酶化学名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第五章酶化学第一节酶概念及酶催化反应特点*

第二节酶命名和分类*

第三节酶分子结构特征*

第四节酶作用机理*

第五节酶促反应动力学*

第六节酶制备*第1页第一节酶概念及酶催化反应特点

一、酶概念酶是一类含有高效率、高度专一性、活性可调整生物催化剂。第2页二、

酶催化反应特点1、

催化效率高酶催化反应速度是对应无催化反应108-1020倍，而且高出非酶催化反应速度最少几个数量级。2、酶催化专一性强酶对反应底物和产物都有极高专一性，几乎没有副反应发生。3、酶催化反应条件温和常温、常压，中性pH环境。4、酶对环境极敏感5、酶在机体中受到严格调控第3页三、酶催化专一性类型1、分子专一性酶只专一催化某一个化合物特征。

只能作用于一个底物，或只催化一个反应。例：麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只催化尿素水解。2、反应专一性一个酶能够催化含有相同化学键或基团底物特征。（1）键专一性（对底物结构要求最低）（2）基团专一性GroupSpecificity不但对键有要求，还对键一端基团有要求，但对另一端基团要求不严格。例：α—D—Glc苷酶，水解蔗糖和麦芽糖。第4页3、立体化学专一性

一个酶只能催化立体异构体中一个发生反应。（1）

旋光异构专一性（2）

几何异构专一性反丁烯二酸水化酶只催化反丁烯二酸生成苹果酸立体化学专一性还表现在酶能区分从有机化学观点看属于对称分子中两个等同基团，并只催化其中一个，而对另一个无作用。①甘油激酶只催化甘油中一个CH2OH磷酸化。②顺-乌头酸酶只作用于柠檬酸两个-CH2COOH中一个。立体专一性在实践中应用：药品不对称合成或不对称拆分。用乙酰化酶制备L—氨基酸第5页第二节

酶命名及分类一、酶习惯命名法1961年前惯用1、依据底物来命名（多为水解酶）：如蛋白酶、淀粉酶等2、依据催化反应类型命名：如脱氢酶、转氨酶等3、结合上述两个标准命名:如琥珀酸脱氢酶4、有时在底物前加上酶起源：如蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶第6页二、国际系统命名法基本标准：明确标明酶底物及催化反应性质（底物之一为水时可略去不写）。谷丙转氨酶系统名称：丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶第7页

三、酶国际分类

国际系统分类法及编号（EC编号）:每一个酶有一个唯一系统名,并给予四个数字编号,中间以“·”隔开,第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，第四个数字表示在亚-亚类中编号。同时推荐一个俗名

1961年国际酶学委员会依据酶催化反应性质,将其分为六大类:氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类（裂解酶）、

异构酶、合成酶（连接酶），用1、2、3、4、5、6表示。第8页乙醇脱氢酶EC1.1.1.1，乳酸脱氢酶EC1.1.1.27，苹果酸脱氢酶EC1.1.1.37第一个数字表示大类：氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：NAD+或NADP+第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。

1、氧化还原酶类催化氧化还原反应：

乳酸：NAD+氧化还原酶（EC1.1.1.27），习惯名：乳酸脱氢酶

A·2H+BA+B·2H第9页2、

转移酶类AB+CA+BCAla：ａ-酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2），

习惯名：谷丙转氨酶3、水解酶类

AB+H2OAOH+BH催化水解反应，包含淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。异亮氨酸氨基肽水解酶（EC3.4.1.1），习惯名：Ile氨肽酶。第10页4、

裂合酶类（裂解酶）

ABA+B催化从底物上移去一个基团而形成双键反应或其逆反应。二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），

习惯名：醛缩酶5、

异构酶（EC5.3.1.9）AB催化同分异构体相互转化。如：6-磷酸-G异构酶第11页6、合成酶或连接酶类A+B+ATPAB+ADP+Pi催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一个物质反应。UTP：氨连接酶（CTP合成酶）L-酪氨酸：tRNA连接酶（酪氨酰tRNA合成酶）T4DNA连接酶第12页

四、工业酶制剂命名和分类最近，中国发酵工业协会酶制剂分会草拟了一份《工业酶制命名和分类要求》（提议稿），以酶表形式，列出了当前国内外生产和将要生产32种工业酶制剂，将它们分为4类：碳水化合物酶、蛋白质酶、酯酶和其它。每一个酶都列出其国际系统名和对应编号，和国际接轨。值得注意是，表中“起源”栏，列出了同一酶名各种生产菌或动植物（或其器官组织），这是国际分类酶表未能做到。第13页第三节酶分子结构特征一、酶蛋白结构特征及特征1、酶蛋白质普通含有球状外貌2、酶相对分子质量3、氨基酸组成和排列次序与酶催化活性关系4、氨基酸空间分布5、酶分子柔顺性第14页二、酶辅因子

