第03章酶 ppt课件

1、酶与生物催化剂Yingzi Kang Ph.DDept. of Biochemistry, Tianjin Medical UniversityChapter 3本章教学纲要 掌握酶的化学本质和酶的分子构造 熟习酶促反响特点 熟习酶促反响机制的根本实际体系 掌握酶促反响动力学规律 熟习调理酶的活性调理原理 了解酶活性的测定方法，熟习酶的命名原那么和命名体系 了解非蛋白类具有催化作用的生物分子Chapter 3酶的分子构造酶的分子组成酶的分子组成 1.1.单纯酶单纯酶 2.2.结合酶结合酶 酶蛋白酶蛋白+ +辅助因子辅助因子= =全酶全酶apoenzyme+cofactor=holoenzyme

2、apoenzyme+cofactor=holoenzyme 辅助因子：金属离子和小分子有机化合物辅助因子：金属离子和小分子有机化合物(prosthetic group or coenzyme)(prosthetic group or coenzyme)Chapter 3酶的活性中心 酶是具有一定空间构造的大分子物质，虽然酶分子外表有许许多多由氨基酸所提供的化学基团，但其中只需一小部分基团与酶的催化作用直接有关，将酶分子中与酶活性有关的化学基团称为必需基团essential group。 这些必需基团有在空间位置上组合成特定的空间构造，构成活性中心active center。Chapter 3活

3、性中心构成Chapter 3活性中心必需基团 酶分子中除活性中心以外的其他构造也有重要的作用，不仅是维系活性中心三维构造的骨架，还能与底物广泛结合，推进反响的进展； 活性中心以外的酶的其他构造还可以决议酶促反响的特异性； 有的还具有调理区，使酶活性可受某些因子的正负调控。 羧肽酶A的活性中心由精145、酪248、谷270级锌离子、组196、组69构成。Chapter 3辅酶在酶促反响中的作用特点 辅酶在催化反响过程中，直接参与了反响。 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一类型的反响。 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合构成不同的全酶。 普通来说，全酶中的辅酶决议了酶所催化的类型反响

4、专注性，而酶蛋白那么决议了所催化的底物类型底物专注性。Chapter 3 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶。 在金属酶中,酶蛋白与金属离子结合严密。如 Fe2+/ Fe3+ 、Cu+/Cu3、Zn2+ 、Mn2+、Co2 等。 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反响中传送电子，原子或功能团。酶分子中的金属离子Chapter 3 金属离子 配体 酶或蛋白 Mn2 咪唑 丙酮酸脱氢酶 Fe2+/Fe3+ 卟啉环，咪唑， 血红素， 含硫配体 氧化-复原酶， 过氧化氢酶 Cu+/Cu2+ 咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶 Co2+ 卟啉环 变位酶 Zn2+ -NH3，咪唑，

5、-RS2 碳酸酐酶，醇脱氢酶 Pb2 -SH d-氨基- g-酮戊二酸脱水酶 Ni2 -SH 尿酶金属酶中的金属离子与配体Chapter 3酶原 多数酶一旦合成即具有活性，但有少数酶在细胞内刚合成时并无活性，这类无活性的酶的前体称为酶原zymogen or proenzyme。 由无活性的酶原变成活性酶的过程称为酶原激活。 酶原激活具有重要的生理意义Chapter 3同工酶 在体内并非一切具有一样催化作用的酶都是同一种蛋白质。 不但在不同器官中，甚至在同一细胞内，也经常含有几种分子构造不同、理化性质迥异，但却可催化一样化学反响的酶。 将这类具有一样功能，但酶蛋白的分子构造、理化性质和免疫学性质

6、各不一样的一组酶称为同工酶isozyme。Chapter 3酶促反响的特点 1. 1.与普通催化剂的共性与普通催化剂的共性 2.2.生物催化剂的特性生物催化剂的特性 1 1酶是蛋白质酶是蛋白质 2 2酶的催化效率极高酶的催化效率极高 3 3酶的催化作器具有高度特异性酶的催化作器具有高度特异性 4 4酶是活细胞的代谢产物酶是活细胞的代谢产物Chapter 3反响过程中能的变化Chapter 3 酶促反响：E + S = ES = ES EP E + P 反响方向, 即化学平衡方向,主要取决于反响自在能变化H。 而反响速度快慢,那么主要取决于反响的活化能Ea。 催化剂的作用是降低反响活化能Ea,从

7、而起到提高反响速度的作用活化能降低Chapter 3酶作用的特异性酶作用的特异性 普通催化剂可催化同一类型的许多化学反响 一种酶只作用于一种或一类化合物，进展一种类型的化学反响，以得到一定构造的产物，这种景象称为酶的特异性specificity。 各种酶所要求的特异性严厉程度不一 1绝对特异性 只作用于特定构造的底物，进展一种专注的反响，生成一种特定构造的产物； 2相对特异性 作用于构造类同的一类化合物或化学键； 3立体异构特异性 只能催化一种立体异构体进展反响，或催化的结果只能生成一种立体异构体。Chapter 3酶促反响的机制酶-底物复合物的构成和诱导契合学说酶在发扬催化作用前，必先与底物

