暨大-生化課件-第二章酶學(xué)

1、酶與一般催化劑的共同點：酶與一般催化劑的共同點：降低反應(yīng)活化能，加速反降低反應(yīng)活化能，加速反應(yīng)速度；反應(yīng)前后的質(zhì)和應(yīng)速度；反應(yīng)前后的質(zhì)和量不變；只催化熱力學(xué)允量不變；只催化熱力學(xué)允許的反應(yīng)，不改變反應(yīng)的許的反應(yīng)，不改變反應(yīng)的平衡點。平衡點。具有極高的效率。具有極高的效率。高度的專一性。高度的專一性。酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性。酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性。在溫和的反應(yīng)環(huán)境下加速反應(yīng)。在溫和的反應(yīng)環(huán)境下加速反應(yīng)。 絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。 80年代以后發(fā)現(xiàn)某些酶的成分是年代以后發(fā)現(xiàn)某些酶的成分是RNA，稱為核酶。，稱為核酶。a)a)單純酶：僅由氨基酸殘基構(gòu)成。單純酶：僅由氨基酸殘基構(gòu)成。b)b)結(jié)

2、合酶：由蛋白質(zhì)（酶蛋白）和非蛋白質(zhì)（輔助因子）結(jié)合酶：由蛋白質(zhì)（酶蛋白）和非蛋白質(zhì)（輔助因子）組成，全酶酶蛋白輔助因子。組成，全酶酶蛋白輔助因子。 輔助因子包括輔助因子包括輔酶輔酶：與酶蛋白以非共價鍵疏松結(jié)合，可用透析等與酶蛋白以非共價鍵疏松結(jié)合，可用透析等簡單方法分離；簡單方法分離；輔基輔基：與酶蛋白以共價鍵牢固結(jié)合，不能用透析等與酶蛋白以共價鍵牢固結(jié)合，不能用透析等簡單方法分離。簡單方法分離。 單體酶：由一條肽鏈構(gòu)成。單體酶：由一條肽鏈構(gòu)成。 寡聚酶：由多條肽鏈構(gòu)成的一種酶。寡聚酶：由多條肽鏈構(gòu)成的一種酶。 多酶體系：由代謝上相關(guān)的幾種酶構(gòu)成的一種復(fù)合體。多酶體系：由代謝上相關(guān)的幾種酶構(gòu)成

3、的一種復(fù)合體。國際系統(tǒng)分類法將酶按其國際系統(tǒng)分類法將酶按其催化反應(yīng)的性質(zhì)分為六催化反應(yīng)的性質(zhì)分為六大類，每一個酶都用四大類，每一個酶都用四個點隔開的數(shù)字編號，個點隔開的數(shù)字編號，編號前冠以編號前冠以EC（酶學(xué)（酶學(xué)委員會縮寫），四個數(shù)委員會縮寫），四個數(shù)字依次表示該酶應(yīng)屬的字依次表示該酶應(yīng)屬的大類、亞類、亞亞類及大類、亞類、亞亞類及酶的順序排號，這種編酶的順序排號，這種編碼一種酶的四個數(shù)字即碼一種酶的四個數(shù)字即是酶的標(biāo)碼。是酶的標(biāo)碼。1.氧化還原酶類：催化底物進(jìn)行各種氧化還原反應(yīng)。氧化還原酶類：催化底物進(jìn)行各種氧化還原反應(yīng)。2.轉(zhuǎn)移酶類：催化底物之間進(jìn)行某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移或交換的反應(yīng)。轉(zhuǎn)移酶類：催

4、化底物之間進(jìn)行某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移或交換的反應(yīng)。3.水解酶類：催化底物發(fā)生各種水解反應(yīng)。水解酶類：催化底物發(fā)生各種水解反應(yīng)。4.裂合酶類：催化共價連接基團(tuán)的轉(zhuǎn)移并形成雙鍵的反應(yīng)或其逆裂合酶類：催化共價連接基團(tuán)的轉(zhuǎn)移并形成雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)。反應(yīng)。5.異構(gòu)酶類：可催化各種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)。異構(gòu)酶類：可催化各種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)。6.合成酶類：催化兩分子底物合成為一分子化合物，并伴隨合成酶類：催化兩分子底物合成為一分子化合物，并伴隨ATP磷酸鍵斷裂釋能的反應(yīng)。磷酸鍵斷裂釋能的反應(yīng)。研究酶反應(yīng)速度及其影響因素，這些因素包括酶濃研究酶反應(yīng)速度及其影響因素，這些因素包括酶濃度、底物濃度、溫

