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1、第五章 酶,酶的概念与特点 酶的化学本质与组成 酶的命名和分类 酶的专一性 酶的作用机制 酶促反应动力学 影响酶促反应速率的因素 酶活性的调节 核酶、抗体酶与同工酶 酶的研究方法与酶工程,酶 E 底物 产物 substrate product S p,一 酶的概念与特点,1 酶的概念 Enzyme 酶是生物催化剂 催化效率高 作用具有高度的专一性 易失活 活力受调控 催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关,2 酶的特点,具有一般催化剂的共性。 酶的特点 高效性 专一性,酶的高效性,酶具有很高的催化效率。 酶促反应速率比非催化反应高105-1017倍。 胰凝乳蛋白酶 常温 非催化反应速率 110-1
2、0 s-1 酶催化反应速率 1102 s-1,酶的专一性,Specificity 指酶对其催化反应的类型和反应物有严格的选择性。 淀粉酶 只能催化淀粉的水解反应。,二 酶的化学本质与组成,1 酶的化学本质 蛋白质、核酸。 到目前为止发现，除了核酶外，酶都是蛋 白质。,2 酶的化学组成,（1）根据化学组成分为： 单纯蛋白质 缀合蛋白质 全酶=脱辅酶+辅因子 辅酶 辅基,（2）按酶蛋白的分子结构分为： 单体酶 寡聚酶 多酶复合体（多酶体系、多酶络合物）,三 酶的命名和分类,1 酶的命名 习惯命名法 国际系统命名法,2 酶的分类,国际酶学委员会将所有酶分为六大类： 氧化还原酶类 转移酶类 水解酶类
3、裂合酶类 异构酶类 合成酶类,四 酶的专一性,1 酶专一性的类型 结构专一性 立体异构专一性,结构专一性 蔗糖酶 水解蔗糖 相对专一性 族专一性 键专一性,立体异构专一性 旋光异构专一性 几何异构专一性 淀粉酶 水解D-葡萄糖参与形成的糖苷键,2 酶专一性的假说 “锁与钥匙”假说,“诱导契合”假说,五 酶的作用机制,酶通过降低反应活化能使反应速度加快。 ,1 酶的活性部位 又称酶的活性中心。 在整个酶分子中，只有一小部分区域的氨 基酸残基参与对底物的结合与催化作用。这 些特异的氨基酸残基比较集中的区域成为酶 的活性部位。,酶的活性部位 结合部位 催化部位 必需基团 活性中心 活性中心以外的，对
4、维持酶的构象 必需的基团,2 酶与底物复合物的形成 中间复合物学说（中间产物学说） E + S ES P + E 中间复合物,3 酶具有高催化效率的分子机制 酶分子的活性部位结合底物形成酶-底物复 合物，在酶的帮助作用下（包括共价作用和 非共价作用），底物进入特定的过渡态，由 于形成此类过渡态所需的活化能远小于非酶 促反应所需要的活化能，因而反应能够顺利 进行。,邻近效应与定向效应 促进底物过渡态形成的非共价作用 酸碱催化 共价催化 金属离子催化,4 酶作用机制的实例-胰凝乳蛋白酶,蛋白酶 三段肽链,活性部位位于酶表明的一个裂缝中，主要 包含Ser、His和Asp三个关键氨基酸残基。,http
5、:/ 酶促反应的动力学 ,研究酶促反应的速度及影响速度的各种因素。 重要的理论意义与应用价值。,1 酶促反应速率,单位时间内底物的减少量或产物的生成量 来表示。 酶促反应的初速率,2 底物浓度对酶促反应速率的影响,米氏学说 （曲线）,S较低时，v与S的关系呈正比 一级反应 随着S增加，v增大，但不按正比例增大 混合级反应 S进一步增加，v不再上升，趋向一个极限，说明酶 已被底物所饱和 零级反应,3 酶促反应的动力学方程式,米氏方程 - 定量地反映了酶促反应速率与底物浓度的复杂关系。 （Km 米氏常数）,米氏常数的意义 当 v=1/2Vmax 时，Km=S 1 Km是当酶促反应速度达到最大反应速
6、度一半时的底物浓度。 2 是酶的特征常数。 3 表示酶与底物的亲和力。Km越小，表明酶与底物的亲和力越大。 【最适底物】,7 影响酶促反应速率的因素,温度 pH 抑制剂 激活剂,（1） 温度对酶促反应的影响,影响 曲线 酶的最适温度,每一种酶在一定条件下都有其最适温度。 动物体内酶的最适温度 35 45 植物体内酶的最适温度 40 50 一些嗜热菌中的酶的最适温度可高达90以上。,（2）pH对酶促反应速度的影响,影响 曲线 酶的最适pH,各种酶的最适pH不同。 多数在中性、弱酸性或弱碱性范围内。 植物和微生物体内的酶的最适pH多在4.5 6.5。 动物体内的酶的最适pH多在6.5 8.0。 例
