酶工程制藥技術(shù) 酶的性質(zhì)概述

生化制藥工藝項(xiàng)目三酶工程制藥目錄酶的性質(zhì)概述01酶的修飾02固定化酶及其應(yīng)用0301酶的性質(zhì)概述Part1酶的性質(zhì)概述一、酶的概念與分類(lèi)1、酶與生物制藥的關(guān)系很多藥物合成、代謝是在酶催化下進(jìn)行有些藥物本身就是酶，如溶菌酶等2、什么是“酶”《生物化學(xué)》：生物體內(nèi)活細(xì)胞合成的一種生物催化劑，其化學(xué)本質(zhì)大部分是蛋白質(zhì)（本項(xiàng)目主要講述蛋白質(zhì)的酶），少部分是核酶3、酶分子的組成大部分酶是結(jié)合蛋白質(zhì)全酶=酶蛋白+輔助因子（下頁(yè)講述）淀粉酶（蛋白質(zhì)）三維結(jié)構(gòu)Part1酶的性質(zhì)概述一、酶的概念與分類(lèi)3、酶分子的組成大部分酶是結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合酶=酶蛋白+輔助因子有活性（Holoenzyme）無(wú)活性（Apoenzyme）無(wú)活性（Co-factor）決定酶的特異性單純酶=酶蛋白+輔助因子金屬離子有機(jī)小分子種類(lèi)：Ca2+、Fe2+、Mn2+功能：

構(gòu)成活性中心

與S原子起橋梁作用

維持構(gòu)象輔基輔酶與酶蛋白結(jié)合牢固超濾、透析等物理方法不能去除與酶蛋白結(jié)合松散超濾、透析等物理方法可以去除電子傳遞、底物載體（Coenzyme）酶課外閱讀：輔酶Q10Part1酶的性質(zhì)概述一、酶的概念與分類(lèi)4、酶的分類(lèi)氧化還原酶----1類(lèi)

如：乙醇脫氫酶轉(zhuǎn)移酶 ----2類(lèi)

如：谷丙轉(zhuǎn)氨酶水解酶 ----3類(lèi)

如：淀粉酶裂合酶 ----4類(lèi)

如：醛縮酶異構(gòu)酶 ----5類(lèi)

如：葡萄糖異構(gòu)酶連接酶 ----6類(lèi)

如：DNA連接酶課堂討論：臉紅的人能喝還是臉白的人能喝課外閱讀：轉(zhuǎn)氨酶的故事酶的編號(hào)（ECnumber）是什么意思（課外閱讀：EnzymeCommissionnumber）Part1酶的性質(zhì)概述二、酶催化機(jī)理1、酶催化的特點(diǎn)高效性比非催化反應(yīng)高108-1020

比化學(xué)催化劑高105-1013高特異性絕對(duì)專(zhuān)一性：某種底物（substrate）只被一個(gè)酶催化相對(duì)專(zhuān)一性：某一類(lèi)底物（如同系物）可被一個(gè)酶催化立體專(zhuān)一性：L-型或D-型的酶，如L-氨基酰化酶只催化L-?；被岵环€(wěn)定性反應(yīng)條件溫和活性可調(diào)基因表達(dá)水平上調(diào)控、與底物結(jié)合過(guò)程中的構(gòu)象變化討論：酶催化高效性實(shí)驗(yàn)，哪支試管分解更快？（觀看視頻）討論：酶催化專(zhuān)一性實(shí)驗(yàn)，兩支試管的結(jié)果有什么不同？（觀看視頻）Part1酶的性質(zhì)概述2、酶的“活性中心”概念：酶與底物結(jié)合，并催化底物生成產(chǎn)物的部位形狀：一般為酶分子表面向內(nèi)凹陷形成的大小、形態(tài)和基團(tuán)分布都確定的空間結(jié)構(gòu)實(shí)體組成：結(jié)合基團(tuán)：bindinggroup催化基團(tuán)：catalyticgroup必需基團(tuán)：組成活性中心或構(gòu)象維持二、酶催化機(jī)理Part1酶的性質(zhì)概述3、酶的催化機(jī)理酶-底物中間復(fù)合物ES非酶促反應(yīng)S→P酶促反應(yīng)S+E→ES→E+PES復(fù)合物使反應(yīng)活化能大大降低活化能分子由基態(tài)→活化態(tài)（激活態(tài)）所需的能量基態(tài)→活化態(tài)→產(chǎn)物案例（脲酶催化尿素分解）非酶：136kJ/mol酶促：46kJ/mol，速度提高1014倍二、酶催化機(jī)理酶催化機(jī)理--大大降低反應(yīng)的“活化能”！Part1酶的性質(zhì)概述三、酶促反應(yīng)的影響因素1、酶的濃度2、底物濃度—米氏方程當(dāng)[S]>>[E]時(shí)，V∝[E][E]與V關(guān)系曲線[S]與V關(guān)系曲線Part1酶的性質(zhì)概述三、酶促反應(yīng)的影響因素2、底物濃度—米氏方程米氏常數(shù)km：反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度（mol/L）意義：酶的特征常數(shù)，對(duì)于某一特定的底物，酶有其km值，與[E]、[S]等無(wú)關(guān)作用：判斷E與S的親和力1/km↑→E和S親和力↑→反應(yīng)易進(jìn)行判斷最適S有多個(gè)底物km最小者，為E的最適底物判斷可逆反應(yīng)的方向?qū)Ψ磻?yīng)物和產(chǎn)物km小者為主要反應(yīng)方向v：反應(yīng)速度Vmas：最大反應(yīng)速度km：米氏常數(shù)[S]：底物濃度Part1酶的性質(zhì)概述三、酶促反應(yīng)的影響因素3、溫度4、pH

