第4章 酶课件.ppt

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1、生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第四章 酶第一节 概述n 酶是由活细胞产生的具有催化功能的生物大分子，是生命活动顺利进行的必要条件之一。n 酶所催化的化学反应叫酶促反应，在酶酶促反应中被催化发生化学反应的物质称为底物，其反应的生成物称为产物。 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第二节 酶的命名与分类 一、酶的命名(1)习惯命名法：根据底物和反应类型来命名；(2)系统命名法：包括底物名称、类型、反应性质和酶字。例如：习惯名称：谷丙转氨酶 系统名称：L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应： L-丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸 谷丙转氨酶谷丙转氨酶生物化

2、学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）二、酶的分类及编号1.根据酶所催化反应的类型，可将酶分为六大类： n1）氧化还原酶类n2）转移酶类n3）水解酶类n4）裂合酶类n5）异构酶类n6）合成酶类生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）2.编号:包括四个数字ECEC 酶委员会（酶委员会（Enzyme CommissionEnzyme Commission）1 1 类类: :氧化还原酶类氧化还原酶类.1 .1 亚类亚类 .1.1亚亚- -亚类亚类.27.27亚亚- -亚类中的位置亚类中的位置生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第三节 酶的化学本质、组成及催化特点 一、酶的化学本质

3、大部分酶都是具有催化功能的蛋白质。二、酶的组成 根据其组成情况，可将酶分为单纯酶和结合酶两大类n单纯酶:单纯蛋白质，如淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等。n结合酶: 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子 (结合酶) (蛋白质部分) (非蛋白质部分)生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）辅助因子金属离子 小分子有机化合物 (辅酶 )酶蛋白决定反应的特异性，辅助因子则决定反应的种类和性质。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n金属离子的作用金属离子的作用n参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；n在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；n稳定酶的构象；稳定酶的构象；n中和阴离子

4、，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。n 小分子有机化合物的作用小分子有机化合物的作用参与酶的催化过程，在反应中传递电子、参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。质子或一些基团。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）三、酶的催化特点1. 酶具有极高的催化效率2. 酶的催化具有高度的底物专一性n绝对专一性:只作用于特定结构的底物，n相对特异性:只作用于一类化合物或一种化学键。n立体异构专一性:仅作用于立体异构体中的一种3. 酶催化作用的可调节性 4. 酶的高度不稳定性生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第四节 酶的结构与功能的关系一、 酶的活

5、性中心n必需基团:酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的基团。n酶的活性中心:或称活性部位,指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n活性中心内的必需基团结合基团:催化基团: 催化底物转变成产物n 活性中心外的必需基团:维持酶活性中心应有的空间构象所必需。n 构成酶活性中心的常见基团：His的咪唑基、Ser的OH、 Cys的SH、 Glu的-COOH。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）二、 酶原的激活 有些酶在细胞内合成或初分泌时不具有生物活性，只是酶的无活性前

6、体，此前体物质称为酶原。 在一定条件下，酶原可以转变为有催化活性的酶，这一转化的过程称为酶原的激活。 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）三、别构酶与同工酶 n别构酶:又称为变构酶 一些代谢物可与某些酶分子活性中心以外的部位可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称别构(变构)调节。具有别构作用的酶称为别构酶。 n同工酶:指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）例：乳酸脱氢酶例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5)生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第五节 酶的作用机制一、酶

7、与底物分子的结合 锁钥学说锁钥学说生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）诱导楔合假说诱导楔合假说:酶与底物相互接近时，其结构相互酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）二、影响催化效率的因素1底物与酶的“靠近”及“定向” 2使底物分子中的敏感键发生“变形” 3共价催化 4酸碱催化5酶活性中心的疏水性 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第六节 酶促反应的速率和影响反应速率的因素一、酶促反应速率的测定酶促反应速率v用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示产物生

8、成量反应时间反应曲线斜率= 产物浓度/时间 =V 图4-1 酶促反应的时间进程曲线生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）二、影响酶促反应速率的因素1. 底物浓度对酶促反应速率的影响图4-2 底物浓度对酶促反应速率的影响VSVmaxKmm0max2V生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n1913年年Michaelis和和Menten提出反应速度与底提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，米曼氏方程式，简称米氏方程简称米氏方程.maxSKSVVmKm 米氏常数Vmax 最大反应速度生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）2. pH值

