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1 国家医师资格考试 本章要点 酶 1. 酶的催化作用 (1) 酶的分子结构与催化作用 (2) (3) 酶 - 底物复合物 2. 辅酶与酶辅助因子 (1) 维生素与辅酶的关系 (2) 辅酶作用 (3) 金属离子作用 本章要点 酶 本章要点 酶 3. 酶促反应动力学 (1)Km 和 Vmax 的概念 (2) 最适 ph 值和最适温度 4. 抑制剂对酶促反应的抑制作用 (1) 不可逆抑制 (2) 5. 酶活性的调节 (1) 别构调节 (2) 共价修饰 (3) 酶原激活 (4) 同工酶概念 6. 核酶核酶的概念 酶 酶是生物催化剂, 是一种具有生物活性的蛋白质少数 RNA 分子也具有催化功能, 称为核酶酶不改变反应的平衡, 只是通过降低活化能加快反应的速度 酶的催化作用酶的分子结构与催化作用 1. 单纯酶 : 组成除蛋白外无其他成分, 酶的活性决定于蛋白部分 2. 结合酶 : 组成中除蛋白成分外, 还有非蛋白小分子物质 1

2 酶的分子结构与催化作用 酶的分子结构与催化作用 全酶 结合酶 酶蛋白只有全酶才有活性辅助因子 3. 酶的活性中心酶的特殊催化能力只局限在它的大分子的一定区域, 称为酶的活性中心酶的活性中心有两个功能部位 : 酶蛋白决定酶反应的专一性及高效性辅助因子传递电子 原子或某些化学基团 (1) 结合部位 : 底物结合到酶分子上的部位 (2) 催化部位 : 底物发生一定化学变化部位 酶的分子结构与催化作用 4. 必需基团 与酶活性密切相关的酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团 必需基团 活性中心内必需基团酶发挥催化作用的有效基团 活性中心外的必需基团维持酶活性中心应有的空间构象 高度特异 高效率 不稳定和可调节 ( 一 ) 高度特异性 ( 专一性 ) 指酶对所作用的底物有严格的选择性一种酶只能对一种底物或某一类物质起催化作用 ( 一 ) 高度特异性 ( 专一性 ) 类型 : 1. 结构专一性根据酶对底物选择程度的不同又可分为两类 1 绝对专一性 : 指酶对底物的要求非常严格, 只作用于一种底物 2 相对专一性 : 可作用一类结构相近的底物 包括基团专一性和键专一性 ( 一 ) 高度特异性 ( 专一性 ) 2. 立体异构专一性酶只能对底物的立体异构体中的一种起作用, 对另一种无作用 1 旋光异构专一性 2 几何异构专一性 2

3 ( 二 ) 高度催化效率 酶具有极高的催化效率, 比一般催化剂高 10 5 ~10 13 倍 ( 三 ) 高度不稳定性 绝大多数酶的本质是蛋白质, 凡是能使蛋白质变性的因素, 如高温 高压 强酸 强碱等都会使酶丧失活性 ( 四 ) 酶活力的调节控制 酶活力是受调节控制的, 包括抑制调节 共价修饰调节 反馈调节 酶原激活及激素的调节控制等 诱导契合 学说 : 当酶分子与底物分子接 近时, 酶蛋白受底物分子诱导, 其构象发生有利 底物结合的变化, 酶与底物在此基础上互补契合 进行反应 E + 酶一底物复合物 E 酶底物复合物 E + P 辅酶与酶辅助因子 辅助因子又分为辅基与辅酶辅酶与酶蛋白结合疏松, 可用透析或超滤的方法除去辅助因子的构成 : 金属离子小分子有机物构成的作用许多 B 族维生素参与辅助因子的构成 维生素与辅酶的关系 维生素 辅酶形式 参与构成的酶 B1 TPP 酮酸氧化脱羧酶 B2 FMN FAD 黄素酶辅酶 PP NAD+ NADP+ 脱氢酶辅酶 B6 磷酸吡哆醛 ( 胺 ) 氨基酸转氨酶脱羧酶 维生素与辅酶的关系 维生素 辅酶形式 参与构成的酶 泛酸 HCoA( 辅酶 A) 转酰基酶 /ACP 生物素生物素羧化酶 叶酸四氢叶酸一碳单位载体 B12 甲基钴胺素等转甲基酶等维生素 C (L- 抗坏血酸 ) 参与氧化还原反应 羟化反应等 3

