酶学分析技术.ppt
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1、第五章 酶学分析技术,退出,主要内容,六、工具酶及其临床应用,一、酶的一般特征,二、酶促反应动力学,三、酶活性浓度测定技术,四、酶的免疫化学测定,五、同工酶和亚型的测定,七、血清酶,八、临床常用血清酶及其同工酶,一、基本概念,第一节 酶的一般特征,三、酶的命名分类及编号,二、酶的结构与催化作用,返回章,1.酶、核酶。2.酶的催化特性:极高的催化效率、高度的特异性、催化作用的可调节性。3.酶促反应:酶所催化的反应。酶活性:酶催化反应的能力。酶活性单位:在一定条件下使酶促反达到某一速度时所需要的酶量。底物(S):酶所作用的物质。产物(P):酶促反应的生成物。酶的激活剂:加速酶促反应的物质。酶的抑制
2、剂:减慢或终止酶促反应的物质。,一、基本概念,返回节,酶活性单位惯用单位 惯用单位是酶活性测定方法的建立者所规定的单位。由于单位定义不同,参考范围差别很大,难以进行比较。国际单位(IU)在特定的条件下,每分钟转化1mol底物的酶量为一个国际单位。以IU表示,1IU=1mol.min-1。Katal单位 在规定条件下,每秒钟转化1mol底物的酶量为1kat,1kat=1mol.s-1。常用单位为katal或 nkatal。Kat与IU的换算关系为:1IU=1molmin-1=16.67nmols-1=16.67nkatal,四、酶活性浓度的单位,返回节,二、酶的结构与催化作用,单纯酶和结合酶 单
3、纯酶:只含多肽链,是单纯蛋白质。结合酶:由酶蛋白和辅因子组成。两者结合后形成的复合物称为全酶。与酶蛋白结合疏松的称为辅酶。与酶蛋白结合牢固的称为辅基。酶的活性中心 酶与底物结合并将底物转变成产物发生在酶表面的一个特定区域。酶的催化作用机制 诱导契合学说。,返回节,三、酶的命名、分类及编号,返回节,参考范围与正常上限升高倍数(ULN)由于临床实验室进行酶学测定时所选仪器、试剂和方法不同,加之生物学变异等对酶活性影响,常常导致实验室之间所得参考范围差别甚远,应根据各自情况对各种酶建立自己的参考值。所谓正常上限升高倍数(ULN)是指用测得的酶活性结果除以参考范围上限。便于比较来自不同方法的结果;如将
4、ULN进一步适当分级,更制定出轻度、中度及极度增加的范围,一目了然。有些酶测定要考虑到不同性别、年龄时间时,用ULN换算更能正确表达,就不致发生误判。,返回节,一、米曼氏方程,酶促反应动力学,三、酶促反应进程曲线,四、影响酶促反应的因素,二、Km与Vmax,返回章,Michaelis 和Menten提出的酶作用的中间产物学说:,一、米曼氏方程,E+S,K1,K2,K3,返回节,1913年提出了著名的酶促反应速度与底物浓度关系的 方程式,即米-曼氏方程(Michaelis-Menten equation):,E+P,ES,二、Km与Vmax,Km值:等于酶促反应的初速率为最大速率Vmax一半 时
5、的底物浓度,即VVmax时,则KmS。Km 在临床上的应用:反映酶与底物的亲合力,且与亲合力成反比。用来计算不同底物浓度时酶促反应速度相当于最 大反应速度的百分率。根据Km值选择酶的最适底物。确定工具酶用量。确定代谢酶系中的限速反应和作为鉴别酶的依 据。Vmax:酶完全被底物饱和时的反应速度,代表了在一 定酶量下的最大反应速率。,返回节,三、酶促反应进程曲线,如将酶反应过程中测得的产物P或底物S变化量对时间作图,可得酶促反应时间进程曲线。图中产物P或底物S变化曲线的斜率就代表酶促反应的速率。,延滞期,线性反应期,底物耗尽期,必须根据线性反应期的反应速率才能准确计算出酶活性浓度。,返回节,四、影
