《酶生物化学酶学》PPT课件.ppt

目 录 Enzyme 第 三 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.Szostak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 酶 n1酶的概述 n2酶的结构和功能 n3影响酶促反应速度的因素 n4酶与医学的关系 目 录 第二节第二节 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、 酶的分子组成 蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme) 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 enzyme) 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种类与性质 q一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合 q一种辅助因子可以与多种酶蛋白结合 目 录 辅助因子分类 （按其与酶蛋白结合的紧密程度） 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 group): 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超 滤的方法除去。 目 录 金属离子的作用 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 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。 目 录 目 录 或称活性部位(active site)，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为底物多 糖链的糖基，位 于酶的活性中心 形成的裂隙中。 目 录 酶活性的调节 （一）酶原与酶原的激活（一）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只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是 酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。 酶原的激活酶原的激活 在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化 的过程。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 S S S S S S S 4646 1818 3 3 甘异 缬 组 丝 S S S S S S S 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 同工酶 * 定义 同工酶(isoenzyme)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。 目 录 H HH H H HH H H HH H H H MM H HH H MMMM H H MMMM MM MMMM MMMM LDHLDH 1 1 (H(H 4 4 ) ) LDHLDH 2 2 (H(H 3 3 MM ) ) LDHLDH 3 3 (H(H 2 2 MM 2 2 ) ) LDHLDH 4 4 (HM(HM 3 3 ) ) LDHLDH 5 5 (M(M 4 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(LDH 1 1 LDHLDH 5 5 ) ) 目 录 *生理及临床意义 在代谢调节上起 着重要的作用； 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 分析研究。 心肌梗死和肝病病人血清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 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。 第二节 酶促反应的特点与机理 目 录 （一）酶促反应具有极高的效率 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 活化能(activation energy)。酶比一般催化剂 更有效地降低反应的活化能。 快快610610 5 5 倍左右倍左右 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(specificity) （二）酶促反应具有高度的特异性 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。 q影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。 第三节第三节 酶促反应动力学酶促反应动力学 目 录 一、底物浓度对反应速度的影响 n单底物、单产物反应 n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 n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 n底物浓度远远大于酶浓度 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。 SS V V VmaxVmax 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。 SS V V VmaxVmax 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 SS V V VmaxVmax 目 录 目 录 二、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 E 0 V E 当SE时，Vmax = k3 E 酶浓度对反应速度的影响 目 录 q双重影响 温度升高，酶 促反应速度升高；由 于酶的本质是蛋白质 ，温度升高，可引起 酶的变性，从而反应 速度降低 。 三、温度对反应速度的影响 q最适温度 (optimum temperature)： 酶促反应速度最快时的 环境温度。 * 低温的应用 酶 活 性 0.5 1.0 2.0 1.5 0 10 20 30 40 50 60 温度 C 温度对淀粉酶活性的影响 目 录 四、 pH对反应速度的影响 q最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大 时的环境pH。 0 酶 活 性 pH pH对某些酶活性的影响 胃蛋白酶胃蛋白酶 淀粉酶淀粉酶 胆碱酯酶胆碱酯酶 246810 目 录 五、抑制剂对反应速度的影响 酶的抑制剂(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起 酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。 区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性 目 录 抑制作用的类型 不可逆性抑制 (irreversible inhibition) 可逆性抑制 (reversible inhibition)： 竞争性抑制 (competitive inhibition) 非竞争性抑制 (non-competitive inhibition) 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition) 目 录 (一) 不可逆性抑制作用不可逆性抑制作用 * 概念 抑制剂通常以共价键与酶活性中心 的必需基团相结合，使酶失活。 * 举例 有机磷化合物 羟基酶 解毒 - - - 解磷定(PAM) 重金属离子及砷化合物 巯基 酶 解毒 - - - 二巯基丙醇(BAL) 目 录 有机磷化合物 路易士气 失活的酶 羟基酶失活的酶酸 巯基酶失活的酶酸 BAL巯基酶BAL与砷剂结合物 目 录 （二）（二） 可逆性抑制作用可逆性抑制作用 * 概念 抑制剂通常以非共价键与酶或酶- 底物复合物可逆性结合，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 * * 类型类型 目 录 . 竞争性抑制作用 + I I E EI I E + SE + SE + PE + PESES 反应模式 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。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 目 录 + + + + + + E E E E S S I I ESES EIEI E PE P 目 录 * 特点 b) 抑制程度取决 于抑制剂与酶 的相对亲和力 及底物浓度； a) I与S结构类似 ，竞争酶的活 性中心； c) 动力学特点： Vmax不变，表 观Km增大。 抑制剂 无抑制剂 1/V 1/S 目 录 * 举例 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶 琥珀酸 琥珀酸脱氢酶 FADFADH2 延胡索酸 目 录 磺胺类药物的抑菌机制 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶 二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸 二氢叶酸 合成酶 二氢叶酸 目 录 2. 非竞争性抑制 * 反应模式 E+SE+SESESE+PE+P + + S S S S + + S S S S + + ESIESIEIEI E E ESES E E P P + + I I E EI I+S +S E EI IS S + + I I 目 录 * 特点 a) 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； b) 抑制程度取决于 抑制剂的浓度； c) 动力学特点： Vmax降低，表 观Km不变。 抑制剂 1 / V 1/S 无抑制剂 目 录 各种可逆性抑制作用的比较 目 录