生物化學(xué) 第五章課件

Chapter3Enzymes–Kineticsandspecificity

酶：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其專一性酶的作用是降低生物化學(xué)反應(yīng)的活化能絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)EnzymeinchemicalreactionsEnzymesprovidecellswiththeabilitytoexertkineticcontroloverthermody-namicpotentiality,andcatalyzereactionstoproceedatreasonablespeedsinthelivingsystems(酶在生命體中的作用是控制化學(xué)反應(yīng)速度)Enzymes:thedistinctivefeatures（酶反應(yīng)的特點(diǎn)）

Catalyticpower：高效率

Specificity：高度專一性或特異性

Regulation：酶的活力具有可調(diào)節(jié)性

Isoenzyme:同工酶：不同分子結(jié)構(gòu)但具有同種催化功能的一組酶。如乳酸脫氫酶(LDH)。酶的分類Basedoncatalyzedreactions,thenomenclaturecommitteeoftheInternationalUnionofBiochemistryandMolecularBiology(IUBMB)recommendedthefollowingclassification：1.Oxidoreductases（氧化還原酶）catalyzeavarietyofoxidation-reductionreactions.

Commonnamesincludedehydrogenase,oxidase,reductaseandcatalase（過氧化氫酶）.Transferases（轉(zhuǎn)移酶）catalyzetransfersofgroups(acetyl,methyl,phosphate,etc.).

Commonnamesincludeacetyltransferase,methylase,proteinkinaseandpolymerase.3.Hydrolases（水解酶）catalyzehydrolysisreactionswhereamoleculeissplitintotwoormoresmallermoleculesbytheadditionofwater.

Includingproteases,nucleasesandphosphatase,etc4.Lyases（裂解酶）catalyzethecleavageofC-C,C-O,C-SandC-Nbondsbymeansotherthanhydrolysisoroxidation.

Commonnamesincludedecarboxylaseandaldolase（醛縮酶）.5.Isomerases（異構(gòu)酶）catalyzeatomicrearrangementswithinamolecule.

Examplesincluderotamase（旋轉(zhuǎn)異構(gòu)酶

）,proteindisulfideisomerase(PDI),epimerase（差向異構(gòu)酶）andracemase（消旋酶）.6.Ligases（連接酶）catalyzethereactionwhichjoinstwomolecules.

Examplesincludepeptidesynthase,DNAligaseandRNAligase.Enzymenomenclature（酶的命名）Traditionalnames（經(jīng)典命名）phosphatase;urease;catalase;trypsin;pepsin;chymotrypsin;phospholipase;etcSystematicnomenclature（系統(tǒng)命名）EC(EnzymeCommission)number：

CatalaseEC1.11.1.6

Coenzyme（輔酶）Someenzymescontainnon-proteincomponentsfortheirenzymaticfunctions,whicharerefertoascoenzyme很多酶含有非蛋白部分，通常為活性中心，這類酶為結(jié)合酶，非蛋白部分稱為輔酶。CoenzymesandcofactorsprovideproteinswithchemicallyversatilefunctionsnotfoundinAAsidechains.Apoproteinandapoenzyme（脫輔基酶）Kineticsofenzyme-catalyzedreactions酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)Thesaturatedcurveindicatesthatanenzymeinteractedwithitssubstratebybindingit酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征表明：酶與底物通過結(jié)合而起作用底物產(chǎn)物enzymeTheMichaelis-MentenEquation（底物過量）（酶的結(jié)合位點(diǎn)飽和）（米氏常數(shù)：與結(jié)合常數(shù)有關(guān)）LinearplotsoftheMichaelis-MentenEquation實(shí)驗(yàn)測(cè)定米氏常數(shù)（雙倒數(shù)法）Competitive（競爭性抑制）Non-competitive（非競爭性抑制）E+S

→

ES

→

E+P++

I

I↓↓EI

+

S

→EIS

←

↑

↑E+S

→

ES

→

E+P+

I↓EI

←

↑●

Sulfadrug(anti-inflammation抗炎藥物)Pseudosubstrate（類底物）competitiveinhibitor●

Protease

inhibitor（蛋白酶抑制劑）

●

HIVproteaseiscriticaltolifecycleofHIVprotease

inhibitorisusedtotreatAIDS（蛋白酶抑制劑用于治療AIDS）Enzymeinhibitorareextensivelyusedasremedies很多酶抑制劑都是藥物蛋白質(zhì)分子的結(jié)合動(dòng)力學(xué)