6、响酶促反应的因素,1.底物浓度2.酶浓度3.温度4.pH5.抑制剂6.激活剂7.辅因子 针对酶学检验,返回节,不同贮存温度时体液酶的稳定性,*酶不耐融化;与同工酶类型有关;标本未酸化;#标本加枸橼酸或醋酸至pH 5,酶活性浓度测定就是要使酶促反应的初速度(v)达到最大速度Vmax,即在过量底物存在下的零级反应期的速度,此时反应速度与酶浓度E之间存在线性关系。,第二节 酶活性浓度测定技术,一、酶活性浓度测定方法,二、酶偶联法,三、血清酶活性浓度测定条件的选择,四、酶活性浓度的单位,五、系数K值的计算与应用,六、临床酶学测定的标准化,返回章,1.按反应时间分类:定时法 连续监测法2.按检测方法分类
7、:量气法、分光光度法、荧光法 其它方法(放射性核素法、离子选择电极法,旋光法、极谱法、HPLC或生物发光法等)。,一、酶活性浓度测定方法,返回节,按检测方法分类底物或产物浓度的检测,返回节,定时法(固定时间法)测定酶与底物作用反应一定时间后底物或产物变化的总量,计算酶促反应平均速度。优点:比较简单,最后测定时因酶促反应已被终止,故所用仪器无需恒温装置,显色剂的选择也可不考虑对酶活性的影响。缺点:无法知道在整个酶促反应进程中是否都处于线性期。利用该法测定酶活性浓度,必须保证酶和底物在所选定的温度下作用时间要非常精确,否则会引起较大误差。,返回节,连续监测法 又称速率法或动力学法,指在酶促反应过程
8、中用仪器监测某一反应产物或底物的浓度随时间 的变化量,求出酶反应初速度,间接计算酶活 性浓度的方法。优点:无须终止酶促反应,不需添加其它成色试剂,就反应物变化的多点测定结果连接成线,观察 到整个反应过程,选择线性反应期来计算酶活 性,结果准确可靠。要求检测仪器具有恒温装置及自动检测功能,自动生化分析仪都能达到这些要求。,返回节,连续监测法的种类,直接法 是指待测酶酶促反应的底物或产物有特征性的理化性质,然后通过特殊的仪器直接检测。基于NADH或NADPH的反应原理:LD、-HBD等基于人工合成色素原底物:ALP、GGT、AMS等 基于氧的消耗:各种氧化酶 间接法 是指酶促反应底物和产物之间没有
9、特征性的理化性质,需通过另一个化学反应或生化反应,将底物或产物转化为有明显特征理化性质的另一个化合物。用直接法来测定的酶类非常有限,很多情况下不得不使用间接法。一步间接法酶偶联法,返回节,酶活性浓度单位 临床上酶活性浓度采用每单位体积(升)所含的酶活性单位数表示。酶活性浓度单位的计算 连续监测法根据摩尔消光系数进行酶活性浓度的计算。公式如下:,返回节,用自动生化分析仪测定同一酶,条件固定时,从理论上来讲V、v和L均为固定值,为常数,则将公式 简化为 如LD活性浓度,已知NADH的为6.22103cm-1.mol-1,血清量为50l,底物液为1ml,比色杯光径为1cm,则 K=1.05106/6
10、.22 1030.051=3376,系数K值的计算与应用,返回节,连续监测法中常数K值的设置 测定酶的判断值或参考范围上限,保证测定的可靠,所 以转氨酶的常数K一般在3000左右,不少人宁愿在1500 左右。应考虑到测定时间,测定时间短到0.5分,此时0.001嗓 音对每分钟A误差将是0.002,反之,测定时间延长 到2分钟,误差也小一半。即测定时间长,则K值可以 设置大一些,如测定时间只有0.5分钟,K值一般不超 过4000。改变K值最方便的途径就是改变标本稀释度,稀释倍数 愈大,K值愈大。,返回节,连续监测法中常数K值的检验摩尔吸光系数()对一定物质而言常是一个定值,但在一些外界条件影响下
11、也会有所变化。对硝基酚:当pH10时,405nm处其为18500。NAD(P)H:当波长大于334nm时,随温度升高,同一波长的值会轻度下降。值在近似单色光的光源条件下才能成立。实际K值的测定。一些性质稳定的物质如对硝基酚.用高纯试剂配成标准品或直接购买,计算出实际K值。NAD(P)H反应有关酶测定的K值。葡萄糖终点法测定,产生与葡萄糖相等摩尔数的NAD(P)H。,返回节,临床常用血清酶的测定方法与参考范围(37),*国际临床化学联合会(IFCC)参考方法;#实际为拟胆碱酯酶(PChE),返回节,第六节 同工酶及亚型的测定,一、同工酶的概念及分类,二、同工酶的分析方法,返回章,概念:同工酶是催