9、对酶促反应速率的影响 2 4 6 8 10 PH葡萄糖-6-磷酸酶胃蛋白酶酶活性图4-3 pH值对某些酶活性的影响生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）3. 温度对酶促反应速率的影响酶活性 图4-4 温度对酶反应速率的影响温度 C C 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编） 4.酶浓度对酶促反应速率的影响 酶浓度反应速度图4-5 酶浓度对反应速率的影响生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）5.激活剂对对酶促反应速率的影响 激活剂的作用是相对的，一种酶的激活剂对另一种酶可能是抑制剂。而且激活剂的浓度不同对酶活性的影响也不同。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）6

10、.抑制剂对酶活性的影响n酶的抑制剂 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。n区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因素对酶没有选择性 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）抑制作用的类型：(1)不可逆抑制作用：抑制剂与酶反应中心的活性基团 以共价形式结合，引起酶的永久性失活。AsHCCHClESS+H2CSHHCH2COHSHESHSH+H2CSHCH2COHSAsHCCHCl失活的酶失活的酶BAL巯基酶巯基酶BAL与砷剂结合物与砷剂结合物生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）(2)可逆性抑制n概念 抑制剂以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性

11、结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）（a）竞争性抑制作用定义定义 抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）I抑制剂；EI酶-抑制剂复合物；P产物生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）例COOHCH2CH2COOH琥珀酸 + 受体 = 反丁烯二酸 + 还原性受体+A+AH2COOHCHCCOOHH生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）特点n与S结构类似，竞争酶的活性中心；n

12、抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及Sn动力学特点：Vmax不变，表观Km （b）非竞争性抑制作用 抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。用下列反应表示其过程：生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）特点n抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合；n抑制程度取决于I；n动力学特点：Vmax，表观Km不变。图4-6 竞争性抑制、非竞争性抑制及无抑制酶促反应的比较 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）（c）反竞争性抑制作用 抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合， 使ES的量下降。E + SES +P +SESII生

13、物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）特点n抑制剂只与抑制剂只与ESES结合；结合；n抑制程度取决与抑制程度取决与I I及及S S；n动力学特点：动力学特点：VmaxVmax，表观，表观KmKm。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编） 各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较 作用特征作用特征竞争性竞争性抑制抑制非竞争性非竞争性抑制抑制反竞争反竞争性抑制性抑制与与I结合的组分结合的组分EE、ESES表观表观Km增大增大不变不变减小减小Vmax不变不变降低降低降低降低生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第七节 酶的分离提纯与活力测定一、酶分离提纯1. 酶的分离纯化

14、基本步骤 2. 酶分离提纯的一般原则二、酶的保存三、酶活力测定与酶活力单位 1酶活力与酶反应速率 酶活力的大小可以用在一定条件下它所催化的某一化学反应的反应速率来表示，即酶催化的反应速率愈快，酶的活力就愈高；速率愈慢，酶活力就愈低。所以测定酶活力(实质上就是测定酶的量)就是测定酶促反应的速率(用V表示)。 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）时间斜率=浓度 / 时间=V产物浓度图4-7 酶反应的速率曲线生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）2酶活力单位(U) 1961年国际酶学会议规定：1个酶活力单位是指在特定条件下 l min内能转化lmol底物的酶量，或是转化底物中 lm

15、ol的有关基团的酶量。特定条件是指：温度选定为25，其他条件(如pH值及底物浓度)均采用最适条件。3酶的比活力 就是酶含量的大小，即每毫克酶蛋白所具有的酶活力，一般用单位毫克蛋白质(Umg蛋白质)来表示。有时也用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少个活力单位来表示(Ug或Uml)。 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）4酶的转换数(Kcat) 转换数为每秒钟每个酶分子转换底物的微摩尔数(mol)。它相当于产物酶中间产物(ES)形成后，酶将底物转换为产物的速率。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第八节 酶工程简介 一、化学酶工程（1）自然酶，（2）化学修饰酶 （3）固定化酶（4）人工合成酶 二、生物酶工程 亦称高级酶工程，是在化学酶工程的基础上发展起来的，是酶学和DNA重组技术相结合的产物。三、酶工程的应用 在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。