第三章酶的基本知識

第三章酶

Enzyme目的要求：介紹酶的概念、作用特點和分類、命名，討論酶的結(jié)構(gòu)特征和催化功能，進(jìn)而討論影響酶作用的主要因素。對酶類藥物作簡單的介紹。第四章酶的基本知識第一節(jié)酶的概述第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)和功能第三節(jié)酶促反應(yīng)第四節(jié)酶類藥物簡介1833年P(guān)ayen和Persoz從麥芽中抽提出一種對熱敏感的物質(zhì)，這種物質(zhì)能將淀粉水解成可溶性糖，被稱為淀粉糖化酶（diastase），意思是“分離”。1926年美國人J.B.Sumner從刀豆中結(jié)晶出脲酶，并提出酶是蛋白質(zhì)的觀點。進(jìn)入80年代后，核糖酶（ribozyme）、抗體酶、模擬酶等相繼出現(xiàn)，酶的傳統(tǒng)概念受到挑戰(zhàn)，也使酶學(xué)研究進(jìn)入新的階段。一、酶的發(fā)現(xiàn)第一節(jié)概述（一）酶是生物催化劑1、酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子2、酶催化了生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)3、酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)（極少數(shù)是核酸）4、幾個定義酶促反應(yīng)：酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)底物（S）：被酶催化的物質(zhì)，又稱基質(zhì)產(chǎn)物（P）：催化所產(chǎn)生的物質(zhì)酶“活性”：酶的催化能力酶“失活”：酶失去了催化能力二、酶的概念（二）酶的特性1.催化效率高2.特異性強：高度專一性3.反應(yīng)條件溫和4.可調(diào)節(jié)性：酶促反應(yīng)受多種因素調(diào)控5.穩(wěn)定性差二、酶的概念酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，對底物具有高度催化效率和高度特異性的一類生物催化劑。（一）習(xí)慣命名法1、根據(jù)催化的底物名稱命名如：脲酶、淀粉酶、蛋白酶2、根據(jù)催化的反應(yīng)性質(zhì)命名如：脫氫酶、加氧酶、轉(zhuǎn)氨酶3、根據(jù)以上兩者結(jié)合命名如：琥珀酸脫氫酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶4、根據(jù)酶的來源及其他特征命名如：胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性磷酸酶

三、酶的命名（二）系統(tǒng)命名法根據(jù)酶所催化的整體反應(yīng)為依據(jù)，標(biāo)明酶的所有底物與反應(yīng)類型。國際生物化學(xué)會酶學(xué)委員會（IEC）將酶分成六大類：1.氧還原酶類，2.轉(zhuǎn)移酶類，3.水解酶類，4.裂合酶類，5.異構(gòu)酶類，6.合成酶類如：乳酸脫氫酶：L-乳酸:NAD+氧化還原酶三、酶的命名1、氧化還原酶類凡能催化底物發(fā)生氧化還原反應(yīng)的酶（一）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型乳酸脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)三、酶的分類2、轉(zhuǎn)移酶類（transferases）凡能催化底物發(fā)生基團(tuán)轉(zhuǎn)移或交換的酶三、酶的分類（一）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型3、水解酶類（hydrolases）凡能催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶三、酶的分類（一）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型4、裂解酶類（lyases）凡能催化底物分子中C-C（或C-O、C-N等）化學(xué)鍵斷裂，斷裂后一分子底物轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿赢a(chǎn)物的酶三、酶的分類（一）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型5、異構(gòu)酶類（isomerases）能催化底物分子發(fā)生幾何學(xué)或結(jié)構(gòu)學(xué)的同分異構(gòu)變化的酶三、酶的分類（一）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型6、合成酶類（ligases）催化兩個分子連接在一起，并伴隨有ATP分子中的高能磷酸鍵斷裂的一類酶，又稱連接酶。三、酶的分類（一）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型（二）根據(jù)酶的化學(xué)組成可將酶分為：1單純蛋白酶類：只含有蛋白質(zhì)成分2結(jié)合蛋白酶類（全酶）：含有蛋白成分（酶蛋白）和非蛋白成分（輔助因子）三、酶的分類全酶=酶蛋白＋輔助因子輔助因子與酶蛋白結(jié)合比較疏松的小分子有機物與酶蛋白結(jié)合緊密的小分子有機物。金屬離子作為輔助因子。金屬離子輔酶輔基酶蛋白決定了反應(yīng)底物的種類輔酶（基）決定底物的反應(yīng)類型（三）根據(jù)酶的結(jié)構(gòu)特點分1、單體酶：只有一條多肽鏈的酶如：溶菌酶、蛋白酶、核糖核酸酶2、寡聚酶：由幾個或多個亞基組成的酶如：磷酸化酶a、乳酸脫氫酶3、多酶復(fù)合體系：幾個酶彼此嵌合形成的復(fù)合體如：丙酮酸脫氫酶系、脂肪酸合成酶復(fù)合體三、酶的分類第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)和功能一、酶的結(jié)構(gòu)特點活性部位必需基團(tuán)二、酶的功能酶原激活同工酶一、酶的結(jié)構(gòu)特點（一）活性部位（活性中心）概念：酶分子中直接與底物結(jié)合，并催化底物發(fā)生反應(yīng)的部位。（二）必需基團(tuán)概念：

