生物化学酶PPT

按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可分为： ① 辅酶(Coenzyme)：
✓ 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤方法除去。
② 辅基(Prosthetic group)：
✓ 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤法除去。
二、酶的活性中心
酶的活性中心(active center)
必需基团：指酶分子中氨基酸残基侧链上的一些与酶 催化活性密切相关的化学基团。
1989年度 诺贝尔化学奖
Thomas R. Cech Sidney Altman
1902年，维克多.亨利提出了酶动力学的定量理论， 但没有得到有力的实验证实。
1913年，雷奥诺.米歇里斯和其博士后莫得证实了 Henri的理论并扩展为米氏方程。随后，布里格斯和 霍尔丹又对其进行了扩展。
二、酶的概念及化学本质
许多研究者开始鉴定酶的生物化学特性，发现与蛋白 质有关；但一些人认为酶不是蛋白质，辩称蛋白质只 是酶分子的携带者，蛋白质本身并不具有催化活性。
1926年，James B. Sumner发现脲酶是一个纯的蛋白质； 并于1937年再次发现过氧化氢酶也是蛋白质。约翰.诺 斯罗普和温德尔.斯坦利则确认胃蛋白酶、胰蛋白酶和 胰凝乳蛋白酶是蛋白质。
① B族维生素主要参与形成酶的辅助因子，具体见下表。
维生素与常见的辅酶/辅基
（1）VitB2(核黄素) FMN和FAD，是黄素酶的辅基(传递氢)。
异咯嗪 O
H 3C
N
5 10
4 NH
8
9
1
H 3C
N NO
HCH
NH2 腺嘌呤
核 H C OH 醇 H C OH
N
N
H C OH O
O
N
N
CH2 O P O P O CH2 O
H2O
Thr Ser -O-PO32Tyr
磷酸化的 酶蛋白
四、同工酶
同工酶(isoenzyme)
定义： ✓指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理 化性质、免疫学性质及组织学分布等不同的一组酶。
部位： ✓同工酶往往存在于同一种属或同一个体的不同组织 或同一细胞的不同亚细胞结构中。
临床意义： ✓用于临床诊断。
发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性的改变， 称为化学修饰调节，也称共价修饰调节。 主要方式：包括磷酸化和脱磷酸化、乙酰化和 脱乙酰化、甲基化和脱甲基化、腺苷化和脱腺 苷化等，其中以磷酸化和去磷酸化修饰最常见。
酶的磷酸化与去磷酸修饰
ATP
ADP
蛋白激酶
Thr
Ser -OH
Tyr
酶蛋白
磷蛋白磷酸酶
Pi
核酶(ribozyme)：具有催化功能的RNA。
第二节 酶的分子结构与功能
重点：活性中心、必需基团、辅酶/辅基等 概念；维生素→辅酶/辅基→作用
一、酶的分子组成
一、酶的不同存在形式
• 单体酶：由一条多肽链组成。 • 寡聚酶：含两条或以上多肽链，即多个相
同或不同亚基以非共价键连接形成的酶。 • 多酶体系：由几种不同功能的酶彼此聚合
1. 定义：维生素是维持人体正常生理功能或细胞正常代 谢所必需的营养物质，人体的需要量极小（常以毫克 或微克计），但在体内不能合成或合成量很少，必须 由食物供给的一类小分子有机化合物。
2. 主要分为两类： ① 脂溶性维生素：包括VitA、D、E 、K 。 ② 水溶性维生素：包括B族维生素、VitC两类。
✓ 在转录水平上促进酶生物合成的作用称为诱导作 用；在转录水平上减少酶生物合成的作用称为阻 遏作用。
2. 酶蛋白的降解 ✓ 酶蛋白的降解与一般蛋白质的降解途径相同，主 要包括溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖ATP的降 解途径）和非溶酶体蛋白酶降解途径（依赖ATP 和泛素的降解途径）。
六、维生素与辅酶
维生素与辅助因子
酶促反应活化能的改变
2. 高度专一性：即酶对底物的高度选择性或特异性。
✓ 即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的 化学键，催化一定的化学反应，生成一定的产物。
✓ 常见类型： • 绝对专一性、相对专一性 • 立体异构体专一性 • 光学异构体专一性
① 根据酶的特异性高低分为：
