生物化学与分子生物学-授课教案生物化学教学方案:

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生物化学与分子生物学:授课教案生物化学教学方案第三章:教案首页课程名称生物化学年级专业、层次本科临床医学类授课教师职称课型（大、小) 大学时 8 授课题目（章、节) 第三章酶(含维生素和酶的调节) 教材名称《生物化学》第七版

教案首页

课程名称

生物化学

年级

专业、层次

本科临床医学类

授课教师

职称

课型（大、小)

大

学时

授课题目（章、节)

第三章酶(含维生素和酶的调节)

教材名称

《生物化学》第七版

作者

查锡良

出版社

人民卫生出版社

主要参考书

（注明页数)

袁勤生主编. 现代酶学（第二版). 华东理工大学出版社, 2007-05.

目的与要求：

1. 掌握：酶的概念和作用特点；辅酶和辅基的功能；酶的活性中心和同工酶的概念；底物浓度对酶促反应速率的影响；K_m和V_max的意义。酶的可逆性抑制；关键酶的概念；酶的变构调节和共价修饰调节。

2. 熟悉：K_m和V_max值的求取；酶浓度、温度、pH、不可逆抑制剂、激动剂对酶促反应速率的影响；酶含量的调节；酶原的激活。

3. 了解：酶的作用机制；米-曼氏方程的推导，酶的分类和命名。

教学内容与时间安排、教学方法：

1.教学内容与时间安排

酶的概念，维生素的生理功能，酶的活性中心 2.0 学时

同工酶，酶的作用机制，底物浓度对酶促反应速率的影响 2.0 学时

酶浓度、温度、pH、抑制剂、激动剂对酶促反应速率的影响 2.0 学时

酶的调节，酶的分类和命名 2.0 学时

2. 教学方法：

讲授+演示+启发+讨论。

教学重点及如何突出重点、难点及如何突破难点：

1. 重点：酶的概念、特点；辅酶和辅基的功能；酶的活性中心；同工酶的概念；酶促反应动力学；K_m的意义。酶的竞争性、反竞争性和非竞争性抑制；关键酶的概念；酶的变构调节和共价修饰调节。

2. 难点：底物浓度对酶促反应速率的影响；酶的可逆性抑制作用；酶的调节。

3. 课件色彩及语言强调突出重点；采用图片及动画演示理解难点。

教研室审阅意见：

同意。

教研室主任签名：李洪

2009 年2 月 28 日

基本内容

课堂设计和时间安排

第三章酶

☆酶的概念。

酶（enzyme)是由活细胞产生的、能对特定的化学反应或能量转换进行高效率催化的生物催化剂。酶的化学本质是蛋白质、RNA等生物大分子。

第一节酶的分子结构与功能

一、许多酶需要辅助因子维持其活性

酶可根据其化学组成的不同，分为单纯酶和结合酶(全酶)。结合酶由酶蛋白和辅助因子两部份组成。酶蛋白决定反应的特异性。辅助因子决定反应的种类与性质。

金属离子的作用：① 稳定构象；② 构成酶的活性中心；③ 连接作用。

☆结合酶分子中与酶的催化活性有关的耐热小分子有机化合物称为辅酶(coenzyme)。与酶蛋白共价结合的辅酶称为辅基(prosthetic group)。

二、大部分辅酶衍生于维生素

☆维生素（vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的，但在生物体内不能自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。维生素可按其溶解性的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。

维生素的重要性就在于它们是体内一些重要的代谢酶的辅酶（辅基)的组成成分。

☆由维生素衍生的辅酶（辅基)：

1. TPP：焦磷酸硫胺素，由硫胺素（thiamine, Vit B₁)焦磷酸化而生成。TPP是脱羧酶的辅酶，在体内参与糖代谢过程中α-酮酸的氧化脱羧反应。TPP的分子结构。

2. FMN和FAD：FMN和FAD都是核黄素（riboflavin, Vit B₂)的衍生物。Vit B₂具有氧化还原性，酶蛋白与FMN或FAD结合后统称为黄素酶，催化脱氢氧化反应。衍生于Vit B₂的辅基FMN或FAD常作为脱氢酶（或氧化酶)的辅基，在酶促反应中作为递氢体（双递氢体)。FMN和FAD的分子结构。

3. NAD⁺和NADP⁺：NAD⁺和NADP⁺都是Vit PP的衍生物。在体内，由尼克酰胺参与构成的两种辅酶均有氧化型（NAD⁺，NADP⁺)和还原型（NADH+H⁺，NADPH+H⁺)两种形式。 NAD⁺，NADP⁺作为脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用，为单递氢体。NAD⁺和NADP⁺的分子结构。

