酶化学公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

1、第二章 酶化学学习要求:1、明确酶定义、特征及组成（尤其是辅因子）。2、掌握酶活性中心、诱导契合学说、中间产物学说、降低活化能等概念。3、掌握影响酶活力六个原因，了解Km值含义及意义以及酶抑制作用分类。4、了解酶命名、分类及别构酶、同工酶概念。第1页第一节 酶概念及特点第二节 酶命名与分类第三节 酶作用机理第四节 影响酶促反应速度原因第五节几个主要调整酶第三章 酶化学第2页第一节 酶概念及特点一、酶定义： 由生物体活细胞产生，在细胞内外都有催化活性而且有高度专一性蛋白质。酶化学本质：多数酶是蛋白质,核酶是核酸。第3页酶促反应：酶催化生物化学反应。底物（S）：在酶催化下，发生化学改变 物质。产物

2、（P）: 反应后生成物质。第4页二、酶催化特点与普通催化剂相同点用量少反应前后不变降低活化能缩短时间活化能：在一定温度下1mol底物全部进入活化态所需要自由能，单位为kJ/mol.第5页催化非催化第6页 酶催化特点 P82 1.高效性2.专一性4.可调控性3.反应条件温和（易变性）5.需要辅助因子第7页酶与普通催化剂催化效率比较底物 催化剂 反应温度 反应速度常数尿素 H + 62 7.4 10-7 脲酶 21 5.0 106过氧化氢 Fe 2+ 22 56 过氧化氢酶 22 3.5 107 与普通催化剂相比提升1071013第8页 绝对专一性结构专一性 键专一性 相对专一性 基团专一性 光学

3、专一性立体异构专一性 几何专一性2.专一性指酶对底物及其催化反应有严格选择性第9页三、 酶化学组成酶蛋白 蛋白质部分+非蛋白质部分+辅助因子=全酶（有活性） 结合酶单纯酶 酶酶蛋白- 决定反应专一性辅助因子- 决定反应类型依据化学组成，酶可分为酶蛋白 结合酶单纯酶酶蛋白 结合酶单纯酶 结合酶简单蛋白酶第10页单体酶：一个活性中心，一条肽链组成；寡聚酶：由两个或多个相同或不相同亚 基组成；多酶复合体：各种酶相互嵌合，催化连续反应体系。 酶2酶3酶1酶4酶6酶5（一）、依据酶蛋白特点和分子大小分类：第11页依据辅助因子与酶蛋白结合牢靠程度来分：辅酶：非共价键 疏松 可去除辅基：共价键 紧密 不可去

4、除辅助因子小分子有机化合物（二）辅助因子金属离子第12页第二节 酶分类与命名一、 酶命名二、 酶分类三、 酶标码第13页一、 酶命名：习惯命名；系统命名第二节 酶分类与命名习惯命名：1、以底物命名：如脂酶、淀粉酶2、以作用性质命名：如水解酶、氧化酶1、2混合命名：如多酚氧化酶、苯丙氨酸转氨酶有时附加起源命名：如木瓜蛋白酶第14页2、系统命名标准 底物1：底物2 反应性质 酶乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+命名 乳酸：NAD+ 氧化还原酶 乳酸脱氢酶第15页二、酶分类按酶所催化反应类型，可分为：1 氧化还原酶类2 转移酶类3 水解酶类4 裂合酶类5 异构酶类6 连接酶类 第16

5、页三、 酶标码：以上为大类，大类下为亚类，亚类下有亚亚类，最终是编号。所以，每一个酶标码都包含4个数字。在其前冠以EC。如乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27）。每一个酶有一个编号,如乙醇脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27 大类 亚类 亚亚类 序号第17页表示乳酸脱氢酶在此亚亚类中次序号EC 1. 1. 1. 27 酶学委员会 表示第一大类，即氧化还原酶。表示第一亚类，被氧化基团为CHOH表示第一亚亚类，氢受体为NAD+乳酸脱氢酶系统分类编号第18页第三节 酶作用机理一、酶活性中心二、酶与底物分子结合三、影响酶催化效率原因四、酶催化机理第19页酶结构必需基团其它部分活性中心活性中心以外必需基团

