《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第八章 酶机制及维生素 4学时 教 掌握活性部位特点：别构调控：酶原激活：共价修饰， 学 维生素的概念：分类：生理功能 各种维生素的结构特征、活性形式、功能 的 熟悉底物和酶的邻近效应：底物形变和诱导契合：酸碱 和 催化：共价催化：金属离子催化：多元催化与协同效应 好 维生素缺乏原因 求 了解维生素的来源、性质 酶活性部位特点 教学 别构调控：共价修饰 重点 维生素概念：分类：功能 别构调控 教学 共价修饰 难点 维生素的结构特征 教学过程 讲授结合多媒体课件 P430习题之1、3 作业 P468习题之1、6、8、9、10
教学内容 导言 通过上一章的学习，你已经知道酶是什么，他的特点、分类、命名、标号、影响活力的 六种因素及其影响你也了然于胸，什么？你还有疑问？不知道酶是如何工作的？不知道酶的 话性是如何变化的？不知道铺陈与维生素有何关系？不急，咱们一起看看科学家是怎祥说 的 第八章酶的作用机制及维生素 第一节酶的活性部位 有关概念 必需基团： 对酶活性只有不可替代作用的氨基酸成基及辅助因子。 这些基团若经化学修饰使其改变，则南的活性丧失。 结合基团专一性 活性部位 活性中心必需基团 必需基团 催化基团 催化性质 结构基 维持酶的空间结 为维持活性中心的的象所 称为游活性中心以外的必需基团 常见必需基团：组、赖、天、谷、丝、半、酪、精及辅因子 与酶活性直接相关的区域，叫酶的活性中心/部位 酶分子中与底物结合并使之变化的区城，一 活性中心必需基团在痘分子中的分布区城，一 它是山布线性多链中可能隔很远的氨基酸线基形成的二维小区（为 缝或为凹陷)。活性部位的基团属必需基包 有二种， 一是结合团，其作用是与底物 合，生成藤底物复合物：二是催化基团，其作用是影啊底物分子中某些化学键的意定性， 催化底物发生化学反应并促进底物转变成产物，也有的必需基团同时有这两种功能。 构成腰活性中心的常见基团有组氨酸的咪唑基，丝氨酸的羟基，半就氨酸的疏基等 丝氨酸簧白感家族的败蛋白德、贴旋乳蛋白德和弹性蛋白感，部饿化白质的使之水 解，但底物的专 性山它们的底 结合部位中氨基酸基团的性质所决定 与其作用的底物 五补。像陵蛋白游，在它的底物结合部丝有带负电荷的Ap线基，可与底物侧链上带正尾 荷的L灯和4g相五作用，切断其要基侧：映旋乳蛋白蘑在它的底物结合部位有带小侧链 的氨基酸线基，G孙和S,使底物庞大的芳香的和硫水氯基酸线基得以进入，切所其按 甚：弹样蛋白游有组对大的d和T加不普内荷的复甚酸國能，乃出在的底物结合部 位，阻止了除和G小腐链以外的所有其他氨酸。 活性中心必需基团在空问结构上一定靠近？ 活性中心必需基团在一级结构上一定靠近？ 一、活性部位特点（重点） -般是几个残加辅热
3、与底物的关系是诱导契合。 4、位于地表面裂缝中， 5、与底物通过次级键结合 6,具有可变性或柔性 与整体比较。 二、研究方法（了解） 1、侧链化学修饰法 某基团被修饰后，酶失去活性，为必需基团 2，动力学参数定别 3、X射线品体结构分析法 4、定点诱变法 第二节影响酶催化效率有关因素 一、 酶的作用机理（熟悉） 的作用机制包何同底物结合以收怎样快反应速度两个内容 (一)酶的催化作用是降低分子反应活化能 现代化学反应速度理论是过渡念理论。在一个化学反应体系中，反应物从“初念 到“过渡态”，转变成产物即到达“终态”。“过渡态”是底物分子被激活的不稳定态， 不同于反应中间物，它具有最高能量，又处在一个短暂的分子瞬间，某些化学键正在断 裂和形成并达到能生成产物或再返回生成反应物的程度。 牌催化的反应速度快是降低反应的能垒，即降低底物分子所必须具有的活化能。催 化和非催化反应，其反应物和产物间总的标准自山能差是 样的 活化能：分子山常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol反应物全 部进入活化状念所需的自山能。 反成物能量水华 产物能量水 反应进程 无催化 活化能降低 反应物能量水平 产物能量水平 反应进程 促使化学反应进行的途径： 1用加热或光照给反应体系提供能量。 2.使用催化剂降低反应活化能
