酶與維生素 (生物化學課件)

酶促反應(yīng)的特點生物化學酶與一般催化劑的共同點是：在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化；只能催化熱力學允許的化學反應(yīng)；只能加速可逆反應(yīng)的進程，而不改變反應(yīng)的平衡點。酶是蛋白質(zhì)或核酸，又具有一般催化劑所沒有的特征。一、高度的催化效率酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。二、高度的特異性酶的特異性(specificity)一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學鍵，催化一定的化學反應(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?。根?jù)酶對其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴格程度又分為3種類型。(一)絕對特異性(absolutespecificity)一種酶只能作用于一種特定的底物，生成一種特定的產(chǎn)物。(二)相對特異性(relativespecificity)：一種酶可作用于一類化合物或一種化學鍵。(三)立體結(jié)構(gòu)特異性(stereospecificity)一種酶只能作用于一種立體異構(gòu)底物。三、酶催化活性的可調(diào)節(jié)性(一)對酶生成與降解量的調(diào)節(jié)。(二)酶催化活性的調(diào)節(jié)。(三)通過改變底物濃度對酶進行調(diào)節(jié)等。酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。四、酶催化活性的不穩(wěn)定性酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，凡是影響蛋白質(zhì)生物學活性的因素都能影響酶的活性。酶的結(jié)構(gòu)與功能生物化學什么是酶(一)酶是由活細胞產(chǎn)生的，對特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。又稱生物催化劑。(二)生物催化劑分為兩類酶核酶(脫氧核酶)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)。酶所催化的化學反應(yīng)稱為酶催反應(yīng)。被酶催化的物質(zhì)稱底物(substrate,S)。催化所生成的物質(zhì)稱產(chǎn)物(product,P)。酶催化化學反應(yīng)的能力稱為酶活性。酶失去催化化學反應(yīng)的能力稱為酶失活。一、酶的分子組成(二)結(jié)合酶(conjugatedenzyme)，即全酶(一)單純酶(simpleenzyme)蛋白質(zhì)部分：酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)金屬離子小分子有機化合物全酶(holoenzyme)只有蛋白質(zhì)部分，無輔助因子的酶即單純酶。1.輔助因子類型(1)輔酶(coenzyme)：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

(2)輔基(prostheticgroup)：與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。2.結(jié)合酶的酶蛋白與輔助因子協(xié)同作用才能發(fā)揮催化作用。3.全酶各部分在催化反應(yīng)中的作用(1)酶蛋白決定反應(yīng)的特異性。(2)輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)。4.金屬酶(metalloenzyme)其金屬離子與酶結(jié)合緊密，提取過程中不易丟失。5.金屬激活酶(metal-activatedenzyme)其金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚緊密。6.金屬離子的作用(1)穩(wěn)定酶的構(gòu)象。(2)參與催化反應(yīng)，傳遞電子。(3)在酶與底物間起橋梁作用。(4)中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。7.小分子有機化合物的作用反應(yīng)中起運載體作用，傳遞電子、質(zhì)子或其他基團。Ｂ族維生素與輔酶或輔基的關(guān)系維生素輔酶或輔基轉(zhuǎn)移的基團維生素B1(硫胺素)焦磷酸硫胺素(TPP)醛基維生素B2(核黃素)黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氫原子(質(zhì)子)氫原子(質(zhì)子)維生素PP(尼克酰胺)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+，輔酶Ⅰ)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+，輔酶Ⅱ)氫原子(質(zhì)子)氫原子(質(zhì)子)維生素B6(吡哆醛，吡哆胺)磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺氨基泛酸輔酶A酰基生物素生物素二氧化碳葉酸四氫葉酸一碳單位維生素B12鈷胺素輔酶類一碳單位活性中心或稱活性部位(activesite)，指必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。二、、酶的活性中心與必需基團(一)什么是活性中心1.活性中心內(nèi)的必需基團結(jié)合基團(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。2.活性中心外的必需基團(二)必需基團(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學基團。+-底物活性中心以外的必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心三、酶原與酶原的激活(一)酶原有些酶在細胞內(nèi)合成或初分泌時無活性，此無活性前體稱為酶原。(二)酶原的激活酶原在一定條件下，水解掉一個或幾個短肽，形成或暴露出活性中心，轉(zhuǎn)化為有活性酶的過程。(三)激活過程特定的肽鏈水解酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變酶的活性中心形成在特定條件下賴纈天天天天甘異賴纈天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS腸激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活過程(四)酶原激活的意義1.