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1、第三章第三章 酶酶EnzymeEnzyme本章主要內容本章主要內容p第一節(jié)第一節(jié) 概述概述p第二節(jié)第二節(jié) 酶的作用特點酶的作用特點p第四節(jié)第四節(jié) 影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素p第五節(jié)第五節(jié) 酶和醫(yī)學的關系酶和醫(yī)學的關系酶為生酶為生活添姿活添姿彩彩第一節(jié)第一節(jié) 概述概述重點：酶的概念與化學本質，輔酶重點：酶的概念與化學本質，輔酶/ /輔基輔基p19261926年，年，James B. SumnerJames B. Sumner發(fā)現(xiàn)脲酶是一發(fā)現(xiàn)脲酶是一個純的個純的蛋白質蛋白質；并于；并于19371937年再次發(fā)現(xiàn)過氧年再次發(fā)現(xiàn)過氧化氫酶也是蛋白質。隨后發(fā)現(xiàn)的化氫酶也是蛋白質。隨后發(fā)

2、現(xiàn)的2 2千余種千余種酶均證明是蛋白質。酶均證明是蛋白質。19461946年度年度諾貝爾化學獎諾貝爾化學獎p1980s1980s，Thomas R. Thomas R. CechCech和和Sidney AltmanSidney Altman分別分別在四膜蟲和細菌研究中發(fā)現(xiàn)：在四膜蟲和細菌研究中發(fā)現(xiàn)：RNARNA具有催化作具有催化作用用，并提出了，并提出了核酶核酶的概念。的概念。p19941994年，年，Gerald.F.JoyceGerald.F.Joyce等發(fā)現(xiàn)了具有催化活等發(fā)現(xiàn)了具有催化活性的性的DNADNA（為人工合成），稱為（為人工合成），稱為脫氧核酶脫氧核酶。Thomas R. C

3、echSidney Altman1989年度年度諾貝爾化學獎諾貝爾化學獎p概念：酶是具有概念：酶是具有催化功能催化功能的生物分子的生物分子。* * 酶促反應：由酶催化的反應酶促反應：由酶催化的反應* * 底物（底物（substrate)substrate)：酶所催化的物質：酶所催化的物質* * 產物（產物（product)product)：酶所催化的底物的轉變物：酶所催化的底物的轉變物SPEp酶的化學本質：酶的化學本質：幾乎所有酶均為幾乎所有酶均為蛋白質蛋白質，部分為，部分為核酸核酸。u核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)：具有催化功能的具有催化功能的RNARNA。一、酶的化學組成

4、一、酶的化學組成蛋白質部分：酶蛋白蛋白質部分：酶蛋白非蛋白質部分：非蛋白質部分：輔助因輔助因子子全酶全酶 holoenzymeholoenzyme單純酶：單純酶：指僅由氨基酸殘基組成的酶。如淀粉酶等。指僅由氨基酸殘基組成的酶。如淀粉酶等。結合酶結合酶apoenzymeapoenzymecofactorcofactorp按照分子組成分為兩種：按照分子組成分為兩種：p從化學本質上來講，輔助因子可分為兩類：從化學本質上來講，輔助因子可分為兩類：金屬離子：金屬離子：是最常見的輔助因子，約是最常見的輔助因子，約2/32/3的的酶含有金屬離子。酶含有金屬離子。金屬酶：金屬酶：金屬離子和酶結合緊密。金屬離子

5、和酶結合緊密。金屬激活酶：金屬激活酶：金屬離子與酶的結合不甚緊密。金屬離子與酶的結合不甚緊密。小分子有機化合物：小分子有機化合物：通常為維生素或其體內通常為維生素或其體內代謝轉變生成的衍生物。代謝轉變生成的衍生物。p按照與酶蛋白的結合程度，輔助因子又可按照與酶蛋白的結合程度，輔助因子又可分為：分為：輔酶輔酶(Coenzyme)(Coenzyme)：與酶蛋白結合疏松與酶蛋白結合疏松，可用可用透析或超濾方法透析或超濾方法除去。除去。輔基輔基(Prosthetic group)(Prosthetic group)：與酶蛋白結合緊密與酶蛋白結合緊密，不能用不能用透析或超濾法透析或超濾法除去。除去。二、