6、催化部位结合部位与酶活性相关基团，如用化学方法改变它，则酶失去活性，这些基团称为必需基团酶分子中直接与底物结合并催化底物发生化学反应区域称为酶活性中心或活性部位专一性反应类型一、酶活性中心第20页1.活性中心在酶分子中只占相当小部分2.酶活性中心含有三维空间结构3.组成活性中心氨基酸残基侧链在一级结构上可能相距很远或位于不一样肽链，但因肽链盘绕折叠，共聚在一起。4.酶活性中心与底物形状不是恰好互补活性中心特点：第21页活性中心特点：5.酶分子表面一个裂缝（凹穴）。6.底物经过次级键与酶分子结合（氢键、离子键、范德华力、疏水相互作用）7.酶活性中心含有柔性或可运动性。8.活性中心出现频率最高功效

7、氨基酸残基侧链基团是：His咪唑基，SerOH基，CysSH基，Asp和GluCOOH基。第22页二、酶与底物分子结合酶专一性与锁钥学说及诱导契合学说酶高效性与中间产物学说第23页结构专一性绝对专一性相对专一性键专一性基团专一性立体异构专一性旋光异构专一性几何异构专一性二、酶与底物分子结合酶专一性第24页锁钥学说（刚性）诱导契合学说（柔性）二、酶与底物分子结合酶专一性假说：第25页（1）锁钥学说：认为整个酶分子天然构象是含有刚性结构，酶表面含有特定形状。酶与底物结合如同一把钥匙对一把锁一样第26页（2）诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一个与底物互补固定形状，而只是因为底物诱导才形成了互补形状

8、.第27页一、酶催化作用与分子活化能：2、酶促反应降低活化能酶高效性与中间产物学说活化分子：含有超出能阀能量，能在分子碰撞中发生化学反应分子1、活化能：分子由常态转变成活化态所需能量第28页酶催化作用本质是酶活性中心与底物分子经过短程非共价力(如氢键,离子键和疏水键等)作用，形成E-S反应中间物。其结果使底物价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。 酶高效性与中间产物学说第29页E+SP+ EES能量水平反应过程GE1E2酶（E）与底物（S）结合生成不稳定中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能路径进行，降低反应所需活化能，所以能加紧反应速度二

9、、中间产物学说：19提出，(见P92)E+SESE+P第30页第五节 酶作用机理二、中间产物学说：在此基础上又提出过渡态学说。 E + S ES ES* EP P + E(酶 ） （ 底物） （酶-底物中间物)（过渡态 ） (酶-产物中间物） （产物 ）1、E与S首先形成中间复合物（ES） 2、E中功效基团正确定位使S分子敏感键在活化能低情况下发生反应，使S分子发生形变，形成活化底物（S*）-酶复合物（过渡态ES*）第31页3、ES*中S*旧键断裂、新键形成而转化为EP。4、EP最终分解释放出E和P。 第五节 酶作用机理酶中间产物学说，将1步需能较高反应变为4步走，降低反应活化能,大大加紧了反

10、应速度。中间产物学说因观察到ES存在而得到支持第32页 在酶促反应中，底物分子结合到酶活性中心，一方面底物在酶活性中心有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；其次，由于活性中心立体结构和相关基团诱导和定向作用，使底物分子中参与反应基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。1、邻近与定向效应：研究表明，在生理条件下，溶液中底物浓度普通很低（0.001mol / L），而在活性中心测得底物浓度可达100mol / L。高出10万倍。 底物浓度越高反应速度越快。三、影响酶催化效率原因第33页三、影响酶催化效率原因1.定向效应2、底物分子形变与诱导契合3、酸碱催化4、共价催化5、