8、亲密结合，这种结合是酶与底物的构造相互诱导、相互形变、相互顺应的过程，即诱导契合induced-fit学说。酶分子的构象与底物的构造原来并不完全吻合，只需当底物与酶接近时，构造上才相互诱导顺应，更亲密地多点结合，此时酶与底物的构造均有变化。酶在底物的诱导下，活性中心进一步构成，并与底物受催化攻击的部位亲密接近，易于反响继续进展。这种相互诱导的形变，还可使底物处于不稳定形状，易受酶的催化攻击，向产物构象转变；这种不稳定形状的底物称为过渡态transition state。Chapter 3酶促反响的机制酶-底物复合物的构成和诱导契合学说Chapter 3酶促反响的机制 临近效应与定向陈列 多元催

9、化 外表效应Chapter 3 在酶促反响中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大添加，有利于提高反响速度； 另一方面，由于活性中心的立体构造和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反响的基团相互接近，并被严厉定向定位，使酶促反响具有高效率和专注性特点。 在酶催化的反响中，与酶的活性中心构成复合物的实践上是底物构成的过渡形状，所以，酶与过渡形状的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力。临近效应和定向效应Chapter 3NHOOOH.CH3OCH3OCH3OCH3OOHCH3OCH3OCH3OCH3OCOHNOH.多功能催化作用 酶的活性中心部位，普通都含有多个起催

10、化作用的基团，这些基团在空间有特殊的陈列和取向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置等起到协同作用，从而使底物到达最正确反响形状。Chapter 3酸碱催化 酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反响普通都是广义的酸碱催化方式。广义酸碱催化是指经过质子酸提供部分质子,或是经过质子碱接受部分质子的作用，到达降低反响活化能的过程。 同一酶分子经常即可起酸的催化作用，又可起碱的催化作用；或者即可起亲核催化，又可起亲电子催化，经过多功能基团的协同作用，催化效率必将大为增进。Chapter 3外表效应 酶分子的内部疏水性氨基酸较丰富，常构成疏水性“口袋以包容并结

11、合底物。 底物与酶的反响常在酶分子的内部疏水环境中进展。 疏水环境可以排除水分子的干扰，由于疏水环境排斥了介于底物与酶分子之间的水膜，有利于底物和酶分子间的直接亲密接触； 同时也排除了周围大量水分子对底物和酶的功能基团的干扰性吸引或排斥，使酶的活性基团对底物的催化反响更为有效和剧烈。Chapter 3酶促反响的动力学底物浓度对酶促反响速度的影响Chapter 3Michaelis和Menten根据中间产物学说推导出米氏方程)(K)()()(121m121211211SKSEESKESSESEzkkkkkkESSESEESKESkSESEkESESESkESkESSESEkESmm则令的分解速度

12、的生成速度，当酶促反应趋于稳态时的分解速度的生成速度Chapter 3反响速度与底物浓度的关系VESmax2maxmax22SKSVvEkVESESKSEkvESkvmm因此所以。速度时，酶促反应达到最大即复合物，饱和，而转变成当所有的酶都被底物所酶催化的反应速度Chapter 3米氏常数Km的意义 不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物理常数。 Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。 Km值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。 Chapter 3

13、米氏常数的意义底物浓度。最大反应速度一半时的值是当酶反应速度达到时当mmmKKSSKSVVV221vmaxmaxmaxb. Km是酶的特征性常数的大小。反映了酶与底物亲和力很小时当smmKkkKkkkKc112121k,.a.Chapter 3米氏常数的意义maxmaxmaxmaxmaxSvSVvVSKSVvKSSKVSKSVvKmmmmm，表明当底物浓度很高时时当表明当底物浓度低时，时当Chapter 3KmKm与与VmaxVmax值的测定，普通用双倒数法值的测定，普通用双倒数法maxmax111VSVKvmChapter 3酶浓度对酶促反响速酶浓度对酶促反响速度的影响度的影响温度对酶促反响

14、速度温度对酶促反响速度的影响的影响Chapter 3pHpH对酶促反响对酶促反响速度的影响速度的影响Chapter 3激动剂对酶促反响速度的影响激动剂对酶促反响速度的影响抑制剂对酶促反响速度的影响抑制剂对酶促反响速度的影响不可逆抑制造用不可逆抑制造用Chapter 3可逆抑制造用可逆抑制造用1 1竞争性抑制造用竞争性抑制造用Chapter 32 2非竞争性抑制造用非竞争性抑制造用Chapter 33 3反竞争性抑制造用反竞争性抑制造用Chapter 3调理酶-酶活性调理 生物体内有很多酶的反响动力学不符合米氏曲线 变构酶allosteric enzyme 别构调理 酶活性有许多调理方式 细胞程度调理：包括酶构造调理和酶量的调理。其中酶构造调理可分为变构调理和化学修饰调理。变构调理allosteric regulation指小分子化合物与酶蛋白分子的非催化部位结合，引起酶蛋白分子空间构象变化，从而使酶的活性改动，这种调理称为酶的变构调理。 激素调理 整体程度调理Chapter 3 酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的