生物化学酶PPT

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
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 g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。
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
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
✓ 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
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。
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)
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。
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。
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。
酶与一般催化剂催化效率的比较
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：【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。
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。
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
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。
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
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。
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
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。

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。
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