酶和一般催化剂的作用就足降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应 速度加快。 （二)中间产物学说 通过与底物结合而降低其反应活化能 E+S ES E+P 中间产物存在的证据： 1.同位素32p标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）： 2.吸收光谱法（过氧化物与过氧化氢结合） 不意图 20世纪初和40年代，科学家就提出了修底物复合物的形成和过授态概念，即E+S →ES→E+P.廖和底物形成中间产物的学说已为实验所证实，月分离到若干种ES 结品。 (二)诱导嵌合学说： 锁钥学说”(Fischer,1890 南的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧帝结合成中间络合物。 诱导嵌合学说(Koshland,1958) 悔活性中心的结构有一定的灵活性，且与底物相近吻合，当底物（或其相 似物产物、竞争性抑制剂等)与酶分子靠近时，诱导蛋白的构象发生了有利于与底物结 合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位咒，这 样使裤与底物完全吻合，结合成中产物。 锁的学说示意图 诱导契合学说示意图 二、影响酶催化效率的因素（熟悉》 游促反应高礼率的原因常常是多种催化机制的综合应用，除做底物结合的诱导梨合假 说外，还有： 1,邻近定向效应：酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性 中心区，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应 底物聚集于活性中心，使有效浓度增加，增加 分子碰撞机会 定向底物的反应基团之何及与催化基团之问的正疏取位 在两个以上底物参与的反应中，山于榜的作用，底物被聚集到脑分子表面，破此用五靠 近并形成正确的定向关系，大大提高了底的的局部度，底被催化的部位定向他对推孽的 活性中心，实际上是将分子向的反应变成类似于分子内的反应，从而大大是高催化效率。 ”与“形变 :酵与底物的结合，不仪酶分子发生构象变化，同样底物分子也会 发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产尘键扭曲，降低了反应活化能， 底物敏感健的电子云受催化基团的亲或排影响，失去平衡，产生张力，发生性变
3.酸碱催化：通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子米达 到加速反应的一类催化。（广义酸碱催化，Bronsted的酸碱定义） 通过高浓度的H或0州的催化叫狭义酸碱催化，如强酸强碳催化水解反应 通过高浓度的H或O州和A或A的催化叫广义酸碱催化。AH质子供体，质子受 蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、统基和酚基。 影响酸成催化反应速度的两种因素：(1)酸或成的强度(K):(2)质子传递的速 度。 Hs的咪唑基最活跃。因为其pK=6,接近体液p值，一半供体，一半受体，酸 皆宜。 4.共价催化：底物分子的一部分与？分子上的活性基团间通过共价结合而形成的中间 物，快速完成反应。 