《酶與代謝》課件新人教版選修

酶與代謝本課件將深入探討酶與代謝之間的密切關(guān)系，從酶的基本概念到代謝過程的調(diào)控，帶您走進(jìn)生命的奇妙世界！酶的基本概念定義酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化活性的生物大分子，通常為蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA。作用酶能夠加速生物化學(xué)反應(yīng)的速度，但自身不發(fā)生變化，并且具有高度的專一性。酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活性中心酶分子中決定酶特異性和催化活性的部位，通常由幾個(gè)氨基酸殘基組成，構(gòu)成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)的凹陷區(qū)域。結(jié)合部位活性中心的一部分，負(fù)責(zé)與底物結(jié)合，形成酶-底物復(fù)合物，從而催化反應(yīng)的進(jìn)行。酶的分類及命名氧化還原酶催化氧化還原反應(yīng)，如脫氫酶、氧化酶。轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，如轉(zhuǎn)氨酶、激酶。水解酶催化水解反應(yīng)，如蛋白酶、淀粉酶。裂合酶催化非水解性裂解反應(yīng)，如醛縮酶、裂解酶。異構(gòu)酶催化分子內(nèi)重排反應(yīng)，如異構(gòu)酶、消旋酶。連接酶催化兩個(gè)分子結(jié)合反應(yīng)，如合成酶、連接酶。酶的性質(zhì)與活性專一性酶通常只催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)，體現(xiàn)了酶的高度特異性。高效性酶能顯著提高反應(yīng)速度，通常比非催化反應(yīng)快百萬甚至千萬倍，體現(xiàn)了酶的高效性?；钚悦复呋磻?yīng)的能力，通常用酶促反應(yīng)速率或催化效率來衡量。酶的催化機(jī)理降低活化能酶通過與底物形成酶-底物復(fù)合物，降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)速度。提供反應(yīng)模板酶為反應(yīng)提供合適的微環(huán)境，使底物分子在活性中心內(nèi)以特定的構(gòu)象排列，從而促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。影響酶活性的因素1溫度酶有最適溫度，溫度過高或過低都會(huì)影響酶活性。2pH值酶有最適pH值，pH值過高或過低都會(huì)影響酶活性。3底物濃度底物濃度增加，酶活性也會(huì)隨之增加，但當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到飽和時(shí)，酶活性不再增加。4酶抑制劑酶抑制劑能夠與酶結(jié)合，抑制酶的活性，從而影響反應(yīng)速率。溫度對(duì)酶活性的影響最適溫度酶活性最高的溫度，通常在37℃左右。溫度過低溫度過低，酶活性下降，反應(yīng)速率減慢。溫度過高溫度過高，酶分子會(huì)發(fā)生變性，活性喪失，反應(yīng)速率降低。pH值對(duì)酶活性的影響最適pH值酶活性最高的pH值，不同的酶有不同的最適pH值。pH值過高或過低pH值過高或過低，酶分子會(huì)發(fā)生變性，活性喪失，反應(yīng)速率降低?；|(zhì)濃度對(duì)酶活性的影響底物濃度增加酶活性隨之增加，反應(yīng)速率加快。底物濃度達(dá)到飽和酶活性不再增加，反應(yīng)速率達(dá)到最大值。酶抑制劑對(duì)酶活性的影響不可逆抑制劑與酶結(jié)合后，形成不可逆的復(fù)合物，使酶失去活性。可逆抑制劑與酶結(jié)合后，形成可逆的復(fù)合物，使酶活性降低，但可通過改變條件恢復(fù)活性。醋酸酶的分離與純化提取從生物材料中提取醋酸酶。沉淀使用硫酸銨等沉淀劑，將醋酸酶沉淀出來。層析使用離子交換層析、凝膠過濾層析等技術(shù)，進(jìn)一步純化醋酸酶。鑒定使用SDS等方法，鑒定醋酸酶的純度和分子量。酶動(dòng)力學(xué)研究研究內(nèi)容研究酶催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，包括反應(yīng)速率、反應(yīng)常數(shù)、影響因素等。