酶酶的分子結(jié)構(gòu)和輔基作用講解

1、酶1酶的分子結(jié)構(gòu)和輔基作用講解酶2酶（Enzyme） 是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質(zhì),又稱為生物催化劑(biocatalyst)。反應(yīng)通式 E S P (substrate) （product ）酶3本章討論內(nèi)容酶的分子組成及活性酶促反應(yīng)的特點(diǎn)與機(jī)制酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶的命名、分類和活性測定酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系酶4 第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu) 一. 酶的分子組成 二. 酶的活性中心酶5 一. 酶的分子組成 單純酶酶 酶蛋白 結(jié)合酶 無機(jī)金屬離子 （全酶） 輔助因子 輔酶 *低分子有機(jī)物 （ 最大活性形式） 輔基 酶6 輔酶與輔基的比較 輔酶以非共價(jià)鍵與酶蛋白結(jié)合（疏松） 可以用透析或超濾方法去除之；低分

2、子有機(jī)物 （輔因子） 輔基以共價(jià)鍵與酶蛋白結(jié)合 （緊密） 不能用透析或超濾方法去除之。 （輔酶和輔基中均含有B族維生素） 酶7維生素與輔酶維生素輔酶(基)形式主要作用維生素B1TPP傳遞羥乙基維生素B2FMN、FAD遞氫體維生素PPNAD+、NADP+遞氫體維生素B6磷酸吡哆醛（胺）氨基傳遞體泛酸輔酶A轉(zhuǎn)移?；锼厣锼毓潭–O2葉酸四氫葉酸一碳單位 載體維生素B12甲基-B12轉(zhuǎn)移甲基硫辛酸硫辛酸遞氫和轉(zhuǎn)移?；S生素C抗壞血酸參與遞氫及羥化反應(yīng) 酶8 相同的輔酶（基）與不同的酶蛋白結(jié)合成催化特異性不相同的結(jié)合酶。舉例：乳酸脫氫酶（LDH）蘋果酸脫氫酶 酶蛋白不同， 有不同的催化特異性 ：

3、L-乳酸 NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+蘋果酸 NAD+ 草酰乙酸 + NADH+H+ 兩者含相同輔酶： NAD+ （遞氫體）LDH蘋果酸脫氫酶酶9 在酶促反應(yīng)中： 酶蛋白作用：決定催化特異性； 結(jié)合酶 輔酶或輔基作用： 起傳遞電子、原子和某些基團(tuán)的作 用，從而決定催化反應(yīng)類型。酶10 單體酶 寡聚酶酶的存在形式 多酶體系 串聯(lián)酶酶11 在酶分子表面特定區(qū)域上有些特殊基團(tuán)，可與底物結(jié)合，并催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，這個(gè)區(qū)域稱為酶的活性中心（active center）。酶活性中心的必需基團(tuán)（essential group）結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán) 二. 酶的活性中心酶12 酶的活性中心示意圖活性中

4、心必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)結(jié)合底物，形成酶-底物復(fù)合物ES；催化基團(tuán)催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。酶13第二節(jié) 酶促反應(yīng)的特點(diǎn)和機(jī)制 一. 酶促反應(yīng)的特點(diǎn) 二. 酶促反應(yīng)的機(jī)制 三. 酶原與酶原激活 四. 同工酶酶14 一、酶促反應(yīng)的特點(diǎn) （與一般無機(jī)催化劑比較）共性：兩者都能催化熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)；用量少，催化效率高；不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)；降低反應(yīng)所需的活化能。 S S* P （V S*） 基態(tài) 活化分子 產(chǎn)物 活化能 快酶15酶16高度的不穩(wěn)定性絕對特異性（脲酶）相對特異性（酯酶）立體異構(gòu)特異性 （乳酸脫氫酶） 高度的催化效率 高度的特異性 酶活力的可調(diào)節(jié)性特殊性（酶促反應(yīng)的特點(diǎn)）酶17 E + S ES

