第6章--酶-生物化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 酶,掌握:酶的化学本质、酶的结构与功能的关系、,0,酶的作用机理及影响酶促作用的因素,熟悉,:,酶的概念、酶催化作用的特点、活力,测定,了解:酶的命名、分类、制备及应用,主要内容,酶的概念与特点,酶的化学本质与组成,酶的命名和分类,酶的专一性,酶的作用机制,酶促反应动力学,影响酶促反应速度的因素,酶活性的调节,核酶、抗体酶与同工酶,酶的研究方法与酶工程,酶的概念,酶：大多数由活细胞产生的具有高效催化功能的 蛋白质。,酶的发展,从这个定义中会提出两个疑问：,一、大多数酶的本质是蛋白质吗？,二、其他的非蛋白质酶有哪些？,夏禹时代酿酒，周代做酱。,1857年，巴斯德酵母细胞的活动酒精发酵。,1878年提出“酶”。,1897年,Buchner,兄弟提出酵素。,20世纪20年代威尔斯卡特认为：酶是附着在某种载体上的催化剂。,1926年,Sumner,首次提出酶本质是蛋白质。,20世纪30年代,Sumner,和,Northrop,证明酶本质是蛋白质,。,专一性,酶作用的专一性：指酶对反应物的选择性，一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。,专一性分类：,结构专一性,：,酶对所催化的分子（底物，,Substrate）,化学结构的特殊要求和选择。,立体异构专一性：酶除了对底物分子的化学结构有要求外对其立体异构也有一定的要求。,酶专一性类型,绝对专一性,结构专一性,相对专一性,旋光异构专一性,立体异构专一性,几何异构专一性,绝对专一性,脲酶只能催化尿素水解，对尿素的各种衍生物不起作用。,麦芽糖酶只作用于麦芽糖，不作用于其他双糖。,淀粉酶只作用于淀粉，不作用于纤维素。,对底物的要求非常严格，只作用于一种底物如：,（,Phe.Tyr.Trp）,（,Arg.Lys）,（脂肪族）,胰凝乳蛋白酶,胃蛋白酶,弹性蛋白酶,羧肽酶,胰蛋白酶,氨肽酶,羧肽酶,（,Phe.Trp,等）,几何异构专一性,有的酶只能作用于底物的,几何异构体中的一种，如：,延胡索酸水化酶只能催化反-丁烯二酸（延胡索酸）合成苹果酸，不能催化顺-丁烯二酸的水合作用。,返回,酶活力的表示方法,活力单位,（,active unit）,习惯单位（,U,）,:,底物(或产物)变化量,/,单位时间,国际单位（,IU,）,:,1,moL,变化量,/,分钟,Katal（,Kat,）：,1,moL,变化量,/,秒,比活力,=,总活力单位,总蛋白,mg,数,=,U(,或,IU)mg,蛋白,量度酶催化能力大小,转换系数,（,Kcat,）,底物（,moL）,/,秒每个酶分子,量度酶纯度,比活力,（,specific activity）,量度转换效率,返回,酶的分类与命名,一、,命名,：,习惯命名；系统命名,二、,国际系统分类法及编号,*,国际生物化学会酶学委员会（,Enzyme Commsion）,将酶分成六大类：1.,氧还原酶类,，2.,移换酶类,，3.,水解酶类,，4.,裂合酶类,，5.,异构酶类,，6.,合成酶类,*,每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢酶,EC,1.1.1.27,大类 亚类 亚亚类 序号,酶的组成,据酶分子组成分类,单纯蛋白质酶类,结合,蛋白质酶类,酶蛋白质,辅助因子,金属离子,小分子有机物,(维生素或其衍生物),全酶=酶蛋白+辅助因子,辅酶,（松）,辅基,（牢）,据酶蛋白,特征分类,单体酶：只有一条肽链的酶。,寡聚酶：由几个或多个亚基组成的酶。,多酶复合体：几个酶嵌合而成的复合物，一般由26个功 能相关的酶组成。,单体酶（例：水解酶）,寡聚酶（例：糖代谢酶）多酶复合体（例：丙酮酸脱氢酶复合体）,返回,单体酶、寡聚酶和多酶复合体,酶蛋白和辅酶的作用,酶蛋白决定酶的专一性。,辅酶（基）在反应过程中起传递,H、e,和基团的作用。