方法通過測(cè)定酶促反應(yīng)速率，分析反應(yīng)條件和反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，從而推斷酶催化反應(yīng)的機(jī)制。米氏常數(shù)及其意義定義米氏常數(shù)（Km）是指酶與底物結(jié)合的親和力，即酶與底物反應(yīng)達(dá)到半飽和時(shí)的底物濃度。意義Km值反映了酶與底物結(jié)合的強(qiáng)弱，Km值越小，酶與底物結(jié)合力越強(qiáng)，反之亦然。最大反應(yīng)速度及其意義定義最大反應(yīng)速度（Vmax）是指酶在底物濃度無限大時(shí)所能達(dá)到的最大反應(yīng)速率。意義Vmax值反映了酶的催化效率，Vmax值越大，酶的催化效率越高，反之亦然。單底物酶動(dòng)力學(xué)米氏方程描述單底物酶催化反應(yīng)速率與底物濃度關(guān)系的方程，是酶動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)。Lineweaver-Burk作圖法線性化米氏方程，方便通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算Km值和Vmax值。雙底物酶動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)制雙底物酶催化反應(yīng)通常涉及兩個(gè)底物同時(shí)結(jié)合到酶的活性中心，形成酶-底物復(fù)合物，然后進(jìn)行催化反應(yīng)。動(dòng)力學(xué)模型用于描述雙底物酶動(dòng)力學(xué)的模型，包括隨機(jī)模型、有序模型等。不可逆酶抑制動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)不可逆抑制劑與酶結(jié)合后，形成不可逆的復(fù)合物，使酶失去活性。影響不可逆抑制劑能夠永久性地抑制酶的活性，對(duì)生物體代謝過程有嚴(yán)重影響?？赡婷敢种苿?dòng)力學(xué)特點(diǎn)可逆抑制劑與酶結(jié)合后，形成可逆的復(fù)合物，使酶活性降低，但可通過改變條件恢復(fù)活性。類型可逆抑制劑分為競(jìng)爭性抑制劑、非競(jìng)爭性抑制劑和反競(jìng)爭性抑制劑。協(xié)同效應(yīng)及其意義定義多個(gè)酶或蛋白質(zhì)協(xié)同作用，共同完成一個(gè)復(fù)雜的功能，這種現(xiàn)象稱為協(xié)同效應(yīng)。意義協(xié)同效應(yīng)提高了生物體代謝過程的效率，并使代謝過程更精確、更靈活。酶的調(diào)節(jié)機(jī)制1反饋抑制代謝途徑中，產(chǎn)物積累到一定程度，會(huì)抑制該途徑中某個(gè)關(guān)鍵酶的活性，從而調(diào)節(jié)代謝過程的速率。2前饋激活代謝途徑中，某些中間產(chǎn)物積累，會(huì)激活該途徑中某個(gè)關(guān)鍵酶的活性，從而促進(jìn)代謝過程的進(jìn)行。3共價(jià)修飾通過磷酸化、乙?；刃揎椃绞?，改變酶的構(gòu)象，從而調(diào)節(jié)酶的活性。4酶的合成與降解通過調(diào)節(jié)酶的合成和降解速率，控制酶的含量，從而影響代謝過程的速率。端粒酶的結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)端粒酶是一種由蛋白質(zhì)和RNA組成的核糖核蛋白酶，其中RNA部分作為模板，指導(dǎo)端粒DNA的合成。功能端粒酶能夠在染色體末端添加重復(fù)序列，延長端粒長度，從而保護(hù)染色體免受損傷，維持細(xì)胞的正常功能。端粒酶的生物學(xué)功能維持染色體穩(wěn)定性端粒酶能夠延長端粒長度，保護(hù)染色體免受損傷，維持細(xì)胞的正常功能。調(diào)節(jié)細(xì)胞壽命端粒長度與細(xì)胞壽命密切相關(guān)，端粒越長，細(xì)胞壽命越長；反之，端粒越短，細(xì)胞壽命越短。參與癌癥發(fā)生端粒酶活性異常，會(huì)導(dǎo)致端粒長度異常，可能與癌癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。端粒酶缺陷與疾病端粒縮短端粒酶活性下降或缺失，會(huì)導(dǎo)致端粒長度縮短，細(xì)胞衰老，容易發(fā)生各種疾病。遺傳疾病一些遺傳疾病，例如早衰癥，就是由于端粒酶缺陷導(dǎo)致的。癌癥端粒酶活性異常，會(huì)導(dǎo)致端粒長度異常，可能與癌癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。