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1、生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世CHGangan生化yd酶 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世教学大纲目的要求教学大纲目的要求n掌握掌握酶化学本质、组成及酶促反应特点酶化学本质、组成及酶促反应特点n熟悉熟悉酶促反应动力学酶促反应动力学n了解了解酶的催化机制、命名、分类以及与酶的催化机制、命名、分类以及与医学的关系医学的关系生生 物物 化化 学学 第六章第六章
2、 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶的结构酶的结构Robizyme羧肽酶羧肽酶生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶的定义酶的定义n酶:由活细胞具有催化活性的蛋白质酶:由活细胞具有催化活性的蛋白质n分类:分类:n生物催化剂:蛋白质生物催化剂:蛋白质(酶酶)和核酸和核酸n酶分子组成:单纯酶和结合酶酶分子组成:单纯酶和结合酶n化学本质:化学本质:蛋白质蛋白质n具有蛋白质所有的理化性质和生物学特征具有蛋白质所有的理化性质和生物学特征生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶的组成酶的组成HoloenzymeCojugated enzymeSimple e
3、nzyme生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世溶菌酶溶菌酶*谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基团;基团;*色色氨氨酸酸62和和63、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结结合基团;合基团;*AF为为底底物物多多糖糖链链的的糖糖基基,位位于于酶酶的的活活性性中中心心形成的裂隙中。形成的裂隙中。生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世重要概念:重
4、要概念:n全酶全酶n酶蛋白和辅助因子酶蛋白和辅助因子n辅助因子:金属离子辅助因子:金属离子;辅酶辅酶/辅基辅基n活性中心活性中心 n结合基团和催化基团结合基团和催化基团生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世 (按其与酶蛋白结合的紧密程度)(按其与酶蛋白结合的紧密程度)辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松,可用疏松,可用透析或超透析或超滤的方法除去。滤的方法除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密,不能用紧密,不能用透析透析或超滤的方法除去。或超滤的方法除去。辅组因子辅组因子生生 物物 化化 学学 第六章第六
5、章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化;在反应前后没有质和量的变化;只能催化热力学允许的化学反应;只能催化热力学允许的化学反应;只能加速可逆反应的进程,而不改变反应只能加速可逆反应的进程,而不改变反应的平衡点的平衡点生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应的特点酶促反应的特点n高效性高效性(G=H-T S)-降低活化能降低活化能n高特异性高特异性 n绝对特异性绝对特异性:一种酶只催化一种底物一种酶只催化一种底物n相对特异性相对特异性:一种酶只催化一类底物或一种键一种酶只催化一类底物或一种键n立体异构特
6、异性立体异构特异性:一种酶只催化一种立体异构体一种酶只催化一种立体异构体n不稳定性(不稳定性(Protein)n可调节性可调节性(酶活在多个水平酶活在多个水平/多种机制可调多种机制可调)生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世重要概念:重要概念:n酶原及其激活酶原及其激活n酶原酶原:酶的无活性前体酶的无活性前体n酶原的激活酶原的激活:酶原向酶的转化过程酶原向酶的转化过程n同功酶同功酶:催化相同的化学反应,但酶的催化相同的化学反应,但酶的分子组成、结构、理化及免疫学性质和分子组成、结构、理化及免疫学性质和电泳特征等不同的一组酶电泳特征等不同的一组酶nLDH(1-5):乳酸
7、乳酸 丙酮酸丙酮酸生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世-S-S-X缬缬缬缬 天天天天 天天天天 天天天天 天天天天 赖赖赖赖 异异异异甘甘甘甘缬缬缬缬组组组组4646丝丝丝丝183183静电吸引静电吸引力或氢键力或氢键肠肠 激激 酶酶肠肠 激激 酶酶胰胰蛋蛋白白酶酶胰胰蛋蛋白白酶酶胰胰胰胰蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶原原原原-S-S-X缬缬缬缬 天天天天 天天天天 天天天天 天天天天 赖赖赖赖异异异异缬缬缬缬丝丝丝丝胰胰胰胰蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶S SS SS SS S组组组组活性中心活性中心活性中心活性中心游离的六肽游离的六肽游离的六肽游离的六肽胰蛋白酶原的激活过程