• 绝对特异性：即一种酶只作用于一种特定结构的底 物，催化一种特定反应，生成一种特定结构的产物。
随后发现的2千余种酶均证明是蛋白质。
1946年度 诺贝尔化学奖
1980s，托马斯.切赫和西德尼. 奥尔特曼分别在四膜虫 的RNA前体加工和细菌核糖核酸酶P复合物研究中发 现：RNA具有催化作用，并提出了核酶的概念。
1994年，杰拉尔德.乔伊斯等发现了具有催化活性的 DNA（为人工合成），称为脱氧核酶。
实例： ✓乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH）
乳酸脱氢酶（LDH）
✓LDH是最先发现的同工酶，为四聚体酶。其亚 基有两型：骨骼肌型（M 型）和心肌型（H 型），这两型亚基以不同的比例组成五种同工 酶LDH1~LDH5。
HH HH
LDH1 (H4)
HH HM
LDH2 (H3M)
酶与一般催化剂催化效率的比较
源自文库底物
催化剂 反应温度 反应速度常数
尿素
H+
62
7.4 10-7
脲酶
21
5.0 106
过氧化氢
Fe 2+
22
56
过氧化氢酶 22
3.5 107
与不加催化剂相比提高108～1020，与普通催化剂相比提高107～1013
✓ 酶催化高效率的原因：酶比一般催化剂能更有效地降 低反应活化能，促进底物形成过渡态而加快反应速度。 • 活化能：分子从初态转变为激活态所需的能量。
酶的活性中心：酶分子中 某些必需基团在一级结构 上可能相距很远，但在空 间结构上彼此靠近，形成 具有特定空间结构的区域， 能与底物特异结合并催化 底物转化为产物，这一区 域称为酶的活性中心或活 性部位。
酶的活性中心是酶分子执 行其催化功能的部位。
胰蛋白酶 (Trypsin in Pancreas)

变构酶的特点：
✓①变构酶通常是调节代谢的关键酶，在细胞内控制 着代谢通路的闸门，催化的反应常是不可逆反应。
✓②其动力学特征不符合米氏方程，V与[S]关系为S形 曲线（米氏方程为矩形双曲线）。
0.11
别构酶与米氏酶的动力学曲线比较
二、酶含量的调节
1. 酶蛋白合成的诱导与阻遏 ✓ 是对编码酶蛋白的基因的表达进行调节。
NAD+（NADP+）的递氢机制
NAD+或NADP+ （氧化型）
NADH或NADPH （还原型）
（3）泛酸(遍多酸) 辅酶A（CoA），是酰基转移酶的辅酶
巯基乙胺
泛酸
3’-P-ADP
第三节 酶促反应速度的特点与机制
一、酶促反应的特点
一、酶催化作用的特点
（一）与一般催化剂的共性
1. 在催化反应的过程中自身的质和量保持不变； 2. 只能催化热力学上允许的反应； 3. 只能缩短达到化学平衡的时间，但不改变反应的平
组成的多酶复合物。 • 多功能酶：指一些多酶体系在进化过程中
由于基因的融合，多种不同催化功能存在 于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶或 串联酶。
二、酶的分子组成
按照分子组成分为两种：
单纯酶：指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。
蛋白质部分：酶蛋白
结合酶
apoenzyme
非蛋白质部分：辅助因子 cofactor
衡点即平衡常数； 4. 加速反应的机制都是降低反应的活化能。
SE P
（二）酶与一般催化剂的区别—即酶的特性
1. 高效性 2. 专一性(高度特异性) 3. 可调节性 4. 不稳定性
1. 酶具有极高的催化效率（高效性）
✓ 酶的催化效率比非催化反应高约108～1020倍，比一 般催化剂高约107～1013倍。
肝
0~8
2~10 3~33
6~27 30~8
骨骼肌 1~10 4~18 8~38
9~36 40~97
正常血清 27.1±2.8 34.7 ± 4.3 20.9 ± 2.4 11.7 ± 3.3 57 ± 2.9
临床意义
酶 活 性
心肌梗死酶谱
正常酶谱 肝病酶谱
12 3 4 5
心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化
常见实例：
✓在消化系统、凝血系统中的消化酶原、凝血 酶原。
胰蛋白酶原的激活过程
酶的调节
化学修饰 酶活性的调节 变构调节 （快速调节）
酶原激活等
酶含量的调节 酶蛋白合成的诱导与阻遏 （慢速调节）
酶蛋白的降解
酶活性的调节——快速调节
1. 酶的化学修饰(共价修饰 )
Covalent modification / Chemical modification 概念：酶蛋白的某些基团在另一种酶的催化下