細(xì)胞色素P450與代謝定義細(xì)胞色素P450是一類重要的單加氧酶，存在于生物體的多種器官和組織中，參與多種生理過程。作用細(xì)胞色素P450能夠催化多種底物，包括藥物、激素、毒素等的代謝，調(diào)節(jié)生物體的生理功能。細(xì)胞色素P450的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)細(xì)胞色素P450的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由一個(gè)血紅素輔基和一個(gè)蛋白質(zhì)部分組成，其中血紅素輔基與氧氣結(jié)合，并參與催化反應(yīng)?；钚灾行募?xì)胞色素P450的活性中心位于蛋白質(zhì)部分，負(fù)責(zé)與底物結(jié)合，并進(jìn)行催化反應(yīng)。細(xì)胞色素P450的功能藥物代謝細(xì)胞色素P450參與多種藥物的代謝，使藥物失去活性，并從體內(nèi)排出。激素代謝細(xì)胞色素P450參與多種激素的代謝，調(diào)節(jié)生物體的生理功能。毒素解毒細(xì)胞色素P450能夠催化多種毒素的代謝，將毒素轉(zhuǎn)化為無毒或低毒的物質(zhì)。細(xì)胞色素P450的調(diào)控1基因表達(dá)調(diào)控細(xì)胞色素P450基因的表達(dá)受多種因素的調(diào)控，包括藥物、激素、毒素等。2蛋白質(zhì)水平調(diào)控細(xì)胞色素P450蛋白的合成、降解和活性都受到嚴(yán)格的調(diào)控。細(xì)胞色素P450與藥物代謝藥物轉(zhuǎn)化細(xì)胞色素P450能夠催化多種藥物的轉(zhuǎn)化，使藥物失去活性，并從體內(nèi)排出。藥物相互作用不同的藥物可能競(jìng)爭同一個(gè)細(xì)胞色素P450，導(dǎo)致藥物代謝速率發(fā)生改變，影響藥物療效。糖代謝通路糖酵解葡萄糖分解為丙酮酸的過程，發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，產(chǎn)生少量ATP。糖異生非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖的過程，發(fā)生在肝臟和腎臟中，消耗ATP。三羧酸循環(huán)丙酮酸氧化分解為二氧化碳和水，發(fā)生在線粒體中，產(chǎn)生大量ATP。電子傳遞鏈電子從還原性輔酶?jìng)鬟f到氧氣，伴隨著ATP的生成，發(fā)生在線粒體中。糖酵解過程葡萄糖第一步，葡萄糖被磷酸化，形成葡萄糖-6-磷酸。果糖-6-磷酸第二步，葡萄糖-6-磷酸被異構(gòu)化，形成果糖-6-磷酸。果糖-1,6-二磷酸第三步，果糖-6-磷酸被再次磷酸化，形成果糖-1,6-二磷酸。甘油醛-3-磷酸第四步，果糖-1,6-二磷酸被裂解，形成兩分子甘油醛-3-磷酸。1,3-二磷酸甘油酸第五步，甘油醛-3-磷酸被氧化，形成1,3-二磷酸甘油酸。3-磷酸甘油酸第六步，1,3-二磷酸甘油酸被脫磷酸化，形成3-磷酸甘油酸。2-磷酸甘油酸第七步，3-磷酸甘油酸被異構(gòu)化，形成2-磷酸甘油酸。磷酸烯醇式丙酮酸第八步，2-磷酸甘油酸被脫水，形成磷酸烯醇式丙酮酸。丙酮酸第九步，磷酸烯醇式丙酮酸被脫磷酸化，形成丙酮酸。糖酵解的調(diào)控1關(guān)鍵酶糖酵解過程中的關(guān)鍵酶包括己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，它們是主要的調(diào)控點(diǎn)。2代謝產(chǎn)物ATP、檸檬酸和NADH等代謝產(chǎn)物能夠抑制糖酵解過程中的關(guān)鍵酶，從而調(diào)節(jié)糖酵解的速率。3激素胰島素能夠促進(jìn)糖酵解，而胰高血糖素則抑制糖酵解。糖異生過程丙酮酸第一步，丙酮酸被羧化，形成草酰乙酸。草酰乙酸第二步，草酰乙酸被還原，形成蘋果酸。蘋果酸第三步，蘋果酸被脫氫，形成草酰乙酸。磷酸烯醇式丙酮酸第四步，草酰乙酸被磷酸化，形成磷酸烯醇式丙酮酸。2-磷酸甘油酸第五步，磷酸烯醇式丙酮酸被轉(zhuǎn)化為2-磷酸甘油酸。3-磷酸甘油酸第六步，2-磷酸甘油酸被異構(gòu)化，形成3-磷酸甘油酸。1,3-二磷酸甘油酸第七步，3-磷酸甘油酸被磷酸化，形成1,3-二磷酸甘油酸。甘油醛-3-磷酸第八步，1,3-二磷酸甘油酸被還原，形成甘油醛-3-磷酸。果糖-1,6-二磷酸第九步，甘油醛-3-磷酸被異構(gòu)化，形成果糖-1,6-二磷酸。果糖-6-磷酸第十步，果糖-1,6-二磷酸被脫磷酸化，形成果糖-6-磷酸。葡萄糖-6-磷酸第十一步，果糖-6-磷酸被異構(gòu)化，形成葡萄糖-6-磷酸。