辅酶,F,Vitamin B,11,）,化学本质：,叶酸由蝶呤啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸结合而成。,叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,二氢叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,四氢叶酸,5,6,7,8-,四氢叶酸,活性形式：,四氢叶酸（,FH4,）,性质：,淡黄色晶体，较难溶于水，在光照下、加热时以及酸性条件下不稳定。,来源：,新鲜绿叶蔬菜、水果、豆类、谷类以及肝中等；另外，人体肠道细菌也能合成叶酸,生理功能：,四氢叶酸是一碳单位转移酶的辅酶，作为一碳单位的载体参与许多物质的合成。,缺乏病：,巨幼红细胞性贫血。,七、叶酸（,B,11,）,八、,Vit B,12,化学本质：,是含金属元素,(,钴,),的维生素，又称钴胺素。唯一含金属元素的维生素。,性质：,粉红色晶体，在弱酸下很稳定，但遇强碱、强酸后极易被破坏。,来源：,动物性食物如肝脏、肾脏含量最多，植物性食品中不含维生素,B,12,。,活性形式：,与甲基结合成,甲基钴胺素,，与,5,-,脱氧腺苷结合成,5,-,脱氧腺苷钴胺素,，与羟基结合形成,羟钴胺素。,生理功能,：,甲基钴胺素是转甲基酶的辅酶，参与体内的转甲基反应和叶酸代谢。,维生素,B,12,通过增强,FH,4,的利用来间接影响蛋白质的生物合成，从而促进红细胞的分裂与成熟。,缺乏病：,巨幼红细胞贫血。,八、,Vit B,12,水溶性维生素总结,名称,辅酶形式,生理作用,缺乏症,B,1,TPP,a-,酮酸氧化脱羧酶的辅酶，磷酸戊糖旁路中转酮醇酶的辅酶,脚气病,FAD FMN,黄素脱氢酶的辅酶,口角炎舌炎,PP,B,5,NAD NADP,多数脱氢酶的辅酶，参与氢的传递,糙皮病,B,6,磷酸吡哆醛,转氨酶的辅酶，传递氨基氨基载体，肠菌能合成,遍多酸,B,3,辅酶,A,酰基转移,生物素,B,7,羧化酶的辅酶,CO,2,的载体,抗生物素蛋白,缺乏症,B,2,叶酸,B,1,1,FH,4,一碳单位的载体,巨幼细胞性贫血,巨幼细胞性贫血,B,12,甲基钴胺素，,5-,脱氧钴胺素,转甲基酶的辅酶,维生素,C,抗坏血酸,（还原）,氧化反应,坏血病,硫辛酸,a-,酮酸氧化脱羧酶的辅酶,脂溶性维生素,共性：,1.,天然存在，消化吸收，均与脂,类伴行。体内有贮存。,2.,不经尿排出，但可随胆汗排出。,3.,过量可引起中毒。,一、维生素,A,(,一,),化学本质：,A1,视黄醇,A2 3-,脱氢视黄醇 活性：,A1A2,维生素,A,原：,胡萝卜素及玉米黄素等在体内可转化为维生素,A,故称为维生素,A,原。,（二）生理作用,（,1,）与暗视觉有关,在视网膜杆状细胞合成感弱光物质视紫红质,VitA,（,11-,顺视黄醛）,+,视蛋白 视紫红质（感弱光物质）,（,2,）维持上皮组织的正常结构与功能,VitA,参与细胞膜糖蛋白合成。,糖蛋白糖蛋白分泌上皮组织干燥、角化泪腺分泌泪,液 干眼病。,（,3,）促进生长发育,（三）缺乏病：夜盲症、干眼病。,二、,VitD,（一）主要存在形式,D,3,（胆钙化醇）：存在于动物,D,2,（麦角钙化醇）：存在于植物,（二）活性形式,:1,25-,（,OH,）,2,D,3,（三）、生理功能：,参与钙磷代谢（详见钙磷代谢）,（四）、缺乏症,儿童：佝偻病；成人：骨质软化症,三、,VitE,（生育酚）,（一）来源：,植物油、莴笋等。,（二）生理功能：,（,1,）抗氧化作用：用于抗动脉硬化和抗衰老。,（,2,）抗不育,四、,VitK,（一）存在形式：,K,1,、,K,2,：自然界,(,脂溶性,),K,3,、,K,4,：人工合成,(,水溶性,),（二）生理功能：,与肝凝血因子,、,、,、,合成有关，故可促凝血。缺乏时凝血时间延长，皮下、胃肠、肌肉易出血。,三、酶的活性中心,1,、酶的必需基团,（,essential group,）,在酶分子中一些与酶的活性密切相关的化学基团称为酶的必需基团。