酶的辅酶 四、金属离子的作用 1.稳定构象:稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象: 2.构成酶的活性中心:作为酶的活性中心的组成成分,参与构成酶的活性中心 3.连接作用:作为桥梁,将底物分子与酶蛋白螯合起来。 五、酶的活性中心: 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。 参与构成酶的活性中心的化学基团,有些是与底物相结合的,称为结合基团,有些是催化底物反应转变成产 物的,称为催化基团,这两类基团统称为活性中心内必需基团。在酶的活性中心以外,也存在一些化学基团,主 要与维系酶的空间构象有关,称为酶活性中心外必需基团。 六、酶促反应的特点 1.具有极高的催化效率:酶的催化效率可比一般催化剂高106~1020倍。酶能与底物形成ES中间复合物 从而改变化学反应的进程,使反应所需活化能阙大大降低,活化分子的数目大大增加,从而加速反应进行 2.具有高度的底物特异性: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。 (1)绝对特异性:一种酶只能作用于一种化合物,以催化一种化学反应,称为绝对特异性,如琥珀酸脱氢酶 (2)相对特异性:一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键,催化一类化学反应,称为相对特异性,如脂肪酶 (3)立体异构特异性:一种酶只能作用于一种立体异构体,或只能生成一种立体异构体,称为立体异构特异性, 如L-精氨酸酶 3.酶的催化活性是可以调节的:如代谢物可调节酶的催化活性,对酶分子的共价修饰可改变酶的催化活性,也 可通过改变酶蛋白的合成来改变其催化活性 七、酶促反应的机制 1.中间复合物学说与诱导契合学说:酶催化时,酶活性中心首先与底物结合生成一种酶底物复合物(ES),此 复合物再分解释放出酶,并生成产物,即为中间复合物学说。当底物与酶接近时,底物分子可以诱导酶活性中心 的构象以生改变,使之成为能与底物分子密切结合的构象,这就是诱导契合学说 2.与酶的高效率催化有关的因素:①趋近效应与定向作用:②张力作用:③酸碱催化作用:④共价催化作用 ⑤酶活性中心的低介电区(表面效应)。 八、酶促反应动力学 酶反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及影响反应速度的各种因素。在探讨各种因素对酶促反应速度的 影响时,通常测定其初始速度来代表酶促反应速度,即底物转化量<5%时的反应速度 1.底物浓度对反应速度的影响: (1)底物对酶促反应的饱和现象:由实验观察到,在酶浓度不变时,不同的底物浓度与反应速度的关系为一矩形双 曲线,即当底物浓度较低时,反应速度的增加与底物浓度的增加成正比(一级反应)此后,随底物浓度的增加, 反应速度的增加量逐渐减少(混合级反应):最后,当底物浓度增加到一定量时,反应速度达到一最大值,不再 随底物浓度的增加而增加(零级反应)。 (2)米氏方程及米氏常数:根据上述实验结果, Michaelis& Menten于1913年推导出了上述矩形双曲线的数学 表达式,即米氏方程:V=Vmax[s/(Km+[S])。其中,Wmax为最大反应速度,Km为米氏常数。 3Km和max的意义 6
6 酶的辅酶。 四、金属离子的作用： 1. 稳定构象：稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象； 2. 构成酶的活性中心：作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心； 3. 连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。 五、酶的活性中心： 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。 参与构成酶的活性中心的化学基团，有些是与底物相结合的，称为结合基团，有些是催化底物反应转变成产 物的，称为催化基团，这两类基团统称为活性中心内必需基团。在酶的活性中心以外，也存在一些化学基团，主 要与维系酶的空间构象有关，称为酶活性中心外必需基团。 六、酶促反应的特点： 1．具有极高的催化效率：酶的催化效率可比一般催化剂高 106～1020 倍。酶能与底物形成 ES 中间复合物， 从而改变化学反应的进程，使反应所需活化能阈大大降低，活化分子的数目大大增加，从而加速反应进行。 2．具有高度的底物特异性：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。 ⑴绝对特异性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对特异性，如琥珀酸脱氢酶。 ⑵相对特异性：一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应，称为相对特异性，如脂肪酶。 ⑶立体异构特异性：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性， 如 L-精氨酸酶。 3．酶的催化活性是可以调节的：如代谢物可调节酶的催化活性，对酶分子的共价修饰可改变酶的催化活性，也 可通过改变酶蛋白的合成来改变其催化活性。 