（血紅蛋白Hb和肌紅蛋白Mb）Hemoglobin(血紅蛋白Hb)andmyoglobin(肌紅蛋白Mb)aretheoxygen-carriersforaerobicmetabolism（有氧代謝）血紅蛋白Hb和肌紅蛋白Mb是目前研究最為全面的蛋白質(zhì)。Mb：FW17000（單鏈）Hb:FW64000（四聚體；α2β2）二級(jí)結(jié)構(gòu)均以α-螺旋為主。Hb和Mb的載氧動(dòng)力學(xué)曲線ThebindingcurvesofO2forHbandMbTheMbmonomerTheHbtetramerHeme（血紅素）NotonlyO2canbindtohemeWhyisCOtoxic?（一氧化碳的毒性機(jī)制）Highaffinity（高親和性）Lowaffinity（低親和性）FreehemeProteinboundhemeThepositionofironionofheme血紅素中的鐵離子ContacteachotherContactwithothersubunitSubunitmotionduringO2bindingHb載氧過程中的構(gòu)象變化TstateRstateH+promotesthedissociationofO2fromHb氫離子可促進(jìn)氧分子從Hb分子中解離Bohreffect HbO2+H+ HbH++O2FetalHb,withγchaininsteadofβchain,hasahigheraffinityForO2duetotheloweraffinityforBPG嬰兒Hb的結(jié)構(gòu)為α2γ2，具有更強(qiáng)的載氧能力

蛋白質(zhì)構(gòu)象相關(guān)疾病Sickle-cellanemia（鐮刀形紅細(xì)胞貧血）Sickle-cellanemiaisamoleculardisease（分子疾病）WhatisthedifferencebetweenHbSandHbA？HowdoesHbSinduceredcellintoasickleshape?Genemutation（基因突變）導(dǎo)致Hb中β鏈氨基酸序列改變：Glu6ValAreallenzymesproteins?

并不是所有酶都是蛋白質(zhì)

Ribozyme（核酶）

Antibody（Abzyme）

與消化有關(guān)的酶

胃酶：胃蛋白酶，由胃黏膜內(nèi)的腺體細(xì)胞分泌。與同時(shí)分泌的鹽酸和黏液組成胃液。（為什么胃液不會(huì)消化自身組織？）

胰酶：由胰腺分泌的胰液中含有碳酸氫鈉、胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。胰液通過胰腺管排入十二指腸，有中和胃酸、消化蛋白質(zhì)、脂肪和糖的作用。

蛋白質(zhì)分子的結(jié)合動(dòng)力學(xué)

蛋白質(zhì)（P）與配體（L）的結(jié)合平衡：

結(jié)合常數(shù)

解離常數(shù)

定義：平均結(jié)合數(shù)（Averagenumberofligandmoleculesboundtoeachprotein）Singlebindingsite,oneligandspecies:蛋白質(zhì)-配體結(jié)合曲線上述曲線可變換為線性方程Scatchardplot：維生素(vitamins)人類必需的一類營養(yǎng)素。是維持機(jī)體正常生理功能所必需、機(jī)體自身又不能合成或合成量不足，必需靠外界供給的一類微量低分子有機(jī)化合物。

依據(jù)溶解性：水溶性：VB族；VC脂溶性：VA；VD；VE；VK功能：水溶性—輔酶：參與酶催化反應(yīng)中底物基團(tuán)的轉(zhuǎn)移脂溶性—調(diào)控生物機(jī)能

維生素的分類B族維生素B族維生素都是水溶性維生素，它們協(xié)同作用，調(diào)節(jié)新陳代謝，維持皮膚和肌肉的健康，增進(jìn)免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的功能，促進(jìn)細(xì)胞生長和分裂（包括促進(jìn)紅血球的產(chǎn)生，預(yù)防貧血發(fā)生）。其中維生素B1、B6和B12有助保護(hù)神經(jīng)組織細(xì)胞，維生素B2具有抗氧化作用。維生素名稱一般使用的化學(xué)名其他常用別稱及說明維生素B1硫胺維生素B2核黃素維生素G維生素B3煙酸維生素PP、煙堿酸、尼古丁酸維生素B5泛酸遍多酸維生素B6吡哆醇類包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺維生素B7生物素維生素H、輔酶R維生素B9蝶酰谷氨酸葉酸、維生素M、葉精維生素B12鈷胺素氰鈷胺、輔酶B12