12、化相同的化学反应,而酶蛋白的分子结构、理化性质不同的一组酶。亚型指基因在编码过程中由于翻译后修饰的差异形成的 多种形式的一类酶。往往在基因编码产物从细胞内释入 血浆时因肽酶作用降解而形成。分类:简单分类原级同工酶和次级同工酶。基因分类单基因决定的同工酶、复等位基因同工 酶、多基因决定的同工酶和修饰的同工酶等四类。,一、同工酶的概念及分类,返回节,二、同工酶的分析方法,返回节,电泳法,电泳材料:醋酸纤维素薄膜、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、等电聚焦及毛细管电泳等。区带显色:各同工酶区带进行酶促反应显色后,扫描定量,而颜色的深浅与同工酶活性成正比。巨分子酶产生的原因:酶与免疫球蛋白形成复合物,如CK
13、-BB-IgG。酶与其他蛋白质形成复合物,如LD-脂蛋白。酶亚基或分子之间形成聚合物,如CK-Mt聚合物、LD亚基自身聚合等。,返回节,层析法:利用同工酶分子量大小、所带电荷多少的不同,以及受某些离子交换剂吸附的强弱程度不同来进行分离鉴定的方法。柱层析,如离子交换层析和亲和层析等。因操作方法费时繁琐,一般不用于临床同工酶常规检测,而主要用于同工酶的分离、制备、纯化。,层析法,返回节,免疫抑制法 根据同工酶的某一种亚基与相应的抗体 结合后,酶活性受到抑制,可算出该型同工酶的活性。如CK-MB活性测定。免疫沉淀法 该法利用同工酶抗体形成抗原抗体复合 物沉淀的原理,减去法可算出同工酶的活性。其他免疫
14、学方法测定酶蛋白 利用酶是蛋白类抗原但 含量极微的特点,可应用免疫电泳、RIA、EIA和 CLIA等方法。这类方法的最大特点就是与酶活性无关,测定酶的质量。,免疫分析法,返回节,底物特异性分析法 利用不同的同工酶对底物的亲和力的差异即可进行分析。抑制剂分析法 利用同工酶之间结构的不同而对同一种抑制剂有不同的亲和性和反应性来进行分析。pH分析法 利用不同的同工酶可有不同的最适pH进行分析。热失活分析法 利用不同同工酶的耐热性不同来进行分析与鉴定。,动力学分析法,返回节,第七节 工具酶及其临床应用,一、工具酶,二、代谢物的酶法测定,返回章,概念 作为试剂用于测定化合物浓度或酶活性的酶称为工具酶。工
15、具酶参与的指示反应 偶联H2O2工具酶及指示反应:如常用的Trinder反应。NAD(P)+或NAD(P)H偶联的脱氢酶及其指示反应:利用氧化-还原酶反应使其连接到NAD(P)-NAD(P)H的正/逆反应后,直接测定NAD(P)H的变化量。,一、工具酶,返回节,Ex 为待测酶,A为底物,B为中间产物。A、B二物质的变化无法直接监测,此时可外加第二个酶Ei(为指示酶),其底物为B,反应产物为P可直接测定。,二、酶偶联法,返回节,酶偶联反应 最简单的模式为:,辅助反应 如果一些酶促反应找不到合适的指示酶与其直接偶联,此时还可在始发反应和指示反应之间加入另一种酶,将二者连在一起,此反应称为辅助反应。
16、模式为:,返回节,其中,B、C均为中间产物,Ea、Ei都为工具酶。最后一个酶称指示酶Ei,其他外加的酶都为辅助酶(Ea)。,酶偶联反应原理(1)当用酶偶联法测定时,在偶联反应中存在几个时期:预孵育期、延滞期、恒态期、非恒态期。(2)延滞期是酶偶联反应与一般酶反应的一个重要区别。从酶反应开始至稳态期间,指示酶反应较慢且不稳定,称为延滞期。在这期间指示酶反应速度不能代表测定酶量多少。(3)设计和选择酶偶联测定方法时,延滞期越短越好,测定时间要避开此期。,返回节,酶偶联法测定ALT的吸光度变化图,返回节,对酶偶联反应的要求 指示酶反应必须是一级反应 酶反应速度与指示酶底物浓度相关。工具酶催化的最大反