6、酶的命名和分類二、酶的命名和分類（一）酶的命名（一）酶的命名習慣命名，系統(tǒng)命名、習慣命名，系統(tǒng)命名、1.1.習慣命名習慣命名按底物按底物：脂肪酶、蛋白酶，加上來源，胰：脂肪酶、蛋白酶，加上來源，胰蛋白酶蛋白酶按反應類型按反應類型：脫氫酶、轉氨酶：脫氫酶、轉氨酶2.2.系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名EC.2.7.1.1,ATP:EC.2.7.1.1,ATP:葡萄糖磷酸基轉移酶葡萄糖磷酸基轉移酶（二）酶的分類1.氧化還原酶2.轉移酶3.水解酶4.裂解酶5.異構酶6.合成酶第二節(jié)第二節(jié) 酶催化作用的特點酶催化作用的特點重點：酶的特性重點：酶的特性與一般催化劑的共性SPE1.1.在催化反應的過程中自身的質和量保持不

7、變；在催化反應的過程中自身的質和量保持不變；2.2.只能催化熱力學上允許的反應；只能催化熱力學上允許的反應；3.3.只能縮短達到化學平衡的時間，但不改變反只能縮短達到化學平衡的時間，但不改變反應的平衡點即平衡常數(shù)；應的平衡點即平衡常數(shù)；4.4.加速反應的機制都是加速反應的機制都是降低反應的活化能降低反應的活化能。底物底物 催化劑催化劑 反應溫度反應溫度 反應速度常數(shù)反應速度常數(shù)尿素尿素 H + 62 7.4 10-7 脲酶脲酶 21 5.0 106過氧化氫過氧化氫 Fe 2+ 22 56 過氧化氫酶過氧化氫酶 22 3.5 107 酶的催化效率比非催化反應高約酶的催化效率比非催化反應高約101

8、08 810102020倍，倍，比一般催化劑高約比一般催化劑高約10107 710101313倍。倍。一、高度的催化效率一、高度的催化效率酶催化高效率的原因：酶比一般催化劑酶催化高效率的原因：酶比一般催化劑能更有能更有效地降低反應活化能效地降低反應活化能，促進底物形成過渡態(tài)而，促進底物形成過渡態(tài)而加快反應速度。加快反應速度。 活化能：活化能：分子從初態(tài)轉變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能分子從初態(tài)轉變?yōu)榧せ顟B(tài)所需的能量。量。高度專一性：高度專一性：即即酶對底物的高度選擇性或特異性酶對底物的高度選擇性或特異性。 即一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一即一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學鍵，催化一定的化

9、學反應，生成一定的化學鍵，催化一定的化學反應，生成一定的產物。定的產物。 常見類型：常見類型： 絕對專一性絕對專一性 相對專一性相對專一性 立體異構體專一性立體異構體專一性二、高度的特異性二、高度的特異性絕對特異性：絕對特異性：即一種酶只作用于一種特定結構的底即一種酶只作用于一種特定結構的底物，催化一種特定反應，生成一種特定結構的產物。物，催化一種特定反應，生成一種特定結構的產物。相對特異性相對特異性：即酶作用于一類化合物或一種化學鍵。即酶作用于一類化合物或一種化學鍵。R R1 1: Lys, : Lys, ArgArgR R2 2: : 不是不是ProProR R3 3: Tyr, Trp,

10、 Phe: Tyr, Trp, PheR R4 4: : 不是不是 ProPro立體異構特異性立體異構特異性胡索酸酶胡索酸酶反丁烯二酸反丁烯二酸(延胡索酸延胡索酸)蘋果酸蘋果酸 酶促反應受多種因素的調控，以適應機體酶促反應受多種因素的調控，以適應機體對不斷變化的內外環(huán)境和生命活動的需要。對不斷變化的內外環(huán)境和生命活動的需要。 酶的調節(jié)方式主要包括酶的調節(jié)方式主要包括酶含量酶含量和和酶活性酶活性的的調節(jié)。調節(jié)。 基本模式：各種細胞內外環(huán)境因素基本模式：各種細胞內外環(huán)境因素 調調節(jié)酶的節(jié)酶的活性活性和和含量含量 調節(jié)代謝等過程。調節(jié)代謝等過程。三、酶活性的可調節(jié)性三、酶活性的可調節(jié)性 多數(shù)酶是蛋白

11、質等生物大分子，因此酶的多數(shù)酶是蛋白質等生物大分子，因此酶的作用條件一般比較溫和，在中性作用條件一般比較溫和，在中性pHpH、常溫、常溫和常壓下進行，強酸、強堿、高溫條件均和常壓下進行，強酸、強堿、高溫條件均易使酶發(fā)生變性而失去活性。易使酶發(fā)生變性而失去活性。四、酶活性的不穩(wěn)定性四、酶活性的不穩(wěn)定性第三節(jié)第三節(jié) 酶的作用機制及調節(jié)酶的作用機制及調節(jié)了解：活性中心，酶原與激活了解：活性中心，酶原與激活p酶的活性中心：酶的活性中心：酶分子中酶分子中某些必需基團在一級結構某些必需基團在一級結構上可能相距很遠，但在空上可能相距很遠，但在空間結構上彼此靠近，形成間結構上彼此靠近，形成具有特定空間結構的區(qū)