5、 E + P 2H2O2 2H2O + O2 需活化能 活化分子數(shù) 反應(yīng)速度無催化劑 73kJ/mol 少 慢鉑作催化劑 49kJ/mol 快酶作催化劑 8kJ/mol 大大加快外加一定能量 單位體積內(nèi)中間產(chǎn)物學(xué)說酶18二、酶促反應(yīng)的機(jī)制（一）決定酶作用高效率的機(jī)制鄰近效應(yīng)與定向排列表面效應(yīng)多元催化酶19（二）決定酶作用特異性的機(jī)制誘導(dǎo)契合學(xué)說E + S ES E + P酶20 三. 酶原與酶原激活1. 酶原(zymogen) 無活性的、酶的前體。 酶原激活 酶原激活舉例（胰蛋白酶原的激活過程）4. 意義 （1） 保護(hù)組織免遭自身消化； （2） 保證應(yīng)激需要。 酶21胰蛋白酶原的激活過程絲組纈

6、天天天天賴異纈甘纈異組絲纈天天天天賴S-SSSSSS - S離子鍵或氫鍵六肽腸激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶 trypsin酶22四、 同工酶 （isoenzyme） H型 乳酸脫氫酶（LDH） 四聚體, 5種同工酶 M型LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5H4H3MH2M2HM3M4酶23LDH同工酶在人體各組織器官中的分布同工酶百分比組織器官 LDH 1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5心肌 67 29 4 1 1 腎 52 28 16 4 1 肝 2 4 11 27 56骨骼肌 4 7 21 27 41紅細(xì)胞 42 36 15 5 2肺 10 20 30 25 15胰腺 30 15 5

7、0 5脾 10 25 40 25 5子宮 5 25 44 22 4酶24LDH同工酶的功能葡萄糖 丙酮酸 乳酸（LDH5：丙酮酸還原酶）三羧酸循環(huán) 丙酮酸 乳酸（LDH1：乳酸脫氫酶）經(jīng)血液運(yùn)輸NADH + H+NAD+ 氧化磷酸化ATP骨骼肌心 肌酶25H型與M型亞基性質(zhì)差別 H型亞基分子量小于M型亞基 H型亞基帶電量多于M型亞基 LDH同工酶譜分析的臨床意義：LDH1： 染色斑點(diǎn)大而深幫助診斷心肌梗塞；LDH5： 染色斑點(diǎn)大而深幫助診斷肝癌。 各類LDH有不同的分子量和帶電量利用電泳技術(shù)可使彼此間分離開來酶26第三節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 酶濃度 E 底物濃度 S 溫度 ( T ) 酸堿度 (

8、pH ) 抑制劑 i 激活劑 a酶27一、酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響條件：S E E酶濃度反應(yīng)速度E2E1酶28二、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響Km(一) 矩形雙曲線圖形E + S ES E + P 中間復(fù)合物學(xué)說酶29 1. 米氏常數(shù)（Km）意義： （ 1） = 1/2 Vmax， Km = S （ 2） Km 可以近似地代表E與S的親和力 Vmax. S （二） 米氏方程式 = Km + S *Km越小，表示E與S親和力越大； *對于多底物，Km越小者，為酶的最佳底物。酶30 2. Km值和Vmax值的測定（雙倒數(shù)作圖法） 酶31三、溫度對酶促反應(yīng)速度的影響在一定溫度范圍內(nèi)，T 酶活性 ，