11、微环境影响6、金属离子催化7、协同催化第34页小结： 在酶分子活性中心，因为酶与底物邻近、定向，底物诱导酶构象改变，二者契合成中间产物（ES），随之底物变形，形成过渡态（ES*）并经过亲核、亲电催化，酸、碱催化等方式进行多元催化，进而转化为酶-产物中间物（EP）最终释放出产物和酶。上述每一步反应所需活化能都很低，所以，酶促反应能快速进行。第四节 酶作用机理第35页一、底物浓度对酶促反应速度影响二、酶浓度对酶促反应速度影响三、温度对酶促反应速度影响四、pH对酶促反应速度影响五、激活剂对酶促反应速度影响六、抑制剂对酶促反应速度影响第四节 影响酶促反应速度原因第36页一、底物浓度（ S ）对酶反应速

12、度（V）影响：1、 S与V关系： 用S对V作图，得到一矩形双曲线。第五节 影响酶促反应速度原因第37页当S很低时，V随S呈直线上升，表现为一级反应。当S增加到足够大时， V几乎恒定，趋向于极限，表现为零级反应。第五节影响酶促反应速度原因曲线表明，当S增加到一定数值后，酶作用出现了饱和状态，这可用中间产物学说加以说明。此时若要增加V ，则应增加酶浓度。2、 S与V关系解释：第38页3、米氏方程： 19，Michaelis和Menten应用中间产物学说推导出S与V之间数学表示式，称为米-曼方程（简称米氏方程） Vmax S V = Km + S其中：V酶促反应速度；Vmax酶完全被底物饱和时最大反

13、应速度；S 底物浓度；Km米氏常数第四节影响酶促反应速度原因第39页4、米氏常数（Km）：当V=1/2 Vmax 时， Vmax Vmax S 1 S = 即： = 2 Km + S 2 Km + S 2 S = Km + S 即： Km=S Km涵义是：酶促反应速度到达最大反应速度二分之一时底物浓度。 Km单位为浓度单位，普通用mol /L 或 mmol /L表示第四节 影响酶促反应速度原因第40页5、Km值意义：酶学研究中一个极主要数据（1） Km值是酶特征常数之一。不一样酶有不一样Km值，一个酶对一个底物有一定Km值，当一个酶有多个底物时则每一个底物Km值也不相同，其中Km值最小底物为酶

14、最适底物第四节 影响酶促反应速度原因第41页（2）Km值可用于判断酶与底物亲和力大小， Km愈大，说明酶与底物亲和力弱， Km愈小，说明酶与底物亲和力愈强。第四节 影响酶促反应速度原因（1） Km值是酶特征常数之一第42页第四节 影响酶促反应速度原因5、Km值意义（3）Km大小近似地反应了酶与底物结合亲和力大小。Km越小，酶与底物亲和力越大。（5）.Km能够帮助推测某一代谢反应方向和路径。（4）用已知Km值带入米氏方程计算任意S 时V，或任何V下S（补充） 。第43页第四节 影响酶促反应速度原因Km值意义总结：1.Km物理意义：酶促反应速度到达最大反应速度二分之一时底物浓度2.Km是酶特征常数

15、，只与酶性质相关，不受底物浓度和酶浓度影响。不一样酶或同一个酶催化不一样底物时Km值各不相同。第44页二、E浓度影响 三、温度影响 四、pH影响 （直线关系） （单峰曲线） （单峰曲线）第四节 影响酶促反应速度原因第45页第四节 影响酶促反应速度原因 无机离子：如 Cl- 、Br- 、K+、Mg2+等分类 小分子有机物 ：如抗坏血酸、半胱氨酸 生物大分子：如蛋白激酶五、激活剂影响： （P105） 激活剂：能提升酶活性、加速酶促反应进行物质 。1.作为酶辅因子2.在酶与底物结合中起桥梁作用使酶中被氧化二硫键还原成巯基,稳定酶构象使无活性酶原被激活蛋白酶第46页第四节 影响酶促反应速度原因 酶抑制

