第四章 酶(08秋教學(xué)用)

Enzyme第四章

酶1科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件第一節(jié)概述酶的發(fā)展歷史1850年P(guān)asteur認(rèn)為酒的發(fā)酵是酵母(yeast)細(xì)胞生命活動(dòng)的結(jié)果，細(xì)胞破裂則失去發(fā)酵作用。1877年Kühne提出enzyme，源于希臘語(yǔ)的酵母中(inyeast),中文：酵素→酶2科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶的發(fā)展歷史1897年Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母提取液完成了發(fā)酵，證明酶無(wú)生命，只是一種化學(xué)物質(zhì)。1926年Sumner從刀豆中得到脲酶的結(jié)晶，首次證明酶是蛋白質(zhì).3科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶的發(fā)展歷史1982年Cech發(fā)現(xiàn)個(gè)別RNA具有自我催化作用，提出核酶（ribozyme）概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先報(bào)道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱(chēng)為脫氧核酶(deoxyribozyme)4科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件生物催化劑酶enzyme

（蛋白質(zhì)）核酶ribozyme脫氧核酶deoxyribozyme（核酸）1877年1982年5科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件一、酶的概念酶-----是一類(lèi)由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。核酶-----是具有高效催化作用的核酸。6科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件二、酶的命名與分類(lèi)系統(tǒng)名稱(chēng)：L－谷氨酸：NAD+氧化還原酶1.習(xí)慣命名推薦名稱(chēng)：谷氨酸脫氫酶2.系統(tǒng)命名Glu+水+NAD+=====α－酮戊二酸+氨+NADH酶酶的命名7科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件1.氧化還原酶類(lèi)2.轉(zhuǎn)移酶類(lèi)3.水解酶類(lèi)4.裂解酶類(lèi)5.異構(gòu)酶類(lèi)6.合成酶類(lèi)酶的分類(lèi)根據(jù)反應(yīng)的性質(zhì)將酶分成六大類(lèi)編號(hào)EC1.4.1.38科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件第二節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)與功能9科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件一、酶的分子結(jié)構(gòu)單體酶寡聚酶多酶體系多功能酶/串聯(lián)酶10科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件二、酶的分子組成酶蛋白+輔助因子全酶無(wú)催化活性無(wú)催化活性有催化活性holoenzyme決定反應(yīng)的性質(zhì)和反應(yīng)類(lèi)型

決定反應(yīng)的特異性單純酶：僅有氨基酸肽鏈構(gòu)成。結(jié)合酶：還有非蛋白質(zhì)部分。11科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件輔助因子金屬離子小分子有機(jī)化合物組成或分類(lèi)輔基(prostheticgroup)輔酶(coenzyme)常見(jiàn)：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+常見(jiàn)：維生素及其衍生物12科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件常見(jiàn)輔酶的種類(lèi)及其作用輔酶轉(zhuǎn)移基團(tuán)所含的維生素NAD＋氫原子尼克酰胺NADP＋氫原子尼克酰胺FMN氫原子B2(黃素)FAD氫原子B2TPP醛基B1(硫胺素)FH4一碳單位葉酸13科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團(tuán)；三、酶的活性中心(activecenter)14科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心15科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶的活性中心或稱(chēng)活性部位，指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。酶的活性中心的概念16科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件底物結(jié)合到酶的活性中心示意圖（紅色表示酶的活性中心，蘭色表示底物）17活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)與底物相結(jié)合催化基團(tuán)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F(tuán)酶的必需基團(tuán)(essentialgroup)18科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件討論：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系？一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的功能依賴(lài)于特定的空間結(jié)構(gòu)。酶呢？19科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件

第三節(jié)酶促反應(yīng)的特點(diǎn)與機(jī)制

20科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件問(wèn)題1一般催化劑的有什么特點(diǎn)？21科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件一、酶與一般催化劑的共同點(diǎn)只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)；在反應(yīng)前后沒(méi)有質(zhì)和量的變化。作用的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能。22科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件（一）酶促反應(yīng)具有極高的催化效率比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。二、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)23科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶能極大地降低反應(yīng)活化能活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。反應(yīng)總能量改變非催化反應(yīng)活化能能量反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)物酶促反應(yīng)活化能底物一般催化劑催化反應(yīng)的活化能24科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件問(wèn)題2酶為什么能極大降低反應(yīng)所需的活化能？25科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性1.概念：一種酶僅作用于一種或一類(lèi)化合物，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱(chēng)為酶的特異性或?qū)Ｒ恍浴?.類(lèi)型：絕對(duì)特異性相對(duì)特異性立體異構(gòu)特異性酶對(duì)底物的選擇性26科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件一種酶僅作用于一種化合物，生成一定的產(chǎn)物。絕對(duì)特異性27科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件一種酶作用于一類(lèi)化合物或一種化學(xué)鍵。相對(duì)特異性例如：