9、T 酶活性；T 超過一定范圍時(shí)， 酶反而變性失活； 最適溫度酶活性最高、變性程度 最小時(shí)的溫度。酶32四、pH對酶促反應(yīng)速度的影響pH：影響酶活性中心上的必需基團(tuán)和底物基團(tuán)的解離程度最適 pH酶與底物處于最佳解離狀態(tài)，利于形成【ES】,反應(yīng)速度最大時(shí)的pH。體外實(shí)驗(yàn)選取相應(yīng)pH的緩沖液6 最適PH 10 PH反應(yīng)速度/相對活力胰蛋白酶酶33五、激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響凡能提高酶活性的物質(zhì)，統(tǒng)稱為酶的激活劑。 （大部分是離子或簡單的有機(jī)化合物）必需激活劑非必需激活劑 如，Cl-是唾液淀粉酶的激活劑酶34 六、抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響 巰基酶抑制劑 *專一性抑制 絲氨酸酶抑制劑 不可逆抑制 非

10、專一性抑制抑制作用 * 競爭性抑制作用 可逆性抑制 非競爭性抑制作用 反競爭性抑制作用酶35（一）不可逆抑制作用 irreversible inhibition i 以共價(jià)鍵與E活性中心上的必需基團(tuán) 結(jié)合，從而抑制酶活性。這種i不能用透析、超濾等物理方法 除去。常見抑制劑： 絲氨酸酶抑制劑 巰基酶抑制劑酶361、巰基酶抑制劑 抑制劑：重金屬離子：Ag+、Hg2+、砷劑（As3+）等巰基酶失活的酶分子Cu2+: 是唾液淀粉酶的抑制劑酶372、絲氨酸酶抑制劑 抑制劑：有機(jī)磷化合物（膽堿酯酶）絲氨酸酶絲氨酸酶解磷定酶38乙酰膽堿 + H2O膽堿 + 乙酸膽堿酯酶有機(jī)磷殺蟲劑膽堿能神經(jīng)過度興奮 中毒

11、（心跳變慢、瞳孔縮小、流涎、多汗、呼吸困難）酶39（二）可逆性抑制作用 reversible inhibition i 與E或ES以非共價(jià)鍵結(jié)合，從而抑制酶活性。 這種i可用透析、超濾等方法除去。 * 競爭性抑制作用分類： 非競爭性抑制作用 反競爭性抑制作用酶40ESEESII 1、競爭性抑制(competitive inhibition)E + S ES E + PI+EI i 結(jié)構(gòu)與s 結(jié)構(gòu)相似，互相競爭 與 酶活性中心結(jié) 合，從而抑制酶活性。酶41丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制CH2COOHCH2COOH琥珀酸脫氫酶H-C-COOHHOOC-C-HCH2-COOHCOOH（-）succ

12、inatefumaratemalonate酶42磺胺類藥物的競爭性抑制作用磺胺藥與PABA相互競爭與FH2合成酶結(jié)合(p-aminobenzoic acid, PABA） sulfa drugs酶43 PABA二氫蝶呤啶谷氨酸FH2合成酶 磺胺類藥物FH2FH2還原酶 MTXFH4相互競爭相互競爭磺胺類藥物的抑菌機(jī)理（-） （-）氨甲蝶呤（methotrexate, MTX）促進(jìn)核酸 的合成酶44 競 爭 性 抑 制 作 用 特 點(diǎn) 1. i與S結(jié)構(gòu)相似； 2. i與S互相競爭與 酶 活性中心結(jié)合； 3. 抑制程度取決于i 和S的相對比例； 4. S，可以減少或去除抑制作用。 （Km， Vma

13、x不變）酶452、非競爭性抑制作用(non-competitive inhibition) i 和 s 結(jié)構(gòu)不相似，兩者互不干擾同時(shí)與酶結(jié) 合， 從而抑制酶活性。 E + S ES E + P + + I I EI + S ESI 酶46 非競爭性抑制作用特點(diǎn) 1. i與S結(jié)構(gòu)不相似； 2. i與S互不干擾同時(shí)與 酶 結(jié)合； 3. 抑制程度只取決于i的濃度； 4. S，不能去除抑制作用。 （Km不變， Vmax）酶473、反競爭性抑制作用 抑制劑僅與酶-底物復(fù)合物ES結(jié)合，使酶失去催化活性。E + S ES E + P+I ESI酶48第四節(jié) 酶的命名、分類和 酶活性測定酶的命名和分類（一）習(xí)