s的酸碱由子理论：酸是可以接受由子对的物质，而成则是可以提供由子对的物质 前者是亲电物质，后者是亲核物质 共价催化又称亲核或亲电子催化实际上也是酸碱催化 采核物质 Ser-OH CH2O:→电 Cys-SH 一CH2—S:+物 His-咪唑堪 N 酶分子中常见的亲核基田有：羟基、蔬基、咪唑基、氨基等 底物分子常见的亲电多 团有 磷基、酰 、糖基等 鸥分子中常见的亲电基田有：质子、镁、锰、铁、锌等离子 底物分子常见的亲核基团有：二氧化碳等 例如ATP水解 0”亲核 H亲电 ADP-P-OI来电 0-酶氧亲核 对底物/电击，得A叩-Pm-过态 0 再解成AD和磷酸，磷酸酶和水发生上述类似反应，得磷酸和酶 在此类过程中，酶分子发生了共价变化 常见反应类型为基团转移和水解反应 反应机制为乒乓反应 5.金属离子催化 作为辅因子（过渡元素）或激活剂（碱或碱土金属）。过渡铁、同、锌、锰等 城及碱土钠、钾、钙、镁等 催化方式：结合底物为反应定向：受给电子参与氧化还原反应 屏蔽底物负电荷：亲电催化 6、微环境的影 牌的活动中心山于微不境的影肩，存在高浓度的酸和高浓度的碱，可以有多种催化 方式，环境有利于反应的进行。 或形成一一个疏水环境，低介电风域： 7、多元催化和协同效应 一种酶有几种基元反应协同作用 基元反应：上述3,4,5、统称。 注意：一种晦是上述其一、其二或其几，但不是7种齐各
第三节酶活性的调节控制 酶活性调节主要有：别构、共价修饰、酶原激活、双关酶等，本节介绍前三种。 一、别构调节（难点） 概念已在第五章介绍 1、举 I)天冬氨酸转氨甲酰裤(ATCase) 氨甲酰磷酸十天冬氨酸一氨甲酰天冬氨酸.一CTP ATP激活 异促效应别构微活 能量水平高，提示成熟，进入分裂 CTP抑制 别粒抑制 提示满足，不再需要， 两个底物有互相促进结合的作用 同保效应 正协同 亥酶有12个亚基 6c6r=3r2+2c3 调节借化 ATCase(天冬氨酸转氨甲酰博)的抑制剂是CTP,激活剂是ATP。 V对天坐标图从中可见：非米氏阵被数活刻的和后成为米氏降出线 (2)3-磷酸甘油醛脱氢 3-磷酸甘油醛十NAD+十磷酸一1,3.二磷酸甘油酸+NADH十H NAD抑制 同促效应 负协同 该酶有四个亚基，结合两个NAD后，与之亲合力下降，不再结合第3,4个， 维持半位反应。 这是一种极端的负快同效应 该酶并不因NAD浓度增大而活性变大。意义在于：有氧时，葡萄糖进行有氧氧 化，由于产能效率高， 不酵解过程加快 有氧时由于呼吸链快 AD浓度高。该酶 反应即可。 无氧时，葡萄语进行无氧氧化，产能效率底，高该促反应加快，但NAD浓 度低，该酶全反应， 2、别构酶性质 1 一般是寡聚南 有一个以上活性部位和调节部 (2)动力学曲线不符合米氏方程米氏、正协同、负协同三种曲线坐标图 负协同表现为底物浓度很低时，即达最大反应速度，但未达真实最大速度。 三者区别用协同指数(CI)或饱和比值(Rs)判断 位点被90%饱和时的] Rs=- 811/ 位点被10%饱和时的S 式中n称为Hi系数 n=1即Rs=81为米氏类型 n>1B即Rs81 为负协同类型 (3)常位于代谢途径的开始或分支点 (4)其效应分K型和V型 加入效应物后，改变K0.5不改变最大反应速度，称K型效应。该效应物称K型效 应物。 K0.5:对于非米氏曲线，速度达最大速度一半时的底物浓度。米氏叫Km
类似于竞争性抑制剂的效应 加入效应物后，改变最大反应速度不改变K0.5,称V型效应。该效应物称V型效 应物 类似于非竞争性抑制剂的效应 (5)具有脱数作用 经训热或化学试剂处理失去调节活性的现象 脱敏后，表现为米氏曲线 3、别构模型简介 (1)对称模型或齐变模型 效应物 用于解释正协同 TA R态 与S非亲合态 与S亲合态 齐变 指各亚基构象几乎齐步变化 对称 指酶分子一直处于对称状态 (2)序变模 效应物 89 9888 TR态 可解释正、负协同 二、酶原的激活（掌握） 没有活性的酸的前体称为德原 酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活 这个过程实质上是酶活性部位形成和暴的过程 意义 在组织细胞中，某些酶以慎原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解 破坏。 