七、酶促反应的机制： 1．中间复合物学说与诱导契合学说：酶催化时，酶活性中心首先与底物结合生成一种酶-底物复合物（ES），此 复合物再分解释放出酶，并生成产物，即为中间复合物学说。当底物与酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心 的构象以生改变，使之成为能与底物分子密切结合的构象，这就是诱导契合学说。 2．与酶的高效率催化有关的因素：①趋近效应与定向作用；②张力作用；③酸碱催化作用；④共价催化作用； ⑤酶活性中心的低介电区（表面效应）。 八、酶促反应动力学： 酶反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及影响反应速度的各种因素。在探讨各种因素对酶促反应速度的 影响时，通常测定其初始速度来代表酶促反应速度，即底物转化量<5%时的反应速度。 1．底物浓度对反应速度的影响： ⑴底物对酶促反应的饱和现象：由实验观察到，在酶浓度不变时，不同的底物浓度与反应速度的关系为一矩形双 曲线，即当底物浓度较低时，反应速度的增加与底物浓度的增加成正比（一级反应）；此后，随底物浓度的增加， 反应速度的增加量逐渐减少（混合级反应）；最后，当底物浓度增加到一定量时，反应速度达到一最大值，不再 随底物浓度的增加而增加（零级反应）。 ⑵米氏方程及米氏常数：根据上述实验结果，Michaelis & Menten 于 1913 年推导出了上述矩形双曲线的数学 表达式，即米氏方程： ν= Vmax[S]/(Km+[S])。其中，Vmax 为最大反应速度，Km 为米氏常数。 ⑶Km 和 Vmax 的意义：
①当v=max/2时,Km=[S]。因此,Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。 ②当k1>>k+2时,Km=k-1/k+1=Ks。因此,Km可以反映酶与底物亲和力的大小,即Km值越小,则 酶与底物的亲和力越大:反之,则越小 ③Km可用于判断反应级数:当[S]<0.01Km时,v=(Wmax/Km)[S],反应为一级反应,即反应速度与 底物浓度成正比:当[S]>100Km时,v=Wmax,反应为零级反应,即反应速度与底物浓度无关:当 0.01Km<[S]<100Km时,反应处于零级反应和一级反应之间,为混合级反应 ④Km是酶的特征性常数:在一定条件下,某种酶的Km值是恒定的,因而可以通过测定不同酶(特别是一 组同工酶)的Km值,来判断是否为不同的酶 ⑤Km可用来判断酶的最适底物:当酶有几种不同的底物存在时,Km值最小者,为该酶的最适底物 ⑥Km可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度:当[S]=10Km时,v=91%max,为最合适的测定酶活 性所需的底物浓度 ⑦Wmax可用于酶的转换数的计算:当酶的总浓度和最大速度已知时,可计算出酶的转换数,即单位时间内 每个酶分子催化底物转变为产物的分子数 4Km和vmax的测定:主要采用 Line weaver-Burk双倒数作图法和 Hanes作图法 2.酶浓度对反应速度的影响:当反应系统中底物的浓度足够大时,酶促反应速度与酶浓度成正比,即v=k[E] 3.温度对反应速度的影响:一般来说,酶促反应速度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,反应速度迅速下降。酶促反应速度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。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,反应速度降低, 但温度升高后,酶活性又可恢复。 4.pH对反应速度的影响:观察pH对酶促反应速度的影响,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。人体内大多数酶的最适pH在65~8.0 之间。酶的最适pH不是酶的特征性常数 5.抑制剂对反应速度的影响 凡是能降低酶促反应速度,但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂。按照抑制剂的抑制作用, 可将其分为不可逆抑制作用和可逆抑制作用两大类 1)不可逆抑制作用 抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制,且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制 作用就是不可逆抑制作用。如果以V~[E]作图,就可得到一组斜率相同的平行线,随抑制剂浓度的增加而平行 向右移动。酶的不可逆抑制作用包括专一性抑制(如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制)和非专一性抑制(如路易斯 气对巯基酶的抑制)两种 (2可逆抑制作用: 抑制剂以非共价键与酶分子可逆性结合造成酶活性的抑制,且可采用透析等简单方法去除抑制剂而使酶活性 完全恢复的抑制作用就是可逆抑制作用。