酶的作用原理.pptx

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第三章 酶,第一节 酶的概述,第二节 酶的结构与功能,第三节 酶的作用原理,第四节 酶促反应动力学,第五节 酶的分类、命名及其活力单位,第六节 维生素和辅酶,按此键返回封面,第一节 酶的概述,一、酶的概念,酶是活 细胞产生的具有高度专一性和高效率催化作用的一类,蛋白质,。是生物催化剂。,酶概念扩充,：核酶,酶学,：研究酶的本质及其作用规律的学问称为酶学。,按此键返回第一页,二、酶的作用特点,酶是一种催化剂，遵从一般催化剂的作用特点。,酶的本质是蛋白质，具有与一般催化剂显著不同的作用特点，包括：,酶的作用特点,1.,高催化效率,2.,高度专一性,3.,可调节性,4.,不稳定性,三、酶的专一性,酶的专一性：,一种酶只能作用于一种或一类作用物，或一定的化学键，催化其一定的化学反应并生成一定的产物，这种现象称为酶作用的专一性。,酶作用的专一性分,绝对专一性，相对专一性和立体异构专一性,绝对专一性,(absolute specificity),：,一种酶只能作用于一种天然底物，产生一定的反应，生成一定的产物，称为绝对专一性。,相对专一性,(relative specificity),：,一种酶作用于一类化合物或一型化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。,立体异构专一性：,酶对底物的催化作用不仅对化学基团和化学键有专一性，而且有的酶对底物分子的构型也有专一性，称为立体异构专一性。,酶的专一性,请转下页,第二节 酶的结构与功能,酶的化学组成,酶蛋白结构,：单体酶 寡聚酶 多酶复合体,酶的活性中心,酶的形式,：酶原与酶原激活 ，同工酶,按此键返回第一页,酶的化学组成,单纯酶,(simple enzyme):,单纯酶完全由,-,氨基酸以一定排列顺序组成,结合酶,(conjugated enzyme):,除含单纯蛋白质外还含有非蛋白质部分。,酶蛋白,（没活性）：蛋白质多肽链,全酶,（活性）,辅助因子,（没活性）：金属离子或小分子有机化合物。根据与酶蛋白结合的松紧程度又分为辅酶和辅基。,必需基团,:,酶分子中与酶活性有关的化学基团称为酶的必需基团。,酶的活性中心：,必需基团在酶分子的一定区域形成一定的空间排布，直接与底物结合并发挥其催化作用的部位称为酶的活性中心。,结合基团,酶的活性中心,催化基团,小分子有机化合物,辅助因子,辅酶,-,与酶蛋白结合得较松，用透析等方法可除去。,辅基,-,与蛋白质结合得比较牢固，不易与酶蛋白脱离,辅助因子的功能,金属离子的功能：,维持酶的分子构象,传递电子,起桥梁作用,酶原与酶原的激活,酶原的概念,:,有些酶最初由细胞内合成及分泌时,是一种无活性的酶的前身,称为酶原。,酶原的激活,：酶原在一定条件下可以转变为有活性的酶。这一转变过程称为酶原激活。酶原激活时活性中心形成的过程。,自身激活作用,：酶原受其本身激活产物的催化而激活的过程。,胰蛋白酶原激活,胰蛋白酶原在肠激酶的催化下从,N,端水解掉一个六肽，导致其空间结构发生改变，使必需基团组氨酸、丝氨酸、缬氨酸和异亮氨酸等残基聚集在一起而形成活性中心，无活性的胰蛋白酶原（分子量,24000,）变成有活性的胰蛋白酶（分子量,23200,）。,见下页,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身 消化或产生不良的后果，是酶在特定的部位和特定的条件发挥作用。保证体内代谢和生理功能的正常进行。,同工酶,概念：同工酶是指在同一种属或同一个体中催化相同的化学反应而酶的分子结构不同的一组酶。