兩者曲線相似，為倒鐘型，都不是特征常數(shù)[E]與V關(guān)系曲線[S]與V關(guān)系曲線討論：最適溫度前和最適溫度后變化有什么不同，其原理是什么對(duì)我們利用酶、保存酶有什么啟示？討論：最適pH前和最適pH后變化有什么不同，與最適宜溫度的變化原理是一樣么？Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制1、酶的激活概念：能提高酶活性的過(guò)程叫酶的激活，能激活酶的物質(zhì)都被稱(chēng)為激活劑如Cl-1能使唾液淀粉酶活性提高酶原激活：某些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)沒(méi)有活性，這些沒(méi)有活性的酶的前身稱(chēng)為酶原，使酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚悦傅淖饔?/p>

如胰蛋白酶原的激活前者：活性由小→大，一級(jí)結(jié)構(gòu)不變后者：活性由無(wú)→有，一級(jí)結(jié)構(gòu)改變激活劑的作用是相對(duì)的Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制2、酶的抑制概念：某些物質(zhì)不引起酶蛋白變性，但能與酶分子結(jié)合使酶活性下降，甚至完全喪失活性的現(xiàn)象→抑制劑抑制劑+酶-抑制劑復(fù)合物不可逆抑制可逆抑制物理解除（活結(jié)）（死結(jié)）Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制2、酶的抑制（1）不可逆抑制抑制劑與酶的活性中心以共價(jià)鍵結(jié)合，使酶完全喪失活性的現(xiàn)象，不能用透析、超濾等物理方法解除抑制劑底物酶分子活性中心×形成共價(jià)鍵討論：我們生活當(dāng)中有哪些例子屬于酶的不可逆抑制呢？是否真的“不可逆”，難道沒(méi)有辦法解除抑制嗎？Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制2、酶的抑制（2）可逆抑制抑制劑與酶以非共價(jià)鍵結(jié)合，能用透析、超濾等物理方法解除，使酶恢復(fù)活性的現(xiàn)象分類(lèi)②非競(jìng)爭(zhēng)性抑制底物酶活性中心正常結(jié)合反應(yīng)①競(jìng)爭(zhēng)性抑制必需基團(tuán)Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制（2）可逆抑制①競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑（I）與酶（E）的底物（S）化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，能競(jìng)爭(zhēng)占據(jù)酶的活性中心形成EI復(fù)合物，從而阻止ES復(fù)合物形成導(dǎo)致酶的活性抑制正常反應(yīng)-底物被分解抑制反應(yīng)-底物和酶不能結(jié)合活性中心底物抑制劑Part1酶的性質(zhì)概述（2）可逆抑制①競(jìng)爭(zhēng)性抑制特征反應(yīng)可逆抑制作用強(qiáng)弱——與什么有關(guān)，如何解除抑制？酶濃度一定時(shí)抑制程度與[I]和[S]比例有關(guān)：若[S]↑，使[S]>>[I]時(shí)，抑制作用↓，解除若[I]↑，使[I]>>[S]時(shí)，抑制作用↑四、酶的激活與抑制微信紅包（酶）1班（底）30人＜30人=30人＞30人＞=＜請(qǐng)問(wèn)：哪個(gè)班搶到的紅包總額更多？由游戲得知：每班搶到紅包總額的多少與該班人數(shù)有關(guān)2班（抑）玩游戲：Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制（2）可逆抑制②非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑（I）與酶（E）的底物（S）化學(xué)結(jié)構(gòu)并不相似，不與底物搶占酶的活性中心，但能與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，從而抑制酶的催化能力抑制劑活性中心以外必需基團(tuán)Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制（2）可逆抑制②非競(jìng)爭(zhēng)性抑制特征反應(yīng)可逆抑制作用強(qiáng)弱與競(jìng)爭(zhēng)性抑制有什么不同？酶濃度一定時(shí)抑制作用強(qiáng)弱取決于[I][S]↑，不能減少EI或EIS的生成，抑制強(qiáng)度不變[I]↑，抑制作用↑；[I]↓，抑制作用↓微信紅包（酶）1班（底）2班（抑）搶到賬Part1酶的性質(zhì)概述四、酶的激活與抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制E活性中心以外必需基團(tuán)結(jié)合抑制劑底物反應(yīng)原理反應(yīng)方程式和特點(diǎn)E+S→ES→E+P+

I↓↑EIE+S→ES→E+P++

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I↓↑↓↑