磷酸酶：催化磷酸酯鍵水解。脂肪酶：催化脂肪、脂類(lèi)水解。28科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶對(duì)底物立體異構(gòu)體中的一種有催化作用。立體異構(gòu)特異性乳酸脫氫酶(LD)L-乳酸D-乳酸29科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶的特異性是由酶蛋白決定的。(活性中心的特異結(jié)構(gòu))問(wèn)題3酶的特異性是由酶的什么決定的？30科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶促反應(yīng)的特點(diǎn)酶-----是一類(lèi)由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其

特異底物具有高效催化作用的

蛋白質(zhì)。高效率高度的特異性/專(zhuān)一性可調(diào)節(jié)性二高一調(diào)節(jié)31科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件第一次課小結(jié)酶的概念酶的分子組成酶的活性中心高效催化及機(jī)理32科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶促反應(yīng)的機(jī)理中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)酶底物復(fù)合物誘導(dǎo)契合假說(shuō)酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過(guò)程稱(chēng)為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說(shuō)。E+SES

E+P酶與底物互變33科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶的誘導(dǎo)契合動(dòng)畫(huà)34科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件ES的形成使酶促反應(yīng)容易完成1.鄰近效應(yīng)與定向排列：類(lèi)似分子內(nèi)的反應(yīng)。2.多元催化：催化基團(tuán)的多種作用。3.表面效應(yīng)：活性中心的疏水環(huán)。（疏水性“口袋”效應(yīng)）35科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶促反應(yīng)的機(jī)理酶與底物靠近形成酶-底物復(fù)合物（誘導(dǎo)契合假說(shuō)），通過(guò)鄰近效應(yīng)與定向排列、多元效應(yīng)、表面效應(yīng)的影響，從而大大降低反應(yīng)活化能。36科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件第四節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)37科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件※研究一種因素的影響時(shí)，其余各因素均恒定、適宜。研究酶促反應(yīng)的速度單位時(shí)間內(nèi)底物減少量或產(chǎn)物生成量研究酶促反應(yīng)速度的影響因素

底物濃度、酶濃度、pＨ、溫度、激活劑和抑制劑等初速度38科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件一、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響[S]V0Vmax0a一級(jí)反應(yīng)b混合級(jí)反應(yīng)c零級(jí)反應(yīng)（飽和現(xiàn)象）曲線特點(diǎn)391913年Michaelis和Menten提出反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米－曼氏方程式，簡(jiǎn)稱(chēng)米氏方程式。[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速度Vmax：最大反應(yīng)速度Ｋm：米氏常數(shù)ＶVmax[S]Km+[S]＝──（一）米－曼氏方程式40科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件1、酶促反應(yīng)模式——中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)E+Sk1k2k3ESE+P中間產(chǎn)物米氏方程式的推導(dǎo)2、v為初速度：P→0；P＋E→ES可以忽略不計(jì)。3、S＞＞E；V初：S不變。4、V＝K3〔ES〕41科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件（二）Km與Vmax的意義Km值①Km：等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度。②意義：a)

Km是酶的特征性常數(shù)之一。b)

Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力。c)

同一酶對(duì)于不同底物有不同的Km值。Km＝[S]2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/242科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件Km值的應(yīng)用1、最適底物或天然底物的測(cè)定。2、計(jì)算反應(yīng)速度（Vmax%）3、測(cè)定活性:[S]=10Km以上。4、測(cè)定正逆反應(yīng)Km值推測(cè)代謝方向。5、尋找代謝限速酶。6、了解細(xì)胞內(nèi)底物濃度變化對(duì)代謝的影響。7、確定抑制劑的類(lèi)型。43科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件1、當(dāng)［S］>>Km時(shí)，[S]+Km≌[S]，則：V＝Vmax

2、V=K3[ES]，[ES]＝[E]，所有的E都形成ES，則：V＝Vmax=K3[E]Vmax3、Vmax定義：Vmax是酶完全被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度，與酶濃度成正比。

意義：K3=Vmax/[E]

