《酶与代谢》课件新人教版选修

酶与代谢本课件将深入探讨酶与代谢之间的密切关系，从酶的基本概念到代谢过程的调控，带您走进生命的奇妙世界！酶的基本概念定义作用酶是由活细胞产生的具有催化活性的生物大分子，通常为蛋白质酶能够加速生物化学反应的速度，但自身不发生变化，并且具有，少数为高度的专一性RNA酶的结构特点活性中心结合部位酶分子中决定酶特异性和催化活性的部位，通常由几个氨基酸残活性中心的一部分，负责与底物结合，形成酶底物复合物，从而-基组成，构成一个三维结构的凹陷区域催化反应的进行酶的分类及命名氧化还原酶转移酶催化氧化还原反应，如脱氢酶、氧化酶催化基团转移反应，如转氨酶、激酶水解酶裂合酶催化水解反应，如蛋白酶、淀粉酶催化非水解性裂解反应，如醛缩酶、裂解酶异构酶连接酶催化分子内重排反应，如异构酶、消旋酶催化两个分子结合反应，如合成酶、连接酶酶的性质与活性专一性高效性活性酶通常只催化一种或一类化学反应，体现酶能显著提高反应速度，通常比非催化反酶催化反应的能力，通常用酶促反应速率了酶的高度特异性应快百万甚至千万倍，体现了酶的高效性或催化效率来衡量酶的催化机理降低活化能提供反应模板酶通过与底物形成酶底物复合物，降低反应的活化能，从而加速酶为反应提供合适的微环境，使底物分子在活性中心内以特定的-反应速度构象排列，从而促进反应的进行影响酶活性的因素温度1酶有最适温度，温度过高或过低都会影响酶活性值pH2酶有最适值，值过高或过低都会影响酶活性pH pH底物浓度3底物浓度增加，酶活性也会随之增加，但当底物浓度达到饱和时，酶活性不再增加酶抑制剂4酶抑制剂能够与酶结合，抑制酶的活性，从而影响反应速率温度对酶活性的影响最适温度温度过低温度过高酶活性最高的温度，通常在℃左右温度过低，酶活性下降，反应速率减慢温度过高，酶分子会发生变性，活性丧失37，反应速率降低值对酶活性的影响pH最适值值过高或过低pH pH酶活性最高的值，不同的酶有不同的最适值值过高或过低，酶分子会发生变性，活性丧失，反应速率降低pH pHpH基质浓度对酶活性的影响底物浓度增加底物浓度达到饱和酶活性随之增加，反应速率加快酶活性不再增加，反应速率达到最大值酶抑制剂对酶活性的影响不可逆抑制剂可逆抑制剂与酶结合后，形成不可逆的复合物，使酶失去活性与酶结合后，形成可逆的复合物，使酶活性降低，但可通过改变条件恢复活性醋酸酶的分离与纯化鉴定层析使用等方法，鉴定SDS-PAGE沉淀使用离子交换层析、凝胶过滤醋酸酶的纯度和分子量提取使用硫酸铵等沉淀剂，将醋酸层析等技术，进一步纯化醋酸从生物材料中提取醋酸酶酶沉淀出来酶酶动力学研究研究内容方法研究酶催化反应的动力学规律，包括反应速率、反应常数、影响通过测定酶促反应速率，分析反应条件和反应物浓度对反应速率因素等的影响，从而推断酶催化反应的机制米氏常数及其意义定义意义米氏常数（）是指酶与底物结合的亲和力，即酶与底物反应值反映了酶与底物结合的强弱，值越小，酶与底物结合力Km KmKm达到半饱和时的底物浓度越强，反之亦然最大反应速度及其意义定义意义最大反应速度（）是指酶在底物浓度无限大时所能达到的值反映了酶的催化效率，值越大，酶的催化效率越Vmax VmaxVmax最大反应速率高，反之亦然单底物酶动力学米氏方程作图法Lineweaver-Burk描述单底物酶催化反应速率与底物浓度关系的方程，是酶动力学线性化米氏方程，方便通过实验数据计算值和值Km Vmax研究的基础双底物酶动力学反应机制动力学模型双底物酶催化反应通常涉及两个底物同时结合到酶的活性中心，用于描述双底物酶动力学的模型，包括随机模型、有序模型等形成酶底物复合物，然后进行催化反应-不可逆酶抑制动力学特点影响不可逆抑制剂与酶结合后，形成不可逆的复合物，使酶失去活性不可逆抑制剂能够永久性地抑制酶的活性，对生物体代谢过程有严重影响可逆酶抑制动力学特点类型可逆抑制剂与酶结合后，形成可逆的复合物，使酶活性降低，但可逆抑制剂分为竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂和反竞争性抑制可通过改变条件恢复活性剂协同效应及其意义定义意义多个酶或蛋白质协同作用，共同完成一个复杂的功能，这种现象协同效应提高了生物体代谢过程的效率，并使代谢过程更精确、称为协同效应更灵活酶的调节机制反馈抑制前馈激活12代谢途径中，产物积累到一定程度，会抑制该途径中某个关代谢途径中，某些中间产物积累，会激活该途径中某个关键键酶的活性，从而调节代谢过程的速率酶的活性，从而促进代谢过程的进行共价修饰酶的合成与降解34通过磷酸化、乙酰化等修饰方式，改变酶的构象，从而调节通过调节酶的合成和降解速率，控制酶的含量，从而影响代酶的活性谢过程的速率端粒酶的结构与功能结构功能端粒酶是一种由蛋白质和组成的核糖核蛋白酶，其中部端粒酶能够在染色体末端添加重复序列，延长端粒长度，从而保RNA