如果以ⅴ~[E]作图,可得到一组随抑制剂浓度增加而斜率降低的直线 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: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,这种作用就称为竞争性抑制作用。其特点为:a竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反应产物:b抑制 剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同:c.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:d动力学参数:Km值增大,Ⅷm值不变。典型的例子是丙二酸对琥珀酸脱氢酶(底物为琥珀酸)的 竞争性抑制和磺胺类药物(对氨基苯磺酰胺)对二氢叶酸合成酶(底物为对氨基苯甲酸)的竞争性抑制。 ②反竞争性抑制: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。其特点为:a抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合:b必须有底物存在,抑制剂才能 对酶产生抑制作用:c.动力学参数:Km减小,Vm降低 ③非竞争性抑制: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。其特点为:a底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合:b抑制剂对酶与底物的结合无影响,故
7 ①当 ν=Vmax/2 时，Km=[S]。因此，Km 等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。 ②当 k-1>>k+2 时，Km=k-1/k+1=Ks。因此，Km 可以反映酶与底物亲和力的大小，即 Km 值越小，则 酶与底物的亲和力越大；反之，则越小。 ③Km 可用于判断反应级数：当[S]<0.01Km 时，ν=（Vmax/Km）[S]，反应为一级反应，即反应速度与 底物浓 度成正 比； 当[S]>100Km 时，ν=Vmax，反应 为零 级反应 ，即 反应速 度与 底物浓 度无 关；当 0.01Km<[S]<100Km 时，反应处于零级反应和一级反应之间，为混合级反应。 ④Km 是酶的特征性常数：在一定条件下，某种酶的 Km 值是恒定的，因而可以通过测定不同酶（特别是一 组同工酶）的 Km 值，来判断是否为不同的酶。 ⑤Km 可用来判断酶的最适底物：当酶有几种不同的底物存在时，Km 值最小者，为该酶的最适底物。 ⑥Km 可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度：当[S]=10Km 时，ν=91%Vmax，为最合适的测定酶活 性所需的底物浓度。 ⑦Vmax 可用于酶的转换数的计算：当酶的总浓度和最大速度已知时，可计算出酶的转换数，即单位时间内 每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。 ⑷Km 和 Vmax 的测定：主要采用 Lineweaver-Burk 双倒数作图法和 Hanes 作图法。 2．酶浓度对反应速度的影响：当反应系统中底物的浓度足够大时，酶促反应速度与酶浓度成正比，即 ν=k[E]。 3．温度对反应速度的影响：一般来说，酶促反应速度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，反应速度迅速下降。酶促反应速度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。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，反应速度降低， 但温度升高后，酶活性又可恢复。 4．pH 对反应速度的影响：观察 pH 对酶促反应速度的影响，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。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。 5．抑制剂对反应速度的影响： 凡是能降低酶促反应速度，但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂。按照抑制剂的抑制作用， 可将其分为不可逆抑制作用和可逆抑制作用两大类。 ⑴不可逆抑制作用： 抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制 作用就是不可逆抑制作用。如果以 ν～[E ]作图，就可得到一组斜率相同的平行线，随抑制剂浓度的增加而平行 向右移动。酶的不可逆抑制作用包括专一性抑制（如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制）和非专一性抑制（如路易斯 气对巯基酶的抑制）两种。 ⑵可逆抑制作用： 抑制剂以非共价键与酶分子可逆性结合造成酶活性的抑制，且可采用透析等简单方法去除抑制剂而使酶活性 完全恢复的抑制作用就是可逆抑制作用。如果以 ν～[E]作图，可得到一组随抑制剂浓度增加而斜率降低的直线。 