,直接与底物结合,催化底物发生反应,并,将其转变为产物,维持酶活性中,心的空间构象,2、酶的活性中心,(active center),酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫作酶的活性中心。,活性中心是酶分子上由催化基团和结合基团构成的一个微区。,是酶分子中具有三维结构的区域，或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部。,S-S,活性中心外,必需基团,结合基团,催化基团,活性中心必需基团,底物,肽链,活性中心,酶活性中心示意图,四、体内酶的其他存在形式,（一）酶原与酶原的激活,酶原,(,zymogen,),：,无活性,的,酶的前身,物质,酶原的激活：酶原转化成有活性的酶的过程。,酶原激活的,实质,：酶活性中心的形成或暴露。,酶原激活的机制：在特异蛋白酶的催化下，酶原分子近,N,端水解掉一个或几个肽段，空间构象发生改变，从而形成活性中心。,酶,原,激,活,的,机,理,酶 原,分子构象发生改变,形成或暴露出酶的活性中心,一个或几个特定的肽键断裂，,水解掉一个或几个短肽,在特定条件下,酶原激活的实质：是酶的活性中心形成或暴露的过程。,-S-S-,X,缬,天,天,天,天,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,酶原激活的生理意义,1.,机体的自我保护作用,避免细胞产生的酶对细胞自身造成伤害作,用，并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。如肠腔内的消化酶。,2.,酶的储存形式,在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，,发挥其催化作用。如凝血酶原。,几种常见的酶原及激活剂,酶 原,相应的酶,激活剂,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,H,、胃蛋白酶,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,肠激酶或胰蛋白酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,胰蛋白酶或肠激酶,胰凝乳蛋白酶原,胰凝乳蛋白酶,胰蛋白酶或,胰凝乳蛋白酶,凝血酶原,凝血酶,凝血酶原激酶、Ca,2,（二）同工酶,(isoenzyme),概念,：,催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫学特性不同的,一组,酶,。,同工酶存在于同一种属、同一个体的不同组织，甚至存在于同一细胞的不同亚细胞结构中。,同工酶多为寡聚酶，有百余种。如,乳酸脱氢酶（,LDH,）,是由两种亚基组成的四聚体。,同工酶的测定有助于对疾病的诊断。,H,H,H,H,H,H,H,M,H,H,M,M,H,M,M,M,M,M,M,M,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),乳酸脱氢酶的同工酶,举例：乳酸脱氢酶,(LDH,1,LDH,5,),LDH,*,临床意义,同工酶谱有助 于对疾病的诊,断；,同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,心肌梗死和肝病病人血清,LDH,同工酶谱的变化,1,酶活性,心肌梗死酶谱,正常酶谱,肝病酶谱,2,3,4,5,1,2,3,4,5,酶活性,迁移位置,酶活性,迁移位置,a,b,LDH,同工酶电泳图谱,（,a,）正常人,LDH,同工酶电泳图谱；,（,b,）心肌梗塞病人血清,LDH,同工酶电泳图谱,1,2,3,4,5,人体各组织器官中,LDH,同工酶分布,同 工 酶 百 分 比,LDH,1,LDH,2,LDH,3,LDH,4,LDH,5,心肌,67,29,4,1,1,肾,52,28,16,4,1,肝,2,4,11,27,56,骨骼肌,4,7,21,27,41,血清,27,38,22,9,4,酶活性的调节,调节对象：,关键酶,调节方式：,通过改变酶的构象调节酶的活性（快速调节）,酶的变构调节,酶的化学修饰调节,酶原及酶原活性的调节,通过改变酶的含量调节酶的活性（缓慢调节）,酶合成速度的调节,酶降解速度的调节,代谢途径,实质上是一系列酶催化的连续的化学反应。