生物化學考研酶化學

生物化學考研酶化學第1頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月五、酶的作用特點及機理

特點：高效性；專一性；易變性；活性可調控性機理：中間產(chǎn)物理論

專一性機理——誘導契合學說

高效性因素——“鄰近”和定向效應——張力學說——共價催化——酸鹼催化——微環(huán)境影響第2頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月六、酶促反應的動力學（影響酶作用的因素）

1、酶濃度2、pH3、溫度4、底物濃度米氏方程及Km5、激活劑6、抑制劑第3頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月七、酶反應速度的測定及酶活力單位

1、初速度的概念2、酶反應速度的測定：終點法；動力學方法3、酶活力的表示方法：活力單位，比活力，轉換系數(shù)

八、維生素和輔酶

1、維生素的概念2、主要可溶性維生素和相應輔酶第4頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月對酶及生物催化劑的認識的發(fā)展

……生物催化劑（Biocatalyst）蛋白質類：天然酶（Enzyme）極端酶（

extremozyme）抗體酶（abzyme）生物工程酶核酸類：Ribozyme

Deoxyribozyme模擬生物催化劑克隆酶遺傳修飾酶蛋白質工程新酶第5頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

酶專一性類型結構專一性

概念：酶對所催化的分子（底物，Substrate）化學結構的特殊要求和選擇

類別：絕對專一性和相對專一性立體異構專一性

概念：酶除了對底物分子的化學結構有要求外，對其立體異構也有一定的要求

類別：旋光異構專一性和幾何異構專一性第6頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月絕對專一性和相對專一性

絕對專一性

有的酶對底物的化學結構要求非常嚴格，只作用于一種底物，不作用于其它任何物質。

相對專一性有的酶對底物的化學結構要求比上述絕對專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種化學鍵。1）鍵專一性有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵兩端的基團并無嚴格要求。2）基團專一性另一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對鍵兩端的基團還有一定要求，往往是對其中一個基團要求嚴格，對另一個基團則要求不嚴格。第7頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月消化道內幾種蛋白酶的專一性（芳香）（鹼性）（丙）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶第8頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月消化道蛋白酶作用的專一性

第9頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)阜肿咏M成分類單純蛋白質酶類結合蛋白質酶類酶蛋白質輔助因子金屬離子金屬有機物小分子有機物(維生素或其衍生物)據(jù)酶蛋白特征分類單體酶寡聚酶多酶復合體酶的化學本質及類別按表達規(guī)律結構酶：體內表達受外界影響小，含量較穩(wěn)定誘導酶：在某誘導物存在下細胞產(chǎn)生的酶第10頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)酶的活性調節(jié)

一、酶的別構（變構）效應二、酶的多種分子形式

同工酶（isoenzyme）三、酶原的激活第11頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶的活性中心和必需基團

酶分子中直接與底物結合，并和酶催化作用直接有關的區(qū)域叫酶的活性中心（activecenter）或活性部位（activesite），參與構成酶的活性中心和維持酶的特定構象所必需的基團為酶分子的必需基團。實例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）羧肽酶（ribonuclease）第12頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月活性中心重要基團:His57,Asp102,Ser195胰凝乳蛋白酶的結構第13頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月為Tyr248為Arg145為Glu270為底物ZnZn羧肽酶活性中心示意圖

第14頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶的別構（變構）效應概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，還存在被稱為調節(jié)位點（或變構位點）的調節(jié)物特異結合位點，調節(jié)物結合到調節(jié)位點上引起酶的構象發(fā)生變化，導致酶的活性提高或下降，這種現(xiàn)象稱為別構效應（allostericeffect）,具有上述特點的酶稱別構酶（allostericenzyme）。同促效應與異促效應實例：天冬氨酸轉氨甲酰酶（anspartatetranscarbamoylase，ATCase）別構酶活性調節(jié)機理：序變模型和齊變模型第15頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶的別構（變構）效應示意圖效應劑別構中心活性中心第16頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月ATCase的結構及其催化鏈的別構過度作用

無催化活性構象(T-型)CCCCCC

RRRRRR有催化活性構象(R-型)CCCCCCRRRRRRATP（正效應劑）CTP（負效應劑）第17頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月別構酶的序變模型SSSSSSSSSSSSSS亞基全部處于R型亞基全部處于T型依次序變化第18頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月別構酶的齊變模型SSSSSSSSSST狀態(tài)（對稱亞基）T狀態(tài)（對稱亞基）SSSS對稱亞基對稱亞基齊步變化第19頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月共價修飾

酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節(jié)，這種方式稱為酶的共價修飾（Covalentmoldification