4. 磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺是Vit B₆的衍生物。Vit B₆包括吡哆醇(pyridoxine)，吡哆醛(pyridoxal)和吡哆胺(pyridoxamine)等三种形式。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作为氨基转移酶，氨基酸脱羧酶，半胱氨酸脱硫酶等的辅酶。磷酸吡哆醛与磷酸吡哆胺的分子结构。

5. 辅酶A（CoA)：泛酸（pantothenic acid, 遍多酸)在体内参与构成辅酶A（CoA)，即3"-磷酸腺苷-5"-焦磷酸-泛酸-β-巯基乙胺。CoA中的巯基可与酰基以高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质代谢中起传递酰基的作用，因此CoA是酰化酶的辅酶。CoA的分子结构。

6. 生物素（biotin)：是噻吩与尿素相结合的骈环化合物，带有戊酸侧链，有α，β两种异构体。生物素是羧化酶的辅基，在体内参与CO₂的固定和羧化反应。生物素的分子结构。

7. 四氢叶酸：四氢叶酸（FH₄)由叶酸（folic acid)衍生而来。四氢叶酸是体内一碳单位基团转移酶系统中的辅酶，其N₅和N₁₀原子与一碳单位基团结合，与嘌呤和嘧啶的合成有关。四氢叶酸的分子结构。

8. Vit B₁₂的衍生物：Vit B₁₂分子中含金属元素钴，故又称为钴胺素。Vit B₁₂在体内有多种活性形式。其中，5"-脱氧腺苷钴胺素是体内的主要形式，它可参与构成多种变位酶的辅酶，甲基钴胺素则是甲基转移酶的辅酶，与胆碱等的合成有关。Vit B₁₂的分子结构。

辅酶或辅基在酶催化中的作用。

☆辅酶与辅基的主要生理功用：⑴ 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。⑵ 运载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。

三、酶的活性中心是酶分子中的催化部位

☆酶的活性中心的概念。酶分子上具有一定空间构象的部位，该部位化学基团集中，直接参与将底物转变为产物的反应过程，这一部位就称为酶的活性中心（active center of enzyme)。

酶活性中心的必需基团包括活性中心内和活性中心外必需基团。活性中心内必需基团包括结合基团和催化基团。

四、同工酶是催化相同化学反应但分子结构不同的一组酶

☆同工酶的概念。在同一种属中，催化活性相同而酶蛋白的分子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶（isoenzyme)。

乳酸脱氢酶同工酶（LDHs)为四聚体，在体内共有五种分子形式，即LDH₁（H₄)，LDH₂（H₃M)，LDH₃（H₂M₂)，LDH₄（HM₃)和LDH₅（M₄)。

同工酶的生理意义：同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。

同工酶的临床意义：同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。

第二节酶的工作原理

酶与一般催化剂的共同点。

☆一、酶促反应的特点

（一)具有极高的催化效率（very high catalyzed efficiency)。催化反应的历程与酶促反应的活化能的改变。

（二)具有高度的底物特异性（high specificity for substrate)。一种酶只作用于一种或一类化合物，以促进一定的化学变化，生成一定的产物，这种现象称为酶作用的特异性（specificity)。包括：① 绝对特异性（absolute specificity)；② 相对特异性（relative specificity)；③ 立体异构特异性（stereospecificity)。