其,速度和方向,是由其中的一个或几个具有调节作用的关键酶的活性所决定的。,关键酶：,具有调节作用,的酶称为,关键酶,或,调节酶,。,一般位于代谢途径的起始或分支处；,催化单向不可逆反应；,活性较低，活性最低者又称为限速酶；,是可调节酶。,一、变构调节,(allosteric regulation),定义：,变构调节：,一些代谢物可与某些酶分子活性中心以外的部位可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。,变构酶,(,allosteric enzyme,),：,可以通过变构改变活性的酶称为,变构酶。,变构部位,(,allosteric site,),：,酶分子中与变构效应剂结合的地方，称为,变构部位,或,调节部位。,变构效应剂,(,allosteric effector,),：,变构激活剂,：使酶活性提高的变构效应剂,变构抑制剂,：使酶活性下降的变构效应剂,变构调节的特点：,酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；,酶的变构仅涉及非共价键的变化；,调节酶活性的因素为代谢物；,为一非耗能过程；,无放大效应,变构调节的生理意义,该调节使物质代谢产生的能量得以有效利用，防止代谢产物生成过多而造成浪费，并使不同代谢途径之间相互协调，从而满足机体对能量需求和维持生命活动正常进行。,第三节 影响酶催化作用的因素,底物浓度,对反应速度的影响,酶浓度,对反应速度的影响,温度,对反应速度的影响,pH,对反应速度的影响,激活剂,对反应速度的影响,抑制剂,对反应速度的影响,注意：,酶促反应速度指,初速度,。,在研究某一因素时，应保持体系中的,其它因素不变,。,反应速度：用单位时间内底物减少的量或产物增加的量来表示，常用初速度来衡量。,酶促反应动力学：研究酶促反应速度及其影响因素。,一、底物浓度对反应速度的影响,S与v关系：,当S很低时，S,与v,成比例,-一级反应,当S较高时，S,与v,不成比例,当S很高时，S,，v不变,-零级反应,呈,矩形双曲线,关系,反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,S,V,Vmax,当底物浓度较低时,随着底物浓度的增高,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,S,V,Vmax,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应,S,V,Vmax,Michaelis&Menten,于,1913,年推导出反应速度与底,物浓度的数学表达式，即著,名的,米氏方程。,米,-,曼氏方程式,(,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,什么是米氏常数（,Km,）？,K,m,S,K,m,：等于,酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，,单位是,mol/L,。,2,K,m,+S,V,max,V,max,S,V,max,V,S,K,m,V,max,/2,Km,的意义,K,m,是酶的特征性常数之一,。,Km,只与酶的,结构、底物和反应环境,有关,与酶的浓度无关。,K,m,可近似表示酶对底物的亲和力,（反比）。,Km,值越大，酶与底物亲和力越低，越不利,于反应的进行。,Km,用来判断、确定酶的最适底物,同一酶对于不同底物有不同的,Km,值，,Km,最,小,的底物为最适底物。