RNA分作为模板，指导端粒的合成护染色体免受损伤，维持细胞的正常功能DNA端粒酶的生物学功能维持染色体稳定性调节细胞寿命参与癌症发生端粒酶能够延长端粒长度，保护染色体免端粒长度与细胞寿命密切相关，端粒越长端粒酶活性异常，会导致端粒长度异常，受损伤，维持细胞的正常功能，细胞寿命越长；反之，端粒越短，细胞可能与癌症的发生发展有关寿命越短端粒酶缺陷与疾病端粒缩短遗传疾病癌症端粒酶活性下降或缺失，会导致端粒长度一些遗传疾病，例如早衰症，就是由于端端粒酶活性异常，会导致端粒长度异常，缩短，细胞衰老，容易发生各种疾病粒酶缺陷导致的可能与癌症的发生发展有关细胞色素与代谢P450定义作用细胞色素是一类重要的单加氧酶，存在于生物体的多种器细胞色素能够催化多种底物，包括药物、激素、毒素等的P450P450官和组织中，参与多种生理过程代谢，调节生物体的生理功能细胞色素的结构P450结构特点活性中心细胞色素的结构较为复杂，由一个血红素辅基和一个蛋白细胞色素的活性中心位于蛋白质部分，负责与底物结合，P450P450质部分组成，其中血红素辅基与氧气结合，并参与催化反应并进行催化反应细胞色素的功能P450药物代谢激素代谢毒素解毒细胞色素参与多种药物的代谢，使细胞色素参与多种激素的代谢，调细胞色素能够催化多种毒素的代谢P450P450P450药物失去活性，并从体内排出节生物体的生理功能，将毒素转化为无毒或低毒的物质细胞色素的调控P450基因表达调控1细胞色素基因的表达受多种因素的调控，包括药物、激素、毒素P450等蛋白质水平调控2细胞色素蛋白的合成、降解和活性都受到严格的调控P450细胞色素与药物代谢P450药物转化药物相互作用细胞色素能够催化多种药物的转化，使药物失去活性，并不同的药物可能竞争同一个细胞色素，导致药物代谢速率P450P450从体内排出发生改变，影响药物疗效糖代谢通路糖酵解糖异生三羧酸循环电子传递链葡萄糖分解为丙酮酸的过程，非糖物质转化为葡萄糖的过程丙酮酸氧化分解为二氧化碳和电子从还原性辅酶传递到氧气发生在细胞质中，产生少量，发生在肝脏和肾脏中，消耗水，发生在线粒体中，产生大，伴随着的生成，发生ATP量在线粒体中ATP ATPATP糖酵解过程葡萄糖第一步，葡萄糖被磷酸化，形成葡萄糖磷酸-6-果糖磷酸-6-第二步，葡萄糖磷酸被异构化，形成果糖磷酸-6--6-果糖二磷酸-1,6-第三步，果糖磷酸被再次磷酸化，形成果糖二磷酸-6--1,6-甘油醛磷酸-3-第四步，果糖二磷酸被裂解，形成两分子甘油醛磷酸-1,6--3-二磷酸甘油酸1,3-第五步，甘油醛磷酸被氧化，形成二磷酸甘油酸-3-1,3-磷酸甘油酸3-第六步，二磷酸甘油酸被脱磷酸化，形成磷酸甘油酸1,3-3-磷酸甘油酸2-第七步，磷酸甘油酸被异构化，形成磷酸甘油酸3-2-磷酸烯醇式丙酮酸第八步，磷酸甘油酸被脱水，形成磷酸烯醇式丙酮酸2-丙酮酸第九步，磷酸烯醇式丙酮酸被脱磷酸化，形成丙酮酸糖酵解的调控关键酶代谢产物激素123糖酵解过程中的关键酶包括己糖激、柠檬酸和等代谢产物胰岛素能够促进糖酵解，而胰高血ATP NADH酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，能够抑制糖酵解过程中的关键酶，糖素则抑制糖酵解它们是主要的调控点从而调节糖酵解的速率糖异生过程丙酮酸第一步，丙酮酸被羧化，形成草酰乙酸草酰乙酸第二步，草酰乙酸被还原，形成苹果酸苹果酸第三步，苹果酸被脱氢，形成草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸第四步，草酰乙酸被磷酸化，形成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸2-第五步，磷酸烯醇式丙酮酸被转化为磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸3-第六步，磷酸甘油酸被异构化，形成磷酸甘油酸2-3-二磷酸甘油酸1,3-第七步，磷酸甘油酸被磷酸化，形成二磷酸甘油酸3-1,3-甘油醛磷酸-3-第八步，二磷酸甘油酸被还原，形成甘油醛磷酸1,3--3-果糖二磷酸-1,6-第九步，甘油醛磷酸被异构化，形成果糖二磷酸-3--1,6-果糖磷酸-6-第十步，果糖二磷酸被脱磷酸化，形成果糖磷酸-1,6--6-葡萄糖磷酸-6-第十一步，果糖磷酸被异构化，形成葡萄糖磷酸-6--6-糖异生的调控关键酶激素12糖异生过程中的关键酶包括丙胰高血糖素能够促进糖异生，酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮而胰岛素则抑制糖异生酸羧激酶和葡萄糖磷酸酶-6-，它们是主要的调控点代谢产物

3、柠檬酸和等代谢产物能够抑制糖异生过程中的关键酶，从ATP NADH而调节糖异生的速率三羧酸循环酮戊二酸α-柠檬酸酮戊二酸被脱羧，形成琥珀酰2α-CoA1柠檬酸被脱羧，形成酮戊二酸α-琥珀酰CoA琥珀酰被氧化，形成延胡索酸3CoA5苹果酸延胡索酸苹果酸被脱氢，形成草酰乙酸4延胡索酸被水化，形成苹果酸三羧酸循环的特点中心代谢途径能量产生12三羧酸循环是糖、脂类、蛋白三羧酸循环是细胞能量的主要质等三大营养物质代谢的中心来源，为细胞提供大量的ATP枢纽，将多种代谢产物连接起来物质代谢3三羧酸循环为其他代谢途径提供重要的中间产物，如草酰乙酸、酮α-戊二酸等三羧酸循环的调控关键酶代谢产物12三羧酸循环中的关键酶包括柠、和柠檬酸等代谢ATP NADH檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和产物能够抑制三羧酸循环中的酮戊二酸脱氢酶，它们是主关键酶，从而调节三羧酸循环α-要的调控点的速率激素3胰岛素能够促进三羧酸循环，而胰高血糖素则抑制三羧酸循环电子传递链NADH1将电子传递给复合物，释放能量NADH I复合物I2复合物将电子传递给辅酶，释放能量I Q辅酶Q3辅酶将电子传递给复合物，释放能量Q III复合物III4复合物将电子传递给细胞色素，释放能量III c细胞色素c5细胞色素将电子传递给复合物，释放能量c IV复合物IV6复合物将电子传递给氧气，释放能量，生成水IV氧化磷酸化过程过程意义电子传递链中的电子传递伴随着质子从线粒体基质转移到线粒体氧化磷酸化是细胞能量的主要来源，为细胞提供大量的ATP内膜间隙，形成质子浓度梯度，然后质子通过合酶，回流到ATP线粒体基质，驱动的合成ATP合成的机制ATP合酶机制ATP合酶是一种膜蛋白，由和两个亚基组成，亚基嵌入质子通过亚基回流到线粒体基质，驱动亚基发生旋转，从而ATP F0F1F0F0F1线粒体内膜，亚基突出到线粒体基质中催化和磷酸结合，生成F1ADP ATP呼吸调控机制细胞能量需求代谢产物12细胞的能量需求会影响呼吸速、和柠檬酸等代谢ATP NADH率，当细胞能量需求增加时，产物能够抑制呼吸过程中的关呼吸速率也会增加，反之亦然键酶，从而调节呼吸速率激素3胰岛素能够促进呼吸，而胰高血糖素则抑制呼吸脂肪酸代谢脂肪酸合成脂肪酸氧化β由乙酰合成脂肪酸的过程，发生在细胞质中脂肪酸分解为乙酰的过程，发生在线粒体中CoA CoA脂肪酸合成乙酰CoA第一步，乙酰被羧化，形成丙二酰CoA CoA丙二酰CoA第二步，丙二酰与酰基载体蛋白（）结合，形成丙二酰CoA ACPCoA-ACP酰基载体蛋白（）ACP第三步，丙二酰与脂肪酸链结合，形成新的脂肪酸链CoA-ACP脂肪酸链第四步，新的脂肪酸链继续重复上述过程，直到达到所需的长度脂肪酸氧化β脂肪酸第一步，脂肪酸被激活，形成脂肪酰CoA脂肪酰CoA第二步，脂肪酰被转运到线粒体基质CoA乙酰CoA第三步，脂肪酰被氧化分解，生成乙酰CoA CoA能量乙酰进入三羧酸循环，产生能量CoA脂肪酸代谢的调控激素能量状态12胰岛素能够促进脂肪酸合成，当细胞能量充足时，会促进脂而胰高血糖素则促进脂肪酸肪酸合成；当细胞能量不足时β氧化，会促进脂肪酸氧化β其他因素3脂肪酸代谢还受到其他因素的影响，例如饮食、运动等。