,酶的结构与功能的关系,酶活性部位和必需基团,酶原及酶原的激活,返回,不同组织中,LDH,同工酶的电泳图谱,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),心肌 肾 肝 骨骼肌 血清,-,+,原点,酶催化作用的机制,一、,过度态和活化能,二、,中间产物学说,三、,诱导契合学说,四、,酶催化机理,返回,酶催化的中间产物理论,酶（,E）,与底物（,S）,结合生成不稳定的中间物（,ES），,再分解成产物（,P）,并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。,中间产物学说,正确与否决定于,中间产物是否确实存在？,中间产物很不稳定，易迅速分解成产物，因此不,易把它从反应体系中分离出来，但目前已有不少,证据可间接证明中间产物的存在。,例证：过氧化物酶的吸收光谱法,H,2,O,2,+SH,2,S,+,2,H,2,O,过氧化物酶,过氧化物酶为一铁卟啉蛋白，具有4条特征性吸收带，它在645，583，548，498,nm,处各有一条吸收带。,当向酶溶液中加入,H,2,O,2，,光谱发生变化，原来4条带消失，出现2条新带，在561，530.5,nm,处各出现一条新吸收带。,此时若再加入适当的供氢体（如焦性没食子酸），则光谱又发生了变化，2条新带消失，原来4条带出现。,解释：过氧化物酶,+,H,2,O,2,过氧化物酶-,H,2,O,2,此时若再加入适当的供氢体，则进一步发生：,过氧化物酶-,H,2,O,2,+SH,2,过氧化物酶,+S+H,2,O,返回,酶作用专一性机理,锁钥学说,（1894年，,Fisher,提出，与绝对专一性相符，与相对专一性相悖）,诱导契合学说（1958年提出）,酶与底物之间开始不存在吻合关系，当加入底物后，在底物的诱导下，使酶分子的构象发生变化，酶分子活性中心的某些基团达到正确的定位和排列，从而吻合底物，则酶和底物结合形成中间产物，并引起底物发生反应。,返回,与酶的高效率有关的主要因素（略讲）,“邻近”和定向效应,张力学说,共价催化,酸硷催化,微环境影响,例如：,溶菌酶,羧态酶,A,这些因素，并不是在所有的酶中都同时起作用,返回,酶促反应的速度和影响酶促反应速度的因素,酶促反应动力学：研究酶促反应速度及各种理化因素对酶促反应速度的影响。,一,、,酶促反应速度的测定,二、,各种因素对酶反应速度的影响,酶促反应速度的测定,测定酶促反应的速度必须测初速度,初速度：酶促反应速度与底物浓度,的的的的,呈直线关系时的速度。,各种因素对酶反应速度的影响,1、底物浓度,2、,酶浓度,3、,pH,（,最适,pH,的概念）,4、,温度,（最适温度的概念）,5、,激活剂,6、,抑制剂,7、,酶的别构（变构）效应,底物浓度,S,对酶反应速度,V,的影响,特点：,一级阶段：,V,与,S,成正比关系增加。,混合阶段：,V,增加缓慢与,S,不成正比。,零级阶段：,V,趋于最大反应速度,V,m,。,酶反应速度与底物浓度的关系曲线,单分子酶促反应的米氏方程及,Km,米氏方程:,米氏常数,:,米氏常数的意义,当,v=V,max,/2,时，,Km=S,可近似表示酶和底物亲合力，,Km,愈小，,E,对,S,的亲合力愈大，,Km,愈大，,E,对,S,的亲合力愈小。,Km,是酶的特征常数，与酶的浓度无关。不同酶的,Km,值不同。,返回,酶浓度,E,对酶反应速度,V,的影响,特点：,当,S,足够过量，其它条件都一定且反应体系中不含不利酶发挥作用的因素时，,v=kE,返回,pH,对酶反应速度的影响,过酸过硷,导致酶蛋白变性,影响底物分子解离状态,影响酶分子解离状态,影响酶的活性中心构象,pH,最适,pH,v,返回,温度与酶反应速度的关系,在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快,酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升而加快,酶的最适温度不是一个固定不变的常数,v,温度,最适温度,返回,激活剂对酶作用的影响,特点：,1.激活剂对酶的作用具有一定选择性,2.激活剂的浓度要适当,凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（,activator）,返回,抑制剂对酶作用的影响,凡是使酶的必需基因或酶的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酶的抑制剂（,inhibitor）,；其作用称为抑制作用。