《生化多媒体6酶》PPT课件.ppt

1、,第三章 酶 第一节 酶的概述 一、 酶的概念 酶是由活细胞产生的，以有机物为主要成分,并具有极强的催化能 力和高度专一性的生物催化剂。 二、酶与一般催化剂的共同点 （1）只能催化热力学上允许的反应。（G0的反应） （2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反应前后本身不发生变化。 （3）降低反应所需的活化能。,三、酶催化的特点 1 酶的催化效率极高 2 具有高度的专一性 3 反应条件温和 4 酶的活性是受调节控制的 5 酶是活细胞中产生的 ,有胞外酶和胞外酶之分,例 2H2O22H2O+O2,第二节 酶的分类与命名 1961年国际酶学委员会（enzyme commission，EC）提出的

2、酶的命名和分类方法。 1992年国际生化协会（IUB）出版的酶的命名指出了已发现的3000多种酶。 根据酶催化反应的类型，将酶分为6类： 1 氧化还原酶类 2 转移酶类 3 水解酶类 4 裂合（解）酶类 5 异构酶类 6 合成酶类,1.氧化还原酶类（oxido-reductases） 催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶类、 过氧化氢酶、过氧化物酶等。 （1）氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成H2O或H2O2,2A2H+O2 2A+2H2O,A2H+O2 A+H2O2,例：,邻苯二酚氧化酶（EC 1.10.3.1）,邻苯二酚,邻苯醌,（2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢,A2H + B A

3、+ B2H,例：乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27）,乳酸,丙酮酸,2转移酶类（transferases）,催化基团的转移,例：谷丙转氨酶（GPT）（EC 2.6.1.2）,3水解酶类（hydrolases） 催化水解反应的酶,AB + H2O AOH + BH,如：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、蔗糖酶等,4裂解（合）酶类（lyases）,从底物移去一个基团而形成双键或逆反应,AB A + B,例1：,例2：,5异构酶类（isomerase）,催化分子异构化反应,例：,6合成酶类（ synthetases合成酶类， 也称连接酶，ligases ）,将两个小分子合成一个大分子，通常需要ATP供能,在每

4、一大类酶中，又可根据不同的原则分为几个亚类，每一个亚类再分为几个亚亚类型，然后再把属于同一亚亚类的酶按顺序排好，就可以把各种酶排成一个表，即酶表,在每一大类酶中，又可根据不同的原则分为几个亚类，每一个亚类再分为几个亚亚类型，然后再把属于同一亚亚类的酶按顺序排好，这样就可以把各种酶排成一个表，即酶表,例如： 乳酸脱氢酶 EC 葡萄糖激酶 EC 酶学委员会 大类 亚类 亚亚类 顺序号 （二）酶的命名 国际酶学委员会建议，每一种酶都给以两种名称 系统名 习惯名 1 系统名：（准确） 原则:底物名称+反应类型+“酶” 例: 乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+ 系统名应为：L-乳酸：NA

5、D+氧化还原酶,2 习惯名： 原则:底物名称 + 反应类型 + “酶” 例：催化蛋白质水解的酶称为蛋白酶 第三节 酶的组成和结构 一 酶的化学本质,1926年美国Sumner从刀豆中获得了脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质。 1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。,大多数酶是蛋白质（Most enzymes are proteins）,J.B.Sumner,J.H.Northrop,酶是蛋白质的证据,1、酶对热不稳定。 2、酶是两性电解质。 3、其他引起Pr变性的理化因素，均能使酶丧失活性。 4、酶具有胶体物质的一系列特性。 5、许多酶受

6、蛋白水解酶作用而失活。 6、酶的结晶均证明其催化活性与其Pr本性密切联系。 7、许多酶的AA序列已被陆续测定。,酶概念的发展： 20世纪80年代发现某些RNA有催化活性，还有一些抗体也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。,1982年美国切赫 （T. Cech）等人发现四膜虫（Tetrahymena thermophiea）的rRNA前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现RNA有催化活性,Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA,1983年美国奥特曼（S.Altman） 等研究RNase

7、P（由20%蛋白质和80%的RNA组成），发现RNaseP中的RNA可催化E. coli tRNA的前体加工。,Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA,Cech和Altman各自独立地发现了RNA的催化活性，并命名这一类酶为ribozyme（核酶），2人共同获1989年诺贝尔化学奖。,1995年发现有些DNA分子亦具有催化活性。,二 全酶的辅因子 依据其化学组成把酶也分为两大类： 简单蛋白质（单纯酶）： 结合蛋白质（结合酶）： 单纯酶：如各种水解酶仅由AA组成，不含其他组份。 结合酶：如各种氧化还原酶类除AA以外还含有对热稳定的小分子化