44科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件（三）Ｋm值與Ｖmax值的測(cè)定Vmax[S]Km+[S]V=兩邊同取倒數(shù)林-貝氏方程y=ax+b1.雙倒數(shù)作圖法（林-貝氏作圖法）45科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件2.Hanes作圖法在林－貝氏方程基礎(chǔ)上，兩邊同乘[S]46科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件二、酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。V=k3[E]0V[E]47科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC三、溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響雙重影響溫度升高，底物分子的能量增加。溫度升高，可引起酶的變性。最適溫度(optimumtemperature)：酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度。*低溫的應(yīng)用48科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件四、pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適pH值(optimumpH)酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。0酶活性pH

pH對(duì)某些酶活性的影響

胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶24681049科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件五、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor)

能抑制酶活性的小分子物質(zhì)或離子。抑制劑的作用特點(diǎn)選擇性的與酶結(jié)合。不破壞酶的結(jié)構(gòu)。50科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件抑制作用的類(lèi)型不可逆性抑制可逆性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制51科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件(一)不可逆性抑制作用抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活。

52科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件案例4－1有機(jī)磷化合物

羥基酶（膽堿酯酶）解毒------解磷定(PAM)53科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件案例有機(jī)磷化合物

羥基酶解毒------解磷定(PAM)54科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件第二次課小結(jié)酶促反應(yīng)的特異性米氏方程Km值Vmax案例55科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件（二）可逆性抑制作用

抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制類(lèi)型56科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用+IEIE+SE+PES反應(yīng)模式抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，從而阻礙酶-底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。57科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用圖解58科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件實(shí)例：磺胺類(lèi)藥物的抑菌機(jī)制二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸H2NCOOHH2NSO2NHR磺胺類(lèi)藥物59科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件（1）I與S結(jié)構(gòu)類(lèi)似，競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心；（2）抑制程度取決于抑制劑的競(jìng)爭(zhēng)力，即抑制劑、底物與酶的相對(duì)親和力及相對(duì)濃度。（3）動(dòng)力學(xué)特點(diǎn):Km增大;Vmax不變*競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)1/S1/V1/Vmax-1/Km60科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制*反應(yīng)模式E+SESE+P+IEI+SEIS+I

抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合,底物與抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,但酶-底物-抑制劑復(fù)合物（ESI）不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。61科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件非競(jìng)爭(zhēng)性抑制圖解62科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件非競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；抑制程度取決于抑制劑與酶的親和力及其的濃度；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Km不變;Vmax變小。1/S1/V1/Vmax-1/Km63科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件３.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制*反應(yīng)模式E+SE+PES+IESI抑制劑僅與酶和底物形成的ES結(jié)合，使ES的量下降。既減少?gòu)腅S轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的量，也同時(shí)減少?gòu)腅S解離出E和S的量。64科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件++ESESESIEP反競(jìng)爭(zhēng)性抑制圖解65科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件抑制劑只與酶－底物復(fù)合物結(jié)合；抑制程度取決與抑制劑的親和力、濃度及底物的濃度；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Km變小;Vmax變小。?反競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)1/S1/V1/Vmax-1/Km66科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件無(wú)I競(jìng)爭(zhēng)抑制非競(jìng)爭(zhēng)抑制反競(jìng)爭(zhēng)抑制I與酶的結(jié)合EE、ESESI的抑制強(qiáng)度S、I親和力、濃度I親和力I濃度I親和力S、I濃度表觀KmKm增大不變變小最大速度Vmax不變變小變小三種可逆性抑制作用比較競(jìng)交Y非交X反平行1/S1/V1/Vmax-1/Km1/S1/V1/Vmax-1/Km1/S1/V1/Vmax-1/Km68科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件六、激活劑對(duì)反應(yīng)速度的影響1、概念：使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。2、種類(lèi)：?必需激活劑：不可缺少，多為金屬離子。?非必需激活劑：使酶活性增加69科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件七、酶活性測(cè)定和酶活性單位酶活性：是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速度。酶的活性單位：是衡量酶活力大小的尺度，它反映在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時(shí)間（s、min或h）內(nèi)生成一定量（mg、μg、μmol等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量。70科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件國(guó)際單位(IU)在特定的條件下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國(guó)際單位。特定條件：T：25℃，[S]＞10Km，pH等最適。71科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件酶的調(diào)節(jié)第五節(jié)72科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件一、酶活性的調(diào)節(jié)（一）酶原與酶原的激活酶原(zymogen)有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是酶的無(wú)活性前體，此前體物質(zhì)稱(chēng)為酶原。酶原的激活在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過(guò)程。73科學(xué)出版社案例式教材《生物化學(xué)》課件賴(lài)?yán)i天天天天甘異賴(lài)?yán)i天天天天纈