,二、酶浓度对反应速度的影响,当反应系统中底物的浓度足够大，,可被底物饱和的情况下，,酶促反应速度与酶浓度,成正比,，即,=kE,。,酶浓度对反应速度的影响,0,V,E,三、温度对反应速度的影响,酶,活,性,0.5,1.0,2.0,1.5,0 10 20 30 40 50 60,温度,C,温度对淀粉酶活性的影响,双重影响,温度升高，酶促反应速度,升高,；,温度升高10,C,反应速度增加一倍。,酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度,降低,。,最适温度：,酶促反应速度最快时的环境温度。,温血动物：3540,低温的作用,：,贮存生物制品、菌种等,低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度升高后，,酶活性又可恢复,。,临床上的低温麻醉,减少组织细胞的代谢程度，使机体耐受手术时氧和营养物质的缺乏,四、,pH,对反应速度的影响,过酸过硷,致酶蛋白变性,影响底物分子解离状态,影响酶分子解离状态,影响酶的活性中心构象,最适,pH,：,酶催化活性,最高,时,溶液的,pH,值,。,体内大多数酶的最适,pH,在,6.58.0,之间。,0,酶,活,性,pH,pH,对某些酶活性的影响,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,五、激活剂对反应速度的影响,激活剂,(activator),：,使酶从,无活性,变为,有活性,或使酶活性,增加,的物质称酶的激活剂,。,分类：,激活剂分为,必需,激活剂和,非必需,激活剂,必需激活剂对酶促反应是,不可缺少,的，使酶由无活性变为有活性。酶的必需激活剂大多数为,金属离子,。,在非必需激活剂不存在时，酶仍然存在一定的催化活性，但催化效率较低，加入激活剂后，酶的催化活性显著升高。酶的非必需激活剂多为,有机化合物,六、,抑制剂对反应速度的影响,定义：,凡使酶的,活性下降,而,不引起酶变性,的物质称为酶的抑制剂,(,inhibitor,，,I,),。,类型：,不可逆性抑制,(,irreversible inhibition,),可逆性抑,(reversible inhibition),又分为：,应用,：,研制杀虫剂、药物,研究酶的作用机理，确定代谢途径,竞争性抑制,(competitive inhibition),非竞争性抑制,(non-competitive inhibition),抑制剂与酶活性中心上的必需基团以,共价键,结合，使酶失活。,用透析、超滤等方法不能将其去除，酶活性难以恢复，这种抑制作用称为,不可逆抑制,。,酶的不可逆抑制作用包括：,专一性,抑制,（如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制,非专一性,抑制,（如路易士气对巯基酶的抑制）,（一）不可逆抑制作用,P +E,OH,P +HX,RO O RO O,RO X RO,O,E,有机磷化合物 羟基酶 磷酰化酶,(,失活,),例,1,：,羟基酶的抑制,羟基酶：,丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的酶，如胆碱脂酶。,有机磷,(,敌百虫、敌敌畏、对硫磷,),不可逆抑制羟基酶的活性中心,RO O,RO OE,O OR,O,OR+E,OH,P +-CHN,OH,磷酰化酶,(,失活,),N,+,CH,3,-,CHN,N,+,CH,3,P,解磷定,解毒方法：,SH,S,E +Hg,2+,E Hg +2H,+,SH,S,SH,Cl,S,E +As-CH=CHCl E As-CH=CHCl +2HCl,SH,Cl,S,巯基酶 路易士气,例,2,：巯基酶的抑制,巯基酶,S,E Hg+,S,COONa,CH,SH,CH,SH,COONa,SH,E +Hg,SH,COONa,CH,S,CH,S,COONa,二巯基丁二酸钠,S,CH,2,OH,SH,CH,2,OH,E As-CH=CHCl +CH,SH,E +CH,S,S,CH,2,SH,SH,CH,2,S,As-CH=CHCl,二巯基丙醇,解毒方法,：,（二）,可逆抑制作用,抑制剂与酶或酶-底物以,非共价键,结合，使酶活性降低或丧失，用透析或超滤等方法能将其去除，酶活性能够恢复。