中农动物医学本科生物化学酶2课件

1、二 酶的不同形式单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。一般由一条多肽链组成。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。多酶体系(multienzyme complex)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。二 酶的不同形式单体酶(monomeric enzyme)三 酶的活性中心 必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。 酶的活性中心(active center)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

2、结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物的部位。三 酶的活性中心 活性中心内的必需基团结合基团(binding group)与底物相结合催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物 His Ser Cys Lys Glu Asp 活性中心内的必需基团结合基团催化基团His Ser C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 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 酶活性中心的特点 1 活性中心在酶分子的总体

3、中只占相当小的部分，通常只占整个酶分子体积的1%2%。某些酶活性部位的AA残基酶AA残基数活性部位的AA残基核糖核酸酶124His12, His119, Lys41溶菌酶129Asp52, Glu35胰凝乳蛋白酶241His57, Asp102, Ser195胃蛋白酶348Asp32, Asp215木瓜蛋白酶212Cys25, His159羧肽酶A307Arg127, Glu270,Tyr248, Zn2+酶活性中心的特点 1 活性中心在酶分子的总体中只占相当小2 酶的活性中心是一个三维实体。破坏酶的空间构象对酶的活性有何影响？3 酶的活性中心位于酶分子表面一个裂缝（crevice) 内。2

4、酶的活性中心是一个三维实体。破坏酶的空间构象对酶的活性有4 酶的活性中心是柔性的。4 酶的活性中心是柔性的。5 底物通过次级键较弱的力结合到酶上。 次级键：氢键、盐键、范德华力和疏水作用力5 底物通过次级键较弱的力结合到酶上。四 酶原与酶原的激活酶原 (zymogen)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，必须经过适当的改变才能变成有活性的酶，此前体物质称为酶原。 酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。四 酶原与酶原的激活酶原 (zymogen)酶原的激活 酶原激活的过程酶 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

5、件下 酶原激活的过程酶 原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组 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。 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 第三节 酶促反应的机理The Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reactio

6、n 第三节 酶促反应的机理Th 催化剂降低了反应物分子活化时所需的能量非催化反应和酶催化反应活化能的比较Ea，活化能；G，自由能变化 E + S ES E + P k1k2k3酶底物复合物 催化剂降低了反应物非催化反应和酶催化反应活化能的比较E酶催化高效率的机理1. 邻近效应(proximity effect)与定向排列(orientation arrange) 邻近效应：指底物和底物之间，酶的催化基团和底物的反应基团需要互相靠近，才能反应。 酶催化高效率的机理1. 邻近效应(proximity eff定向排列: 指酶的催化基团与底物的反应基团之间，或底物的反应基团之间的正确取向所产生的效应。

7、 定向排列: 指酶的催化基团与底物的反应基团之间，2、底物形变(distortion)和诱导契合学说(induced-fit hypothesis)2、底物形变(distortion)和诱导契合学说(indu*诱导契合学说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。*诱导契合学说酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和3、酸碱催化（acid-base catalysis） 酶活性中心的某些功能基团可作为酸或碱向底物提供H+或提供H+受体，相互作用形成过渡态中间物，降低活化能。同一种酶常常兼有酸、碱双重催化功能。3、酸碱催化（acid-base catalysis

8、） 4、共价催化（covalent catalysis） 共价催化 亲电催化(electrophilic catalysis) 亲核催化(nucleophilic catalysis)在催化时，亲核基团和亲电基团分别放出电子或吸取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，形成不稳定的过渡态中间物，降低反应的活化能。亲电基团 Mg2+、 Mn2+ （有空轨道）亲核基团 -OH-SH (有孤对电子)4、共价催化（covalent catalysis） 共价催5、酶活性中心的疏水环境效应 F=Q1Q2/r2 疏水的氨基酸残基形成的反应口袋提供了非极性的环境，使极性的离子或离子化的氨基酸残基在疏水口袋中

9、进行催化反应。5、酶活性中心的疏水环境效应 F=Q1Q2/r2 第四节酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 第四节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。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。概念 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。一、底物浓度对反应速度的影响 E + S ES E + P k1k2k3一、底物浓度对反应速度的影响 E + S ESVVmax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。SVVmax随着底物浓度的增高反应速度不再

10、成正比例加速；反应为混合级反应。SVVmax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。SVVmax当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反米氏方程式(Michaelis 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) VmaxS Km + S V 米氏方程式(Michaelis equation)S：底稳态法推导 1925年Briggs和Haldame对米氏方程作了一次重要的修正，提出了恒态的概念。 所谓稳态是指反应进行一定时间后，ES的生成速度和

11、ES的分解速度相等，亦即ES的净生成速度为零，此时ES的浓度不再改变，达到恒态，也称稳态。稳态法推导 1925年Briggs和Haldam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， 因此E +P ES这一步不予考虑。反应速度取决于慢反应Vk3ES（1） 反应中底物是过量的，尽管一部分底物与酶形成复合物，但与底物的总浓度相比，可以忽略不计。 E + S k1k2k3ESE + P米曼氏方程式推导基于两个假设：E + S k1k2k3E推导过程稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即 ES恒定。 K1 (EtES) SK2 ES +

12、 K3 ESK2+K3 Km （米氏常数） K1令：则(2)变为: (EtES) S Km ES(2)(EtES)SK2+K3ES K1整理得：E + S k1k2k3ESE + P推导过程稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即 ES当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即EtES，反应达最大速度VmaxK3ESK3Et (5)ES EtSKm + S(3) 整理得:将(5)代入(4)得米氏方程式：VmaxS Km + S V 将(3)代入(1) 得K3EtS Km + S (4) VVk3ES(1)当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即EtES当反应速度为最大反应速度一半时 K

13、m值的推导KmS Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxSVmaxVSKmVmax/2 当反应速度为最大反应速度一半时 Km值的推导KmS Km的意义a) Km是酶的特征性常数之一，与酶的性质有关，与酶的浓度无关；b) Km可近似表示酶对底物的亲和力；c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。 酶底物Km(mmol.L-1)过氧化氢酶H2O225蔗糖酶蔗糖棉子糖283206-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖0.058溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺0.006Km的意义a) Km是酶的特征性常数之一，与酶的性质有关，m值与max值的测定

14、双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法 VmaxS Km+SV = （林贝氏方程） + 1/V=KmVmax 1/Vmax 1/S 两边同取倒数 1/S 1/V -1/Km 1/Vmax 斜率Km /Vmax m值与max值的测定 双倒数作图法(double 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。0 V E 酶浓度对反应速度的影响 二、酶浓度对反应速度的影响当SE，酶可被底物饱和双重影响温度升高，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最适温度 (optimum temperature)：酶促反应速度最快时