生物化学第4章 酶.docx

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生物化学第4章酶

第四章酶

【授课时间】4学时

第一节概述

【目的要求】

1．掌握酶的概念、酶的化学本质和酶的分子组成

2．了解酶的分类与命名的原则。

【教学内容】

1．重点讲解：

酶的化学组成

2．一般讲解：

酶的命名和分类

【教学重点】

酶的分子组成

【授课学时】1学时

第二节酶催化作用的特点

【目的要求】

掌握酶的催化反应特点

【教学内容】

1．重点讲解：

高度的催化效率

2．重点讲解：

高度的特异性

3．详细讲解：

酶催化活性的可调节性

4．详细讲解：

酶活性的不稳定性

【教学重点】

酶的催化反应特点

【授课学时】0．5学时

第三节酶的结构与功能

【目的要求】

1．掌握酶的活性中心。

2．掌握酶原与酶原激活的过程与生理意义，同工酶的概念和生理意义。

3．熟悉酶活性的调节特点。

4．了解酶催化作用的机制，

【教学内容】

1．重点讲解：

酶的活性中心

2．详细讲解：

酶原与酶原激活

3．详细讲解：

同工酶

4．一般讲解：

酶活性的调节

5．详细讲解：

酶催化作用机制

【教学重点】

1．重点：

酶的活性中心

2．难点：

酶催化作用机制

【授课学时】1学时

第四节影响酶催化作用的因素

【目的要求】

1．掌握底物浓度、抑制剂对酶促反应的影响

2．熟悉酶浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂对酶促反应的影响。

【教学内容】

1．重点讲解：

底物浓度对反应速度的影响

2．详细讲解：

酶浓度对反应速度的影响

3．详细讲解：

温度对反应速度的影响

4．详细讲解：

pH对反应速度的影响

5．详细讲解：

激活剂对反应速度的影响

6．重点讲解：

抑制剂对反应速度的影响

【教学重点】

1．难点：

底物浓度对反应速度的影响

2．重点：

抑制剂对反应速度的影响

【授课学时】2学时

第五节酶与医学的关系

【目的要求】

1．熟悉酶活性的测定与酶活性单位概念。

2．了解酶在疾病发生、疾病诊断和疾病治疗中的应用。

【教学内容】

1．详细讲解：

酶活性的测定

2．一般讲解：

酶在医学上的其他应用

【授课学时】0．5学时

第四章酶

第一节概述

第二节酶催化作用的特点

第三节酶的结构与功能

第四节影响酶催化作用的因素

第五节酶与医学的关系

第一节概述

时间

40ˊ

5ˊ

教学内容

一、酶的化学组成

酶是维持人体生命活动的重要物质，没有酶的催化作用，生命活动就会停止。

酶（enzyme，Ｅ）是由活细胞合成的、对其特异底物具有高效催化作用的特殊蛋白质。

底物（substrate，S）：

在酶促反应中被酶催化的物质。

产物（product，Ｐ）：

催化反应所生成的物质。

酶所具有的催化能力称为酶的活性，如果酶丧失催化能力称为酶失活。

单纯酶（simpleenzyme）：

仅由氨基酸残基构成的单纯蛋白质。

结合酶（conjugatedenzyme）：

由蛋白质部分和非蛋白质部分组成的酶。

此化合物又称全酶（holoenzyme）。

全酶＝酶蛋白（apoenzyme）＋辅助因子（cofactor）

辅助因子：

辅酶（coenzyme）、辅基（prostheticgroup）。

辅助因子是金属离子或小分子有机化合物。

表4-1Ｂ族维生素与辅助因子的关系

维生素

化学本质

辅助因子形式

主要功能

维生素B1

硫胺素

焦磷酸硫胺素（TPP）

脱羧

维生素B2

核黄素

黄素腺嘌呤单核苷酸（FMN）

黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）

递氢

维生素PP

尼克酸或

尼克酰胺

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+）

递氢

维生素B6

吡哆醇或

吡哆醛或

吡哆胺

磷酸吡哆醛

或磷酸吡哆胺

转氨基

氨基酸脱羧

泛酸

辅酶A

酰基转移

生物素

生物素

羧化

叶酸

四氢叶酸（FH4）

一碳单位转移

维生素B12

钴胺素

甲基B12

甲基转移

酶蛋白与辅助因子的关系:

