生物化學(xué)教學(xué)課件：5 enzymes 酶

Chapter-4Enzymes1第一節(jié)酶的簡介

史前時期近代發(fā)展現(xiàn)代酶學(xué)發(fā)展古老的新科學(xué)

2磨粉

去糠

打碎成酒

發(fā)酵

裝瓶麥芽

萌發(fā)

浸潤史前時期31857年法國微生物學(xué)家提出酒的發(fā)酵是活酵母細胞起作用1878年WilliamKühne

首先提出使用酶這一名稱

希臘詞“en”in，

“zyme”

yeastorleaven1879年Buchner兄弟闡述了酵母的酒精發(fā)酵及離體酶的作用。1926年，脲酶的結(jié)晶近現(xiàn)代4基因克隆、組織培養(yǎng)50,000,000小牛胃凝乳酶基因大腸桿菌酵母菌5Significanceofenzymes/chubanwu/report/2001-mei.htm678酶(enzyme)是活細胞內(nèi)產(chǎn)生的具有高度專一性和催化效率的蛋白質(zhì)，又稱為生物催化劑.幾乎所有的酶都是蛋白質(zhì)

酶＝蛋白質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì)Biocatalystp1539核酶(Ribozyme)p153美國Cech和Altman于1989年獲諾貝爾化學(xué)獎定義：

具有催化活性的RNA發(fā)夾型核酶的結(jié)構(gòu)10Classificationandnomenclature（p155）習(xí)慣命名

酶作用的底物

酶催化的反應(yīng)性質(zhì)

來源

eg.淀粉酶，水解酶，琥珀酸脫氫酶，胃蛋白酶，堿性磷酸酯酶系統(tǒng)命名http:///enzyme/11根據(jù)酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)將酶分為六大類1.氧化還原酶催化氧化還原反應(yīng)；2.轉(zhuǎn)移酶（移換酶）催化基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)；3.水解酶催化水解反應(yīng)；4.裂合酶催化消去反應(yīng)，反應(yīng)中由雙鍵生成；5.異構(gòu)酶催化異構(gòu)化反應(yīng)；6.連接酶（也稱為合成酶）催化兩分子連接的反應(yīng)，反應(yīng)中消耗的能量，一般由ATP提供。Classificationandnomenclature12酶的系統(tǒng)編號：EC.國際酶委員會EnzymeCommission六大類中的某一類該類中的某一亞類該亞類中的某一小類該小類中的序號Classificationandnomenclature見p157表5－113第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與功能單體酶寡聚酶多酶體系

p15814蛋白質(zhì)部分proteinpart

*非蛋白質(zhì)部分nonproteinpart

全酶的蛋白質(zhì)部分稱為脫輔基酶蛋白apoenzyme

全酶的非蛋白質(zhì)部分稱為輔助因子cofactor（輔酶和輔基）

輔酶coenzyme（與酶松弛結(jié)合的輔助因子）一般可用透析法除去輔基prostheticgroup（以共價鍵和酶較牢固地結(jié)合）不可用透析法除去。完整的活性酶體系

全酶

holoenzyme酶的組成（p158-159）15幾種重要的輔酶或輔基舉例p158半胱半胱SS組有關(guān)全酶：細胞血素過氧化氫酶過氧化物酶生理功能：傳遞電子，催化氧化還原反應(yīng)鐵卟啉16酶的作用機制必需基團（essentialgroup)

關(guān)系到酶反應(yīng)速度的化學(xué)基團

eg.組氨酸的咪唑基、絲氨酸的羥基、半胱氨酸的巰基等。（p1627個aa）活性中心（activecenter）或活性部位

酶分子上必需基團比較集中并構(gòu)成一定空間構(gòu)象、與酶的活性直接相關(guān)的結(jié)構(gòu)區(qū)域。酶的活性部位（中心）由結(jié)合部位和催化部位組成。概念（p159）17酶的活性中心