7、外：如胃蛋白酶的最适pH为1.5。,（3） 抑制剂对酶促反应速度的影响,抑制剂 （ inhibitor, I ） 凡是能使酶的必需基团或酶活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活性甚至使酶完全丧失活性的物质。 抑制作用,抑制作用的类型 不可逆抑制作用 可逆的抑制作用 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制 抑制剂举例： 有机磷化合物、有机汞砷化合物、氰化物、重金属等等。,抑制剂的应用,青霉素 可与细菌糖肽转肽酶活性部位的丝氨酸羟 基共价结合，使酶永久失活，从而抑制细菌 细胞壁的合成，起抗菌作用。,磺胺类药物 对氨基苯甲酸的类似物，可抑制细菌二氢 叶酸合成酶的活性，从而使细菌不能产生生 存必需的
8、二氢叶酸，人可以直接利用食物中 的叶酸，因此不受该类药物的影响。,（4）激活剂的酶促反应速度的影响,激活剂 （activator, A） 能提高酶活性的物质。,八 酶活性的调节,1 酶活性的调节方式 两类方式： 改变酶的数量和分布 改变细胞内已有的酶分子的活性,2 酶的别构调控 ,许多酶除了具有活性部位外，还具有调节部位。 酶的调节部位可以与某些化合物可逆地非共价结合，使酶发生结构的改变，进而改变酶的催化活性。,别构酶 具有别够调控作用的酶。 通常为多个亚基组成的寡聚酶。,别构效应物 正效应物 别构激活剂 负效应物 别构抑制剂 正协同效应 负协同效应,正协同效应,天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCas
9、e）,一个经典的别构酶 CTP 别构抑制剂 ATP 别够激活剂,反馈抑制,3 可逆的共价修饰调节,某种酶在其他酶的催化下，其肽链中某些 基团发生可逆的共价修饰作用，导致该酶在 活性形式和非活性形式之间相互转变，以达 到调节酶活性的目的。 共价调节酶 磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化、甲基化等。,糖原磷酸化酶 的共价修饰,4 酶原的激活,在特定蛋白水解酶的催化作用下，酶原的结构发生改变，形成酶的活性部位，变成有活性的酶。 不可逆。 重要的生理意义。,胰腺炎,胰腺因蛋白酶的自身消化作用而引起的疾病。 正常情况下，胰液中含有无活性的胰酶原。胰液 沿胰腺管道不断地经胆总管流入十二指肠，由于十 二指肠内有胆汁
10、存在，加上十二指肠壁粘膜分泌一 种肠激酶，在二者的作用下，胰酶原开始转变成活 性很强的胰蛋白酶。如果流出道受阻，排泄不畅， 即可引起胰腺炎。,九 核酶、抗体酶与同工酶,1 核酶（ribozyme） 具有催化能力的核糖核酸。 1981 T. Cech，S. Altman （1989年诺贝尔化学奖） 打破了酶是蛋白质的传统观念。,随着生物学的发展，如今人们还人工合成了一些DNA也具有催化活性。所以现在的核酶应该包括催化性DNA和催化性RNA两大类。,2 抗体酶,具有催化能力的免疫球蛋白，又叫催化性抗体。,3 同工酶,催化相同的化学反应，但酶本身的分子结构组成、理化性质、免疫功能和调控特性等方面有所
11、不同的一组酶。,十 酶的研究方法与酶工程,酶活力也称酶活性，是指酶催化指定化学 反应（酶促反应）的能力。 酶活力的大小可以用在一定条件下酶促反 应的速率来表示。反应速度越快，就表明酶 活力越高。酶促反应速率可用单位时间内底 物的减少量或产物的增加量来表示。,酶活力的测定,酶活力的测定实质上就是测定不同时刻底物 的量或产物的量，即根据底物或产物的物理或 化学特性，采用特定的方法测定不同时刻某一 种底物或产物的数量。 实际酶活力测定中一般测定产物的增加量。,常用的测定酶活力方法包括： 分光光度法 荧光法 同位素测定法 电化学法 等等。,自主实验安排,实验9 糖原的提取和鉴定 实验10 唾液淀粉酶活力的测定 各组须完整记录整个实验的全过程。,布置实验内容,学生自由组合成合作小组，5-6人/组，确定小组长,以组为单位，查阅文献资料，研讨实验方案，制作PPT,各组选派代表讲演，大家提问、讨论,确定实验方案,2人一小组完成实验,各组汇总实验结果、讨论，完成实验报告，制作PPT,