8、胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世同功酶同功酶:乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5)H HH HH HH HH HH HH HMMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4)LDHLDH2 2(H(H3 3M)M)LDH LDH3 3(H(H2 2MM2 2)LDHLDH4 4(HM(HM3 3)LDHLDH5 5 (M(M4 4)分布分布 心肾心肾RBC RBC心肾心肾 胰脾子宫胰脾子宫 肝肌肉肺肝肌肉肺 肝肌肉肝肌肉电泳电泳+1 2 3 4 5 结结
9、构构生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世在代谢调节上起重在代谢调节上起重要的作用;要的作用;用于解释发育过程用于解释发育过程中阶段特有的代谢中阶段特有的代谢特征;特征;同工酶谱的改变有同工酶谱的改变有助于疾病诊断;助于疾病诊断;同工酶可以作为遗同工酶可以作为遗传标志,用于遗传传标志,用于遗传分析研究。分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5LDH生理及临床意义生理及临床意义生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚
10、德 博学 精诚 济世酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义n避免对细胞进行自身消化避免对细胞进行自身消化保护作用保护作用n酶在特定的部位和环境中发挥作用酶在特定的部位和环境中发挥作用 保证体内代谢正常进行保证体内代谢正常进行n酶原是部分酶的储存形式酶原是部分酶的储存形式生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应动力学(酶促反应动力学(Enzyme kineticsEnzyme kinetics)n研究酶促反应速度及其影响因素,即通研究酶促反应速度及其影响因素,即通过定量观察单位时间内底物减少量或产过定量观察单位时间内底物减少量或产物的生成量来研究物的生成量来研究 E
11、、S、T、pH、抑制剂(抑制剂(I)及激活剂对酶促反应速度的)及激活剂对酶促反应速度的影响。影响。n任何反应都是可逆的任何反应都是可逆的生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应动力学(酶促反应动力学(Enzyme kineticsEnzyme kinetics)n底物对酶促反应速度的影响底物对酶促反应速度的影响nMichaelis-menten 米米(曼曼)氏方程氏方程KmVS1/2VmaxVmaxKm 单位与底物的单位一致:单位与底物的单位一致:mol/L 生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世底物对酶促反应速度的影响底物对酶促反应速
12、度的影响nKm意义意义nKm=Sv=V/2(单位:(单位:mol/L)n不同的底物具有不同的不同的底物具有不同的 Km值(多功能酶)值(多功能酶)n天然底物天然底物/最适底物最适底物:Km值最小值最小;反应最快反应最快;亲和力最亲和力最大大nKm 是酶的特征常数是酶的特征常数 nE,S,BuffernKm 反映酶与底物的亲和力(反映酶与底物的亲和力(Ks)nKm值越小,亲和力越大值越小,亲和力越大 Km=(K2+K3)/K1生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世Km 和和 Vmax 测定测定n双倒数作图法双倒数作图法1VKmVmax1S1Vmax=+.生生 物物 化化
13、 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应动力学酶促反应动力学 nE 对反应速度的影响对反应速度的影响VEE1E2生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应动力学酶促反应动力学nT对反应速度的影响对反应速度的影响生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应动力学(酶促反应动力学(Enzyme kineticsEnzyme kinetics)npH 对反应速度的影响对反应速度的影响0酶酶活活性性pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶胆碱酯酶
