第三章酶上课课件

第三章酶上课课件豌豆得根瘤第一节酶概述第二节酶促反应动力学第三节酶得专一性和活性中心第四节酶得作用机理第一节酶概述

酶得定义

酶就是生物催化剂

酶得化学本质酶就是活细胞内产生得具有高度专一性和催化效率得蛋白质,又称为生物催化剂;酶主要就是在细胞内起催化作用;有些酶合成后释入血液或消化道,并在那里发挥其催化作用;人工提取得酶在合适得条件下可在试管中对特殊底物起催化作用。酶得定义及发展二千余种酶被鉴定出来,其中有二百余种得到结晶,特别就是近三十年来,随着蛋白质分离技术得进步,酶得分子结构、酶作用机理得研究得到发展,有些酶得结构和作用机理已被阐明。总之,随着酶学理论不断深入,必将对揭示生命本质研究作出更大得贡献。酶就是生物催化剂(Biologicalcatalyst)

酶与一般催化剂得共性

1、促进热力学上允许进行得反应

2、反应前后无质和量得改变,用量少,催化效率高

3、缩短达到化学平衡得时间,不改变化学反应得平衡点

4、可降低反应得活化能比一般催化剂更有效地降低反应得活化能酶就是生物催化剂(Biologicalcatalyst)

酶与一般催化剂得区别—酶得特性

高度得催化效率高度得专一性(特异性):

绝对特异性(absolutespecifictity)

相对特异性(relativespecificity)

立体异构特异性(stereopecificity)

酶活性得可调节性酶活性得不稳定性催化效率比非催化反应高108～1020倍,比一般催化剂高106～1012倍9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流酶蛋白

蛋白质部分+非蛋白质部分+辅助因子=全酶（有活性）结合酶单纯酶小分子有机化合物（B族维生素）无机金属离子辅酶辅基酶酶得化学本质辅助因子常见:维生素及其衍生物常见:K+,Na+,Mg2+,Cu2+,Zn2+,Fe2+

金属离子小分子有机化合物辅基(prostheticgroup):

共价键;结合紧密不可用透析或超滤除去辅酶(coenzyme):非共价键;结合疏松可用透析或超滤除去辅助因子分类组成or第二节酶促反应动力学一、底物浓度对反应速度得影响二、pH对反应速度得影响三、温度对反应速度得影响四、酶浓度对反应速度得影响五、抑制剂对反应速度得影响六、激活剂对酶促反应速度得影响

一、底物浓度对反应速度得影响

在酶得浓度不变得情况下,底物浓度对反应速度影响得作用呈现矩形双曲线(rectangularhyperbola)1913年Michaelis和Menten提出解释酶促反应中底物浓度和反应速度关系得最合理学说就是中间产物学说。反应速度和底物浓度关系得数学方程式,即著名得米氏方程michaelismentenequation):米氏方程(Michaelisequation)

----解释[S]和V之间得关系Vmax[S]Km+[S]V=V:不同[S]时得反应速度Ｋm:米氏常数(Michaelisconstant)

[S]:底物浓度Vmax:最大反应速度(maximumvelocity)米氏常数得意义(1)Km就是酶得一个特征性常数,只与酶得性质有关,与酶得浓度无关。(2)如酶能催化几种不同得底物,对每种底物都有一个特定得Km值,其中Km值最小得称该酶得最适底物。(3)Km除了与底物类别有关,还与pH、温度有关。(4)Km表示酶和底物得亲和力。

Km越大,表示和底物得亲和力越小。

如果Km值已知,任何底物浓度时酶得饱和度(形成中间产物得酶占酶得比例,saturationfraction)fEs便可计算出来。

fES=［ES］／［Et］=K3［ES］／K3［Et］＝V／Vmax=[S]／Km+[S]

Km值愈大,酶与底物得亲和力愈小;Km值愈小,酶与底物亲和力愈大。酶与底物亲和力大,表示不需要很高得底物浓度,便可容易地达到最大反应速度。但就是KS值并非在所有酶促反应中都远小于K2,所以

Ks值(又称酶促反应底物常数)和Km值得涵义不同,不能互相代替使用。

Km值就是酶得特征性常数,只与酶得性质,酶所催化得底物和酶促反应条件(如温度、pH、有无抑制剂等)有关,与酶得浓度无关。酶得种类不同,Km值不同,同一种酶与不同底物作用时,Km值也不同。各种酶得

Km值范围很广,大致在10-1～10-6M之间。

必须指出米氏方程只适用于较为简单得酶作用过程,对于比较复杂得酶促反应过程,如多酶体系、多底物、多产物、多中间物等,还不能全面地籍此概括和说明,必须借助于复杂得计算过程。二、pH对反应速度得影响