8、合物。前者称酶蛋白，后者称辅因子 酶分子中的蛋白质部分称为酶蛋白(脱辅酶) 非蛋白质部分称为辅因子（cofactor）,全酶 = 酶蛋白 + 辅因子（二者结合才有活性） 金属离子 构成酶活性中心 维持特定构象 酶的辅因子 辅基 小分子有机化合物 作为电子、原子或某些基团的载体 辅酶 参与反应并促进整个催化过程 决定酶催化专一性的是酶的蛋白质部分 三 单体酶、寡聚酶和多酶体系 根据酶蛋白结构上的特点，可将酶分为三类： 单体酶 寡聚酶 多酶体系 1 单体酶 只有一条肽链的酶 （全部为水解酶） 2 寡聚酶 由几个或多个亚基组成的酶（大多为糖代谢酶） 3 多酶体系（多酶络合物）几个酶嵌合而成的络合物

9、（丙酮酸脱H酶）,四 活性部位与必需基团 酶分子中的某些基团若经化学修饰（氧-还、酰化、烷化等）使其改变，则酶的活性丧失，这些基团称必需基团。与酶的活性有关的基团称为必需基团 常见的必需基团有： Ser -OH His 咪唑基 Asp、Glu 侧链COOH Cys -SH 酶的活性部位（或称活心中心） 酶分子中直接和底物结合，并和酶的催化作用直接有关的部位 在酶活性部位上的基团又可以分为两类： 参与和底物结合的基团称为结合基团 直接参与催化反应的基团称为催化基团,His 57 咪唑基 Asp 102 COOH Ser 195 OH,五 酶原的激活 1.概念:无催化活性的酶原转变为有活性酶的过程

10、 2.实质:活性部位形成和暴露的过程 3.举例:胃蛋白质酶原的激活 胰蛋白质酶原的激活,六 同工酶 1.概念:酶蛋白的分子结构和组成有差异，但有相同的催化活性的一组酶 2.举例: LDH（乳酸脱氢酶） 由四个亚基组成的寡聚酶，每个亚基的分子量约35000。亚基分为两类： 骨骼肌型（A或M） 心肌型（B或H） 这两种亚基可组成五种四聚体：H4、H3M、H2M2、HM3、M4,组成和电泳行为,催化的反应,第四节 酶催化的特异性 立体异构特异性 专一性（特异性) 键专一性 相对特异性 结构特异性 基团专一性 绝对特异性 一 结构特异性 1 键专一性 对底物分子中其所作用的键要求严格，而不管键两端所连

11、基团的性质 2 基团专一性 要求底物具有特定的化学键，而且对键的一端所连基团也有一定要求 3 绝对专一性 酶对作用的底物要求相当严格，甚至只能催化一种底物进行化学反应,二 立体异构专一性 酶只能催化对映异构体的一种发生反应，对另一种则无作用 第四节 酶的作用机理 一 酶的催化作用与分子活化能 活化分子的数目越多，反应速度越快 常采用的是下列两种方法 增加活化分子数目 1 使反应物吸收一定的能量。如光照、加热使分子活化 2 使用适当的催化剂，降低反应的能阈 二 中间产物学说 E + S ES E + P,三 诱导契合学说 底物诱导酶的构象发生改变,使使E和S契合而结合成中间络合物，并 引起底物进

12、行反应,四 使酶具有高催化效率的因素(了解 自学) 1 邻近定向效应 2 张力和形变 3 酸碱催化 4 共价催化 第五节 酶促反应速度及影响因素 一 酶促反应速度的测量 1 酶促反应速度的表示方法 （1）单位时间内底物的消耗量； （2）单位时间内产物的生成量； 酶促反应速度一般指“初速度”。,开始速度维持恒定 然后曲线斜率逐渐 减小，反应速度降 低。 原因：底物浓度降 低，酶失活，逆反 应增大，产物抑制。,二 E对酶促反应的影响,当SE，其它条件固定，反应系统中无E的抑制剂时 V=k E,三 S对酶作用的影响,观察曲线可知： 1 在底物浓度较低时，酶促反应速度几乎与S成正比，此时符合一级反应：

13、 2 当S较高时，S增加v也随之升高，但不显著。 3 当S很大时，v几乎不再增大，趋向于一个极限值，此时符合零级反应 底物浓度较低时，反应速度与底物浓度成正比。 （一级反应） 当底物浓度使酶饱和时，再增加浓度反应速度几乎不变 （零级反应） 两级中间的称为混合级反应。,米氏方程式,由Michaelis和Menten于1913年根据中间产物学说推导。,结果讨论： 在底物浓度较低时，即S很小，KmS Km + S Km V = Vmax/KmS = kS 反应速度与底物浓度成正比,符合一级反应的动力学方程 在底物浓度很高时 S很大 SKm Km + S S V = Vmax S= Vmax 反应速度