在酶分子中和酶的催化活性直接有關(guān)的基團(tuán)。必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)活性中心外的必需基團(tuán)活性中心內(nèi)的必須基團(tuán)催化基團(tuán)一、酶的結(jié)構(gòu)特點酶分子必需基團(tuán)其它部分（非必需基團(tuán)）活性中心活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)（一）酶原激活1、酶原：不具催化活性的酶的前體2、酶原激活：酶原變成酶的過程3、激活劑：使無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅奈镔|(zhì)4、酶原激活的本質(zhì)：酶活性部位形成或暴露的過程5、酶原激活的意義：保護(hù)組織細(xì)胞二、酶的功能1、定義：能催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但在蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。2、存在部位：廣泛存在于生物界3、分子組成：一般由兩種或兩種以上的亞基組成（二）同工酶二、酶的功能乳酸脫氫酶（LDH)MMMMMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4HLDH5LDH4LDH3LDH2LDH1骨肌型心肌型（二）同工酶二、酶的功能一、酶促反應(yīng)速度與酶活性二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響三、酶濃度的影響四、溫度的影響五、pH的影響六、激活劑的影響七、抑制劑的影響第三節(jié)酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)速度（V）的測定：單位時間內(nèi)產(chǎn)物的生成量或單位時間內(nèi)底物的消耗量。d[P]dt初速度=一、酶促反應(yīng)速度與酶活性酶活性：酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響（一）底物濃度與酶促反應(yīng)速度的關(guān)系——V-[S]曲線在酶濃度、溫度、pH不變的情況下在低底物濃度時,反應(yīng)速度與底物濃度成正比，為一級反應(yīng)。底物濃度增大與速度的增加不成正比,為混合級反應(yīng).當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值，幾乎所有的酶都與底物結(jié)合后，反應(yīng)速度達(dá)到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應(yīng)。（二）米氏方程1913年，德國化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說對酶促反映的動力學(xué)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了表示整個反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的著名公式，稱為米氏方程。Km—米氏常數(shù)Vmax—最大反應(yīng)速度二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響米氏方程當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L（三）米氏常數(shù)的意義二、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響鑒定酶：Km是酶的特征常數(shù)不同條件下具有不同的Km值判斷酶與底物親和力大小判斷酶的最適底物或天然底物三、酶濃度的影響溫度、pH不變，底物濃度足夠大高溫兩種不同影響：1.溫度升高，反應(yīng)速度加快；2.溫度升高，酶熱變性速度加快，反應(yīng)速度下降。Tv最適溫度低溫影響：1.溫度降低，酶活性降低2.溫度過低,酶無活性但不變性四、溫度的影響五、pH的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pHpH穩(wěn)定性：在一定pH范圍內(nèi)酶是穩(wěn)定pH對酶作用的影響機制：1.環(huán)境過酸、過堿使酶變性失活；2.影響酶活性基團(tuán)的解離；3.影響底物的解離。六、激活劑的影響金屬離子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+Co2+、Fe2+陰離子：

Cl-、HPO4-2有機分子還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA

具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子：對無活性的酶原起作用的酶激活劑:凡是能使酶從無活性轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。七、抑制劑的影響

競爭性抑制可逆抑制

反競爭性抑制不可逆抑制

抑制類型非競爭性抑制抑制劑:能使酶活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。

+IEIESP+EE+S競爭性抑制作用

實例：磺胺藥物的藥用機理H2N--SO2NH2對氨基苯磺酰胺H2N--COOH對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸非競爭性抑制作用

S+EESE+P+I↑↓EI+I↑EIS+[S]E+P[S]v無IV/2km有I(′)反競爭性抑制作用

ESIESP+EE+S+I補充作業(yè)名詞解釋：活性中心米氏常數(shù)（Km值）激活劑抑制劑同工酶酶原填空題酶的活性中心包括

和

兩個功能部位，其中

直接與底物結(jié)合，決定酶的

，

是發(fā)生化學(xué)變化的部位，決定

。根據(jù)國際系統(tǒng)分類法，所有的酶按所催化的化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)可分為六類

、

、

、

、

、

和

。輔助因子包括

、

和

等。其中

與酶蛋白結(jié)合緊密，需要

除去，

與酶蛋白結(jié)合疏松，可以用

除去。判斷改錯題（）1．酶促反應(yīng)的初速度與底物濃度無關(guān)。（）2．當(dāng)?shù)孜锾幱陲柡退綍r，酶促反應(yīng)的速度與酶濃度成正比。（）3．增加不可逆抑制劑的濃度，可以實現(xiàn)酶活性的完全抑制。（）4．在非競爭性抑制劑存在下，加入足量的底物，酶促的反應(yīng)能夠達(dá)到正常Vmax。（）5．對于可逆反應(yīng)而言，酶既可以改變正反應(yīng)速度，也可以改變逆反應(yīng)速度。（）6．從鼠腦分離的己糖激酶可以作用于葡萄糖（Km=6×10-6mol/L）或果糖（Km=2×10-3mol/L），則己糖激酶對果糖的親和力更高。判斷改錯題（）7．Km是酶的特征常數(shù)，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度無關(guān)（）8．Km是酶的特征常數(shù)，在任何條件下，Km是常數(shù)。（）9．Km是酶的特征常數(shù)，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的底物無關(guān)。（）10．一種酶有幾種底物就有幾種Km值。（）