,同工酶结构与功能的关系,哺乳动物组织的,LDH,（乳酸脱氢酶）有五种分子形式，各同工酶均含有,4,个亚基，亚基有两种形式，,M,型和,H,型。同工酶虽然催化的功能相同，但可有不同的功能,。,同工酶可分为原级同工酶（基因性）和次级（修饰性）同工酶。,第三节 酶的作用原理,降低反应的活化能,中间复合物学说,诱导契合学说,酶作用机理的现代研究进展,趋近效应和定向效应,张力作用,酸碱催化作用,共价催化作用,按此键返回第一页,降低活化能,酶降低活化能的机制如下,：,1.,趋近效应与定向作用,把,A.B,两反应物结合于酶活性中心，增加了两者的接触频率，并使之正确定向。,酶,底物复合物（,ES,）,底物（,S,）,受酶催化的物质,产物（,P,）,化学反应的最终生成物,酶促反应原理：,ES,酶与底物复合物,E+S ES E+P,证据：已获得,ES,结晶,X,线衍射法描出,ES,图象,化学反应,:,A+B,AB,C+D,反应物,(,初态,),中间产物,(,过渡态,),产物,(,终态,),活化能,(Eact):,从初态转化成过渡态所需的能量,酶作用机理的现代进展,趋近效应：,底物分子进入酶的活性区域与酶的必需基团结合，使底物相互靠近并与催化基团之间有正确的定向。,张力作用,：酶与底物结合后，酶活性的某些基团可使底物敏感键产生“电子张力”不稳定而容易发生反应。,酸碱催化作用,：酶活性的某些基团可作为质子受体或质子供体起着酸碱催化作用。,共价催化作用：某些酶的亲和基团能与底物的亲电基团结合形成反应活性很高的共价的,ES,复合物，使底物易被催化而化学键断裂。,右图为糜蛋白酶水解多肽链的示意图,第四节 酶促反应动力学,概念,是对酶促反应速度及其影响因素进行定量研究的科学。,意义,对研究酶的结构与功能的关系、酶在物质代谢中的作用、药物和毒物的作用 机理以及临床应用都有重要意义。,按此键返回第一页,影响酶促反应的因素,酶浓度,底物浓度,温度,PH,激活剂,抑制剂,酶促反应的初速度,酶促反应的速度：以一段时间内反应体系的底物减少量或产物的生成来表示。,酶促反应的初速度（,v,）：以底物转化量,E,时,v=K E,反应速度,v,与,酶浓度,E,成正比,关系,底物浓度对酶促反应速度的影响,V,与,S,呈矩形双曲线关系,有底物饱和现象,曲线,a,：,S,很低时，,V,与,S,成正比关系,曲线,b,：不成正比关系，,v,增加变慢,曲线,c,：有饱和现象,见下图,米氏方程式及,Km,的意义,Vm,+S,V=,Km,+S,Km,：米氏常数,Vm,：最大反应速度,Km,的意义,概念：是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。,单位是浓度,。,Km,的基本意义：,Km,是酶的一种特征性常数，是鉴别酶的参数，与酶的,性质,、,底物种类,及,反应条件,有关，与酶的,浓度,无关。多数酶的,Km,值是,10,-6,10,-12,mol/L,。,在一定程度上代表酶与底物的催化效率,反映酶与底物的亲和力。,Km,亲和力,Km,的实际意义,鉴别酶,确定最适底物,确定酶活性测定所需的底物浓度,Km,和,Vm,的测定,双倒数作图法,PH,对酶促反应速度的影响,最适,PH,“,吊钟形”曲线,影响因素,1.,酶的活性中心的基团的解离,2.,辅酶和辅基的解离,3.,底物的解离,应用,温度对酶促反应速度的影响,最适温度：酶活力最大时的反应温度。,“吊钟形”曲线,影响因素,1.,在一定温度范围内，,T v,2.,高温酶会变性,3.,低温可抑制酶活性,应用,激活剂对酶促反应的影响,激活剂,:,使酶由无活性 变为有活性或使酶活性增加的物质称为激活剂。