5、度、度、底物濃度、溫度、pHpH、抑制劑、激活劑等。、抑制劑、激活劑等。 二二 . . 酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué) 酶反應(yīng)速度的測定，多用單位時間內(nèi)產(chǎn)物濃度的增加作為反酶反應(yīng)速度的測定，多用單位時間內(nèi)產(chǎn)物濃度的增加作為反應(yīng)速度的量度。應(yīng)速度的量度。 酶反應(yīng)速度一般以初始速度表示。酶反應(yīng)速度一般以初始速度表示。 酶活性指酶催化某種化學(xué)反應(yīng)的能力，以酶促反應(yīng)速度表示。酶活性指酶催化某種化學(xué)反應(yīng)的能力，以酶促反應(yīng)速度表示。 在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時間內(nèi)生成一定量產(chǎn)物或消在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時間內(nèi)生成一定量產(chǎn)物或消耗一定量底物所需酶量。國際生化學(xué)會酶學(xué)委員會規(guī)定：在耗一定量底物所需酶量

6、。國際生化學(xué)會酶學(xué)委員會規(guī)定：在特定條件下，每分鐘催化特定條件下，每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際單位（為一個國際單位（IU）。）。 用比活力（用比活力（mg蛋白中酶的活力），反映酶制劑的純度。蛋白中酶的活力），反映酶制劑的純度。底物濃度對反應(yīng)速度的影響底物濃度對反應(yīng)速度的影響其他因素不變，底物濃度其他因素不變，底物濃度的變化對反應(yīng)速度作圖的變化對反應(yīng)速度作圖（V-S曲線）：底物濃曲線）：底物濃度很低時，度很低時，V與與 S呈正呈正比；底物濃度再增加，比；底物濃度再增加，V的增加趨緩；當(dāng)?shù)脑黾于吘?；?dāng)S達(dá)某達(dá)某一值后，反應(yīng)速度達(dá)最大，一值后，反應(yīng)速度

7、達(dá)最大，反應(yīng)速度不再增加。反應(yīng)速度不再增加。米氏方程（米氏方程（Michaelis-Menten） 根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說，得出了反應(yīng)速度與底物濃根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說，得出了反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式。即米氏方程度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式。即米氏方程: :VmaxVmax為最大反應(yīng)速度，為最大反應(yīng)速度， KmKm為米氏常數(shù)。為米氏常數(shù)。 maxSKSVvm米氏常數(shù)米氏常數(shù) 米氏常數(shù)是酶的特征常數(shù)，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，不受米氏常數(shù)是酶的特征常數(shù)，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，不受底物濃度和酶濃度的影響。底物濃度和酶濃度的影響。 不同酶不同酶Km值不同。值不同。 Km值是反應(yīng)速度（值是反應(yīng)速度（V）達(dá)到最大反應(yīng)速度（）達(dá)

8、到最大反應(yīng)速度（Vmax）一半時的底物濃度（單位為一半時的底物濃度（單位為mol/L或或mmol/L）。）。 Km的大小近似地反映了酶與底物結(jié)合成中間產(chǎn)物的的大小近似地反映了酶與底物結(jié)合成中間產(chǎn)物的難易程度。如果一種酶可以催化幾種底物發(fā)生反應(yīng)，難易程度。如果一種酶可以催化幾種底物發(fā)生反應(yīng)，Km值最小的底物是該酶的最適底物。值最小的底物是該酶的最適底物。 通過米氏常數(shù)可了解測定酶活性的底物濃度通過米氏常數(shù)可了解測定酶活性的底物濃度米氏常數(shù)的測定米氏常數(shù)的測定作圖法作圖法雙底物反應(yīng)機(jī)制雙底物反應(yīng)機(jī)制順序、隨機(jī)、乒乓機(jī)制順序、隨機(jī)、乒乓機(jī)制酶濃度、溫度、酶濃度、溫度、pH對反應(yīng)速度的影響對反應(yīng)速度的

9、影響 當(dāng)當(dāng)SE ，使酶達(dá)飽和時，使酶達(dá)飽和時，v與與E 近似成正比關(guān)系。近似成正比關(guān)系。升高溫度可加快酶促反應(yīng)速度，同升高溫度可加快酶促反應(yīng)速度，同時也會加速酶蛋白變性。酶促反應(yīng)時也會加速酶蛋白變性。酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度稱為該酶促速度最快時的環(huán)境溫度稱為該酶促反應(yīng)的最適溫度。反應(yīng)的最適溫度。pH影響酶活性中心某些必需基團(tuán)、影響酶活性中心某些必需基團(tuán)、輔酶及許多底物的解離狀態(tài)。酶促輔酶及許多底物的解離狀態(tài)。酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境反應(yīng)速度最快時的環(huán)境pH稱為酶稱為酶促反應(yīng)的最適促反應(yīng)的最適pH。 抑制劑對反應(yīng)速度的影響抑制劑對反應(yīng)速度的影響 能使酶活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱酶的能