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：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，这种作用就称为竞争性抑制作用。其特点为：a.竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反应产物；b.抑制 剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同；c.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；d.动力学参数：Km 值增大，Vm 值不变。典型的例子是丙二酸对琥珀酸脱氢酶（底物为琥珀酸）的 竞争性抑制和磺胺类药物（对氨基苯磺酰胺）对二氢叶酸合成酶（底物为对氨基苯甲酸）的竞争性抑制。 ② 反竞争性抑制：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。其特点为：a.抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；b.必须有底物存在，抑制剂才能 对酶产生抑制作用；c.动力学参数：Km 减小，Vm 降低。 ③ 非竞争性抑制：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。其特点为：a.底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；b.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;C.动力学参数:Km值不变,Vm值降低 6.激活剂对反应速度的影响:能够促使酶促反应速度加快的物质称为酶的激活剂。酶的激活剂大多数是金属离 子,如K+、Mq2+、Mn2+等,唾液淀粉酶的激活剂为C|-。 九、酶的调节 可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方向发生改变的酶就称为限速酶或关键酶 酶活性的调节可以通过改变其结构而使其催化活性以生改变,也可以通过改变其含量来改变其催化活性,还 可以通过以不同形式的酶在不同组织中的分布差异来调节代谢活动 1.酶结构的调节:通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性。这是一种快速调节方式 (1)变构调节:又称别构调节。某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合,使酶的分子构发生改变 从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度,这种调节作用就称为变构调节。具有变构调节作用的酶就称为变构 酶。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。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。变构剂一般以反馈方式对代谢途径的起始关键酶进行调节,常见的为负反馈调节。变构调节的特点:① 酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现:②酶的变构仅涉及非共价键的变化:③调节酶活性的因素为代谢物 ④为一非耗能过程:⑤无放大效应 (2)共价修饰调节: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。共价修饰方式有:磷酸化-脱磷酸化等。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。共价修饰调节的特点为:①酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在:②有共价键的变化:③受其 他调节因素(如激素)的影响:④一般为耗能过程:⑤存在放大效应 (3酶原的激活:处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原。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。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 2.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度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度。这是机体内迟缓调节的重要方式 1酶蛋白合成的调节:酶蛋白的合成速度通常通过一些诱导剂或阻遏剂来进行调节。凡能促使基因转录增强, 从而使酶蛋白合成增加的物质就称为诱导剂:反之,则称为阻遏剂。常见的诱导剂或阻遏剂包括代谢物、药物和 激素等 12酶蛋白降解的调节:如饥饿时,精氨酸酶降解减慢,故酶活性増高,有利于氨基酸的分解供能 3.同工酶的调节: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。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。