14、胆碱酯酶 246810生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应动力学(酶促反应动力学(Enzyme kineticsEnzyme kinetics)n抑制剂对酶促反应速度的影响抑制剂对酶促反应速度的影响n不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用nE-SH:Hg2+Ag+As(BAL)nE-Ser:有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂 胆碱酯酶胆碱酯酶n可逆性抑制作用可逆性抑制作用n竞争性抑制竞争性抑制 n非竞争性抑制非竞争性抑制n反竞争性抑制反竞争性抑制PAM生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世可逆性抑制作用可逆性抑制作用n竞争性抑制竞争性抑制Ki:EI
15、的解离常数,抑制常数EI不能转变成产物生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世竞争性抑制竞争性抑制n定义定义:抑制剂与底物的结构相似,能与底物竞争酶的活性中心,阻碍酶底物复合物的形成,使酶的活性降低。n反应模式:+IEIE+SE+PES生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世竞争性抑制作用的特点竞争性抑制作用的特点nI I和和S S具有结构相似性,争夺酶的活性中心具有结构相似性,争夺酶的活性中心nI I存在时影响酶与底物结合,存在时影响酶与底物结合,表观表观KmKm随随I I增加而增加而增加增加n抑制作用的强度取决于抑制作用的强度取决于I I与与
16、E E的相对亲和力及的相对亲和力及S S和和I I比。与比。与I I 成正比;与成正比;与S S成反比。成反比。S S极大时抑制作用解除。极大时抑制作用解除。VmaxVmax不变不变生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世n双倒数动力学方程:双倒数动力学方程:1 Km I 1 1 V Vmax Ki S Vmax双倒数作图:双倒数作图:Vmax不变不变 表观表观Km增加增加=(1+)+抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂 1/V1/S竞争性抑制作用动力学竞争性抑制作用动力学生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世竞争性抑制作用竞争性抑制作用-例子例子生
17、生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世磺胺类药物和对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶磺胺类药物和对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶COOHH2NPABA(对氨基苯甲酸)SO2NHRSN(磺胺类药磺胺类药)H2N 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸二氢喋呤二氢喋呤 二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 二氢叶酸二氢叶酸 二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶 四氢叶酸四氢叶酸谷氨酸谷氨酸 磺胺类药物磺胺类药物(-)TMP(-)(-)TMP(-)核酸核酸蛋白质蛋白质 故故SNSN抑制敏感细菌的生长、繁殖。抑制敏感细菌的生长、繁殖。竞争性抑制作用竞争性抑制作用-例子例子生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶
18、厚德 博学 精诚 济世可逆性抑制作用可逆性抑制作用n非竞争性抑制非竞争性抑制生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世非竞争性抑制非竞争性抑制n定义:定义:抑制剂不与底物竞争酶的活性中心,抑制剂不与底物竞争酶的活性中心,而是与活性中心以外的必需基团相结合,使而是与活性中心以外的必需基团相结合,使酶的构象改变而失去活性酶的构象改变而失去活性n反应模式:反应模式:E+SE+SESESE+PE+P+I IE EI I+S +S E EI IS S +I I生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世非竞争性抑制的特点非竞争性抑制的特点n抑制剂结合酶活性中心外
19、必需基团,抑制剂结合酶活性中心外必需基团,I I既可结合既可结合E E,也可结合,也可结合ESES。I I不影响不影响S S与与E E的结合(的结合(表观表观Km不变不变)nESIESI不能转变成产物不能转变成产物n抑制作用只与抑制作用只与I成正比成正比(V V 随随I增加而增加)增加而增加)。与。与底物浓度无关底物浓度无关(Vmax)生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世n双倒数动力学方程双倒数动力学方程:1 Km I 1 1 I V Vmax Ki S Vmax Ki =(1+)+(1+)抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 双倒数作图:双倒数作图:Vm