10、使酶活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱酶的抑制劑。抑制劑。 根據(jù)抑制劑與酶結(jié)合牢固或疏松，分為可逆性抑制根據(jù)抑制劑與酶結(jié)合牢固或疏松，分為可逆性抑制與不可逆性抑制。與不可逆性抑制。 可逆性抑制作用：以非共價鍵與酶或酶可逆性抑制作用：以非共價鍵與酶或酶- -底物復(fù)合底物復(fù)合物疏松結(jié)合，利用透析或超濾等簡單方法可除去其物疏松結(jié)合，利用透析或超濾等簡單方法可除去其抑制，使酶恢復(fù)活性，稱可逆性抑制作用。抑制，使酶恢復(fù)活性，稱可逆性抑制作用。n 競爭性抑制作用競爭性抑制作用n 非競爭性抑制作用非競爭性抑制作用n 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用三種可逆抑制三種可逆抑制酶的作用機(jī)理酶的作用機(jī)理 n 活性中

11、心：在反應(yīng)過程中酶分子中直接參與反應(yīng)的活性中心：在反應(yīng)過程中酶分子中直接參與反應(yīng)的基團(tuán)，所組成的空間結(jié)構(gòu)。基團(tuán)，所組成的空間結(jié)構(gòu)。n 活性中心包括兩個功能部位：與底物結(jié)合的結(jié)合部活性中心包括兩個功能部位：與底物結(jié)合的結(jié)合部位和催化部位?；钚灾行耐ǔＳ擅阜肿又须m然在一位和催化部位?；钚灾行耐ǔＳ擅阜肿又须m然在一級結(jié)構(gòu)上并不緊密相鄰的幾個氨基酸殘基側(cè)鏈上的級結(jié)構(gòu)上并不緊密相鄰的幾個氨基酸殘基側(cè)鏈上的基團(tuán)組成。基團(tuán)組成。n 對于需要輔因子的結(jié)合蛋白酶來說，輔酶（或輔基）對于需要輔因子的結(jié)合蛋白酶來說，輔酶（或輔基）也是活性中心的組成部分。酶分子其它部分為酶活也是活性中心的組成部分。酶分子其它部分為酶

12、活性中心的形成提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。性中心的形成提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。酶的專一性酶的專一性“誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說”酶的活性中心與底物的結(jié)構(gòu)不酶的活性中心與底物的結(jié)構(gòu)不是剛性互補(bǔ)而是柔性互補(bǔ)。酶是剛性互補(bǔ)而是柔性互補(bǔ)。酶分子與底物分子接近時，酶蛋分子與底物分子接近時，酶蛋白質(zhì)受底物分子誘導(dǎo)，構(gòu)象發(fā)白質(zhì)受底物分子誘導(dǎo)，構(gòu)象發(fā)生有利于與底物結(jié)合的變化，生有利于與底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)楔合，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)楔合，進(jìn)行反應(yīng)。進(jìn)行反應(yīng)。 基本上均為寡聚酶?；旧暇鶠楣丫勖?。 是代謝過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶。是代謝過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶。 包括具有催化功能的活性包括具有催化功能的活性中心及起調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)中

13、心及起調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)中心。中心。別構(gòu)酶（別構(gòu)酶（allosteric enzyme）v-v-S S曲線為曲線為S S形曲線。形曲線。別構(gòu)效應(yīng)：當(dāng)調(diào)節(jié)物與酶分子中的變別構(gòu)效應(yīng)：當(dāng)調(diào)節(jié)物與酶分子中的變構(gòu)中心結(jié)合后，誘導(dǎo)出或穩(wěn)定住酶分構(gòu)中心結(jié)合后，誘導(dǎo)出或穩(wěn)定住酶分子的某種構(gòu)象，使酶活性中心對底物子的某種構(gòu)象，使酶活性中心對底物的結(jié)合與催化作用受到影響，從而調(diào)的結(jié)合與催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶的反應(yīng)速度及代謝過程。節(jié)酶的反應(yīng)速度及代謝過程。正效應(yīng)劑通常是變構(gòu)酶的底物，負(fù)效正效應(yīng)劑通常是變構(gòu)酶的底物，負(fù)效應(yīng)劑一般是代謝反應(yīng)序列的終產(chǎn)物。應(yīng)劑一般是代謝反應(yīng)序列的終產(chǎn)物。別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)有機(jī)體內(nèi)能夠催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白有機(jī)體內(nèi)能夠催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)組成卻有所不同的一組酶。本身的分子結(jié)構(gòu)組成卻有所不同的一組酶。 同工酶（同工酶（Isoenzyme）有些酶剛合成或初分泌時是酶的有些酶剛合成或初分泌時是酶