,分类,1.,必需激活剂：酶活性表现所必需 的，多数为金属离子。,2.,非必需激活剂：起提高酶活性作用的激活剂,。,抑制剂对酶促反应速度的影响,抑制剂：使酶的活性下降而又不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。,抑制作用：抑制剂使酶活性下降的现象称为酶的抑制作用。,是抑制剂对酶的活性中心直接或间接影响的结果。,分类,不可逆性抑制作用,可逆性抑制作用,不可逆抑制作用,不可逆性抑制作用：抑制剂以共价 键与酶的必需基团结合使酶的活性丧失。,E+I=EI,专一性抑制,不可逆性抑制作用,非专一性抑制,专一性抑制,概念,:,专一性抑制是抑制剂选择性地与酶活性中心以共价键结合。,举例,：,1.,有机磷农药与酶活性中心的丝氨酸羟基以酯键结合使酶失活。如胆碱酯酶与农药结合后被抑制,乙酰胆碱水解减弱,引起胆碱能神经兴奋,.,2.,解磷定,(PAM),可使羟基酶与有机磷农药分离而恢复活性。,非专一性抑制,概念：非专一性抑制剂是抑制剂与酶分子上的某些上的某些基团（如,-SH,）结合而抑制酶的活性，与抑制剂结合的集团可位于活性中心内或活性中心外。,举例：对氯汞苯甲酸，乙二胺四乙酸，重金属离子，化学毒气,可逆性抑制作用,可逆性抑制,：抑制剂以非共价键与酶结合，从而使酶活性下降或失活。抑制剂可用透析、超滤和稀释等方法除去。,分类,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,混合性抑制,竞争性抑制,概念,：抑制剂与底物竞争与酶的活性中心 的相同的部位结合，从而阻碍底物与酶的结合，这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,作用特点,1.,抑制剂与底物结构相似,竞争酶的活性中心。,2.,抑制程度取决于抑制剂的浓度和与酶的亲和力,又取决于底物的浓度和与酶的亲和力,即,I/S,。,3.,动力学特点是,Km,增大,Vm,不变。,竞争性抑制作用 米氏方程式,E+S,ES,E+P,E+I =EI,Vm S,v=,Km,（,1+I/Ki,）,+S,1/v=Km/Vm,（,1+I/Ki,）,1/S+1/Vm,反竞争性抑制,概念：,抑制剂只与酶,-,底物复合物结合形成抑制剂,-,酶,-,底物复合物而抑制酶的活性，底物的存在是抑制剂与酶结合的先决条件，故称此类抑制为反竞争性抑制。,E+S+I,ES+I ESI,死端复合物,举例 多底物反应,非竞争性抑制,概念,抑制剂与酶结合。使酶失去催化作用，但不与底物竞争，不影响酶与底物结合，,Km,值不变。,E+I EI,ES+I ESI,EI+S SEI,作用特点,Km,不变,Vm,降低,可逆性抑制与不可逆抑制的比较,第五节 酶的命名、分类及其活力单位,酶的命名,习惯命名法,系统命名法,氧化还原酶类,转移酶类,酶的分类,水解酶类,裂解酶类,异构酶类,合成酶类,按此键返回第一页,酶的活性单位,概念,酶促反应速度即酶活力是指单位时间内底物的转化量或产物的生成量。用“单位”表示。,酶活力单位,惯用单位,国际单位,催量,酶的比活力,指每毫克蛋白质的酶制品所具有的酶活力。,第六节 维生素和辅酶,一、维生素的概念和分类,二、水溶性维生素,三、脂溶性维生素,按此键返回第一页,维生素,概念：维生素是主要由食物或肠道细菌提供的维持生命和健康必须的微量低分子有机化合物的总称。,维生素的分类,维生素按其溶解度不同分为两大类,一,.,水溶性维生素,:,包括,B,族维生素,(,维生素,B,1,、,B,2,、,PP,、,B,6,、,B,12,、泛酸、叶酸和生物素共,8,种,),和维生素,C,。