酶蛋白决定催化反应特异性，辅助因子决定反应类型。

二、酶的命名和分类

（一）酶的命名

习惯命名法和系统命名法

（二）酶的分类

国际酶学委员会提出的酶分类法

1．氧化还原酶类（oxidoreductases）

2．转移酶类（transferases）

3．水解酶类（hydrolases）

4．裂合酶类或裂解酶类（lyases）

5．异构酶类（isomerases）

6．合成酶类或连接酶类（ligases）

备注

图

第二节酶催化作用的特点

时间

20ˊ

教学内容

酶具有一般催化剂的特征：

①只能催化热力学上允许进行的化学反应；②不能改变反应的平衡常数；③对可逆反应的正反应和逆反应都具有催化作用。

酶具有与一般催化剂不同的个性特征

一、高度的催化效率

酶具有极高的催化效率。

对于同一反应，酶催化反应的速率比非催化反应的速率高108～1020倍，比一般催化剂催化的反应高107～1013倍。

二、高度的特异性

一种酶只能作用于一种或一类底物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物，酶的这种特性称为酶的特异性或专一性（specificity）。

酶的特异性大致分为三种类型：

（一）绝对特异性：

一种酶只能作用于一种底物

（二）相对特异性：

一种酶只能作用于一类底物，或一定的化学键

（三）立体异构特异性：

一种酶只对某一底物的一种立体异构体具有催化作用，而对其立体对映体不起催化作用。

三、酶催化活性的可调节性

代谢物对酶活性的变构调节和化学修饰作用；酶的含量受酶合成的诱导与阻遏作用等的调节。

四、酶活性的不稳定性

酶是蛋白质，酶促反应要求一定的pH、温度和压力等条件，强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可使酶蛋白变性，而使其失去催化活性。

备注

图

第三节酶的结构与功能

时间

45ˊ

教学内容

一、酶的活性中心

酶蛋白分子的结构特点是具有活性中心。

必需基团（essentialgroup）：

与酶活性密切相关的基团。

常见的必需基团有：

组氨酸残基上的咪唑基、丝氨酸和苏氨酸残基上的羟基、半胱氨酸残基上的巯基等。

结合基团（bindinggroup）：

与底物结合的必需基团

催化基团（catalyticgroup）：

催化底物发生化学变化必需基团

酶的活性中心（activecenter）：

酶分子中的必需基团空间结构中可彼此靠近，形成一个能与底物特异性结合并催化底物转化为产物的特定空间区域。

酶的活性中心是酶催化作用的关键部位。

不同的酶具有不同的活性中心，故酶对其底物具有高度的特异性。

活性中心往往位于酶分子表面，或凹陷处，或裂缝处，也可通过凹陷或裂缝深入到酶分子内部。

酶的活性中心一旦被其它物质占据或某些理化因素使酶的空间结构（构象）破坏，酶则丧失其催化活性。

二、酶原与酶原的激活

酶原（zymogen）：

无活性的酶的前身物质.

酶原的激活:

酶原转变成具酶的过程。

三、同工酶

同工酶（isoenzyme）：

催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学特性不同的一组酶。

LDH同工酶的组成

LDH同工酶在组织器官中的分布

临床意义：

通过检测病人血清中LDH同工酶的电泳图谱，辅助诊断和鉴别诊断。

例如，心肌受损病人血清LDH1含量上升，肝细胞受损病人血清LDH5含量增高。

四、酶活性的调节

（一）变构酶

（二）酶的化学修饰调节

五、酶催化作用机制

（一）活化分子与活化能

酶的作用机制在于能够降低反应的活化能，表现为酶作用的高度催化效率。

（二）诱导契合学说

1．酶-底物复合物的形成与诱导契合学说

酶-底物复合物的形成：

Ｅ＋Ｓ

ＥＳ

Ｅ＋Ｐ

诱导契合学说：

酶在发挥催化作用之前，酶与底物相互接近，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合，生成酶-底物复合物，然后使底物转变成产物并释放出酶。

