天津大學(xué)生物化學(xué)LectureEnzymes

天津大學(xué)生物化學(xué)LectureEnzymes第1頁/共53頁酶的概念酶是生物催化劑酶的特點(diǎn):1)催化效率高;2)高度的專一性;3)對環(huán)境條件極為敏感新陳代謝的調(diào)控多是通過酶來進(jìn)行的第2頁/共53頁酶的命名乳酸脫氫酶酶學(xué)委員會縮寫表示第一大類,即氧化還原酶表示第一亞類,即被氧化基團(tuán)為CHOH基亞亞類的順序號表示第一亞亞類,氫受體為NAD+第3頁/共53頁酶的分類氧還酶AH2+BA+BH2

轉(zhuǎn)移酶AR+BA+BR水解酶AB+H2OAOH+BH裂解酶ABA+B異構(gòu)酶AB合成酶A+B+ATPAB+ADP+Pi第4頁/共53頁氧還酶實(shí)例第5頁/共53頁轉(zhuǎn)移酶實(shí)例第6頁/共53頁水解酶實(shí)例第7頁/共53頁裂解酶實(shí)例第8頁/共53頁異構(gòu)酶實(shí)例第9頁/共53頁合成酶實(shí)例第10頁/共53頁酶的化學(xué)本質(zhì)大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA酶是蛋白質(zhì)的證據(jù)：1）酶對熱不穩(wěn)定

2）酶是兩性電解質(zhì)