葡萄糖第十二步，葡萄糖-6-磷酸被脫磷酸化，形成葡萄糖。糖異生的調(diào)控1關(guān)鍵酶糖異生過程中的關(guān)鍵酶包括丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶，它們是主要的調(diào)控點(diǎn)。2激素胰高血糖素能夠促進(jìn)糖異生，而胰島素則抑制糖異生。3代謝產(chǎn)物ATP、檸檬酸和NADH等代謝產(chǎn)物能夠抑制糖異生過程中的關(guān)鍵酶，從而調(diào)節(jié)糖異生的速率。三羧酸循環(huán)檸檬酸檸檬酸被脫羧，形成α-酮戊二酸。1α-酮戊二酸α-酮戊二酸被脫羧，形成琥珀酰CoA。2琥珀酰CoA琥珀酰CoA被氧化，形成延胡索酸。3延胡索酸延胡索酸被水化，形成蘋果酸。4蘋果酸蘋果酸被脫氫，形成草酰乙酸。5三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)1中心代謝途徑三羧酸循環(huán)是糖、脂類、蛋白質(zhì)等三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝的中心樞紐，將多種代謝產(chǎn)物連接起來。2能量產(chǎn)生三羧酸循環(huán)是細(xì)胞能量的主要來源，為細(xì)胞提供大量的ATP。3物質(zhì)代謝三羧酸循環(huán)為其他代謝途徑提供重要的中間產(chǎn)物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸等。三羧酸循環(huán)的調(diào)控1關(guān)鍵酶三羧酸循環(huán)中的關(guān)鍵酶包括檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶，它們是主要的調(diào)控點(diǎn)。2代謝產(chǎn)物ATP、NADH和檸檬酸等代謝產(chǎn)物能夠抑制三羧酸循環(huán)中的關(guān)鍵酶，從而調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的速率。3激素胰島素能夠促進(jìn)三羧酸循環(huán)，而胰高血糖素則抑制三羧酸循環(huán)。電子傳遞鏈1NADHNADH將電子傳遞給復(fù)合物I，釋放能量。2復(fù)合物I復(fù)合物I將電子傳遞給輔酶Q，釋放能量。3輔酶Q輔酶Q將電子傳遞給復(fù)合物III，釋放能量。4復(fù)合物III復(fù)合物III將電子傳遞給細(xì)胞色素c，釋放能量。5細(xì)胞色素c細(xì)胞色素c將電子傳遞給復(fù)合物IV，釋放能量。6復(fù)合物IV復(fù)合物IV將電子傳遞給氧氣，釋放能量，生成水。氧化磷酸化過程過程電子傳遞鏈中的電子傳遞伴隨著質(zhì)子從線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體內(nèi)膜間隙，形成質(zhì)子濃度梯度，然后質(zhì)子通過ATP合酶，回流到線粒體基質(zhì)，驅(qū)動(dòng)ATP的合成。意義氧化磷酸化是細(xì)胞能量的主要來源，為細(xì)胞提供大量的ATP。ATP合成的機(jī)制ATP合酶ATP合酶是一種膜蛋白，由F0和F1兩個(gè)亞基組成，F(xiàn)0亞基嵌入線粒體內(nèi)膜，F(xiàn)1亞基突出到線粒體基質(zhì)中。機(jī)制質(zhì)子通過F0亞基回流到線粒體基質(zhì)，驅(qū)動(dòng)F1亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而催化ADP和磷酸結(jié)合，生成ATP。呼吸調(diào)控機(jī)制1細(xì)胞能量需求細(xì)胞的能量需求會(huì)影響呼吸速率，當(dāng)細(xì)胞能量需求增加時(shí)，呼吸速率也會(huì)增加，反之亦然。2代謝產(chǎn)物ATP、NADH和檸檬酸等代謝產(chǎn)物能夠抑制呼吸過程中的關(guān)鍵酶，從而調(diào)節(jié)呼吸速率。3激素胰島素能夠促進(jìn)呼吸，而胰高血糖素則抑制呼吸。脂肪酸代謝脂肪酸合成由乙酰CoA合成脂肪酸的過程，發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中。脂肪酸β氧化脂肪酸分解為乙酰CoA的過程，發(fā)生在線粒體中。脂肪酸合成乙酰CoA第一步，乙酰CoA被羧化，形成丙二酰CoA。丙二酰CoA第二步，丙二酰CoA與?；d體蛋白（ACP）結(jié)合，形成丙二酰CoA-ACP。?；d體蛋白（ACP）第三步，丙二酰CoA-ACP與脂肪酸鏈結(jié)合