酶辅因子是酶分子结构中非蛋白质组分，分为两大类。金属辅因子：如Zn、Ca、Cu、Fe、Co、Mo等维生素或其衍生物有机辅因子：核苷酸，如ATP、ADP等

苯醌类，如辅酶Q、质体醌等辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基：与酶蛋白结合较紧。第15页三、酶活性部位1、全酶与活性部位关系全酶结合部位催化部位辅因子酶蛋白必需基团（残基）非贡献基团活性部位结构残基接触残基辅助残基┄┄┆↓第16页必需基团和活性部位（1）必需基团：直接与酶活性相关基团。比如Ser羟基，His咪唑基，Cys巯基，Asp、Glu侧链羧基等。

结合基团（2）活性部位催化基团第17页第18页2、活性部位大小、功效酶活性部位是酶完成催化功效关键部位。却只是酶分子很小一部分。它包含催化部位、结合部位和辅助残基。酶活性部位各个部分是一个行使催化功效整体。

3、活性部位出现频率高氨基酸残基丝氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸第19页四、酶原与酶原激活酶原：一些酶在细胞内刚合成或初分泌时无催化活性酶前体物。酶原激活第20页五、多酶复合物

由两个或两个以上酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，全部反应依次进行，组成一个代谢路径或代谢路径一部分。比如糖代谢中丙酮酸脱氢酶系、α酮戊酸脱氢酶系等。第21页第四节酶作用机理一、酶催化专一性机理“钥匙学说”“诱导契合学说”第22页二、酶催化高效性机理第23页1、酶能极大地降低反应分子活化能第24页2、酶催化中间复合物学说和过渡态理论（1）中间复合物学说：酶与底物先络合成一个中间产物，然后中间产物深入分解成产物和游离酶。

SPE+SESE+P中间产物假说证据：（1）竞争性抑制试验（2）底物保护酶不变性（3）结晶ES复合物取得。第25页（2）过渡态理论①酶从低活性形式转变为高活性形式，利于催化。②底物形变，利于形成ES复合物。③底物构象改变，过分态结构，大大降低活化能。第26页3、

酸催化几个当代理论（1）邻近效应和定向效应邻近效应：进入活性部位底物反应基团越靠近催化基团反应速度越快。定向效应：只有底物分子反应基团间正确地定向排布，才发生反应。第27页（2）广义酸碱催化酶分子一些功效基团起瞬时质子供体或质子受体作用。

酶分子存在各种广义酸碱催化基团比如氨基、羧基、酚基、咪唑基等，其中以组氨酸咪唑基咪唑基最为主要，它在在pH6附近给出质子和结合质子能力相同，是最活泼催化基团。（3）共价催化酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性很高共价中间物。酶亲核基团：Ser-OH，Cys-SH，His-N：底物亲电中心：磷酰基（-P=O）酰基（-C=O）糖基（Glu-C-OH）

第28页（4）变形或张力酶与底物结合时，酶使底物敏感键发生变形或张力，从而使底物敏感键更易断列。（5）活性中心疏水微环境①疏水环境介电常数低，加强极性基团间作用。②电荷环境在酶活性中心附近，往往有一些电荷离子，可稳定过渡态离子。第29页反应速度：V=k3[ES]ES生成速度：V1=k1[E][S]=k1（[Et]-[ES]）[S]ES分解速度：V2=k2[ES]+k3[ES]当反应达平衡状态时，以上两个速度相等：k1（[Et]-[ES]）[S]=k2[ES]+k3[ES]

（[Et]-[ES]）[S]=[ES]，令=则：（[Et]-[ES]）[S]=[ES]

一、单底物反应速率方程1、米氏方程：极慢][]][[][]][[][132SKmSEtSKKKSEtES+=++=第五节酶促反应动力学第30页Vmax=k3[Et]（米氏常数）当Km及Vmax已知时，依据米氏方程可确定酶反应速度与底物浓度关系。（单体酶）第31页2、

米氏方程

意义及测定（1）提供了极为主要动力学参数Km

①米氏常数定义当反应速度v=1/2Vmax时，Km=[S]，Km物理意义是：当反应速度到达最大反应速度二分之一时底物浓度。单位：mol·L-1或mmol·L-1②Km是酶特征常数之一。普通只与酶性质、底物种类及反应条件相关，与酶浓度无关。