酶反应介质得pH可影响酶分子,特别就是活性中心上必需基团得解离程度和催化基团中质子供体或质子受体所需得离子化状态,也可影响底物和辅酶得解离程度,从而影响酶与底物得结合。只有在特定得pH条件下,酶、底物和辅酶得解离情况,最适宜于她们互相结合,并发生催化作用,使酶促反应速度达最大值,这种pH值称为酶得最适pH(optimumpH)。她和酶得最稳定pH不一定相同,和体内环境得pH也未必相同。也就就是说,最适pH有时因底物种类、浓度和缓冲液成分不同而不同;而且常与酶得等电点不一致,因此,最适得pH并不就是一个常数,只就是在一定得条件下才有意义。胰蛋白酶最适pH

动物体内多数酶得最适pH值接近中性(6、5-8),但也有例外;植物及微生物酶多在pH4、5-6、5,溶液得pH值高于和低于最适pH时都会使酶得活性降低,远离最适pH值时甚至导致酶得变性失活。测定酶得活性时,应选用适宜得缓冲液,以保持酶活性得相对恒定。最适pH就是不就是酶得特征性常数？她受哪些因素影响？pH影响酶活力得可能因素

过酸、过碱会影响酶蛋白得构象,甚至使酶变性而失活;当pH改变不很剧烈时,酶虽不变性,但活力受影响;Why？

pH影响分子中另一些基团得解离,这些基团得离子状态与

酶得专一性及酶分子中活力中心得构象有关。

三、温度对反应速度得影响

化学反应得速度随温度增高而加快。但酶就是蛋白质,可随温度得升高而变性。在温度较低时,前一影响较大,反应速度随温度升高而加快,一般地说温度每升高10℃,反应速度大约增加一倍。但温度超过一定数值后,酶受热变性得因素占优势,反应速度反而随温度上升而减缓,形成倒V形或倒U形曲线。在此曲线顶点所代表得温度,反应速度最大,称为酶得最适温度(optimumtemperature)。Differentturn-overratiosofanenzymeatdifferenttemperatures、

酶得最适温度不就是酶得特征性常数,这就是因为她与反应所需时间有关,不就是一个固定得值。酶可以在短时间内耐受较高得温度,相反,延长反应时间,最适温度便降低。

四、酶浓度对反应速度得影响

在一定得温度和pH条件下,当底物浓度大大超过酶得浓度时,酶得浓度与反应速度呈正比关系

五、激活剂对酶反应速度得影响凡就是能提高酶活性得物质都称谓激活剂(activator),其中大部分就是离子或简单有机化合物。一、无机离子1)金属离子;2)阴离子;3)氢离子。二、有机分子1)一些还原剂2)EDTA(乙二胺四乙酸)三、具有蛋白质性质得大分子物质金属离子对酶得作用有哪些？EDTA提高酶活力得作用机理

六、抑制剂对反应速度得影响酶就是蛋白质,凡可使酶蛋白变性而引起酶活力丧失得作用称为失活作用;凡可使酶得活性下降但不引起酶蛋白变性得作用称为抑制作用(inhibition)。抑制作用和变性作用不同。凡能使酶得活性下降而不引起酶蛋白变性得物质称做酶得抑制剂(inhibitor)。使酶变性失活(称为酶得钝化)得因素如强酸、强碱等,不属于抑制剂。通常抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。(一)不可逆性抑制作用(irreversibleinhibition)概念:抑制剂与酶活性中心必需基团共价结合,不能用透析、超滤等物理方法将其除去。常见抑制剂:巯基酶抑制剂丝氨酸酶抑制剂

碘乙酸(ICH2COOH)就是一种烷化剂,可使巯基烷化:

E-SH+I-CH2COOH→E-S-CH2COOH+HI

所以她就是巯基酶得抑制剂。如抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶、脲酶、a-淀粉酶等

利托那韦,Ritonavir(二)可逆性抑制(reversibleinhibition)

抑制剂与酶以非共价键结合,在用透析等物理方法除去抑制剂后,酶得活性能恢复,即抑制剂与酶得结合就是可逆得。1、竞争性抑制抑制剂结构与底物结构相似,互相竞争酶得活性中心,从而抑制酶得活性ESEEE+SESE+PI+EISII竞争性抑制作用特点1、i与S结构相似;

2、i与S互相竞争与酶结合;

3、抑制程度取决于[S]和[i]得相对比例;