人類必需的B族維生素維生素B1存在方式功能缺乏：腳氣病；消化不良（抑制膽堿酯酶）多存在于種籽皮、瘦肉、蔬菜中維生素B2（核黃素）存在方式功能：脫氫酶輔酶，傳遞H缺乏：舌炎、眼球充血等癥狀廣泛存在于酵母、肝、腎、蛋、奶、大豆中維生素B3（煙酰胺）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（輔酶I）NAD+煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（輔酶Ⅱ）NADP+維生素B5（泛酸）化學(xué)結(jié)構(gòu)存在方式輔酶A（CoA~SH）巰基乙胺磷酸二酯鍵泛酸功能?；D(zhuǎn)移酶輔酶，傳遞?；谥惻c糖類代謝中起重要的作用輔酶A作為藥物應(yīng)用廣泛NCH2O—CHOHOH3CP（磷酸吡哆醛，PLP）吡哆醇吡哆醇氧化酶吡哆醛吡哆胺吡哆胺轉(zhuǎn)氨酶ATPADP磷酸吡哆醇磷酸吡哆醇氧化酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺轉(zhuǎn)氨酶磷酸吡哆胺ATPADP激酶ATPADP維生素B6VB6的功能：作為輔酶參加多種代謝反應(yīng)，包括脫羧、轉(zhuǎn)氨、氨基酸內(nèi)消旋、Trp代謝、含硫氨基酸的脫硫、羥基氨基酸的代謝和氨基酸的脫水等。維生素B7（Biotin生物素）功能：生物素是多種羧化酶的輔酶，在CO2固定反應(yīng)中起重要作用。Biotinylation（生物素化）Biotinylationistheprocessofcovalentlyattachingbiotintoaprotein,nucleicacidorothermolecule.生物素對(duì)蛋白質(zhì)的修飾生物素－親合素系統(tǒng)

Biotin-AvidinSystem，BAS）Thedissociationconstantofavidin-biotinismeasuredtobeKd≈10?15M,makingitoneofthestrongestknownnon-covalentbonds.生物素能夠與親和素特異性結(jié)合，解離常數(shù)Kd≈10?15M，具有很高的親和性。Avidin;親合素

鏈霉親合素(Streptavidin，SA)

鏈霉親合素是與親合素有類似生物學(xué)特性的一種蛋白質(zhì)。是由Streptomycesavidin菌在培養(yǎng)過程中分泌的一種蛋白質(zhì)產(chǎn)物，SA分子量為65000，由4條序列相同的肽鏈構(gòu)成，每條SA肽鏈可以結(jié)合1個(gè)生物素分子。葉酸作為重要的一碳載體，在核苷酸合成，半胱氨酸甲基化等諸多重要生理代謝功能方面有重要作用。葉酸在快速的細(xì)胞分裂和生長過程（如嬰兒發(fā)育、懷孕）中有尤其重要的作用。葉酸能促進(jìn)骨髓中的幼細(xì)胞發(fā)育成熟形成正常形態(tài)的紅細(xì)胞，從而避免貧血。蔬菜中含有足量葉酸滿足人體需要，但孕婦有可能需要補(bǔ)充葉酸。維生素B9（Folicacid;葉酸）

四氫葉酸（Tetrahydrofolicacid）是葉酸的一種還原型衍生物，由二氫葉酸還原酶還原二氫葉酸得到的一種輔酶。這種輔酶在轉(zhuǎn)移一碳化合物的過程中起重要作用。含一個(gè)碳原子的基團(tuán)葉酸的功能：傳遞一碳單位酶的輔酶葉酸參與嘌呤、嘧啶的合成，間接影響蛋白質(zhì)合成。磺胺類藥物可競爭性地抑制細(xì)菌葉酸的合成，導(dǎo)致繁殖中斷。維生素B12

(鈷胺素；cyanocobalamine)

VB12的功能：1.促進(jìn)某些化合物的異構(gòu)作用。2.

促進(jìn)甲基轉(zhuǎn)移作用。3.

維持SH的還原型狀態(tài)。4.

促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的生物合成。5.

維持造血機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。6.

促進(jìn)上皮組織細(xì)胞的新生。4.