,二,.,脂溶性维生素,:,包括维生素,A,、,D,、,E,、,K 4,种。,1999 吉 4,维生素,B,1,与焦磷酸硫胺素,维生素,B,1,的基本结构由嘧啶和噻唑通过亚甲基桥连结而成，分子中含硫和氨基，故又称硫胺素,(thiamine),。,留意,维生素,B,1,的辅酶形式,硫胺素组成的辅酶是,焦磷酸硫胺素,(TPP,+,或,TPP),合成,硫胺素焦磷酸激酶,硫胺素,+ATP,焦磷酸硫胺素,+AMP,Mg2+,维生素,B,1,的辅酶形式及其功能,硫胺素组成的辅酶是焦磷酸硫胺素,(TPP,+,或,TPP),TPP,在糖的有氧氧化中作为丙酮酸脱氢酶系和,-,酮戊二酸脱氢酶系的辅酶,参与,-,酮戊二酸的氧化脱羧反应,;,在磷酸戊糖途径中作为转酮基酶的辅酶,.,维生素,B,1,的功能及缺乏病,功能,TPP,在糖的有氧氧化中作为丙酮酸脱氢酸系和,-,酮戊二酸脱氢酶系的辅酶,参与,-,酮戊二酸的氧化脱羧反应。,在磷酸戊糖途径中作为转酮基酶的辅酶。,对胆碱酯酶的抑制。,缺乏病,维生素,B,1,缺乏病通常称为脚气病。主要表现为神经炎、心肌炎、食欲不振、消化不良等。,维生素,B,2,与黄素酶的辅基,维生素,B,2,是由核醇和黄素,(6,，,7-,二甲基异咯嗪,),缩合而成，故又称核黄素。,来源：动植物，人体可合成,维生素,B,2,组成的辅基,核黄素组成的辅基为黄素单核苷酸,(FMN),和黄素腺嘌呤二核苷酸,(FAD).,核黄素酶,核黄素,+ATP FMN+ADP,黄素核苷酸焦磷酸化酶,FMN+ATP FAD+PPi,Mg,2+,FMN,和,FAD,的功能,维生素,B,2,在生物体内以,FMN,和,FAD,的形式作为各种黄素酶的辅基。由于分子中的异咯嗪环上的第,1,位和第,10,位氮原子的加氢和脱氢而具有可逆的氧化还原特性。因此,在生物氧化和其他物质代谢过程中,作为,递氢体,而起递氢作用。,维生素,PP,的结构,维生素,PP,的化学名称为尼克酸或称烟酸，是吡啶的衍生物。,尼克酰胺可水解为尼克酸，所以也算作维生素,PP,的成员。,来源：肉类，花生，可由色氨酸转变而来。,维生素,PP,组成的辅酶,维生素,PP,在体内是组成脱氢酶的辅酶,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,+,),NADP,+,的组成,NAD,+,的组成,.,NAD,+,或,NADP,+,的功能,NAD,+,或,NADP,+,是许多不需氧脱氢酶的辅酶,其结构中所含的尼克酰胺的吡啶环可逆地加氢和脱氢反应,进行递氢作用,是氧化还原作用中的递氢体和递电子体,参与物质代谢和生物氧化过程。,维生素,PP,缺乏病,人体缺乏维生素,PP,会引起癞皮病。此病常以“三,D”,在症状为特征,即,皮炎,(dermatitis),、,腹泻,(diarrhea),、,痴呆,(dementia),。,请听解释,维生素,B,6,的结构,维生素,B,6,包括三种化合物，即吡哆醇、吡哆醛和吡哆酸，它们都是吡啶的衍生物。,维生素,B,6,组成的辅酶及其功能,维生素,B,6,主要在脑肝肾等组织中磷酸化生成三种磷酸酯，其中磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺酶在转氨反应中可以互变，所以可作为转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅酶而参与代谢。,泛酸的结构,泛酸是,-,丙氨酸借肽 键与,二羟,二甲基丁酸缩合而成的一种酸性物质，因自然界中普遍存在，故又名遍多酸。,泛酸组成的辅酶和辅基及功能,泛酸是辅酶,A(HSCoA),和酰基载体蛋白,(ACP),的辅基的组成 成分。