生物代謝與調節(jié)物質

關于生物代謝與調節(jié)物質第1頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1.掌握酶的概念、作用特點及影響酶促反應速度的各種因素；2.熟悉酶的化學結構，維生素與輔酶的關系、酶結構與活性的關系；3.了解酶的命名、分類原則及應用。學習目標第2頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（一)、發(fā)展史19C中葉Pasteur葡萄糖→酒精1878Kuhne酶—提出概念1926Sumner脲酶—提出酶是蛋白質1982Thomas

核酶—打破酶是蛋白質觀念一、酶的概述第一節(jié)酶的概述第3頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月酶是生物細胞產生的、具有催化功能的生物催化劑。生物催化劑酶：一般指化學本質是蛋白質核酶：催化活性的RNA脫氧核酶：催化活性的DNA

（二）、酶的概念第4頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)名：包括所有底物的名稱和反應類型，水可省略。系統(tǒng)名乳酸：NAD+氧化還原酶習慣名：只取一個較重要的底物名稱和反應類型。習慣名乳酸脫氫酶（1961）酶學委員會乳酸丙酮酸（三）、酶的分類和命名簡單、常用、不準確，一酶數(shù)名或一名數(shù)酶。嚴格，一個酶只有一個名稱一個編號。1.命名第5頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月酶的編號乳酸脫氫酶的編號是

EC1.1.1.27表示第一大類既：氧化還原酶表示第一亞類被氧化的基團為CHOH表示第一亞亞類氫受體為NAD+

表示該酶在此亞亞類中的順序號每一個酶的編號由4個數(shù)字組成，中間以“·”隔開。第6頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2.分類六大類

.氧化還原酶類：主要是催化氫的轉移或電子傳遞的氧化還原反應。包括脫氫酶和氧化酶。AH2+B（O2）A+BH2（H2O2，H2O）如：乳酸脫氫酶(2).轉移酶：轉移酶催化基團轉移反應。A·X+BA+B·X如：谷丙轉氨酶CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO第7頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月(3).水解酶：水解酶催化底物的加水分解反應。AB+H2OAOH+BH如：脂肪酶(4).裂解酶：催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應。如：延胡索酸水合酶催化的反應HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOHH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH第8頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月(5).異構酶：酶催化各種同分異構體的相互轉化AB如：6-磷酸葡萄糖異構酶催化(6).合成酶：又稱為連接酶，使兩個底物結合的酶類，有ATP參與。A+B+ATPA·B+ADP+Pi如：丙酮酸羧化酶丙酮酸+CO2草酰乙酸第9頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）、據酶蛋白結構特征分類1.單體酶只有一條多肽鏈的酶2.寡聚酶由幾個或多個亞基組成的酶3.多酶復合體系由幾個酶彼此嵌合形成的復合體

單個亞基沒有催化活性。

有利于細胞中一系列反應的連續(xù)進行。第10頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)酶的化學本質一、酶的化學本質1.大多數(shù)酶是蛋白質證據：（1）酶的結晶經分析都是蛋白質。（2）酶是兩性電解質。（3）酶蛋白具有一級結構。（4）具有膠體的性質。（5）酶受蛋白水解酶作用喪失活性。（6）引起蛋白變性的因素，也能使酶失活。2.核酶和脫氧核酶第11頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二、酶的組成酶單純酶結合酶蛋白部分+非蛋白部分。如氧化還原酶輔因子輔酶與酶蛋白結合疏松的小分子有機物。輔基與酶蛋白結合緊密的小分子有機物。金屬離子酶的催化專一性主要決定于酶蛋白部分，輔因子通常是作為電子、原子或某些化學基團的載體。只由氨基酸組成。如水解酶全酶=酶蛋白+輔因子第12頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)酶的催化特性一、酶和一般催化劑的共性1.用量少而催化效率高；2.它能夠改變化學反應的速度，但是不能改變化學反應平衡。3.只能催化熱力學允許的反應，在反映前后不發(fā)生改變。第13頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二、酶催化特性4.活性可調節(jié)控制：1．高效性2．專一性3．反應條件溫和：常溫、常壓、中性酸堿度等

5.穩(wěn)定性差

酶濃度、酶活性、激素

第14頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月用-淀粉酶催化淀粉水解，1克結晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。6*106

mol/mol.S。2H2O22H2O+O2酶的催化作用可使反應速度提高106-1012倍。例如：過氧化氫分解Fe+：6*10-4

mol/mol.S過氧化氫酶：第15頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月專一性絕對專一性相對專一性只能對一種立體異構體起催化作用。基團專一性：除了要求A和B之間的鍵合適外，還對其所作用鍵兩端的基團具有不同的專一性。

鍵專一性：只要求底物分子上有適合的化學鍵就可以起催化作用。除一種底物以外，其它任何物質它都不起催化作用。立體專一性專一性：酶只催化某一類底物發(fā)生特定的反應，產生一定的產物。第16頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)酶的結構和功能一、酶的活性中心必需基團：

與酶活性相關的基團。如，Ser:OH,His:咪唑基,Cys:SH,Glu,Asp:COOH.