髓磷脂的生物合成減少，損害神經(jīng)系統(tǒng)。VB12缺乏癥：1.兒童及幼齡動(dòng)物發(fā)育不良。2.消化道上皮組織細(xì)胞失常。3.造血器官功能失常，導(dǎo)致惡性貧血。維生素C（Ascorbicacid;抗壞血酸）是一種天然存在的具有抗氧化性質(zhì)的有機(jī)化合物，衍生于葡萄糖，純凈的抗壞血酸是白色固體，但有些雜質(zhì)的樣品會(huì)帶點(diǎn)微黃色?？箟难嵋兹苡谒?，形成輕度酸性的溶液?？箟难岬拇?酮互變異構(gòu)抗壞血酸的功能：屬于高效抗氧化劑，保護(hù)細(xì)胞膜；氫傳遞體；脯氨酸羥基化酶的輔酶；一些酶的激活劑。抗壞血酸作為氫的傳遞體VC的藥用用途人類自身不能合成抗壞血酸，需要從飲食中獲取。參加體內(nèi)的氨基酸代謝，能夠增加肌體對(duì)抗病的能力，降低毛細(xì)血管的通透性，加速血液凝固，促進(jìn)鐵在腸內(nèi)的吸收，促進(jìn)膽固醇的轉(zhuǎn)化，使血脂下降。常用于各種急、慢性感染性疾病，如過敏性皮膚病、紫癜、濕疹、尋麻疹、帶狀皰疹，急慢性肝炎、肝硬化等肝功能損壞，還可促進(jìn)傷口的愈合以及高血脂、癌癥、感冒的輔助治療。維生素C的治療作用：在白細(xì)胞中協(xié)助噬食細(xì)菌、病毒及毒素，維持免疫系統(tǒng)

在腎上腺中制造腎上腺素，應(yīng)付危機(jī)在晶狀體中保持晶狀體的透明，防止白內(nèi)障及青光眼

在大腦及神經(jīng)系統(tǒng)中維持思想及控制肌肉的工作在表皮層中更新皮膚

在睪丸中維持精子的運(yùn)動(dòng)能力在肝臟中排除有機(jī)及無機(jī)毒素在肺臟中防止病毒感染的肺炎關(guān)于維生素C的歷史遠(yuǎn)古時(shí)代的時(shí)候就已知要攝取新鮮蔬菜或是生的動(dòng)物肉類能夠預(yù)防疾病。1536年，法國探險(xiǎn)家雅克·卡蒂亞，探索圣羅倫斯河的時(shí)候，用當(dāng)?shù)卦∶竦闹R(shí)，他將煮沸的水加入針葉喬木的樹葉作茶，以挽救他的人免死于壞血病。后來發(fā)現(xiàn)該茶中每100克含有50毫克的維生素C。外科醫(yī)生約翰·伍德爾，在1617年向英國東印度公司推薦能夠預(yù)防和治療壞血病用的檸檬汁。荷蘭作家JohannBachstrom在1734年提出：“壞血病是純粹由于完全禁食新鮮的蔬菜和食品，這是單獨(dú)的主要病因?！?970年，著名化學(xué)家鮑林的《維生素C與感冒》出版，聲稱維持健康所需要的維生素和其它營養(yǎng)素因人而異，差別懸殊，許多人的需要量遠(yuǎn)比日供給量大得多。一般人每日口服維生素C1克，感冒的發(fā)病率可以下降近一半，有些人的需要量更大達(dá)4克。

脂溶性維生素維生素A（視黃醇）;維生素D;維生素E（生育酚）;維生素K弱光存在形式：視紫紅質(zhì)（含視黃醛的糖蛋白）棒狀細(xì)胞細(xì)胞膜上視紫紅質(zhì)的電腦模擬圖視黃醛功能

暗視野下感光視紫紅質(zhì)全反式視黃醛全反型維生素A11-順型視黃醛視蛋白暗處NADH+E111-順型維生素ANADH+E1E2E2視黃醛異構(gòu)酶缺乏：夜盲癥、影響發(fā)育等E1醇脫氫酶維生素A的食物來源：肝、胡蘿卜、白蘿卜等黃綠蔬菜、黃色水果、蛋類、牛奶、奶制品、魚肝油等。需要補(bǔ)充VA的人群：長期對(duì)脂肪的吸收不良，如患有消化道疾病、胃腸部分切除者，往往會(huì)導(dǎo)致缺乏維生素A。維生素A對(duì)于長期