12、域，具有特定空間結構的區(qū)域，能能與底物特異結合與底物特異結合并并催化催化底物轉化為產物底物轉化為產物，這一區(qū)，這一區(qū)域稱為酶的活性中心或活域稱為酶的活性中心或活性部位。性部位。p酶的活性中心是酶分子執(zhí)酶的活性中心是酶分子執(zhí)行其催化功能的部位行其催化功能的部位。一、酶的活性中心一、酶的活性中心(active center)(active center)胰蛋白酶胰蛋白酶 (Trypsin in Pancreas)p必需基團：必需基團：指酶分子中氨基酸殘基側鏈上的一些指酶分子中氨基酸殘基側鏈上的一些與酶與酶催化活性密切相關的化學基團催化活性密切相關的化學基團。胰凝乳蛋白酶的活性中心胰凝乳蛋白酶的活性

13、中心Chymotrypsin Active center一級結構一級結構空間結構空間結構活性中心活性中心所有基團活性中心內活性中心外的必需基團：維持酶空間構象等必需基團結合基團：結合底物其它催化基團：催化底物轉變成產物p酶分子中的化學基團酶分子中的化學基團：p酶原酶原(zymogen)(zymogen)：在細胞內合成和初分泌的在細胞內合成和初分泌的無活性無活性的的酶的前體酶的前體。p酶原激活：酶原激活：在一定條件下，由在一定條件下，由無活性的酶原無活性的酶原轉變?yōu)檗D變?yōu)橛写哂写呋钚缘拿富钚缘拿傅倪^程，其的過程，其實質實質是酶的活性中心是酶的活性中心形成或暴露的過程。形成或暴露的過程。二、二

14、、 酶原及其激活酶原及其激活p生理意義：生理意義：可視為有機體對酶活性的一種特殊調節(jié)方式，可視為有機體對酶活性的一種特殊調節(jié)方式，保證酶在需要時在適當?shù)牟课?、適當?shù)臅r間保證酶在需要時在適當?shù)牟课?、適當?shù)臅r間發(fā)揮作用，避免在不需要時發(fā)揮活性而對組發(fā)揮作用，避免在不需要時發(fā)揮活性而對組織細胞造成損傷。酶原還可以視為酶的一種織細胞造成損傷。酶原還可以視為酶的一種貯存形式。貯存形式。p常見實例：常見實例：在消化系統(tǒng)、凝血系統(tǒng)中的消化酶原、凝血在消化系統(tǒng)、凝血系統(tǒng)中的消化酶原、凝血酶原。酶原。第四節(jié)第四節(jié) 影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素 - - 影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素一、

15、底物濃度對酶促反應速度的影響一、底物濃度對酶促反應速度的影響svVm0 當當SS較低時，較低時，V V與與SS成正比；反應為一級反成正比；反應為一級反應。應。 隨著隨著SS的增高，的增高， V V不再成正比例加速；為混合不再成正比例加速；為混合級反應。級反應。 當當SS高達一定程度，高達一定程度，V V達最大；為零級反應。達最大；為零級反應。p當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度即當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度即 S E S E ，反應速度和酶濃度變化呈正比。反應速度和酶濃度變化呈正比。二、酶濃度對酶促反應速度的影響二、酶濃度對酶促反應速度的影響VmE0三、溫度對酶促反應速度的影響三、溫度對酶促反應速度的影響最

16、適溫度最適溫度雙重效應雙重效應：升高溫度一方面可：升高溫度一方面可加快酶促反應加快酶促反應速度速度，同時也，同時也增加酶變性增加酶變性的機會。的機會。最適溫度最適溫度：酶促反應速率最快時反應體系的：酶促反應速率最快時反應體系的溫度溫度。不是酶的特征性常數(shù)不是酶的特征性常數(shù)。四、四、pHpH值對酶促反應速度的影響值對酶促反應速度的影響最適pH值最適最適pHpH值值：酶催化活性最高時反應體系的：酶催化活性最高時反應體系的pHpH。五、激活劑對酶促反應速度的影響五、激活劑對酶促反應速度的影響激活劑：激活劑：使酶從無活性變?yōu)橛谢钚裕蚴姑笍臒o活性變?yōu)橛谢钚?，或使酶活性增加的物質。如：使酶活性增加的物質