酶的活性中心：

酶分子中與底物結合并起催化反應的場所，由少數(shù)幾個氨基酸殘基構成的。第17頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心第18頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月必需基團結合基團：活性中心外的必需基團：非必需基團

決定酶的專一性

酶的活性中心催化基團：催化底物轉變成產物決定酶的催化效率與底物相結合的基團維持酶的空間構象第19頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二、酶的別構中心概念有些酶分子除具有與底物結合的活性中心外，還具有與非底物的化合物結合的部位，這個部位叫做酶的別構中心。

與別構中心結合的物質稱為調節(jié)劑或別構劑

激活劑：使酶反應速度增高的。抑制劑：使酶反應速度降低的。具有別構部位的酶稱為別構酶（變構酶）

第20頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月調節(jié)物與酶分子中的別構中心結合后，引起酶蛋白構象的變化，使酶活性中心對底物的結合和催化作用受到影響，從而調節(jié)酶促反應速度及代謝過程，此效應稱為酶的“別構效應”。別構激活（正協(xié)同效應）和別構抑制（負協(xié)同效應）

第21頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月酶原：沒有活性的酶的前體。三、酶原和酶原的激活酶原的激活：酶原在一定條件下經適當?shù)奈镔|作用可轉變成有活性的酶。酶原轉變成酶的過程稱為酶原的激活。本質：酶原的激活實質上是酶活性部位形成或暴露的過程。第22頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月分子結構不同：理化性質和免疫學性質不同。四、同功酶能催化同一化學反應的一類酶。活性中心相似或相同：催化同一化學反應。乳酸脫氫酶（LDH）MHM4M3HM2H2MH3H4MMMMMMMHMMHHMHHHHHHH第24頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月五、共價修飾酶六、誘導酶七、核糖酶八、酶與抗體——抗體酶最常見的共價修飾形式是磷酸化與脫磷酸化。第25頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)酶的催化機制一、酶促反應使反應的活化能降低E+SP+EES能量水平反應過程GE1E2S第26頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月[舉例]2H2O2→2H2O+O2無催化劑活化能為75348J/molPt48976J/mol過氧化氫酶8372J/mol說明：酶的催化效率極高[酶為何能降低反應的活化能?可用中間產物學說來解釋。]第27頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二、中間產物學說EPESSEkk+??????+21???-1kEP1ES1S1ES+??+2P2+??E

：酶S：底物ES：中間產物P

：產物第28頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月三、誘導契合學說第29頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月酶活性中心在結構上有一定柔性，當?shù)孜铮せ顒┗蛞种苿┡c酶分子結合時，酶蛋白的構象發(fā)生了有利于與底物結合的變化，使反應所需的催化基團和結合基團正確地排列和定向，使酶與底物成互補形狀而結合成中間產物。誘導契合學說

第30頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月四、

酶作用高效性的機理鄰近效應:酶與底物形成中間復合物后使底物之間、酶的催化基團與底物之間相互靠近，提高了反應基團的有效濃度。

定向效應：由于酶的構象作用，底物的反應基團之間、酶與底物的反應基團之間正確取向的效應。第31頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

定義：酶促反應動力學是研究酶促反應速度以及各種條件下對酶反應速度的影響第六節(jié)酶促反應動力學第32頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月一酶濃度對酶促反應速度的影響當反應系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時，酶促反應速度與酶濃度成正比。

即ν=k[E]。第33頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

在低底物濃度時,反應速度與底物濃度成正比，為一級反應。底物濃度增大與速度的增加不成正比,為混合級反應.

當?shù)孜餄舛冗_到一定值，幾乎所有的酶都與底物結合后，反應速度達到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。一底物濃度對酶促反應速度的影響(一)V-S曲線第34頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1913年，德國化學家Michaelis和Menten根據中間產物學說對酶促反映的動力學進行研究，推導出了表示整個反應中底物濃度和反應速度關系的著名公式，稱為米氏方程。Km—

米氏常數(shù)Vmax—

最大反應速度（二）米氏方程第36頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月米氏方程Km即為米氏常數(shù)，Vmax為最大反應速度當反應速度等于最大速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反應速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。（三）米氏常數(shù)的意義及測定第37頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月米氏常數(shù)Km的意義不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。第38頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

米氏常數(shù)的測定

基本原則：將米氏方程變化成相當于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出Km。例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第39頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數(shù)形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數(shù)Km的測定：第40頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月酶的Km在實際應用中的意義