4 辅酶作用 金属离子作用 在反应中起运载体的作用, 传递 电子 质子或其他基团 1. 稳定酶的构象 2. 参与催化反应, 传递电子 3. 在酶与底物间起桥梁作用 4. 中和阴离子, 降低反应中的静电斥力等 酶促反应动力学 动力学是研究各种因素对酶促反应速度的影响, 并加以定量的阐述影响因素包括 : 酶浓度 底物浓度 ph 温度 抑制剂 激活剂等 底物浓度的影响 Km 和 Vmax 的概念 ( 一 ) 米氏方程 描述底物浓度与反应速度的关系 V max [] V = K m + [] V: 不同 [] 时的反应速度 V max : 最大反应速度 []: 底物浓度 K m : 米氏常数 Km 和 Vmax 的概念 ( 二 ) 米氏常数 1. 概念 :Km 就是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度, 单位是 mol/l 2. 米氏常数的意义 (1) 米氏常数是酶的特征常数之一与酶的结构 催化的底物及环境因素有关, 与酶的浓度无关 Km 和 Vmax 的概念 ( 二 ) 米氏常数 2. 米氏常数的意义 (2) 判断酶与底物亲和力的大小 Km 值小, 说明酶与底物亲和力大 酶促反应愈易进行 (3) 判断酶的天然底物或最适底物 (4) 判断正逆两向反应的催化效率 (5) 求出达到规定反应速度的底物浓度, 或根据已知底物浓度求出反应速度 4

5 Km 和 Vmax 的概念 ( 三 )V max V m 是酶完全被底物饱和时的反应速度, 与酶浓度成正比 最适温度和最适 ph 值 ( 一 ) 温度对酶促反应有双重的影响 1. 升高温度能加速化学反应的进行 2. 继续升高温度能加速酶的变性而使酶失活 3. 最适温度 : 在某一温度范围时酶促反应速度 最大, 此温度称为酶作用的最适温度 人体内酶最适温度多在 37 左右 最适温度和最适 ph 值 ( 二 ) 在溶液一定 PH 范围内酶表现催化活性 最适 ph: 酶催化活性最大时溶液的 ph 称酶作用的最适 ph 过酸或过碱则可使酶完全失去活性 各种酶的最适 ph 不同, 人体内大多数酶的最适 ph 在 之间 抑制剂对酶促反应的抑制不可逆抑制 ( 一 ) 概念 这类抑制剂以比较牢固的共价键与酶蛋白中的基团结合使酶失活, 不能用透析 超滤等物理方法除去抑制剂来恢复酶活性 不可逆抑制 1. 非专一性不可逆抑制抑制剂可与酶分子中的一类或几类基团反应, 抑制酶的活性或使酶失活如重金属离子及有机砷化合物等对巯基酶的抑制, 解毒用二巯基丙醇 (BAL) 不可逆抑制 2. 专一性不可逆抑制剂 抑制剂仅仅和酶活性部位的有关基团反应从而抑制酶的活性 有机磷杀虫剂能特异性地与酶 ( 如胆碱酯酶 ) 活性中心上的羟基结合, 抑制酶活性 解毒 : 解磷定 氯磷定 5

6 ( 一 ) 概念 抑制剂与酶非共价结合, 可以用透析 超滤等简单物理方法除去抑制剂来恢复酶的活性, 因此是可逆的 1. 竞争性抑制抑制剂与底物的结构相似, 与底物竞争酶的活性中心, 阻碍酶与底物结合使酶的活性降低, 此抑制作用称为竞争性抑制作用 增加底物浓度抑制作用减弱 反应模式 E + + I EI Vmax 不变, Km 增加 E E + P 2. 非竞争性抑制某些抑制剂与底物结构并不相似, 与酶活性中心以外的必需基团结合, 生成 E I 复合物不能释放产物, 这种抑制作用称为非竞争性抑制 磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶 非竞争性抑制剂与底物并无竞争关系 2. 非竞争性抑制 反应模式 E+ E E+P + + I I EI+ E I Km 不变, Vmax 降低 3. 反竞争催抑制 某些抑制剂只与 E 结合生成 EI 复合物, 不能释放出产物导致酶促反应速度下降, 这种抑制作用称为非竞争性抑制 反应模式 E+ E E+P + I E I 6