17、。如：金屬離子：金屬離子：MgMg2+2+ 、 K K+ +、 MnMn2+2+陰離子：陰離子：ClCl- -有機物：膽汁酸鹽有機物：膽汁酸鹽分為：分為：必需激活劑：沒有就不行必需激活劑：沒有就不行非必需激活劑：沒有也可以，就是非必需激活劑：沒有也可以，就是速度慢，有就更好速度慢，有就更好六、抑制劑對酶促反應速度的影響六、抑制劑對酶促反應速度的影響抑制劑抑制劑：凡能使酶催化活性下降而不引起：凡能使酶催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質。酶蛋白變性的物質。抑制劑與變性劑的抑制劑與變性劑的區(qū)別區(qū)別：抑制劑抑制劑對酶有一定的對酶有一定的選擇性選擇性，而變性劑，而變性劑對酶沒有選擇性對酶沒有選擇性不可

18、逆抑制不可逆抑制可逆抑制可逆抑制 競爭性抑制競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制反競爭性抑制抑制的類型抑制的類型：（一）不可逆抑制（一）不可逆抑制抑制劑通常以抑制劑通常以共價鍵共價鍵與酶蛋白活性中心上的與酶蛋白活性中心上的必需基團結合，使酶活性消失。必需基團結合，使酶活性消失。不能用透析、超濾方法去除抑制劑。不能用透析、超濾方法去除抑制劑。p實例實例1 1：有機磷農藥中毒：有機磷農藥中毒機制：機制：有機磷抑制膽堿酯酶有機磷抑制膽堿酯酶（與酶分子上的羥基結（與酶分子上的羥基結合）合）酶失活酶失活乙酰膽堿積蓄乙酰膽堿積蓄中毒。中毒。解毒：可用解磷定解毒解毒：可用解磷定解毒PXROROO+

19、E-OHPOROROOEHXPOROROOE+NCH3CHNOHE-OHNCH3CHNO+POOROR+有機磷化合物羥基酶磷酰化酶(失活)解磷定磷?；?失活)*有機磷農藥：敵百蟲、敵敵畏、樂果殺蟲劑有機磷農藥：敵百蟲、敵敵畏、樂果殺蟲劑10591059等等（二）可逆抑制（二）可逆抑制競爭性抑制競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制反競爭性抑制p抑制劑與酶蛋白通過抑制劑與酶蛋白通過非共價鍵非共價鍵可逆性結合，使可逆性結合，使酶活性降低或消失。酶活性降低或消失。p可用透析或超濾方法將抑制劑除去?？捎猛肝龌虺瑸V方法將抑制劑除去。 競爭性抑制競爭性抑制(Competitive inhibit

20、ion)抑制劑與底物結構相似抑制劑與底物結構相似，可與底物競爭酶的，可與底物競爭酶的活性中心，與酶形成可逆的活性中心，與酶形成可逆的EIEI復合物，減少復合物，減少酶與底物結合的機會，從而抑制酶活性。酶與底物結合的機會，從而抑制酶活性。該抑制作用可通過增加底物濃度來解除。該抑制作用可通過增加底物濃度來解除。抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及I/SI/S。非競爭性抑制非競爭性抑制(Noncompetitive inhibition)抑制劑抑制劑與酶活性中心以外的部位結合與酶活性中心以外的部位結合，不影響，不影響酶與底物的結合，抑制劑與底物無競爭關系。酶與

21、底物的結合，抑制劑與底物無競爭關系。抑制程度抑制程度取決于抑制劑的濃度取決于抑制劑的濃度。第五節(jié)第五節(jié) 酶與醫(yī)學的關系酶與醫(yī)學的關系酶缺乏或異常引起的疾病酶缺乏或異常引起的疾病酶酶 疾疾 病病苯丙氨酸羥化酶苯丙氨酸羥化酶 苯丙酮酸尿苯丙酮酸尿癥癥6-6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶 蠶豆病蠶豆病酪氨酸酶酪氨酸酶 白化病白化病細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶 氰化物中毒氰化物中毒膽堿酯酶膽堿酯酶 有機磷中毒有機磷中毒1. 1. 酶與疾病的發(fā)生酶與疾病的發(fā)生酶的結構、含量與活性的異常均可能導致酶的活性酶的結構、含量與活性的異常均可能導致酶的活性或功能異常，進而引發(fā)某些疾病。或功能異常，進而引發(fā)某些