14、与底物浓度无关,符合零级反应的动力学方程 当反应速度等于最大反应速度Vmax的一半时,即v=1/2Vmax时 Km = S,Km称为米氏常数: 物理意义: Km是反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度,单位为浓度单位 Km可用来表示E和S的亲和力 Km大，表示酶和底物的亲和力弱 Km小，表示该酶与底物的亲和力强 几点说明: （1）Km是酶的一个特征性常数，只与酶的性质有关，与酶的浓度无关. （2）如酶能催化几种不同的底物，对每种底物都有一个特定的Km值，其中Km值最小的称该酶的最适底物。,米氏常数的求法,双倒数作图法 （Lineweaver-Burk作图法）,四 pH对酶作用的影响 酶表现最大

15、活力时的pH值，叫做最适pH值 机制 : 过酸、过碱能使酶本身失活（变性） pH改变影响酶分子活性部位基团的解离，与底物结合能力下降 pH改变也影响底物分子的解离，使之不适于与酶结合，当然反应速度肯定会下降 五 温度对酶作用的影响 酶表现最大活力时的温度为最适温度 通常：动物体内酶的最适温度在37-50 植物体内酶的最适温度在50-60,六 激活剂对酶作用的影响 凡是能提高酶活性的物质都称为酶的激活剂。 例： Cl- 是唾液淀粉酶的激活剂 Mn2+ 是醛缩酶的激活剂 Mg2+ 是 Rnase的激活剂 Mg2+、Mn2+、Co2+ 是羧化酶的激活剂 七 抑制剂对酶作用的影响 凡是能使酶的必需基团

16、或酶活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质叫抑制剂，常用I（inhibitor）表示，其作用称为抑制作用,不可逆抑制作用 抑制作用 竞争性抑制作用 可逆抑制作用 非竞争性抑制作用 反竞争必抑制作用 1 不可逆抑制作用 I与E的结合为不可逆反应，I与E结合牢固，不能用透析法除去I而使酶恢复活力，这种抑制作用叫做不可逆抑制作用 2 可逆的抑制作用 I与E的结合是可逆反应，用透析等方法能除去抑制剂使E恢复活力，这种抑制作用叫可逆抑制作用,（1）竞争性抑制作用 定义:有些抑制剂与底物的结构相似，能和底物竞争酶的活性部位，妨碍底物与酶的结合，减少了酶与底物接触机会，从而降低

17、了酶的活力，这种抑制作用叫竞争性抑制作用 方程式: 从速度方程式可以看出： (1)有竞争性抑制剂存在时，Km是原Km的1+I/Ki倍，而且Km值将随I的增加而增大, 当Et固定时，当SKm（1+I/Ki），也就是S使酶饱和时，v=Vmax，即最大反应速度不变 即 Km , Vmax不变 机制: 竞争性抑制作用可能是由于底物与抑制剂结合在酶分子的同一部位 上，也可能是由于底物或抑制剂中的一个与酶结合后，而引起酶发 生构象变化，产生不利于与另一个结合的构象 （2）非竞争性抑制剂作用 有些抑制剂和底物可同时结合在酶的不同部位上，形成ESI三元复合 物。形成的三元复合物不能发生化学反应。这种作用称为非

18、竞争性 抑制作用,方程式: 从速度方程式可以看出: 抑制剂是与酶活性部位中的催化基团结合，也可能是与维持酶分子构象的必需基团作用，而使酶的活性降低。 E与S或I的结合互不相关 EI + S ESI 均不能转化成产物 ES + I ESI,应用： 有机磷农药能专一地抑制乙酰胆碱酯酶活力，使昆虫体内乙酰胆碱不能分解造成大量积累，影响神经传导，使昆虫功能失调，失去知觉而死亡 磺胺药物 对磺胺类药物敏感的细菌生长繁殖时: 二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶 对氨基苯甲酸 二氢叶酸 四氢叶酸 (磺胺类药物) (为生长必须),第六节 酶的制备和应用 一 酶的制备 1 选材 （酶含量要高，易于分离） 2 破碎细胞（捣碎、砂磨、冻融、自溶等方法） 动物细胞较易破碎 细菌细胞较难破碎 植物细胞也难破碎 3 抽提：低温下用水或缓冲液（离子强度较低）将酶溶出 4 进一步分离、提纯 常用方法有 盐析法、有机溶剂沉淀法、吸附法,二 酶活力的测定 测定反应速度可采用多种方法：