,不可逆抑制作用：,某些抑制剂与酶共价结合活性丧失，不能用透析法除去抑制剂来恢复酶活力，但可用化学方法处理来恢复酶活力，这种抑制作用称为不可逆抑制作用。,类型,可逆抑制作用：,酶与抑制剂结合为可逆反应，可用透析法除去抑制剂来恢复酶活力，这种抑制作用称为可逆抑制作用。,不可逆抑制作用,例1:有机磷农药中毒的机理,CH,3,C,O,O,CH,2,CH,2,N,+,(CH,3,),3,(神经冲动的递质,),P,O,R,R,O,O,X,EH,P,O,R,R,O,O,E,HX,胆碱酯酶,乙酰胆碱,胆碱,CH,2,CH,2,N,+,(CH,3,),3,HO,解磷定解毒的机理,P,O,R,R,O,O,E,解磷定,A,OH,P,O,R,R,O,O,O,A,EH,N,CH,3,CH,N,A,代表:,例2:有机汞、有机砷中毒机理,该类化合物与硫氢基作用，抑制巯基酶活性。,E,SH,SH,重金属离子,（,Hg,2+,、,As,3+,等）,Hg,E,S,S,2,H,+,E,SH,SH,路易斯气的中毒机理:,Cl,Cl,As,CHCHCl,路易斯气,E,SH,SH,As,CH,CHCl,2,HCl,二巯基丙醇的解毒机理:,含有多个巯基的化合物在体内达到一定浓度后，可与毒剂结合，恢复酶活性。,可逆抑制作用,非竞争性抑制作用,可逆抑制作用,竞争性抑制作用,+,I,E,I,ES,P+E,E+S,竞争性抑制作用,实例：磺胺药物的药用机理,H,2,N-SO,2,NH,2,对氨基苯磺酰胺,H,2,N-COOH,对氨基苯甲酸,对氨基苯甲酸,谷氨酸,蝶呤,叶酸,非竞争性抑制作用,+,I,E,I,+S,ES,I,ES,P+E,E+S,+,I,实例：重金属离子（,Cu,2+,、Hg,2+,、Ag,+,、Pb,2+,）,金属络合剂（,EDTA、F,-,、CN,-,、N,3,-,）,反竞争性抑制作用,ES,I,ES,P+E,E+S,+,I,抑制机理图,返回,酶活性调节,酶活性调节的两种方式,改变结构,改变酶量,调节酶：对代谢途径的反应速度起调节作用的酶。,变构酶,共价调节酶,同工酶,调节酶,酶 原 的 激 活,在体内处于无活性状态的酶前身物（酶原，,zymogen）,在一定条件下被修饰转变成有活性的酶的过程称酶原的激活。其实质是酶原被修饰时形成了正确的分子构象和活性中心，由此可见酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保证。,实例：,胰蛋白酶原的激活,返回,变构酶,变构酶,：某些酶与一些物质结合，使酶构象发生变化，从而改变酶的活性，这种酶称为变构酶。,变构酶的亚基组成,变构效应,：调节物与酶的调节部位结合后，引起酶分子构象发生变化，从而改变酶的活性，这种效应称为变构效应。,变构效应,变构激活（正协同效应）,变构抑制（负协同效应）,变构效应剂：,引起酶发生变构现象的物质称为变构效应剂。变构效应剂可分为变构激活剂（正效应剂）和变构抑制剂（负效应剂）。,变构酶的特点：,1.一般为寡聚酶,2.具有变构效应,3.变构酶反应初速度对底物浓度作图不服从米氏方程。,E.coli,的,ATCase,的亚基排列,氨甲酰磷酸,天冬氨酸,氨甲酰天冬氨酸,ATCase,CTP,UTP,UMP,-,ATP,+,ATCase所催化的反应,Vm,Vm/2,Km,ATCase,的动力学曲线,a-,非调节酶,b-,正协同别构酶,的,S,形曲线,底物浓度对两种酶催化反应速度的影响,共价调节酶,共价修饰调节：有些酶在其它酶的催化下，能与某些物质发生共价结合或解离，从而使酶的活性发生变化，将这种作用称为,共价修饰调节,。被修饰的酶称为共价调节酶。,激酶,ATP,ADP,磷酸化酶,（无活性）,磷酸化酶,P,（有活性）,磷酸酯酶,-,OH,H,2,O,P,例：糖原磷酸化酶的共价修饰,磷酸化,脱磷酸,糖原磷酸化酶,磷酸化酶,a,（有活性）,磷酸化酶,b,（无活性）,酶的制备,盐析法,有机溶剂沉淀法,吸附法,酶的应用,酶的优点决定其有广阔的应用前景,小结,酶、全酶、辅基（辅酶）、必需基团、活性中心、酶原、酶活力（比活力）、变构酶、同工酶、抗体酶、共价修饰调节,重点:,简述影响酶促反应速度的各种因素与酶促反应动力学曲线。,