20、ax Km不变不变非竞争性抑制作用动力学非竞争性抑制作用动力学生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世可逆性抑制作用可逆性抑制作用n反竞争性抑制反竞争性抑制生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世反竞争性抑制反竞争性抑制n定义:定义:抑制剂仅与酶抑制剂仅与酶-底物复合物底物复合物(ES)结合,结合,使酶失去催化活性使酶失去催化活性n反应模式:反应模式:SESE+PE+EISI生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世反竞争性抑制作用的特点反竞争性抑制作用的特点nI只能结合只能结合ES,不结合不结合E,S与与E的结合的结合有利
21、于有利于I的结合。的结合。ESI不能生成产物,不能生成产物,I 存在时存在时ES,VnI 存在增加存在增加E与与S的亲和力(的亲和力(表观表观Km)n抑制作用只与抑制作用只与I成正比而与成正比而与底物浓度底物浓度无关(无关(Vmax)生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世n双倒数动力学方程:双倒数动力学方程:1 Km 1 1 I V Vmax S Vmax Ki =.+(1+)抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 双倒数作图:双倒数作图:Vmax 表观表观Km反竞争性抑制作用动力学反竞争性抑制作用动力学生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精
22、诚 济世作用特征无抑制剂CINon-CIUnCI与I结合组分EE、ESES动力学参数表观KmKm增大不变减小最大速度Vmax不变降低降低林-贝氏作图斜率Km/Vmax增大增大不变纵轴截距1/Vmax不变增大增大横轴截距-1/Km增大不变减小各种可逆抑制作用的比较各种可逆抑制作用的比较生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶促反应动力学酶促反应动力学n激活剂对酶促反应速度的影响激活剂对酶促反应速度的影响n必须激活剂必须激活剂n金属离子金属离子(Mg2+,Cu2+,Zn2+)n非必需的激活剂非必需的激活剂nCl-_ 唾液淀粉酶唾液淀粉酶生生 物物 化化 学学 第六章第六章
23、 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶的命名酶的命名n习惯命名法习惯命名法n系统命名法系统命名法生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶的分类酶的分类 n六类六类n氧化还原酶类氧化还原酶类n转移酶类转移酶类n水解酶类水解酶类n裂解酶类裂解酶类n异构酶类异构酶类n合成酶类合成酶类生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶活性的测定酶活性的测定n国际单位国际单位(IU):在在25、最适温度、最适温度、最适最适pH、最适底物浓度时,每分钟、最适底物浓度时,每分钟催化催化1umol底物反应所需的酶量底物反应所需的酶量 n商业常用单位:商业常用单位:IU/mgn
24、催量催量(Kat):在特定条件下,每秒钟催化在特定条件下,每秒钟催化1mol底物生成产物所需的酶量底物生成产物所需的酶量 n1Kat=6E07 IU生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶与医学的关系酶与医学的关系n从生物化学的角度来看:从生物化学的角度来看:n健康的表现是有规律地进行代谢健康的表现是有规律地进行代谢n几乎所有代谢都在酶催化下进行几乎所有代谢都在酶催化下进行n疾病的表现就是代谢异常疾病的表现就是代谢异常n许多代谢异常是由先天性许多代谢异常是由先天性/继发性酶活异常继发性酶活异常引起引起生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶与
25、医学的关系酶与医学的关系n酶与疾病酶与疾病n遗传性疾病:关键酶的突变遗传性疾病:关键酶的突变苯丙氨酸羟化酶缺乏苯丙氨酸羟化酶缺乏-PKU酪氨酸酶缺陷酪氨酸酶缺陷白化病白化病生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶与医学的关系酶与医学的关系n酶和疾病酶和疾病78年美国人民圣殿教年美国人民圣殿教900集体自杀集体自杀朱令铊中朱令铊中毒毒生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶与医学的关系酶与医学的关系n酶与诊断酶与诊断n目前血清中上百种酶用于临床诊断:目前血清中上百种酶用于临床诊断:AST/GOT-heart ALT/GPT-liver LDH -heart,liver,cancer,生生 物物 化化 学学 第六章第六章 酶酶厚德 博学 精诚 济世酶与医学的关系酶与医学的关系n酶与治疗酶与治疗 n酶替代疗法:酶替代疗法:n消化酶类:消化酶类:多酶片多酶片n抗炎清创酶类:抗炎清创酶类:溶菌酶溶菌酶n抗栓酶类:尿激酶抗栓酶类:尿激酶n抗氧化酶类:抗氧化酶类:SODn抗肿瘤细胞生长的酶类:天冬酰胺酶抗肿瘤细胞生长的酶类:天冬酰胺酶n基因治疗:基因治疗:n严重复合免疫缺陷综合征严重复合免疫缺陷综合征(SCID):腺苷脱氨酶:腺苷脱氨酶(ADA)
限制150内