这种,抑制作用称为,可逆,抑制作用,。,可逆抑制作用包括,竞争性,和,非竞争性,抑制。,1.竞争性抑制,概念：抑制剂,和,底物,的结构,相似,，可与底物竞争同一酶的活性中心，从而阻碍酶与底物结合，使酶促反应速度减慢，这种抑制称竞争性抑制。,反应模式：,举例1：,丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制,举例2：磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的抑制,举例,3：,抗代谢物的抗癌作用,特点：,I,与,S,的结构相似，两者,竞争,同一酶的活性中心。,I,与酶的活性中心结合后，酶不能发挥催化作用。,抑制作用的强弱取决于,I,和,S,的,相对比例,。,当,I,不变时，,可,通过,增大,S,减弱或解除抑制。,Vmax,不变，,Km,增大。,2.非竞争性抑制,概念：抑制剂,与,底物,结构,不相似,，,不与底物竞争酶的活性中心，而是与酶活性中心以外的必需基团结合，使酶活性降低，这种抑制称为非竞争性抑制。,反应模式：,特点：,抑制剂结构与底物的分子结构,不相似,。,抑制剂与酶,活性中心外,的必需基团结合。,抑制作用的强弱取决于,I,，,不能,通过,增加,S,减弱或解除抑制。,4.Vmax降低，Km不变。,举例：,哇巴因对细胞膜上,Na+,-K+ATP,酶的抑制,二、化学修饰调节,(chemical modification),定义：,酶蛋白肽链上的某些基团可在酶的催化下发生,可逆,的,共价修饰,，从而引起酶活性改变，这种调节称为酶的共价修饰或化学修饰。,类型:,磷酸化与脱磷酸化,（最常见）,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,S,S,互变,特点,：,受共价修饰的酶有（高）活性和无（低）活性两种形式；,具有瀑布效应（级联效应）；,是体内经济、有效的快速调节方式。,第四节 酶与医学的关系,酶在医学上的应用,酶与,疾病的发生,酶缺陷或酶抑制均能引起疾病。,酶与,疾病的诊断,血清酶活性的测定对疾病的诊断、治疗评价和预后判断具有重要意义。,酶与,疾病的治疗,酶可作为药物治疗疾病。,酶与,医学研究,酶可作为试剂用于临床检验；可作为工具用于科学研究。,酶,缺,乏,或,异,常,引,起,的,疾,病,酶,疾病,苯丙氨酸羟化酶,苯丙酮酸尿症,6,磷酸葡萄糖脱氢酶,谷胱甘肽过氧化物酶,溶血性贫血,新生儿黄疸,酪氨酸酶,白化病,细胞色素氧化酶,氰化物中毒,胆碱酯酶,有机磷中毒,一、酶与疾病的发生,二、,酶与疾病的诊断,血清酶活性测定,酶,主要临床应用,谷丙转氨酶,(ALT),肝实质疾患,谷草转氨酶（,AST,）,心肌梗塞、肝实质疾患,胆碱酯酶,有机磷中毒,乳酸脱氢酶,(LDH),心肌疾患、肝实质疾患,淀粉酶,胰腺疾病,碱性磷酸酶,骨病、肝胆疾患,胰蛋白酶(原),胰腺疾病,肌酸激酶,心肌梗塞、肌肉疾患,醛缩酶,肌肉疾病,酸性磷酸酶,前列腺癌、骨病,谷氨酰转移酶,肝实质病变、酒精中毒,5核苷酸酶,肝胆疾患,山梨醇脱氢酶,肝实质病变,细胞受损或通透性增加，酶入血：胰腺炎、肝炎；,酶受抑制，活性,：有机磷中毒；,代谢障碍，相关酶活性改变：佝偻病；,酶本身代谢障碍，排泄器官阻塞：胆管梗阻；,制造酶的器官病变：肝功下降；,癌症患者：酶活性 或：前列腺癌；,同工酶谱分析：有助于疾病定位,替代治疗：消化不良,-,胃酶、胰酶,抗菌治疗：磺胺药,-,二氢叶酸合成酶,对症治疗：预防血栓形成,-,尿激酶、链激酶、,纤溶酶,抗癌治疗：天冬酰胺酶,-L-,天冬酰胺,调整代谢，纠正紊乱：单胺氧化酶抑制剂,-,抑郁症,三、酶与疾病的治疗,