《中医药大学生物化学课件jc整理7-酶(3)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中医药大学生物化学课件jc整理7-酶(3)（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录Enzyme第 六 章 酶目 录酶的 概念n目前将生物催化剂分为两类酶 、 核酶（脱氧核酶）n酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。目 录酶学研究简史酶学研究简史n公元前两千多年，我国已有酿酒记载。n一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的 结果。n1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。n1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实 现了发酵。n1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。n1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提 出核酶(ribozyme)的概念。n1995年，Jack W.Szosta
2、k研究室首先报道了具有DNA 连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)目 录第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能 The Molecular Structure and Function The Molecular Structure and Function of Enzyme of Enzyme 目 录一、 酶的化学本质及分子组 成酶蛋白 (apoenzyme) ：蛋白质部分辅助因子 (cofactor) 金属离子小分子有机化合物全酶 (holoenzyme)n结合酶 (conjugated enzyme)：n n单纯酶单纯酶 (simple enzym
3、e)：脲酶、蛋白酶、淀粉酶目 录*各部分在催化反应中的作 用q酶蛋白决定反应的特异性q辅助因子决定反应的类型（如：乳酸脱氢酶）只有全酶才具备活性只有全酶才具备活性目 录金属离子的作用：K+ ,Na+ ,Mg+稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子； 在酶与底物间起桥梁作用； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 小分子有机化合物的作用在反应中起运载体的作用，传递电 子、质子或其它基团。目 录小分子有机化合物在催化中的作用 目 录辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）酶与辅助因子的对应关系辅酶 (coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去。 辅基 (prosthetic
4、 group):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。目 录酶的分类（根据酶蛋白分子特 点）n单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结 构的酶。多为水解酶，溶菌酶等。n寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或不 同亚基以非共价键连接组成的酶。苹果酸脱氢 酶n多酶体系(multienzyme system)：由几种不同 功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。（代谢 过程中）二、酶的活性中心必需基团(essential group)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化学基团。常见-OH,-SH等目 录或称活性部位(active site
5、)，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。 酶的活性中心(active center)目 录活性中心内的必需基团结合基团( (binding group) ) 与底物相结合与底物相结合催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性 中心应有的空间构象所必需。活性中心外的必需基团底 物 活性中心以外 的必需基团结合基团催化基团 活性中心 目 录目 录溶菌酶的活性 中心* 谷氨酸35和天 冬氨酸52是催化 基团；* 色氨酸62和83 、天冬氨酸101 和色氨酸108是 结合基团；* AF为底物
6、多 糖链的糖基，位 于酶的活性中心 形成的裂隙中。目 录第 二 节酶促反应的特点与机理 The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 目 录u 酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。加入少量而效果明显目 录（一）酶的不稳定性：蛋白质易失活（二）酶的高效性一、 酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍 ，比一般催化剂高1071013倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应 的活化
7、能(activation energy)。酶比一般催化剂 更有效地降低反应的活化能。 目 录反应总能量改变 非催化反应活化能 酶促反应活化能 一般催化剂催 化反应的活化能 能量反 应 过 程 底物 产物 酶促反应活化能的改变 活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。目 录加速反应：外加能量降低反应活化能酶的中心产物学说：酶的中心产物学说：E + S E + S E SE S E + P E + P酶与底物中心产物酶与底物中心产物目 录一种酶仅作用于一种或一类化 合物，或一定的化学键，催化一 定的化学反应并生成一定的产物 。酶的这种特性称为酶的特异性 或专一性。* 酶的特异性(specif
8、icity)（三）酶的高度特异性（专一性）目 录根据酶对其底物结构选择的严格程度不同 ，酶的特异性可大致分为以下3种类型：n绝对特异性(absolute specificity)：只能作用 于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生 成一种特定结构的产物。过氧化氢酶 n相对特异性(relative specificity)：作用于一类 化合物或一种化学键。二肽酶n立体异构特异性(stereo specificity)：作用于 立体异构体中的一种。目 录（四）酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控(底物、激素、调节剂等)，以适
9、应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。目 录二、酶促反应的机理（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说*诱导契合假说(induced-fit hypothesis)酶底物复合物 E + S E + P ES 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。这一过程称为酶- 底物结合的诱导契合假说 。目 录羧肽酶的诱导契合模式 底物目 录目 录3.酶与底物结合形成中间络合 物的方式（理论） (1)锁钥假说(lock and key hypothesis)： 认为整个酶分子的天然构 象是具有刚性结构的，酶 表面具有特定的形状。酶 与底物的结合如同
10、一把钥 匙对一把锁一样 (2)诱导契合假说（induced fit hypothesis): 该学说认为酶表面并没有 一种与底物互补的固定形 状，而只是由于底物的诱 导才形成了互补形状.目 录三、酶原与酶原的激活三、酶原与酶原的激活酶原酶原 ( (zymogenzymogen) )有些酶在细胞内合成或初分泌时有些酶在细胞内合成或初分泌时只是只是酶的无活性前体酶的无活性前体，此前体物质称，此前体物质称为酶原。为酶原。 酶原的激活酶原的激活 在一定条件下，酶原转化在一定条件下，酶原转化为为有活有活 性酶的过程。性酶的过程。目 录 酶原激活的机理酶 原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心一个或几
11、个特定的肽键断裂， 水解掉一个或几个短肽在特定条件下目 录赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝S SS SS SS S464618183 3甘异缬组 丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程目 录 酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。目 录四、 同工酶 ( isoenzyme )* 定义同工酶是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
12、。目 录H HH HH HH HH HH HH HMMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1(H(H4 4) )LDHLDH2 2(H(H3 3MM) )LDHLDH3 3(H(H2 2MM2 2) )LDHLDH4 4(HM(HM3 3) )LDHLDH5 5(M(M4 4) )乳酸脱氢酶的同工酶 * * 举例：举例：乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH(LDH1 1LDHLDH5 5) )目 录*生理及临床意义 在代谢调节 上有重要的作用； 用于解释发 育过程中阶段特有 的代谢特征； 同工酶谱的 改变有助于对疾病 的诊断； 同工酶可以 作为遗传标志，用 于遗传分析
13、研究。病人血清LDH同工酶谱的变化1酶 活 性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱2345目 录第 三 节酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 目 录q概念研究各种因素对酶促反应速度的影 响，并加以定量的阐述。 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pHpH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。目 录一、酶浓度对反应速度的影响当SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。关系式为：V = K3 E0 V E 当SE时，Vmax = k3 E 酶浓度对反应速度的影响
14、 目 录二、底物浓度对反应速度的影响单底物、单产物反应酶促反应速度一般在规定的反应条件下 ，用单位时间内底物的消耗量和产物的 生成量来表示反应速度取其初速度，即底物的消耗量 很小（一般在5 以内）时的反应速度研究前提v 在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应 速度的影响呈矩形双曲线关系。当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。SSV VVmaxVmax目 录随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。SSV VVmaxVmax目 录当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度； 反应为零级反应SSV VVmaxVmax目 录目 录（一）米氏方程式中
15、间产物酶促反应模式中间产物学说E + Sk1k2k3E SE + P目 录19131913年年MichaelisMichaelis和和MentenMenten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，即米曼氏方程物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程 式，简称米氏方程式式，简称米氏方程式( (MichaelisMichaelis equation) equation)。S：底物浓度V：不同S时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant) V max S Km + S 目 录米曼氏方程式推导基于两个假设：E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于慢反应即 Vk3ES。 (1)S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始阶段，S的浓度可认为不变即SSt。 目 录推导过 程 n稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即 ES恒定。 K1 (EtES) SK2