16、作用： 不引发酶变性，但可使酶活力下降或丧失作用。六、抑制剂影响： （ P106）抑制剂：是指能使酶必需基团化学性质改变而降低酶催化活性，甚至使酶催化活性完全丧失物质第47页抑制剂有选择性，蛋白质变性剂没有选择性。第四节 影响酶促反应速度原因六、抑制剂影响： （ P106）变性作用：酶蛋白变性而引发酶活性丧失，又称失活作用。第48页第四节 影响酶促反应速度原因六、抑制剂影响： （ P106）分类可逆抑制不可逆抑制竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制第49页1、不可逆抑制作用：第四节 影响酶促反应速度原因（1）定义：抑制剂经过共价键牢靠结合到酶分子上而使酶活性丧失，不能用透析或超滤方法除去抑制剂而

17、恢复酶活性第50页（1）定义：抑制剂与酶以非共价键方式结合，用透析、超滤等方法可除去抑制剂而恢复酶活性第四节 影响酶促反应速度原因2、可逆抑制作用：（2）类型：竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制第51页 竞争性抑制：抑制剂分子结构与底物分子结构非常相同，能与底物分子竞争与酶分子活性中心部位以非共价键结合，从而降低底物与酶分子有效结合而降低酶活力第四节 影响酶促反应速度原因第52页竞争性抑制特点： 第四节 影响酶促反应速度原因抑制剂I在化学结构上与底物S相同B加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除。C竞争性抑制剂作用不影响酶促反应最大速度Vmax，而使Km值变大第53页非竞争性抑制：酶可同时与底

18、物及抑制剂结合，引发酶分子构象改变，并导至酶活性下降。因为这类物质并不是与底物竞争与活性中心结合，所以称为非竞争性抑制剂。加大S不能缓解抑制。第四节 影响酶促反应速度原因第54页反竞争性抑制作用 抑制剂不能与游离酶分子结合，只能与酶与底物形成中间产物ES结合形成EIS，但EIS不能转变成产物第55页反竞争性抑制作用反竞争性抑制剂存在下，Km、Vmax都变小。km降低，酶对底物亲和力增加，最大反应速度降低，也无法经过改变底物浓度而改变抑制剂影响。第56页一、别构酶（变构酶）二、同工酶第五节 几个主要调整酶三、酶原及酶原激活四、共价修饰调整酶第57页一、别构酶（变构酶）：1、别构酶概念2、别构酶结

19、构特点3、别构效应5、别构酶活性调整机理第五节 几个主要调整酶4、别构酶动力学6、别构酶举例第58页一、别构酶（变构酶）：1、概念：酶分子中现有活性中心又有别构中心酶称为别构酶,也叫变构酶。是一类主要调整酶。第59页一、别构酶（变构酶）：2、别构酶结构特点：活性中心：与底物结合，催化底物反应别构中心：与调整物结合，调整反应速度（调整中心）第60页一、别构酶（变构酶）：2、别构酶结构特点：活性中心：别构中心：（催化亚基或催化部位）（调整亚基或调整部位）第61页一、别构酶（变构酶）：2、别构酶结构特点：变构酶为寡聚酶，含有两个以上亚基。变构酶活性中心和别构中心也可能在同一亚基上变构酶为寡聚酶第62

20、页一、别构酶（变构酶）：3、别构效应： 当调整物与酶分子中别构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子某种构象，使酶活性中心对底物结合与催化作用受到影响，从而调整酶反应速度及代谢过程，这种经过构象改变产生协同效应称为别构效应第63页一、别构酶（变构酶）：3、别构效应： 当调整物与别构中心结合后，可引发酶分子构象改变，造成酶活性改变别构调整：经过别构效应调整酶活性方式称为酶别构调整第64页正效应物或别构激活剂： 与酶结合后使酶活性增加负效应物或别构抑制剂： 与酶结合后使酶活性降低3、别构效应：效应物：引发别构效应物质（调整物）效应物普通是酶作用底物、或产物第65页vS别构酶S形曲线别构酶米氏酶4.别构酶

