CAU 考研资料包 生物化学全 2014456

1、,第三节 酶促反应动力学,一、酶活力测定 二、影响酶促反应速度的因素,一、酶活力测定,酶活力，指的是酶催化某一化学反应的能力。 测定酶活力，就是测定酶促反应速度。,酶促反应速度,单位时间内，单位体积中底物的减少量或产物的增加量。(浓度/单位时间),底物和产物浓度随时间变化曲线原因,1，底物减少，产物增加，逆反应速度加快。 2，产物对酶的反馈抑制。 3，部分酶失活。 所以， 准确获得酶的催化活力，必须测定初速度（t1，底物浓度减少5%）。,酶活力测定的三大原则,测定初速度 反应体系中底物浓度大大超过酶量 最适反应条件,酶活力单位（U, active unit） = 酶活力国际单位（Interna

2、tional unit IU） 1 IU,是指在特定条件下(25),在1分钟内能转化1mol底物的酶量。 （1 IU=1mol/min） 1Kat=1mol/s 1 Kat=6107U,酶的比活力（ U /mg ） 每mg蛋白质（酶制剂）所具有的酶活力。 酶的比活力越大，酶的纯度越高。,举例,某酶制剂2mL内含脂肪10mg，糖20mg，蛋白质25mg，其酶活力与市售酶商品（每克含2000酶活力单位）10mg相当，问酶制剂的比活力是多少？（2001年南京大学考研题）,二、影响酶反应速度的因素,底物浓度 温度 pH值 激活剂 抑制剂,（一）、底物浓度对酶促反应速度的影响,V0-【S】曲线为双曲线,

3、一级反应 混合级反应 零级反应 说明：酶促反应具有底物饱和效应。,1913,Michaelis和Menten快速平衡理论：底物条件下，酶与底物的结合非常快，快速达到平衡。ES形成产物的反应非常慢，是限速步骤，在测定时间内可忽略不计。,k3,利用“快速平衡理论”导出“米氏方程”,v=VmaxS / Ks+S,1925,Briggs和Haldane稳态平衡理论：ES在极短的时间内达到一定浓度，随后进入稳态，ES的生成速度等于分解速度，并维持一段时间，直到底物耗尽。,k3,酶促反应稳态理论,两个假设： 在初始阶段，产物浓度很低，K4可以忽略不计。 S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始阶段，

4、S的浓度可认为不变即SSt。,推导过程: 游离酶浓度=E-ES ES生成速度=k1（E-ES）S ES分解速度=k2ES+ k3ES 当稳态时： ES生成速度=ES分解速度 k1（E-ES）S= k2ES+ k3ES,1、米氏方程式(MichaelisMenten equation),S：底物浓度 V0：不同S时的反应初速度 Vmax：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant),when S Km, v=Vmax. zero-order kinetics. when SKm, v=(Vmax/Km)S. first-order kin

5、etics.,当反应速度为最大反应速度一半时,2、 Km值(米氏常数),KmS,Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。,在六个不同底物浓度下测定酶促反应的初速度，得到如下数据。根据数据请估计酶对该底物的KM值，并说明你的判断依据。, Km是ES的分解速度和合成速度之比， 是酶的特征常数之一,它只与酶的性质有关。,Km值可以表示酶对底物亲和力的大小， Km值最小的底物一般为该酶的天然底物。 Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。,Km（米氏常数）的意义,双倒数作图法（ Lineweaver-Burk法）,3、 Km和Vmax的求

6、法,双倒数作图法,4、催化常数Kcat，表示每个活性中心每秒钟将底物分子转化成产物分子的最大数量。单位S-1是酶催化速率的度量。,当底物浓度过量时，反应可以达到最大反应速度，此时酶的浓度成为整个反应限速因素。 Vmax=k3 E K3叫做催化常数Kcat,Kcat/Km，酶促反应的表观二级速度常数，反映了酶对底物的催化能力和结合能力。,生理条件下：,讨论：如何通过点突变研究酶的催化机制？,(二) 温度对酶促反应速度的影响,最适温度：酶活性达到最大时的温度。 温度系数： Q1023,(三) pH值对酶促反应速度的影响,（四）激活剂对酶促反应速度的影响,激活剂（activator）: 凡能提高酶活

