中職生物化學(xué)課件第4章(同名556)

1、生物化學(xué)主編 李秀敏中等職業(yè)教育 “十二五”國家級規(guī)劃教材第4章 酶導(dǎo)言 日常生活中，為什么我們仔細(xì)嚼饅頭就會覺得有甜味？因為淀粉可以水解產(chǎn)生有甜味的麥芽糖。而在試管中，同樣在37和近中性的環(huán)境中，淀粉的水解過程卻緩慢得幾乎觀察不到，這又是什么原因？這是因為口腔中存在生物催化劑酶。酶能使化學(xué)反應(yīng)在溫和的條件下快速進(jìn)行。生命活動過程中幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的，生命活動離不開酶。 酶 核酶本質(zhì)本質(zhì)蛋白質(zhì)核酸迄今為止人類共發(fā)現(xiàn)兩類生物催化劑:酶學(xué)研究簡史公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。一百余年前，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動的結(jié)果。1877年，Kuhne首次提出Enzy

2、me一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母提取液，實現(xiàn)了發(fā)酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。1982年，Cech首次發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，Jack W.Szostak研究室首先報道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。第1節(jié)酶的概述*酶的概念：酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的蛋白質(zhì)。本質(zhì)是蛋白質(zhì)。酶具有蛋白質(zhì)所具有的所有性質(zhì)。酶與一般催化劑的共同點1在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化3只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點2只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)*酶的催化個性

3、：高度的催化效率高度的特異性性高度的不穩(wěn)定性酶的催化個性活性的可調(diào)節(jié)性高度的催化效率酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高1081020倍，比一般催化劑高1071013倍。蔗糖酶催化蔗糖水解的速率是H+催化作用的2.51012倍；脲酶催化尿素水解的速率是H+催化作用的71012倍。 高度的特異性 *酶的特異性： 一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。酶的特異?根據(jù)酶對其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為以下3種類型：絕對特異性相對特異性立體異構(gòu)特異性只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成一種特

4、定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵作用于立體異構(gòu)體中的一種高度的不穩(wěn)定性 酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，一切能夠使蛋白質(zhì)變性失活的因素都可以使酶變性活，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫、高壓等。因而酶活性具有高度不穩(wěn)定性案例4-1 王某，女，4歲半，因消化不良就診，醫(yī)生給予多酶片治療。媽媽怕女兒整粒藥物吞咽困難，容易卡到，想把藥物研碎，但醫(yī)生囑其不可研碎服用。因為多酶片是胃蛋白酶和胰酶制成的復(fù)方制劑，在胃中酸性條件下會被破壞。問題1：酶的本質(zhì)是什么？問題2：多酶片不可研碎服用說的是酶促反應(yīng)特點中的哪個特點？對酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶催化效力的調(diào)節(jié)通過改變底物濃度對酶進(jìn)行調(diào)節(jié)酶活性的可調(diào)節(jié)性酶的分類氧化還原酶類合

5、成酶類轉(zhuǎn)移酶類水解酶類異構(gòu)酶類裂解酶類分類酶的命名習(xí)慣命名法推薦名稱系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱第2節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能一、酶的化學(xué)組成蛋白質(zhì)部分：酶蛋白 (apoenzyme)輔助因子(cofactor) 金屬離子小分子有機(jī)化合物全酶(holoenzyme)結(jié)合酶單純酶各部分在催化反應(yīng)中的作用酶蛋白決定反應(yīng)的特異性輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì) 輔助因子按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度可分為： 輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的 方法除去。 輔基： 與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾 的方法除去。二、酶的結(jié)構(gòu)必需基團(tuán)：酶分子中，與酶活性相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)稱為酶的必需基團(tuán)。酶的結(jié)構(gòu)活性中心：必需基團(tuán)在酶的空間結(jié)構(gòu)

6、上彼此靠近，形成具有一定空間構(gòu)象的區(qū)域，能與底物特異性地結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，這一區(qū)域稱為酶的活性中心。 催化基團(tuán) 活性中心內(nèi) 的必需基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán) 活性中心外 的必需基團(tuán)必需基團(tuán)S：底物分子；a，b，c：結(jié)合基團(tuán)；d：催化基團(tuán)活性中心外必需基團(tuán)活性中心多肽鏈二、酶的結(jié)構(gòu)（二）酶原與酶原的激活酶原： 一些酶在細(xì)胞內(nèi)合成和初分泌時，并無催化活性。這種無活性的酶的前體稱為酶原。 酶原的激活： 在合適的條件下和特定的部位，無活性的酶原轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程稱為酶原的激活。 酶原激活的實質(zhì)酶原的激活活性中心形成或暴露分子構(gòu)象改變水解短肽酶原酶原激活的生理意義：1避免細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白酶對細(xì)胞進(jìn)行自身消化

7、。3酶原可以視為酶的儲存形式。 2使酶原到達(dá)特定的部位或適合的環(huán)境后才發(fā)揮催化作用。 案例4-2 李某，男，28歲，與同學(xué)聚餐后，感上腹部劇痛，向腰背部放射，伴惡心、嘔吐、發(fā)熱、血壓降低。實驗室檢查血、尿淀粉酶升高。診斷為急性胰腺炎。胰腺炎主要是胰腺組織受胰蛋白酶的自身消化作用。 問題：正常情況下胰腺為什么不會被消化酶自身消化？三、酶作用的基本原理（一）酶能大幅度降低反應(yīng)活化能（二）中間產(chǎn)物學(xué)說E + S E + P ES 酶底物復(fù)合物（三）誘導(dǎo)契合假說第3節(jié)影響酶促反應(yīng)速度的因素影響酶促反應(yīng)速度的因素 研究一種因素的影響時，其余各因素均恒定。酶濃度溫度pH抑制劑激活劑底物濃度一、酶濃度的影響