7 酶活性的调节别构调节 1. 概念 : 一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合, 使酶构象改变, 从而改变酶的催化活性, 此种调节方式称别构调节 2. 别构效应剂 : 导致别构效应的代谢物称为别构效应剂 别构调节 3. 别构酶 : 受别构调节的酶称为别构酶催化部位 : 与底物结合别构酶调节部位 : 与别构剂结合 共价修饰 在其他酶的催化下某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合, 从而改变酶的活性, 此过程称为共价调节或化学修饰最常见类型磷酸化与脱磷酸化在共价调节过程中, 酶发生无 ( 低 ) 活性与有 ( 高 ) 活性的互变, 该调节有放大作用 酶原与酶原的激活 1. 酶原有些酶 ( 大多为水解酶 ) 在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体称为酶原 2. 酶原的激活在某些物质作用下, 无活性的酶原转变为有活性酶的过程 象 酶原与酶原的激活 3. 酶原激活的本质 : 是活性中心的形 成和暴露的过程 酶原 水解一部分肽段 酶蛋白三维构 改变 形成或暴露活性中心 4. 酶原激活的生理意义 酶原的存在形式对机体是一种保护作用 胰蛋白酶原的激活过程 肠激酶 缬天天天天赖异缬甘 缬天天天天赖 胰蛋白酶 组 46 丝 18 3 缬 异甘组丝 活性中心 7

8 同工酶概念 指能催化相同的化学反应, 但酶蛋白的分子结构 理化性质和免疫学性质不同的一组酶如乳酸脱氢酶可以分为五种同工酶, 用 LDH 1 LDH 5 表示, 在不同的组织器官分布不同 核酶 1. 核酶主要指一类具有催化功能的 RNA 2. 大多数核酶参与 RNA 自身剪切 加工过程 3. 核酶催化效率较低, 是较为原始的催化酶 4. 核酶的发现对于 所有酶都是蛋白质 的传统观念提出了挑战 核酶 5. 核酶的具体作用主要有 : (1) 核苷酸转移作用 (2) 水解反应, 即磷酸二酯酶作用 (3) 磷酸转移反应, 类似磷酸转移酶作用 (4) 脱磷酸作用, 即酸性磷酸酶作用 (5)RNA 内切反应, 即 RNA 限制性内切酶作用 例题分析 1. 下列有关酶的叙述, 正确的是 A. 生物体内的无机催化剂 B. 催化活性都需要特异的辅酶 C. 对底物都有绝对专一性 D. 能显著地降低反应活化能 E. 在体内发挥催化作用时, 不受任何调控 例题分析 2. km 值的概念是 A. 达到 Vmax 所需底物的浓度 B. 与底物毫无关系, C. 酶一底物复合物的解离常数 D. 酶在同一反应中 km 值随浓度而变化 E. 是达到 1/2Vmax 时的底物浓度 例题分析 3. 下列关于酶活性中心的叙述, 正确的是 A. 所有的酶都有活性中心 B. 所有酶的活性中心都含有辅酶 C. 酶的必需基团都位于活性中心之内 D. 所有酶的活性中心都含有金属离子 E. 所有抑制剂全都作用于酶的活性中心 8

9 休息一会 9

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D3Z.s92 第三章酶 酶是生物催化剂, 生命活动离不开酶 学习目标 1. 掌握 : 酶的概念 酶的化学本质 酶作用的特点 酶的活性中心 ; 酶的浓度 底物浓度 温度 ph 激活剂和抑制剂对酶促反应速度的影响 ; 维生素的概念及 B 族维生素与辅酶的关系 2. 熟悉 : 米氏方程和米氏常数的意义 ; 酶原及酶原的激活 ; 同工酶的概念及其应用 3. 了解 : 酶的命名 分类及在医学上的应用 在环境十分温和的生物体内,

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