2．酶高效率催化作用的有关因素

（1）邻近效应与定向排列

（2）多元催化：

（3）表面效应：

备注

图

图

图

第四节影响酶催化作用的因素

时间

90ˊ

教学内容

酶是蛋白质，凡能影响蛋白质的理化因素都可影响酶的结构和功能。

凡能影响酶活性中心发挥作用的因素都可影响酶的催化活性，进而影响酶促反应速度。

影响酶促反应速度的因素主要包括底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂和抑制剂等。

一、底物浓度对反应速度的影响

在酶浓度及其它条件不变的情况下，底物浓度变化对酶促反应速度影响的作图呈矩形双曲线。

底物浓度对酶促反应速度的影响

（一）米-曼氏方程式

Ｖ：

反应初速度［Ｓ］：

底物浓度

Ｖmax：

反应的最大速度Ｋm：

米氏常数

反应速度与底物浓度关系的数学表达式——米-曼氏方程式：

（二）Km与Vmax的意义

1．Ｋm值是最大反应速度一半时的底物浓度（单位为：

mol/L）。

2．Ｋm值可用来表示酶与底物的亲和力。

3．Ｋm值可以判断酶作用的最适底物。

4．Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度呈正比。

二、酶浓度对反应速度的影响

酶促反应体系中，在底物浓度足以使酶饱合的情况下，酶促反应速度与酶浓度呈正比关系。

三、温度对反应速度的影响

温度对酶促反应速度具有双重影响。

在较低温度范围内，温度升高，酶活性逐步增加，反应速度逐渐加快。

升高温度同时增加了酶的变性，反应速度因酶变性而降低。

最适温度（optimumtemperature）：

酶促反应速度达到最快时的环境温度

温度对淀粉酶活性的影响

四、pH对反应速度的影响

酶促反应介质的pH可影响酶分子中的极性基团、影响底物和辅酶的解离状态，从而影响酶与底物的结合。

最适pH（optimumpH）酶催化活性最大时的环境pH。

pH对某些酶活性的影响

五、激活剂对反应速度的影响

激活剂（activator）：

使酶活性增加的物质。

六、抑制剂对反应速度的影响

抑制剂（inhibitor）：

能选择地使酶活性降低或丧失但不能使酶蛋白变性的物质。

酶的抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。

（一）不可逆性抑制（irreversibleinhibition）

抑制剂与或靠近酶活性中心上的必需基团形成共价键，使酶失去活性。

此种抑制剂不能用透析、超滤等物理的方法予以去除，只能靠某些药物才能解除抑制,使酶恢复活性。

这种抑制称做不可逆性抑制。

例如，农药敌百虫、敌敌畏、1059等有机磷化合物能专一性地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基（-OH）结合，使酶失去活性。

（二）可逆性抑制（reversibleinhibition）

抑制剂以非共价键与酶可逆性结合，使酶活性降低或丧失。

此种抑制采用透析或超滤等方法可将抑制剂除去，恢复酶的活性。

根据抑制剂与底物的关系，可逆性抑制作用可分为三种类型：

1．竞争性抑制作用竞争性抑制剂（Ｉ）与酶的正常底物（Ｓ）有相似的结构，因此它与底物分子竞争地结合到酶的活性中心，从而阻碍酶与底物结合形成中间产物，这种抑制作用称为竞争性抑制作用（competitiveinhibition）。

如：

丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用。

应用竞争性抑制的原理可阐明某些药物的作用机理。

如磺胺类药物和磺胺增效剂便是通过竞争性抑制作用抑制细菌生长的。

对磺胺类药物敏感的细菌在生长繁殖时不能利用环境中的叶酸，而是在菌体内二氢叶酸合成酶的作用下，利用对氨苯甲酸（PABA）等合成二氢叶酸（FH2），进而还原成四氢叶酸（FH4），FH4是细菌合成核酸过程中不可缺少的辅酶。

磺胺类药物与PABA结构相似，是FH2合成酶的竞争性抑制剂，可以抑制FH2的合成；磺胺增效剂（TMP）与FH2结构相似，是FH2还原酶的竞争性抑制剂，可以抑制FH4的合成。

2．非竞争性抑制作用抑制剂与酶活性中心外的位点可逆地结合，改变酶的三维构象，导致酶催化活性降低。

此种结合不影响酶与底物的结合，同时，酶与底物分子的结合也不影响酶与抑制剂的结合。

3．反竞争性抑制作用抑制剂不与酶结合，仅与酶和底物分子形成的中间复合物结合，使中间复合物ES的量下降，即ES+I

ESI。

当ES与I结合后，ESI不能分解成产物，酶的催化活性被抑制。

备注

图

图

图

第五节酶与医学的关系

时间

20ˊ

教学内容

一、酶活性的测定

（一）酶活性的测定原理

酶的活性是指酶催化一定的化学反应的能力，酶活力的大小可用一定的条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示。

反应速度可用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。

即在一定条件下，测定单位时间内酶促反应体系中底物的消耗量或产物的生成量来表示酶活性。

（二）酶活性单位

酶活性的高低用酶活性单位（U）来表示。

酶活性单位指在适宜的反应条件下，单位时间内酶促反应过程中底物的减少量或产物的生成量。

国际单位（internationalunit，IU）是指在最适条件下，每分钟催化1μmol/L底物转化为产物所需的酶量为一个酶活性单位，亦称国际单位。

二、酶在临床医学上的应用

（一）酶与疾病发生

1．遗传性疾病白化症、糖原累积症

2．中毒性疾病重金属盐中毒、氰化物中毒

（二）酶与疾病诊断

1．血清（浆）酶的测定

2．同工酶的测定

（三）酶与疾病治疗

1．帮助消化

2．消炎抑菌

3．防治血栓

4．治疗肿瘤

备注