因此,同工酶在 体内的生理功能是不同的 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(H3M1),LDH3 (H2M2),LDH4(H1M3)和LDH5(M4)。心肌中以LDH1含量最多,LDH1对乳酸的亲和力较高,因此它 的主要作用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解,以供应心肌的能量。在骨骼肌中含量最多的是LDH5, LDH5对丙酮酸的亲和力较高,因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸,以促进糖酵解的进行 十、酶的命名与分类 1.酶的命名:主要有习惯命名法与系统命名法两种,但常用者为习惯命名法 2.酶的分类:根据1961年国际酶学委员会(IEC)的分类法,将酶分为六大类:①氧化还原酶类:催化氧化 还原反应:②转移酶类:催化一个基团从某种化合物至另一种化合物:③水解酶类:催化化合物的水解反应:④ 裂合酶类:催化从双键上去掉一个基团或加上一个基团至双键上:⑤异构酶类:催化分子内基团重排:⑥合成酶 类:催化两分子化合物的缔合反应
8 底物浓度的改变对抑制程度无影响；c.动力学参数：Km 值不变，Vm 值降低。 6．激活剂对反应速度的影响：能够促使酶促反应速度加快的物质称为酶的激活剂。酶的激活剂大多数是金属离 子，如 K+、Mg2+、Mn2+等，唾液淀粉酶的激活剂为 Cl-。 九、酶的调节： 可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方向发生改变的酶就称为限速酶或关键酶。 酶活性的调节可以通过改变其结构而使其催化活性以生改变，也可以通过改变其含量来改变其催化活性，还 可以通过以不同形式的酶在不同组织中的分布差异来调节代谢活动。 1．酶结构的调节：通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性。这是一种快速调节方式。 ⑴变构调节：又称别构调节。某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合，使酶的分子构发生改变， 从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度，这种调节作用就称为变构调节。具有变构调节作用的酶就称为变构 酶。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。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。变构剂一般以反馈方式对代谢途径的起始关键酶进行调节，常见的为负反馈调节。变构调节的特点：① 酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；②酶的变构仅涉及非共价键的变化；③调节酶活性的因素为代谢物； ④为一非耗能过程；⑤无放大效应。 ⑵共价修饰调节：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。共价修饰方式有：磷酸化-脱磷酸化等。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。共价修饰调节的特点为：①酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在；②有共价键的变化；③受其 他调节因素（如激素）的影响；④一般为耗能过程；⑤存在放大效应。 ⑶酶原的激活：处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原。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。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。 2．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度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度。这是机体内迟缓调节的重要方式。 ⑴酶蛋白合成的调节：酶蛋白的合成速度通常通过一些诱导剂或阻遏剂来进行调节。凡能促使基因转录增强， 从而使酶蛋白合成增加的物质就称为诱导剂；反之，则称为阻遏剂。常见的诱导剂或阻遏剂包括代谢物、药物和 激素等。 ⑵酶蛋白降解的调节：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。 3．同工酶的调节：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。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。因此，同工酶在 体内的生理功能是不同的。 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（H3M1），LDH3 （H2M2），LDH4（H1M3）和 LDH5（M4）。