,辅酶,A,是酰基载体,作为各种酰基转移酶的辅酶,在糖,.,脂类,.,氨基酸代谢中转运乙酰基及脂酰基的作用,.,酰基载体蛋白在脂肪酸合成中转运脂酰基,起着十分重要的作用,.,生物素的结构,自然界存在的生物素至少有两种,:,-,生物素和,-,生物素,它们都是咪唑衍生物,也可看作是噻吩和尿素结合的骈环,其结构基本相同,只是侧链羧基位置不同。,.,生物素与羧化酶,生物素在羧化酶合成酶催化下,其侧链羧基与酶蛋白多肽链赖氨酸残基的,-,氨 基以肽相连,形成 羧化酶,.,生物素在酶促羧化反应中起固定,CO,2,和羧基传递体的作用,.,叶酸的结构,叶酸,(FA),亦称蝶酰谷氨酸,(PGA),它由蝶酸和谷氨酸结合而成,而蝶酸又是由,2-,氨基,-4-,羟基,-6-,甲基蝶呤啶和对氨基甲酸构成,.,叶酸的辅酶形式四氢叶酸的形成,二氢叶酸还原酶,叶酸,+,NADPH,+,二氢叶酸,+,维生素,C,二氢叶酸还原酶,FH,2,+NADPH+FH,4,+,维生素,C,四氢叶酸,(FH,4,),的功能,四氢叶酸是叶酸的辅酶形式,即是体内“一碳基团”转移酶系中的辅酶,.,可传递一 碳单位,如甲基,亚甲基,亚氨甲基,甲酰 基等,参与嘌 呤核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成及某些氨 基酸的特殊代谢,.,叶酸缺乏最突出的表现是巨幼红细胞性贫血,患者红细胞体积大而且含血红蛋白量增多,但红细胞数量减少,.,维生素,B,12,维生素,B,12,又称钴胺素,含有金属元素钴,有多种形式,如,:,5-,脱氧腺苷钴胺素,甲基钴胺素,羟钴胺素,维生素,维生素,B12,的来源、结构和性质,来源：微生物，动物体（肝脏）,吸收：小肠,内吸收,与内因子结合。通过回肠的受体使,B12,进入粘膜，内因子释放入肠腔。,B12,由血浆转钴胺素蛋白,转运经门静脉到肝脏储存并转运到各组织。,另唾液腺和胃腺分泌一些与钴胺素结合的蛋白质。总称为,R,蛋白，但这些结合蛋白易被胰蛋白酶水解。,缺乏病：恶性贫血。,维生素,维生素,C,来源：除人、猿猴及豚鼠外，各种动物都能合成。,结构：不饱和的多羟基化合物,维生素,C,的生理功能,1.,作为谷胱甘肽还原酶的辅助因子，保护巯基酶、血红蛋白、膜蛋白及膜脂类。,GSSG,谷胱甘肽还原酶,2GSH,+,维生素,C,+,NADPH+H,+,NADP,+,维生素,C,的功能,2.,羟化酶的辅助因子参与胶原等物质的合成和肝脏的生物转化作用。,胶原蛋白的合成：胶原蛋白分子羟赖氨酸，羟脯氨酸残基的合成。缺乏时，血管基底膜通透性增加，引起皮下出血，骨骼牙齿容易折断，即坏血病。,儿茶酚胺和,5-,羟色胺的合成,胆汁酸的生成和生物转化作用,维生素,C,的功能,3.,作为叶酸还原酶的辅助因子促进叶酸转变为四氢叶酸。,4.,促进铁的吸收。保护各种维生素被氧化破坏。,脂溶性维生素,分类,：维生素,A,、,D,、,E,、,K,结构特征,：非极性分子，异戊间二烯 的衍生物,储存部位：,肝脏（,A,，,D,，,K,）或脂肪组织（,E,）,维生素,A,来源：动物肝脏和鱼肝油，植物有胡萝卜素（维生素,A,原）,结构：不饱和的一元醇,维生素,A,的功能,维持正常的生育功能：视黄醇的功能。,维持暗视觉的成分：,11-,顺,-,视黄醛是视网膜杆细胞感光物质视紫红质的组成成分，参与光的感觉。,抗癌作用：视黄酸的功能。,维生素,D,来源：,功能：促进小肠对钙磷的吸收和肾小管对磷的吸收。,代谢转变：,25-(OH)-D,3,1,25-(OH),2,-D,3,维生素,E,来源：植物种子,功能：抗氧化作用,维生素,K,功能：作为谷氨酰羧化酶的辅助因子，催化凝血因子的羧化作用。,