（三)酶的催化活性是可以调节的（catalyzing activity of enzyme is regulable)。

二、酶-底物复合物形成有利于提高反应速率

(一) 酶能改变反应历程以降低反应活化能：酶-底物复合物的形成及反应历程的改变。

(二) 酶与底物的结合有利于过渡态形成：

1. 诱导契合作用使酶与底物密切结合。

2. 邻近效应与定向作用使底物能正确定位。

3. 电子张力作用有利于化学键的断裂。

4. 表面效应使底物分子去溶剂化。

(三) 酶的催化机制呈多元催化作用：

①酸碱催化，包括特殊酸碱催化和普通酸碱催化。② 共价催化，包括亲核催化和亲电催化。③ 金属离子催化。

第三节酶促反应动力学

☆★一、底物浓度对反应速率的影响呈矩形双曲线

(一) 底物对酶促反应的饱和现象（equilibrium phenomenon)。

酶促反应的反应级数。

(二) 米-曼氏方程揭示单底物反应的动力学特征

Michaelis & Menten 于1913年推导出了单底物浓度对酶促反应速率矩形双曲线的数学表达式，即著名的米-曼氏方程。

★米-曼氏方程的推导。设：① 反应速率为初始速率，故略去第二步中的逆过程；② E与S迅速生成ES复合物，并达到平衡（稳态)；③ K_m是所有速率常数的复合函数。

☆(三) K_m和V_max是有意义的酶促反应动力学参数

1. 当ν = V_max/2时，K_m=[S]。因此，K_m等于酶促反应速率达最大值一半时的底物浓度。

2. K_m可以反映酶与底物亲和力的大小。K_m越小，酶与底物的亲和力越大。

3. 可用于判断反应级数：当[S]<0.01K_m时，反应为一级反应；当[S]>100K_m时，ν = V_max，反应为零级反应；当0.01K_m<[S]<100K_m时，为混合级反应。

4. K_m是酶的特征性常数。

5. K_m可用来判断酶的最适底物。

6. K_m可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度。

7. V_max可用于计算酶的转换数。

(四) 作图法常用于K_m和V_max值的求取

1. Lineweaver-Burk双倒数作图法。

2. Hanes作图法。

二、酶浓度对反应速率的影响呈正比例

当反应系统中底物的浓度足够大时，酶促反应速率与酶浓度成正比，即ν = k[E]。

三、温度对反应速率的影响具有双重性

一般来说，酶促反应速率随温度的增高而加快。但当温度增加达到某一点后，由于酶蛋白的热变性作用，反应速率迅速下降，直到完全失活。酶促反应速率随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度（optimum temperature)。温度对酶促反应速率的影响。

酶的最适温度与实验条件有关，因而它不是酶的特征性常数。低温时由于活化分子数目减少，反应速率降低，但温度升高后，酶活性又可恢复。

四、pH对反应速率的影响呈“钟形”曲线

观察pH对酶促反应速率的影响，通常为一“钟形”曲线，即pH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。酶催化活性最高时溶液的pH值就称为酶的最适pH（optimum pH)。 pH对酶促反应速率的影响。

人体内大多数酶的最适pH在6.5～8.0之间。酶的最适pH不是酶的特征性常数。

五、抑制剂可逆或不可逆地降低反应速率

凡是能降低酶促反应速率，但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂(inhibitor)。按照抑制剂的抑制作用，可将其分为不可逆抑制作用(irreversible inhibition) 和可逆抑制作用(reversible inhibition)两大类。

(一) 不可逆抑制作用（irreversible inhibition)

酶的不可逆抑制作用分为：① 专一性抑制(如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制)；② 非专一性抑制(如路易士气对巯基酶的抑制)。

☆(二) 可逆抑制作用（Reversible inhibition)

酶的可逆抑制作用包括竞争性、反竞争性和非竞争性抑制几种类型。

☆1. 竞争性抑制（competitive inhibition)：抑制剂与底物竞争与酶的同一活性中心结合，从而干扰了酶与底物的结合，使酶的催化活性降低，称为竞争性抑制作用。竞争性抑制的作用模式。竞争性抑制的速率方程与图形特征。竞争性抑制的双倒数图形特征。

☆竞争性抑制的特点：⑴ 竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反应产物；⑵ 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同；⑶ 抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增加底物浓度可使抑制程度减小；⑷ 动力学参数：K_m值增大，V_max值不变。

☆琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制。磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制。

☆2．反竞争性抑制（uncompetitive inhibition)：抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合并阻止产物生成，使酶的催化活性降低，称酶的反竞争性抑制。反竞争性抑制的作用模式。反竞争性抑制的速率方程与图形特征。反竞争性抑制的双倒数图形特征。

☆反竞争性抑制的特点：⑴ 反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵ 抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；⑶ 必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；⑷ 动力学参数：K_m减小，V_max降低。

☆3. 非竞争性抑制（noncompetitive inhibition)：抑制剂既可以与游离酶结合，也可以与ES复合物结合，使酶的催化活性降低，称为非竞争性抑制。非竞争性抑制的作用模式。非竞争性抑制的速率方程与图形特征。非竞争性抑制的双倒数图形特征。

☆www.med126.com/job/非竞争性抑制的特点：⑴ 非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵ 底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；⑶ 抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；⑷ 动力学参数：K_m值不变，V_max值降低。

六、激活剂可加快反应速率

能够促使酶促反应速率加快的物质称为酶的激活剂。酶的激活剂大多数是无机离子，如K⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Cl^-等。激活剂分为必需激活剂和非必需激活剂。

第四节酶的调节

生物体内的各种生理活动均以一定的物质代谢为基础。为了适应某种生理活动的变化，需要对一定的代谢活动进行调节。通过对酶的催化活性的调节，就可以达到调节代谢活动的目的。