心肌中以 LDH1 含量最多，LDH1 对乳酸的亲和力较高，因此它 的主要作用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解，以供应心肌的能量。在骨骼肌中含量最多的是 LDH5， LDH5 对丙酮酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸，以促进糖酵解的进行。 十、酶的命名与分类： 1．酶的命名：主要有习惯命名法与系统命名法两种，但常用者为习惯命名法。 2．酶的分类：根据 1961 年国际酶学委员会（IEC）的分类法，将酶分为六大类：① 氧化还原酶类：催化氧化 还原反应；②转移酶类：催化一个基团从某种化合物至另一种化合物；③水解酶类：催化化合物的水解反应；④ 裂合酶类：催化从双键上去掉一个基团或加上一个基团至双键上；⑤异构酶类：催化分子内基团重排；⑥合成酶 类：催化两分子化合物的缔合反应。——————————
第五章糖代谢 糖类的生理功用 ①氧化供能:糖类是人体最主要的供能物质,占全部供能物质供能量的70%;与供能有关的糖类主要是葡萄糖 和糖原,前者为运输和供能形式,后者为贮存形式 ②作为结构成分:糖类可与脂类形成糖脂,或与蛋白质形成糖蛋白,糖脂和糖蛋白均可参与构成生物膜、神经 组织等。 ③作为核酸类化合物的成分:核糖和脱氧核糖参与构成核苷酸,DNA,RNA等 ④转变为其他物质:糖类可经代谢而转变为脂肪或氨基酸等化合物 糖的无氧酵解 糖的无氧酵解是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。其全部反应过程在胞液中进行,代谢 的终产物为乳酸,一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成两分子ATP 糖的无氧酵解代谢过程可分为四个阶段 1.活化(己糖磷酸酯的生成):葡萄糖经磷酸化和异枃反应生成1,6-双磷酸果糖(FBP),即葡萄糖→6-磷酸葡萄 糖→6-磷酸果糖→16-双磷酸果糖(F-1,6-BP)。这一阶段需消耗两分子ATP,己糖激酶(肝中为葡萄糖激酶) 和6-磷酸果糖激酶-1是关键酶 2.裂解(磷酸丙糖的生成):一分子F-1,6-BP裂解为两分子3-磷酸甘油醛,包括两步反应:F-1,6-BP→磷酸 羟丙酮十3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛。 3.放能(丙酮酸的生成):3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸,包括五步反应:3 磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此阶段有两次底 物水平磷酸化的放能反应,共可生成2×2=4分子ATP。丙酮酸激酶为关键酶 4.还原(乳酸的生成):利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH,使NADH重新氧化为NAD+。即丙酮 酸→乳酸 糖无氧酵解的调节 主要是对三个关键酶,即己糖激酶(葡萄糖激酶)、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸溦酶进行调节。己糖激酶的 变构抑制剂是G-6-P:肝中的葡萄糖激酶是调节肝细胞对葡萄糖吸收的主要因素,受长链脂酰CoA的反馈抑制 6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素,受ATP和柠檬酸的变构抑制,AMP、ADP、1,6- 双磷酸果糖和2,6-双磷酸果糖的变构激活:丙酮酸激酶受1,δ-双磷酸果糖的变构嶶活,受ATP的变构抑制,肝 中还受到丙氨酸的变构抑制。 四、糖无氧酵解的生理意义: 1.在无氧和缺氧条件下,作为糖分解供能的补充途径:(1)骨骼肌在剧烈运动时的相对缺氧:(2)从平原进入高 原初期:(3)严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肺及心血管疾患所致缺氧 2.在有氧条件下,作为某些组织细胞主要的供能途径:如表皮细胞,红细胞及视网膜等,由于无线粒体,故只 能通过无氧酵解供能。 五、糖的有氧氧化: 葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成C20和H2O,并释放出大量能量的过程称为糖的有氧氧化。绝大多数组 织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞液和线粒体内进行,一分子葡萄糖彻底氧化分解可 产生36/38分子ATP。糖的有氧氧化代谢途径可分为三个阶段: 1.葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸: 此阶段在细胞胞液中进行,与糖的无氧酵解途径相同,涉及的关键酶也相同。一分子葡萄糖分解后生成两分
