臨床醫(yī)學(xué)生物化學(xué)：ppt酶

第三章酶

Enzyme第一節(jié)酶的概念酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，能在體內(nèi)或體外發(fā)揮相同催化作用的一類(lèi)具有活性中心和特殊結(jié)構(gòu)的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸，以蛋白質(zhì)為主。核酶Ribozyme：有催化活性的RNA第二節(jié)酶作用的分子基礎(chǔ)一.酶的化學(xué)組成*酶蛋白:決定酶催化作用的專(zhuān)一性。*輔助因子：參與具體反應(yīng)，起傳遞基團(tuán)、原子和電子的作用。二.酶的活性中心ActiveCenter1)由酶分子在空間位置上比較靠近的幾個(gè)氨基酸殘基或其上某些功能基團(tuán)所組成。2)位于酶分子表面。3)酶分子結(jié)構(gòu)中其它部分為酶活性中心形成提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。4)必需基團(tuán)EssentialGroup：結(jié)合基團(tuán)BindingGroup催化基團(tuán)CatalyticGroup活性中心以外的必需基團(tuán)三、酶的分子結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系酶的分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是其氨基酸的序列，它決定著酶的空間結(jié)構(gòu)和活性中心的形成以及酶催化的專(zhuān)一性。四、酶原和酶原激活1）酶原Zymogen：有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或剛分泌時(shí)，無(wú)催化活性，這種無(wú)催化活性的酶的前體稱(chēng)為酶原。2）酶原的激活A(yù)ctivationofzymogen某種物質(zhì)（活化素）作用于酶原使之轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過(guò)程3）酶原激活的機(jī)理切斷分子中特異肽鍵或去除部分肽段后有利于酶活性中心的形成3）酶原激活的生理意義保證合成酶的細(xì)胞本身不受蛋白酶的消化破壞在特定的生理?xiàng)l件和規(guī)定的部位受到激活并發(fā)揮其生理作用酶原激活是生物體內(nèi)的一種重要的調(diào)控酶活性的方式五.同工酶Isoenzyme1）定義：能催化相同的化學(xué)反應(yīng)但酶蛋白分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫原性有所不同的一群酶。在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；用于解釋發(fā)育過(guò)程中階段特有的代謝特征；同工酶譜的改變有助于對(duì)疾病的診斷；同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究。六.別構(gòu)酶AllostericEnzyme*特點(diǎn)1.別構(gòu)酶具四級(jí)結(jié)構(gòu)，含多個(gè)亞基。2.別構(gòu)劑一般為生理小分子物質(zhì)（底物、終產(chǎn)物）。3.別構(gòu)劑非共價(jià)結(jié)合于非催化部位-別構(gòu)位點(diǎn)。4.催化位點(diǎn)與調(diào)節(jié)位點(diǎn)可位于不同亞基或同一亞基不同位置。5.別構(gòu)酶常位于代謝通路開(kāi)端或分支點(diǎn)。6.別構(gòu)酶在細(xì)胞物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用*反饋抑制Feed-backInhibition七.修飾酶

ModificationEnzyme1.定義:有些酶需要在其它酶的作用下，對(duì)酶分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾后才具有催化活性2.以共價(jià)修飾為主，最常見(jiàn)的是磷酸化修飾3.反應(yīng)迅速，具有放大效應(yīng)4.體內(nèi)物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的重要方式酶的磷酸化與脫磷酸化3.兩種調(diào)節(jié)的比較別構(gòu)調(diào)節(jié)共價(jià)修飾酶的催化不需要需要共價(jià)鍵改變沒(méi)有有酶分子組成改變沒(méi)有有調(diào)節(jié)作用代謝方向性改變代謝強(qiáng)度改變八、多酶復(fù)合體MultienzymeComplex與