3）引起蛋白質(zhì)變性的因素能使酶失活

4）酶具有膠體的特性

5）酶能被蛋白水解酶水解

6）多次重結(jié)晶的酶其活性仍不變

7）許多酶的氨基酸序列測定第11頁/共53頁酶的輔因子酶按化學(xué)組成可分為單純酶和結(jié)合酶兩大類單純酶只由純的蛋白質(zhì)或RNA構(gòu)成,如胃蛋白酶等結(jié)合酶除蛋白質(zhì)組分外,還含有對熱穩(wěn)定的非蛋白的小分子物質(zhì),前者稱為酶蛋白,后者稱為輔因子;如果小分子物質(zhì)與酶結(jié)合較松,則又稱為輔酶,反之,則稱為輔基全酶=酶蛋白+輔因子第12頁/共53頁肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)第13頁/共53頁單體酶只有一條肽鏈的酶,全部為水解酶酶相對分子質(zhì)量(Mr)氨基酸殘基數(shù)溶菌酶核糖核酸酶木瓜蛋白酶胰蛋白酶羧肽酶A14,60013,70023,00023,80034,600129124203223307第14頁/共53頁寡聚酶由多個(gè)亞基組成的酶,亞基之間以非共價(jià)鍵結(jié)合,已知的寡聚酶大多為糖代謝酶酶亞基相對分子質(zhì)量(Mr)數(shù)目相對分子質(zhì)量(Mr)磷酸化酶A肌酸激酶乳酸脫氫酶烯醇化酶424292,50040,00035,00041,000370,00080,000150,00082,000第15頁/共53頁多酶復(fù)合物幾個(gè)酶嵌合而成的復(fù)合物，一般由2~6個(gè)功能相關(guān)的酶組成相對分子質(zhì)量都在幾百萬以上例如丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和脂肪酸合成酶復(fù)合物第16頁/共53頁酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系活性部位和必需基團(tuán)酶原的激活同工酶第17頁/共53頁活性部位和必需基團(tuán)必需基團(tuán)—對這些基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)修飾,則酶的活性喪失,常見的如Ser的羥基,His的咪唑基,Cys的巰基,Asp、Glu的側(cè)鏈羧基等活性部位—酶分子中直接和底物結(jié)合，并與酶催化作用直接有關(guān)的部位。第18頁/共53頁羧肽酶A的活性部位第19頁/共53頁酶原的激活酶原—酶的無活性前體酶原的激活—酶原在一定條件下轉(zhuǎn)變成活性酶的過程胰蛋白酶：胰臟細(xì)胞分泌胰蛋白酶原，進(jìn)入小腸要經(jīng)腸激酶激活后才有活性胃蛋白酶：由胃粘膜細(xì)胞分泌胃蛋白酶原，在胃液鹽酸作用下才有活性第20頁/共53頁同工酶具有不同分子形式但卻催化相同的化學(xué)反應(yīng)活性部位在結(jié)構(gòu)上相同或相似乳酸脫氫酶的亞基分為M和H兩種類型，可組裝成H4、H3M、H2M2、HM3、M4等5種四聚體，都催化同一反應(yīng)第21頁/共53頁酶作用的結(jié)構(gòu)專一性(1)只要求酯基，R和R'可變要求α-糖苷鍵，R可變只水解尿素，其它尿素衍生物一般不起作用第22頁/共53頁酶作用的結(jié)構(gòu)專一性(2)第23頁/共53頁酶作用的立體專一性（1）L-乳酸D-乳酸乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶第24頁/共53頁酶作用的立體專一性（2）第25頁/共53頁酶的作用機(jī)制催化作用、過渡態(tài)、分子活化能中間產(chǎn)物學(xué)說誘導(dǎo)契合模型使酶具有高度催化效率的因素第26頁/共53頁催化作用、過渡態(tài)、分子活化能第27頁/共53頁過渡態(tài)模型第28頁/共53頁中間產(chǎn)物學(xué)說底物產(chǎn)物第29頁/共53頁誘導(dǎo)契合模型(1)第30頁/共53頁誘導(dǎo)契合模型(2)第31頁/共53頁使酶具有高度催化效率的因素鄰近定向效應(yīng)--不僅指底物和酶活性部位的鄰近，還包括正確的立體化學(xué)排列“張力”和“形變”--就是酶與底物誘導(dǎo)契合的過程酸堿催化--酶活性部位上某些基團(tuán)可用作酸堿共價(jià)催化--與底物形成不穩(wěn)定的共價(jià)中間物第32頁/共53頁影響酶促反應(yīng)速度的因素pH對酶的影響溫度對酶作用的影響激活劑對酶作用的影響酶動力學(xué)-米氏方程式抑制劑對酶作用的影響酶的別構(gòu)效應(yīng)第33頁/共53頁pH對酶的影響每一種酶只能在一定范圍的pH內(nèi)才有活性，超出這個(gè)范圍酶就失活，在某一特定pH可能表現(xiàn)出最大的活性pH對酶的影響主要表現(xiàn)在兩方面：1）強(qiáng)酸或強(qiáng)堿本身使酶變性失活；2）pH改變影響酶活性部位上有關(guān)基團(tuán)的解離，或影響底物的解離一般酶的最適pH在4-8之間第34頁/共53頁溫度對酶作用的影響在一定溫度范圍內(nèi)（0~40°C），酶促反應(yīng)速度隨溫度升高而加快決大多數(shù)酶在60°C以上即失去活性各種酶在一定條件下都有其一定的最適溫度，例如動物體內(nèi)酶在37~50°C第35頁/共53頁激活劑對酶作用的影響能提高酶活力的物質(zhì)就是酶的激活劑許多酶的激活劑就是一些金屬離子或其他無機(jī)離子以巰基為活性基團(tuán)的酶，易被氧化降低活性，需加還原劑（如抗壞血酸等）第36頁/共53頁酶動力學(xué)第37頁/共53頁米氏方程式ν—酶促反應(yīng)速度[S]—底物濃度Vmax—最大酶促速度Km—米氏常數(shù),Km=(k2+k3)/k1Km>>[S],ν=V/Km[S],一級反應(yīng)[S]>>Km,ν=V,零級反應(yīng)第38頁/共53頁底物濃度對酶促反應(yīng)速度作圖第39頁/共53頁某些酶的米氏常數(shù)酶底物Km(mol/L)過氧化氫酶β-半乳糖苷酶麥芽糖酶谷氨酸脫氫酶己糖激酶琥珀酸脫氫酶乳酸脫氫酶尿素酶α-淀粉酶蔗糖酶H2O2乳糖麥芽糖α-酮戊二糖葡萄糖果糖琥珀酸鹽丙酮酸尿素淀粉蔗糖2.5x10-24x10-32.1x10-12x10-31.5x10-41.5x10-35x10-73.5x10-52.5x10-26x10-42.8x10-2第40頁/共53頁Lineweaver-Burk作圖法第41頁/共53頁Eadie-HofsteePlot第42頁/共53頁抑制劑對酶作用的影響不可逆抑制作用—抑制劑與酶的結(jié)合是一不可逆反應(yīng)可逆抑制作用：1）競爭性抑制—抑制劑和底物競爭與酶結(jié)合；2）非競爭性抑制—抑制劑和底物同時(shí)結(jié)合在酶的不同部位上第43頁/共53頁不可逆抑制作用第44頁/共53頁可逆抑制-競爭性抑制特點(diǎn)：改變Km不改變Ｖmax，當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r(shí)，抑制作用可以被解除第45頁/共53頁第46頁/共53頁競爭性抑制Lineweaver-Burk圖第47頁/共53頁可逆抑制-非競爭性抑制動力學(xué)方程特點(diǎn)：影響Ｖmax而不改變Ｋm，不能用增大［Ｓ］的辦法克服。第48頁/共53頁可逆抑制-非競爭性抑制動力學(xué)圖第49頁/共53頁酶活力是指酶催化指定化學(xué)反應(yīng)的能力，其大小可用在一定條件下酶促反應(yīng)的速率來表示，反應(yīng)速率愈快，就表明酶活力愈高，通常是測定單位時(shí)間產(chǎn)物的增加量來確定國際酶活力單位（IU，1IU=1μmol/min）：在最適條件下，每分鐘內(nèi)催化一微摩爾底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量酶的比活力：每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)。第50頁/共53頁測定酶活力常用分光光度法，利用底物、產(chǎn)物或指示劑在紫外光或可見光部分吸光度的不同，選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)牟ㄩL，連續(xù)地測出反應(yīng)過程中反應(yīng)體系吸光度的變化，再進(jìn)一步推算底物或產(chǎn)物濃度或數(shù)量的變化，從而求出酶活力第51