☆关键酶的概念。可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速率或方向发生改变的酶就称为限速酶（limiting velocity enzyme)或关键酶（key enzyme)。

一、通过改变酶分子结构以调节酶的活性

酶结构的调节是通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性的调节方式。酶结构的调节是一种快速调节方式。

★(一) 变构调节(别构调节)(allosteric regulation)

☆变构调节的概念。某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合，使酶的分子构象发生改变，从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速率，这种调节作用就称为变构调节。酶的变构调节作用。

具有变构调节作用的酶就称为变构酶（allosteric enzyme)。凡能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改变的代谢物就称为变构剂（allosteric effecter)。

1. 变构调节的机制：变构酶的解聚与聚合。蛋白激酶A的变构调节。

2. 协同效应：当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂)结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶的协同效应。正协同效应和负协同效应。同促协同效应和异促协同效应。

☆3. 变构调节的方式：变构剂一般以反馈（feedback)方式对代谢途径的起始关键酶进行调节，最常见的为负反馈调节。

4. 常见的变构酶。

☆5. 变构调节的特点：⑴ 酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；⑵ 酶的变构仅涉及非共价键的变化；⑶ 调节酶活性的因素为代谢物；⑷ 调节方式的反馈调节；⑸ 为一非耗能过程； ⑹ 无放大效应。

★(二) 共价修饰调节(covalent modification regulation)

☆共价修饰调节的概念。酶蛋白分子中的某些基团可以在其他酶的催化下发生共价修饰，从而导致酶活性的改变，称为共价修饰调节。

共价修饰调节也是体内快速调节代谢活动的一种重要的方式。最常见的共价修饰方式有：磷酸化-脱磷酸化，-SH - -S-S-，乙酰化-脱乙酰化，腺苷化-脱腺苷化等。

1. 共价修饰的机制。

☆2. 共价修饰调节的方式：共价修饰调节一般与激素的调节相联系，其调节方式为级联反应（cascade reaction)。

3. 常见的共价修饰酶。

☆4. 共价修饰调节的特点：⑴ 酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在；⑵ 有共价键的变化；⑶ 受其他调节因素（如激素)的影响；⑷ 调节方式为级联反应；⑸ 一般为耗能过程；⑹ 存在放大效应。

(三) 酶原的激活(activation of zymogen)

处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原（zymogen)。酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为酶原的激活。

酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构的改变。胰蛋白酶原的激活过程。

☆酶原激活的机制为：酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子空间结构的改变，使催化活性中心得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。酶原激活的生理意义在于：保护自身组织细胞不被酶水解消化。

二、通过改变酶含量以调节酶的活性

酶含量的调节是指通过改变细胞中酶蛋白合成或降解的速率来调节酶分子的绝对含量，影响其催化活性，从而调节代谢反应的速率。酶含量的调节是机体内迟缓调节的重要方式。

(一) 酶蛋白合成的调节

酶蛋白的合成速率通常通过一些诱导剂或阻遏剂来进行调节。

1. 代谢物的调节：酶的底物对酶蛋白的合成具有诱导作用，如精氨酸对精氨酸酶合成的诱导，大肠杆菌中乳糖对乳糖代谢酶的诱导等。代谢终产物对酶的合成有阻遏作用，如胆固醇对胆固醇合成代谢的关键酶——HMG-CoA还原酶的合成有阻遏作用。

2. 激素的调节：激素是影响酶蛋白合成的最重要的因素。如：胰岛素可以诱导糖酵解的关键酶的合成，同时也可阻遏糖异生关键酶的合成，促进葡萄糖的氧化分解。

(二) 酶蛋白降解的调节

通过调节酶的降解速率以控制酶的活性。如饥饿时，精氨酸酶降解减慢，故酶活性增高，有利于氨基酸的分解供能。乙酰CoA羧化酶降解加快，酶活性降低，抑制脂肪合成。

第五节酶的分类与命名

一、酶可根据其催化反应类型进行分类

根据1961年国际酶学委员会（IEC)的分类法，通常将酶分为六大类：① 氧化还原酶类（oxidoreductases)；② 转移酶类（transferases)；③ 水解酶类（hydrolases)；④ 裂解酶类（lyases)；⑤ 异构酶类（isomerases)；⑥ 合成酶类（ligases, synthetases)。

二、酶的命名有多种方法

① 习惯命名法——推荐名称；② 系统命名法——系统名称；③ 编号命名法——分类名称

酶的命名举例。

☆——重点

★——难点

2.0 学时

重点强调