多酶體系MultienzymeSystem有些酶以物理的形式聚合在一起成為多酶復(fù)合體，是生物體提高酶催化效率的一種措施。體內(nèi)物質(zhì)代謝的各條途徑有許多酶共同參與，依次完成反應(yīng)過(guò)程，在結(jié)構(gòu)上無(wú)彼此關(guān)聯(lián)，稱(chēng)為多酶體系九、多功能酶MultifunctionalEnzyme酶分子中存在多種催化活性部位的酶，比多酶復(fù)合體更有效第三節(jié)酶促反應(yīng)的特點(diǎn)和作用機(jī)制一.酶促反應(yīng)的特點(diǎn)1.加速化學(xué)反應(yīng)，但不改變反應(yīng)的平衡2.高效性:更有效地降低反應(yīng)的活化能*活化能activationenergy：使底物分子從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)所需的最低能量3.高度特異性a.絕對(duì)特異性b.相對(duì)特異性c.立體異構(gòu)特異性4.不穩(wěn)定性及可調(diào)節(jié)性二.酶促反應(yīng)的作用機(jī)制1.酶底物復(fù)合物的形成2.酶底物的過(guò)渡狀態(tài)互補(bǔ)3.酶促反應(yīng)作用機(jī)制（1）鄰近效應(yīng)與定向排列（2）多元催化（3）表面效應(yīng)第四節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一.初速度反應(yīng)剛開(kāi)始的短時(shí)間內(nèi)，時(shí)間進(jìn)程曲線為直線時(shí)的反應(yīng)速度。影響因素:酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等二.酶濃度的影響v=K[E]三.底物濃度的影響1.底物濃度與反應(yīng)速度的關(guān)系(矩形雙曲線)[S]很低：[S]↑，v↑[S]增加，[S]↑↑，v↑[S]很大，v→Vm當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速率與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。隨著底物濃度的增高反應(yīng)速率不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度酶被底物所飽和，反應(yīng)速率不再增加，達(dá)最大速率；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。2.米-曼氏(Michaelis-Menten)方程1913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米-曼氏方程式，簡(jiǎn)稱(chēng)米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速率Vmax：最大反應(yīng)速率(maximumvelocity)Ｋm：米氏常數(shù)(Michaelisconstant)*中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)：K1K3E+S?ES→E+PK2v=K3[ES]3.米氏常數(shù)Km（MichaelisConstant）的意義1）Km是酶的特征性常數(shù)，只與酶的性質(zhì)和酶所催化的底物和反應(yīng)環(huán)境有關(guān)2）v=1/2Vm時(shí)，Km=[S]。3）Km與酶和底物的親和力成反比。4）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)K3：當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)VmaxK3＝▁▁▁▁［E］4.Km和Vmax值的測(cè)定雙倒數(shù)作圖法四.溫度的影響1.兩個(gè)相反的溫度效應(yīng)溫度↑酶促反應(yīng)加快酶蛋白變性2.酶的最適溫度OptimumTemperature：酶促反應(yīng)達(dá)到最大值時(shí)的溫度。哺乳動(dòng)物組織中酶的最適溫度多在35～40℃之間TaqDNA聚合酶最適溫度為72℃*低溫的應(yīng)用:一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復(fù)。低溫保存酶和菌種等生物制品低溫麻醉五.pH的影響酶的催化作用與活性基團(tuán)的電離狀態(tài)、底物分子及輔酶與輔基的電離狀態(tài)有關(guān)*酶的最適pH（optimumpH）：酶活性最高時(shí)的pH值。五.激活劑Activator的影響激活劑：能提高酶活性，加速酶促反應(yīng)進(jìn)行的物質(zhì)1.無(wú)機(jī)離子激活劑：Mg2＋，Zn2＋，Cl－2.小分子有機(jī)化合物：半胱氨酸、谷胱甘肽3.生物大分子激活劑：蛋白激酶六.抑制劑Inhibitor的影響抑制劑：使酶活力降低的物質(zhì)，不包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿＊抑制作用可逆抑制ReversibleInhibition不可逆抑制IrreversibleInhibition１.不可逆抑制：以共價(jià)鍵與酶結(jié)合；不能用透析、超濾去除抑制劑。1）非專(zhuān)一性不可逆性抑制作用抑制劑與酶的一類(lèi)或幾類(lèi)基團(tuán)結(jié)合，不區(qū)分結(jié)合的基團(tuán)屬必需基團(tuán)或非必需基團(tuán)例如：重金屬離子與巰基酶解毒方法：二巰基丙醇或丁二酸鈉2）專(zhuān)一性不可逆性抑制作用專(zhuān)一作用于必需基團(tuán)例如：羥基酶有機(jī)磷農(nóng)藥中毒2.可逆性抑制：非共價(jià)鍵疏松結(jié)合，超濾、透析可去除抑制劑。競(jìng)爭(zhēng)性抑制CompetitiveInhibition有些酶的結(jié)構(gòu)與酶的底物結(jié)構(gòu)相似，可與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶與底物結(jié)合成中間產(chǎn)物，這種抑制作用稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用?；前奉?lèi)藥物的抑菌機(jī)制與對(duì)氨基苯甲酸競(jìng)爭(zhēng)二氫葉酸合成酶動(dòng)力學(xué)方程式

Vmax[S]v=▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁Km（1+[I]/Ki）+[S]特點(diǎn)：大概是后面那張表吧。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制NoncompetitiveInhibition動(dòng)力學(xué)方程式：Vmax[S]v=▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁(Km＋[S])(1+[I]/Ki)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制IncompetitiveInhibition動(dòng)力學(xué)方程式：Vmax[S]v=▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁Km+[S]（1+[I]/Ki）4）三種可逆性抑制的區(qū)別競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑結(jié)構(gòu)相似不一定相似不一定相似I結(jié)合組分EE或ESESI結(jié)合部位活性中心活性中心外活性中心外增加底物濃度解除抑制不能解除不能解除Vm不變減小減小Km增加不變減小一、核酶是具有催化活性的RNA具有催化活性的RNA稱(chēng)為核酶（ribozyme）。根據(jù)核酶的分子大小，可將核酶分為小分子核酶和大分子核酶。第五節(jié)其他類(lèi)型的生物催化劑（一）小分子核酶主要有錘頭核酶、發(fā)夾核酶1.錘頭核酶（hammerheadribozyme）發(fā)現(xiàn)于植物類(lèi)病毒、擬病毒錘頭核酶的組成部分：由高度保守的核苷酸組成的催化核心（catalyticcore）三個(gè)雙螺旋莖（I、II和III）對(duì)剪切點(diǎn)的識(shí)別序列UH（H為除G以外的核苷酸）核酶對(duì)RNA的剪切作用核酶通過(guò)與底物RNA的堿基互補(bǔ)形成酶-底物復(fù)合物，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成酶-底物過(guò)渡態(tài)復(fù)合物，最后斷裂成二個(gè)產(chǎn)物。2.發(fā)夾核酶（hairpinribozyme）來(lái)自煙草斑紋病毒衛(wèi)星RNA、I型菊苣黃色花斑病毒發(fā)夾核酶催化連接反應(yīng)活性是剪切反應(yīng)活性的10倍；相反，錘頭核酶催化剪切反應(yīng)的活性是其連接反應(yīng)活性的100倍。二、抗體酶(abz