9 第五章 糖代谢 一、糖类的生理功用： ① 氧化供能：糖类是人体最主要的供能物质，占全部供能物质供能量的 70%；与供能有关的糖类主要是葡萄糖 和糖原，前者为运输和供能形式，后者为贮存形式。 ② 作为结构成分：糖类可与脂类形成糖脂，或与蛋白质形成糖蛋白，糖脂和糖蛋白均可参与构成生物膜、神经 组织等。 ③作为核酸类化合物的成分：核糖和脱氧核糖参与构成核苷酸，DNA，RNA 等。 ④转变为其他物质：糖类可经代谢而转变为脂肪或氨基酸等化合物。 二、糖的无氧酵解： 糖的无氧酵解是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。其全部反应过程在胞液中进行，代谢 的终产物为乳酸，一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成两分子 ATP。 糖的无氧酵解代谢过程可分为四个阶段： 1. 活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖经磷酸化和异构反应生成 1,6-双磷酸果糖(FBP)，即葡萄糖→6-磷酸葡萄 糖→6-磷酸果糖→1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP)。这一阶段需消耗两分子 ATP，己糖激酶（肝中为葡萄糖激酶） 和 6-磷酸果糖激酶-1 是关键酶。 2. 裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子 F-1,6-BP 裂解为两分子 3-磷酸甘油醛，包括两步反应：F-1,6-BP→磷酸 二羟丙酮 + 3-磷酸甘油醛 和磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛。 3. 放能（丙酮酸的生成）：3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应：3- 磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此阶段有两次底 物水平磷酸化的放能反应，共可生成 2×2=4 分子 ATP。丙酮酸激酶为关键酶。 4．还原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的 NADH，使 NADH 重新氧化为 NAD+。即丙酮 酸→乳酸。 三、糖无氧酵解的调节： 主要是对三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶进行调节。己糖激酶的 变构抑制剂是 G-6-P；肝中的葡萄糖激酶是调节肝细胞对葡萄糖吸收的主要因素，受长链脂酰 CoA 的反馈抑制； 6-磷酸果糖激酶-1 是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素，受 ATP 和柠檬酸的变构抑制，AMP、ADP、1,6- 双磷酸果糖和 2,6-双磷酸果糖的变构激活；丙酮酸激酶受 1,6-双磷酸果糖的变构激活，受 ATP 的变构抑制，肝 中还受到丙氨酸的变构抑制。 四、糖无氧酵解的生理意义： 1. 在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径：⑴ 骨骼肌在剧烈运动时的相对缺氧；⑵ 从平原进入高 原初期；⑶ 严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肺及心血管疾患所致缺氧。 2. 在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径：如表皮细胞，红细胞及视网膜等，由于无线粒体，故只 能通过无氧酵解供能。 五、糖的有氧氧化： 葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成 C2O 和 H2O，并释放出大量能量的过程称为糖的有氧氧化。绝大多数组 织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞液和线粒体内进行，一分子葡萄糖彻底氧化分解可 产生 36/38 分子 ATP。糖的有氧氧化代谢途径可分为三个阶段： 1．葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸： 此阶段在细胞胞液中进行，与糖的无氧酵解途径相同，涉及的关键酶也相同。一分子葡萄糖分解后生成两分
子丙酮酸,两分子(NADH+H+)并净生成2分子ATP。NADH在有氧条件下可进入线粒体产能,共可得到2×2 或2×3分子ATP。故第一阶段可净生成6/8分子ATP。 2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 丙酮酸进入线粒体,在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧生成(NADH+H+)和乙酰CoA。此阶段可由两 分子(NADH+H+) 产生2×3分子ATP。丙酮酸脱氢酶系为关键酶,该酶由三种酶单体构成,涉及六种辅助因子,即NAD+ FAD、COA、TPP、硫辛酸和№g2+。 3.经三羧酸循环彻底氧化分解: 生成的乙酰CoA可进入三羧酸循环彻底氧化分解为CO2和H2O,并释放能量合成ATP。一分子乙酰CoA氧 化分解后共可生成12分子ATP,故此阶段可生成2×12=24分子ATP 三羧酸循环是指在线粒体中,乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸,然后经过一系列的代谢反应,乙酰基 被氧化分解,而草酰乙酸再生的循环反应过程。