7、性的物质。 1、无机离子：Mg 2 Zn 2 Mn 2 2、有机分子： EDTA、 ADP、AMP、NAD,（五）抑制剂对酶促反应速度的影响,抑制剂（inhibitor）：通过与酶的活性部位结合，使酶活性部位的结构和性质发生变化，从而引起酶活力下降或丧失的物质。,抑制作用的类型,不可逆的抑制(irreversible inhibition) 以共价键与酶蛋白中的基团结合。,可逆的抑制(reversible inhibition) 以非共价键与 酶蛋白中的基团结合。 competitive inhibition noncompetitive inhibition uncompetitive in

8、hibition,竞争性抑制作用,E总=E+ES+EI,对氨基苯甲酸,二氢叶酸,四氢叶酸,二氢叶酸合成酶,二氢叶酸还原酶,竞争性抑制作用,动力学方程：,双倒数方程：,竞争性抑制作用,Vmax不变，Km增加,非竞争性抑制作用,E总=E+ES+EI+ESI,讨论：,重金属离子是巯基酶的非竞争性抑制剂。 能与巯基结合形成硫醇盐而使酶失活。 加入底物是否能解除抑制？ 你认为加入什么物质能解除抑制？,非竞争性抑制作用,动力学方程：,双倒数方程：,无抑制剂,非竞争性抑制作用,Km不变，Vmax降低,反竞争性抑制作用,E总=E+ES+ESI,反竞争性抑制作用,动力学方程：,双倒数方程：,无抑制剂,反竞争性抑

9、制作用,Vmax降低，Km降低,不可逆抑制,乙酰胆碱是神经递质，完成信号转倒后需要在乙酰胆碱酯酶的催化作用下被水解为胆碱和乙酸。,第五节 调节酶类,一、别构酶 二、同工酶 三、共价修饰调节酶,一、别构酶 （allosteric enzyme）,1、概念：是一类以构象变化影响催化活性的酶。 以非共价键可逆地与一些调节分子结合，这类调节分子叫做别构调节物。 寡聚酶 活性中心 别构中心,天冬氨酸 转氨甲酰酶,天冬氨酰转氨甲酰酶 ATCase,催化亚基C1-6,调节亚基R1-6,分子组成：2C3 + 3r2 = C6r6,ATCase的调节机制,ATP是该酶别构激活剂，CTP是别构抑制剂,嘧啶从头合成

10、的调节,齐变模型（symmetry model） 序变模型（sequential model）,齐变理论：整个酶分子以两种构象存在，一种为紧张态（T 型），另一种为松弛态（R型）。这两种构象的转变对于每个亚基都是同时、齐步发生的。 序变理论：当其中一个亚基与调节物牢固结合致使构象发生变化时，其它的亚基就会按次序迅速地改变构象，依次由T 型转变为R 型。,别构酶的作用特点S型曲线,S 形曲线也说明别构酶不遵循米氏方程。 所以当别构酶催化的反应速度v 达到最大反应速度Vmax 的一半时的底物浓度不能叫做KM，而是用S0.5 或K0.5 表示。,饱和比值Rs,位点被90饱和时的底物浓度,位点被10饱

11、和时的底物浓度,当酶的别构中心与调节物结合后，酶的构象发生变化，构象的变化传递到催化的活性中心，使酶对底物的结合与催化受到影响。 一个亚基上发生的这些变化通过亚基间的相互作用又影响了其他的亚基的构象变化，使酶活性发生改变，从而对代谢做出调节，这种效应叫做别构效应。,同促效应,异促效应: 别构激活和别构抑制,别构效应 底物分子对别构酶的调节作用称为同促效应。 非底物分子的调节物对别构酶的调节作用叫做异促效应。，异促效应既包括抑制效应（如CTP）也包括激活效应（如ATP）。,二、同工酶,催化相同的化学反应,但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差别的一组酶。 乳酸脱氢酶（LDH）

12、不同的LDH同工酶对丙酮酸的Km和Vmax不同，H型催化乳酸形成丙酮酸（心脏），M型催化丙酮酸形成乳酸（肌肉中）。,乳酸脱氢酶（LDH）,生理及临床意义 在代谢调节上起着重要的作用； 用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征； 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断； 同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,三、 共价调节酶,概念：由于其它酶对其结构进行共价修饰，而使其在活性和非活性形式之间相互转变。 特点： 酶对酶催化起调节作用 调节幅度大于别构酶 级联放大,共价修饰常见类型,磷酸化 腺苷酰化 尿苷酰化 ADP-核糖基化 甲基化,糖原磷酸化酶真核细胞存在,级联放大,Signal,Sensor,MA