少數(shù)的氨基酸殘基與酶的催化活性直接相關(guān)。這些特殊的氨基酸殘基，一般比較集中在酶蛋白的一個特定區(qū)域，稱為酶的活力部位或活性中心（Activesite/center）。

在一級結(jié)構(gòu)上的位置可能相距很遠，但當肽鏈折疊、盤繞時，可使得它們在空間位置很接近，構(gòu)成一個特定的空間區(qū)域。

酶的活力部位包括底物結(jié)合部位和催化部位。前者只能和相適應(yīng)的底物才能結(jié)合，決定了酶的專一性；而后者是催化反應(yīng)中直接參與電子授受關(guān)系的部位（含酶的輔酶或金屬部分）。18Bindingcleftoflysozyme:aminoacidresiduesthatcontactthesubstrateareingreen,catalyticresiduesareorange酶的活性與高級結(jié)構(gòu)19Effectofacatalystonactivationenergy催化反應(yīng)的發(fā)生非催化反應(yīng)高108-1020，比其它催化反應(yīng)高107-1013酶作用特點與機制（p153,p165）20中間產(chǎn)物學(xué)說E+SESE+P2122催化部位——酶作用的高效性

靠近和定向效應(yīng)（proximityandorientation)

通過底物扭曲導(dǎo)致催化（張力學(xué)說）(distoration)

親核和親電催化（共價催化）(covalentcatalysis)

廣義酸堿催化(generalacid-basecatalysis)一、酶作用高效率的機制(p166-168)底物濃度敏感鍵斷裂23親核試劑：具有給予電子對的強烈傾向的基團。

親電試劑：具有接受電子對的強烈傾向的基團。

親核催化：如果催化反應(yīng)的速度（完全或部分地）被底物從催化劑接受電子對這一步所控制。

親電催化：如果催化反應(yīng)的速度（完全或部分地）被催化劑從底物接受電子對這一步所控制。共價催化（親核親電催化）24親核催化25二、酶的作用具有高度的專一性（p154特異性）26酶作用專一性的機制(p168-170)結(jié)合部位——酶作用的專一性

鎖與鑰匙學(xué)說(lockandkeythoery)

誘導(dǎo)契合學(xué)說(induced-fithypothesis)

結(jié)構(gòu)性質(zhì)互補假說（空間互補、電荷、極性）

“三點附著”假說27ByEmilFischerin1894ByDanielKoshlandin195828結(jié)構(gòu)性質(zhì)互補假說酶底物特異性（提供R1的氨基酸殘基）α胰凝乳蛋白酶（牛）TyrPheTry胰凝乳蛋白酶B（牛）TyrPheTry枯草桿菌蛋白酶TyrPheTryα裂解蛋白酶TyrPheTry彈性蛋白酶（牛）Ala凝血酶（牛）LysArg胰蛋白酶（牛）LysArg29α胰凝乳蛋白酶（牛）胰凝乳蛋白酶B（牛）枯草桿菌蛋白酶α裂解蛋白酶凝血酶（牛）胰蛋白酶（牛）彈性蛋白酶（牛）30結(jié)構(gòu)互補假說結(jié)合部位含有Gly-216和Gly226，口袋寬敞Asp結(jié)合部位含有Val-216和Thr-226，口袋狹小疏水口袋OHOH31三、酶催化反應(yīng)的條件溫和

酶在接近生物體溫的溫度和接近中性的環(huán)境下起反應(yīng)。四、酶的催化活力可被調(diào)節(jié)控制酶參與細胞所有代謝路徑32第三節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)Enzymeactivity（酶活力，酶活性）