这一循环反应过程又称为柠檬酸循环或 Krebs循环 三羧酸循环由八步反应构成:草酰乙酸十乙酰CoA→柠檬酸→异柠檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→琥珀酸 →延胡索酸→苹果酸→草酰乙酸。 三羧酸循环的特点 ①循环反应在线粒体中进行,为不可逆反应 ②每完成一次循环,氧化分解掉一分子乙酰基,可生成12分子ATP。 ③循环的中间产物既不能通过此循环反应生成,也不被此循环反应所消耗 ④循环中有两次脱羧反应,生成两分子CO2。 ⑤循环中有四次脱氢反应,生成三分子NADH和一分子FADH2。 ⑥循环中有一次直接产能反应,生成一分子GTP ⑦三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶系,且α-酮戊二酸脱氢酶系的结构 与丙酮酸脱氢酶系相似,辅助因子完全相同 六、糖有氧氧化的生理意义 1.是糖在体内分解供能的主要途径:(1)生成的ATP数目远远多于糖的无氧酵解生成的ATP数目:(2)机体内 大多数组织细胞均通过此途径氧化供能。 2.是糖、脂、蛋白质氧化供能的共同途径:糖、脂、蛋白质的分解产物主要经此途径彻底氧化分解供能。 3.是糖、脂、蛋白质相互转变的枢纽:有氧氧化途径中的中间代谢物可以由糖、脂、蛋白质分解产生,某些中 间代谢物也可以由此途径逆行而相互转变 七、有氧氧化的调节和巴斯德效应 丙酮酸脱氢酶系受乙酰CoA、ATP和NADH的变构抑制,受AMP、ADP和NAD+的变构激活。异柠檬酸脱氢 酶是调节三羧酸循环流量的主要因素,ATP是其变构抑制剂,AMP和ADP是其变构激活剂 巴斯德效应:糖的有氧氧化可以抑制糖的无氧酵解的现象。有氧时,由于酵解产生的NADH和丙酮酸进入线粒 体而产能,故糖的无氧酵解受抑制 八、磷酸戊糖途径
10 子丙酮酸，两分子（NADH+H+）并净生成 2 分子 ATP。NADH 在有氧条件下可进入线粒体产能，共可得到 2×2 或 2×3 分子 ATP。故第一阶段可净生成 6/8 分子 ATP。 2．丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA： 丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧生成（NADH+H+）和乙酰 CoA。此阶段可由两 分子（NADH+H+） 产生 2×3 分子 ATP 。丙酮酸脱氢酶系为关键酶，该酶由三种酶单体构成，涉及六种辅助因子，即 NAD+、 FAD、CoA、TPP、硫辛酸和 Mg2+。 3．经三羧酸循环彻底氧化分解： 生成的乙酰 CoA 可进入三羧酸循环彻底氧化分解为 CO2 和 H2O，并释放能量合成 ATP。一分子乙酰 CoA 氧 化分解后共可生成 12 分子 ATP，故此阶段可生成 2×12=24 分子 ATP。 三羧酸循环是指在线粒体中，乙酰 CoA 首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基 被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。这一循环反应过程又称为柠檬酸循环或 Krebs 循环。 三羧酸循环由八步反应构成：草酰乙酸 + 乙酰 CoA→柠檬酸→异柠檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酰 CoA→琥珀酸 →延胡索酸→苹果酸→草酰乙酸。 三羧酸循环的特点： ①循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应。 ②每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成 12 分子 ATP。 ③循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。 ④循环中有两次脱羧反应，生成两分子 CO2。 ⑤循环中有四次脱氢反应，生成三分子 NADH 和一分子 FADH2。 ⑥循环中有一次直接产能反应，生成一分子 GTP。 ⑦三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和 α-酮戊二酸脱氢酶系，且 α-酮戊二酸脱氢酶系的结构 与丙酮酸脱氢酶系相似，辅助因子完全相同。 六、糖有氧氧化的生理意义： 1．是糖在体内分解供能的主要途径：⑴ 生成的 ATP 数目远远多于糖的无氧酵解生成的 ATP 数目；⑵ 机体内 大多数组织细胞均通过此途径氧化供能。 2．是糖、脂、蛋白质氧化供能的共同途径：糖、脂、蛋白质的分解产物主要经此途径彻底氧化分解供能。 3．是糖、脂、蛋白质相互转变的枢纽：有氧氧化途径中的中间代谢物可以由糖、脂、蛋白质分解产生，某些中 间代谢物也可以由此途径逆行而相互转变。 七、有氧氧化的调节和巴斯德效应： 丙酮酸脱氢酶系受乙酰 CoA、ATP 和 NADH 的变构抑制，受 AMP、ADP 和 NAD+的变构激活。异柠檬酸脱氢 酶是调节三羧酸循环流量的主要因素，ATP 是其变构抑制剂，AMP 和 ADP 是其变构激活剂。 巴斯德效应：糖的有氧氧化可以抑制糖的无氧酵解的现象。有氧时，由于酵解产生的 NADH 和丙酮酸进入线粒 体而产能，故糖的无氧酵解受抑制。 八、磷酸戊糖途径：