鑒定酶：通過測定Km，可鑒別不同來源或相同來源但在不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同反應的酶是否是屬于同一種酶。判斷酶的最適底物。（天然底物）計算一定速度下底物濃度。了解酶的底物在體內具有的濃度水平。判斷反應方向或趨勢。判斷抑制類型。第41頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月從米氏方程中求得：當反應速度達到最大反應速度的90%，則90%V=100%V[S]/(km+[S])v=——————Vmax·[S]km+[S]即[S]=9km在進行酶活力測定時，通常用4km的底物濃度即可。計算一定速度下底物濃度第42頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月三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pH。第43頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月pHv最適pH（optimumpH）pH穩(wěn)定性：在一定pH范圍內酶是穩(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.影響酶活性基團的解離；3.影響底物的解離。第44頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月三溫度的影響一方面是溫度升高,酶促反應速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結構將發(fā)生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度條件下,反應速度最大。第45頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫兩種不同影響：1.溫度升高，反應速度加快；2.溫度升高，酶熱變性速度加快。Tv最適溫度低溫影響：1.溫度降低，酶活性降低

2.溫度過低,酶無活性但不變性第46頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月五激活劑對酶作用的影響凡能提高酶活力的物質都是酶的激活劑。如Cl-是唾液淀粉酶的激活劑。第47頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬離子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+Co2+、Fe2+陰離子：

Cl-、Br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-

這些離子可與酶分子上的氨基酸側鏈基團結合，可能是酶活性部位的組成部分，也可能作為輔酶或輔基的一個組成部分起作用第48頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月一般情況下，一種激活劑對某種酶是激活劑，而對另一種酶則起抑制作用；對于同一種酶，不同激活劑濃度會產生不同的作用。應用激活劑時應注意第49頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月六抑制劑對酶活性的影響使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結構上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。b.能夠與酶以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復合體或結合物。第50頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月抑制劑類型和特點

競爭性抑制劑可逆抑制劑非競爭性抑制劑反競爭性抑制劑

非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑第51頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月抑制劑與酶的必需基團以共價鍵結合，引起酶活力喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活。（一）不可逆抑制第52頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1、非專一性不可逆抑制劑

抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些基團中包含了必需基團，因而引起酶失活。類型：第53頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2、專一性不可逆抑制劑

這類抑制劑選擇性很強，它只能專一性地與酶活性中心的某些基團不可逆結合，引起酶的活性喪失。第54頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）可逆抑制抑制劑與酶蛋白以非共價方式結合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結合的情況，又可以分為三類第55頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1競爭性抑制某些抑制劑的化學結構與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結合。當抑制劑與活性中心結合后，底物被排斥在反應中心之外，其結果是酶促反應被抑制了。第56頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

+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第57頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月競爭性抑制作用特點：1）競爭性抑制劑的結構與底物結構十分相似，二者競爭酶的結合部位。[S]vV/2km2）抑制程度取決于I和S的濃度以及與酶結合的親和力大小。km′無I有I3）可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第58頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2非競爭性抑制酶可同時與底物及抑制劑結合，引起酶分子構象變化，并導至酶活性下降。抑制劑與活性中心以外的基團結合，不與底物競爭美的活性中心，所以稱為非競爭性抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調控部位中的-SH基團作用，改變酶的空間構象，引起非競爭性抑制。第59頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月非競爭性抑制作用

+IEI+SESIESP+EE+S+I實例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金屬絡合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）第60頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月非競爭性抑制特點：1）、抑制劑與底物結構不相似，抑制劑與酶活性中心以外的基團結合。2）、非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除。非競爭性抑制可用下式表示：第61頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、反競爭性抑制作用

酶只有在與底物結合后，才能與抑制劑結合，引起酶活性下降。ESIESP+EE+S+I第62頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月反競爭性抑制特點：1）抑制劑與酶和底物的復合物結合。2）底物濃度增加，抑制作用加強。反競爭性抑制：第63頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月練習題一、名詞解釋

酶的活性中心酶原活力單位比活力Km誘導契合學說

變構效應輔酶和輔基同工酶競爭性抑制作用鄰近效應與定向效應二、填空題1.全酶由______和_____組成，在催化反應時，二者所起的作用不同，其中_____決定酶的專一性和高效率，_____起傳遞電子、原子或化學基團的作用。2.酶是由______產生的，具有催化能力的________。3.酶的活性中心包括_______和______兩個功能部位，其中______直接與底物結合，決定酶的專一性，_______是發(fā)生化學變化的部位，決定催化反應的性質。第64頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月三、選擇題

1、酶反應速度對底物濃度作圖，當?shù)孜餄舛冗_一定程度時，得到的是零級反應，對此最恰當?shù)慕忉屖牵?)

A、形變底物與酶產生不可逆結合B、酶與未形變底物形成復合物C、酶的活性部位為底物所飽和D、過多底物與酶發(fā)生不利于催化反應的結合

2、米氏常數(shù)Km是一個用來度量()

A、酶和底物親和力大小的常數(shù)B、酶促反應速度大小的常數(shù)C、酶被底物飽和程度的常數(shù)D、酶的穩(wěn)定性的常數(shù)

3、酶催化的反應與無催化劑的反應相比，在于酶能夠：()

A.提高反應所需活化能B、降低反應所需活化能C、促使正向反應速度提高，但逆向反應速度不變或減小

4、輔酶與酶的結合比輔基與酶的結合更為()A、緊B、松C、專一

5、