Activeunit（酶的活力單位）

Specificactivity（酶的比活力）Determinationofenzymeactivity(p183－185)33Enzymeactivity定義

指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力

用在一定條件下，酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)速度（初速度）來表示

方法

測定產(chǎn)物增加的量或底物減少的量

eg.化學(xué)滴定、比色、測定紫外吸收、熒光測定

實驗—淀粉酶活力的測定34Activeunit（U）p184酶活力單位（U）

1個酶活力單位，是指在某種酶在最適條件下，單位時間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的生成量時需要的酶量規(guī)定的。國際單位(IU)特定條件下，一分鐘內(nèi)催化1微摩爾底物轉(zhuǎn)化的酶量定義為一個酶活力單位。

特定條件：溫度—25oC

其他條件（eg.pH及底物濃度）均采用最適條件。習(xí)慣用法

eg.-淀粉酶，用每小時催化1g可溶性淀粉液化所需要的酶量來表示。35Specificactivity比活力

每毫克蛋白所具有的酶活力

單位

單位/毫克蛋白（U/mg蛋白質(zhì)）對同一種酶，比活力愈高，酶愈純36Example稱取25mg蛋白酶粉配制成25毫升酶溶液，從中取出0.1毫升酶液，以酪蛋白為底物，用Folin-酚比色法測定酶活力，得知每小時產(chǎn)生1500

g酪氨酸。另取2毫升酶液，用凱氏定氮法測得蛋白氮為0.2毫克。若以每分鐘產(chǎn)生1

g酪氨酸的酶量為1個活力單位計算，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求出：

1毫升酶液中所含的蛋白質(zhì)量及活力單位。比活力1克酶制劑的總蛋白含量及總活力。37Kineticsofenzyme-catalyzedreactions

(p171)底物濃度（substrateconcentration)pH溫度(T)酶濃度(enzymeconcentration)激活劑(activator)抑制劑(inhibitor)影響酶催化反應(yīng)速度的因素38Substrateconcentration酶催化應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系p171一底物或其他底物濃度不變時適用底物濃度產(chǎn)物生成速率一級反應(yīng)零級反應(yīng)混合級反應(yīng)39米氏方程MichaelisMenten后經(jīng)Brigg-Haldane修正40（1）測定速度為初速度，[S]消耗在5％以內(nèi)（2）[S]濃度大大超過[E]，[S]降低忽略不計（3）ES的生成量與消失量動態(tài)平衡ES+P+SEE快速平衡假定41E+SESE+PK2k1k3米氏方程的推導(dǎo)

Vmax[S]

v

＝────

Km+[S]k442米氏方程的求法KmSvo直接作圖1/2Vmax-1Km1/S1vo雙倒數(shù)作圖1Vmax

Vmax[S]

v

＝────

Km+[S]43米氏方程的意義(p174)米氏常數(shù)為反應(yīng)速度是最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，Km單位為摩爾濃度（mol/L）Km對于特定的反應(yīng)條件而言是一個特征常數(shù)。它只與酶的性質(zhì)有關(guān)而與酶的濃度無關(guān)，不同的酶，具有不同的Km值。Km值作為常數(shù)只是對固定的底物、一定的溫度、一定的pH等條件而言的。Km值可以反映酶同底物的親和力。4445米氏方程的意義vo=Vmax

[S]Km

+

[S]Km

Vmax&E1E2E31storderzeroorderCompetitiveNon-competitiveUncompetitive直接作圖雙倒數(shù)作圖與底物的親和力催化的最大速率酶抑制類型活性單位改變底物濃度

[S]觀察

vo

的變化可以作圖法求得Vmax

及KmActivityUnit1mmolemin比活力unitmg46Activatorandinhibitor(p178-182)激活劑或活化劑

凡能提高酶的活性，加速酶促反應(yīng)進行的物質(zhì)抑制劑降低酶活性的機理

失活作用

抑制作用

去激活作用抑制作用的類型

不可逆抑制

可逆抑制（競爭性、非競爭性、反競爭性）酶促反應(yīng)與抑制劑的關(guān)系(p182)47Temperatureeffects(p176-177)Optimumtemperature(最適溫度)48En