天津大学生物化学LectureEnzymes

天津大学生物化学LectureEnzymes第1页/共53页酶的概念酶是生物催化剂酶的特点:1)催化效率高;2)高度的专一性;3)对环境条件极为敏感新陈代谢的调控多是通过酶来进行的第2页/共53页酶的命名乳酸脱氢酶酶学委员会缩写表示第一大类,即氧化还原酶表示第一亚类,即被氧化基团为CHOH基亚亚类的顺序号表示第一亚亚类,氢受体为NAD+第3页/共53页酶的分类氧还酶AH2+BA+BH2

转移酶AR+BA+BR水解酶AB+H2OAOH+BH裂解酶ABA+B异构酶AB合成酶A+B+ATPAB+ADP+Pi第4页/共53页氧还酶实例第5页/共53页转移酶实例第6页/共53页水解酶实例第7页/共53页裂解酶实例第8页/共53页异构酶实例第9页/共53页合成酶实例第10页/共53页酶的化学本质大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA酶是蛋白质的证据：1）酶对热不稳定

2）酶是两性电解质

3）引起蛋白质变性的因素能使酶失活

4）酶具有胶体的特性

5）酶能被蛋白水解酶水解

6）多次重结晶的酶其活性仍不变

7）许多酶的氨基酸序列测定第11页/共53页酶的辅因子酶按化学组成可分为单纯酶和结合酶两大类单纯酶只由纯的蛋白质或RNA构成,如胃蛋白酶等结合酶除蛋白质组分外,还含有对热稳定的非蛋白的小分子物质,前者称为酶蛋白,后者称为辅因子;如果小分子物质与酶结合较松,则又称为辅酶,反之,则称为辅基全酶=酶蛋白+辅因子第12页/共53页肌红蛋白的三级结构第13页/共53页单体酶只有一条肽链的酶,全部为水解酶酶相对分子质量(Mr)氨基酸残基数溶菌酶核糖核酸酶木瓜蛋白酶胰蛋白酶羧肽酶A14,60013,70023,00023,80034,600129124203223307第14页/共53页寡聚酶由多个亚基组成的酶,亚基之间以非共价键结合,已知的寡聚酶大多为糖代谢酶酶亚基相对分子质量(Mr)数目相对分子质量(Mr)磷酸化酶A肌酸激酶乳酸脱氢酶烯醇化酶424292,50040,00035,00041,000370,00080,000150,00082,000第15页/共53页多酶复合物几个酶嵌合而成的复合物，一般由2~6个功能相关的酶组成相对分子质量都在几百万以上例如丙酮酸脱氢酶复合物和脂肪酸合成酶复合物第16页/共53页酶的结构与功能的关系活性部位和必需基团酶原的激活同工酶第17页/共53页活性部位和必需基团必需基团—对这些基团进行化学修饰,则酶的活性丧失,常见的如Ser的羟基,His的咪唑基,Cys的巯基,Asp、Glu的侧链羧基等活性部位—酶分子中直接和底物结合，并与酶催化作用直接有关的部位。第18页/共53页羧肽酶A的活性部位第19页/共53页酶原的激活酶原—酶的无活性前体酶原的激活—酶原在一定条件下转变成活性酶的过程胰蛋白酶：胰脏细胞分泌胰蛋白酶原，进入小肠要经肠激酶激活后才有活性胃蛋白酶：由胃粘膜细胞分泌胃蛋白酶原，在胃液盐酸作用下才有活性第20页/共53页同工酶具有不同分子形式但却催化相同的化学反应活性部位在结构上相同或相似乳酸脱氢酶的亚基分为M和H两种类型，可组装成H4、H3M、H2M2、HM3、M4等5种四聚体，都催化同一反应第21页/共53页酶作用的结构专一性(1)只要求酯基，R和R'可变要求α-糖苷键，R可变只水解尿素，其它尿素衍生物一般不起作用第22页/共53页酶作用的结构专一性(2)第23页/共53页酶作用的立体专一性（1）L-乳酸D-乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶第24页/共53页酶作用的立体专一性（2）第25页/共53页酶的作用机制催化作用、过渡态、分子活化能中间产物学说诱导契合模型使酶具有高度催