8、酶濃度對反應(yīng)速度的影響 當(dāng)SE，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比二、底物濃度的影響 在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響三、溫度的影響雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速度降低 。 最適溫度酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度。溫度對酶活性的影響案例4-3 2005年3月17日7時許，在俄羅斯打工的一名中國工人除了食指和拇指，其他的三個手指連同半個手掌被飛速旋轉(zhuǎn)的電鋸齊刷刷地切掉。由于當(dāng)?shù)貤l件所限，不能進(jìn)行斷肢再植術(shù)，當(dāng)?shù)蒯t(yī)院對傷口進(jìn)行了相應(yīng)處理，斷掌保存在零上4攝氏度的保

9、溫箱中，經(jīng)過飛機(jī)、馬車、吉普車、火車等千里接力到達(dá)國內(nèi)齊齊哈爾第一醫(yī)院手術(shù)室的時候，時間已經(jīng)過去24小時。斷肢再植的適宜時間是68小時，由于俄羅斯醫(yī)院處理得當(dāng)，斷掌被成功接活，在斷肢再植歷史上創(chuàng)造了奇跡。 問題：斷掌為什么要保存在低溫下？ 四、pH的影響最適pH酶催化活性最大時的環(huán)境pH。pH對某些酶活性的影響 學(xué)科交叉 臨床上胃蛋白酶合劑可用于因食蛋白性食物過多所致消化不良、病后恢復(fù)期消化功能減退以及慢性萎縮性胃炎、胃癌、惡性貧血而導(dǎo)致的胃蛋白酶缺乏。胃蛋白酶其消化力以含0.2%0.4%鹽酸(pH=1.61.8)時為最強(qiáng)，故常與稀鹽酸合用五、激活劑的影響激活劑：使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富?/p>

10、性增加的物質(zhì)。 必需激活劑：大多數(shù)金屬離子激活劑對酶促反應(yīng)是不可缺少的，否則酶將失去催化活性，這類激活劑稱為必需激活劑 非必需激活劑：有些激活劑不存在時，酶仍然有一定催化活性，但催化效率較低，加入激活劑后，酶的催化活性顯著提高，這類激活劑稱為非必需激活劑六、抑制劑的影響酶的抑制劑 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。抑制作用的類型不可逆性抑制可逆性抑制競爭性抑制 非競爭性抑制反競爭性抑制(一) 不可逆性抑制作用* 概念抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。 * 舉例有機(jī)磷化合物 羥基酶解毒 - - - 解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物 巰基酶解

11、毒 - - - 二巰基丙醇(BAL)有機(jī)磷農(nóng)藥中毒：中毒機(jī)制：與膽堿酯酶活性部位絲氨酸的羥基共價結(jié)合，從而使酶失活有機(jī)磷農(nóng)藥中毒解毒機(jī)制：解磷定與有機(jī)磷結(jié)合，恢復(fù)膽堿酯酶活性。（二） 可逆性抑制作用* 概念抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑、可用透析、超濾等方法除去。* 類型 競爭性抑制 非競爭性抑制 反競爭性抑制. 競爭性抑制作用定義抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。 反應(yīng)式* 競爭性抑制的特點I與S結(jié)構(gòu)類似，競爭同種酶的活性中心；抑制程度取決于抑制劑與酶

12、的相對親和力及底物濃度；增大底物濃度可以解除競爭性抑制；* 舉例 丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶應(yīng)用：磺胺類藥物的抑菌機(jī)制：與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶2. 非競爭性抑制特點：抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，I與活性中心外必需基團(tuán)結(jié)合；I和S不存在競爭關(guān)系；不能用增加底物濃度的方法減弱或消除抑制作用 ；第4節(jié)酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系一、酶與疾病的發(fā)生酶缺陷先天代謝缺陷病酶活性抑制中毒二、酶與疾病的診斷（一）血清（漿）酶的測定甲胎蛋白可協(xié)助診斷早期肝癌及神經(jīng)管發(fā)育缺陷血清和尿淀粉酶的活性可作為急性胰腺炎診斷的依據(jù)測定乳酸脫氫酶同工酶譜，有助于急性心肌梗死的鑒別診斷急性肝炎、心肌梗死時血漿丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AL

13、T）、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）活性增高二、酶與疾病的診斷（二）同工酶及其測定*定義： 催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)各不相同的一組酶。二、酶與疾病的診斷（二）同工酶及其測定* 舉例：乳酸脫氫酶(LDH1 LDH5)生理及臨床意義心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷。三、酶與疾病的治療酶可作為藥物用于疾病治療胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶等可用于幫助消化鏈激酶、尿激酶和纖溶酶等均可溶解血栓甲氨蝶呤、6-巰基嘌呤、5-氟尿嘧啶等藥物是腫瘤細(xì)胞核酸代謝途徑中相關(guān)酶的競爭性抑制劑小結(jié)酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的蛋白質(zhì)。酶促反應(yīng)具有高度的催化效率、特異性、不穩(wěn)定性