）。最普遍的共價修飾方式是磷酸化作用，主要發(fā)生在調節(jié)酶臺聯(lián)特殊的Ser-OH，Thr、Tyr甚至His上共價修飾效果對于每個酶來說是不同的。磷酸化酶-bP磷酸化酶a-磷酸酯酶激酶ATPADPH2OP-OH第20頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶的多種分子形式——同工酶

概念：存在于同一種屬或不同種屬，同一個體的不同組織或同一組織、同一細胞，具有不同分子形式但卻能催化相同的化學反應的一組酶，稱之為同工酶（isoenzyme）

類別：原級同工酶；次級同工酶實例：乳酸脫氫酶研究意義：作為遺傳的標志；作為臨床診斷指標；研究某些代謝調節(jié)機制第21頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖

多肽亞基mRNA四聚體結構基因a

b乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+–H4MH3M2H2M3HM4點樣線第22頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌腎肝骨骼肌血清-+原點第23頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

酶原的激活

在體內處于無活性狀態(tài)的酶前身物（酶原，zymogen）在一定條件下被修飾轉變成有活性的酶的過程稱酶原的激活。其實質是酶原被修飾時形成了正確的分子構象和活性中心，由此可見酶分子的特定結構和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保證。實例：胰蛋白酶原的激活第24頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意圖

第25頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

第三節(jié)酶的作用機理

一、

酶催化的中間產(chǎn)物理論二、酶的活性中心和必需基團三、酶作用專一性機理四、與酶的高效率有關的主要因素第26頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶催化的中間產(chǎn)物理論E+SP+EES能量水平反應過程GE1E2酶（E）與底物（S）結合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。第27頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

酶作用專一性機理鎖鑰學說：將酶的活性中心比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心。誘導契合學說：酶的活性中心在結構上具柔性，底物接近活性中心時，可誘導酶蛋白構象發(fā)生變化，這樣就使使酶活性中心有關基團正確排列和定向，使之與底物成互補形狀有機的結合而催化反應進行。第28頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶專一性的“鎖鑰學說”

第29頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶專一性的“誘導契合學說”第30頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月與酶的高效率有關的主要因素（略講）——“鄰近”和定向效應——酶底物間的非共價相互作用——共價催化——酸鹼催化——微環(huán)境影響第31頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶分子中可作為親核基團和酸鹼催化的功能基團第32頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)影響酶促反應速度的因素

（酶促反應動力學）

一、酶促反應速度的測定與酶的活力單位二、各種因素對酶反應速度的影響第33頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶促反應速度的測定與酶的活力單位

1、測定酶促反應的速度必需測初速度2、酶活力3、酶活力的表示方法4、酶活力測定方法：終點法動力學法

檢測酶含量及存在，很難直接用酶的“量”（質量、體積、濃度）來表示，而常用酶催化某一特定反應的能力來表示酶量，即用酶的活力表示。

酶催化一定化學反應的能力稱酶活力，酶活力通常以最適條件下酶所催化的化學反應的速度來確定。第34頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶活力測定方法

終點法:酶反應進行到一定時間后終止其反應，再用化學或物理方法測定產(chǎn)物或反應物量的變化。

動力學法:連續(xù)測定反應過程中產(chǎn)物\底物或輔酶的變化量，直接測定出酶反應的初速度。第35頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

酶活力的表示方法

活力單位（activeunit）

習慣單位（U）:底物(或產(chǎn)物)變化量/單位時間國際單位（IU）:1μmoL變化量/分鐘

Katal（Kat）：1moL變化量/秒比活力=總活力單位總蛋白mg數(shù)=U(或IU)mg蛋白量度酶催化能力大小轉換系數(shù)（Kcat）底物（μ

moL）/秒·每個酶分子量度酶純度比活力（specificactivity）量度轉換效率第36頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月有一個10mg粗酶制品，比活為100U/mg,經(jīng)純化獲得0.01mg純酶制品，比活為80000U/mg?；卮穑好傅募兓稊?shù)？酶的回收率是多少？純化倍數(shù)=比活（純酶）/比活（粗酶）=800回收率=總活力（純酶）/總活力（粗酶）=80000*0.01/100*10=80%第37頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月各種因素對酶反應速度的影響

2、底物濃度3、pH（最適pH的概念）4、溫度

（最適溫度的概念）5、激活劑6、抑制劑1、酶濃度當S足夠過量，其它條件固定且無不利因素時，v=k[E]第38頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月底物濃度對酶反應速度的影響酶反應速度與底物濃度的關系曲線（Michaelis—Menten曲線）米氏方程的提出及推導米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)的測定第39頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月單分子酶促反應的米氏方程及Km推導原則：從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照“穩(wěn)態(tài)平衡”假說的設想進行推導。米氏方程:米氏常數(shù):第40頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶反應速度與底物濃度的關系曲線第41頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月米氏方程的推導令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當酶反應體系處于恒態(tài)時：當[Et]=[ES]時，(4)所以