在血液中，某些以酶原的形式存在，可以保护血液成分正常。 让在正确的时间、正确的地点发挥作用 在该活的地点活，在该话的时间话。 胰凝乳蛋白酶原，由胰蛋白酶切开15-16，称为元型。π型彼此切掉1415.147148， 称为α型，有活性，三条肤. 形咸活性中心 胃蛋白原， 由胃酸或胃至白酶切掉N端44肽.暴露活性中心 胰蛋白降原，由肠激碑或胰蛋白酶切掉N端6肽，形成活性中心 三、共价修饰（重点、难点） 北价修饰 蛋白质通过共价键结合或脱去基团的变化， 共价调节酶 通过共价修饰而改变活性的酶 EYH十AX--南I一一EYX+AH EYX+BH--怖2-→EYH+BX
常见AX YH ATP 酚基、羟基、味哔基 -AMP 酚基 UTP -UMI NAD -RPPA 加基、（谷）酰胺基、硫基 S腺-Met-CH3 (谷)按基 蛋白质的碳酸化和去破酸化 nATP的微nADP 蛋白质YH 蛋H质-Y-Pm r生打的酸铸，nH0 YH酚基、羟基、羧基 -0-P键型 氨基、咪降基 Np键型 YH附近(N端)有激酶识别序列 第四节维生素概述 维生：素是维持生物正常生命过程所必需的一类小分子有机物，需要量很少，但对维持健 康分重要 维生素不能供给机体热能，也不能作为构成机体组织的物质，其主要功能是通过作为轴 酶的成分调节机体代谢。 长期缺乏任何一种维生素都会导致相应的疾病（维生素缺乏症）。 维生素取名为Vitamine(生命胺，最初中译为维他命)，但并非所有的维生素都含氨基， 改为itamin(V) 生物对维生素的需要情取决于： A.在代谢过中是高要：B.自身能有合成 缺乏原因 吸收障碍 肝、口关病可阻碍维生素的吸收 长期口服抗生素可抑制肠道南生长，引起V、生物崇、叶酸、泛酸等的缺乏。 需要量增加 奸娠、哺乳、强体力劳动 高温操作 食物含量不足 碱处理、掏洗过渡等 医疗上用维生素防治维生素个足而引起的疾病。 维生茶水溶性维生茶 维生素B族(B 、泛酸、维生素PPB6、生物泰、 叶酸，B12)和维生素C等 脂溶性维生素维生素A、D、E、K等 第五节脂溶性维生素 一、维生素A(掌握)
维生素A只存在于动物性食物中，包括A1和A2两种，A1即视黄醇，主要存在于减水 鱼的肝脏：A2即3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。在高等植物和动物中普遍存在的 B-胡萝卜素可转变为维生素 结构式 异戊二烯衍生钱 醇变醛反应结构式 维生素A1一般为黄色粘性油体，纯体可结品为黄色二棱品体，熔点63℃。维生素A2 尚未制成品体 维生素A不溶于水，而溶于油脂和乙醇，易氧化，在无氧条件下，相当热。易被紫 外光所破坏。在氯彷和乙醇溶 液中， 维生素A的吸 女峰在328nm, 维 素A2的吸收蜂有 345nm及350mm.在乙醇溶液中，维生素A,与=氯化鏑作用产生的蓝色溶液在620nm处有 特殊吸收光带，维生素A2在693nm和697nm各有一吸收光带。 维生素A除了促进年幼动物生长外，其主要功能为维持上皮组织的健康及正常视觉， 还不有助于动物生结和秘明。 在视觉过程中维生素A的变化 缺乏症： 1,上皮组织结构改变，呈角质化。皮肤干燥，成磷状。呼吸道表皮组织改变，易 受病菌侵袭。有的忠者因肠胃黏膜表皮受损而引起腹泻。在儿章还偶有因缺乏A引起眼角 膜和结膜变质，牙釉和骨质发台不全。大人、小孩长期缺乏维生素A都会导致泪腺分必路 碍产生干眼病（眼结膜炎）。动物缺乏维生索 ，生和泌乳也不正常，易发生流产和缺奶， 2. 