P86表5-4一些酶Km值。第32页③Km值可表征酶与底物亲和力。Km值越小，酶与底物亲和力越强；Km值越大，ES复合物离解倾向越大。④Km值是酶命名依据。⑤Km值还是酶催化反应分类命名依据。第33页当[S]《Km时当[S]》Km时当[S]=Km时（2）定量地反应了反应速率与底物浓度关系第34页(3)Vmax与K2（Kcat）意义在一定酶浓度下，Vmax是一个常数，它只与底物种类及反应条件相关。

Vmax=K3[Et]K3代表酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子转换底物分子数，称为转换数（或催化常数，Kcat），表明酶最大催化效率。转换数倒数即为催化周期：一个酶分子每催化一个底物分子所需时间。乳糖脱氢酶转换数为1000/秒，则它催化周期为10-3秒。第35页３、Km和Vmax求取

Lineweaver-Burk

双倒数作图法斜率=Km/Vmax1/Vmax1/V1/[S]-1/Km第36页二、

温度对酶促反应影响1．酶“最适”反应温度温度对酶促反应速度影响有两个方面：（1）提升温度，加紧反应速度。（2）提升温度，酶变性失活。

温度系数Q10：温度升高10℃，反应速度与原来反应速度之比，大多数酶Q10普通为1~2。温血动物酶，最适温度35℃~40℃，植物酶最适温度40℃~50℃，细菌TaqDNA聚合酶70℃。最适温度不是酶特征常数，它与底物种类、作用时间、pH、离子强度等原因相关。第37页2、酶热稳定性酶热稳定性是酶在某一温度范围内，不发生或极少发生失活特征。酶浓度高、不纯、有底物、抑制剂和保护剂会使稳定性温度增高。酶保留：①液体酶制剂能够利用上述几个原因中几个，低温短暂保留。②冻干粉可在在低温冰箱中较长久保留。第38页三、

pH对酶促反应速度影响1.pH影响酶活力原因①影响酶蛋白构象，过酸或过碱会使酶变性。②影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心解离状态，最终影响ES形成。③影响酶和底物分子中另外一些基团解离，这些基团离子化状态影响酶专一性及活性中心构象。第39页2、酶最适pH最适pH：使酶促反应速度到达最大时介质pH。

第40页最适pH与底物种类、浓度及缓冲液成份相关。几个酶最适pH，

即使大部分酶pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。第41页四、

激活剂对酶反应影响

凡是能提升酶活性物质，都称为激活剂。无机离子或简单有机化合物对酶激活。无机离子或蛋白酶对酶原激活。1、

无机离子激活作用（1）金属离子：K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+（2）阴离子：cl-、Br-、PO43-（3）氢离子

不一样离子激活不一样酶。不一样离子之间有拮抗作用和可替换作用，如Na+与K+、Mg2+与Ca+之间经常拮抗，但Mg2+与Zn+常可替换。

激活剂浓度要适中，过高往往有抑制作用，1~50mM第42页2、

简单有机分子激活作用①还原剂（如Cys、还原型谷胱甘肽）能激活一些活性中心含有—SH酶。②金属螯合剂（EDTA）能去除酶中重金属离子，解除抑制作用。3、蛋白酶对酶原激活第43页五、

抑制剂对酶作用变性作用(denaturation)：抑制作用(inhibiton)：使酶活力下降或丧失但并不引发酶蛋白变性。变性剂没有选择性，而抑制剂有不一样程度选择性。研究抑制剂对酶作用有重大意义：（1）药品作用机理和抑制剂型药品设计与开发（2）了解生物体代谢路径，进行人为调控或代谢控制发酵（3）经过抑制剂试验研究酶活性中心构象及其化学功效基团，不但能够设计药品，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业基础。第44页

1、不可逆抑制抑制剂与酶活性中心（外）必需基团共价结合，使酶活性下降，无法用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。

2、

可逆抑制抑制剂与酶蛋白非共价键结合，能够用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。第45页（1）竞争性抑制（Competitiveinhibition）

抑制剂含有与底物类似结构，竞争酶活性中心，并与酶形成可逆EI复合物，阻止底物与酶结合。能够经过增加底物浓度而解除此种抑制。例：丙二酸、戊二酸对琥珀酸脱氢酶竞争性抑制第46页

E+SESE+P+I

EIK2K1KiK-1第47页Vmax不变Km变大，而且随[I]浓度增大而增大第48页（2）非竞争性抑制底物和抑制剂能够同时与酶结合，不过，中间三元复合物ESI不能深入分解为产物，所以，酶活性降低。抑制剂与酶活性中心以外基团结合，其结构可能与底物无关。不能经过增加底物浓度方法来消除非竞争性抑制作用一