生物化学教学课件：4 enzymes

Chapter4-1Chapter-4EnzymesChapter4-2第一节酶的简介史前时期近代发展现代酶学发展古老的新科学

Chapter4-3磨粉

去糠

打碎成酒

发酵

装瓶麦芽

萌发

浸润史前时期Chapter4-41857年法国微生物学家提出酒的发酵是活酵母细胞起作用1878年WilliamKühne首先提出使用酶这一名称

希腊词“en”in，“zyme”

yeastorleaven1879年Buchner兄弟阐述了酵母的酒精发酵及离体酶的作用。1926年，脲酶的结晶近现代Chapter4-5基因克隆、组织培养50,000,000小牛胃凝乳酶基因大肠杆菌酵母菌Chapter4-6Significanceofenzymes/chubanwu/report/2001-mei.htmChapter4-7Chapter4-8Chapter4-9酶(enzyme)是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，又称为生物催化剂.几乎所有的酶都是蛋白质

酶＝蛋白质酶的化学本质Biocatalystp153Chapter4-10核酶(Ribozyme)p153美国Cech和Altman于1989年获诺贝尔化学奖定义：

具有催化活性的RNA发夹型核酶的结构Chapter4-11Classificationandnomenclature（p155）习惯命名

酶作用的底物

酶催化的反应性质

来源

eg.淀粉酶，水解酶，琥珀酸脱氢酶，胃蛋白酶，碱性磷酸酯酶系统命名/enzyme/Chapter4-12根据酶所催化反应的性质将酶分为六大类1.氧化还原酶催化氧化还原反应；2.转移酶（移换酶）催化基团转移反应；3.水解酶催化水解反应；4.裂合酶催化消去反应，反应中由双键生成；5.异构酶催化异构化反应；6.连接酶（也称为合成酶）催化两分子连接的反应，反应中消耗的能量，一般由ATP提供。ClassificationandnomenclatureChapter4-13酶的系统编号：EC.国际酶委员会EnzymeCommission六大类中的某一类该类中的某一亚类该亚类中的某一小类该小类中的序号Classificationandnomenclature见p157表5－1Chapter4-14第二节酶的结构与功能单体酶寡聚酶多酶体系

p158Chapter4-15蛋白质部分proteinpart

*非蛋白质部分nonproteinpart

全酶的蛋白质部分称为脱辅基酶蛋白apoenzyme全酶的非蛋白质部分称为辅助因子cofactor（辅酶和辅基）

辅酶coenzyme（与酶松弛结合的辅助因子）一般可用透析法除去辅基prostheticgroup（以共价键和酶较牢固地结合）不可用透析法除去。完整的活性酶体系

全酶

holoenzyme酶的组成（p158-159）Chapter4-16几种重要的辅酶或辅基举例p158半胱半胱SS组有关全酶：细胞血素过氧化氢酶过氧化物酶生理功能：传递电子，催化氧化还原反应铁卟啉Chapter4-17酶的作用机制必需基团（essentialgroup)

关系到酶反应速度的化学基团

eg.组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基等。（p1627个aa）活性中心（activecenter）或活性部位

酶分子上必需基团比较集中并构成一定空间构象、与酶的活性直接相关的结构区域。酶的活性部位（中心）由结合部位和催化部位组成。概念（p159）Chapter4-18酶的活性中心

少数的氨基酸残基与酶的催化活性直接相关。这些特殊的氨基酸残基，一般比较集中在酶蛋白的一个特定区域，称为酶的活力部位或活性中心（Activesite/center）。

在一级结构上的位置可能相距很远，但当肽链折叠、盘绕时，可使得它们在空间位置很接近，构成一个特定的空间区域。

酶的活力部位包括底物结合部位和催化部位。前者只能和相适应的底物才能结合，决定了酶的专一性；而后者是催化反应中直接参与电子授受关系的部位（含酶的辅酶或金属部分）。Chapter4-19Bindingcleftoflysozyme:aminoacidresiduesthatcontactthesubstrateareingreen,catalyticresiduesareorange酶的活性与高级结构Chapter4-20Effectofacatalystonactivationenergy催化反应的发生非催化反应高108-1020，比其它催化反应高107-1013酶作用特点与机制（p153,p165）Chapter4-21中间产物学说E+SESE+PChapter4-22Chapter4-23催化部位——酶作用的高效性

靠近和定向效应（proximityandorientation)

通过底物扭曲导致催化（张力学说）(distoration)

亲核和亲电催化（共价催化）(covalentcatalysis)

广义酸碱催化(generalacid-basecatalysis)一、酶作用高效率的机制(p166-168)底物浓度敏感键断裂Chapter4-24亲核试剂：具有给予电子对的强烈倾向的基团。

亲电试剂：具有接受电子对的强烈倾向的基团。

亲核催化：如果催化反应的速度（完全或部分地）被底物从催化剂接受电子对这一步所控制。

亲电催化：如果催化反应的速度（完全或部分地）被催化剂从底物接受电子对这一步所控制。共价催化（亲核亲电催化）Chapter4-25亲核催化Chapter4-26二、酶的作用具有高度的专一性（p154特异性）Chapter4-27酶作用专一性的机制(p168-170)结合部位——酶作用的专一性

锁与钥匙学说(lockandkeythoery)

诱导契合学说(induced-fithypothesis)