21、动力学S1S2第66页别构酶协同效应差异？氧饱和度 位点被饱和90%时底物浓度Rs=81 位点被饱和10%时底物浓度1 n第67页加激活剂加抑制剂不加K系统别构酶加抑制剂加激活剂不加V系统别构酶K系统：改变底物K0.5而不改变反应Vmax效应物V系统：改变底物Vmax 而不改变反应K0.5效应物第68页5、别构酶活性调整机理别构酶亚基有两种构象状态R_relaxed stateT_tensed stateR态:松弛态, 与底物亲和力大T态:担心态, 与底物亲和力小R态T态第69页5、别构酶调整酶活性机理 协同模型或齐变模型全部亚基构象改变是同时，齐步发生；没有RT构象； 次序模型或序变模型全部

22、亚基构象依次地，逐步地改变；有RT构象；第70页 协同性配体结合模型1、齐变模型（协同模型、对称模型或WMC模型）关键点别构酶分子中亚基以旋转对称方式排列；每个亚基对每种配体（底物或调整物）只有一个结合位点。整个酶分子以两种构象存在，分别是松弛型（R型）和紧密型(T型)，R 型有利于与底物或调整物结合，T型不利于与底物或调整物结合同一酶分子中，不存在构象杂合体（RT型），它亚基要么都以R型存在，要么都以T型存在。两种构象状态间转变，对每个亚基来说，都是同时、齐步发生。当底物不存在时，绝大多数酶分子均为T型，加入底物后，T型各亚基齐步向R型转变，且对称性保持不变。转变为R型后加大了对底物亲和性第

23、71页 序变模型（或渐变模型或KNF模型）别构酶亚基只有两种构象状态，R型和T型，其中R型为“开”构象，有利于与底物或调整物结合，T型为“关”构象，不利于与底物或调整物结合。当底物或调整物不存在时，别构酶只以一个构象存在，即T构象当底物与一个亚基结合时，此亚基构象发生改变，并使邻近亚基易于发生一样构象改变，当第二个底物与第二个亚基结合后，又造成第三个亚基易于发生一样改变，如此次序传递下去，直到最终一个亚基发生类似够象改变。即同一酶分子中，各亚基从T向R转变是逐一依次进行。一个亚基与底物结合引发构象改变，会增强或减弱同一酶分子中其余亚基对底物亲和力，即可为正协同效应也可为负协同效应。第72页（1

24、）天冬氨酸转氨甲酰酶是一个别构酶.催化以下反应：（2）ATCase结构：由12个亚基组成，其中6亚基个形成2个三聚体叫催化亚基（用C3表示），分上、下两层排列；6个形成3个二聚体叫调整亚基（用R2表示），位于中间，并把两个催化亚基连接起来。（3）CTP是该酶别构抑制剂;抑制机制是在不影响酶促反应Vmax情况下，经过降低酶与底物亲和力来抑制酶活性； ATP是该酶别构激活剂.ATP可增强酶与底物亲和力，也不影响酶促反应Vmax。 ATP与CTP相互竞争与酶调整部位结合，高浓度ATP会阻止CTP对酶抑制作用.UMPUTPCTP,天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸ATCase（）Zn2+6、别构酶举例天

25、冬氨酸转氨甲酰酶(ATCase)第73页 有机体内能催化相同化学反应，但其酶蛋白分子结构及性质却有所不一样一组酶。二、同工酶：1、定义：第五节 几个主要调整酶第74页遗传分析：基因标识、分类依据疾病诊疗指标：染病后同工酶也改变代谢调控：环境影响同工酶，如低温下植物能够不一样同工酶适应。二、同工酶：2、应用：第五节 几个主要调整酶第75页1、定义：三、酶原及酶原激活：酶原：无活性酶前体称为酶原酶原激活：酶原在一定条件下被修饰转变成有活性酶过程称酶原激活第76页三、酶原及酶原激活： 正确分子构象和活性中心形成过程胰蛋白酶原激活酶原激活是生物体一个调整机制2、酶原激活实质：3、酶原激活实例：第77页四、共价修饰调整酶1、共价修饰定义：P1192、常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化SH与SS互变第78页主要知识点普通知识作用机理*酶促动力学*酶概念分类催化特点组成高效性机理酶活性中心专一性机理