14、慣命名法根據(jù)底物命名； 2. 根據(jù)反應(yīng)類型命名根據(jù)底物反應(yīng)類型命名（二）系統(tǒng)命名（國際酶學(xué)委員會規(guī)定，IEC） 系統(tǒng)名稱 酶的分類與編號 習(xí)慣名稱（所有底物反應(yīng)性質(zhì)） 1 6 大類 底物 反應(yīng)類型 1、2亞類 / 大類 1、2亞亞類 / 亞類 酶的特定編號 / 亞亞類4個(gè)數(shù)字乳酸:NAD+氧化還原酶(EC 1.1.1.27), 乳酸脫氫酶酶49酶的分類與編號氧化還原酶類轉(zhuǎn)移酶類水解酶類裂解酶類（裂合酶類）異構(gòu)酶類合成酶類（連接酶類）每種酶的分類編號均有4個(gè)數(shù)字組成酶50 二. 酶活性測定 1. 酶活性：酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力 常用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的生成量來表示酶活性大小。2. 酶

15、活性單位(u): 1) 國際單位 25，最適PH，最適底物濃度，每分鐘轉(zhuǎn)化1mol底 物所需的酶量定為1個(gè) 國際單位（IU） 催量(Kat)： 每秒鐘使1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量 Kat與IU的換算： 1Kat = 6 x 107 IU酶51酮戊二酸 丙氨酸 谷氨酸 丙酮酸 (37，30 min.)GPT/ALT活性單位定義： 1 ml血清在37、條件下、催化底物發(fā)生轉(zhuǎn)氨反應(yīng)30min., 產(chǎn)生2.5g丙酮酸定為1個(gè)谷丙轉(zhuǎn)氨酶單位（U）。 丙酮酸含量（ g ） 1 2.5 g 3. 酶的比活性()ALT / GPT X = GPT (U/ ml 血清)2) 實(shí)用單位 根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件而決定酶

16、活性單位（如，GPT）酶52第五節(jié) 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系 酶與某些疾病發(fā)生的關(guān)系 酶在疾病診斷上的應(yīng)用 酶在疾病治療中的應(yīng)用酶53一、酶與某些疾病發(fā)生的關(guān)系 酶缺陷所致的疾病酪氨酸酶缺陷 白化病6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺陷 蠶豆病苯丙氨酸羥化酶缺陷 苯丙酮酸尿癥 酶活性被抑制所致疾病有機(jī)磷農(nóng)藥中毒抑制膽堿酯酶重金屬離子抑制巰基酶氰化物抑制細(xì)胞色素氧化酶酶54皮膚乳白色，毛發(fā)淡黃或銀白色，瞳孔淡紅，虹膜淡灰或淡紅，半透明視網(wǎng)膜缺乏色素。酪氨酸酶缺陷白化病酶55智力低下，60%患兒有腦電圖異常，頭發(fā)細(xì)黃，皮膚色淡和虹膜淡黃色，驚厥，尿有“發(fā)霉”臭味或鼠尿味。苯丙氨酸羥化酶缺陷苯丙酮酸尿癥酶56同型半胱氨酸尿癥多發(fā)性血栓形成，晶體脫位，身體瘦長，蜘蛛樣指（趾），輕中度智力低下酶57二、酶在疾病診斷上的應(yīng)用常用于臨床診斷的血清酶1血 清 酶主 要 來 源主 要 疾 病谷氨酸脫氫酶肝肝實(shí)質(zhì)疾病乳酸脫氫酶心臟、肝、骨骼肌、紅細(xì)胞、血小板、淋巴結(jié)心肌梗死、溶血、肝實(shí)質(zhì)疾病山梨醇脫氫酶肝肝實(shí)質(zhì)疾病丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶肝、骨骼肌、心臟肝實(shí)質(zhì)病變天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶肝、骨骼肌、心