17、应速度必须远远大于测定酶,其所催化的反应必须在中间产物浓度很低的条件下进行,并且将此很快转变为最终产物,反应体系中不应有中间产物堆积,否则导致误差。工具酶 作为试剂用于测定化合物浓度或酶活性的酶称为工具酶。,返回节,根据Vx/(Km)x:Vi/(Km)i的比值来选择指示酶的用量Vi,式中Vx为测定酶的测定上限。比值为1:10、1:100、1:1000时,误差28、4、0.7。实例:在肌酸激酶测定法中,CK的Km为2.4mmol/L,指示酶G-6-PD的Km为0.27mmol/L,如将CK测定上限定为450U/L(实际测定时标本稀释60倍,实际为7.5U/L),如希望上述比例为1:100。代入上
18、式:Vx/(Km)x:Vi/(Km)I=1:100 Vi3.1103min10.27mmol100 8.37102mmolmin1 L 1 83.7U/L 如反应体系为1ml,只需0.0837U的G-6-PD 即可。,指示酶、辅助酶的浓度计算方法一,返回节,根据米氏方程式来计算,在酶偶联反应中,指示酶催化速度(Vi)的米氏方程式为:,指示酶、辅助酶的浓度计算方法二,返回节,以天冬氨酸氨基转移酶(AST)为例希望中间产物P浓度很低,定为0.001mmol/L,指示酶苹果酸脱氢酶Km为0.0165mmol/L,如设定AST上限为300U/L(标本为1:12稀释,实测上限为25U/L)。代入上式:,
19、Vi0.0014mmol min11.4U得1.4U,如反应体系为3ml,则试剂中苹果酸脱氢酶用量为466U/L,目前试剂中用量为600U/L。从以上计算来看,试剂中用量是足够的。,临床化学中常用的共通性呈色反应,返回节,工具酶的其他应用酶循环法固相酶,酶循环法测定胆汁酸,返回节,多酶体系中酶促偶联反应分析,酶偶联法 与酶活性测定一样,直接法测定的项目是有限的。每种代谢物可以使用不同的酶而建立多种检测方法。如甘油三酯、肌酐都有多种酶试剂法。指示反应主要分两大类:NAD(P)H和过氧化物酶(POD)系统。,代谢物的酶法测定终点法的类型,返回节,动力学法概念:根据米氏方程,当SKm,一般S/Km0
20、.2,最好0.05,S+KmKm,此时呈一级反应,反应初速度v=kS。如果能准确测定反应的初速度(v),采用标准浓度对照法即可求得待测物的浓度。实际操作中,测定两个固定时间的吸光度差值,只要此期间待测物消耗5%,就可以采用标准浓度对照法计算样本浓度,所以动力学法有时又称为定时法。,返回节,与终点法相比,动态法测定中待测物无需完全转化,故工具酶的用量较少,为了保证有足够的测定线性,所用酶的Km应足够大。两者对于测定仪器的要求不同。终点法测定对于仪器的电噪声和温控要求不严,而动态法要求仪器的电噪声小,吸光度应读准到0.0001,温度变化0.1%。产物的堆积和样品色原对动态法影响较小,而对终点测定法
21、影响较大。如碰到乳糜或溶血,在做终点法测定时,有时需设样本空白。,终点法与动力学法的主要区别,返回节,临床常用血清酶及其同工酶,二、-谷氨酰转移酶及其同工酶,三、肌酸激酶及其同工酶,四、乳酸脱氢酶及其同工酶,五、碱性磷酸酶及其同工酶,六、酸性磷酸酶及其同工酶,七、淀粉酶及其同工酶,八、脂肪酶,九、胆碱酯酶,一、转氨酶及其同工酶,返回章,一、血清酶的来源,第七节 血清酶,三、血清酶的生理变异,四、血清酶变化的病理机制,二、血清酶的去路,返回章,血浆特异酶 为血浆蛋白的固有成分,在血浆中发挥特定的催化作用。多数由肝脏合成并以酶原形式分泌入,在一定条件下被激活起作用。与凝血有关的酶或酶原、ChE、C
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