HH MM
LDH3 (H2M2)
HM MM
LDH4 (HM3)
MM MM
LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的5种同工酶(LDH1～ LDH5)
人体心、肝和骨骼肌LDH同工酶谱
组织器官 LDH1 LDH2 LDH3
LDH4 LDH5
（ 占总 LDH活性的百分比）
心 35~70 28~45 2~16
0~6
0~5
一级结构
胰凝乳蛋白酶的活性中心 Chymotrypsin Active center
空间结构
活性中心
酶分子中的化学基团：
结合基团：结合底物
活性中心内
必需
催化基团：催化底物转变成产物
基团
所有
活性中心外的必需基团：维持酶空间构象等
基团
其它
三、酶原与酶原的激活
酶原及其激活
酶原(zymogen)： ✓在细胞内合成和初分泌的无活性的酶的前体。
全酶 holoenzyme
从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：
① 金属离子：是最常见的辅助因子，约2/3的酶 含有金属离子。
✓ 金属酶：金属离子和酶结合紧密。如羧基肽酶。 ✓ 金属激活酶：金属离子与酶的结合不甚紧密。
如己糖激酶等。
② 小分子有机化合物：通常为维生素或其体内 代谢转变生成的衍生物，见后。
第三章 酶
Enzyme
本章主要内容
第一节 概述 第二节 酶的分子结构与功能 第三节 酶促反应速度的特点与机制 第四节 影响酶促反应速度的因素 第五节 酶和医学的关系
第一节 概述
重点：酶的概念与化学本质
一、酶的发现与研究简史
公元前两千多年，我国已有酿酒记载。
✓ “昔者，帝女令仪狄作酒而美，进之禹，禹饮而甘之， 曰:‘后世必有饮酒而之国者。’遂疏仪狄而绝旨酒”。刘向 <战国策>;
概念：酶是具有催化功能的生物分子。 ✓约4000余种，催化生物体内的众多化学反应， 并受到精确调节，保证体内代谢的高效有序 进行。
SE P
* 酶促反应： 由酶催化的反应 * 底物（substrate)：酶所催化的物质 * 产物（product)：酶所催化的底物的转变物
酶的化学本质： ✓几乎所有酶均为蛋白质，部分为核酸。
891
H3C
N NO H
R
FMNH2/FADH2
（还原型）
（2）VitPP(尼克酸,尼克酰胺) NAD+/NADP+ ，多种脱氢酶的辅酶(传递氢)
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+ Nicotinamide adenine dinucleotide 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP+
加上磷酸则 为NADP+
五、变构酶
酶的变构调节(Allosteric regulation)
概念： ✓小分子物质与酶蛋白的活性中心以外的某一 部位特异地结合，引起酶蛋白分子构象变化， 进而改变酶的活性，此现象称为变构效应或 变构作用。 ✓受变构调节的酶即称作变构酶或别构酶。 ✓导致变构效应的小分子物质称为变构效应剂。 ✓变构效应剂结合的位点称为变构位点。 ✓酶的活性中心所在的位点称为催化位点。
OH OH
HH
黄素单核苷酸（FMN）
H
H
Flavin mononucleotide
OH OH
黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）
Flavin adenine dinucleotide
FMN和FAD递氢机制
O
H3C
5
N
10
4 NH
891
+ 2H
H3C
N NO
R
FMN/FAD
（氧化型）
O
H
H3C
5
N
10
4 NH
✓ 酶：【五音集韻】酒母也。
1700s，观察到：胃液对肉的消化；植物提取物和唾液 使淀粉转变为糖。
1878年，Wilhelm首次提出酶(enzyme)的概念。
1897年，爱德华意外发现并证明发酵过程并不需要 完整的活细胞存在。这一贡献彻底推翻“活力论” 观点。也打开了通向现代酶学与现代生物化学的大 门，1907年的诺贝尔化学奖。
酶原激活： ✓在一定条件下，由无活性的酶原转变为有催 化活性的酶的过程，其实质是酶的活性中心 形成或暴露的过程。
生理意义：
✓可视为有机体对酶活性的一种特殊调节方式， 保证酶在需要时在适当的部位、适当的时间 发挥作用，避免在不需要时发挥活性而对组 织细胞造成损伤。酶原还可以视为酶的一种 贮存形式。