视紫红质 对暗光适应能力 父弱， 引起代谢失调，如某些器官的DNA含量减少，粘多糖（砍酸软骨素）的生物 合成也受阻碍。 维生素A较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄，因而摄取过量是有害的。 二、维生素D(掌握) 维生素D具有抗佝偻病作用，又称抗佝倭病维生素。已确知有4种，即维生素D2、D3、 D4、D5,均为类固醇们生物，共中D2和D3较为重要。环戊烷多氢，菲衍生物 只在动物体内含有维生素D,鱼肝油中含量最丰富。动、植物组织中含有能转化为维生 素D的固醇类物质，经紫外光照射可转变为维生素D。目前尚不能用人工方法合成，只能 用紫外光照射维生素D元的方法来制造 维生素D为无色品体，不溶于水而溶于油脂及脂溶剂，相当稳定，不易被酸、藏或氧 化破坏。 功能： 调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，从而促进钙化，使牙齿、骨骼发育正常。 t 维生素D摄食不足，个不能维持钙的平衡 儿童骨骼发育不良，产生佝偻病。患者骨质 软弱，膝关节发育不全，两腿形成内曲或外曲畸形。成人则产生骨骼脱钙作用：孕幻和授乳 妇人的脱钙作用严重时导致骨质疏松症，患者骨骼易折，牙齿易脱济。 机体只能从胆计样出过多的维生素D,维生素D如摄食过量则会中青。早期症状为： 乏力、菠倦、恶心、头痛、腹泻等。较严五时引起软组织（包括血管、心肌、肿、肾、皮肤 等)的钙化。导致重大病患 三、维生素E(掌握) 苯并二氢北南衍生物
维生素E又称生育酚或抗不育维生素，已知有8种，其中4种((、B、￥、6生育 酚)较为重要，：-生育酚的效价最高。动物组织的维生素E都是从食物中取得的。 维生素E为淡黄色无暝无味油状物 不溶于水而溶于油脂。 不易被酸 和热破坏 无氧条件下热全200℃也稳定。极易被氧化。易被紫外光破坏。在259m有吸收峰。 缺乏症： 1.生殖系统的上皮细胞毁坏，雄性睾丸退化，不产生精子，雌性流产或胎儿被溶 化吸收。 2。肌肉（包括心肌）菱缩，形态改变，代谢反常 血胆周醇水平增高，红细胞破坏，发生贫血。 维生素E摄食过量无毒性。 四、维生素K(掌握) 2-甲其-14-装衍生松 维生素K是 类能促进血液凝固的素醌衍生物。1929年，H.Dam发现。有K1、K2、 K二种，K1、K2为天然产物，K3为人工合成品。 维生素K为黄色油状物。维生素K2为黄色品体。溶于油脂及有机溶剂，如乙隧、丙 酮等，耐热，但易被光破坏。 雄素K的主要作用是促讲液凝固，因维煮K是根讲肝脏合成凝血做原的币要因 素。 缺乏症： 动物缺乏维生素K,血凝时间延长。成人一般不易缺乏维生素K。有维生素K缺乏病 状的人，必伴有其他生理功能个正常的情况，如胆管阻塞，或因肠道疾病妨碍维生素K的 吸收。 新生婴儿肠内无菌，不能合成维生素K,身体本身又无贮存，故易因维生素K的缺乏 而出血，应当在出身前增加母体的维生素K含量 大剂量维生素K可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害。对皮肤和呼吸道有强烈刺激， 有时还引起溶血。 第六节水溶性维生素 一、维生素B1与羧化辅酶（学握） 维生素B1山一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，又称疏胺（素）(Thiamine). 结构式 硫胺素+ATP一硫胺素激酶一TPP+AMP 主要功能 L,以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPP是脱搜酶、脱氢牌的辅神。功能部位在噻唑环 的C2上。 2.促进年幼动物的发有。维生素B,促进肠胃蠕动，增消化液的分泌，因而能促进 合欲 3.保护神经系统。促进糖代谢，为神经活动提供能量，又能抑制胆碱酯梅的活性 缺乏症： 5,脚气病