13、PKKK,MAPKK,MAPK,Primary Response Genes,Secondary Response Genes,Input,Output,Filter Amplify,Diverse signals converge at MAPK cascades,作业,新教材153页 3,5,8,9题 研究发现，在很多酶的活性中心均有His残基的存在，请解释可能的原因？,当v与 Vmax处于下列三种状态时，求KM与S 之间各自的关系，并对相关状态及关系给出简单解释。（1）v=50% Vmax （2）v=80% Vmax （3）v=100% Vmax,第六节 维生素与辅酶,一、 维生素的概念

14、和分类 二、大多数水溶性维生素是辅酶的组成成分,一、 维生素的概念和分类, 维生素是一类参与生物生长发育和代谢所必须的微量的小分子有机化合物., 脂溶性维生素: A, D, E, K. 水溶性维生素: B 族 和 C 族.,维生素A又称视黄醇，缺乏引起夜盲症和干眼症。 动物不能合成，最好来源为蔬菜和动物肝脏。,维生素D是固醇类物质,参与体内钙、磷和矿物质吸收。受紫外线的照射后，人体内的胆固醇能转化为维生素D,维生素E,维生素E又称生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。 生育酚能促进性激素分泌，使男子精子活力和数量增加；使女子雌性激素浓度增高，提高生育能力，预防流产。 植物油含量较多,维生素K,又称凝

15、血维生素， 是肝脏合成凝血酶原所必须的。 是2-甲基萘醌的衍生物，黄色晶体。 耐热，绿色蔬菜含量较多。,二、大多数水溶性维生素是辅酶的组成成分,1、焦磷酸硫胺素(TPP)是维生素B1的衍生物,TPP的反应部位是噻唑环的C2,TPP是脱羧酶的辅酶，又称为羧化辅酶,E1：丙酮酸脱羧酶,B1缺乏，TPP不能合成，丙酮酸等在组织中积累，刺激神经末梢，引起神经炎。 维生素B1最丰富的来源是小麦胚芽及米麸，肉类食品中肾脏、心脏及猪肉里的含量最丰富。,2、 FMN(黄素单核苷酸) FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸) 是维生素B2的衍生物,FMN和FAD是多种氧化还原酶的辅基，是电子传递链的重要组分。 VB2又称

16、核黄素，缺乏引起口角炎，舌炎等，储存有限，每天饮食提供。,3、辅酶A是含泛酸(B3)的复合核苷酸,辅酶A分子的反应部位是巯基,辅酶A是转乙酰基酶的辅酶， 它的重要生理功能是传递酰基。,E2：硫辛酸转乙酰基酶,暂未发现人类泛酸缺乏症。在全部已知食物中都有足够量的泛酸。 动物缺乏泛酸会导致生长不良，发生皮炎、肾脏损伤、贫血等。,4、NAD+ (烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，辅酶I) NADP+(烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸磷酸,辅酶II ) 是维生素B5（维生素PP）的衍生物,烟酸又称抗癞皮病因子。在人体内转化为烟酰胺，烟酰胺是辅酶和辅酶的组成部分，参与体内脂质代谢，组织呼吸的氧化过程和糖类无氧分解的过程。,

17、NAD和NADP是多种脱氢酶的辅酶,5 维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺,B6在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸脂.,磷酸吡哆醛(PLP)和磷酸吡哆胺(PMP) 是转氨酶的辅酶.,B6在酵母菌、肝脏、谷粒、肉、鱼、蛋、豆类及花生中含量较多。 临床上防治妊娠呕吐和放射病呕吐。,6、生物素(B7)是多种羧化酶的辅酶 生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用。,7.维生素B11又称叶酸，作为辅酶的是叶酸加氢的还原产物四氢叶酸。,叶酸缺乏，导致贫血。孕妇缺乏，导致胎儿神经管发育缺陷。,四氢叶酸（FH4）的主要作用是作为一碳基团转移酶系的辅酶，参与核酸和蛋白质的合成合成过程。,四氢叶酸,N5, N10-亚甲基四氢叶酸,8、硫辛酸是微生物维生素的衍生物 硫辛酸有两种形式： 硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）。,硫辛酸