避免酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用。2.有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。四、同工酶(isoenzyme)1.定義是指催化相同的化學反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學性質(zhì)不同的一組酶。HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)乳酸脫氫酶的同工酶2.舉例乳酸脫氫酶(LDH1～LDH5)3.臨床意義(1)在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用。(2)用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征。(3)同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷。(4)同工酶可以作為遺傳標志，用于遺傳分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜2345五、酶的作用機制(一)活化分子與活化能反應(yīng)總能量改變非催化反應(yīng)活化能酶促反應(yīng)活化能一般催化劑催化反應(yīng)的活化能能量反應(yīng)過程底物產(chǎn)物酶促反應(yīng)活化能的改變1.活化能：底物分子從基態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。2.活化分子：從基態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)的底物分子。1、酶-底物復(fù)合物的形成E+SE+PES誘導(dǎo)契合假說酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進而相互結(jié)合。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說。(二)酶催化作用機制2、鄰近效應(yīng)與定向排列酶必須與底物靠近并方向正確才能發(fā)生反應(yīng)。3、多元催化酶是兩性電解質(zhì)，具有酸、堿雙重性質(zhì)。有利于酶與底物結(jié)合，提高催化效率。4、表面效應(yīng)活性中心位于酶分子表面，有利于酶與底物的接觸。六、酶的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)）酶含量的調(diào)節(jié)（緩慢調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)對象：關(guān)鍵酶(一)酶活性的調(diào)節(jié)1.變構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。3）變構(gòu)效應(yīng)劑(allostericeffector)變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑1）變構(gòu)酶(allostericenzyme)2）變構(gòu)部位(allostericsite)4）變構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)：變構(gòu)酶通常含有多個亞基，有與底物結(jié)合的催化部位和與變構(gòu)劑結(jié)合的調(diào)節(jié)部位，它們可以存在于不同的亞基上，也可以存在于同一個亞基不同的部位上。含催化部位的亞基成為催化亞基；含調(diào)節(jié)部位的亞基稱為調(diào)節(jié)亞基。5）變構(gòu)酶的特點：①大多數(shù)變構(gòu)酶為寡聚酶，含有二個或二個以上的亞基。②變構(gòu)酶活性中心（催化部位）調(diào)節(jié)中心（調(diào)節(jié)部位）③很多變構(gòu)酶的動力學特征不符合米式公式，它們的反應(yīng)速度對底物作圖的圖形呈“S”形曲線。2.共價修飾調(diào)節(jié)1）共價修飾(covalentmodification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團可與某種化學基團發(fā)生可逆的共價結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。2）常見類型磷酸化與脫磷酸化（最常見）乙?；兔撘阴；谆兔摷谆佘栈兔撓佘栈?SH與-S－S-互變3）酶化學修飾的特點：①通過化學修飾的酶活性可能升高，也可能降低。②被修飾的酶在細胞內(nèi)有兩種形式有活性無活性③酶的兩種形式可以互相轉(zhuǎn)化，但順反兩個方向的酶不同。（二）酶含量調(diào)節(jié)通過改變酶合成或降解的速度，從而改變酶的含量來實現(xiàn)，屬延遲調(diào)節(jié)。1.酶蛋白合成調(diào)節(jié)：促進合成的化合物稱誘導(dǎo)劑，減少蛋白質(zhì)合成的化合物稱阻遏物。調(diào)節(jié)劑常是酶的底物、產(chǎn)物、激素或藥物等。2.酶蛋白的降解調(diào)節(jié)：溶酶體降解酶蛋白不具選擇性，泛素化途徑可特異性的降解特定的酶蛋白。1.習慣命名法——推薦名稱(1)依據(jù)酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。(2)依據(jù)催化反應(yīng)類型命名，如脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶等。(3)綜合上述兩項原則命名，如乳酸脫氫酶等。2.系統(tǒng)命名法——系統(tǒng)名稱七、酶的命名與分類(一)酶的命名(二)酶的分類1.氧化還原酶類(oxidoreductases)2.轉(zhuǎn)移酶類(transferases)3.水解酶類(hydrolases)4.裂解酶類(lyases)5.異構(gòu)酶類(isomerases)6.合成酶類(ligases,synthetases)酶與醫(yī)學的關(guān)系生物化學一、酶與疾病的關(guān)系（一）酶與疾病的發(fā)生1、遺傳性酶缺乏疾病，如白化病，蠶豆病，苯丙酮酸尿癥等。2、中毒性疾病，如有機磷中毒，氰化物中毒等。（二）酶與疾病的診斷1、血清（漿）酶的測定（1）血清(漿)功能性酶的測定（2）血清(漿)非功能性酶的測定在血漿中發(fā)揮其特異催化作用的酶，故稱血漿功能性酶，如卵磷脂膽固醇?；D(zhuǎn)移酶和脂蛋白酯酶等。在血漿中的濃度很低，來自于全