22、疾病。臨床診斷部分常用酶臨床診斷部分常用酶酶酶 主要臨床應用主要臨床應用谷丙轉氨酶谷丙轉氨酶 肝實質疾患肝實質疾患谷草轉氨酶谷草轉氨酶 心肌梗塞、肝實質疾患心肌梗塞、肝實質疾患膽堿酯酶膽堿酯酶 有機磷中毒有機磷中毒乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 心肌疾患、肝實質疾患心肌疾患、肝實質疾患淀粉酶淀粉酶 胰腺疾病胰腺疾病堿性磷酸酶堿性磷酸酶 骨病、肝膽疾患骨病、肝膽疾患胰蛋白酶胰蛋白酶( (原原) ) 胰腺疾病胰腺疾病肌酸激酶肌酸激酶 心肌梗塞、肌肉疾患心肌梗塞、肌肉疾患醛縮酶醛縮酶 肌肉疾病肌肉疾病 酸性磷酸酶酸性磷酸酶 前列腺癌、骨病前列腺癌、骨病谷氨酰轉移酶谷氨酰轉移酶 肝實質病變、酒精中毒肝實質病變、

23、酒精中毒2. 2. 酶與疾病的診斷酶與疾病的診斷血清酶活性血清酶活性測定測定用于臨床疾病診斷。用于臨床疾病診斷。酶作為試劑用于臨床檢驗和科學研究。酶作為試劑用于臨床檢驗和科學研究。3. 3. 酶與疾病的治療酶與疾病的治療 一些酶可以作為藥物一些酶可以作為藥物直接用于臨床疾病治療直接用于臨床疾病治療： 消化不良：胃酶、胰酶消化不良：胃酶、胰酶 預防血栓形成：尿激酶、鏈激酶、纖溶酶預防血栓形成：尿激酶、鏈激酶、纖溶酶 許多酶也作為許多酶也作為疾病治療和藥物設計的靶點疾病治療和藥物設計的靶點： 如：磺胺藥以二氫葉酸合成酶為作用靶點如：磺胺藥以二氫葉酸合成酶為作用靶點 測試題測試題1 1、下列關于酶活

24、性中心的敘述，正確的是、下列關于酶活性中心的敘述，正確的是A A所有酶的活性中心都含有輔酶所有酶的活性中心都含有輔酶 B B所有酶的活性中心都含有金屬離子所有酶的活性中心都含有金屬離子C C酶的必需基團都位于活性中心內酶的必需基團都位于活性中心內 D D所有的抑制劑都作用于酶的活性中心所有的抑制劑都作用于酶的活性中心E E所有的酶都有活性中心所有的酶都有活性中心2 2、輔酶與酶的結合比輔基與酶的結合更為、輔酶與酶的結合比輔基與酶的結合更為( )( ) A A、緊、緊 B B、松、松 C C、專一、專一 D D、不專一、不專一3 3、下列關于輔基的敘述哪項是正確的？、下列關于輔基的敘述哪項是正確

25、的？( )( ) A A、是一種結合蛋白質、是一種結合蛋白質 B B、是一種金屬離子、是一種金屬離子 C C、與酶蛋白的結合比較疏松、與酶蛋白的結合比較疏松 D D、一般不能用透析和超濾法與酶蛋白分開、一般不能用透析和超濾法與酶蛋白分開4 4、酶具有高度催化能力的原因是、酶具有高度催化能力的原因是( )( )A A、酶能降低反應的活化能、酶能降低反應的活化能 B B、酶能催化熱力學上不能進行的反應、酶能催化熱力學上不能進行的反應C C、酶能改變化學反應的平衡點、酶能改變化學反應的平衡點 D D、酶能提高反應物分子的活化能、酶能提高反應物分子的活化能5 5、具有生物催化劑特征的核酶、具有生物催化劑特征的核酶(ribozyme)(ribozyme)其其化學本質是（化學本質是（ ）A A、蛋白質、蛋白質 B B、RNA RNA C C、DNA DNA D D、糖蛋白、糖蛋白一、名詞解釋一、名詞解釋1.1.酶酶 2. 2.酶原酶原 3. 3.競爭性抑制劑競爭性抑制劑 4. 4.輔基輔基/ /輔酶輔酶二、填空題：二、填空題：1.1.酶催化作用的特點是酶催化作用的特點是 、 、 、 。2.2.影響酶促反應的因素有影響酶促反應的因素有 、 、 、 、 。三、問答題：三、問答題：1.1.何謂酶原激活？試述酶原激活的機理及其生理意義。何謂酶原激活？試述酶原激活的機理及其生理意義。