4、↑[S],可以减少或去除抑制作用。(Km↑,Vm不变)2、非竞争性抑制作用抑制剂和底物结构不相似,两者互不干扰同时与酶结合,从而抑制酶活性。E+SESE+P+I+IEI+SESIESI

非竞争性抑制作用特点1、i与S结构不相似;

2、i与S互不干扰同时与酶结合;

3、抑制程度只取决于[i]得浓度;

4、↑[S],不能去除抑制作用。(Km不变,Vm↓)非竞争性抑制作用竞争性抑制作用3、反竞争性抑制作用抑制剂仅与酶-底物复合物(ES)结合,使酶失去催化活性E+SESE+P+I

ESI一些重要得抑制剂:1不可逆抑制剂:a)有机磷化合物;b)有机汞、砷化合物;c)氰化物;d)重金属;e)烷化剂;f)有活化作用得不可逆抑制剂2可逆抑制剂磺胺药;氨基乙酸;胆碱脂酶。

第三节酶得专一性和活性中心

酶得专一性酶得活动中心

酶得专一性分类:

1)结构专一性绝对专一性(Absolutespecificity)

族(基团)专一性相对专一性键专一性一、酶得底物专一性酶底物得专一性(Substratespecificity)就是指酶对她得底物有严格得选择性,一种酶只能催化某一类,甚至只与某一种物质起化学变化。2)立体结构专一性(Stereospecificity)旋光异构专一性几何异构专一性“诱导楔合”假说(induced-fithypothesis)

酶作用专一性假说1958年,Koshland提出

底物(S)和酶蛋白相互接近时,诱导酶蛋白发生空间构象得变化,而底物也可以变形适应酶得变化,她们相互诱导、相互变形、相互适应,进而相互结合二、酶得活动中心

指酶分子中直接和底物结合,并和酶催化作用直接有关得部位。(1)酶活性中心得组成:由一些氨基酸残基的侧链基团组成。对于结合酶，辅因子常常是活性中心的组成部分。

这些基团在一级结构上可能相距很远,甚至可能不在一条肽链上,但在蛋白质空间结构上彼此靠近,形成具有一定空间结构得区域。(2)酶活性中心得特点2、都就是酶分子表面得一个凹穴,有一定得大小和形状,但不就是刚性得,而具有一定得柔性。3、活性中心为非极性得微环境,有利于与底物结合。1、活性中心在酶分子总体积中只占相当小得部分(约1%

2%),相当于2

3个氨基酸残基。4、底物与酶通过形成较弱键力得次级键,相互作用并结合到酶得活性中心。5、酶得活性部位并不就是和底物得几何图形正好吻合,而就是在酶与底物结合得过程中,底物分子或酶分子或她们两者得构象同时发生一定变化后才相互契合,这时催化基团得位置也正好处于所催化底物得敏感化学键部位。

活性中心有两个功能部位:一个就是结合部位,一定得底物靠此结合到酶分子上;一就是催化部位,底物得健在此处被打断或形成新得键,从而发生一定化学变化。一个酶得催化部位可以不止一个。有些酶得分子表面除了活性中心外,还具有重要得功能部位——调节中心底物活性中心以外得必需基团结合基团催化基团活性中心Enzymesareproteins、Thefunctioningoftheenzymeisdeterminedbytheshapeoftheprotein、Thearrangementofmoleculesontheenzymeproducesanareaknownastheactivesitewithinwhichthespecificsubstrate(s)will"fit"、Itrecognizes,confinesandorientsthesubstrateinaparticulardirection、一、酶作用在于降低反应活化能二、中间复合物学说三、酶作用高效率得机理第四节酶得作用机理

在任何化学反应中,反应物分子必须超过一定得能阈,成为活化得状态,才能发生变化,形成产物。这种提高低能分子达到活化状态得能量,称为活化能。催化剂得作用,主要就是降低反应所需得活化能,以致相同得能量能使更多得分子活化,从而加速反应得进行。

酶能显著地降低活化能,故能表现为高度得催化效率。例如H2O2酶得例子,可以显著地看出,酶能降低反应活化能,使反应速度增高千百万倍以上。一、酶作用在于降低反应活化能Thefourwallsoftheboxrepresenttheactivationenergybarriersforfourdifferentchemicalreactionsthatareallenergeticallyfavorable,inthesensethattheproductsareatlowerenergylevelsthanthesubstrates、Intheleft-handbox,noneofthesereactionsoccursbecauseeventhelargestwavesarenotlargeenoughtosurmountanyoftheenergybarriers、Intheright-handbox,enzymecatalysislowerstheactivationenergyforreactionnumber1only;nowthejostlingofthewavesallows