结构性质互补假说（空间互补、电荷、极性）

“三点附着”假说Chapter4-28ByEmilFischerin1894ByDanielKoshlandin1958Chapter4-29结构性质互补假说酶底物特异性（提供R1的氨基酸残基）α胰凝乳蛋白酶（牛）TyrPheTry胰凝乳蛋白酶B（牛）TyrPheTry枯草杆菌蛋白酶TyrPheTryα裂解蛋白酶TyrPheTry弹性蛋白酶（牛）Ala凝血酶（牛）LysArg胰蛋白酶（牛）LysArgChapter4-30α胰凝乳蛋白酶（牛）胰凝乳蛋白酶B（牛）枯草杆菌蛋白酶α裂解蛋白酶凝血酶（牛）胰蛋白酶（牛）弹性蛋白酶（牛）Chapter4-31结构互补假说结合部位含有Gly-216和Gly226，口袋宽敞Asp结合部位含有Val-216和Thr-226，口袋狭小疏水口袋OHOHChapter4-32三、酶催化反应的条件温和

酶在接近生物体温的温度和接近中性的环境下起反应。四、酶的催化活力可被调节控制酶参与细胞所有代谢路径Chapter4-33第三节酶促反应动力学Enzymeactivity（酶活力，酶活性）

Activeunit（酶的活力单位）

Specificactivity（酶的比活力）Determinationofenzymeactivity(p183－185)Chapter4-34Enzymeactivity定义

指酶催化一定化学反应的能力

用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应速度（初速度）来表示

方法

测定产物增加的量或底物减少的量

eg.化学滴定、比色、测定紫外吸收、荧光测定

实验—淀粉酶活力的测定Chapter4-35Activeunit（U）p184酶活力单位（U）

1个酶活力单位，是指在某种酶在最适条件下，单位时间内底物的减少量或产物的生成量时需要的酶量规定的。国际单位(IU)特定条件下，一分钟内催化1微摩尔底物转化的酶量定义为一个酶活力单位。

特定条件：温度—25oC

其他条件（eg.pH及底物浓度）均采用最适条件。习惯用法

eg.-淀粉酶，用每小时催化1g可溶性淀粉液化所需要的酶量来表示。Chapter4-36Specificactivity比活力

每毫克蛋白所具有的酶活力

单位

单位/毫克蛋白（U/mg蛋白质）对同一种酶，比活力愈高，酶愈纯Chapter4-37Example称取25mg蛋白酶粉配制成25毫升酶溶液，从中取出0.1毫升酶液，以酪蛋白为底物，用Folin-酚比色法测定酶活力，得知每小时产生1500

g酪氨酸。另取2毫升酶液，用凯氏定氮法测得蛋白氮为0.2毫克。若以每分钟产生1

g酪氨酸的酶量为1个活力单位计算，根据以上数据，求出：

1毫升酶液中所含的蛋白质量及活力单位。比活力1克酶制剂的总蛋白含量及总活力。Chapter4-38Kineticsofenzyme-catalyzedreactions

(p171)底物浓度（substrateconcentration)pH温度(T)酶浓度(enzymeconcentration)激活剂(activator)抑制剂(inhibitor)影响酶催化反应速度的因素Chapter4-39Substrateconcentration酶催化应速度与底物浓度的关系p171一底物或其他底物浓度不变时适用底物浓度产物生成速率一级反应零级反应混合级反应Chapter4-40米氏方程MichaelisMenten后经Brigg-Haldane修正Chapter4-41（1）测定速度为初速度，[S]消耗在5％以内（2）[S]浓度大大超过[E]，[S]降低忽略不计（3）ES的生成量与消失量动态平衡ES+P+SEE快速平衡假定Chapter4-42E+SESE+PK2k1k3米氏方程的推导

Vmax[S]

v

＝────

Km+[S]k4Chapter4-43米氏方程的求法KmSvo直接作图1/2Vmax-1Km1/S1vo双倒数作图1Vmax

Vmax[S]

v

＝────

Km+[S]Chapter4-44米氏方程的意义(p174)米氏常数为反应速度是最大反应速度一半时的底物浓度，Km单位为摩尔浓度（mol/L）Km对于特定的反应条件而言是一个特征常数。它只与酶的性质有关而与酶的浓度无关，不同的酶，具有不同的Km值。Km值作为常数只是对固定的底物、一定的温度、一定的pH等条件而言的。Km值可以反映酶同底物的亲和力。Chapter4-45Chapter4-46米氏方程的意义vo=Vmax

[S]Km

+

[S]Km

Vmax&E1E2E31storderzeroorderCompetitiveNon-competitiveUncompetitive直接作图双倒数作图与底物的亲和力催化的最大速率酶抑制类型活性单位改变底物浓度

[S]观察

vo

的变化可以作图法求得Vmax

及KmActivityUnit1mmolemin比活力unitmgChapter4-47Activatorandinhibitor(p178-182)激活剂或活化剂

凡能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质抑制剂降低酶活性的机理

失活作用

抑制作用

去激活作用抑制作用的类型

不可逆抑制

可逆抑制（竞争性、非竞争性、反竞争性）酶促反应与抑制剂的关系(p182)Chapter4-48Temperatureeffects(p176-177)Optimumtemperature(最适温度)Chapter4-49EnzymeOptimumtemperature(oC)Trypsin胰蛋白酶37Pect