第42頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月米氏常數(shù)的意義*

當v=Vmax/2時，Km=[S]（Km的單位為濃度單位）*

是酶在一定條件下的特征物理常數(shù)，通過測定Km的數(shù)值，可鑒別酶。*

可近似表示酶和底物親合力，Km愈小，E對S的親合力愈大，Km愈大，E對S的親合力愈小。*在已知Km的情況下，應用米氏方程可計算任意[s]時的v，或任何v下的[s]。（用Km的倍數(shù)表示）

練習題：已知某酶的Km值為0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反應速度達到最大反應速度的80％時底物的濃度應為多少？第43頁，課件共76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44頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶動力學的雙倒數(shù)圖線第45頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月酶促反應初速度的概念斜率=[P]/

t=V（初速度）[P]t第46頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月pH對酶反應速度的影響過酸過鹼導致酶蛋白變性影響底物分子解離狀態(tài)影響酶分子解離狀態(tài)影響酶的活性中心構象pH最適pHv第47頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度與酶反應速度的關系在達到最適溫度以前，反應速度隨溫度升高而加快酶是蛋白質，其變性速度亦隨溫度上升而加快酶的最適溫度不是一個固定不變的常數(shù)v溫度最適溫度第48頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月激活劑對酶作用的影響類別金屬離子：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凡是能提高酶活性的物質，稱為酶的激活劑（activator）第49頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

抑制劑對酶作用的影響

凡是使酶的必需基因或酶的活性部位中的基團的化學性質改變而降低酶活力甚至使酶完全喪失活性的物質，叫酶的抑制劑（inhibitor）。

類型：不可逆抑制劑可逆抑制劑

應用：研制殺蟲劑、藥物研究酶的作用機理，確定代謝途徑第50頁，課件共76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

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76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52頁，課件共76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53頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月反競爭性抑制作用ESIESP+EE+S+I第54頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月競爭性抑制作用非競爭性抑制作用競爭性非競爭性抑制作用機理示意圖底物與酶專一性結合第55頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月競爭性抑制曲線

第56頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月非競爭性抑制曲線第57頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月反競爭性抑制曲線

第58頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月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59頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月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。實例：有機磷殺蟲劑-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX第60頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)酶的命名和分類（略講）一、命名：習慣命名；系統(tǒng)命名二、國際系統(tǒng)分類法及編號

*國際生物化學會酶學委員會（EnzymeCommsion）將酶分成六大類：1.氧還原酶類，2.移換酶類，3.水解酶類，4.裂合酶類，5.異構酶類，6.合成酶類

*每一種酶有一個編號,如乙醇脫氫酶

EC1.1.1.27

大類亞類亞亞類序號第61頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月維生素和輔酶維生素（vitamin）——維持機體正常生命活動不可缺少的一類小分子有機化合物，人和動物不能合成它們，必須從食物中攝取。維生素可分為脂溶性（A，D，K，E）和水溶性兩大類。當人體缺乏某種維生素時，則相應代謝受阻，出現(xiàn)維生素缺乏癥。多數(shù)水溶性維生素作為輔酶的主要成分，或本身就是輔酶參與體內代謝過程。第62頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月重要的脂溶性維生素1.維生素A：視黃醇（retinol）2.維生素D：麥角鈣化(甾)醇（ergocalciferol，即維生素D2）

膽鈣化(甾)醇（cholecalciferol，即維生素D3）3.維生素E：生育粉（tecopherol）

4.維生素K：凝血維生素第63頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月主要脂溶性維生素的輔酶形式及主要功能

維生素輔酶功能1.維生素A1１－順視黃醛視循環(huán)2.維生素D１，２－二羥膽鈣甾醇調節(jié)鈣、磷代謝3.維生素E

保護膜脂質，抗氧化劑4.維生素K參與氧化還原反應羧化反應的輔助因子第64頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月重要的水溶性維生素及相應輔酶1維生素pp：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）2維生素B2：黃素單核苷酸（FMN）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）3維生素B1：焦磷酸硫胺素（TTP）4泛酸：輔酶A（CoA）5

維生素B6：磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺6

葉酸：四氫葉酸（FH4）7生物素8維生素C9

硫辛酸10維生素B12第65頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月主要可溶性維生素和相應輔酶

維生素輔酶功能1.B1(硫胺素)TPPα-酮酸氧化脫羧2.B2(核黃素)FMN、FAD氫載體3.PP[尼克酸（酰胺）]

NAD+、NADP+氫載體4.泛酸（遍多酸）CoASH?；d體5.B6

[吡哆醇（醛、酸）]磷酸吡哆醇（醛）轉氨、脫羧、消旋6.葉酸