化效率的因素第26页/共53页催化作用、过渡态、分子活化能第27页/共53页过渡态模型第28页/共53页中间产物学说底物产物第29页/共53页诱导契合模型(1)第30页/共53页诱导契合模型(2)第31页/共53页使酶具有高度催化效率的因素邻近定向效应--不仅指底物和酶活性部位的邻近，还包括正确的立体化学排列“张力”和“形变”--就是酶与底物诱导契合的过程酸碱催化--酶活性部位上某些基团可用作酸碱共价催化--与底物形成不稳定的共价中间物第32页/共53页影响酶促反应速度的因素pH对酶的影响温度对酶作用的影响激活剂对酶作用的影响酶动力学-米氏方程式抑制剂对酶作用的影响酶的别构效应第33页/共53页pH对酶的影响每一种酶只能在一定范围的pH内才有活性，超出这个范围酶就失活，在某一特定pH可能表现出最大的活性pH对酶的影响主要表现在两方面：1）强酸或强碱本身使酶变性失活；2）pH改变影响酶活性部位上有关基团的解离，或影响底物的解离一般酶的最适pH在4-8之间第34页/共53页温度对酶作用的影响在一定温度范围内（0~40°C），酶促反应速度随温度升高而加快决大多数酶在60°C以上即失去活性各种酶在一定条件下都有其一定的最适温度，例如动物体内酶在37~50°C第35页/共53页激活剂对酶作用的影响能提高酶活力的物质就是酶的激活剂许多酶的激活剂就是一些金属离子或其他无机离子以巯基为活性基团的酶，易被氧化降低活性，需加还原剂（如抗坏血酸等）第36页/共53页酶动力学第37页/共53页米氏方程式ν—酶促反应速度[S]—底物浓度Vmax—最大酶促速度Km—米氏常数,Km=(k2+k3)/k1Km>>[S],ν=V/Km[S],一级反应[S]>>Km,ν=V,零级反应第38页/共53页底物浓度对酶促反应速度作图第39页/共53页某些酶的米氏常数酶底物Km(mol/L)过氧化氢酶β-半乳糖苷酶麦芽糖酶谷氨酸脱氢酶己糖激酶琥珀酸脱氢酶乳酸脱氢酶尿素酶α-淀粉酶蔗糖酶H2O2乳糖麦芽糖α-酮戊二糖葡萄糖果糖琥珀酸盐丙酮酸尿素淀粉蔗糖2.5x10-24x10-32.1x10-12x10-31.5x10-41.5x10-35x10-73.5x10-52.5x10-26x10-42.8x10-2第40页/共53页Lineweaver-Burk作图法第41页/共53页Eadie-HofsteePlot第42页/共53页抑制剂对酶作用的影响不可逆抑制作用—抑制剂与酶的结合是一不可逆反应可逆抑制作用：1）竞争性抑制—抑制剂和底物竞争与酶结合；2）非竞争性抑制—抑制剂和底物同时结合在酶的不同部位上第43页/共53页不可逆抑制作用第44页/共53页可逆抑制-竞争性抑制特点：改变Km不改变Ｖmax，当底物浓度很高时，抑制作用可以被解除第45页/共53页第46页/共53页竞争性抑制Lineweaver-Burk图第47页/共53页可逆抑制-非竞争性抑制动力学方程特点：影响Ｖmax而不改变Ｋm，不能用增大［Ｓ］的办法克服。第48页/共53页可逆抑制-非竞争性抑制动力学图第49页/共53页酶活力是指酶催化指定化学反应的能力，其大小可用在一定条件下酶促反应的速率来表示，反应速率愈快，就表明酶活力愈高，通常是测定单位时间产物的增加量来确定国际酶活力单位（IU，1IU=1μmol/min）：在最适条件下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物所需的酶量酶的比活力：每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数。第50页/共53页测定酶活力常用分光光度法，利用底物、产物或指示剂在紫外光或可见光部分吸光度的不同，选择一个适当的波长，连续地测出反应过程中反应体系吸光度的变化，再进一步推算底物或产物浓度或数量的变化，从而求出酶活力第51