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1、第一节第一节 酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能一、酶的分子组成一、酶的分子组成酶的本质酶的本质具有蛋白质的一切物理化学性质。具有蛋白质的一切物理化学性质。1.按化学组成分按化学组成分单纯酶（单纯酶（simple enzyme）完全由氨基酸组成，活性由蛋白质结构决定。完全由氨基酸组成，活性由蛋白质结构决定。如：蛋白酶、脂酶、淀粉酶，核糖核酸酶如：蛋白酶、脂酶、淀粉酶，核糖核酸酶结合酶（全酶）（结合酶（全酶）（conjugated enzyme）1第1页/共23页一、酶的分子组成一、酶的分子组成酶（蛋白质）的化学性质酶（蛋白质）的化学性质u水解产物是氨基酸水解产物是氨基酸u具有蛋白质的呈色反应
2、具有蛋白质的呈色反应u具有电泳特征具有电泳特征u具有蛋白质沉淀反应具有蛋白质沉淀反应u蛋白质变性蛋白质变性2第2页/共23页蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)辅基辅基辅酶辅酶全酶全酶(holoenzyme)一、酶的分子组成一、酶的分子组成酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有催化活酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有催化活性。性。酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、原子或某些化学基团酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体决定反应的性质的载体决
3、定反应的性质。全酶全酶 =酶蛋白酶蛋白 +辅助因子辅助因子3第3页/共23页2.辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋白结合的紧密程度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，可用透析或超滤的透析或超滤的方法分离。方法分离。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，不能用透析或超透析或超滤的方法分离滤的方法分离。4第4页/共23页辅助因子辅助因子小分子有机化合物小分子有机化合物 (B族维生素或其衍生物）族维生素或其衍生物）无机金属离子无机金属离子一、酶的分子组成一、酶的分子组成无机金属离子在结
4、合酶中的作用无机金属离子在结合酶中的作用1.参与组成酶的活性中心。参与组成酶的活性中心。2.在酶与底物之间起桥梁作用。在酶与底物之间起桥梁作用。3.维持酶分子发挥作用所必须的构象，稳定构象。维持酶分子发挥作用所必须的构象，稳定构象。4.中和阴离子、降低反应中的静电斥力。中和阴离子、降低反应中的静电斥力。5第5页/共23页一、酶的分子组成一、酶的分子组成一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合成一种特异的酶。一种辅助因子可以与不同的酶蛋白结合构成多种不同的特异酶。酶蛋白酶蛋白辅助因子辅助因子全酶全酶决定酶的特异性和决定酶的特异性和高效性。高效性。决定酶促反应的性决定酶促反应的性质。质。6第6页/共23页
5、二、酶的活性中心（二、酶的活性中心（active center）1.必需基团必需基团一小部分与酶的活性密切相关的基团称为酶的一小部分与酶的活性密切相关的基团称为酶的必需基团（必需基团（essential group）。）。催化基团催化基团（catalytic group）必需基团必需基团 结合基团结合基团（binding group）催化基团催化基团影响底物分子中某些化学键的稳定性，促进底物转化为产物。结合基团结合基团与底物结合生成酶-底物复合物。7第7页/共23页常见的必需基团常见的必需基团主要包括：主要包括：丝氨酸的羟基丝氨酸的羟基半胱氨酸的巯基半胱氨酸的巯基谷氨酸的羧基谷氨酸的羧基组氨酸
6、的咪唑基。组氨酸的咪唑基。二、酶的活性中心（二、酶的活性中心（active center）8第8页/共23页2.酶的活性中心酶的活性中心存在于酶分子中的必需基团，空间上彼此靠近形成一定的空间结存在于酶分子中的必需基团，空间上彼此靠近形成一定的空间结构区域，这个区域能与底物特异结合并将底物转化为产物，起催构区域，这个区域能与底物特异结合并将底物转化为产物，起催化作用的空间区域，称为化作用的空间区域，称为酶的活性中心。酶的活性中心。二、酶的活性中心（二、酶的活性中心（active center）9第9页/共23页底底 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
7、团 活性中心活性中心 10第10页/共23页*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是结合基团；是结合基团；*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心形成的裂隙中。中心形成的裂隙中。溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心11第11页/共23页3.活性中心以外的其余结构活性中心以外的其余结构二、酶的活性中心（二、酶的活性中心（active center）维系活性中心的三维结构骨架。维系活性中心的三维结构骨架。与底物结合，释放能量，推动反应进行。与底物结合，释放能量，推动反应进
8、行。决定酶促反应的特异性。决定酶促反应的特异性。调控酶的活性（调节区）。调控酶的活性（调节区）。不同酶分子的活性中心结构不同，只能结合与之适应的底物，发生不同酶分子的活性中心结构不同，只能结合与之适应的底物，发生一定的化学反应。一定的化学反应。-酶催化专一性酶催化专一性酶蛋白变性或活性中心被破坏，酶蛋白变性或活性中心被破坏，酶就失去活性。酶就失去活性。12第12页/共23页三、酶原及酶原激活三、酶原及酶原激活1.酶原：酶原：没有催化能力的酶的前体。没有催化能力的酶的前体。2.酶原的激活酶原的激活：酶原在一定条件下转变为有活酶原在一定条件下转变为有活性的酶的过程。性的酶的过程。酶原的激活的实质是
9、酶的活性中心形成和暴酶原的激活的实质是酶的活性中心形成和暴露的过程露的过程。13第13页/共23页在肠激酶的作用下在肠激酶的作用下切除切除N末端的六末端的六肽，形成酶的活性肽，形成酶的活性中心。中心。14胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活第14页/共23页赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶的激活过程胰蛋白酶的激活过程胰蛋白酶的激活过程胰蛋白酶的激活过程15第15页/共23
10、页4.酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义：避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，防止组织自溶，又可使酶到达特定部位发挥催化作用。如：胰蛋白酶、凝血酶如：胰蛋白酶、凝血酶3.酶原的自身催化作用酶原的自身催化作用有些酶对其自身的酶原有激活作用，称为酶原的自身催化作用。胃蛋白酶原胃蛋白酶原H+胃蛋白酶胃蛋白酶16第16页/共23页四、同工酶四、同工酶1.概念概念催化同一化学反应，但酶蛋白的分子结构，理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。催化同一化学反应，但酶蛋白的分子结构，理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。例：乳酸脱氢酶例：乳酸脱氢酶（LDH）。LDH是由两型亚基组成的四聚体酶：骨骼肌型（是由两
11、型亚基组成的四聚体酶：骨骼肌型（M型）和心肌型（型）和心肌型（H型）。型）。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（LDH）MHMM MMM4HMMMM3H1MMHHM2H2MHHHMH3HHHHH417第17页/共23页乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因 a b乳酸脱氢酶同乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4点点样线18第18页/共23页不同组织中不同组织中LDH同工酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨
12、骼肌 血清血清-+原点原点19第19页/共23页不同患者中不同患者中LDH同工酶谱同工酶谱20第20页/共23页2.同工酶在各学科中的应用同工酶在各学科中的应用 (1)(1)遗传学和分类学遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。(2)发育学发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。况，以及个体发育和系统发育的关系。(3)生物化学和生理学生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。解释它们代谢功能的差别。(4)医学和临床诊断医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。21第21页/共23页谢谢大家谢谢大家！22第22页/共23页23感谢您的观看！第23页/共23页